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핵심연구책임자

참여연구원

요약문

SUMMARY

목차

제1장 서론 49

1.1. 연구개발 개요 49

1.2. 국내·외 연구 현황 51

1.2.1. 현재 연구개발의 수준 및 동향 51

1.2.2. 국내·외 기술 현황 및 전망 62

제2장 연구개발 목표 및 내용 65

2.1. 연구개발 최종 목표 65

2.1.1. 과제 최종 목표 65

2.1.2. 참여기관별 목표 66

2.2. 연구개발 목표 및 내용 68

제3장 소방관용 스마트 헬멧 요구사항 분석 77

3.1. 스마트 헬멧 요구사항 분석 77

3.2. 스마트 헬멧 시스템 구조 81

제4장 지능형 센성 및 위치 추적 기술 개발 83

4.1. 지능형 센싱 모듈 개발 83

4.1.1. 스마트 헬멧 연동 생체신호 측정기술 개발 84

4.1.2. 요구조자 생체신호 모니터링 기술 개발 91

4.1.3. 생체신호 측정용 스마트워치 개발 93

4.2. 소방관 안전을 위한 위치 추적 기술 개발 105

4.2.1. GPS를 이용한 소방대원 위치 추적 기술 105

4.2.2. 관성센서를 이용한 소방대원 동작 감지 기술 109

4.2.3. 드론 카메라 연동 기술 분석 110

4.3. 스마트 헬멧 안테나 기술 112

4.3.1. 이중대역 Wi-Fi 안테나 설계 112

4.3.2. FDD 방식 단일대역 LTE 안테나 설계 113

4.3.3. 안테나 제작 및 측정 114

4.4. 지능형 센싱 및 위치 추적 기술 실증 시험 118

4.4.1. 소방관 안전 생체 신호 인식 모듈 실증 시험 118

4.4.2. 실외 현장 위치 인식 모듈 실증 시험 124

4.4.3. 스마트 헬멧 드론 연동 기술 개발 125

제5장 정보처리 SW 플랫폼 기술 개발 131

5.1. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 설계 및 기능 구현 131

5.1.1. 스마트 헬멧 SW 개념 구조 131

5.1.2. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 요구사항 분석 및 기능 설계 132

5.1.3. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 기능 구현 140

5.2. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 기능 시험 145

5.2.1. 소프트웨어 시험항목 도출 145

5.2.2. 소프트웨어 시험 시나리오 146

5.3. 지휘센터 서비스 기술 개발 154

5.3.1. 지휘센터 서비스 기능 설계 154

5.3.2. 소방관-지휘센터간 네트워킹 기술 구현 및 시험 162

5.4. 스마트 헬멧과 지휘센터 서비스 연동 시뮬레이션 169

5.4.1. 시뮬레이터 개발 환경 및 데이터 생성 169

5.4.2. 서비스 실증을 위한 시뮬레이션 시나리오 170

5.4.3. 시뮬레이션 결과 173

5.5. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 실증 시험 175

5.5.1. 소방관 신체, 위치 정보 데이터 분석 및 보정 기술 175

5.5.2. 영상 정보처리 및 전달관리 기술 178

5.5.3. 스마트 헬멧 및 지휘센터간 네트워킹 기술 실증 시험 179

제6장 통신 및 UI/UX 기술 개발 184

6.1. 스마트 헬멧 통신 기술 개발 184

6.1.1. 센서 구동 및 통신용 소프트웨어 개발 184

6.2. 멀티미디어/디스플레이 기술 개발 214

6.2.1. 스마트 헬멧 탑재 디스플레이 개발 214

6.2.2. 스마트 헬멧 탑재 카메라 및 디스플레이 개발 225

6.2.3. 스마트 헬멧 탑재 디스플레이 실증 시험 243

제7장 스마트 헬멧 플랫폼 개발 251

7.1. 스마트 헬멧 디자인 I 251

7.1.1. 국·내외 헬멧 현황 251

7.1.2. 헬멧 표준 사이즈 범위 253

7.1.3. 사용자 조사(정성조사) 258

7.1.4. 헬멧 디자인 261

7.1.5. 스마트 헬멧 구조 분석 및 내장재 검토 264

7.2. 스마트 헬멧 디자인 II 266

7.2.1. 디자인 개발 266

7.2.2. 사용자 평가 275

7.2.3. 구조대원 좌담회 281

7.2.4. 해외 스마트 헬멧 현황 284

7.3. 디자인 개발 288

7.3.1. 디자인 방향 설정 288

7.3.2. 디자인 컨셉안 도출 293

7.3.3. 최종 디자인 298

7.3.4. 워킹 목업 303

7.4. 스마트 헬멧 플랫폼 기구 개발 306

7.4.1. 스마트 헬멧 플랫폼 기구 설계 306

7.4.2. 스마트 헬멧 쉘 금형설계 및 제작 311

7.4.3. 스마트 헬멧 플랫폼 설계 확정 316

7.4.4. 스마트 헬멧 하우징 제작 317

7.5. 헬멧 내장재 제작 및 평가 320

7.5.1. 헬멧 내장재 개발 320

7.5.2. 3D Spacer Fabric을 활용한 내부망 개발 320

7.5.3. 스마트 헬멧 충격 해석 321

7.6. 물받이 디자인 설계 및 시제품 개발 327

7.7. 헬멧 세척기 개발 329

7.7.1. 세척기 현황 329

7.7.2. 세척기 설계 334

7.7.3. 세척기 개발 337

7.8. KFI 인정기준 시험 평가 338

7.8.1. 성능 시험 338

7.8.2. 시험 결과 339

제8장 위탁연구 수행 내역 341

8.1. 스마트 헬멧을 위한 생체정보 기술 기준 연구 I 341

8.1.1. 현장대원의 안전 확보와 관련된 국·내외 문헌연구 341

8.1.2. 생체정보를 기반으로 생체징후별 측정 결과 345

