KR102441868B1

KR102441868B1 - 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템

Info

Publication number: KR102441868B1
Application number: KR1020220041374A
Authority: KR
Inventors: 손재익
Original assignee: 주식회사 맥서브
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2022-09-13

Abstract

개시된 본 발명에 따른 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템은,연기 감지부(300)가 CCTV(200)의 카메라모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법과 명도값을 산출 및 비교함으로써, 초기 화재에 따른 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다. 또한 연기 발생 위치 판단부(400)가 연기 발생 위치를 파악하여, 제어부(900)는 연기 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에, 복수의 블로우어(600)를 제어하여 발생된 연기를 가장 가까운 배연 덕트(14)의 댐퍼(14A)쪽으로 유도하도록 함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 배연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 효가가 있다.

Description

집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템{Smoke guide system in tunnel with concentrated exhaust ventilation}

본 발명은 집중배기 환기방식의 터널 내에서 화재에 따른 연기 발생시 연기를 가이드하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 도로터널의 환기방식으로는 터널 내부의 천장에 매달려 있는 제트팬이 차량진행방향으로 기류를 형성하도록 하는 종류식이, 특히 일방향 도로터널인 경우에 가장 널리 이용되고 있으며, 이외에 터널 내 덕트를 통하여 외부로 배출하되 기류가 도로면에서 천장으로 움직이도록 하는 횡류 환기방식이나 수직갱 환기방식 및 집중 배기방식 등이 사용되고 있다.

가장 널리 사용되고 있는 제트팬 종류식은 터널 내에서 차량에 의해 발생되는 오염물질을 전량 출구로 배출하기 때문에 출구 부근의 대기환경이 악화되는 단점이 있으며, 화재시 터널 자체를 연기배출통로로 활용하게 된다. 또한 종류 환기식의 경우 터널의 화재시 터널을 배연 통로로 활용하므로, 배연 경로 내에 있는 피난자의 안전이 위협받을 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

집중 배기방식은 터널에 배기구를 설치하여 집중배연을 함으로써 배연효율을 증가시켜 종방향 기류를 제어하는데 효과적이나, 종류 환기방식에 비하여 덕트설치와 내공단면적의 증가로 인한 공사비의 증가로 경제성이 떨어져 화재로 인한 인명피해의 우려가 높은 터널에 제한적으로 적용하고 있는 실정이다.

한편, 일반적으로 터널에서 화재가 발생하는 경우 인명피해는 대부분 유독성 연기에 의한 질식과 가시거리 축소 때문에 발생하게 된다. 즉, 터널에서 화재가 발생하는 경우, 소방차가 화재발생 위치까지 진입하는데 시간이 많이 소요되므로 초기진압에 어려움이 있고, 긴 터널의 구조상 화재로 발생한 연기를 터널 내에서 배출하는 것과, 터널 내에 가득 찬 유해가스로부터 대피자가 신속하게 탈출하는 것이 어려워 많은 인명피해가 발생할 수 있다.

이와 같은 문제로 인해 최근 국내에서는 500m 이상 도로터널의 경우 제연(배연)설비가 의무화되는 등 도로터널 방재시설이 강화되고 있다. 제연(배연)설비란 화재 시 발생되는 유독가스 또는 열기류의 방향을 제어하거나 일정 구역에서 배기해 대피자들에게 미치는 영향을 최소화 시킬 수 있는 안전한 피난, 대피환경을 제공하는 설비로 국내에서는 대부분 제트팬을 이용한 환기 방식을 이용하게 된다.

지금까지 알려진 터널에 설치하고 있는 재해 방지 시스템은, 일반적인 환기(Smoke Ventilation System) 및 화재시의 배연을 위하여 제트 팬(Tunnel Ventilation Jet Fan)과 덕트, 수직 구(굴뚝) 등의 배연 설비(Smoke Ventilation System)를 포함하는 환기 시스템과, 연기 및 유독가스의 이동 차단을 위한 터널 에어커튼(Tunnel Air Curtain), 화재 진압을 위한 스프링클러 및 물 분무 설비 (Tunnel Sprinkler)를 부분적, 복합적으로 구비하게 된다.

현실적으로 터널 이라는 특수한 환경에서 화재가 발생하면 발생된 열기 및 연기, 유독가스의 확산으로 인해, 인명의 피난은 물론 화재진압을 위한 소방관, 구조 대원의 접근조차 매우 곤란하게 만드는 통제 불능의 재난으로 확대되어 인명 피해 및 엄청난 경제적 손실을 가져오게 되므로, 연기를 효과적으로 제어하여 배출하는 것이 매우 중요하나, 종래기술로는 아직까지 연기 확산을 방지하거나 효과적으로 제어하기에는 미흡한 실정이다.

