KR102383010B1 - 화재 대피 시뮬레이션 장치 및 방법 - Google Patents

화재 대피 시뮬레이션 장치 및 방법 Download PDF

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이민혁
남현우
이재영
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서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

시뮬레이션 장치가 제공된다. 상기 시뮬레이션 장치는 건물에 화재 발생시 상기 건물에 존재하는 재실자의 대피 경로를 시뮬레이션하는 대피 유니트;를 포함할 수 있다.

Description

화재 대피 시뮬레이션 장치 및 방법{Apparatus and method for simulating fire evacuation}
본 발명은 화재의 전파를 시뮬레이션하거나, 화재에 대한 재실자의 대피를 시뮬레이션하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
'Pathfinder', 'buildingEXODUS' 등 기존의 상용 시뮬레이터에서는 재실자들의 출구 선택 모델이 매우 제한적으로 지원되고 있다.
예를 들어, 출구 선택 모델로 최단 거리, 최소 시간, 사용자 지정 3가지 카테고리만 지원된다.
이와 같이 제한된 카테고리의 출구 선택 모델에 의하면, 가까운 출구로 가는 도중에 화염이나 연기를 만나게 되면 다른 출구를 찾아가는 우회 동작이 반영될 수 없다.
한국등록특허공보 제1796385호에는 건물 맵 정보에 기초하여 화재 발생에 따른 사용자의 위치로부터 탈출을 위한 최적경로를 추정 및 제공하는 기술이 나타나 있다.
한국등록특허공보 제1796385호
본 발명은 화재로 인해 최단 거리 출구로의 접근의 어려운 상황에서 우회 경로를 이용해 건물을 탈출할 수 있는 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 시뮬레이션 장치는 건물에 화재 발생시 상기 건물에 존재하는 재실자의 대피 경로를 시뮬레이션하는 대피 유니트;를 포함할 수 있다.
화재로 인한 화염, 연기, 장애물 중 적어도 하나를 포함하는 제한 요소가 정의될 때, 상기 대피 유니트는 특정 재실자와 최단 거리 출구 사이에 상기 제한 요소가 존재하면, 상기 특정 재실자에 대해 상기 제한 요소를 우회하는 우회 경로를 생성할 수 있다.
본 발명의 시뮬레이션 방법은 건물 정보, 상기 건물 내에 존재하는 재실자의 배치 정보, 제한 요소가 포함된 화재 정보를 입수하는 입수 단계; 상기 건물 정보, 상기 배치 정보, 상기 화재 정보를 이용해서 상기 제한 요소를 시각적으로 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단하는 판단 단계; 상기 인지 재실자의 현재 위치로부터 상기 건물을 탈출할 수 있는 복수의 출구까지의 거리를 산출하고, 상기 현재 위치로부터 각 출구까지의 이동 경로 상에 존재하는 제한 요소의 위험도를 산출하는 산출 단계; 상기 거리와 상기 위험도를 함께 이용하여 복수의 상기 이동 경로 중에서 우회 경로를 선택하는 선택 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화재와 대피 시뮬레이션의 가시화만 중첩되는 것이 아니라, 화재에 반응하여 재실자들이 동적으로 경로를 선택하는 현실적인 대피 시뮬레이션이 가능하다.
본 발명에 따르면, 화재 상황에서 능동적으로 우회 경로를 선택하는 재실자들의 행동 패턴이 반영된 대피 시뮬레이션이 가능하다.
기존에는 화재 시뮬레이션과 피난 시뮬레이션의 통합이 이루어지지 않고 있다 따라서, 두 시뮬레이션의 개별적 수행을 통해 건물의 피난 안전성이 진단되고 있다. 두 시뮬레이션을 일부 통합하는 형태의 시스템이 존재하지만, 우회 경로 선택이 고려되지 않기 때문에 비현실적인 피난 행태, 대피 행태가 묘사되고 있다.
본 발명에 따르면, 현실적으로 재실자들의 대피 형태가 묘사되므로 높은 신뢰도의 피난 안전성 진단 결과가 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 시뮬레이션 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 대피 유니트를 나타낸 블록도이다.
도 3은 FFM을 나타낸 개략도이다.
