USN을 이용한 목조문화재 방재시스템에 관한 연구 -불꽃감지기 오작동 확인시스템을 중심으로- Study on the Disaster Prevention System for Wooden Cultural Assets Using USN -Focusing on the System Checking the Malfunction of Flame Detector-원문보기
목조문화재의 화재특성을 보면 화재전파가 빠르고 화재가 발생하면 전소로 이어질 가능성이 큰 특징을 가지고 있다. 그러므로 화재의 예방과 초기 진압을 위해서는 상황을 정확히 인지할 수 있는 기술적인 대응과 더불어 인지된 문제를 조기에 대처할 수 있는 시스템이 필요하다. 이러한 기술을 첨단 유비쿼터스 기술에 의한 상황 감지, 그리고 상황에 따른 빠른 대처 즉, 진압에 활용하기 위해 본 연구에서는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술, 불꽃감지기, 이미지 센서, USN 기반 문화재 방재 응용사례, 오작동 확인시스템 구현 등에 대해서 살펴보고 유비쿼터스형 문화재 방재시스템에 대해 불꽃감지기 오작동 확인시스템에 대해 실험하여 연구결과를 제시하였다.
목조문화재의 화재특성을 보면 화재전파가 빠르고 화재가 발생하면 전소로 이어질 가능성이 큰 특징을 가지고 있다. 그러므로 화재의 예방과 초기 진압을 위해서는 상황을 정확히 인지할 수 있는 기술적인 대응과 더불어 인지된 문제를 조기에 대처할 수 있는 시스템이 필요하다. 이러한 기술을 첨단 유비쿼터스 기술에 의한 상황 감지, 그리고 상황에 따른 빠른 대처 즉, 진압에 활용하기 위해 본 연구에서는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기술, 불꽃감지기, 이미지 센서, USN 기반 문화재 방재 응용사례, 오작동 확인시스템 구현 등에 대해서 살펴보고 유비쿼터스형 문화재 방재시스템에 대해 불꽃감지기 오작동 확인시스템에 대해 실험하여 연구결과를 제시하였다.
The wooden cultural assets have the characteristics such as the fast spread of flame and leading to total destruction. Therefore, there is a need for a system for early countermeasure of recognized problem, along with the technological response for accurately recognizing the situation, for the preve...
The wooden cultural assets have the characteristics such as the fast spread of flame and leading to total destruction. Therefore, there is a need for a system for early countermeasure of recognized problem, along with the technological response for accurately recognizing the situation, for the prevention and early suppression of fire. To utilize such technology for detecting the situation through the latest ubiquitous technology and for a quick response to suppress fire, the ubiquitous sensor network (USN) technology, flame detector, image sensor, USN-based cultural asset disaster prevention management application case and malfunction identification system realization were examined in this study and the study result was presented focusing on the flame detector malfunction identification system for the ubiquitous-type cultural asset disaster prevention system.
The wooden cultural assets have the characteristics such as the fast spread of flame and leading to total destruction. Therefore, there is a need for a system for early countermeasure of recognized problem, along with the technological response for accurately recognizing the situation, for the prevention and early suppression of fire. To utilize such technology for detecting the situation through the latest ubiquitous technology and for a quick response to suppress fire, the ubiquitous sensor network (USN) technology, flame detector, image sensor, USN-based cultural asset disaster prevention management application case and malfunction identification system realization were examined in this study and the study result was presented focusing on the flame detector malfunction identification system for the ubiquitous-type cultural asset disaster prevention system.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 USN 기술을 활용하여 목조문화재의 화재를 초기에 인지하고 진압하는 유비쿼터스 센서 네트워크(USN) 기반의 화재감지센서(불꽃감지기)와 더불어 화재감지의 오작동 여부를 확인할 수 있는 이미지 센서 적용을 통해 감지센서의 오작동을 확인할 수 있는 시스템에 대하여 제안하고 실제로 문화재에 적용하기 위한 시스템의 적용방안을 연구목적으로 한다.
하지만 화재 감지와 통보에만 중점을 두어 진행된 사업으로 화재확인 및 화재원격진화 등을 적용하지 않은 단편적인 USN 응용시스템이라고 할 수 있다. 즉, 센서 기술 등을 도입하여 관리자와 운영자로 하여금 센서의 오동작에 대한 혼란을 감소시키는 효과를 주고 소방설비와 연결하여 실시간으로 화재를 진압할 수 있는 시스템으로 발전하기 위한 응용사례였다.
제안 방법
IPv6를 통한 USN 망을 구성하여 Full-Mesh 네트워크를 구현하여 차세대 128bit IP 체계의 사용이 가능하도록 하였다.
