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장애물 회피에 페널티 보행 속도 알고리즘을 적용한 여객선 승객 탈출 시뮬레이션
Advanced Evacuation Analysis for Passenger Ship Using Penalty Walking Velocity Algorithm for Obstacle Avoid 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.19 no.4, 2010년, pp.1 - 9  

박광필 (대우조선해양(주) 선박해양연구소) ,  하솔 (서울대학교 조선해양공학과) ,  조윤옥 (서울대학교 조선해양공학과) ,  이규열 (서울대학교 조선해양공학과 및 해양시스템 연구소)

초록
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본 논문에서는 여객선의 승객 비상 탈출 시뮬레이션을 구현하였다. 승객의 행동에 미치는 요인 중 연령, 성별을 고려하여 승객 개인의 보행 속도에 반영하는 속도 기반 모델을 사용하였다. 승객들의 집단 이동을 구현하기 위해 플로킹 알고리즘을 적용하였다. 장애물과의 충돌 회피 및 승객 간의 위치가 겹치는 현상을 방지하기 위해 페널티 보행 속도를 도입하였다. 이 알고리즘을 이용하여 여객선의 승객 탈출 규정인 IMO (International Maritime Organization) MSC (Maritime Safety Committee) Circ.1238에서 정의한 11가지 시험 문제에 적용하였다. 시험 문제를 통해 승객의 위치가 겹치는 현상이 없이 시뮬레이션 되는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, advanced evacuation analysis simulation on a passenger ship is performed. Velocity based model has been implemented and used to calculate the movement of the individual passengers under the evacuation situation. The age and gender of each passenger are considered as the factors of wal...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 개인의 특성을 고려한 시뮬레이션을 위해서는 탈출 상황에서 승객의 보행 속도(walking speed)에 영향을 미치는 여러 요인들을 파악하여 승객 행동 모델을 구성 하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 속도 기반 모델(velocity based model)을 바탕으로 탈출 상황에서 승객의 행동 모델을 구현하였다. 페널티 보행 속도(penalty walking velocity)를 이용하여 장애물을 회피하도록 하였고 플로킹 알고리즘(flocking algorithm)을 이용하여 승객의 집단행동을 표현하였다.
  • 플로킹 알고리즘을 적용하면, 그림 6(b)와 같이 승객들이 간격을 유지하며 이동하지만, 승객간 거리를 유지하기 위한 상호작용 때문에, 벽을 통과하는 현상이 나타난다. 본 논문에서는 위와 같은 현상을 방지하기 위하여 장애물에 대해 페널티 보행 속도 개념을 적용하여 이러한 현상이 발생하지 않도록 하였다. 장애물에 의한 페널티 보행 속도를 추가로 적용하면, 그림 7과 같이 승객이 서로 겹치거나 벽을 통과하지 않고 이동한다.
  • 본 논문의 2장은 승객 행동 모델에 관련된 연구 현황을 소개 한다. 3장에서는 승객 탈출의 과정을 설명하고 승객 탈출 분석에 대한 규정(IMO, 2007; SOLAS, 2000)을 분석한다.
  • 본 시험 문제 8은 승객들 간에 서로 반대 방향으로 이동하여도 겹치거나 벽을 통과하지 않고 잘 이동할 수 있는지와 반대 방향으로 이동하는 승객이 늘어날수록 총 탈출 시간이 늘어나는 것을 확인하는 것이 목적이다.
  • 본 연구에서는 속도 기반 모델을 기반으로 탈출 상황에서 승객의 행동 모델을 구현하였다. 공간을 연속적인 좌표를 통하여서 표현 하였으며, 페널티 보행 속도를 이용하여 장애물을 회피하도록 하였다.
  • 비상 상황에서 탈출 경로를 따라 승객이 탈출하는데 걸리는 시간을 계산하고, 승객의 병목 현상을 확인하여 제거하는 것이 IMO MSC/Circ.1238의 목적이다. 첫째로 약산식을 통한 계산 방법을 제공하고 있기는 하지만 이는 승객 개인의 특성을 고려하지 못하므로 현실과는 많은 차이가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
IMO, 2007은 여객선에서 승객이 탈출하는 과정을 어떻게 설명하는가? 여객선에서 승객이 탈출하는 과정은 그림 1과 같이 여러 단계를 거쳐 이루어진다. 침수(flooding)이나 화재 같은 비상 상황이 발생하면, 선내에 비상 알람이 울리게 된다. 비상 상황을 인지(awareness)한 승객들은 집합 장소(assembly station)로 이동한다. 선장의 퇴선 명령이 있을 경우, 승객들은 구명정 탑승 대기 장소인 승정 장소(embarkation station)로 이동한다. 구명정에 탑승한 다음, 구명정을 진수(launching)하여 탈출을 완료한다(IMO, 2007).
본 논문에서 승객의 행동 모델을 구현을 위해 어떤 모델을 사용하였는가? 개인의 특성을 고려한 시뮬레이션을 위해서는 탈출 상황에서 승객의 보행 속도(walking speed)에 영향을 미치는 여러 요인들을 파악하여 승객 행동 모델을 구성 하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 속도 기반 모델(velocity based model)을 바탕으로 탈출 상황에서 승객의 행동 모델을 구현하였다. 페널티 보행 속도(penalty walking velocity)를 이용하여 장애물을 회피하도록 하였고 플로킹 알고리즘(flocking algorithm)을 이용하여 승객의 집단행동을 표현하였다.
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참고문헌 (23)

