IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 기술 연구 = A Study on AI Mobile House Monitoring Technology by Applying IoT Housing Sensor

국문 초록 (Abstract)

최근 1인 가구 증가 및 고령화에 따른 인구사회 구조적 변화로 자체적인 주거 관리가 어려워 4차 산업혁명 기술을 적용한 지능형 주거 관리 서비스가 주목받고 있다. 또한, 현재 건축시장에서 기존의 목조주택 대비 관리가 용이하고 거주자의 선호에 따라 맞춤형 설계가 가능한 소형 이동식 또는 모듈러 주택에 대한 수요가 급증하고 있어 이에 대응하고자 타업종과 협업하여 차세대 주거 형태인 스마트하우스 개발을 목표로 활발한 연구를 수행하고 있다. 현재까지 수행된 스마트하우스 관련 연구들은 일정 규모 이상의 단독 주택 또는 공동 주택만이 주 대상이었기 때문에 시장에서 수요가 급증하고 있는 농막, 주거용 컨테이너와 같은 이동식 주택을 대상으로 한 주거 서비스 관련 연구가 부족한 실정이다.
이에 본 논문에서는 현장 및 원격에서 농막과 같은 이동식 주택의 모니터링이 가능하도록 모바일하우스 기반 테스트베드에 다양한 IoT하우징 센서와 AI 기반 얼굴인식을 접목한 “IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 기술”에 관하여 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 이동식 주택을 대상으로 거주자에게 온/습도를 비롯한 가스 누출에 따른 사고 방지 등 다양한 주거 정보를 제공해줄 수 있도록 다수의 IoT 센서를 사용하였으며, 보안성을 향상시키고자 이미지 센서 연동형 AI 얼굴 인식 알고리즘을 설계하였다. 또한, 모바일하우스 모니터링의 각 기능을 검증하고자 현장 테스트베드를 구축하여 성능을 측정하였다.
환경 모니터링 기능을 검증하고자 테스트베드 내 환경에 변화를 가하여 일정 시간 이내에 모니터링 UI에서 정상적으로 변화가 반영되는지 실험을 진행하였고 99% 확률로 환경 변화를 감지하여 모니터링 UI에 반영되는 것을 확인하였다.
외부에서 접근하는 인원의 신원 파악을 위해 이미지 센서 연계형 AI 얼굴 인식 알고리즘을 설계하여 테스트베드에서 성능 검증을 진행하였다. 거리 별 얼굴 인식률을 측정하고자 현장 IP카메라를 사용하여 0.5m 별로 실험을 진행하였고 1m 이내에서는 95%이상의 인식률이 확보되는 것을 확인하였다.
본 논문에서는 이동식 주택을 대상으로 주거 모니터링 기술에 관하여 연구를 수행하였으며, 향후 스마트하우스 기술 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently the change of population structure due to increasing of the number of single households and the aging makes it difficult managing home own self, so the intelligent home manage service applying 4th industrial technology such as IoT has been received attention. Also, the demand for a small mobile house or modular house has been increasing in the architectural market because it is easy to manage, and the owner can design it as his preference. So, the people working in the architecture field have been studying for a smart house to respond to consumers' demand by working with other industrial fields. The existed research related to smart house is for the construction at least the size of a typical detached house or an apartment, but there's little research aiming at the mobile house such as a park house, a container that is popular in the architectural market currently.
In this paper, we studied AI mobile house monitoring technology by applying IoT housing sensors by installing the sensor at the mobile house based testbed and implemented the local and remote house monitoring function.
In this paper, we utilized several IoT sensors for a mobile house such as a temperature/humidity sensor for checking environment status and a gas sensor to prevent an accident caused by leakage. And, we designed an image sensor based AI face recognition algorithm to increase security. To prove each function of developed mobile house monitoring, we built a mobile house based testbed and experimented performance of IoT housing sensor applied environment monitoring and an image sensor based AI face recognition algorithm.
To measure the environment monitoring function, we gave an environment change in the testbed and checking whether the monitoring shows the change or not in a time. We confirmed that the monitoring S/W could show exactly the environment status of the testbed at 99%.
The designed AI based face recognition algorithm with an image sensor detects a person from outside and classify who he is. To measure the performance of the algorithm, we measured the face recognition rate based on the distance. We confirmed that the AI based face recognition algorithm could recognize a face in 1m at over 95%.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• II. 선행 연구 3
• 1. 스마트하우스 연구 3
• 2. AI 기반 얼굴 인식 기술 연구 6
• III. IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 기술 연구 10
• 1. IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 환경 모니터링 기술 연구 10
• 2. 이미지 센서 연동형 AI 알고리즘 기반 얼굴 인식 기술 연구 14
• 3. IoT하우징 센서 접목형 AI 모바일하우스 모니터링 시스템 아키텍처 설계 19
• 4. 테스트베드 설계 및 구축 21
• IV. 실험 및 검증 26
• 1. IoT하우징 센서 연계형 환경 모니터링 기능 동작 실험 26
• 2. 이미지 센서 연동형 AI 알고리즘 기반 얼굴 인식 기능 실험 36
• 3. 실험 결과 분석 및 고찰 43
• V. 결 론 44
• 참고문헌 46
• 영문초록(Abstract) 49
• 감사의글 51