[논문]긴급 재해 발생 시 피난 지원을 위한 탈출 경로 탐색 알고리즘

황준수; 최영복

doi:10.5392/jkca.2016.16.09.012

긴급 재해 발생 시 피난 지원을 위한 탈출 경로 탐색 알고리즘
Route Exploration Algorithm for Emergency Rescue Support on Urgent Disaster 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.16 no.9, 2016년, pp.12 - 21

황준수 (동명대학교 전자공학과) , 최영복 (동명대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 긴급 재해 발생 시 피난 지원을 목적으로 하는 긴급피난지원시스템을 구축하기 위하여 실내에서 화재, 테러 등의 재해 발생 시 탈출 경로 탐색 알고리즘을 구현하였다. 긴급 상황이 발생하면 알고리즘은 가장 빨리 탈출할 수 있는 비상구로 탈출 경로를 안내해 준다. 알고리즘은 비상구나 비상구 이외의 지역의 인구 밀도와 연령별 가중치를 적용하여 탈출 경로를 계산한다. 본 시스템은 혼잡한 비상구를 우회하게 함으로써 비상구의 과중한 혼잡과 탈출 경로 상의 혼잡을 감소시키면서 재해 발생 지역을 우회하여 탈출하도록 돕는다.

Abstract ▼ AI-Helper

The emergency evacuation support system supports evacuation assistance when an urgent disaster occurs. We have implemented evacuation route search algorithm to assist people's escape when a disaster occurs such as fires or terrorism in the building. The algorithm will guide the escape route at the fastest emergency exit of each region at the emergency state. The algorithm calculates the escape route by applying the weighting factor of age groups and population density around the emergency exit and of other regions. So the system helps escape to bypass the crowded emergency exit and the disaster area, and reduces the congestion of emergency exit and overloading of evacuation route.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

[4]의 연구에서는 부산지하철 2호선 센텀시티 역사에서 화재상황을 가정한 모의대피실험을 실시하고, 피 실험자 개인의 피난경로에 따른 피난시간과 군중의 피난 행태특성을 도출하고자 하였으며, 나아가, 군중의 심리적, 육체적 조건에 따른 군중의 행동특성 모델에 기반을 둔 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 개발함을 연구의 목적으로 하였다. 모의대피실험 결과 여성 피험자의 평균 피난시간은 남성 피험자에 비해 23% 피난이 지체된 것으로 나타났다.
상기 관련 연구에서는 사람들의 모 위치에서 비상구로의 탈출 경로에 관해 설명하고 있으나, 그에 따라 비상구가 혼잡해지는 상황은 가정하고 있지 않다. 기존의 연구는 최단거리의 탐색에 초점이 있으나 본 연구에서는 최단거리 탐색은 물론 비상구의 혼잡을 피하기 위해 성별, 연령별, 지역별 혼잡도에 따른 가중치 적용을 통해 사람들을 분산 대피시켜 원활한 탈출이 될 수 있도록 하는 알고리즘을 제시한다.
이에 본 논문은 공공의 도움이 있기 전에 자체 시스템으로 화재, 자연재해, 테러 등의 발생으로 인한 건물 내의 공황상태 발생 시 사람들의 움직임을 파악하여 긴급 재해 발생을 신속히 탐지하여 신속·정확하며 상황에 따라 유연하게 대처가 가능한 비상시 긴급 피난 지원 시스템을 지원하기 위한 탈출 경로 탐색 알고리즘을 제안하고 구현한다.

가설 설정

구현한 탈출 경로 탐색 프로그램은 단말기에서 동작한다. 서버에서 전송되는 각 비상구의 혼잡도와 인구 밀집도는 주기적으로 전송받는다고 가정한다.
경로 검색 알고리즘의 적용이 가능한 각각의 상황을 조성하고 각 상황에서 대해서 경로 검색 알고리즘이 어떻게 비상구의 혼잡을 줄이면서 사용자의 탈출을 돕는지를 실험하였다. 일반적인 실내 환경에서의 상황을 구성하기 위해 노인과 아이의 비율은 전체에 20%, 40대 남녀의 비율은 20% 및 20대 남녀의 비율은 60%로 구성하였으며 지도의 좌표의 초기 비용은 1로 가정하였다. 각 상황의 구성은 다음과 같다.

