[논문]실시간 IoT 정보 활용 피난시스템의 피난성능 연구

이철규; 문상호; 이상규; 이계은

doi:10.9717/kmms.2019.22.2.281

실시간 IoT 정보 활용 피난시스템의 피난성능 연구
A Study on the Evacuation Performance of Evacuation System using Real-time IoT Information 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.22 no.2, 2019년, pp.281 - 291

이철규 (Public Risk Management Center, Busan University of Foreign Studies) , 문상호 (Div. of Computer Software, Busan University of Foreign Studies) , 이상규 (Consilience Knowledge Institute) , 이계은 ((C) Kwang International)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to reflect complex and diverse building types, resident characteristics and disaster factors, it is necessary to introduce a flexible situation-based response system based on real-time information. Intelligent CCTV, hybrid sensor, location scanner, and customized broadcasting device were examined to introduce for the real-time response intelligent response system and its feasibility was verified through field test. In addition, based on the real-time information, the evacuation simulation was executed by assuming the dormitory building and the resident of the school, and the safety of the evacuation and the shortening of the pinnacle time were confirmed. The feasibility of real time information based evacuation comparing with the existing evacuation system were verified in the case of evacuation.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Utilization process of required technology for disaster evacuation.
표 Table 1. Performance comparison based on location identification method.
표 Table 2. Resource and utilization of required equipments
그림 Fig. 2. Integrated disaster management system based on real-time information.
그림 Fig. 3. Evacuation process using location identification and IoT information.
표 Table 3. Simulation factors and values
표 Table 4. Comparing evacuation scenarios in fire situation
표 Table 5. Comparison of original evacuation method and real-time based evacuation method

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 실시간 IoT 정보를 기반으로 다양한 피난 시나리오들에 따른 피난 성능을 비교하는 것이 주된 내용이다. 이를 통하여 실제 재난 시 피난 분야에서 실기간 정보 기반 지능화 피난시스템 도입의 타당성을 입증하는 것이다.
따라서 이를 선제적으로 대응하기 위하여 최근 발전하고 있는 IoT 기술은 실시간 정보를 수집하고 이를 기반으로 실시간 대응 지능형 대응체계를 수립하는데 있어서 요소기술로 활용할 수 있다. 본 논문에서는 재난시 소요기술로 활용하기 위한 지능형 CCTV, 복합센서, 위치추적스캐너, 지능형 재난안전방송시스템의 성능을 실험하고 활용기준을 제시하였다. 또한 소요기술을 활용하여 실시간 정보를 수집하고 이 정보를 기반으로 피난시뮬레이션을 실행하여 피난의 안전성 확보와 피난시간을 단축하는 효과를 확인하였다.
본 논문에서는 실시간 IoT 정보를 기반으로 다양한 피난 시나리오들에 따른 피난 성능을 비교하는 것이 주된 내용이다. 이를 통하여 실제 재난 시 피난 분야에서 실기간 정보 기반 지능화 피난시스템 도입의 타당성을 입증하는 것이다. 소요기술 성능실험은 부산시와 함께 부산여상과 재송중학교에서 안전체험콘서트를 통해서 진행하였으며, 소요기술 활용 피난시뮬레이션은 부산외국어대학교 기숙사 건물의 실제도면과 거주 학생을 적용하여 시뮬레이션을 실행하였다.
마지막 세 번째는 실시간 정보를 활용하는 단계로, 피난을 하는 과정에서 밀집된 상황과 연기전파 상황을 가정하여 실시간 정보를 수집하여 대응하는 경우와 그렇지 않았을 때 피난시간과 구조시간에 대한 시뮬레이션을 통해 피난성능을 비교하는 단계이다. 즉 최초 피난방법을 유지하는 경우와 실시간 정보를 활용했을 경우에 대한 피난성능을 비교하는 것이다.