8.1.3. 리빙랩 구성 및 운영 356

8.1.4. 현장대원 생체징후 측정 및 데이터베이스화 357

8.1.5. 생체징후 변화 실험 363

8.2. 스마트 헬멧을 위한 생체정보 기술 기준 연구 II 368

8.2.1. 구조현장의 생체정보 확보를 위한 실험 368

8.2.2. 헬멧 착용 불편요소 도출, 개선방안 제시 381

8.2.3. 학희 발표 성과 383

8.3. 스마트 헬멧 현장 활용 편리성 기술 연구 384

8.3.1. 스마트 헬멧 착용 후 시험분석 및 질환예방 실험 384

8.3.2. 상체 근육의 근활성도 실험 387

8.3.3. 실험 결과 기반 개선 요소 도출 389

8.3.4. 구조·구급활동 및 안전 기준을 제시하기 위한 현장 390

8.3.5. 훈련 현장에서 피로도 및 스트레스 정도 측정 390

8.3.6. 생체정보 가이드라인 및 수집을 위한 실험 결과 390

8.3.7. 스마트 헬멧에 대한 Rapid Entire Body Assessment(REBA) 분석 396

8.3.7. 리빙랩 활동 405

8.3.8. 실험 및 연구 결론 407

8.4. 소방관용 스마트 헬멧 인증 기준(안) 제시 409

8.4.1. 구조 및 외관 410

8.4.2. 스마트 헬멧 통신관련 인증 438

8.4.3. 소방관용 스마트 안전헬멧 표준규격 441

제9장 연구개발 결과 442

9.1. 시제품 442

9.2. 연구개발 달성도 443

제10장 연구개발 제품화 및 사업화 455

10.1. 세부 기술별 사업화 455

10.2. 스마트헬멧 시제품 사업화 458

10.3. SWOT 분석 및 시장진입 극복 방안 460

10.4. 연구개발/시제품 개발과정에서 장애요인 극복 방안 462

약어 463

참고문헌 465

연구개발성과 활용계획서 466

기술 요약서 478

표 1.1. 연도별 소방공무원 공사상자 통계 50

표 3.1. 스마트 헬멧 요구사항 분석 77

표 4.1. 생체신호 측정시 고려사항 83

표 5.1. 소프트웨어 기술시험 총괄표 145

표 5.2. 시스템간 전송되는 메시지 구조 163

표 6.1. 위치 정보 라이브러리 목록 205

표 6.2. 생체 정보 요청 라이브러리 목록 207

표 6.3. 영상 정보 요청 라이브러리 목록 208

표 6.4. FOV 정의 및 시험방법 233

표 6.5. FOV＝35˚에 대한 TEST 결과 234

표 6.6. EO 카메라 성능 236

표 6.7. IR 카메라 성능 238

표 7.1. ULTEM DU242의 재료 물성치 323

표 7.2. 물받이 방염성 및 복사열 방호성능 비교 328

표 7.3. KFI 인정기준 성능시험 339

표 8.1. 일반적 특성 342

표 8.2. 현 헬멧에 대한 만족도 조사 343

표 8.3. 근육 명칭 346

표 8.4. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(좌측 굽힘 N＝15) 346

표 8.5. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(우측 굽힘 N＝15) 347

표 8.6. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(굴곡 N＝15) 348

표 8.7. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(과신전 N＝15) 349

표 8.8. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(들것 들어 올리기 N＝15) 350

표 8.9. 헬멧종류와 방향에 따른 근전도(들것 내리기 N＝15) 351

표 8.10. Down 자세 시 상체 근육의 근활성도 비교 351

표 8.11. Up 자세 시 상체 근육의 근활성도 비교 352

표 8.12. Down 자세 시 목의 각도 353

표 8.13. Down 자세 시 허리의 각도 353

표 8.14. Down 자세 시 어깨의 각도 353

표 8.15. UP 자세 시 목의 각도 353

표 8.16. UP 자세 시 허리의 각도 354

표 8.17. UP 자세 시 어깨의 각도 354

표 8.18. 실험 조건 357

표 8.19. 멀티스토리 실험 사전 준비사항 358

표 8.20. 멀티 스토리 실물화재 실험 359

표 8.21. 자각적 강도와 심박수 환산표 363

표 8.22. Subjects Information 364

표 8.23. Changes of HR, SBP and MAP on stair walking 365

표 8.24. 주관적 피로도 측정 도구(Borg, 197) 366

표 8.25. 심박률과 Borg 척도 367

표 8.26. 실험전/후 맥박의 평균 차이검증 368

표 8.27. 실험전/후 호흡의 평균 차이검증 369

표 8.28. 실험전/후 수축혈압의 평균 차이검증 370

표 8.29. 실험전/후 이완혈압의 평균 차이검증 370

표 8.30. 실험전/후 체온의 평균 차이검증 371

표 8.31. 실험 직후/종료 15분 후 스트레스 평균 차이검증 372

표 8.32. 안정시/훈련직후 젖산의 평균 차이검증 372

표 8.33. 훈련직후/훈련 5분 후 젖산의 평균 차이검증 373

표 8.34. 훈련5분 후/훈련 15분 후 젖산의 평균 차이검증 373

표 8.35. 훈련15분 후/훈련 30분 후 젖산의 평균 차이검증 374

표 8.36. 최대심박수와 평균심박수의 기술통계량 375

표 8.37. 훈련 목록 379

표 8.38. 왼쪽으로 머리와 목을 접을 때 근전도 검사 결과 384

표 8.39. 오른쪽으로 머리와 목을 접을 때 근전도 검사 결과 385

