국도, 고속국도 터널 영상유고감지시스템 성능분석 및 대심도 복층터널 특성반영 방안 The National Highway, Expressway Tunnel Video Incident Detection System performance analysis and reflect attributes for double deck tunnel in great depth underground space원문보기
영상유고감지시스템은 터널내 보행자, 낙하물, 정지차량, 역주행, 화재(연기) 등 돌발 상황시에 초동감지 목적의 감지시스템으로 최근 도심지의 대심도 지하도로 및 복층터널 등에서 중요성이 부각되고 있다[1] 그러므로 본 논문에서는 영상유고감지시스템을 대심도 복층터널에 적용하는 것의 타당성을 검증하기 위하여 본 시스템이 설치된 국도, 고속국도 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석을 실시한 내용과 실험 결과를 소개하고, 이를 바탕으로 기존 영상유고감지시스템의 문제점 도출과 개선방안 그리고 일반터널과는 상이한 복층터널 설계에 대한 이해를 통해 복층터널 특성반영 방안에 대하여 몇가지 사항을 제안하였다.
영상유고감지시스템은 터널내 보행자, 낙하물, 정지차량, 역주행, 화재(연기) 등 돌발 상황시에 초동감지 목적의 감지시스템으로 최근 도심지의 대심도 지하도로 및 복층터널 등에서 중요성이 부각되고 있다[1] 그러므로 본 논문에서는 영상유고감지시스템을 대심도 복층터널에 적용하는 것의 타당성을 검증하기 위하여 본 시스템이 설치된 국도, 고속국도 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석을 실시한 내용과 실험 결과를 소개하고, 이를 바탕으로 기존 영상유고감지시스템의 문제점 도출과 개선방안 그리고 일반터널과는 상이한 복층터널 설계에 대한 이해를 통해 복층터널 특성반영 방안에 대하여 몇가지 사항을 제안하였다.
The video incident detection System is a probe for rapid detecting the walker, falling, stopped, backwards, smoke situation in tunnel. Recently, the importance is increases from the downtown double deck tunnel in great depth underground space[1], but the legal basis is weak and the vulnerable situat...
The video incident detection System is a probe for rapid detecting the walker, falling, stopped, backwards, smoke situation in tunnel. Recently, the importance is increases from the downtown double deck tunnel in great depth underground space[1], but the legal basis is weak and the vulnerable situation experimental data. So, In this paper, we introduce a long-term log data analysis information in the tunnenl video incident detection system installed and experimental results in order to verify the feasibility of apply to video incident detection system for the double deck tunnel. It is proposed a few things about derives the problem of existing video incident detection system, improvements and reflect attributes for double deck tunnel. The contents described in this paper will contribute to refine the prototype of video incident detection system will apply to future double deck multi-layer tunnels.
The video incident detection System is a probe for rapid detecting the walker, falling, stopped, backwards, smoke situation in tunnel. Recently, the importance is increases from the downtown double deck tunnel in great depth underground space[1], but the legal basis is weak and the vulnerable situation experimental data. So, In this paper, we introduce a long-term log data analysis information in the tunnenl video incident detection system installed and experimental results in order to verify the feasibility of apply to video incident detection system for the double deck tunnel. It is proposed a few things about derives the problem of existing video incident detection system, improvements and reflect attributes for double deck tunnel. The contents described in this paper will contribute to refine the prototype of video incident detection system will apply to future double deck multi-layer tunnels.
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문제 정의
그러나 영상유고감지시스템의 법적인 근거가 미약하고 실험적 데이터가 취약하여 현재 복층터널에 보편적으로 적용하는 것은 한계가 있다. 그러므로 본 논문이 영상유고감지시스템을 복층터널에서 유용한 터널 방재설비로서 자리매김 시키는데 일조 하고자 국도터널, 고속국도터널에서 운용중인 영상유고감지시스템의 성능 및 복층터널 특성 반영한 실험의 내용을 소개 하였다. 그리고 일반터널과는 상이한 복층 터널에서 효과적으로 개발 및 적용할 수 있도록 대심도 복층터널의 ICT 터널 설계 관점, 전용의 IoT 터널 방재설비로서 접근해야 한다는 점, 대심도 복층터널내 설치 및 운영관점, 영상유고 감지 프로브인 카메라 및 분석 알고리즘 관점의 몇가지 개선 사항을 제시하였다.
