[논문]유비쿼터스 기법을 적용한 실시간 피난유도 및 방재 시스템 개발

윤명오; 유홍선; 최윤수; 송철호; 김태운

문제 정의

본 실험은 유비쿼터스 센서 네트워크와 RFID의 기술을 화재피난 유도에 적용하여 실시간피난유도시스템올 현재 일반화되어있는 장비와 기기를 사용하여 실제로 구현 해본 것에 그의의가 있다. 주어진 장비가 시스템 구축에 적합한가, 아니라면 그에 대한대안과 개선점을 도출하려 시도하였다.
것에 그의의가 있다. 주어진 장비가 시스템 구축에 적합한가, 아니라면 그에 대한대안과 개선점을 도출하려 시도하였다. 더욱 대규모화되고 일반화된 장소와 상황에 시스템을 적용하기 위하여 센서 네트워크의 지능화, RFID 위치감지기법의 개선, 유도알고리즘의 일반화, 그리고 해당 시뮬레이션과 실험의 지속적인 수행이 이루어져야 할 것이다.

가설 설정

감지에러도 발생할 수 있다. 그러므로 향후 RFID 기술이 발전하여 신뢰도가 충분히 높아진다는 가정 하에 실험을 실시하였다. 다른 방법으로는, 얼마간 부정확한 위치정보로도 효과적인 피난 유도가 가능한 새로운 감지 형태와 알고리즘을 개발하는 것올생각해 볼 수 있다
또한, 실시간 위치감지에 사용한 RFID 위치감지 시스템의 감지율을 100%로 가정하였고 RFID 태그는 실험자 모두가 소지하고 있다고 설정하였지만 실제 감지율은 이보다낮고 감지에러도 발생할 수 있다. 그러므로 향후 RFID 기술이 발전하여 신뢰도가 충분히 높아진다는 가정 하에 실험을 실시하였다.
본 실험은 출구인원 정체를 실시간피난 유도를 통하여 완화시키는 것을 보여주는 데 주목적이 있으므로 대피자의 유동 특성만을 고려하였고 개인적/심리적 행동 특성은 고려하지 않았다.

제안 방법

상황에 적합한 피난유도 알고리즘을 구현하기 위하여 피난시뮬레이션을 수행하였다. 다수의 분포인원이 학생회관 지하의 북쪽과 동쪽출구(그림2와 그림3에 [Exitl], [Exit3] 으로 표시)로 피난할 때 각 출구로 균등한 피난이 일어나지 않는 것을 그림2와 그림3 에서 볼 수 있다.
세 개의 화심을 고려하여 모두 세 개의 시나리오가 개발되었지만 본 실험에서는 그중 화재는 [Exit』근처의 [F1]에서 시작하고 인원은 [Exitl]에 집중되며 [Exit3]로 실시간 유도가 일어나는 시나리오를 선택하였다. (표1 참조) 화재 초기에는 유도시스템이 피난자를 [Exitl]과 [Exit3]로 유도하나피난이 이루어지면서 [Exitl]이 [Exit3]보다 5명 이상 더 혼잡해지면 유도 방향을 전환하여 [Exitl]으로는 더 이상 유도를 하지 않고 [Exit3]로만 피난유도를 한다.
실험과 시뮬레이션은 동일한 시나리오를 바탕으로 진행되었는데도 불구하고 초기 설정과 진행상의 변수들이 서로 다르게 적용된 부분이 있기에 정확히 일치하는 결과를 볼 수는 없었으나 실시간 유도의 이점과 가능성을 공통적으로 제시한다. 상황에 따라 화점에서 멀리, 그리고 덜 혼잡한 출구로 피난 유도를 하는 가변 유도 등의 가능성을 실험에서 관찰하였고, 시뮬레이션에서는 그 효용성을 가늠하였다.
실험에서의도하는 바에 따라 건물 구조상 인원의 배치와 화심의 위치를 어느 한 출구에 대피 인원이 몰려 혼잡이 일어나도록 하였다. 대피 인원은 모두 30명이 고 모두 RFID 태그를 소지하고 있다.
피난유도 알고리즘은 각 출구에 대기 중인 피난 인원의 수를 감지하여 그 불균형의 정도에 따라 유도를 하는 것으로 요약될 수 있다. 유도 개시 시점이나 기준이 되는 불균형의 정도는 각 건축물과 상황에 따라 다르며 따라서 해당 건축물을 대상으로 피난 시뮬레이션을 수행하여 확정하였다.
피난자로 참가한 인원 모두에게 RFID태그를 나누어주고 두 그룹으로 나누어 실시간 피난 유도로 한번, 일반 대피로 한번, 그리고 마지막으로 실시간피난 유도가 있는 상황에서 다 같이 한번, 총 3번의 실험을 실시하였다.
바코드, 자기코드, IC카드둥 타매체에 비해서 비접촉식으로 동시인식가능하고, 인식거리, 속도, 보안, 기록데이터 용량과 재기록성능 면에서 우수하며 패시브 태그의 경우 가격도 저렴한 편이다. 피난자의 실시간 위치감지를 위하여 RFID 태그를 피난자가 소지하고 RFID 리더로 이를 감지하는 방식을 택하였다.