표 8.40. 머리와 목을 굴곡시 근전도 검사 386

표 8.41. 오른쪽으로 머리와 목을 접을 때 근전도 검사 결과 387

표 8.42. 들어 올릴 때 상체 근육의 근활성도 388

표 8.43. 내릴 때 상체 근육의 근활성도 389

표 8.44. 중앙소방학교 훈련 391

표 8.45. 인명구조(환자 안아들기) 397

표 8.46. 인명구조(스마트 헬멧 쓰고 환자 어깨 메기) 398

표 8.47. 인명구조(긴척추고정판) 400

표 8.48. 구조구급(심폐소생술) 401

표 8.49. 근전도 실험 및 동작분석 실험(헬멧무게:1310g) 402

표 8.50. JEMS CONFERENCE 참석 405

표 8.51. 국제 소방박람회 참석 406

표 8.52. 소방서 리빙랩 활동 407

표 8.53. 내식 시험 및 온·습도 시험 방법 413

표 8.54. 땀 시험 및 두발유 시험 방법 414

표 8.55. 내관통 시험 방법 415

표 8.56. 충격흡수성 시험 방법 416

표 8.57. 내수성 시험 방법 418

표 8.58. 난연성 시험 방법 419

표 8.59. 방염성능 시험 방법 420

표 8.60. 내열성 시험 방법 421

표 8.61. 표면마모저항 시험 방법 422

표 8.62. 내전압 시험 방법 425

표 8.63. 충격강도 시험 방법 427

표 8.64. 시야측정 시험 방법 428

표 8.65. 내수도 시험 방법 429

표 8.66. 턱끈강도 시험 방법 430

표 8.67. 턱끈풀림 시험 방법 431

표 8.68. 측면변형 시험 방법 432

표 8.69. 이탈시험 방법 433

표 8.70. 안면렌즈 복사열 저항 시험 방법 435

표 8.71. 표시사항 437

표 8.72. 무전기 적합성 등록(KC) 인증 439

표 8.73. 인증서 439

그림 1.1. 인공지능형 스마트 소방진압복 구성도(산청) 51

그림 1.2. LG G3에 적용된 IZat기술 52

그림 1.3. SK텔레콤 Hybrid Positioning System 52

그림 1.4. Smart Firefighting 프로젝트 주요 일정 53

그림 1.5. Smart Firefighting 프로젝트 개요 54

그림 1.6. smart@fire 프로젝트의 Work Package 개요 55

그림 1.7. Smart Person Protective System 개요 55

그림 1.8. smart@fire 프로젝트 주요 일정 56

그림 1.9. 컴퓨터 비젼을 이용한 공간 정보 구성 57

그림 1.10. 6 DOF SLAM 기술 58

그림 1.11. HMD 응용 기술 58

그림 1.12. PS-LTE 시범 사업 59

그림 1.13. 재난지역 D2D 통신을 위한 탐색 모델 60

그림 1.14. 무선 신호를 이용한 위치 추적 방법 61

그림 1.15. 분야별 웨어러블 디바이스 62

그림 1.16. 웨어러블 디바이스 유형 및 기능 63

그림 1.17. LTE Direct 단말 탐색 자원 호핑 구조 64

그림 3.1. 스마트 헬멧 시스템 전자 장치 구조 81

그림 4.1. 생체신호 측정모듈 구조 84

그림 4.2. 스마트 헬멧과 스마트워치 연동 구조 84

그림 4.3. 스마트워치 형상 85

그림 4.4. 스마트워치 생체신호 데이터 포맷 86

그림 4.5. 소방대원 생체 신호 및 위치 모니터링 88

그림 4.6. 스마트워치 주요 생체정보 수집 기능 89

그림 4.7. 스마트워치 수집 생체정보 결과 화면 89

그림 4.8. 스마트 헬멧 일 대 다수의 스마트워치 연결 90

그림 4.9. 다수의 스마트워치 전송 데이터 수신 90

그림 4.10. 7개의 스마트워치 전송 데이터 수신 결과 화면 91

그림 4.11. 패치형 생체신호 모니터링 키트 형상 92

그림 4.12. 생체신호 모니터링 키트 동작 구조 92

그림 4.13. ECG 신호 분석 알고리즘 93

그림 4.14. 스마트워치 블록도 93

그림 4.15. 개발된 스마트워치 보드 94

그림 4.16. PPG 센서의 FIFO 데이터 정의 95

그림 4.17. PPG 센서 모듈의 회로도(좌-쪽 보드, 우-칩) 95

그림 4.18. PPG 분석 알고리즘을 통한 분석 결과 96

그림 4.19. ECG 센서의 회로도 97

그림 4.20. ECG 분석 알고리즘 98

그림 4.21. 피부 온도 회로도 99

그림 4.22. 피부 온도의 데이터 형식 99

그림 4.23. OLED 회로도 100

그림 4.24. IMU 희로도 101

그림 4.25. 스마트워치 기구물 도안 102

그림 4.26. 스마트워치 기구물(좌-윗면, 우-아랫면) 103

그림 4.27. 스마트워치 충전기 103

그림 4.28. 스마트워치 충전 방법 103

그림 4.29. 스마트워치 동작 흐름도 104

그림 4.30. GPS 모듈과 스마트 헬멧 프로세서 모듈 연동 106

그림 4.31. GPS 모듈 NMEA 데이터 구조 및 출력 106

그림 4.32. 한국천문연구원 GPS 기준점 및 좌표 107

그림 4.33. GPS 모듈 위치 추적 결과 오차 10m 이내 출력 화면 108

그림 4.34. GPS 모듈 위치 추적 결과 실시간 출력 화면 109

그림 4.35. 관성항법 모듈 구조 및 출력 데이터 109

그림 4.36. 드론 카메라짐벌 제어 시퀀스 플로우 다이어그램 111

그림 4.37. 드론 통신 Protocol(Message Format) 111

그림 4.38. Wi-Fi 안테나 설계도 112

그림 4.39. ㎓ 대역에서의 방사패턴과 Reflection Coefficient 112

그림 4.40. ㎓ 대역에서의 방사패턴과 Reflection Coefficient 113

