[논문]M2M기반 지하공간(지하철) 재난대응 네트워크 및 EL 디스플레이 통합 보드 개발

Park, Miyun; Kwon, Segon; Park, EunChurn; Lee, Jeonhun

doi:10.15683/kosdi.2017.12.31.422

[국내논문] M2M기반 지하공간(지하철) 재난대응 네트워크 및 EL 디스플레이 통합 보드 개발
Development of M2M-based Underground Space (subway) Disaster Response Network and EL Display Integrated Board 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.13 no.4 = no.38, 2017년, pp.422 - 441

Park, Miyun (Department of R&D, S.H.Tech & Policy Institute Co) , Kwon, Segon (Department of R&D, Korea Railroad Research Institute of Sci) , Park, EunChurn (Department of R&D, S.H.Tech & Policy Institute Co) , Lee, Jeonhun (Department of R&D, S.H.Tech & Policy Institute Co)

초록
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사물 인터넷을 기반으로 지하철역사의 재난 전조를 조기에 발견하고 승객들에게 피난을 유도하는 지하철 재난전조 감지 시스템 개발에 있어서 재난 발생시 상황대피 유도방법과 정확한 재난 위치 알림 및 대피경로 안내는 재난 상황에 빠른 대피와 인명피해를 최소화 할수 있는 매우 적극적인 대안이 될 수 있다. 좁은 출구밖에 없는 지하공간 구조상 소방 시설 및 장비들의 완벽한 작동을 담보하기란 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 대피를 가장 효율적으로 유도할 수 있는 재난대응 EL Display 통합 보드를 개발하였으며 이를 현장 실험을 통해 실제 활용성에 대한 검토를 실험하였다. 특히, EL패널을 재난 대피유도용으로 활용한 사례가 없어 현장적용테스트를 거쳐 그 활용 가능성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Notifying emergency evacuation methods, accurate disaster location and evacuation route guidance can be very active alternatives to quickly minimize evacuation and casualties in disaster situation in the development of subway disaster prevention detection system that detects the disaster signs at the subway station early on the basis of Internet of things and leads passengers to evacuate. It's not easy to ensure perfect functioning of fire fighting facilities and equipments due to underground space structure with narrow exits. Therefore, we developed disaster provision EL Display integrated board that can induce the most efficient evacuation and the field experiment was conducted to examine the practical application in this study. Especially the applicability was verified by field application test because there is no case in which EL panels are used to evacuate disasters.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

아무리 좋은 시스템 구축을 하였다고 하더라도 재난 상황 특히 극한 상황에서 육안 인식이 어렵다면 그 기술은 의미 없는 상황이 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 육안 인식에 대한 필요성과 사전검토를 수행하였다.
즉, 기존의 대피로 표시의 경우 시인성을 높이기 위한 채색이 되어 있으나 LED, 형광등을 연결하여 디스플레이 했을 경우 시인성이 좀 더 좋아지지만 어두운 곳이나 특히 연기가 자욱한 장소에서는 EL 디스플레이의 시인성이 월등히 높은 것으로 평가되고 있다. 따라서 본연구에서는 EL패널에 대한 보다 심도있는 검토를 통해 지하공간 사용가능성을 검토하였다.
현재 설치 된 야광타입의 바닥재로는 화재로 인해 연기가 가득찬 지하철역 안에서 식별하기가 어렵고 비상구 표시도 빛의 산란에 의해 식별이 쉽지 않다. 이러한 화재로 인한 연기와 정전으로 인한 어두운 지하철 내에서 대피로를 좀 더 밝게 표시해 줄 수 있는 EL 디스플레이보드 제작이 필요하여 본 논문에서는 선행연구에서 개발한 N-키퍼와 이와 연동하는 EL 디스플레이 보드를 개발하고 현장 테스트 등의 실험을 실시하였다. 특히, EL패널 보드를 사용한 재난긴급 대피용 개발사례가 전혀 없어 본 연구를 통해 활용성을 검증하였다.
또한 기존 IoT 장비의 소형화로 인하여 대피경로 안내에 있어 재난 상황에서 눈에 띄기 어렵다. 지하 구조물인 지하철에서 화재로 인해 연기가 가득차면 시야가 가려져 인간은 지광본능에 의해 밝은 방향으로 도피하려 한다. 그 과정에서 추종 본능으로 인해 화재 발생시 최초로 행동을 개시한 사람을 따라 전체가 움직이는 본능적인 움직임을 보이는데 최초 행동한 사람이 대피유도등을 통해 지광본능으로 피난의 올바른 길로 대피 유도가 필요하다.
이러한 화재로 인한 연기와 정전으로 인한 어두운 지하철 내에서 대피로를 좀 더 밝게 표시해 줄 수 있는 EL 디스플레이보드 제작이 필요하여 본 논문에서는 선행연구에서 개발한 N-키퍼와 이와 연동하는 EL 디스플레이 보드를 개발하고 현장 테스트 등의 실험을 실시하였다. 특히, EL패널 보드를 사용한 재난긴급 대피용 개발사례가 전혀 없어 본 연구를 통해 활용성을 검증하였다.