도 4는 제한 요소 영역을 나타낸 개략도이다.
도 5는 인지 영역을 나타낸 개략도이다.
도 6은 특정 건물의 대피 시뮬레이션 결과를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 시뮬레이션 장치를 나타낸 개략도이다.
건축물, 건물의 대피안전성(성능위주설계) 진단을 위해 대피 시뮬레이터와 화재 시뮬레이터가 사용될 수 있다.
대피 시뮬레이터는 3차원 건물 실내 공간에서 개별 재실자의 움직임을 연산하여, 미시적인 대피 행태(병목현상 등) 분석 및 대피 시간 예측을 수행할 수 있다. Pathfinder, Simulex 등이 대피 시뮬레이터에 해당될 수 있다.
화재 시뮬레이터는 화재로 인한 열, 연기의 확산을 연산할 수 있다. FDS(Fire Dynamics Simulator) 등이 화재 시뮬레이터에 해당될 수 있다.
대피 시뮬레이터와 화재 시뮬레이터의 통합에는 여전히 한계가 있어, 현실적인 대피 안전성 진단에 어려움이 존재한다. 따라서, 대피 시뮬레이션과 화재 시뮬레이션이 개별적으로 수행되거나, 가시화만 중첩시키는 방식이 적용되고 있다.
대피 시뮬레이터를 이용하여 재실자들이 대피하는데 소요되는 대피 시간 RSET(Required Safe Egress Time)이 계산될 수 있다.
화재 시뮬레이터를 이용하여 화재가 재실자들에게 물리적인 피해를 입히지 않는 안전 시간 ASET(Available Safety Egress Time)이 계산될 수 있다.
이때, 안전 시간 ASET가 대피 시간 RSET보다 크면, 화재가 충분히 퍼지기 전에 재실자가 모두 대피를 완료할 수 있기 때문에 화재 대피가 안전하다고 판단될 수 있다
대피 시뮬레이션과 화재 시뮬레이션이 통합된 시뮬레이션을 제공하는 일부 기술이 상용화되어 있다(buildingEXODUS).
연기를 흡입한 재실자들은 신체적 능력이 하락하며, 연기가 가득한 공간에서 재실자는 바닥을 기어서 대피할 수 있다. 연기 흡입시의 재실자의 이동 능력 등은 기존 상용 시뮬레이터에 의해 시뮬레이션될 수 있다. 하지만, 기존 상용 시뮬레이터는 대피 경로(출구) 선택 방식이 최단 거리, 최소 시간, 사용자 지정(사용자에 의해 지정된 출구 등)과 같이 매우 제한적이다. 기존 상용 시뮬레이터에 따르면, 실내 공간에서 확산되고 있는 열, 연기 등의 제한 요소를 재실자가 인지했을 때, 멀리 돌아가더라도 안전한 출구로 이동하는, 동적인 대피 경로 선택 모델이 반영되지 않는 문제가 있다.
화재를 인지하고 안전한 경로로 우회하는 재실자들의 행동 패턴을 반영하지 못하는 문제가 있다. 안전한 경로로 우회하는 재질자들의 행동 패턴은 대피 시간 RSET를 결정하는 중요한 요소일 수 있다. 따라서, 안전한 우회 경로를 따라 움직이는 재실자들의 해당 패턴이 시뮬레이션되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 재실자의 화재 인지와 이에 따른 동적인 경로 선택이 고려된, 화재 대피 통합 시뮬레이션 시스템에 해당하는 시뮬레이션 장치 및 방법이 제안될 수 있다.
동적인 대피 경로 선택 모델이 반영되도록, 도 1에 도시된 시뮬레이션 장치는 획득 유니트(110), 배치 유니트(130), 화재 유니트(150), 대피 유니트(170)를 포함할 수 있다.
획득 유니트(110)는 건물 정보를 획득할 수 있다.
건물 정보는 도면 파일, IndoorGML 등의 2차원 공간 데이터 또는 3차원 공간 데이터를 포함할 수 있다. 건물 정보에는 건물의 구조, 건물의 재질 등이 포함될 수 있다.