그림 4.41. LTE 안테나 설계도 113

그림 4.42. LTE 안테나 배치 및 Reflection Coefficient, Isolation 114

그림 4.43. LTE 안테나 방사패턴 114

그림 4.44. 제작된 Wi-Fi 안테나 115

그림 4.45. 측정 된 Wi-Fi 안테나 Reflection Coefficient 115

그림 4.46. 측정된 Wi-Fi 안테나 방사 패턴(2.4G, 5G 대역) 115

그림 4.47. 제작된 LTE 안테나 116

그림 4.48. 측정된 LTE 안테나 Reflection Coefficient 116

그림 4.49. 측정된 LTE 안테나 패턴(TX, RX) 117

그림 4.50. 제작된 안테나 배치 모습 117

그림 4.51. 스마트 헬멧 프로세서 보드 118

그림 4.52. 프로세서 보드 배치도 119

그림 4.53. 스마트 헬멧 통신 및 영상처리 보드 120

그림 4.54. 통신 및 영상처리 보드 배치도 120

그림 4.55. 전원 공급 장치에 사용하는 QC3.0 기능 121

그림 4.56. 스마트 헬멧 전원 공급 구조 122

그림 4.57. 스마트 헬멧 전원 공급 장치 설계 및 제작 122

그림 4.58. 스마트 헬멧 전원 공급 연결 회로 123

그림 4.59. 외장형 GPS 모듈 연결 구조 125

그림 4.60. 스마트 헬멧 드론 연동 구조 126

그림 4.61. 스마트 헬멧 드론 연동 메시지 포맷 126

그림 4.62. 드론 시스템 형상 및 제원 127

그림 4.63. 드론 시스템 구성도 127

그림 4.64. 드론 제어 모듈의 Zynq 프로세서 내부 구성도 128

그림 4.65. 드론 시스템 제어모듈 설계 128

그림 4.66. 드론 시스템의 짐벌 형상 129

그림 4.67. 스마트 헬멧을 이용한 드론 카메라 방향 제어 기능 130

그림 5.1. 스마트 헬멧 SW 플랫폼 및 응용 구조 131

그림 5.2. 스마트 헬멧용 소프트웨어 및 하드웨어 구성 133

그림 5.3. 소프트웨어 프레임워크 적용 예시 134

그림 5.4. IR 카메라 기능 동작(수동 방식) 135

그림 5.5. 복구 가능한 단위 처리(트랜잭션)를 위한 상태 변이도 137

그림 5.6. 오류시 복구를 위한 연산 추상화 방법 138

그림 5.7. 트랜잭션을 통한 변경 적용 흐름 139

그림 5.8. 신체 및 위치정보 데이터 획득 인터페이스 140

그림 5.9. 신체 및 위치정보 데이터 분석 및 보정 기술 141

그림 5.10. 신체 데이터 획득 결과 화면 141

그림 5.11. 스마트 헬멧 SW 구현 인터페이스 구조 142

그림 5.12. 스마트 헬멧 정보처리 및 전달을 위한 인터페이스 구성 143

그림 5.13. 네트워크를 통한 정보 전달 메시지 구조 144

그림 5.14. 스마트 헬멧 초기설정, 음성통신, 지휘부 연결 시나리오 146

그림 5.15. 드론영상, IR/EO 데이터 선택 및 전송 제어 시나리오 147

그림 5.16. 요구조자 생체 모니터링 시나리오 148

그림 5.17. 스마트 헬멧 HW 보드와 장치들(SW 시험 환경) 148

그림 5.18. 스마트 헬멧 장치 및 응용 운용 예시 149

그림 5.19. 카메라 제어 및 디스플레이 연결 150

그림 5.20. IR/EO/정보 가시화 예시 150

그림 5.21. 시범 시험 데이터 구성 및 좌표계 매핑 151

그림 5.22. 소방관 위치 활용 공간정보 스키마 151

그림 5.23. 소방관의 시간 흐름에 따른 이동 152

그림 5.24. 소방관의 작전지역 이탈 및 중복 탐지 인식 153

그림 5.25. 스마트 헬멧 시스템과 지휘관제 시스템간 구성도 154

그림 5.26. 위치 이탈 알고리즘 156

그림 5.27. 영역 이탈 알고리즘 157

그림 5.28. 중복탐색 알고리즘 157

그림 5.29. DB ER(Entity Relation) 다이어그램 158

그림 5.30. 소방관 등록 절차 158

그림 5.31. 위치 정보 수신 절차 159

그림 5.32. 생체 정보 수신 절차 160

그림 5.33. 영상/음성 정보 수신 절차 161

그림 5.34. 지휘관제 시스템의 상태 다이어그램(1) 161

그림 5.35. 지휘관제 시스템의 상태 다이어그램(2) 162

그림 5.36. 시스템간 전송되는 메시지 ID 163

그림 5.37. 시스템간 네트워크 구조 165

그림 5.38. LGU+ 라우터 포트포워딩 165

그림 5.39. 지휘관제 시스템의 OpenVPN 설정 166

그림 5.40. 스마트 헬멧 시스템의 OpenVPN 설정 166

그림 5.41. 지휘관제 시스템에서 수신한 메시지 결과 167

그림 5.42. 소방관 신체 및 위치 정보 모니터링 167

그림 5.43. 스마트 헬멧 4세트 모니터링 168

그림 5.44. 시뮬레이터 개발 구조 169

그림 5.45. 전원인가 시뮬레이션 시나리오 시퀀스 170

그림 5.46. GPS 정보 수집 시뮬레이션 시나리오 시퀀스 171

그림 5.47. 생체, 움직임 정보 수집 시뮬레이션 시나리오 시퀀스 172

그림 5.48. 스마트 헬멧과 지휘센터간 시뮬레이션 결과(1) 173

그림 5.49. 스마트 헬멧과 지휘센터간 시뮬레이션 결과(2) 174

그림 5.50. HMD 신체 정보 175

그림 5.51. HMD 체온/맥박에 대한 이상상황 출력 화면 176

그림 5.52. HMD 움직임에 대한 이상상황 출력 화면 176

그림 5.53. BFS의 위치 정보 데이터 분석 및 보정 기술 177

그림 5.54. 소방관 A, B에 대한 위치 좌표 획득 177

그림 5.55. 소방관 A, B의 거리 계산 178

그림 5.56. 영상 전달 및 공유 기술 실증 시험 178