제안 방법

7과 같은 일반 산업용 SMPS를 사용하였으며, 부하에 맞춰 용량을 선택해야한다. 1차 디자인 시안 규격으로 Power supply 용량을 산정하였다. DC12V를 선정하였다.
두 번째는 용량이 큰 인버터의 경우 15V로 제작된 것을 사용하기 위해 제조업체 의견을 반영하여 DC15V/350W로 변경하여 진행하였다. SMPS 성능은 출력 DC15V/350W 입력 110V/220V 60Hz으로 선정하였다.
EL 디스플레이 모듈은 재난 상황에서 연기 및 암전 상태에서 빛의 산란 효과를 최소화 하며 극한 상황 속에서 시인성이 매우 뛰어나다는 장점이 있어 재난 대응 시스템에서 대피경로 안내 역할로 크게 활용할 수 있을것이라 사료된다. 또한 시제품을 제작하여 M2M기반 재난 대응 시스템의 실제 테스트베드를 구축한 현장에 설치하고 화재테스트를 수행하였다. 화재테스트에서 룰셋 정의에 의하여 1분 30초간의 센싱과정과 30초의 역무실 대기시간 이후 대피경로 안내를 수행하였으며, EL 디스플레이 모듈 제어를 성공하였다.
마이크로프로세서 (MG86FE508) 를 이용하여 각 채널의 ON/OFF 를 제어하도록 한다 . 본 연구에서는 Fig.
본 연구에서 EL 디스플레이 적용에 있어 Fig. 7과 같은 일반 산업용 SMPS를 사용하였으며, 부하에 맞춰 용량을 선택해야한다. 1차 디자인 시안 규격으로 Power supply 용량을 산정하였다.
마이크로프로세서 (MG86FE508) 를 이용하여 각 채널의 ON/OFF 를 제어하도록 한다 . 본 연구에서는 Fig. 11.과 같이 RF 수신모듈의 데이터를 프로세서가 분석하여 제어하도록 하였다.
본 연구에서는 선행연구에서 구축한 재난 전조 예측 시스템과 스마트 N키퍼 시스템을 바탕으로 추가적으로 EL 디스플레이 모듈을 개발하였다. EL 디스플레이 모듈은 재난 상황에서 연기 및 암전 상태에서 빛의 산란 효과를 최소화 하며 극한 상황 속에서 시인성이 매우 뛰어나다는 장점이 있어 재난 대응 시스템에서 대피경로 안내 역할로 크게 활용할 수 있을것이라 사료된다.
본 연구에서는 실제 화재 데이터를 바탕으로 룰셋을 구성하여 재난전조 초기대응 시스템을 구축하였다. Fig.
또한 파싱된 데이터를 각각의 N키퍼 DB에 저장하며 역무실에 있는 마스터 서버와 통신한다. 서버에서 각 N키퍼에 RESTful방식으로 데이터 호출하며 JSON형태로 데이터로 응답한다.
센서노드에서 화재를 발생시키고 알고리즘 및 룰셋이 작동하여 1분 30초만에 화재인식이 되었다. 역무실 응답 대기 30초 후 재난모드로 자동전환하여 대피경로 안내를 표시하였다. 동시에 영상촬영을 수행하였으며 영상 스냅은 Fig.
9.와 같이 인버터는 EL 디스플레이 출력에 맞게 120V에 500Hz으로 설계하였으며, 용량은 50W 입력은 15V DC로 설계되었다.
또한 시제품을 제작하여 M2M기반 재난 대응 시스템의 실제 테스트베드를 구축한 현장에 설치하고 화재테스트를 수행하였다. 화재테스트에서 룰셋 정의에 의하여 1분 30초간의 센싱과정과 30초의 역무실 대기시간 이후 대피경로 안내를 수행하였으며, EL 디스플레이 모듈 제어를 성공하였다. 화재 테스트 센서값의 결과는 룰셋 정의를 최적화 할 수 있는 자료를 획득하였고, 이는 추후 다른 현장과 테스트베드에서도 구현 가능할 것이라 사료된다.

