[논문]도시철도 환경에서 지능형 감시 시스템 구축 사례

장일식; 안태기; 조병목; 박구만

문제 정의

현재 도시철도 역사에 설치된 카메라들은 설치한 지 오래되고 현재 출시되는 제품들에 비해 저사양이기 때문에 내부적으로 모듈을 탑재하여 지능형 종합 감시시스템을 구축하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구개발에서는 비디오 제어기 부분을 카메라와 연동하여 시스템 자체를 지능형화 하여 구축 할 수 있도록 제안하였다. 그림 4(a)를 보면 도시철도 역사에 설치되어 있는 아날로그 카메라와 비디오 제어기 부인 영상 분석기와 비디오 서버를 연동하여 클라이언트와 CMS로 연결되어 이벤트가 송신하도록 구축하였다.
시험 방법은 지능형 감시 카메라를 이용하여 이벤트를 발생하여 송신하는 상황 결과를 확인하였다. 본 논문에서는 실험한 데이터가 많은 관계로 수서역 및 차량기지에서의 실험 중 일부를 소개한다.
본 논문은 지능형 종합감시시스템을 실제 역사에 구축하고 자동화된 영상 분석 기능에 대해 실험한 결과에 대해 논하였다. 지능형 종합감시시스템은 본 연구개발품인 지능형 감시카메라를 이용하여 구축하는 방법과 기존의 카메라를 비디오제어기인 영상분석기와 비디오서버를 연동하여 구축하는 방법이 있으며 상세하게 기술하였다.
첫 번째는 지능형 감시 카메라를 적용하는 방법과 두 번째는 기존 일반 카메라에 비디오 제어기를 연결하여 지능형 시스템으로 사용 및 구축하는 방법이다. 본 절에서는 전자의 방법으로의 구축에 대해 논한다. 지능형 감시 카메라를 이용한 지능형 종합감시시스템의 구축은 그림 3과 같이 구성할 수 있다.
지능형 종합 감시 시스템은 도시철도 역사 및 관련 시설의 영상 감시를 위한 카메라 부분과 주요 시설에 접근하는 침입자를 감시하기 위한 센서 네트워크 부분, 영상 및 센서 데이터를 활용해 사건 발생과 관련된 경보를 운영자에게 즉각적으로 알려줘 대처할 수 있도록 하며 상황 발생에 대한 데이터를 저장하는 종합사령실 소프트웨어 등으로 구성된다. 이 중에서도 지능형 감시 카메라와 기존의 카메라를 지능형화 할 수 있는 영상 분석 장치에 대해 중점적으로 소개한다. 지능형 감시 카메라는 객체 인식을 통해 영상 분석을 하고 기존 아날로그 방식인 CCTV의 상 데이터를 분석하기 위한 영상분석기와 네트워크로 영상을 압축 전송하기 위한 비디오 서버가 동시에 갖춰져 영상제어 S/W 를 통해 역무관리사가 감시를 할 수 있다.
이에 본 논문에서는 국내의 도시철도 안전 문제를 해결하기 위한 방법으로 역사에 단위 모듈 기능 시험을 위한 지능형 종합 감시 시스템을 구축한 응용 사례에 대해 살펴본다. 지능형 종합 감시 시스템은 도시철도 역사 및 관련 시설의 영상 감시를 위한 카메라 부분과 주요 시설에 접근하는 침입자를 감시하기 위한 센서 네트워크 부분, 영상 및 센서 데이터를 활용해 사건 발생과 관련된 경보를 운영자에게 즉각적으로 알려줘 대처할 수 있도록 하며 상황 발생에 대한 데이터를 저장하는 종합사령실 소프트웨어 등으로 구성된다.