그림 5.57. 한국전자통신연구원(운동장) 실증 시험 179

그림 5.58. 천안 중앙소방학교 실증 시험 180

그림 5.59. 증평 소방서 실증 시험 181

그림 5.60. 한국전자통신연구원(매봉산) 실증 시험 182

그림 5.61. 대천 해수욕장 실증 시험 183

그림 6.1. 센서 및 통신 소프트웨어 연동 구성도 184

그림 6.2. 다중 통신 모듈 구조 185

그림 6.3. 다중 통신 보드 프로세서 정합(1) 186

그림 6.4. 다중 통신 보드 프로세서 정합(2) 186

그림 6.5. 프로세서 모듈 구조 187

그림 6.6. 프로세서 보드 187

그림 6.7. USB 오디오 모듈 구조 188

그림 6.8. USB 오디오 보드 188

그림 6.9. 헬멧 후면 LED 구조 189

그림 6.10. 헬멧 후면 LED 보드 및 연결 구성 189

그림 6.11. 통신 소프트웨어 센서 정합 구성 190

그림 6.12. AT 커멘드를 통한 LTE 구동 및 IP 획득 191

그림 6.13. GPS 데이터 수신 191

그림 6.14. WLAN 자동 인식 시험 192

그림 6.15. Bluetooth Scanning 시험 192

그림 6.16. 음성 양방향 통신 시나리오 193

그림 6.17. 영상 통신 시나리오 194

그림 6.18. 드론 통신 시나리오 195

그림 6.19. 통신 소프트웨어 구조도 196

그림 6.20. 통신용 소프트웨어의 음성 데이터 전송 캡처 화면 197

그림 6.21. 음성 통신을 위한 Sound 설정 파일 화면 197

그림 6.22. USB Audio Codec과 마이크 및 스피커 198

그림 6.23. 어플리케이션의 UdpConf 설정 파일 화면 198

그림 6.24. 다중 연결 영상 및 음성 통신 서비스 화면 199

그림 6.25. 생체 신호 정보 및 위치 정보 표시 화면 199

그림 6.26. 드론 카메라 제어 구성 200

그림 6.27. 드론 카메라 제어를 위한 제어 및 IMU 센싱 화면 200

그림 6.28. Wi-Fi 안테나 실장 모습과 안테나 201

그림 6.29. Wi-Fi 안테나 Bandwidth 측정 201

그림 6.30. Wi-Fi Ping 기능 시험 202

그림 6.31. LTE 안테나 실장 모습과 안테나 202

그림 6.32. LTE 안테나 대역폭 측정 203

그림 6.33. LTE Ping 기능 시험 203

그림 6.34. LED 제어 API 지원 203

그림 6.35. LED ON/OFF 제어 204

그림 6.36. 헬멧과 이동 지휘관제 시스템 간 구성도 204

그림 6.37. 스마트 헬멧 지휘관제 시스템 화면 205

그림 6.38. GPS 데이터 표현 206

그림 6.39. 생체 정보 그래프 207

그림 6.40. 영상 재생 화면 208

그림 6.41. 음성 데이터 처리 구조도 209

그림 6.42. 음성 데이터 믹싱 처리 구조도 209

그림 6.43. 음성 데이터 재생 화면 209

그림 6.44. 일정 거리 통신 시험 구성도 210

그림 6.45. 스마트 헬멧 어플리케이션 구동 확인 210

그림 6.46. LTE IP 획득 확인 211

그림 6.47. ping 통신 확인 211

그림 6.48. tcpdump ping 패킷 송수신 확인 211

그림 6.49. LTE 대역폭 측정 시험 구성도 212

그림 6.50. 서버모드 구동 212

그림 6.51. LTE IP 획득 확인 213

그림 6.52. 대역폭 측정 클라이언트 프로그램 구동 213

그림 6.53. 대역폭 확인 213

그림 6.54. 광학계 개요 215

그림 6.55. 광학계 왜곡 216

그림 6.56. HMD 광학계 설계(1) 216

그림 6.57. HMD 광학계 설계(2) 217

그림 6.58. HMD 디스플레이 시제 및 장착모습 217

그림 6.59. HMD 시험 구성도 218

그림 6.60. 외부 조도에 따른 HMD 시인성 확인(조도측정기) 218

그림 6.61. 조도별 HMD 출력 영상 219

그림 6.62. 가시 광 및 열영상(IR) 시험 모듈 219

그림 6.63. 가시 광 및 열 영상(IR) 카메라 영상출력 220

그림 6.64. A20보드 EO 영상 사진 및 IR 영상 사진 220

그림 6.65. HMD 해외 제품 비교 데이터 221

그림 6.66. 광학부 설계 예 222

그림 6.67. HMD 배치 위치와 시야 예 223

그림 6.68. HMD 전시 S/W 구현시 Text 크기 예 223

그림 6.69. FoV와 Visual limit(Horizontal and Vertical) 224

그림 6.70. FoV와 HMD 예상 위치 224

그림 6.71. 정보시현용 디스플레이 시스템 구성도 225

그림 6.72. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 구성도 226

그림 6.73. HMD Controller보드 회로도(1) 227

그림 6.74. HMD Controller보드 회로도(2) 227

그림 6.75. PCB 아트웍 228

그림 6.76. 거버데이타 228

그림 6.77. BOM 228

그림 6.78. HMD Video Controller 229

그림 6.79. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 체결 모습 229

그림 6.80. 정보시현용 디스플레이 하드웨어 구성품 230

그림 6.81. 디스플레이 연동 테스트(1) 230

그림 6.82. 디스플레이 연동 테스트(2) 231

그림 6.83. EO 카메라 영상 출력 결과 231

그림 6.84. IR 카메라 영상 출력 결과 232