USN을 이용한 불꽃감지기의 오작동 확인시스템은 크게 세부분으로 나누어져 있으며, 문화재의 실내외에서 불꽃을 감지하는 센서와 불꽃감지 정보를 확인하는 이미지 센서, 센서의 정보를 IPv6 over IEEE 802.15.4 통신을 통해 전달하는 USN Node와 USN 게이트웨이, 그리고 감지된 정보와 확인 정보를 확인하는 모니터링 시스템으로 구성하였으며, 이러한 시스템을 구현하여 실험을 진행하였다.
실험장치가 구성된 환경에서 불꽃감지 센서가 불꽃과 열을 5초이상 감지시 오작동 확인프로그램에서 불꽃감지 데이터를 센서노드와 게이트웨이를 통해 전송하는지 확인하며, 불꽃과열이 발생하지 않고 햇빛이나 형광불빛에 반응을 나타내는지 여부를 실험하였다. 그리고 불꽃감지 센서가 화재를 감지하고 보내는 데이터를 관제PC의 화면에서 확인하고 함께 촬영된 이미지 센서 정보를 확인하였다(그림 9).
그림 6과 같이 USN을 이용한 불꽃감지기의 오작동 확인 시스템을 구현하기 위해 USN 게이트웨이와 노드 장비의 설계를 진행하였다.
불꽃감지 정보의 수신과 오작동 여부를 확인하는 프로그램은 텍스트 위주의 프로그램 방식에서 벗어나 사용자 인터페이스를 고려하여 구현하였다. 그림 7과 같이 전체적인 화면 인터페이스는 문화재의 실제 배경을 기반으로 불꽃감지 정보가 수신되었을 경우 문화재의 위치정보에 감지정보를 표시되도록 하였으며 불꽃감지 센서와 함께 설치된 이미지 센서로 부터 이미지 정보를 수신하여 화면에 표시하여 복합적인 불꽃감지기의 오작동을 확인할 수 있게 구현하였다.
4 통신으로 정보를 전송받는다. 다수의 센서노드와 통신하며 수집된 정보를 IEEE 802.11 b/g 또는 CDMA, ADSL과 같은 통신수단을 통해 모니터링 시스템으로 실시간 전송할 수 있도록 설계 및 구현하였다.
4 통신으로 USN 센서노드를 통해 정보를 수신하는 역할을 수행한다. 또한 다수의 센서노드와 통신하여 수집된 정보를 IEEE 802.11b/g (WLAN) 또는 CDMA, ADSL과 같은 통신수단을 통해 통합모니터링 시스템으로 실시간 전송하는 중간 전달자 역할을 수행하도록 구성하였다(그림 4).
본 연구에서는 유비쿼터스 센서 네트워크 기술을 이용하여 화재감지 및 오작동 확인시스템의 구현을 위해 UV/IR 불꽃 감지 센서, 이미지 센서, USN 센서노드 및 USN 게이트웨이 등을 이용하여 실험하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
USN 센서노드의 하드웨어 구성은 표 4와 같다. 센서노드는 USN의 중요한 요소로 6LoWPAN (IPv6 over Low power WPAN) 표준 스펙을 기준으로 구현하였다.
센서를 통해 수집된 모든 정보는 250 Kbps의 IPv6 over IEEE 802.15.4 무선 기술을 이용하여 USN 게이트웨이에게 실시간으로 데이터를 전송하도록 구현하였으며, 모든 센서노드들은 서로간의 Ad-hoc을 통한 상태 데이터를 주고받음으로써 항상 최적의 네트워크를 유지한다.
그림 8. 불꽃감지 센서 작동 실험
실험장치가 구성된 환경에서 불꽃감지 센서가 불꽃과 열을 5초이상 감지시 오작동 확인프로그램에서 불꽃감지 데이터를 센서노드와 게이트웨이를 통해 전송하는지 확인하며, 불꽃과열이 발생하지 않고 햇빛이나 형광불빛에 반응을 나타내는지 여부를 실험하였다
. 그리고 불꽃감지 센서가 화재를 감지하고 보내는 데이터를 관제PC의 화면에서 확인하고 함께 촬영된 이미지 센서 정보를 확인하였다(그림 9).
이미지센서와 불꽃감지 센서는 별도의 통신라인을 구성하여 하나의 센서노드에 연결하였으며, 이미지센서는 불꽃감지센서가 상황을 감지하거나 관·운영센터에서 요청시 이미지를 촬영하여 센터로 전달하도록 구현하였다(표 5).
전체적인 화면 인터페이스는 문화재의 실제 배경을 기반으로 Flash 프로그램을 이용하여 제작하였다. 전체적인 구성은 불꽃감지 정보가 수신되었을 경우 문화재의 위치정보에 감지정보를 표시되도록 하였으며 불꽃감지 센서와 함께 설치된 이미지 센서로부터 이미지 정보를 수신하여 화면에 표시하여 복합적인 불꽃감지기의 오작동을 확인할 수 있게 구현하였다.