등록특허공보 제10-2128021호(2020.06.23. 등록) 등록특허공보 제10-1233425호(2013.02.07. 등록) 등록특허공보 제10-1191592호(2012.10.09. 등록) 등록특허공보 제10-1885910호(2018.07.31. 등록)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 집중배기식 환기방식의 터널 내부에서 화재로 인해 연기가 발생하는 경우, 초기에 이를 신속하게 감지하여 연기를 신속하게 효과적으로 제어하여 배출하도록 하는 터널 내 연기 가이드 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집중배기식 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템은, 집중배기 환기방식의 터널 내에서 화재에 따른 연기를 가이드하기 위한 시스템에 관한 것으로써, 터널의 입구측에 설치되어 출구측으로 기류를 형성시키는 하나 이상의 제트팬과, 터널의 출구측에 설치되어 입구측으로 역방향 기류를 형성시키는 하나 이상의 밸런스제어용 제트팬과, 환기용 제트팬과 밸런스제어용 제트팬과의 사이 구간에 설치되고, 일정 간격마다 개폐 가능한 댐퍼를 갖는 배연 덕트와, 터널 입구측에서 유입되는 교통환기와 터널 출구측에서 유입되는 외부자연풍이 합류되는 위치에 설치되고 배연덕트에 연결되어 집중배기 및 화재시 배연기능을 가지는 집중배기용 환기구를 포함하는 집중배기 환기 시설; 상기 터널에 복수 개 설치되며, 터널 내부의 영상 정보를 획득하는 카메라모듈을 내부에 구비하는 CCTV; 상기 카메라모듈로부터 획득하는 영상 정보를 이용하여, 터널 내부에 연기가 발생되었는지 여부를 감지하는 연기 감지부; 상기 연기 감지부에서 연기가 감지된 것으로 판단된 경우 해당 연기를 감지한 CCTV의 위치 정보를 이용하여 터널 내부에서 발생된 연기의 위치를 판단하는 연기 발생 위치 판단부; 상기 배연덕트에 일정 간격으로 복수 개 설치되어 화염 및 연기를 차단하도록 하는 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 하는 워터 커튼 발생부; 상기 워터 커튼 발생부에 물을 공급하는 급수부; 상기 터널 내부 벽의 상부 및 측부에, 상기 터널의 길이 방향 및 높이 방향으로 일정 간격으로 복수 개 설치되는 블로우어; 상기 블로우어가 지지되게 설치되며, 상기 블로우어를 상하좌우로 유동 가능하게 설치되는 블로우어 이동부; 및, 상기 연기 감지부 및 연기 발생 위치 판단부로부터 연기 감지 및 연기 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 상기 집중배기 환기 시설의 환기용 제트팬, 밸런스제어용 제트팬, 배기팬을 가동시켜 집중배기용 환기구로 환기를 수행하며 상기 연기 발생 위치와 가장 가까운 댐퍼를 개방시켜 배연덕트를 통해 집중배기용 환기구로 배출시키고, 또한 상기 워터 커튼 발생부 및 급수부를 제어하여 상기 연기가 발생한 위치의 양 단부에 워터 커튼을 발생시키도록 하고, 또한 상기 연기가 발생한 위치 부근에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어 및 블로우어 이동부를 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 상기 배연덕트쪽으로 흐름을 유도하도록 상기 블로우어에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 터널 길이방향으로 일정간격으로 복수 개 설치되어, 터널 내부의 풍향 과 풍속을 측정하는 풍향 및 풍속 측정부;를 더 포함하며,상기 제어부는 상기 풍향 및 풍속 측정부로부터 수신된 터널 내부의 풍향 및 풍속 정보를 고려하여, 상기 블로우어 및 블로우어 이동부를 제어하여 상기 블로우어에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어할 수 있다.

또한, 상기 연기 감지부는, 상기 CCTV의 카메라모듈로부터 복수의 영상을 입력받는 영상 입력부; 상기 영상 입력부에 입력된 복수의 촬영 영상에서 터널 내의 차량과 연기를 판별하기 위해 요구되는 영상 사이즈에 대하여 리사이징하여 전처리하는 영상 전처리부; 및, 상기 영상 전처리부에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로, 영상 인공지능 알고리즘 기반으로 분석하여 상기 터널 내의 화재에 따른 연기를 인식하여 추출하고, 상기 인식하여 추출된 연기의 명도값을 산출한 산출 명도값을 연기가 발생하지 않은 상태에서의 기준 명도값과 대비하여 연기가 검출된 것으로 최종 판단하며, 연기가 검출된 것으로 최종 판단한 경우, 연기 검출 신호와 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 상기 제어부에 송신한다. 그리고, 상기 연기 발생 위치 판단부는 상기 제어부로부터 연기를 검출한 CCTV의 위치정보와, 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 이용하여 터널 내 연기 발생 위치를 판단할 수 있다.