제안 방법

경로 검색 알고리즘의 적용이 가능한 각각의 상황을 조성하고 각 상황에서 대해서 경로 검색 알고리즘이 어떻게 비상구의 혼잡을 줄이면서 사용자의 탈출을 돕는지를 실험하였다. 일반적인 실내 환경에서의 상황을 구성하기 위해 노인과 아이의 비율은 전체에 20%, 40대 남녀의 비율은 20% 및 20대 남녀의 비율은 60%로 구성하였으며 지도의 좌표의 초기 비용은 1로 가정하였다.
경로 탐색 프로그램에 제안한 알고리즘을 적용하면 재난 시 단말기에서 사용자 별로 혼잡한 비상구 또는 인구가 밀집된 지역을 효과적으로 우회하여 경로를 탐색하는지 실험하기 위해 시뮬레이션을 구현하였다. 구현한 탈출 경로 탐색 프로그램은 단말기에서 동작한다.
본 논문에서는 긴급 상황 발생 시 지도의 혼잡비용과 좌표를 이용하여 비상구까지 혼잡을 제어하고 최단거리로 경로를 탐색하여 탈출을 지원해주는 경로 탐색 알고리즘을 구현하였다. 인식된 위치 좌표를 이용하여 제안된 경로 탐색 알고리즘을 적용할 경우 백화점, 역사, 공항 등 다양한 인구 밀집도 상황에서 재난이 발생 했을 경우 비상구의 혼잡을 감소시키면서도 최소 비용의 탈출 경로를 신속히 탐색할 수 있다.
앞에서 설명한 비상구의 예상 혼잡도, 인구 밀집도 및 사용자에 따른 가중치를 이용하면 비상구의 혼잡을 완화하면서 혼잡을 피하는 경로를 탐색할 수 있다. 사용자의 정보에 따른 가중치는 긴급 상황 발생 시 서버로부터 전송받은 비상구의 예상 혼잡도와 인구 밀집도에만 적용하여 혼잡 지역 비용을 계산한다. 혼잡 지역 비용 계산식은 식(1)과 같다.
시뮬레이션에 용이하게 사용할 수 있도록 Emergency panel, User Infomation panel, Area Congestion panel을 만들어 긴급 상황과 사용자 정보, 지역 혼잡도를 컨트롤 할 수 있게 하였다. 27개의 지점에서 각 비상구까지의 탈출 경로를 시뮬레이션 할 수 있으며 지역 분할은 Map의 좌측 상단부터 우측으로 1,2,3 순서로 9까지 구성하였다.
첫 번째로 비상구의 혼잡 여부를 판단한다. 많은 단말기가 특정 비상구를 탈출 경로로 지정할 경우 혼잡을 예상할 수 있다.

성능/효과

40대 남녀는 2.8∼4.6의 혼잡비용이 증가해 경로 탐색에 변화가 크지 않아 전체적으로 비상구의 혼잡도가 분산되었다.
Annex 3에서 제시한 검증 사례 중 승객의 수가 많은 Test 8,9를 통해 속도기반 승객모델(정채윤 등, 2010)와의 계산 시간을 비교한 결과 계산 시간이 약 1.5∼2배 향상되는 것으로 나타났다.
모의대피실험 결과 여성 피험자의 평균 피난시간은 남성 피험자에 비해 23% 피난이 지체된 것으로 나타났다. 또한 구간별 보행속도 또한 여성이 남성보다 평균 28% 정도 느린 것으로 나타났다.
[4]의 연구에서는 부산지하철 2호선 센텀시티 역사에서 화재상황을 가정한 모의대피실험을 실시하고, 피 실험자 개인의 피난경로에 따른 피난시간과 군중의 피난 행태특성을 도출하고자 하였으며, 나아가, 군중의 심리적, 육체적 조건에 따른 군중의 행동특성 모델에 기반을 둔 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 개발함을 연구의 목적으로 하였다. 모의대피실험 결과 여성 피험자의 평균 피난시간은 남성 피험자에 비해 23% 피난이 지체된 것으로 나타났다. 또한 구간별 보행속도 또한 여성이 남성보다 평균 28% 정도 느린 것으로 나타났다.
[6]의 연구에서는 보행 방향 포텐셜 함수를 도입하여 승객의 보행 방향 결정을 하고, 마주 오는 승객에 의한 특성을 반영하기 위해 역류 알고리즘을 적용하였으며 승객의 집단행동을 표현하기 위해 집단행동 알고리즘을 적용하였다. 이 포텐셜 함수와 알고리즘을 IMO MSC / Circ.1238의 시험문제에 대해 구현하여, 승객의 이동이 보다 자연스럽게 나타나는 것을 확인하였다. 상기 관련 연구에서는 사람들의 모 위치에서 비상구로의 탈출 경로에 관해 설명하고 있으나, 그에 따라 비상구가 혼잡해지는 상황은 가정하고 있지 않다.