불꽃감지 정보의 수신과 오작동 여부를 확인하는 프로그램은 텍스트 위주의 프로그램 방식에서 벗어나 사용자 인터페이스를 고려하여 구현하였다. 전체적인 화면 인터페이스는 문화재의 실제 배경을 기반으로 Flash 프로그램을 이용하여 제작하였다. 전체적인 구성은 불꽃감지 정보가 수신되었을 경우 문화재의 위치정보에 감지정보를 표시되도록 하였으며 불꽃감지 센서와 함께 설치된 이미지 센서로부터 이미지 정보를 수신하여 화면에 표시하여 복합적인 불꽃감지기의 오작동을 확인할 수 있게 구현하였다.
표 3과 같이 USN 게이트웨이를 구현하였으며 센서노드 50여대가 게이트웨이를 통해 통신이 가능하도록 구현하였으며, USN 게이트웨이는 무선으로 연결된 USN 센서노드에게 IPv6 주소를 자동으로 공급하고 USN 센서노드를 추가하거나 삭제할 수 있도록 구현하였다.
성능/효과
1) 초기 화재를 감지하는 불꽃감지기의 경우 화재 상황이 아닌 환경의 급격한 변화 즉, 어두운 환경에서 빛과 열을 발생하는 환경으로의 변화에서 비화재보를 발생할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
2) IPv6 over IEEE 802.15.4와 같은 USN 기술에서 사용 하는 전송속도는 250 Kbps로 대용량 데이터를 전송하는데 문제가 있으며, 대용량 데이터를 전송할 수 있는 UWB, Bluetooth, WiFi 등을 기반으로 하는 USN 기술을 활용해야 한다는 것을 알았다.
3) 화재를 확인하는 이미지 해상도는 80×64 크기에서는 식별이 어려웠으며, 160×128 크기이상에서 화재의 여부를 확인할 수 있다는 것을 알았다.
4) 이미지의 크기는 주간과 야간, 밝은 장소와 어두운 장소 등에서 이미지의 크기가 상이하며, 이미지의 크기가 전송시간에 미치는 영향이 크다는 것을 알았다.
99 dBm의 수신 감도, 7 dBm의 높은 송신감도를 통한 50M 이상의 네트워크 거리를 확보할 수 있도록 하였고 통신 속도 30ms 이내의 네트워크 구성 시간은 현장에서의 신속한 데이터 처리가 가능하며, 대기 상태에서의 빠른 Wake-up 기능을 구현하였다.
불꽃감지 정보는 실시간으로 감지정보를 관제PC에서 확인이 가능하였지만 화재 확인 정보는 이미지 해상도 80x64 크기에서 불꽃감지 센서 오작동 여부를 확인하는데 15초에서 30초의 시간이 소요되었으며, 이미지 해상도 160×128 크기에서는 30초에서 60초의 시간이 소요되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목조문화재의 화재특성을 보면 어떤 특징을 가지고 있는가?
목조문화재의 화재특성을 보면 화재전파가 빠르고 화재가 발생하면 전소로 이어질 가능성이 큰 특징을 가지고 있다. 그러므로 화재의 예방과 초기 진압을 위해서는 상황을 정확히 인지할 수 있는 기술적인 대응과 더불어 인지된 문제를 조기에 대처할 수 있는 시스템이 필요하다.
화재감지 센서의 종류는 어떻게 나눌 수 있는가?
화재센서의 종류에는 열감지형, 불꽃감지형, 연기감지형 등 3가지로 나누어서 볼 수 있으며, 열감지형에는 차동식과 정온식, 불꽃감지형에는 다중 적외선식과 적·자외선식, 연기감지형에는 광전식과 이온화식 감지기로 구분하여 볼 수 있다. 다중 적외선 불꽃감지 센서는 각기 다른 3가지 대역의 적외선 파장 신호가 입력된 경우에 작동하는 불꽃감지기로서 태양광이나 용접, 각종 조명에는 작동하지 않도록 특별히 고안되어 비화재보 발생률을 개선하였다.
화재감지 센서는 무엇인가?
화재감지 센서는 화재 시에 발생하는 열, 불꽃 또는 연소 생성물로 인하여 화재발생을 자동적으로 감지하여 그 자체에 부착된 음향장치로 경보를 발하거나 이를 수신기에 발신하는 것에 있다.
참고문헌 (10)
KISTI (2008) 이미지 센서(CCD, CMOS), 부품 소재종합정보망.
KIEC (2006) u-월정사 문화재 방재시스템, 지식경제부.
김정호, 백민호 외 (2008) 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 감지 센서 오동작 개선에 관한 연구, 한국소방정책학회.
김정호, 백민호 외 (2009) 우리나라 목조문화재의 u-IT기반 방재 시스템 구축방안에 대한 실증 연구, 한국화재소방학회.
김정호, 백민호 외 (2009) 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 감지 센서 오동작 개선에 관한 연구, 한국방재학회.
김정호 (2009) USN을 이용한 목조문화재 방재시스템에 관한 연구, 강원대학교 학위논문
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.