본 발명에 의하면, 연기 감지부가 CCTV의 카메라모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법과 명도값을 산출 및 비교함으로써, 초기 화재에 따른 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다.

또한 연기 발생 위치를 파악하여 연기 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에, 복수의 블로우어를 제어하여 발생된 연기를 가장 가까운 배연 덕트의 댐퍼쪽으로 유도하도록 함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 배연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집중배기식 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템의 블럭 구성도,
도 2 및 도 3은 도 1의 집중배기 환기 시설이 터널 내 배치된 상태를 나타내는 터널의 개략적인 횡단면도,
도 4는 도 1의 연기 감지부의 블럭 구성도,
도 5는 도 1의 블로우어와 블로우어 이동부가 터널 내 배치된 상태를 나타내는 터널의 개략적인 종단면도,
도 6 및 도 7은 화재에 따른 연기 발생시 연기를 가이드하는 동작을 설명하는 도면이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터널 내 연기 가이드 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템은 바람직하게는 일방향 도로터널에 적용되며, 특히 화재 발생에 따라 연기를 빠르고 효과적으로 제거하도록 하는 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연기 가이드 시스템은, 집중배기 환기 시설(100), CCTV(200), 연기 감지부(300), 연기 발생 위치 판단부(400), 워터 커튼 발생부(500), 급수부(560), 블로우어(600), 블로우어 이동부(700) 및 제어부(900)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 집중배기 환기 시설(100)은 터널(T)의 입구측에 설치되어 출구측으로 신선공기(Pj1)를 유입시키기 위한 하나 이상의 환기용 제트팬(10)과, 터널(T)의 출구측에 설치되어 입구측으로 역방향 기류(Pj2)를 형성시켜 압력밸런스를 유지시키는 하나 이상의 밸런스제어용 제트팬(12)과, 배연덕트(14) 및 집중배기용 환기구(16)를 포함한다.

여기서 상기 환기용 제트팬(10)과 밸런스제어용 제트팬(12)의 설치 대수는 환기 용량이나 터널 길이 또는 터널의 단면 크기에 따라 증감될 수 있다.

배연덕트(14)는 환기용 제트팬(10)과 밸런스제어용 제트팬(12)과의 사이 구간에 설치된다. 배연덕트(14)는 평상시에 교통상황(교통량 또는 교통속도)에 따른 집중배기용도로 사용되고, 화재 발생 시 연기의 배출을 위한 주 용도로 사용된다. 배연덕트(14)에는 일정 간격마다 개폐 가능한 댐퍼(14a)가 설치되어 있다.

집중배기용 환기구(16)는 배연턱트(14)와 연결되어 설치되는데, 이때 집중배기용 환기구(16)의 연결위치는 터널(T) 입구측에서 유입되는 교통환기와 터널(T) 출구측에서 유입되는 외부자연풍(Pm)이 합류되는 중성점(O)에 설정된다. 따라서 터널(T)은 중성점을 기준으로 제1 구간(L1)과 제2 구간(L2)으로 나누어 볼 수 있다. 집중배기용 환기구(16)에는 배기력을 발생시키기 위한 배기팬(18)이 설치되어 있다. 이때 배기팬(18)은 축류형 송풍기가 될 수 있다.

이같이 본 발명의 실시예는 터널(T)의 양측에 각기 환기용 제트팬(10)과 밸런스제어용 제트팬(12)이 설치되어 제1 구간(L1)과 제2 구간(L2)의 유량을 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제1 구간(L1)의 환기용량이 환기용 제트팬(10)이 부가적으로 처리할 수 있는 환기용량을 넘어서게 되면, 제2 구간(L2)의 풍량이 증가하게 된다. 이러한 경우에는 제2 구간(L2)에 설치된 밸런스제어용 제트팬(12)에 의해 기류반대방향으로 저항을 형성시켜 밸런스를 제어하게 된다.