  1. 공인영 외, "해양 위해도 저감 핵심기술 개발(II), 인적요소를 고려한 탈출분석 기법 개발," 한국해양연구원 해양시스템안전연구소 연구보고서, 2001년 12월. 

  2. 공인영 외, "해양 위해도 저감 핵심기술 개발(III), 인적요소를 고려한 탈출분석 기법 개발" 한국 해양연구원 해양시스템안전연구소 연구보고서, 2002년 12월. 

  3. 김홍태, 이동곤, 박진형, "인적요소를 고려한 선상 탈출 시뮬레이션 기술," 한국시뮬레이션학회 2001년 춘계학술대회논문집, pp. 135-140. 2001년. 

  4. 박광필, 조윤옥, 하솔, 이규열, "평면상 승객의 회전 자세를 고려한 가속도 기반의 승객 탈출 분석 시뮬레이션," 한국CAD/CAM학회 논문집, 15(4), pp. 306-313, 2010년 8월. 

  5. 이강훈, 인간 행동패턴에 대한 고찰과 피난로 설계에의 적용방법에 관한 연구(A study on human behavioural patterns in building fires and application of theirs to the designing of escape routes), 대한건축학회 논문집, 13(7), pp. 83-92, 1997년. 

  6. M. Fujioka, K. Ishibashi, H. Kaji, and I. Tsukagoshi, "A multi-agent based simulation model for evacuees escaping from tsunami disaster", 한국시뮬레이션학회 2001년 추계 학술대회논문집, pp. 306-312, 2001년. 

  7. E.R. Galea, and J.M. Perez Galparsoro, "A computer - based simulation model for the prediction of evacuation from mass-transport vehicles," Fire Safety Journal, vol. 22, pp. 341-366, 1994. 

  8. S. Gwynne, E.R. Galea, C. Lyster, and I. Glen, "Analysing the evacuation procedures employed on a thames passenger boat using the maritimeEXODUS evacuation model," Fire Technology, vol. 39, pp. 225-246, 2003. 

  9. C. Hartman and B. Benes, "Autonomous boids," Computer Animation and Virtual worlds, vol. 17, pp. 199, 2006. 

  10. D. Helbing, I. Farkas, and T. Vicsek, "Simulating dynamical features of escape panic," Nature, vol. 407, pp. 487-490, 2000. 

  11. D. Helbing, I. Farkas, P. Molnar, and T. Vicsek, "Simulation of pedestrian crowds in normal and evacuation situations," Pedestrian and evacuation dynamics, pp. 21-58, 2002. 

  12. IMO, "Guidelines for evacuation analysis for new and existing passenger ship," IMO MSC/Circ.1238, 2007. 

  13. T. Korhonen, and S. Hostikka, "Fire dynamics simulator with evacuation FDS+Evac : Technical reference and user's guide," VTT Technical Research Centre of Finland, 2009. 

  14. E. Kuligowski, and R. Peacock, "A review of building evacuation models," NIST TN, vol. 1471, 2005. 

  15. L. Guarin, J. Majumder, V. Shigunov, G. Vassalos, and D. Vassalos, "Fire and flooding risk assessment in ship design for ease of evacuation," 2nd International Conference on Design for Safety, 2004. 

  16. J. Park, H. Kim, D. Lee, J. Lee, and B. Park, "Simulation-based evacuation analysis on a high speed coastal passenger ship," 한국시뮬레이션학회 2001년 추계학술대회논문집, pp. 444-449, 2001. 

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  20. M. Schreckenberg, T. Meyer-Konig, and H. Klupfel, "Simulating mustering and evacuation processes onboard passenger vessels; model and applications," International Symposium on Human Factors On Board, 2001. 

  21. SOLAS II-2/Regulation 13, "Means of escape", 2000. 

  22. K. Tomomatsu, S. Uehara, and K. Nakano, "Evacuation simulation system applied to the conventional hall and the hospital," 한국시뮬레이션학회 2001년 추계학술대회 논문집, pp. 380-386, 2001. 

  23. D. Vassalos, H. Kim, G. Christiansen, and J. Majumder, "A mesoscopic model for passenger evacuation in a virtual ship-sea environment and performance based evaluation," Conference on Pedestrian and Evacuation Dynamics. 2001. 

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