그림 6.85. 회로도 232

그림 6.86. 광학모듈 233

그림 6.87. FOV, Field of View(시야각) 개념도 233

그림 6.88. FOV 정의 및 시험방법 234

그림 6.89. 측정 234

그림 6.90. 측정 결과 235

그림 6.91. EO/IR CAM HW에 대한 블록도 236

그림 6.92. EO 카메라 보드 회로도 237

그림 6.93. EO 카메라 보드 거버게이타:상(좌)/하(우) 237

그림 6.94. EO 카메라 보드:상(좌)/하(우) 237

그림 6.95. EO 카메라 사이즈 도면(20×20×1T) 238

그림 6.96. EO/IR 통합 카메라 보드 회로도(1) 239

그림 6.97. EO/IR 통합 카메라 보드 회로도(2) 239

그림 6.98. EO/IR 통합 카메라 보드 거버데이타(상) 239

그림 6.99. EO/IR 통합 카메라 보드 거버데이타(하) 240

그림 6.100. EO/IR 통합 카메라 보드 실물 사진:상(좌)/하(우) 240

그림 6.101. EO/IR 통합 카메라 보드 도면(상/하) 241

그림 6.102. EO/IR 카메라, FOV＝35도 HMD 및 A20보드 체결 241

그림 6.103. HMD 화면 측정한 결과 242

그림 6.104. 출력 결과(IR 카메라 영상(좌)/EO 카메라 영상(우)) 242

그림 6.105. 회로도 상세 블록도 243

그림 6.106. HMD 초기 이니셜 이슈 해결 243

그림 6.107. HMD 모듈 블록도 개선 244

그림 6.108. TPS55330 내부 블록도 244

그림 6.109. TPS61093 내부 블록도 245

그림 6.110. 온도 테스트 결과 245

그림 6.111. 48시간 에이징 Test 245

그림 6.112. EO/IR 카메라 모듈 기구물 246

그림 6.113. 기구 조립된 EO/IR 카메라 모듈 246

그림 6.114. 케이블 핀맵 및 설계 247

그림 6.115. 기구 조립된 EO/IR 카메라 케이블 조립체 247

그림 6.116. 카메라 영상전송 블록도 248

그림 6.117. 영상전송 RTSP 프로토콜 전송 블록도 249

그림 6.118. HMD와 카메라 관련 이슈 및 문제해결 250

그림 6.119. RTSP 전송오류 해결 250

그림 7.1. 해외 선호 헬멧 제품 252

그림 7.2. 이중구조 헬멧(Magma) 252

그림 7.3. 탈부착 형태의 모듈형 헬멧 252

그림 7.4. Drager(제조사)/HPS 7000(제품명) 253

그림 7.5. 구조 및 화재 진압용 헬멧(Rosenbauer) 253

그림 7.6. 산업용 스마트 헬멧 253

그림 7.7. 한국인 두상 표준(연령대별 성인 남자 기준) 254

그림 7.8. 한국인 두상 성인 남자 25세~59세 표준 255

그림 7.9. KFI 인정기준(헬멧 모체와의 공간 기준) 256

그림 7.10. 한국인 성인두상표준과 KFI인증의 헬멧너비 256

그림 7.11. 한국인 성인두상표준과 KFI인증의 헬멧수직길이 257

그림 7.12. 국내외 헬멧 사이즈 실측 비교(헬멧너비) 258

그림 7.13. 국내외 헬멧 사이즈 실측 비교(헬멧수직길이) 258

그림 7.14. 심층 인터뷰 순서 계획 259

그림 7.15. 디자인 컨셉 도출 Framework 260

그림 7.16. 스마트 헬멧(디자인 A안) 262

그림 7.17. 스마트 헬멧(디자인 B안) 262

그림 7.18. 스마트 헬멧 3D 모델링 263

그림 7.19. 스마트 헬멧 설계안 263

그림 7.20. 3D 프린팅 과 내부에 장착제 부착 264

그림 7.21. 코로이드 소재 264

그림 7.22. Mips 구조 및 인체 작용 265

그림 7.23. 스마트 헬멧 2차 디자인 266

그림 7.24. 스마트 헬멧 모듈 디자인 컨셉 및 장착방안 연구 267

그림 7.25. 스마트 헬멧 모듈 배치 연구 267

그림 7.26. 헬멧 치수 268

그림 7.27. Vent Hole 적용 디자인 Side view와 Rear view 268

그림 7.28. 스마트 헬멧 3D 프린팅(전자부 PCB 장착) 269

그림 7.29. 부품 구성 및 사이즈 269

그림 7.30. 장비 모듈 장착 연구 270

그림 7.31. 3차 헬멧 디자인 Front/Rear Quater View 270

그림 7.32. 3차 헬멧 디자인 Front/Rear View 270

그림 7.33. 3차 헬멧 디자인 Top/Side View 271

그림 7.34. 3D 프린팅 구조 분석 271

그림 7.35. 카메라 모듈 변경에 따른 디자인 수정 272

그림 7.36. 상단에 안테나 삽입 공간 확보 272

그림 7.37. HMD 디자인 273

그림 7.38. 최종 디자인 3D 모델링 273

그림 7.39. 헬멧 모듈 위치 274

그림 7.40. 장비 모듈 풀 장착한 스마트 헬멧 274

그림 7.41. 모듈형 장비 탈착 275

그림 7.42. 수도원 119 특수구조대 좌담회 275

그림 7.43. 스마트 헬멧 기능(모듈형) 278

그림 7.44. 스마트 헬멧 기능(버튼) 278

그림 7.45. 스마트 헬멧 가능(디스플레이) 279

그림 7.46. 좌담회 가이드라인 280

그림 7.47. 제품 개발 방향 도출 Frame 281

그림 7.48. 구조대원 좌담회를 위한 가이드라인 282

그림 7.49. 강원소방학교(태백) 283

그림 7.50. 바이크용 헬멧 및 디스플레이 적용 방식 284

그림 7.51. 후방 카메라 위치 및 크로즈업 284

그림 7.52. 산업용 헬멧에... 285

그림 7.53. 스트랩 구조로... 285