이로써, 4.5km인 터널에서 제트팬 6대와 배기팬 4대만을 가지고도 모든 상황에 대한 환기적 정성을 확보할 수 있고 환기용 제트팬(10)과 밸런스제어용 제트팬(12)은 선택적으로 온(on)/오프(off) 작동하므로 운전 동력비를 절감할 수 있으며, 집중배기용 환기구(16)의 설치 개소가 최소화되어 환기소의 지상 면적 및 공사비를 줄일 수 있다.

한편, 터널(T)의 연장이 6km 이상으로 길어지는 경우, 도 3과 같이 터널의 입구측에 가까이 급기구(20)를 추가적으로 구성할 수 있다. 여기서 급기구(20)란 급기력을 발생시키는 급기팬을 포함한다.

다시 도 1을 참조하면, CCTV(200)는 터널에 일정 거리마다 설치되며, 터널 내부의 영상 정보를 획득하는 카메라 모듈을 내부에 구비한다. 상기 CCTV는 보통 터널 내부의 상황이나 교통 정보를 감시하는 본연의 역할 뿐만 아니라, 후술할 연기 감지부(300) 및 연기 발생 위치 판단부(400)가 기능을 수행하기 위한 영상 정보를 제공하게 된다.

CCTV의 종류는 설치되는 장소나 목적에 따라 여러 종류가 있는데, 보통 실외 특히 터널 내부의 경우 본 발명과 같이 보통 하우징 내부에 카메라 모듈이 설치된 구조를 갖는 하우징 일체형 CCTV가 적용된다. 한편, 도시되지 않았으나 CCTV의 하우징에는 상기 카메라 모듈 이외에 적외선 카메라도 설치될 수 있다.

연기 감지부(300)는 상기 CCTV(200)의 카메라모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여, 터널 내부에 연기가 발생되었는지 여부를 감지하고, 감지여부신호를 제어부(900) 및 연기 발생 위치 판단부(400)에 보내게 된다. 도 4를 구체적으로 참조하면, 연기 감지부(300)는 영상 입력부(310)와 영상 전처리부(330) 및 연기 검출부(350)를 포함한다.

영상 입력부(310)는 CCTV(200)의 카메라모듈로부터 복수의 영상을 입력받게 된다. 영상 입력부(310)에 입력되는 복수의 영상은 예를 들어서 정해진 일정 시간 간격마다 정해진 일정 시간동안 카메라모듈이 촬영한 연속된 복수 개의 영상을 의미할 수 있다.

영상 전처리부(330)는 영상 입력부(310)에 입력된 복수의 촬영 영상을 시간 순서에 따라 연속적으로 연관하고, 복수의 촬영 영상에서 연기를 판별하기 위해 요구되는 영상 사이즈에 대하여 리사이징하여 전처리할 수 있다.

미도시된 데이터 베이스부에는 영상 입력부(310)를 통해 입력되는 영상 데이터가 저장되며, 또한 영상 입력부 이외의 다른 경로로 획득한 다양한 종류의 영상 데이터가 저장는데, 특히 각종 차량(승용차, 트럭 등)의 이미지 및 윤곽선 데이터, 화재에 따른 불꽃이나 화염에 대한 이미지 및 윤곽선 데이터, 화재 발생에 따른 연기 이미지 및 윤곽선 데이터가, 화재로 인하지 않은 즉,가짜화재발생에 따른 불꽃이나 화염 및 연기에 대한 이미지 및 윤곽선 데이터가 저장될 수 있다. 이렇게 수집된 데이터는 머신러닝 기반의 학습 데이터와 테스트 데이터로 사용된다. 이외에도 미도시된 데이터 베이스부에는 시스템의 운용 프로그램 등이 저장될 수 있다.

연기 검출부(350)는 상기 영상 전처리부(330)에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로 화재에 따른 연기를 검출하게 된다. 연기 검출부(1350)는 미도시된 데이터 베이스부에 저장되어 있는 각종 윤곽선 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습을 완료하여 영상 인공지능 알고리즘 기반으로 분석하여 상기 차량 및 연기를 인식 및 검출할 수 있게 된다. 여기서 영상 인공지능 알고리즘은 예를 들어, 컨볼루션 신경망(Convolution Neural Network, CNN, 합성곱 신경망), 순환신경망(RNN, Recurrent Neural Network), 딥 신경망(Deep Neural Network) 등 이미 공지되었거나 향후 개발되는 다양한 신경망 모델이 적용될 수 있다.

이와 같이 연기 감지부(300)는 영상 인공지능 알고리즘에 의해 가짜화재에 의한 것이 아니라 실제 화재에 따른 연기가 발생한 것을 감지하여 정확성을 높일 수 있게 된다.