제안 방법

따라서 본 연구개발에서는 비디오 제어기 부분을 카메라와 연동하여 시스템 자체를 지능형화 하여 구축 할 수 있도록 제안하였다. 그림 4(a)를 보면 도시철도 역사에 설치되어 있는 아날로그 카메라와 비디오 제어기 부인 영상 분석기와 비디오 서버를 연동하여 클라이언트와 CMS로 연결되어 이벤트가 송신하도록 구축하였다. 일반 카메라에 비디오 제어기를 연동하면 그림 3의 지능형 감시 카메라와 같은 기능을 수행하기 때문에 기존 카메라를 활용하면서도 지능형화 할 수 있는 이점이 있다.
변환한 영상을 비디오 제어기인 영상분석기와 비디오 서버로 연결하여 최종적으로 실험을 진행할 수 있도록 구축하였다. 그리고 개발한 지능형 감시 카메라의 단위 기능 시험도 함께 진행할 수 있도록 구축하였는데 카메라를 설치한 장소에서 LAN을 이용해 단위 기능 시험 센터의 PC로 연결이 되도록 구축하였다.
본 장에서는 위의 3장에서의 제안한 시스템 구축 방법으로 지능형 감시 카메라와 비디오 제어기에 대해 실험을 진행한 결과에 대해 논한다. 단위 기능 시험은 수서역, 충무로역 및 수서역 차량기지에서 협조 하에 진행되었으며 기능 시험의 객관성을 판단하기 위해 실제 도시철도 환경에서 시나리오를 연출하여 정확한 검출을 하는지 실험하였다. 시험 방법은 지능형 감시 카메라를 이용하여 이벤트를 발생하여 송신하는 상황 결과를 확인하였다.
지능형 종합감시시스템은 본 연구개발품인 지능형 감시카메라를 이용하여 구축하는 방법과 기존의 카메라를 비디오제어기인 영상분석기와 비디오서버를 연동하여 구축하는 방법이 있으며 상세하게 기술하였다. 또한 실제 역사에서의 구축 방법에 대해 도식화하여 설명하였고, 구축한 지능형 종합감시시스템이 제대로 동작하는지에 대해 실험을 진행하였다. 실험은 이벤트 시나리오를 만들어서 진행하였으며 4장에서 확인할 수 있듯이 자동 영상 분석 및 네트워크 이벤트 전송 등에 대한 오류가 없는 것으로 판단되었으며 영상 분석 성능 역시 높은 신뢰성을 가진다.
또한 감시 기능의 강화를 위하여 센서를 연동하여 카메라와 조합 적으로 사용할 수 있다. 또한, 기존 아날로그 카메라들을 지능형화하기 위하여 영상 분석기와 비디오 서버를 일컫는 비디오 제어기를 설치하여 지능형 감시카메라가 수행 하는 자동 영상 분석 및 종합 관제 센터로의 데이터 송신을 수행할 수 있도록 하였다. 기존의 시스템을 이용하면서 지능형 변환해 줄 수 있으며, 신설 설치 역사에는 새로운 지능형 감시카메라를 도입하면서 설치에 대한 비용 절감 및 간편하게 구축할 수 있는 장점이 있다.
이렇게 전송된 LAN 영상을 단위 기능 시험 센터 내에서 다시 비디오 송수신기를 이용해 아날로그(BNC) 영상으로 변환하게 된다. 변환한 영상을 비디오 제어기인 영상분석기와 비디오 서버로 연결하여 최종적으로 실험을 진행할 수 있도록 구축하였다. 그리고 개발한 지능형 감시 카메라의 단위 기능 시험도 함께 진행할 수 있도록 구축하였는데 카메라를 설치한 장소에서 LAN을 이용해 단위 기능 시험 센터의 PC로 연결이 되도록 구축하였다.
단위 기능 시험은 수서역, 충무로역 및 수서역 차량기지에서 협조 하에 진행되었으며 기능 시험의 객관성을 판단하기 위해 실제 도시철도 환경에서 시나리오를 연출하여 정확한 검출을 하는지 실험하였다. 시험 방법은 지능형 감시 카메라를 이용하여 이벤트를 발생하여 송신하는 상황 결과를 확인하였다. 본 논문에서는 실험한 데이터가 많은 관계로 수서역 및 차량기지에서의 실험 중 일부를 소개한다.
위와 같은 필요성을 해결하기 위해 그림 2와 같이 지능형 종합감시시스템의 구축을 제안한다. 기존 감시 시스템 체제와 비교했을 때 크게 변화한 부분은 기존의 아날로그 카메라의 기능과 운영자의 감시 한계를 보완할 수 있도록 지능형 감시카메라가 추가되는 부분이다.
위의 절에서 제안한 지능형 종합감시 시스템을 구축하는 방법을 이용하여 실제 시스템의 단위 기능 시험을 위해 서울메트로 협조 하에 역사를 선정하여 실험을 진행하였다. 그림 5는 역사에 시스템 단위 기능 시험을 위한 설치 구성도를 나타낸 것이다.
앞 장에서 설명한 것과 같이 지능형 종합감시시스템은 안전과 사고예방에 대해 효율적인 시스템이다. 이번 장에서는 이러한 지능형 종합감시시스템 구축을 위해 2가지 방법을 제안한다. 첫 번째는 지능형 감시 카메라를 적용하는 방법과 두 번째는 기존 일반 카메라에 비디오 제어기를 연결하여 지능형 시스템으로 사용 및 구축하는 방법이다.
본 논문은 지능형 종합감시시스템을 실제 역사에 구축하고 자동화된 영상 분석 기능에 대해 실험한 결과에 대해 논하였다. 지능형 종합감시시스템은 본 연구개발품인 지능형 감시카메라를 이용하여 구축하는 방법과 기존의 카메라를 비디오제어기인 영상분석기와 비디오서버를 연동하여 구축하는 방법이 있으며 상세하게 기술하였다. 또한 실제 역사에서의 구축 방법에 대해 도식화하여 설명하였고, 구축한 지능형 종합감시시스템이 제대로 동작하는지에 대해 실험을 진행하였다.
그림 6의(a)부터 (d)까지는 수서역의 실험 결과로서 일반 카메라와 비디오 제어기를 연동하여 실험한 방법이고 그림 6의 (e)는 수서역 차량기지에서의 단위 기능 시험의 장면으로 지능형 감시카메라를 이용한 방법이다. 지능형 종합감시시스템의 정확도를 파악하기 위해 객체가 사라질 때까지 연속적인 실험이 필요한 자동 추적 기능을 제외한 나머지 기능 각각마다 한 장소에서 5분 단위로 3회 실험을 진행하였으며 분당 1번의 시나리오를 만들어 이벤트가 정확한 검출 여부 및 CMS로의 자동적 이벤트 송신이 이루어지는지를 파악하였다. 실험 결과 위의 환경에서 지능형 종합감시시스템 중 지능형 감시 카메라와 비디오 제어기는 도표 1과 같은 정량적인 성능을 도출할 수 있었다.