가설 설정

두 번째 상황으로 5층 화재로 인하여 3층에 연기가 전파되는 상황을 가정하였다. 최초피난방법을 유지할 경우 기존 시스템에서는 연기전파에 따른 위험성 정도를 확인하기 어려워 3층 거주민에 대한 우선 대피가 어렵다.
세 번째 단계에서는 실시간 정보를 IoT 장비로부터 수집하여 피난경로를 변경하고 구조활동을 가정한다. 위치식별장치로부터 8층과 9층 C1계단에서 밀집 상황 정보를 수집하여 피난시간 단축을 위해 피난 경로를 변경하여 전체 피난시간을 확인하였다.
세 번째 단계인 밀집된 상황은 8층 계단과 9층 계단에 혼잡한 상황 정보가 수집되어 혼잡을 피한 피난 경로를 제공하는 것으로 설정하였고, 연기전파 상황은 화재 발생층이 아닌 3층에 연기가 전파된 것으로 가정하여 우선피난을 실행하는 것으로 가정하였다.
피난성능 비교를 위한 시뮬레이션은 5층에 화재가 발생한 것으로 가정하였고 첫째 단계인 건물특성과 거주자 특성을 감안한 시나리오는 피난상황을 4개 시나리오로 구성하여 시뮬레이션 실시하였다. 시나리오 1은 일괄전층피난, 시나리오 2는 화재층 피난 후 순차피난, 시나리오3은 3개 비상계단 중 2개 비상계단은 피난용으로 사용하고 나머지 1개 비상계단은 소방관 진입용으로 사용, 시나리오4는 화재층인 경우에는 3개 비상계단을 사용하여 피난을 하고 나머지 층에서는 2개 비상계단을 이용하여 피난하고 나머지 1개 비상계단은 소방관용으로 사용하는 시나리오를 구성하였다.

제안 방법

두 번째 단계인 최초 피난방법 선정은 화재층 피난을 우선으로 한 안전성과 구조시간 단축에서 가장 효과적인 시나리오4에 따른 피난으로 최초 피난방법으로 선정하였다.
최근 제천화재참사의 경우가 2층 여성사우나실에 위급한 상황에 있는 미피난자가 다수 있었음에도 수색과 구조가 늦어져서 다수의 인명피해가 발생하였다. 따라서 건물내 거주자 인원수와 위치를 파악하는 위치식별기술과 지능형 CCTV를 소요기술로 도입하였다. 또한 연기전파와 화재전파를 확인하여 위험구역을 확인하여 대응할 수 있는 온도와 연기농도 프로파일을 실시간 감지하는 복합센서를 활용하여 온도와 연기농도 변화에 따라 피난 경로를 변경할 수 있다
본 논문에서는 재난시 소요기술로 활용하기 위한 지능형 CCTV, 복합센서, 위치추적스캐너, 지능형 재난안전방송시스템의 성능을 실험하고 활용기준을 제시하였다. 또한 소요기술을 활용하여 실시간 정보를 수집하고 이 정보를 기반으로 피난시뮬레이션을 실행하여 피난의 안전성 확보와 피난시간을 단축하는 효과를 확인하였다.
다양한 환경에서 변수를 많이 가지고 있는 위치식별기술에 대한 성능 테스트를 위해 부산여상과 재송중학교 학생을 대상으로 실험을 진행하였으며 현장 실험에 대한 개요는 다음과 같다. 세부적으로 부산시와 부산외국어대학교 공공위험관리센터가 공동으로 2018년 5월 및 7월에 부산여상과 재송중학교에서 문화공연과 안전훈련을 접목한 안전 high콘서트를 진행하여 건물 내의 인원 분포와 밀집도를 스마트폰 등과 같은 모바일기기로 실시간 모니터링 및 성능테스트를 진행하였다.
[9]에서는 전층 동시피난과 화재층 중심 5개층 순차 피난의 두 가지 경우를 비교한 시나리오별 시뮬레이션과 재난 상황시 위치식별기술을 활용한 피난유도를 위한 모의실험을 수행하였다. 세부적으로 이 연구내용은 본 논문을 위한 기초 단계에서 전층 및 화재 층 중심 대피 시나리오를 기반으로 한 피난 유도 시뮬레이션을 수행하였다.
이를 통하여 실제 재난 시 피난 분야에서 실기간 정보 기반 지능화 피난시스템 도입의 타당성을 입증하는 것이다. 소요기술 성능실험은 부산시와 함께 부산여상과 재송중학교에서 안전체험콘서트를 통해서 진행하였으며, 소요기술 활용 피난시뮬레이션은 부산외국어대학교 기숙사 건물의 실제도면과 거주 학생을 적용하여 시뮬레이션을 실행하였다.
피난성능 비교를 위한 시뮬레이션은 5층에 화재가 발생한 것으로 가정하였고 첫째 단계인 건물특성과 거주자 특성을 감안한 시나리오는 피난상황을 4개 시나리오로 구성하여 시뮬레이션 실시하였다. 시나리오 1은 일괄전층피난, 시나리오 2는 화재층 피난 후 순차피난, 시나리오3은 3개 비상계단 중 2개 비상계단은 피난용으로 사용하고 나머지 1개 비상계단은 소방관 진입용으로 사용, 시나리오4는 화재층인 경우에는 3개 비상계단을 사용하여 피난을 하고 나머지 층에서는 2개 비상계단을 이용하여 피난하고 나머지 1개 비상계단은 소방관용으로 사용하는 시나리오를 구성하였다.
실시간 정보를 활용하기 위해 네 가지 소요기술을 도출하였다. 재난 대응에 있어서 가장 우선순위에 두는 것은 인명구조이다.
본 논문에서는 실시간 정보를 수집을 위하여 지능형 CCTV, 위치식별장치, 복합센서와 맞춤형방송장치를 사용하였다. 실제 피난성능을 개선하기 위해 필요한 기능과 성능을 현장테스트와 피난시뮬레이션을 통하여 실증하였다. 그 결과 IoT 기술을 활용한 실시간 정보를 기반으로 피난경로와 인명구조 상황 정보를 제공하여 피난을 실행한 경우 전체피난시간을 단축하는 효과와 위험구역 거주민에 우선피난을 실행할 수 있어 안전성이 높은 피난방법이라는 것을 확인하였다.
이때 앱에서는 스마트폰을 비콘 신호 수신기로 이용하는 것으로 앱 주변의 비콘들 중에서 가장 수신 신호의 강도가 센 비콘 근처에 있는 것으로 위치를 판단하였다. 앱을 설치하지 않고 신호 스캐너를 이용하는 방법으로는 WIFI를 이용하여 불특정 다수를 파악하고, BLE를 이용한 특정 다수를 파악하는 방법을 사용하였다.
위치식별기술 이외 소요기술 장비의 기능과 성능은 연구실 테스트를 통해 활용 기준을 정하여 시스템에 적용하였다. 각각의 소요기술로부터 수집된 정보는 기존 방재시스템과 연동하여 정보를 취합하고 분석하여 실시간 상황판단을 위한 자료로 활용된다.
위치식별을 위해 스마트폰에 앱을 설치한 경우와 설치하지 않은 경우로 구분하여 실험을 진행하였다. 이때 앱에서는 스마트폰을 비콘 신호 수신기로 이용하는 것으로 앱 주변의 비콘들 중에서 가장 수신 신호의 강도가 센 비콘 근처에 있는 것으로 위치를 판단하였다.
세 번째 단계에서는 실시간 정보를 IoT 장비로부터 수집하여 피난경로를 변경하고 구조활동을 가정한다. 위치식별장치로부터 8층과 9층 C1계단에서 밀집 상황 정보를 수집하여 피난시간 단축을 위해 피난 경로를 변경하여 전체 피난시간을 확인하였다. 최초피난방법을 유지할 경우는 계단 밀집 상황을 파악할 수 없어서 8층, 9층, 10층 거주민은 혼잡한 상황에서 대피를 하게 되어 전체 피난시간이 906.