또한, 연기 검출부(350)는 영상 인공지능 알고리즘에 의해 인식되어 추출된 연기의 명도값을 산출한 '산출 명도값'을 연기가 발생하지 않은 상태에서의 '기준 명도값'과 대비함으로써, 연기가 발생되었는지 여부를 다시 한번 확인할 수 있다. 여기서 미도시된 데이터 베이스부에는 상기 상기 '기준 명도값'이 저장된다. 이러한 '기준 명도값'은 본 발명의 시스템 설치시 터널 내 연기가 발생되지 않은 상태에서의 명도를 측정하거나 또는 주기적으로 연기가 발생하지 않는 상태의 명도를 측정하여 데이터 베이스부에 저장될 수 있다.

연기 검출부(350)는 영상 데이터에서 검출된 연기의 픽셀의 명도값을 순차적으로 나열하여 베지에 곡선(Bezier Curve)을 생성할 수 있다. 베지에 곡선은 베지에 알고리즘에 의해 생성되며, 베지에 알고리즘은 n개의 점으로부터 n-1차 곡선을 걷기 위한 것인데, 대표적을 Mid-point 방식과 B-spline 방식이 있다.

이후 연기 검출부(350)는 연기가 검출된 것으로 판단한 경우 연기 발생 영역도 검출하게 된다. 즉, 연기 검출부(350)는 연기가 발생된 카메라모듈의 해당 픽셀의 위치를 알 수 있게 되어, 연기 발생 위치정보를 제어부(900)로 전송하게 된다.

이와 같이 연기 감지부(300)는 CCTV의 카메라모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법과 명도값을 산출 및 비교함으로써, 초기 화재에 따른 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 연기 발생 위치 판단부(400)는 상기 연기 감지부(300)에서 연기가 감지된 것으로 판단된 경우, 최초로 연기가 발생된 위치와 최초로 발생된 연기가 흘러가는 위치를 특정할 수 있게 된다. 즉, 전술한 바와 같이 연기 감지부(300)에서 연기가 검출된 것으로 판단된 경우 연기 검출 신호와 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 제어부(900)로 전송하게 되고, 제어부(900)는 연기를 감지한 CCTV(200)의 위치 정보를 수신하고 또한 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 수신하여, 터널 내의 연기 발생 위치를 판단하게 된다. 제어부(900)는 연기 발생 위치를 정확하게 추적하기 위해 CCTV를 회전시킬 수도 있다.

연기 발생 위치 판단부(400)에는 CCTV(200)의 위치정보, 터널 내 3차원 지도 정보 등이 저장될 수 있으며, 따라서 제어부(900)로부터 연기를 감지한 CCTV의 정보를 수신하는 경우, 카메라 별로 매핑된 3차원 지도 상에 표현한 수 있으며, 3차원 지도는 x,y,z 축을 축으로 하는 좌표를 가질 수 있으며, 따라서 어느 위치에서 연기가 발생되는지 여부를 판단할 수 있게 된다.

워터 커튼 발생부(500)는 터널의 상부에 일정 간격으로 설치되어 연기 및 유독 가스가 확상되지 못하도록 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 한다. 워터 커튼 발생부(500)는 후술할 급수부(560)와 배관이 연결되어 물을 분사하도록 하는 다수의 노즐과, 다수의 노즐을 지지하며 또한 노즐로부터 분사되는 물을 이용해 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 하는 노즐지지체를 포함할 수 있다. 노즐지지체의 구조는 공지의 다양한 방식이 채용될 수 있는데, 예를 들어 노즐지지체는 그 내부에 다수의 노즐이 지지되도록 하고 하면이 개방된 구조의 박스체의 구성을 가지며, 노즐은 상부 또는 전방 방향으로 물이 분출되도록 하고, 노즐 대향면에 높이 방향으로 형성된 차단막이 설치될 수 있다. 따라서 노즐로부터 분사된 물은 차단막에 부딪히면서 개방된 노즐지지체의 하부로 흘러 내려면서 박막의 워터 커튼이 발생되게 된다.

본 실시예에 의하면 워터 커튼 발생부(500)는 10 내지 30m 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 제어부(900)는 연기 발생 위치 판단부(400)로부터 연기 발생 위치 정보를 수신하면, 연기 발생 위치의 양 단부에 워터 커튼이 형성되도록 해당 위치에 있는 워터 커튼 발생부(500)를 동작시키도록 한다.