획득 유니트(110)는 건물 정보가 저장된 건물 서버로부터 건물의 설계도(도면 파일, CAD 파일) 등과 같은 건물 정보를 입수할 수 있다. 이를 위해 획득 유니트(110)에는 건물 서버와 유무선 통신하는 통신 모듈이 마련될 수 있다. 또는, 획득 유니트(110)는 사용자의 데이터 입력을 통해 건물 정보를 획득할 수 있다. 이를 위해, 획득 유니트(110)에는 사용자에 의해 조작되는 키보드, 마우스, 터치 패드 등의 입력 수단이 마련될 수 있다. 획득 유니트(110)에서 획득된 건물 정보는 배치 유니트(130) 및 화재 유니트(150)로 제공될 수 있다.
배치 유니트(130)는 획득 유니트(110)를 통해 획득된 건물 정보가 나타내는 건물 내에 사람에 해당하는 재실자를 가상으로 배치할 수 있다. 재실자의 배치는 시뮬레이션 장치의 사용자에 의해 수행될 수 있다. 배치 유니트(130)에는 재실자를 배치할 수 있는 입력 수단이 마련될 수 있다. 배치 유니트(130)는 재실자의 배치 위치가 포함된 배치 정보를 대피 유니트(170)에 제공할 수 있다. 배치 정보의 생성을 위해 배치 유니트(130)는 획득 유니트(110)로부터 건물 정보를 입수한 상태일 수 있다. 건물 정보는 대피 유니트(170)에서도 요구되는 정보일 수 있다. 배치 유니트(130)는 배치 정보를 대피 유니트(170)에 전달할 때, 기 입수된 건물 정보다 함께 대피 유니트(170)에 전달할 수 있다.
화재 유니트(150)는 건물 내에서 발생한 화재를 시뮬레이션할 수 있다. 화재 유니트(150)는 시뮬레이션의 발화 위치, 발열량, 연기, 화염의 확산 등을 시뮬레이션할 수 있다. 일 예로, 화재 유니트(150)는 FDS(Fire Dynamics Simulator) 등의 화재 시뮬레이터를 포함할 수 있다.
대피 유니트(170)는 건물에 화재 발생시 건물에 존재하는 재실자의 대피 경로를 시뮬레이션할 수 있다. 일 예로, 대피 시뮬레이션의 기본 모델은 FFM(Floor Field Model)을 이용할 수 있다. FDS(Fire Dynamics Simulator) 등의 화재 유니트(150)로부터 계산된 화재 확산 데이터를 FFM(Floor Field Model)에 반영될 수 있다. 화재 확산과 동적 경로 선택 모델이 고려된 확장된 FFM(Floor Field Model)이 본 발명의 시뮬레이션 장치에 적용될 수 있다.
화재로 인한 화염, 연기, 장애물 중 적어도 하나를 포함하는 제한 요소가 정의될 수 있다. 장애물은 화재로 인해 무너진 각종 건축 자재, 화재로 인해 통로에 쓰러진 건물 내 비치 물품, 각종 사무 용품 등을 포함할 수 있다.
현실에서 이동하려는 통로에 제한 요소가 존재하면, 사람은 최초에 목표한 출구가 아니라 거리상으로 멀더라도 안전한 다른 출구를 통해 탈출을 시도할 수 있다. 이와 같은 상황을 그대로 모의하기 위해, 대피 유니트(170)는 특정 재실자와 최단 거리 출구 사이에 제한 요소가 존재하면, 특정 재실자에 대해 제한 요소를 우회하는 우회 경로를 생성할 수 있다. 이때의 우회 경로는 가상의 특정 재실자에 대하여 초기에 설정된 특정 출구를 그대로 유지하면서, 특정 재실자의 위치로부터 특정 출구에 도달할 수 있는 다른 경로를 포함할 수 있다. 동일한 특정 출구에 도달하는 다른 경로를 우회 경로로 선택하거나 생성하는 실시예는 건물에 출구가 1개만 존재하는 경우에 유용할 수 있다.
가상의 재실자가 건물로부터 안전하게 탈출할 수 있는 출구가 건물에 복수로 마련된 경우, 우회 경로는 초기에 설정된 특정 출구에 도달할 수 있는 다른 경로가 아니라, 다른 출구에 도달할 수 있는 경로를 포함할 수 있다.