대상 데이터

1차 디자인 시안 규격으로 Power supply 용량을 산정하였다. DC12V를 선정하였다. 하지만 새로운 2차 디자인 시안이 나오면서 Power supply 규격을 DC15V/350W로 선정하였다.
EL 모듈쪽 통신 모듈은 Fig. 14와 같은 219MHz 대역의 WAM-219XWS 제품을 사용하였으며, 이 모델의 권장사양 전원은 3.3V~9.0V(Low-Dropout Regulator 가내장)이며 , 시리얼데이터통신 (UART) 은 3V 나 5V 통신이 가능하도록 되어있고 , 데이터처리 및 제어용 MCU, 무선송/수신 IC, 저잡음증폭기 LNA 와 RF Switch 등으로 구성이 되어있다.
본 연구의 테스트베드인 분당선 개포동역 지하3층 및 지하4층을 대상으로 설계하였으며, 계단앞 벽면용 EL 디스플레이 모듈은 Fig. 16., Fig. 17.과 같다.
스마트N키퍼는 센서노드와 N키퍼 그리고 마스터 서버로 구성되어진다. 센서노드는 N키퍼와 913MHz 대역 LoRa SX1272 네트워크로 LoRa프로토콜로 데이터를 주고 받는다. 이때 센서노드는 여러 N키퍼를 도착 주소로 갖게 되며 주변 N키퍼가 많기 때문에 센서노드는 게이트웨이 역할을 하는 N키퍼로 데이터를 송신하며 N키퍼와 마스터는 MQTT 프로토콜을 사용하여 데이터를 통합한다.
하지만 새로운 2차 디자인 시안이 나오면서 Power supply 규격을 DC15V/350W로 선정하였다. 첫 번째로는 DC12V를 사용할 경우 전선의 굵기가 커져서 실제 배선을 했을 경우 안전에 문제가 있다는 제조사의 의견이 반영되어 DC15V/350W를 선택하였다.
화재테스트는 2017년 4월 21일 02:33 영업 종료후 개포동역에서 실시하였다. 센서노드에서 화재를 발생시키고 알고리즘 및 룰셋이 작동하여 1분 30초만에 화재인식이 되었다.