급수부(560)는 상기 워터 커튼 발생부(500)에 물을 공급하게 되며, 예를 들어 물이 저장되는 물탱크와, 물탱크로부터 물을 공급하는 펌프, 및 상기 물탱크 및 워터 커튼 발생부(500)의 노즐과 연결되어 상기 펌프의 구동에 의해 물을 노즐로 공급하는 배관등을 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 블로우어(600)는 상기 터널 내부 벽의 상부 및 측부에 설치되며, 상기 터널 내부 벽의 길이 방향 및 높이 방향으로 일정 간격으로 복수 개 설치된다. 여기서 터널 내부는 반구형 구조를 갖는데, 상기 터널 내부의 상부의 의미는 천장(터널 내부에서 제일 높은 곳)을 포함하고 천장으로부터 근거리인 곳을 의미하며, 상기 터널 내부의 측부는 상기 천장과 어느 정도 거리가 있고 지면으로부터 가까운 곳을 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 블로우어(600)는 후술할 제어부(700)의 제어에 따라 터널 내부 공간으로 바람을 불어넣도록 하며, 제어부(700)는 블로우어(600)의 모터 회전수를 조절함으로써 풍속을 제어할 수 있게 된다.

그리고, 블로우어 이동부(700)는 상기 블로우어(600)가 지지되게 설치되되 상하좌우로 유동 가능하도록 설치되어, 결국 블로우어(600) 역시 블로우어 이동부(700)에 의해 상하좌우 유동 가능하도록 동작하게 된다. 블로우어 이동부(700)는 공지된 다양한 구조 예를 들어, 캠, 키어, 크랭크 구조 또는 이들의 조합으로 상하좌우 유동 또는 360도 회전이 가능하도록 동작하게 되며, 또한 자동 및 수동으로 방향조정이 가능할 수 있다. 블로우어 이동부(700)는 제어부(900)의 제어에 따라 블로우어(600)의 이동을 제어함으로써, 결국 블로우어(600)에서 나오는 풍향을 제어할 수 있게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 풍향 및 풍속 측정부(800)는 터널 내부의 공기 이동을 평가 및 측정하기 위한 장치로써, 단순의 바람의 방향만을 측정하는 것이 아니라 바람의 세기까지 측정이 가능한 장치일 수 있다. 따라서, 풍향 및 풍속 측정부(800)는 바람의 세기 및 방향을 측정하여 이 측정 정보를 제어부(900)로 송신하고, 제어부(900)는 이를 이용하여 화재 및 연기의 진행 방향을 예측해 연기의 이동을 효과적으로 가이드하는데 도움을 줄 수 있다.

제어부(900)는 본 시스템의 각 구성요소의 전반적인 제어 동작을 수행하도록 한다. 즉 제어부(900)는 평상시 집중배기 환기시설(100)의 각 요소를 제어하여 터널 내의 환기가 원할하게 이루어지도록 한다.

한편, 제어부(900)는 상기 연기 감지부(300) 및 연기 발생 위치 판단부(400)로부터 연기 감지 및 연기 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 연기가 발생한 위치와 가까운 워터 커튼 발생부(500) 및 급수부(560)를 제어하여, 연기가 발생한 해당 구역의 양 단부에 워터 커튼을 발생시키도록 하여, 연기와 유독 가스가 다른 구역으로 확산되는 것을 방지하도록 한다.

또한, 제어부(900)는 연기 발생 위치와 가장 가까운 댐퍼(14a)를 개방시켜 배연덕트(14)를 통해 집중배기용 환기구(16)로 배출시키도록 한다.

그리고, 제어부(900)는 연기가 발생한 구역에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어(600) 및 블로우어 이동부(700)의 움직임을 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 터널 내부의 상부에 설치된 배연 덕트(14), 특히 연기 발생 위치와 가장 가까운 댐퍼(14a) 쪽으로 흐름을 유도하도록 제어하게 된다. 여기서 연기 발생 구역이 광범위한 경우 댐퍼(14a)는 한 개 이상 개방될 수 있다.

터널 내부에 상기 환기시설 및 화재로 생성된 연기의 특성 상 어느 정도 위쪽으로 상승하지만, 터널 내부의 밀폐 구조의 특성상 연기는 상부 뿐만 아니라 옆으로도 퍼져 나가게 되며, 이러한 연기로 인해 심각한 인명 피해가 발생하게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면 제어부(900)는 상기 블로우어(600) 및 블로우어 이동부(700)를 제어하여, 화재로 인해 발생된 연기를 보다 신속하게 배연 덕트(14)가 형성된 상부 쪽으로 흐름을 유도하도록 할 수 있어, 초기 화재 발생 시 인명 피해를 최소화할 수 있게 된다.