화재 유니트(150)는 시간의 경과에 따라 건물에서 확산되는 제한 요소가 포함된 화재 정보를 생성할 수 있다. 화재 유니트(150)는 해당 화재 정보를 대피 유니트(170)에 제공할 수 있다. 대피 유니트(170)는 화재 정보에 포함된 제한 요소를 이용하여 우회 경로를 생성할 수 있다.
대피 유니트(170)는 재실자별로 제한 요소의 인지 여부를 판단할 수 있다. 대피 유니트(170)는 제한 요소를 인지한 인지 재실자만을 대상으로 우회 경로를 생성할 수 있다.
대피 유니트(170)는 인지 재실자를 제외한 나머지 재실자를 대상으로 대피 모델의 파라미터 설정값에 따라 경로를 생성할 수 있다. 일 예로, 대피 유니트(170)는 각자의 위치에서 가장 가까운 출구까지의 최단 거리 경로를 생성할 수 있다.
대피 유니트(170)는 재실자에 따라 우회 경로를 따라 대피 행태를 시뮬레이션하거나, 최단 거리 경로를 따라 대피 행태를 시뮬레이션할 수 있다.
도 2는 대피 유니트(170)를 나타낸 블록도이다.
우회 경로를 생성하기 위해, 대피 유니트(170)에는 입수부(171), 판단부(173), 산출부(175), 선택부(177)가 마련될 수 있다.
입수부(171)는 건물 정보, 재실자의 배치 정보, 제한 요소가 포함된 화재 정보를 입수할 수 있다. 재실자의 배치 정보는 가상으로 생성될 수도 있고, 인체 감지 센서를 통해 감지된 건물 내 실제 재실자들의 위치를 포함할 수도 있다. 인체 감지 센서는 와이파이, 블루투스 등의 무선 통신, 적외선, QR(Quick Response) 코드 리더기 등과 같이 인원을 계수할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
판단부(173)는 건물 정보, 배치 정보, 화재 정보를 이용해서 제한 요소를 시각적으로 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단할 수 있다.
대피 유니트(170)는 처리 부하의 경감을 위해 인지 재실자만을 대상으로 우회 경로를 생성할 수 있다. 제한 요소를 인지하지 못한 현실의 사람은 자신이 알고 있는 가장 가까운 출구를 통해 탈출을 시도하게 된다. 이러한 점을 이용하여 대피 처리 유니트는 인지 재실자만을 대상으로 우회 경로를 생성해도 시뮬레이션 결과의 품질 저하는 거의 없다.
화재로 인한 제한 요소를 인지하지 못한 재실자들에게는, 사용자가 입력한 대피 모델의 파라미터에 따라 확률적으로 계산된 경로가 할당될 수 있다. 해당 경로에는 제한 요소가 반영되지 않은 상태일 수 있다. 예를 들어, 가장 가까운 출구까지의 최단 거리 경로(가장 일반적인 경우), 주변 재실자들을 따라가는 경로(공간 친숙도보다 주변 재실자 의존도 파라미터가 높은 경우)가 가능하다.
판단부(173)는 설정 주기마다 인지 재실자의 판단 과정을 반복할 수 있다.
이전 주기에서 특정 출구까지 최단 경로로 이동하던 특정 재실자가 최단 경로 상에 존재하는 인지 영역에 진입하면, 판단부(173)는 인지 영역에 새롭게 진입한 특정 재실자를 인지 재실자로 판단할 수 있다.
대피 유니트(170)는 새롭게 인지 재실자로 판단된 특정 재실자의 기존 최단 경로를 대신하여, 우회 경로를 특정 재실자에게 부여할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 동일한 재실자에 대해 최단 거리 경로가 일단 적용되고, 해당 재실자의 탈출 도중에 최단 거리 경로 대신 우회 경로가 새롭게 적용될 수 있다.
산출부(175)는 재실자의 현재 위치로부터 건물을 탈출할 수 있는 복수의 출구까지의 거리를 산출할 수 있다. 일 예로, 건물에 출구가 10개 있는 경우, 단일의 재실자에 대해 총 10개의 거리가 산출될 수 있다.
산출부(175)는 재실자의 현재 위치로부터 각 출구까지의 이동 경로 상에 존재하는 제한 요소의 위험도를 산출할 수 있다.