그림 7.54. 장비 탈부착 마운트... 285

그림 7.55. 충전 단자 내장형... 285

그림 7.56. NUVIZ(HMD:Helmet Mounted Display) 285

그림 7.57. 헬멧 컨트롤러 286

그림 7.58. 컨트롤러 크기 및 형태 286

그림 7.59. 목업 286

그림 7.60. 전면 PCB 부착 상태 286

그림 7.61. 양산제품(탈부착식:Magnet방식 적용, USB 충전) 286

그림 7.62. 일반, 산업, 의료, 레저로 활용 가능한 디스플레이 287

그림 7.63. 컨셉 스케치 초안 중 288

그림 7.64. 하드웨어 배치 초안 288

그림 7.65. 헬멧내부 통풍을 위한 Vent Hole 위치 및 구조 연구 289

그림 7.66. 헬멧 장비가 포함된 본체와 쉘(Shell)이 분리 289

그림 7.67. 역설계 스캐닝(헬멧 내부 사이즈 비교 분석) 289

그림 7.68. SENA 헬멧 구조 연구 290

그림 7.69. 거치 방식, 거치 홀(Hole), 프로펠러 내장형 290

그림 7.70. 헬멧 분해 291

그림 7.71. Rear 램프 도출 291

그림 7.72. GARMIN 디스플레이, 터치 패드, 마운트 구조 291

그림 7.73. Professional Helmet 292

그림 7.74. Normal Casual Helmet 292

그림 7.75. Unique Basic... 292

그림 7.76. Unique Casual... 292

그림 7.77. 헬멧 및 구조용 헬멧 포지셔닝 292

그림 7.78. 헬멧 디자인 개념 293

그림 7.79. Concept Sketch Drawing 293

그림 7.80. Concept Sketch Drawing 294

그림 7.81. 하드웨어 위치 및 사이즈 확인 294

그림 7.82. 하드웨어 specification 295

그림 7.83. Type A Front 295

그림 7.84. Type Rear 295

그림 7.85. 3 Color Variation 295

그림 7.86. Type A Design 296

그림 7.87. Type B Venthole Cap, Type Rear 296

그림 7.88. Color Variation 297

그림 7.89. Type B Design 297

그림 7.90. Type C Rear, Type C 축광 297

그림 7.91. Type C Color Variation 298

그림 7.92. Type C Design 298

그림 7.93. Quarter View(Front L/R) 298

그림 7.94. Quarter View(Rear R/L) 299

그림 7.95. Final 299

그림 7.96. 회로구성 300

그림 7.97. 분해도 300

그림 7.98. 헬멧 전면 View 301

그림 7.99. 헬멧 기능 및 장비 위치 301

그림 7.100. 헬멧 기능 및 장비 위치 302

그림 7.101. HMD 표시 내용 302

그림 7.102. Black Color 302

그림 7.103. 목업 제작 과정 303

그림 7.104. 목업 워킹 테스트 회의 304

그림 7.105. 목업 워킹 테스트 305

그림 7.106. 스마트소방 헬멧 컨셉방향 1안 모델링자료 306

그림 7.107. 스마트소방 헬멧 컨셉방향 2안 모델링자료 307

그림 7.108. 하드웨어 기능 및 구조를 감안한 모델링 308

그림 7.109. CPU 및 통신모듈 케이스 모델링 308

그림 7.110. 스마트소방 헬멧 쉘 모델링 목업 309

그림 7.111. 해외 헬멧 제조사의 브라켓 구조 및 유형조사 310

그림 7.112. 헬멧 장착 브라켓 310

그림 7.113. 헬멧 장착 카메라부 목업 및 헬멧 인터페이스 311

그림 7.114. 통신 안테나 장착방안 분석 311

그림 7.115. 헬멧 장착 카메라부 목업 및 헬멧 인터페이스 312

그림 7.116. 헬멧 쉘 금형 설계 검토 및 수정 313

그림 7.117. Out Shell Modeling 313

그림 7.118. Inner Shell Modeling 314

그림 7.119. Camera Sensor Modeling 314

그림 7.120. Side Bracket Modeling 315

그림 7.121. Back End CPU Modeling 315

그림 7.122. 금형블럭 가공 316

그림 7.123. 스마트 헬멧 플랫폼 설계도 317

그림 7.124. 헬멧쉘 및 전자부 모듈 하우징 318

그림 7.125. 헬멧 내장재의 변형에 의한 충격흡수 320

그림 7.126. 3D Spacer Fabric을 활용한 내부망 개발 321

그림 7.127. 소방용 구조헬멧의 형상 및 시험 322

그림 7.128. 스마트 구조 헬멧의 형상 322

그림 7.129. 해석 모델의 PART 정보 323

그림 7.130. ULTEM DU242의 응력(변형률 선도) 323

그림 7.131. 내관통성 해석의 경계 조건 324

그림 7.132. 내관통성 해석의 접촉 정의 324

그림 7.133. 충격 흡수성 해석의 경계 조건 325

그림 7.134. 충격흡수성 해석의 접촉 정의 325

그림 7.135. 측면 변형 해석의 경계 조건 326

그림 7.136. 임팩터 하중 vs. 시간 326

그림 7.137. 열차단 물받이 디자인 및 시제품 개발 327

그림 7.138. 수압을 이용한 식기 세척기 329

그림 7.139. 고압 세척, 고온 살균, 건조 329

그림 7.140. 브러쉬와 수압을 이용한 세척 330

그림 7.141. 컵 세척기 구조 330

그림 7.142. 초음파 세척기 331