이하 도 6 및 도 7을 참조하며, 본 발명의 실시예에 따른 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템에 대한 동작 특히, 화재에 의해 발생된 연기를 상부에 설치된 배연 덕트쪽으로 가이드 하는 동작을 설명하기로 한다.

화재가 발생되지 않은 평상시, 집중배기 환기 시설(100)은 터널 내의 환기를 수행하게 된다. 먼저, 터널 내 오염농도가 기준치를 초과할 경우 배기팬(18)을 가동시켜 터널 내의 오염물질을 배출시키게 된다. 다음, 교통상황에 따라 환기의 필요 여부가 판단하는데, 여기서, 터널내 교통 속도가 원활하여 소요환기량이 필요 없을 경우 배기팬(18)만이 가동하고, 환기용 제트팬(10) 및 밸런스제어용 제트팬(12)은 가동을 하지 않는다. 한편, 교통량의 증가로 지체 현상이 발생되고 오염물질의 농도가 높아져 소요환기량이 필요하다고 판단되면, 환기용 제트팬(10)이 가동되고 신선공기가 터널 내부로 유입되어 환기가 이루어지게 된다.

다음으로, 화재 발생시 동작을 설명하기로 한다.

연기 감지부(300)는 CCTV(200)로부터 수신된 정보를 이용하여 터널 내에 화재에 따른 연기를 감지하게 된다. 연기 감지부(300)가 연기를 감지한 것으로 최종 판단하면, 연기 감지부(300)는 제어부(900)로 연기 검출 신호와 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 송신하고, 연기 발생 위치 판단부(400)는 제어부(900)로부터 상기 정보를 수신하여 연기가 발생된 위치를 판단하게 된다.

연기 감지부(300) 및 연기 발생 위치 판단부(400)로부터 연기 감지 및 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 제어부(900)는 도 6에서와 같이 연기가 발생한 위치와 가까운 워터 커튼 발생부(500) 및 급수부(560)를 제어하여, 연기가 발생한 해당 구역의 양 단부에 워터 커튼을 발생시키도록 하여, 연기와 유독 가스가 다른 구역으로 확산되는 것을 방지하도록 한다. 또한, 화재발생 시 환기용 제트팬(10)과 밸런스제어용 제트팬(12) 및 배기팬(18)은 모두 가동하도록 한다.

구체적으로, 제어부(900)는 초기 화재시 도 6 같이 화재 및 연기 발생장소에서 가장 가까운 댐퍼(14a)를 개방시켜 배연덕트(14)를 통해 배기팬(18)의 가동으로 집중배기용 환기구(16)로 배출시키도록 한다. 이 때 제트팬(12)의 순방향 기류를 이용하여 화재지검 주변의 연기가 개방작동된 댐퍼(14a)로 집중 배연되도록 유도한다. 연기 발생 구역이 넓은 경우 연기 발생장소에서 가장 가까운 연속된 2개 이상의 댐퍼가 열려질 수 있다.

한편, 제어부(900)는 도 6 및 도 7과 같이 연기가 발생한 해당 구역에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어(600) 및 블로우어 이동부(700)의 움직임을 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 터널 내부의 상부에 설치된 배연 덕트(14) 쪽으로 흐름을 유도하도록 제어하게 된다. 즉, 블로우어(600)는 터널 벽의 높이 방향으로 각각 설치되므로, 터널 하부, 터널 중간, 터널 상부 쪽에 있는 연기를 모두 터널 상부(높이방향 기준) 및 터널의 중앙(폭방향 기준) 쪽으로 신속하게 유도하도록 한다.

이때, 제어부(900)는 풍향 및 풍속 측정부(800)로부터 바람의 세기 및 방향에 대한 정보를 수신하고 이를 이용하여, 화재 및 연기의 진행 방향을 예측해 연기의 이동을 효과적으로 가이드하도록 할 수 있다. 즉, 제어부(900)는 상기 연기의 이동을 가이드할 때. 터널 내 풍향 및 풍속 정보를 이용하여, 블로우어(600)의 풍속과 풍향을 제어하여 집중배기용 환기구(16)에 가장 가까운 댐퍼(14a)로 신속하고 정확하게 집중 배연되도록 유도하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면 연기 감지부가 CCTV의 카메라모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법과 명도값을 산출 및 비교함으로써, 초기 화재에 따른 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다. 또한 연기 발생 위치를 파악하여 연기 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에, 복수의 블로우어를 제어하여 발생된 연기를 가장 가까운 배연 덕트의 댐퍼쪽으로 유도하도록 함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 배연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 이점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100. 집중배기 환기 시설 200. CCTV
300. 연기 감지부 400. 연기 발생 위치 판단부
500. 워터 커튼 발생부 560. 급수부
600. 블로우어 700. 블로우어 이동부
800. 풍향 및 풍속 측정부 900. 제어부