본 논문에서는 영상유고감지시스템을 도심지의 대심도 지하도로 및 복층터널 등에 적용하는 것에 대한 타당성 검증을 하기 위하여, 본 시스템이 운용되고 있는 국도, 고속국도 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석과 실험적 분석을 실시하였다. 분석결과 영상유고감지시스템 신뢰도(감지율)는 터널 내 환경에 크게 의존적이었고, 이러한 문제점을 개선하고 일반터널과는 상이한 터널의 단면 형태와 시설의 한계 등을 갖는 복층터널 적용성 문제를 고려한다면 영상유고감지시스템은 IoT(Internet of Things) 복층터널 방재설비로서 중요한 역할을 할 것으로 판단되었다.
영상 수집 시 품질이 떨어지는 경우가 많았으며, 영상을 분석·처리하는 영상유고감지 서버 1대당 6개 채널에 해당하는 영상을 스트리밍 서버를 거치거나 또는 직접 전달 받고 있었다[2]. 이를 복층터널에 바로 적용한다면 수집 영상의 품질 및 시스템의 구성 환경에 따라 감지 성능이 변하고, 카메라 증가에 따른 서버의 부하 및 서버설치 수량 증가로 인한 상면의 증가등 성능 및 경제성이 떨어지므로 IP 기반 카메라와 DSP 기반 임베디드형 영상분석 모듈을 일체형으로 개발하여 전용 IoT(Internet of Things) 터널방재 설비로 최적 성능을 발휘할 수 있게 하는 것이 중요한 과제라 본다. 이에 대한 효과적인 측면은 복층터널에 최적화된 영상품질 및 포멧을 활용할 수 있는 장점이 있으며 기존 시스템에 대한 확실한 개선효과를 나타낼 수 있다.
제안 방법
카다로그 규격으로 파악할 수 없는 영상센서 기능의 카메라 성능 분석을 위해 영상 프레임률, 해상도, 빛에 의한 감도(sensitivity), 신호대 잡음비, 영상번짐(smearing) 또는 흐려짐(Blurring) 등 요소를 고려하여 CCD, CMOS센서에 대해 분석하고, 터널조명 등 환경조건을 고려하여 영상센서를 실험 또는 경험적으로 검증하여 영상유고감지시스템에 적용하는 것이 필요하다. Mega Pixel 고해상도 카메라의 경우 IP 카메라 방식이 주로 생산되므로 표 3에 IP 카메라를 기준으로 터널환경에 최적화된 권장규격을 제시하였다.
그러므로 본 논문이 영상유고감지시스템을 복층터널에서 유용한 터널 방재설비로서 자리매김 시키는데 일조 하고자 국도터널, 고속국도터널에서 운용중인 영상유고감지시스템의 성능 및 복층터널 특성 반영한 실험의 내용을 소개 하였다. 그리고 일반터널과는 상이한 복층 터널에서 효과적으로 개발 및 적용할 수 있도록 대심도 복층터널의 ICT 터널 설계 관점, 전용의 IoT 터널 방재설비로서 접근해야 한다는 점, 대심도 복층터널내 설치 및 운영관점, 영상유고 감지 프로브인 카메라 및 분석 알고리즘 관점의 몇가지 개선 사항을 제시하였다.
이벤트 발생로그 및 영상정보는 최근 자료를 기준으로 하고 영상정보는 범용 영상재생 S/W에서 확인할 수 있는 표준영상 포멧의 이벤트 영상 저장 파일과, 이와 일치하는 이벤트 로그를 출력하여 비교 분석하였다. 영상 저장 파일에는 이벤트 로그와 일치하는 이벤트 검지내역(시간, 이벤트 내용, 이벤트 정보 확인표시)이 함께 기록되어 있는 자료를 대상으로 했으며 이벤트 로그는 자체 돌발상황 영상검지 이벤트 현황 양식에 준하여 일련번호, 영상파일 번호, 검지일자, 검지시간, 검지종류(이벤트 종류)를 시간 순서대로 기록하였다[6].