선택부(177)는 산출부(175)에서 산출된 거리와 위험도를 함께 이용하여 복수의 이동 경로 중에서 우회 경로를 선택할 수 있다.
산출부(175)는 각 출구에 대한 거리와 위험도를 인자로 하는 가중치 함수를 각 출구마다 산출할 수 있다.
선택부(177)는 가중치 함수의 출력값이 가장 작은 특정 출구까지의 이동 경로를 우회 경로로 선택할 수 있다.
이상의 산출부(175)의 처리 부하는 막대할 수 있다. 따라서, 현실성의 저하없이 산출부(175)의 처리 부하를 경감하기 위한 방안이 마련될 수 있다. 예를 들어, 산출부(175)는 설정 주기마다 인지 재실자만을 대상으로 거리 및 위험도를 산출할 수 있다.
선택부(177)는 인지 재실자만을 대상으로 복수의 이동 경로 중에서 우회 경로를 선택할 수 있다. 우회 경로의 선택은 앞에서 설명된 우회 경로의 생성에 해당될 수 있다.
도 3은 FFM을 나타낸 개략도이다.
예를 들어, 대피 유니트(170)는 화재 확산과 동적 경로 선택 모델이 고려된 확장된 FFM(Floor Field Model) 등의 대피 모델이 새롭게 적용될 수 있다.
FFM에 따라 대피 유니트(170)는 대상 건물을 2차원 격자 공간으로 표현하고, 가상의 재실자 1인을 하나의 격자 s 위에 배치할 수 있다.
격자 s의 크기는 신체 사이즈, 보폭 등을 고려하여 설정될 수 있다. 재실자의 움직임은 2차원 격자 공간에서 연산되지만, 가시화는 3차원으로 가능하다.
대피 유니트(170)는 격자 좌표 x, y에 위치한 재실자에 대해 매 순간(타임 인터벌), 인접한 8개 격자의 확률값을 고려하여, 해당 재실자가 이동할 격자를 선택할 수 있다.
8개의 인접 격자 중 어느 하나의 격자로 이동할 확률은 다음의 요소 a, b, c, d, e를 고려(각 격자가 가지게 되는 데이터를 의미)하여 결정될 수 있다.
a. 장애물(가구, 벽 등), 다른 재실자
b. 다른 재실자의 흔적(이성적 판단이 어려울 경우, 주변 재실자들을 따라 가려는 특성을 고려하기 위함)
c. 현재 재실자 위치(x, y)에서의 가시 거리(m)(연기로 인해 가시성이 떨어질 경우, 공간 지각이 어려운 특성(방향감각 상실)을 고려하기 위함)
d. 화재 인지 여부(화재를 인지하지 못한 재실자는 경험적으로 익숙한 혹은 단순하게 가장 가까운 출구로 이동하는 상황을 고려하기 위함)
e. 화재 가중치가 고려된 가장 안전한 출구까지의 거리 또는 가장 가까운 출구까지의 거리
기존에는 단순히 가장 가까운 출구까지의 거리를 이용하여 이동 확률이 계산된다.
이동 확률(정규화된 값으로 계산) = (주변 재실자 의존도 × 주변 재실자 흔적) + (공간 친숙도 × 가장 가까운 출구까지의 거리의 역수)
주변 재실자 의존도, 주변 재실자 흔적, 공간 친숙도, 가장 가까운 출구까지의 거리가 대피 모델의 파라미터에 해당될 수 있다.
공간 친숙도 파라미터가 높을수록 최단 거리에 대한 지식이 높으므로 빠르게 대피하는 경향이 나타난다.
공간 친숙도보다 주변 재실자 의존도가 높을수록, 무리 지어 이동하는 경향이 높아진다(어린 아이들).
대피 유니트(170)는 특정 재실자 주변의 8개의 격자 각각에 대해 이동 확률을 산출할 수 있다. 대피 유니트(170)는 가장 높은 이동 확률을 갖는 격자로 재실자를 이동시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 우회 경로에 따라 출구가 변경될 수 있다. 따라서, 출구의 변경과 관련된 처리가 추가로 수행될 수 있다.