성능/효과

자동 추적 기능은 타 사 제품과 성능을 비교하는 방법으로 실험을 진행하였으며, 실험 결과 타 사 제품은 추적 중인 객체 외에 다른 객체가 지나가면 추적 중인 객체를 놓치는 현상이 발생하였는데 자 사 지능형 기능은 원하는 관심 객체를 끝까지 잘 추적하는 것을 확인할 수 있었으며 이벤트 발생 또한 제대로 CMS에 송신하는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험은 연구 개발한 지능형 감시 카메라의 성능 시험 뿐 아니라 기존 역사의 장비를 활용하여 자동화된 시스템을 구축하여 실험을 성공적으로 한 것에 큰 의미가 있다.
지능형 종합감시시스템의 정확도를 파악하기 위해 객체가 사라질 때까지 연속적인 실험이 필요한 자동 추적 기능을 제외한 나머지 기능 각각마다 한 장소에서 5분 단위로 3회 실험을 진행하였으며 분당 1번의 시나리오를 만들어 이벤트가 정확한 검출 여부 및 CMS로의 자동적 이벤트 송신이 이루어지는지를 파악하였다. 실험 결과 위의 환경에서 지능형 종합감시시스템 중 지능형 감시 카메라와 비디오 제어기는 도표 1과 같은 정량적인 성능을 도출할 수 있었다. 자동 추적 기능은 타 사 제품과 성능을 비교하는 방법으로 실험을 진행하였으며, 실험 결과 타 사 제품은 추적 중인 객체 외에 다른 객체가 지나가면 추적 중인 객체를 놓치는 현상이 발생하였는데 자 사 지능형 기능은 원하는 관심 객체를 끝까지 잘 추적하는 것을 확인할 수 있었으며 이벤트 발생 또한 제대로 CMS에 송신하는 것을 확인할 수 있었다.
또한 실제 역사에서의 구축 방법에 대해 도식화하여 설명하였고, 구축한 지능형 종합감시시스템이 제대로 동작하는지에 대해 실험을 진행하였다. 실험은 이벤트 시나리오를 만들어서 진행하였으며 4장에서 확인할 수 있듯이 자동 영상 분석 및 네트워크 이벤트 전송 등에 대한 오류가 없는 것으로 판단되었으며 영상 분석 성능 역시 높은 신뢰성을 가진다. 즉, 본 연구개발을 통해 제안한 지능형 종합감시시스템은 설치가 용이하고 호환성과 신뢰성이 높은 것임을 확인할 수 있었다.
실험 결과 위의 환경에서 지능형 종합감시시스템 중 지능형 감시 카메라와 비디오 제어기는 도표 1과 같은 정량적인 성능을 도출할 수 있었다. 자동 추적 기능은 타 사 제품과 성능을 비교하는 방법으로 실험을 진행하였으며, 실험 결과 타 사 제품은 추적 중인 객체 외에 다른 객체가 지나가면 추적 중인 객체를 놓치는 현상이 발생하였는데 자 사 지능형 기능은 원하는 관심 객체를 끝까지 잘 추적하는 것을 확인할 수 있었으며 이벤트 발생 또한 제대로 CMS에 송신하는 것을 확인할 수 있었다. 본 실험은 연구 개발한 지능형 감시 카메라의 성능 시험 뿐 아니라 기존 역사의 장비를 활용하여 자동화된 시스템을 구축하여 실험을 성공적으로 한 것에 큰 의미가 있다.
실험은 이벤트 시나리오를 만들어서 진행하였으며 4장에서 확인할 수 있듯이 자동 영상 분석 및 네트워크 이벤트 전송 등에 대한 오류가 없는 것으로 판단되었으며 영상 분석 성능 역시 높은 신뢰성을 가진다. 즉, 본 연구개발을 통해 제안한 지능형 종합감시시스템은 설치가 용이하고 호환성과 신뢰성이 높은 것임을 확인할 수 있었다. 하지만, 지능형 감시 카메라와 비디오제어기를 이용하여 CMS로 연결하는 부분에 대한 실험 외에 센서와 감시 카메라를 연동하여 CMS로 데이터를 전송하는지에 대한 실험이 아직 제대로 이루어지지 않아서 향후 이 부분에 대해 연구 및 실험을 진행할 예정이다.