오감지율 개선 및 복층터널에 적용하기 위한 타당성 검증을 위하여 한국 ITS협회, 터널 영상유고감지시스템 성능시험 방법에 관한 표준 시험항목인 보행자, 낙하물, 정지차량, 역주행, 연기 상황을 기준[4, 6]으로 각 15회 반복적으로 실험을 실시하여 각 상황에 대한 정확한 감지 능력 여부를 판단하고자 하였다.
표 2와 같이 국도터널과 고속국도터널 10개소, 영상 유고감지시스템 국내 2개 및 국외 2개 제조사를 분석, 조사연구 대상으로 한다. 이벤트 발생로그 및 영상정보는 최근 자료를 기준으로 하고 영상정보는 범용 영상재생 S/W에서 확인할 수 있는 표준영상 포멧의 이벤트 영상 저장 파일과, 이와 일치하는 이벤트 로그를 출력하여 비교 분석하였다. 영상 저장 파일에는 이벤트 로그와 일치하는 이벤트 검지내역(시간, 이벤트 내용, 이벤트 정보 확인표시)이 함께 기록되어 있는 자료를 대상으로 했으며 이벤트 로그는 자체 돌발상황 영상검지 이벤트 현황 양식에 준하여 일련번호, 영상파일 번호, 검지일자, 검지시간, 검지종류(이벤트 종류)를 시간 순서대로 기록하였다[6].
대상 데이터
영상유고감지시스템의 성능을 보다 정확하게 파악하기 위하여 실제 차량이 소통되고 영상유고감지시스템이 운용되고 있는 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석을 실시하였다.
표 2와 같이 국도터널과 고속국도터널 10개소, 영상 유고감지시스템 국내 2개 및 국외 2개 제조사를 분석, 조사연구 대상으로 한다. 이벤트 발생로그 및 영상정보는 최근 자료를 기준으로 하고 영상정보는 범용 영상재생 S/W에서 확인할 수 있는 표준영상 포멧의 이벤트 영상 저장 파일과, 이와 일치하는 이벤트 로그를 출력하여 비교 분석하였다.
성능/효과
국도, 고속국도 터널 영상유고감지시스템 성능분석 결과 감지율은 영상유고감지시스템 제조사별 성능, 터널 내 조도, 카메라의 영상혼탁 및 설치 위치에 따른 영상 변화 등에 기인하여 만족할 만한 결과를 가져오지는 못했지만, 광치터널 1개소를 선정하여 지속적인 교정과 세부조정을 거친 후에는 감지거리 100m 이내에서 보행자 98.3%, 낙하물 96.7%, 정지차량 100%, 역주행 100%, 연기감지 100%의 비교적 높은 감지율을 나타내었기에 대심도 복층터널에도 적용 가능성을 확인하였다.
그림 1의 보행자 18.7%, 낙하물 16.4%, 정지차량 21.2%, 연기 5.6%의 낮은 감지율을 나타내었으며, 오감지는 우천 시 차량을 통해 유입되는 빗물의 반사, 안개현상, 차량 전조등, 터널 내 조명(KS C 3703의 밝기 미준수) 등으로 인한 음영발생 현상을 연기, 낙하물로 인식하고 있는 상황이 빈번하게 일어났다. 또한 카메라 렌즈 청소 또는 터널 유지보수 활동 중 카메라를 접촉하여 영상 감지 각도가 변경됨으로 인한 오감지율이 증가하고 있으나 영상감지영역을 재설정하거나 카메라 위치를 조정하는 등의 재설정 작업이 원활하지 못했다.
그림 2의 보행자 8.9%, 낙하물 9.7%, 정지차량 30%의 낮은 감지율을 나타내었고, 카메라의 영상혼탁이 심하며 우천 시 차량을 통해 유입되는 빗물의 반사, 안개 현상, 차량 전조등, 터널 내 조명 등으로 인한 음영발생 현상을 정지차량, 낙하물로 인식하고 있는 상황이 빈번하게 발생되었으며 터널 내 보수공사 시 작업차량, 차선 유도장치에 의한 경보도 나타났다.