Claims

집중배기 환기방식의 터널 내에서 화재에 따른 연기를 가이드하기 위한 시스템에 관한 것으로써,
터널의 입구측에 설치되어 출구측으로 기류를 형성시키는 하나 이상의 제트팬과, 터널의 출구측에 설치되어 입구측으로 역방향 기류를 형성시키는 하나 이상의 밸런스제어용 제트팬과, 환기용 제트팬과 밸런스제어용 제트팬과의 사이 구간에 설치되고, 일정 간격마다 개폐 가능한 댐퍼를 갖는 배연 덕트와, 터널 입구측에서 유입되는 교통환기와 터널 출구측에서 유입되는 외부자연풍이 합류되는 위치에 설치되고 배연덕트에 연결되어 집중배기 및 화재시 배연기능을 가지는 집중배기용 환기구를 포함하는 집중배기 환기 시설;
상기 터널에 복수 개 설치되며, 터널 내부의 영상 정보를 획득하는 카메라모듈을 내부에 구비하는 CCTV;
상기 카메라모듈로부터 획득하는 영상 정보를 이용하여, 터널 내부에 연기가 발생되었는지 여부를 감지하는 연기 감지부;
상기 연기 감지부에서 연기가 감지된 것으로 판단된 경우 해당 연기를 감지한 CCTV의 위치 정보를 이용하여 터널 내부에서 발생된 연기의 위치를 판단하는 연기 발생 위치 판단부;
상기 배연덕트에 일정 간격으로 복수 개 설치되어 화염 및 연기를 차단하도록 하는 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 하는 워터 커튼 발생부;
상기 워터 커튼 발생부에 물을 공급하는 급수부;
상기 터널 내부 벽의 상부 및 측부에, 상기 터널의 길이 방향 및 높이 방향으로 일정 간격으로 복수 개 설치되는 블로우어;
상기 블로우어가 지지되게 설치되며, 상기 블로우어를 상하좌우로 유동 가능하게 설치되는 블로우어 이동부;
상기 연기 감지부 및 연기 발생 위치 판단부로부터 연기 감지 및 연기 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 상기 집중배기 환기 시설의 환기용 제트팬, 밸런스제어용 제트팬, 배기팬을 가동시켜 집중배기용 환기구로 환기를 수행하며 상기 연기 발생 위치와 가장 가까운 댐퍼를 개방시켜 배연덕트를 통해 집중배기용 환기구로 배출시키고, 또한 상기 워터 커튼 발생부 및 급수부를 제어하여 상기 연기가 발생한 위치의 양 단부에 워터 커튼을 발생시키도록 하고, 또한 상기 연기가 발생한 위치 부근에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어 및 블로우어 이동부를 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 상기 배연덕트쪽으로 흐름을 유도하도록 상기 블로우어에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어하는 제어부; 및,
상기 터널 길이방향으로 일정간격으로 복수 개 설치되어, 터널 내부의 풍향 과 풍속을 측정하는 풍향 및 풍속 측정부;를 포함하며,
상기 제어부는 상기 풍향 및 풍속 측정부로부터 수신된 터널 내부의 풍향 및 풍속 정보를 고려하여, 상기 블로우어 및 블로우어 이동부를 제어하여 상기 블로우어에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어하는 것을 특징으로 하는 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 연기 감지부는,
상기 CCTV의 카메라모듈로부터 복수의 영상을 입력받는 영상 입력부;
상기 영상 입력부에 입력된 복수의 촬영 영상에서 터널 내의 차량과 연기를 판별하기 위해 요구되는 영상 사이즈에 대하여 리사이징하여 전처리하는 영상 전처리부; 및,
상기 영상 전처리부에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로, 영상 인공지능 알고리즘 기반으로 분석하여 상기 터널 내의 화재에 따른 연기를 인식하여 추출하고, 상기 인식하여 추출된 연기의 명도값을 산출한 산출 명도값을 연기가 발생하지 않은 상태에서의 기준 명도값과 대비하여 연기가 검출된 것으로 최종 판단하며, 연기가 검출된 것으로 최종 판단한 경우, 연기 검출 신호와 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 상기 제어부에 송신하며,
상기 연기 발생 위치 판단부는 상기 제어부로부터 연기를 검출한 CCTV의 위치정보와, 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 이용하여 터널 내 연기 발생 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 집중배기 환기방식의 터널 내 연기 가이드 시스템.