후속연구

본 연구에서는 선행연구에서 구축한 재난 전조 예측 시스템과 스마트 N키퍼 시스템을 바탕으로 추가적으로 EL 디스플레이 모듈을 개발하였다. EL 디스플레이 모듈은 재난 상황에서 연기 및 암전 상태에서 빛의 산란 효과를 최소화 하며 극한 상황 속에서 시인성이 매우 뛰어나다는 장점이 있어 재난 대응 시스템에서 대피경로 안내 역할로 크게 활용할 수 있을것이라 사료된다. 또한 시제품을 제작하여 M2M기반 재난 대응 시스템의 실제 테스트베드를 구축한 현장에 설치하고 화재테스트를 수행하였다.
패시브타입은 소형・저정밀분야라면 싼값으로 제조할 수 있고, 유기EL 디스플레이의 특징을 살린 응용( 휴대전화 , PDA,차량용 오디오 디스플레이 등) 이 가능할 것으로 보임. 또한 액티브타입은 고화질・고정밀, 박형・경량으로 DSC, DVC, 차량 자동항법장치용 디스플레이, PC용모니터, 디지털 TV 등에 응용이 가능할 것으로 보인다.
화재 테스트 센서값의 결과는 룰셋 정의를 최적화 할 수 있는 자료를 획득하였고, 이는 추후 다른 현장과 테스트베드에서도 구현 가능할 것이라 사료된다. 추후 지하철 역사 신축과정에 본 연구결과물을 시공할 수 있다면, 테이프형 EL패널과 전원 내장 설계를 통하여, 바닥과 혹은 벽면 아래에 연속적으로 설치하거, EL패널을 현장에 빌트인으로 설계할 경우 더 효율적인 대피경로 안내가 가능할 것이라 사료된다.
패시브타입은 소형・저정밀분야라면 싼값으로 제조할 수 있고, 유기EL 디스플레이의 특징을 살린 응용( 휴대전화 , PDA,차량용 오디오 디스플레이 등) 이 가능할 것으로 보임. 또한 액티브타입은 고화질・고정밀, 박형・경량으로 DSC, DVC, 차량 자동항법장치용 디스플레이, PC용모니터, 디지털 TV 등에 응용이 가능할 것으로 보인다.
화재테스트에서 룰셋 정의에 의하여 1분 30초간의 센싱과정과 30초의 역무실 대기시간 이후 대피경로 안내를 수행하였으며, EL 디스플레이 모듈 제어를 성공하였다. 화재 테스트 센서값의 결과는 룰셋 정의를 최적화 할 수 있는 자료를 획득하였고, 이는 추후 다른 현장과 테스트베드에서도 구현 가능할 것이라 사료된다. 추후 지하철 역사 신축과정에 본 연구결과물을 시공할 수 있다면, 테이프형 EL패널과 전원 내장 설계를 통하여, 바닥과 혹은 벽면 아래에 연속적으로 설치하거, EL패널을 현장에 빌트인으로 설계할 경우 더 효율적인 대피경로 안내가 가능할 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	만물인터넷이란?	ICT 기술은 기술자체의 발달과 더불어 타 산업이나 기술과의 융합을 통하여 새로운 시장이나 산업을 창출하고 있으며, USN(Ubiquitous Sensor Network)을 기반으로 하는 사물중심의 M2M(Machine to Machine)에서 인간을 둘러싼 환경에 초점을 맞춘 사물인터넷(IoT : Internet of Things)으로 발전하고 있다. 최근에는 한 단계 더 도약해 물리적 개체, 정보,시스템, 공간, 가상 개체까지 모두 연결하는 만물인터넷(IoE : Internet of Everything)으로 진화하고 있다. IoT는 사물과 주위 환경에서 정보를 받아들이는 센싱 기술, 사물에서 사물을 연결하는 유무선통신 및 네트워크기술, 서비스 제공을 위해 정보를 저장, 처리, 변환하는 서비스 인터페이스 등 3가지 기본 기술로 구성되며, 이러한 기술은 사람과 사물을 연결하는 P2M, 사물과 사물을 연결하는 M2M, 사람과 사람을 연결하는 P2P 기술 이 하나로 어우러져 발전하면서 초연결(Hyperconnectivity) 사회로 진입이 이루어지고 있다.
	IoT는 무슨 기술로 구성되는가?	최근에는 한 단계 더 도약해 물리적 개체, 정보,시스템, 공간, 가상 개체까지 모두 연결하는 만물인터넷(IoE : Internet of Everything)으로 진화하고 있다. IoT는 사물과 주위 환경에서 정보를 받아들이는 센싱 기술, 사물에서 사물을 연결하는 유무선통신 및 네트워크기술, 서비스 제공을 위해 정보를 저장, 처리, 변환하는 서비스 인터페이스 등 3가지 기본 기술로 구성되며, 이러한 기술은 사람과 사물을 연결하는 P2M, 사물과 사물을 연결하는 M2M, 사람과 사람을 연결하는 P2P 기술 이 하나로 어우러져 발전하면서 초연결(Hyperconnectivity) 사회로 진입이 이루어지고 있다. 재난방재 관점에서 ICT 기술은 예방, 대비, 대응, 복구로 이어지는 재난관리의 모든 단계를 체계적,효율적으로 관리하여 피해를 예방하거나 최소화하는데 핵심역할을 수행하며, 언제 어디서나 실시간으로 재난상황을 인지하여 조기위험 예측, 실시간 재난 정보제공, 재난 대응 및 복구의 모든 활동이 이미 ICT 기술 의존도가 높아지고 있다(김재호, 2014).
	재난시 '가독성'과 더불어 형태 등을 인지하는 ‘명시성’이 최근 중요시 되고 있는 이유는?	특히 사람들의 인식을 위해 문자나 숫자를 인지하는 ‘가독성’과 더불어 형태 등을 인지하는 ‘명시성’도 최근 중요시 되고 있다. 다급한 상황에서는 글을 읽고 판단할 시간적 여유가 없기 때문이다.

참고문헌 (5)

Park, M.-Y., Koo, W.-Y., Park W.-S., Kwon S.-K. (2015) Conceptual Study on Evacuation Route Analysis and Development of Refuge Algorithm. Journal of Korean Society of Disaster & Security. 8(1). 1-4.
Jeon, G., Kang, S. (2016). A study on Development of Evacuation Guidance System Using Direction Speaker and Control Lightning. Journal of The Korean Society of Disaster Information. 12. 228-234.

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Kim, Y.-H. (2015). Disaster Management Using Big Data in the IoT Environment. Proceedings of KIIT Summer Conference, (2015.6), 287-289.
Kang, H.-J. (2015). A Study on the Smart Disaster Safety Management Analyzing IoT and Big Data. Proceedings of KIIT Summer Conference, (2015.6), 114-116.
Jung, J. J., Park, J. W., Kim, S. H. (2016). Scenario design of the disaster monitoring based on SaaS IoT sensor platform. Proceedings of Symposium of the Korean Institute of communications and Information Sciences, (2016.6), 1065-1066.

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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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