대상 데이터

서울시립대학교 학생회관지호}J층에 시스템을 설치하였다.
실험은 서울시립대학교 학생회관 지흐}T층에서 약 2시간에 걸쳐 실시되었다. 피난자로 참가한 인원 모두에게 RFID태그를 나누어주고 두 그룹으로 나누어 실시간 피난 유도로 한번, 일반 대피로 한번, 그리고 마지막으로 실시간피난 유도가 있는 상황에서 다 같이 한번, 총 3번의 실험을 실시하였다.
이러한 실시간 피난유도 시스템의 구축을 함에 있어서 유비쿼터스 기법을 화재와 피난자 위치감지에 적용하고 관련 소프트웨어와 하드웨어의 개발, 구성, 그리고 센서둥기기의 작동성, 나아가 대상 시스템의 문제점과 가능성을 타진하는 것을 목적으로 하는컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 서울시립대학교 학생회관 지흐)'1층을 대상으로 실시하였다.

성능/효과

수는 없었으나 실시간 유도의 이점과 가능성을 공통적으로 제시한다. 상황에 따라 화점에서 멀리, 그리고 덜 혼잡한 출구로 피난 유도를 하는 가변 유도 등의 가능성을 실험에서 관찰하였고, 시뮬레이션에서는 그 효용성을 가늠하였다.
실시간 유도 개시 시점을 결정하기 위해서 실시간 유도가 없는 경우(일반 대피)와 있는 경우의 두 경우에 대하여 피난시뮬레이션을 실행한 결과, 북쪽 출구([Exitl])과 동쪽출구([Exit3])의 대기인원수 차가 5명 이상일 때 인원이 적은 쪽으로 피난 유도를 하는것이 가장 효율적이었다. 알고리즘의 효율을 실시간 유도대피와 일반 대피를 비교하여 감소된 시간의 비로 나타내었을 때, 실시간 유도대피의 총 대피시간은 80.
가장 효율적이었다. 알고리즘의 효율을 실시간 유도대피와 일반 대피를 비교하여 감소된 시간의 비로 나타내었을 때, 실시간 유도대피의 총 대피시간은 80.3초로 일반대피의 105.8초보다 약 24%의 대피시간 감소의 효과가 관찰되었다.

후속연구

주어진 장비가 시스템 구축에 적합한가, 아니라면 그에 대한대안과 개선점을 도출하려 시도하였다. 더욱 대규모화되고 일반화된 장소와 상황에 시스템을 적용하기 위하여 센서 네트워크의 지능화, RFID 위치감지기법의 개선, 유도알고리즘의 일반화, 그리고 해당 시뮬레이션과 실험의 지속적인 수행이 이루어져야 할 것이다.
가장 문제가 되었던 것은 역시 실시간 위치감지였으며, 이것은 이미언급한 바와 같이 RFID의 성능 개선 또는 이를 고려한 시스템과 알고리즘의 개발로해결 될 수 있다고 보인다. 더하여, 감지된 데이터를 바탕으로 정확한 위치를 산출하는알고리즘과 시뮬레이션 부분에서 고찰한 실시간 유도 알고리즘의 개발과 개선에도 더욱심도있는 연구가 진행되어야 한다.
작동엔 문제가 없었지만 가시성이 떨어진다는 의견이 있었다. 또한 혼란한 상황에서 점둥하는 것보다는 방향을 지시하는 형태의 램프가 항시켜져 있는 것이 더 도움이 될 것이다.
인원이 집중되는 원인은 초기 인원 분포와 건물 구조상 특성에 있으며 실시간 피난 유도로 이 불균형을 보정해준다면 결과적으로 전체 피난시간을 단축시킬 수 있을 것 이다. 피난유도 알고리즘은 각 출구에 대기 중인 피난 인원의 수를 감지하여 그 불균형의 정도에 따라 유도를 하는 것으로 요약될 수 있다.

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