대피 유니트(170)는 화재가 확산됨에 따라 시점별로 달라지는 제한 요소와 관련된 화재 가중치를 활용하여 출구를 변경하거나 우회 경로를 생성, 선택할 수 있다.
대피 유니트(170)는 가장 안전한 출구까지의 거리 산출에, 재실자의 현재 위치에서 모든 출구까지의 거리, 각 출구로 이동할 때, 얼마만큼 화재의 위험에 노출되는가(위험에 노출되는 시간, 마시게 될 유독가스의 양(연기의 농도), 이동하면서 접하는 열의 온도, 평균적인 가시 거리)를 반영할 수 있다.
가장 안전한 출구까지의 거리(건물에 n개의 출구가 있다면) =
Min{ 가중치 함수(1번 출구까지의 거리, 1번 출구로 향할 때 노출되는 위험의 크기), 가중치 함수(2번 출구까지의 거리, 2번 출구로 향할 때 노출되는 위험의 크기),...가중치 함수(n번 출구까지의 거리, n번 출구로 향할 때 노출되는 위험의 크기) }
선택부(177)는 위 식을 이용해서 복수의 가중치 함수 중 가장 작은 값을 갖는 특정 가중치 함수를 선택할 수 있다. 또는, 선택부(177)는 현재 위치로부터 해당 특정 가중치 함수가 대상으로 하는 출구까지의 경로를 우회 경로를 선택할 수 있다.
각 출구로 향할 때 노출되는 위험의 크기에 해당하는 화재 가중치는 제한 요소에 기초한 것이며, 시점별로 달라질 수 있다. 화재 가중치를 계산하기 위한 데이터는 FDS를 이용하여 사전에 마련될 수 있다.
화재 가중치는 모든 재실자들에게 적용되는 것이 아니라, 화재를 인지한 재실자에게만 적용되고, 화재를 인지하지 못한 재실자는 가장 가까운 출구까지의 거리를 기반으로 이동 확률이 연산될 수 있다.
판단부(173)는 모든 재실자를 대상으로 매 순간(설정 주기)마다 화재 인지 여부를 체크할 수 있다.
도 4는 제한 요소 영역을 나타낸 개략도이다. 도 5는 인지 영역을 나타낸 개략도이다.
판단부(173)는 도 4에 도시된 제한 요소 영역(30보다 작은 수치를 갖는 격자)으로부터 모든 방향으로 확산되어 계산된 도 5에 도시된 인지 영역('1'의 값을 갖는 격자)에 재실자가 위치해 있다면, 해당 재실자를 화재를 인지한 인지 재실자로 판단할 수 있다.
도 4는 t 시점의 제한 요소 확산 영역을 나타낼 수 있다. 각 격자에 할당된 값은 가시 거리(m)일 수 있다. 30m보다 작으면 화염 또는 연기가 존재하는 격자를 의미할 수 있다.
도 5는 t 시점의 화재 인지 영역을 나타낼 수 있다. 만약 어떠한 격자에 재실자가 위치해 있을 때, 해당 재실자가 화재를 인지할 수 있다면 1, 그렇지 않으면 0으로 표시될 수 있다.
제한 요소 영역으로부터 확산되는 인지 영역은 벽(검은색 격자)과 같은 장애 구조물 b에 부딪칠 때까지 진행될 수 있다.
제한 요소 영역은 매 시점마다 변화하므로, 인지 영역도 매 시점마다 변화될 수 있다.
화재 유니트(150)는 사용자가 입력한 격자 해상도 및 타임 인터벌을 기준으로, 매 타임 스텝에 대한 화재 확산 결과를 출력할 수 있다.
화재 확산 결과에 해당하는 화재 정보에는 각 격자별 연기 농도, 열(온도), 가시 거리가 포함될 수 있다. 화재 유니트(150)는 대피 유니트(170)의 대피 모델과 동일한 격자 해상도로 다음 주기(시점)의 화재 정보를 사전에 연산하여 대피 유니트(170)에 제공할 수 있다. 대피 유니트(170)는 화재 유니트(150)로부터 제공받은 화재 정보를 시점에 맞춰 인지 재실자를 대상으로 가장 안전한 출구까지의 거리를 산출할 수 있다. 가장 안전한 출구가 타겟으로 하는 특정 출구를 향하는 경로가 우회 경로에 해당될 수 있다.