그림 7.143. 카가산업 331

그림 7.144. 일건리스공업 332

그림 7.145. 2015년도 특허 등록 제품(일본) 332

그림 7.146. 해외 헬멧 세척기 333

그림 7.147.(주)재산 헬멧 세척기(깔끄미) 333

그림 7.148. 헬멧 세척기 스케치안 334

그림 7.149. 헬멧 세척기 최종 디자인안(Front View/Side View) 335

그림 7.150. 헬멧 세척기 최종 디자인안(Front-Quater View) 335

그림 7.151. 헬멧 세척기 디자인 시안 336

그림 7.152. 헬멧 세척기 최종 설계도(정면, 측면 및 세부도면) 336

그림 7.153. 헬멧 세척기 사양 및 외관 337

그림 7.154. 헬멧 세척기 작동 모습 337

그림 7.155. 스마트 헬멧 인증시험 및 공인시험성적서[원문불량;p.290] 338

그림 8.1. 스마트 헬멧 요구사항 설문조사[원문불량;p.293] 341

그림 8.2. 최첨단장비 필요 순위 조사(1~3순위) 344

그림 8.3. 최첨단장비 필요 순위 조사(4~6순위) 344

그림 8.4. 구조대·구급대별 최첨단장비 필요 순위(1~2순위) 345

그림 8.5. 근육과 전극 부착 부위 346

그림 8.6. 들것 하강 자세 시 상체 근육의 근활성도 352

그림 8.7. 들것 상승 자세 시 상체 근육의 근활성도 352

그림 8.8. 들것 하강 자세 시 상체의 각도[원문불량;p.305] 353

그림 8.9. 들것 상승 자세 시 상체의 각도[원문불량;p.306] 354

그림 8.10. 마커 위치 355

그림 8.11. 이벤트 및 국면 355

그림 8.12. 동작분석(헬멧 쓰지 않고... 356

그림 8.13. 동작분석(헬멧 쓰고... 356

그림 8.14. 리빙랩 구성원 참여 협조 공문 356

그림 8.15. 실험 전후 평균의 차이 361

그림 8.16. 실험 전후 대응차 361

그림 8.17. 수축기 전후 그래프 362

그림 8.18. 이완기 전후 그래프 362

그림 8.19. 맥박수 전후 그래프 362

그림 8.20. 체온 전후 그래프 362

그림 8.21. 호흡 전후 그래프 363

그림 8.22. 맥박의 사전 사후 결과 368

그림 8.23. 호흡의 사전 사후 결과 369

그림 8.24. 혈압의 사전 사후 결과 369

그림 8.25. 체온의 사전 사후 결과 371

그림 8.26. 스트레스의 사후 결과 371

그림 8.27. 젖산의 사전 사후 결과 372

그림 8.28. 심박수의 사전 사후 결과 374

그림 8.29. 피로 측정 376

그림 8.30. 시각적 사상 척도 376

그림 8.31. Borg 운동강도 10단계 및 15단계 측정 376

그림 8.32. 심박수 종류 및 산출방법 377

그림 8.33. 자각적 운동강도 377

그림 8.34. 실험을 위한 측정도구 378

그림 8.35. ECG측정 및 스트레스지수 측정 378

그림 8.36. 학회 발표 성과 383

그림 8.37. 맥박 393

그림 8.38. 호흡수 394

그림 8.39. 수축혈압/이완혈압 395

그림 8.40. 체온 396

그림 8.41. 안아서 이동하기 397

그림 8.42. 소방관 메기와 이동 399

그림 8.43. 긴척추고정판으로 환자들기 및 이동하기 400

그림 8.44. 심폐소생술(흉부압박) 401

그림 8.45. 스마트 헬멧 쓰고 긴척추고정판 들기 402

그림 8.46. 스마트 헬멧 쓰고 심폐소생술 402

그림 8.47. 스마트 헬멧 쓰고 환자 안아 들기 403

그림 8.48. 스마트 헬멧 쓰고 환자 어깨 메기 403

그림 8.49. 스마트 헬멧 쓰고 목 근전도 실험 404

그림 8.50. JEMS CONFERENCE 405

그림 8.51. 국제 소방안전박람회 406

그림 8.52. 소방서 리빙랩 활동 407

그림 8.53. 스마트 헬멧 전면부 명칭 409

그림 8.54. 스마트 헬멧 후면부 명칭 409

그림 8.55. 컨트롤부 명칭 410

그림 8.56. 헬멧 구조 및 외관 410

그림 8.57. 재료 시험 412

그림 8.58. 재료 시험 환경 413

그림 8.59. 내관통성 시험 414

그림 8.60. 내관통성 시험 장치 415

그림 8.61. 충격흡수 시험 416

그림 8.62. 충격 시험 장치 417

그림 8.63. 반사성능 시험 417

그림 8.64. 내수성 시험 418

그림 8.65. 난연성 시험 419

그림 8.66. 난연성 시험 장치 420

그림 8.67. 방염성능 시험 420

그림 8.68. 내열성 시험 장치 421

그림 8.69. 표준 인두 모형 422

그림 8.70. 표면마모저항 시험 422

그림 8.71. 표면마모저항 시험 장치 424

그림 8.72. 내전압 시험 424

그림 8.73. 내전압 시험 장치 425

그림 8.74. 평행도 시험 425

그림 8.75. 굴절력 시험 426

그림 8.76. 충격 강도 시험 427

그림 8.77. 시야측정 시험 427

그림 8.78. 투상면 428

그림 8.79. 시야측정도 428

그림 8.80. 내수도 시험 429

그림 8.81. 턱끈 강도 시험 429

그림 8.82. 턱끈 풀림 시험 430

그림 8.83. 턱끈 풀림 시험 장치 431

그림 8.84. 측면변형 시험 431

그림 8.85. 이탈 시험 432

그림 8.86. 이탈 시험 장치 433

그림 8.87. 안면렌즈 복사열 저항 시험 434

그림 8.88. 복사열저항 시험 장치 435

그림 8.89. 헬멧 낙하 시험 436

그림 8.90. 표시사항 436

그림 8.91. 인증항목 438

그림 8.92. Specification 440