후속연구

하지만, 지능형 감시 카메라와 비디오제어기를 이용하여 CMS로 연결하는 부분에 대한 실험 외에 센서와 감시 카메라를 연동하여 CMS로 데이터를 전송하는지에 대한 실험이 아직 제대로 이루어지지 않아서 향후 이 부분에 대해 연구 및 실험을 진행할 예정이다. 센서와 지능형 감시카메라를 활용한다면 폭 넓은 유형의 감시뿐 아니라 CMS로 전송되는 데이터가 더욱 정확할 것으로 예상된다.
즉, 본 연구개발을 통해 제안한 지능형 종합감시시스템은 설치가 용이하고 호환성과 신뢰성이 높은 것임을 확인할 수 있었다. 하지만, 지능형 감시 카메라와 비디오제어기를 이용하여 CMS로 연결하는 부분에 대한 실험 외에 센서와 감시 카메라를 연동하여 CMS로 데이터를 전송하는지에 대한 실험이 아직 제대로 이루어지지 않아서 향후 이 부분에 대해 연구 및 실험을 진행할 예정이다. 센서와 지능형 감시카메라를 활용한다면 폭 넓은 유형의 감시뿐 아니라 CMS로 전송되는 데이터가 더욱 정확할 것으로 예상된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지능형 종합 감시 시스템은 어떻게 구성되는가?	이에 본 논문에서는 국내의 도시철도 안전 문제를 해결하기 위한 방법으로 역사에 단위 모듈 기능 시험을 위한 지능형 종합 감시 시스템을 구축한 응용 사례에 대해 살펴본다. 지능형 종합 감시 시스템은 도시철도 역사 및 관련 시설의 영상 감시를 위한 카메라 부분과 주요 시설에 접근하는 침입자를 감시하기 위한 센서 네트워크 부분, 영상 및 센서 데이터를 활용해 사건 발생과 관련된 경보를 운영자에게 즉각적으로 알려줘 대처할 수 있도록 하며 상황 발생에 대한 데이터를 저장하는 종합사령실 소프트웨어 등으로 구성된다. 이 중에서도 지능형 감시 카메라와 기존의 카메라를 지능형화 할 수 있는 영상 분석 장치에 대해 중점적으로 소개한다.
	기존에 설치되어 있는 도시철도 환경에서의 종합감시시스템은 어떤 방식으로 구성되어 있는가?	그림 1은 일반적인 도시철도 역사에 설치되어있는 종합감시시스템에 대한 구성도이다. 기존에 설치되어 있는 도시철도 환경에서의 종합감시시스템은 아날로그 감시카메라로부터 영상을 받아 컨버터를 거쳐 멀티비전에 출력하면 출력한 화면을 운영자가 모니터링 하는 방식으로 구성되어 있다. 하지만 이러한 운영자 의존적인 시스템은 대부분 사후 처리를 위한 경우에 활용이 가능하며 사고에 대한 예방 목적으로의 사용에는 한계를 지닌다.
	우리나라에서 도시철도산업의 성장이 빠르게 진행됨에 따라 나타난 우려점은 무엇인가?	국내의 성장을 비롯하여 기술력의 확대로 해외의 도시철도 산업시장으로도 진출하고 있는 추세이다. 이러한 기술력과 산업의 발전은 긍정적인 효과를 일으키지만 이에 따른 안전한 철도환경 유지에 대한 부분에 대한 우려가 나타났다. 특히, 우리나라는 대구지하철 화재와 같은 사건 이후로 도시철도 안전 문제에 대한 관심이 급증하였다.

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