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Detection of Apnea Signal using UWB Radar based on Short-Time-Fourier-Transform
Chaehwan Hwang(황채환),Suyeol Kim(김수열),Deokwoo Lee(이덕우) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.7
최근 비침투 또는 비접촉 방식을 활용한 호흡상태 관찰에 대한 관심이 높아지고 있다. 여러 가지 많은 생체신호들중 호흡신호를 활용하여 건강상태를 점검하는 것은 비정상적인 건강 상태에 대한 신속한 대응을 가능하게 해 준다. 본 논문에서는 국소 퓨리에 변환을 활용한 실시간 무호흡 상태 검출에 대한 방법을 제시한다. 기존의 고속 퓨리에 변환을 활용한 신호해석과 달리, 본 논문에서는 국소 퓨리에 변환을 사용하여 짧은 신호 구간에서의 주파수 응답을 분석한다. 본 연구에서 호흡 신호는 비접촉 방식을 활용하였으며, 초광대역 레이더 모듈을 활용하여 신호를 획득하였다. 국소 퓨리에 변환을 활용하여 호흡 상태를 검출한 후, 검출 결과에 따라 호흡 상태에 대한 분류가 가능하다. 특히 국소 퓨리에 변환은 실시간으로 호흡 상태에 대한 주파수 분석이 가능하도록 하였다. 호흡신호에 잡음이 존재할 경우를 대비하여 적절한 필터링 알고리즘이 적용되었다. 본 논문에서 제안하는 방법은 직관적으로 구현이 가능하고, 실질적으로 사람의 호흡상태에 대한 분석이 가능하도록 해준다. 제안한 방법을 검증하기 위해 호흡신호를 활용한 실험결과를 제시한다. Recently, monitoring respiration of people has been of interest using non-invasive method. Among the vital signals usually used for indicating health status, non-invasive and portable device based monitoring respiratory status is practically useful and enable one to promptly deal with abnormal physical status. This paper proposes the approach to real-time detection of apnea signal based on Short-Time-Fourier-Transform(STFT). Contrary to the analysis of a signal in frequency domain using Fast-Fourier Transform, this paper employs Short-time-Fourier-Transform so that frequency response can be analyzed in short time interval. The respiratory signal is acquired using UWB radar sensor that enables one to obtain respiration signal in contactless way. Detection of respiratory status is carried out by analyzing frequency response, and classification of respiratory status can be provided. In particular, STFT is employed to analyze respiratory signal in real-time, leading to effective analysis of the respiratory status in practice. In the case of existence of noise in the signal, appropriate filtering process is employed as well. The proposed method is straightforward and is workable in practice to analyze the respiratory status of people. To evaluate the proposed method, experimental results are provided.
해양 폐기물 관리법에 따른 하천 부유쓰레기 유출 차단시설의 설계 및 차집 쓰레기 DB구축
원종화(Jonghwa Won),김찬주(Chan Joo Kim),강효동(Hyo-dong Kang),김규원(Kyu Won Kim),옥수열(Suyeol Ok) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
국내외로 하천에서 바다로 유출되는 쓰레기에 대한 관리가 강화되면서 유출차단시설에 대한 관심이 높아져 가고 있다. 본 연구에서는 부유식 유출 차단 시설의 설계 절차와 설계에 필요한 주요 요소에 대하여 논의하고, DB 구축을 위한 체계와 기술을 제시하였다. 부유쓰레기 차단 시설은 기존의 오탁방지막, 오일 펜스와 달리 중량을 갖는 부유물의 적절한 차단을 위하여 설계, 설치된다. 따라서 유체-구조물 상호작용에 의한 하중뿐만 아니라 부유쓰레기가 유발하는 하중과 구조물의 상호작용의 고려가 필수적이다. 또한 기존 유사 시설과 달리 반영구 기반 시설이기 때문에 시설의 신뢰도가 최우선적으로 고려되어야 하고, 차단막의 유지보수 및 관리를 위한 위치유지(계류)시설과의 연결 간결성, 그리고 설치 위치에 적합한 앵커의 선정, 설계 역시 매우 중요한 절차 중 하나이다. 부유 쓰레기의 이동, 해수 유동과의 관계, 차집 쓰레기의 수거 방안과 연관하여 차단 시설의 위치를 선정하여야 한다. 본 연구에서는 앞서 언급한 절차에 따른 사례 연구를 통하여 적정성을 확인하였다. 해양 구조물 설계에 사용하는 부유체의 운동 해석 및 계류 설계 기술을 활용하여 구성한 차단 시설의 설계 사례, 해양 수조 실험을 바탕으로 하는 부유 쓰레기의 운동 특성, 위치 선정, 그리고 버켓 앵커의 선정을 소개한다. 또한 기계 학습을 기반으로 하는 부유 쓰레기 인식 기술을 활용한 DB 구축 전략을 제시하였다. As the management of waste leakage from rivers into the ocean at home and abroad has been strengthened, interest in waste spill prevention facilities has been increasing. In this study, the design procedure of the floating barrier facility and the main elements required for the design were discussed, and the system and technology for the capture waste DB construction were presented. Unlike existing floating silt protectors and oil fences, floating facilities to intercept debris from water way are designed and installed to adequately block floating objects with meaningful weight. Therefore, it is essential to consider not only the load caused by the fluid-structure interaction, but also the movement induced by the floating debris-structure interaction. Also, since it is a semi-permanent infrastructure, the operation reliability should be considered first. In addition, conciseness of connection with the station keeping (mooring) facility for maintenance and management of the barrier is required. And the selection and design of the anchor suitable for the installation location is also one of the very important procedures. The facility should be located with the water way-transportation of debris, the seawater flow at the river mouth, and the collection plan of the captured waste. A case study of the barrier design using the global motion analysis and mooring design technique of the floating body used in the design of offshore structures, the motion characteristics of floating debris on the ocean tank experiment, the location selection, and the selection of the bucket anchor are discussed. In addition, a DB establish strategy using floating waste recognition technique based on machine learning was suggested.