도 6은 특정 건물의 대피 시뮬레이션 결과를 나타낸 개략도이다.
화재 유니트(150)를 통해 제2 출구 Exit 2 근처가 발화점 f으로 선정되고, 제한 요소가 발화점 f을 시점으로 확산될 수 있다.
화재 경보가 발령되면, 건물 내의 가상의 재실자 p는 대피 유니트(170)에 의해 다양한 출구를 통해 건물을 탈출할 수 있다. 이 때, 제2 출구 Exit 2 근처의 방에 있던 재실자 p들은 현재 위치에서 가장 가까운 제2 출구 Exit 2를 향하는 최단 거리 경로를 따라 이동할 수 있다. 해당 재실자 p들은 최단 거리 경로 상에 존재하는 제한 요소를 인지할 수 있는 인지 영역으로 진입하고, 제한 요소를 인지한 인지 재실자로 설정될 수 있다. 인지 재실자들은 대피 유니트(170)에 의해 제한 요소를 우회하는 우회 경로를 새롭게 부여받게 되며, 우회 경로를 따라 이동할 수 있다.
도 7은 본 발명의 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7의 시뮬레이션 방법은 도 1의 시뮬레이션 장치 또는 도 2의 대피 유니트(170)에 의해 수행될 수 있다.
시뮬레이션 방법은 입수 단계(S 510), 판단 단계(S 520), 산출 단계(S 530), 선택 단계(S 540)를 포함할 수 있다.
입수 단계(S 510)는 건물 정보, 건물 내에 존재하는 재실자의 배치 정보, 제한 요소가 포함된 화재 정보를 입수할 수 있다. 입수 단계(S 510)는 입수부(171)에 의해 수행될 수 있다.
판단 단계(S 520)는 건물 정보, 배치 정보, 화재 정보를 이용해서 제한 요소를 시각적으로 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단할 수 있다. 판단 단계(S 520)는 판단부(173)에 의해 수행될 수 있다.
산출 단계(S 530)는 인지 재실자의 현재 위치로부터 건물을 탈출할 수 있는 복수의 출구까지의 거리를 산출하고, 현재 위치로부터 각 출구까지의 이동 경로 상에 존재하는 제한 요소의 위험도를 산출할 수 있다. 산출 단계(S 530)는 산출부(175)에 의해 수행될 수 있다.
선택 단계(S 540)는 산출 단계(S 530)에서 산출된 거리와 위험도를 함께 이용하여 복수의 이동 경로 중에서 우회 경로를 선택할 수 있다. 선택 단계(S 540)는 선택부(177)에 의해 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 8의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 장치(예, 시뮬레이션 장치 등) 일 수 있다.
도 8의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110...획득 유니트 130...배치 유니트
150...화재 유니트 170...대피 유니트
171...입수부 173...판단부
175...산출부 177...선택부

Claims (10)

  1. 건물에 화재 발생시 상기 건물에 존재하는 재실자의 대피 경로를 시뮬레이션하는 대피 유니트;를 포함하고,
    화재로 인한 화염, 연기, 장애물 중 적어도 하나를 포함하는 제한 요소가 정의될 때,
    상기 대피 유니트는 특정 재실자와 최단 거리 출구 사이에 상기 제한 요소가 존재하면, 상기 특정 재실자에 대해 상기 제한 요소를 우회하는 우회 경로를 생성하며,
    입수부, 판단부가 마련되고,
    상기 입수부는 건물 정보, 상기 재실자의 배치 정보, 상기 제한 요소가 포함된 화재 정보를 입수하며,
    상기 판단부는 상기 건물 정보, 상기 배치 정보, 상기 화재 정보를 이용해서 상기 제한 요소를 시각적으로 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단하고,
    상기 대피 유니트는 상기 인지 재실자만을 대상으로 상기 우회 경로를 생성하며,
    상기 판단부는 설정 주기마다 상기 인지 재실자의 판단 과정을 반복하고,