후속연구

본 논문의 평가는 제한된 환경에서의 시뮬레이션으로 보다 실증적인 추가 검증과 개선의 필요성이 있다. 따라서 향후 연구팀이 진행하고 있는 긴급피난지원시스템에 본 알고리즘을 적용시켜 추가적인 모의실험을 통해 알고리즘의 검증과 개선을 하려고 한다.
본 논문의 평가는 제한된 환경에서의 시뮬레이션으로 보다 실증적인 추가 검증과 개선의 필요성이 있다. 따라서 향후 연구팀이 진행하고 있는 긴급피난지원시스템에 본 알고리즘을 적용시켜 추가적인 모의실험을 통해 알고리즘의 검증과 개선을 하려고 한다.
인식된 위치 좌표를 이용하여 제안된 경로 탐색 알고리즘을 적용할 경우 백화점, 역사, 공항 등 다양한 인구 밀집도 상황에서 재난이 발생 했을 경우 비상구의 혼잡을 감소시키면서도 최소 비용의 탈출 경로를 신속히 탐색할 수 있다. 이를 실제 환경에 적용한다면 대규모 긴급 재난 발생 시 인명피해를 최소화 할 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비상구까지의 최단 경로를 탐색하기 위해서 단말기는 어떤 알고리즘을 사용하여 최단 경로를 계산하는가?	탐색 경로는 최단거리를 유지해야하기 때문에 단말기는 일정한 주기로 경로를 탐색하고 있어야 한다[5][6]. 비상구까지의 최단 경로를 탐색하기 위해서 단말기는 일정한 주기로 자신의 현재 위치에서 각각의 비상구까지의 최단경로를 Dijkstra 알고리즘을 통해 계산하게 되며 지도상의 좌표점이 계산 경로가 된다. 긴급상황이 발생되지 않을 경우에는 일반적으로 모든 좌표점의 비용은 1m당 1이 부여되며, 긴급상황이 발생하면 탈출 경로를 계산할 때 시작지점부터 비상구까지의 경로비용에 성별, 연령별, 지역별 혼잡도에 따른 가중치를 곱하여 계산하고 진행로가 폐쇄되는 구간에서의 비용은 ∞가 된다.

참고문헌 (10)

김봉찬, 신이철, 구인혁, 권영진, "국내.외 도시화재의 특징 및 연구 동향 분석," (사)한국화재소방학회 춘계 학술 대회 초록집 (P-11), 2010(4).
신동희, 김용문, "국내 재난관련 공공 앱의 활성화 방안 연구," 한국콘텐츠학회논문지, Vol.14, No.11, pp.644-656, 2014.

원문보기 상세보기
류상일, 안혜원, "네트워크를 통한 효율적 재난대응체게 구축 - 한국과 일본의 재난 사례를 중심으로-," 한국콘텐츠학회 2006년도 추계 종합학술대회 논문집, Vol.4, No.2, pp.377-381, 2016.
이민정, 긴급상황 시 군중 피난시뮬레이션 기법제안에 대한 연구 -지하철역사를 중심으로-, 부산대학교, 석사학위논문, 2010(8).
차주환, 하솔, 이규열 "집단 행동을 나타내는 Cellular Automata 모델을 사용한 여객선 승객 탈출 분석," 한국시뮬레이션학회논문지, Vol.20, No.4, pp.146-155, 2011(12).
하솔, 조윤옥, 구남국, 박광필, 이규열, 노명일, "보행 방향 포텐셜 함수 기반의 탈출 경로 결정 알고리즘을 이용한 여객선 승객 탈출 시뮬레이션," 대한조선학회논문집, Vol.50, No.5, pp.307-313, 2013(10).

원문보기 상세보기
T. Tsunemine, E. Kadokawa, Y. Ueda, J. Fukumoto, T. Wada, K. Ohtsuki, and H. Okada, "Emergency Urgent Communications for Searching Evacuation Route in a Local Disaster," IEEE Consumer Communications and Networking Conference 2008 (CCNC 2008), pp.1196-1200, Jan. 2008.
C. Y. Chen, "A Fuzzy-Based Approach for Smart Building Evacuation Modeling," 2009 Fourth International Conference on Innovative Computing, Information and Control, pp.1200-1203, Dec. 2009.
도대만, 비상시 긴급 피난 지원을 위한 RFID 기반의 실내 위치 인식 시스템, 동명대학교, 석사학위논문, 2013.
도대만, 현맹환, 황준수, 이정현, 최영복 "긴급피난 지원을 위한 탈출 경로 탐색 알고리즘," 한국통신학회 추계종합학술발표회 논문집, Vol.52, 2013(11).

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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