그림 3의 보행자 51%, 낙하물 14.4%, 정지차량 33%, 연기 0%의 낮은 감지율을 나타내었으며, 차량 매연을 연기로 감지하고 우천 시 차량을 통해 유입되는 빗물의 반사, 안개현상, 차량 전조등, 터널 내 조명 등으로 인한 음영발생 현상을 연기, 낙하물로 인식하고 있는 상황이 빈번하게 일어났다. 또한 대면터널의 특성상 반대차선 주행차량의 역주행 경보가 빈번하게 발생되어 역주행 경보를 비활성화한 경우였다.
본 논문에서는 영상유고감지시스템을 도심지의 대심도 지하도로 및 복층터널 등에 적용하는 것에 대한 타당성 검증을 하기 위하여, 본 시스템이 운용되고 있는 국도, 고속국도 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석과 실험적 분석을 실시하였다. 분석결과 영상유고감지시스템 신뢰도(감지율)는 터널 내 환경에 크게 의존적이었고, 이러한 문제점을 개선하고 일반터널과는 상이한 터널의 단면 형태와 시설의 한계 등을 갖는 복층터널 적용성 문제를 고려한다면 영상유고감지시스템은 IoT(Internet of Things) 복층터널 방재설비로서 중요한 역할을 할 것으로 판단되었다.
향후 지하공간의 활용이 확대되면서 대심도, 장대, 복층터널의 건설이 증가될 전망이고, 복층터널과 같은 복잡한 구조물에서는 돌발상황 시 안전에 대한 중요성이 더욱 부각되는 상황에서 영상유고감지시스템을 적용한다면 1개의 카메라로 여러 차선 및 광범위한 구역을 감지 할 수 있으며, 감지구역을 쉽게 변경할 수 있고. 여러 종류의 차량 데이터 측정 및 특정한 목적의 데이터가 필요한 경우에 적용할 수 있는 광범위한 적용성을 가질 것으로 판단되었다. 그러나 영상유고감지시스템의 법적인 근거가 미약하고 실험적 데이터가 취약하여 현재 복층터널에 보편적으로 적용하는 것은 한계가 있다.
연기감지의 경우 100%의 높은 감지율을 보였으나 감지거리가 멀어질수록 감지시간이 길어지는 경향을 보였으며, 낙화물은 50×50×50cm 보다 작거나 철근과 같은 선 형태의 낙하물은 감지가 되지 않았다.
영상유고감지시스템의 신뢰도는 터널 내 환경변화에 기인한 영상변화에 민감한 특성과 각 제품별 영상감지 원리에 기인하므로 설치 후 비교적 장시간의 최적화 시간이 소요되는 특성과 지속적인 유지관리를 필요로 하는 어려움이 있다고 판단되었다.
조사를 진행한 국도, 고속국도 터널 내 영상유고감지 시스템은 감지를 위한 전용 방재설비가 아니라 CCTV 를 설치한 이후에 감지 기능 구현을 위하여 추가적으로 설치한 경우였으므로 본연의 성능을 충분히 구현하지 못하고 있었다. 영상 수집 시 품질이 떨어지는 경우가 많았으며, 영상을 분석·처리하는 영상유고감지 서버 1대당 6개 채널에 해당하는 영상을 스트리밍 서버를 거치거나 또는 직접 전달 받고 있었다[2].
연기감지의 경우 100%의 높은 감지율을 보였으나 감지거리가 멀어질수록 감지시간이 길어지는 경향을 보였으며, 낙화물은 50×50×50cm 보다 작거나 철근과 같은 선 형태의 낙하물은 감지가 되지 않았다. 즉 다양한 형태의 대상 실험이 필요하였으며 동시 다발적인 돌발상황 발생 시 가장 마지막 돌발 상황만 처리한 경우가 있었으나 제조사에서 최대 10개의 이벤트를 순차적으로 경보 할 수 있도록 개선하였다.
9%의 낮은 감지율을 나타내었다. 카메라 렌즈 청소 및 영상유고감지 각도 조정에 따른 카메라 접촉이후 세부조정 설정이 되지 못하여 도로의 곡선부, 우천 시 차량을 통해 유입되는 젖은 노면의 빗물 반사, 안개현상, 차량 전조등, 터널 내 조명 등으로 인한 음영발생 현상을 낙하물, 정지차량으로 인식하는 상황이 빈번하게 일어났고, 연기의 경우 오감지된 데이터가 없었다.