    이전 주기에서 특정 출구까지 최단 경로로 이동하던 특정 재실자가 상기 최단 경로 상에 존재하는 상기 인지 영역에 진입하면, 상기 판단부는 상기 인지 영역에 새롭게 진입한 상기 특정 재실자를 상기 인지 재실자로 판단하며,
    상기 대피 유니트는 새롭게 상기 인지 재실자로 판단된 상기 특정 재실자의 기존 최단 경로를 대신하여, 상기 우회 경로를 상기 특정 재실자에게 부여하고,
    상기 대피 유니트는 상기 인지 재실자를 제외한 나머지 재실자를 대상으로 대피 모델의 파라미터 설정값에 따라 경로를 생성하는 시뮬레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건물에 발생된 화재를 시뮬레이션하는 화재 유니트를 더 포함하고,
    상기 화재 유니트는 시간의 경과에 따라 확산되는 상기 제한 요소가 포함된 화재 정보를 생성하며,
    상기 대피 유니트는 상기 화재 정보에 포함된 상기 제한 요소를 이용하여 상기 우회 경로를 생성하는 시뮬레이션 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 건물에 화재 발생시 상기 건물에 존재하는 재실자의 대피 경로를 시뮬레이션하는 대피 유니트;를 포함하고,
    화재로 인한 화염, 연기, 장애물 중 적어도 하나를 포함하는 제한 요소가 정의될 때,
    상기 대피 유니트는 특정 재실자와 최단 거리 출구 사이에 상기 제한 요소가 존재하면, 상기 특정 재실자에 대해 상기 제한 요소를 우회하는 우회 경로를 생성하며,
    산출부, 선택부가 마련되고,
    상기 산출부는 상기 재실자의 현재 위치로부터 상기 건물을 탈출할 수 있는 복수의 출구까지의 거리를 산출하며,
    상기 산출부는 상기 현재 위치로부터 각 출구까지의 이동 경로 상에 존재하는 제한 요소의 위험도를 산출하고,
    상기 선택부는 상기 산출부에서 산출된 상기 거리와 상기 위험도를 함께 이용하여 복수의 상기 이동 경로 중에서 상기 우회 경로를 선택하며,
    건물 정보, 상기 재실자의 배치 정보, 상기 제한 요소가 포함된 화재 정보를 이용해서 상기 제한 요소를 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단하는 판단부가 마련되고,
    상기 산출부는 설정 주기마다 상기 인지 재실자만을 대상으로 상기 거리 및 상기 위험도를 산출하며,
    상기 선택부는 상기 인지 재실자만을 대상으로 복수의 상기 이동 경로 중에서 상기 우회 경로를 선택하는 시뮬레이션 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출부는 각 출구에 대한 상기 거리와 상기 위험도를 인자로 하는 가중치 함수를 각 출구마다 산출하고,
    상기 선택부는 상기 가중치 함수의 출력값이 가장 작은 특정 출구까지의 이동 경로를 상기 우회 경로로 선택하는 시뮬레이션 장치.
  9. 삭제
  10. 시뮬레이션 장치에 의해 수행되는 시뮬레이션 방법에 있어서,
    건물의 화재로 인한 화염, 연기, 장애물 중 적어도 하나를 포함하는 제한 요소가 정의될 때,
    건물 정보, 상기 건물 내에 존재하는 재실자의 배치 정보, 상기 제한 요소가 포함된 화재 정보를 입수하는 입수 단계;
    상기 건물 정보, 상기 배치 정보, 상기 화재 정보를 이용해서 상기 제한 요소를 시각적으로 인지할 수 있는 인지 영역에 존재하는 재실자를 인지 재실자로 판단하는 판단 단계;
    설정 주기마다 상기 인지 재실자만을 대상으로 상기 인지 재실자의 현재 위치로부터 상기 건물을 탈출할 수 있는 복수의 출구까지의 거리를 산출하고, 상기 현재 위치로부터 각 출구까지의 이동 경로 상에 존재하는 제한 요소의 위험도를 산출하는 산출 단계;
    상기 거리와 상기 위험도를 함께 이용하여 복수의 상기 이동 경로 중에서 우회 경로를 선택하는 선택 단계를 포함하고,
    상기 선택 단계는 상기 인지 재실자만을 대상으로 복수의 상기 이동 경로 중에서 상기 우회 경로를 선택하는 시뮬레이션 방법.
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