대상 데이터

실시간 정보를 활용하기 위해서는 성능테스트와 성능 기준을 설정할 필요가 있다. 다양한 환경에서 변수를 많이 가지고 있는 위치식별기술에 대한 성능 테스트를 위해 부산여상과 재송중학교 학생을 대상으로 실험을 진행하였으며 현장 실험에 대한 개요는 다음과 같다. 세부적으로 부산시와 부산외국어대학교 공공위험관리센터가 공동으로 2018년 5월 및 7월에 부산여상과 재송중학교에서 문화공연과 안전훈련을 접목한 안전 high콘서트를 진행하여 건물 내의 인원 분포와 밀집도를 스마트폰 등과 같은 모바일기기로 실시간 모니터링 및 성능테스트를 진행하였다.
본 논문에서는 실시간 정보를 수집을 위하여 지능형 CCTV, 위치식별장치, 복합센서와 맞춤형방송장치를 사용하였다. 실제 피난성능을 개선하기 위해 필요한 기능과 성능을 현장테스트와 피난시뮬레이션을 통하여 실증하였다.
시뮬레이션 대상 건물은 부산외국어대학교 기숙사 건물이며, 실제 거주자인원을 산정하여 실시간 정보를 활용했을 때와 그렇지 않았을 때의 피난성능을 비교하였다. 실제 시뮬레이션을 위해 패스파인더라는 시뮬레이터[12]를 사용하였으며, 시뮬레이션을 위하여 설정한 값들은 다음과 같다.
시뮬레이션 대상 건물은 부산외국어대학교 기숙사 건물이며, 실제 거주자인원을 산정하여 실시간 정보를 활용했을 때와 그렇지 않았을 때의 피난성능을 비교하였다. 실제 시뮬레이션을 위해 패스파인더라는 시뮬레이터[12]를 사용하였으며, 시뮬레이션을 위하여 설정한 값들은 다음과 같다.