후속연구
일반적인 터널 건설보다는 기존 건물 과의 이격거리 확보로 인해 토지 및 건물에 대한 보상비가 없고, 민원 처리비용 등이 절감되고 조기에 공사를 완료함으로서 복잡한 교통난을 신속하게 해소하고 물류비용 절감 등의 경제적인 효과를 가져 올 수 있다. 그러나 소단면 주행차선 구조에서 나타나는 교통사고 및 차량화재로 인한 인명피해 대책이 부족한 실정이기 때문에 ICT 융합기술이 적용된 IoT 터널 방재시설인 영상유고 감지시스템이 중요한 역할을 할 것으로 기대된다[1].
상기에 제시한 영상유고감지시스템의 복층터널 특성반영 방안을 바탕으로 향후 복층터널에 적용하게 될 영상유고감지시스템의 프로토 타입(Proto-type)을 구체화하고 프로토 타입을 구성하는 각각의 요소들을 테스트베드에 통합, 설치하여 운영 완성도를 높이는 방향으로 연구를 계속 진행할 계획이다.
일반터널에서의 교통 위험도 분석을 통해 도출된 위험요소를 낙화물, 보행자, 역주행, 정지차량, 연기 이벤트 상황으로 정의한 사례는 있었지만[4] 복층터널에서도 특화된 돌발상황 인자의 재정의가 필요하다는 연구내용이 있다[1]. 향후 본 연구에서는 선행연구내용을 바탕으로 정의된 돌발상황과 관련된 영상을 DB화하여 알고리즘 시험 및 검증을 위한 기초자료로 활용해야 한다. 수집된 영상을 분석하는 알고리즘 및 기법을 정의해야 하는데, 이때 영상감지기술의 접목이 필요하다.
향후 지하공간의 활용이 확대되면서 대심도, 장대, 복층터널의 건설이 증가될 전망이고, 복층터널과 같은 복잡한 구조물에서는 돌발상황 시 안전에 대한 중요성이 더욱 부각되는 상황에서 영상유고감지시스템을 적용한다면 1개의 카메라로 여러 차선 및 광범위한 구역을 감지 할 수 있으며, 감지구역을 쉽게 변경할 수 있고. 여러 종류의 차량 데이터 측정 및 특정한 목적의 데이터가 필요한 경우에 적용할 수 있는 광범위한 적용성을 가질 것으로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
영상유고감지시스템이란 무엇인가?
영상유고감지시스템은 터널내 보행자, 낙하물, 정지차량, 역주행, 화재(연기) 등 돌발 상황시에 초동감지 목적의 감지시스템으로 최근 도심지의 대심도 지하도로 및 복층터널 등에서 중요성이 부각되고 있다[1] 그러므로 본 논문에서는 영상유고감지시스템을 대심도 복층터널에 적용하는 것의 타당성을 검증하기 위하여 본 시스템이 설치된 국도, 고속국도 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석을 실시한 내용과 실험 결과를 소개하고, 이를 바탕으로 기존 영상유고감지시스템의 문제점 도출과 개선방안 그리고 일반터널과는 상이한 복층터널 설계에 대한 이해를 통해 복층터널 특성반영 방안에 대하여 몇가지 사항을 제안하였다.
영상유고감지시스템의 성능을 보다 정확하게 파악 하기 위해 어떤 분석을 하였는가?
영상유고감지시스템의 성능을 보다 정확하게 파악 하기 위하여 실제 차량이 소통되고 영상유고감지시스템이 운용되고 있는 터널을 대상으로 장기간 로그데이터 분석을 실시하였다.
국도 광치터널에서 영상유고감지시스템을 활용하여 성능 분석한 결과는?
그림 12와 같이 보행자 98.3%(감지거리 40m), 낙하물 96.7%(감지거리 40m), 정지차량 100%(감지거리 60m), 역주행 100%, 연기 100%의 높은 감지율을 나타내었다. 역주행과 연기의 감지는 카메라 높이, 감지거리와 연관성이 적었다.
참고문헌 (13)
Korea Institute of Construction Technolog, "Development of Design and Construction Technology for Double Deck Tunnel in Great Depth Underground Space," Ministry of Land, Infrastructure and Transport Science and Technology Agency Proposal, pp.20-58, June 2015.
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