성능/효과

실제 피난성능을 개선하기 위해 필요한 기능과 성능을 현장테스트와 피난시뮬레이션을 통하여 실증하였다. 그 결과 IoT 기술을 활용한 실시간 정보를 기반으로 피난경로와 인명구조 상황 정보를 제공하여 피난을 실행한 경우 전체피난시간을 단축하는 효과와 위험구역 거주민에 우선피난을 실행할 수 있어 안전성이 높은 피난방법이라는 것을 확인하였다.
실시간 정보를 수집하여 이를 기반으로 피난경로와 인명구조 상황정보를 제공하여 피난을 실행한 경우 전체피난시간을 단축하는 효과와 위험구역 거주민에 우선피난을 실행할 수 있어 안전성이 높은 피난 방법이라는 것을 확인하였다.
그러나 복합센서로부터 연기농도에 대한 프로파일을 실시간 수집하여 위험기준에 도달할 시 자동으로 시스템에서 경보가 발생하여 3층 거주민에 상황전파와 우선 피난을 유도할 수 있는 것이다. 최초피난방법을 유지할 경우 3층 거주자는 C1,C3만 이용하게 되지만 복합센서로부터 위험구역 정보를 확인하는 경우 3층 거주자를 C2계단(중앙계단)으로만 피난을 유도할 수 있게 되어 피난시간을 최초피난방법보다 84.3초 단축할 수 있었고, 3층 거주민에게 우선대피를 실행함으로써 안전성 확보할 수 있었다. 세 번째 상황은 3층 위험구역에 미피난자가 있을 경우이다.

후속연구

이처럼 IoT 기술을 재난안전 분야에 적용하여 실시간 정보 활용한 피난시스템을 도입할 필요가 있으며, 이는 피난성능을 개선하고 인명구조에 기여할 것이다. 앞으로 재난안전 분야에 멀티미디어 소요기술도입하기 위해서는 기존 방재시스템과의 연계와 실시간 정보를 활용한 지능형 시뮬레이터 개발이 필요하며, 지능형 시뮬레이터를 활용하여 다양한 상황에 대한 시뮬레이션 자료를 토대로 지능화 단계로 발전할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	상황별 대응체계의 도입이 필요한 이유는 무엇인가?	각각의 상황에 따라 행동지침이 정해지고 그에 따른 피난과구조 활동을 벌인다. 하지만 재난상황에서는 예측하지 못한 다양한 변수들이 발생할 수 있고 이에 대처하는 탄력적이고 융통성 있는 대응방법은 아직 체계화되지 못하고 있다. 또한 초고층건물, 대형 다중이용시설, 공항, 지하철과 같은 시설물일 경우 재난유형에 따라 건물특성과 거주자 특성에 따른 대응체계가 수립되어야 하고 기후변화, 테러, 방화 등 날로 다양화하는 재난발생 원인에 따른 대응도 필요하다. 또한 노약자, 장애인, 외국인 등 다양한 사람들의 행동양태에 따른 대응방법도 달라져야 하는데 지금 사용하고 있는 고정된 매뉴얼로는 대응에 한계가 있다. 따라서 이런 복잡하고 다양한 건물형태와 거주자 특성 및 재난요인을 반영하기 위해서는 실시간 정보를 바탕으로 탄력적이고 융통성 있는 상황별 대응체계의 도입이 필요하다.
	실시간피난유도시스템의 기능은?	초고층 건물 화재의 특성과 위험성을 분석하고 단순성과 확장성을 제공하는 효율적인 메쉬 라우팅을 이용한 피난유도 알고리즘을 제안한 연구도 있었고[1], 긴급 재해 발생 시 피난 지원을 목적으로 하는 긴급피난지원시스템을 구축하기 위하여 실내에서 화재, 테러 등의 재해 발생 시 탈출 경로 탐색 알고리즘을 구현한 연구도 있다[2]. 그리고 [3]에서는 지하공간에서 실시간으로 화재 및 피난자의 위치를 파악하고 가변식 유도장치를 이용하여 신속하고 효율적인 피난을 가능하게 하는 실시간피난유도시스템을 설계 및 구현하였다. [4]에서는 기존 대피 시뮬레이터들의 문제점을 해결하기 위하여 실제 재난 상황에서 활용 가능한 결과 데이터를 산출하는 대피시뮬레이션 시스템을 제안하였다.

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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