KR102441876B1 - Cctv를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템 - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명에 따른 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템은, 화재 감지부(300)가 CCTV(100)의 카메라 모듈(120) 및 적외선 카메라(150)로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법으로 불꽃과 연기를 감지함으로써, 초기 화재에 따른 불꽃과 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다. 그리고 화재 발생 위치 판단부(400)가 화재 발생 위치를 정확하게 파악하여, 워터 커튼 발생부(510)가 화재 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에, 터널 상부 소화 유닛(530)과 터널 측부 소화 유닛(550)이 화재 발생 위치의 상부 및 측부에서 물을 분사함으로써 화재를 신속하게 소화하고 연기를 효과적으로 배연시킬 수 있게 된다. 또한 화재 발생 위치와 가까운 복수의 블로우어 유닛(600)를 제어하여 화재로 인해 발생된 연기를 터널 상부 및 중앙 쪽으로 유도함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 배연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 효과가 있다. 또한, CCTV(100)는 감지 성능을 높이기 위해 이물질을 자동으로 세척하고 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 터널 내에 설치된 CCTV를 이용하여 화재 발생시 초기에 화재를 소화하고 화재에 따른 연기를 제연하기 위한 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.
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, 화재를 조기에 진압하는 것이 필요하며 특히 화재 발생에 따른 연기를 효과적으로 제연하는 것이 필요하다.
한편, 일반적으로 도로, 고속도로, 각종 시설 및 건물들 주변 등의 실내 및 실외 장소에는 교통정보 수집, 화재예방, 재산 보호, 치안유지, 방법 등의 목적을 위해 CCTV(Closed-circuit Television)가 설치되어 있다.
CCTV의 종류는 카메라가 노출되는 형태와, 카메라가 하우징 내부에 설치되는 형태가 있는데, 실외에 설치되는 CCTV의 경우는 카메라를 보호하기 위해 보통 카메라가 하우징 내부에 설치되는 형태를 갖는다.
그런데, 실외에 설치되는 CCTV는 카메라와 대면하는 하우징의 윈도우에 빗물이나 눈, 먼지 등의 이물질이 쌓이면서 가시성 확보가 어려운 측면이 있다. 가시성이 확보되지 않는 경우 영상의 판독이 어려워 CCTV 본연의 기능을 수행할 수 없는 상황이 발생하게 된다.
더욱이 실외에 설치되는 CCTV는 설치 목적을 위해 보통 일반인의 손이 닿기 어려운 높은 위치에 설치되므로, 윈도우에 이물질이 쌓일 경우 주기적으로 청소하기 어려운 문제가 있다. 특히 터널에 설치되는 CCTV는 터널의 상부에 설치되므로 이러한 청소나 관리에 있어서 더욱 어려운 문제가 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 터널 내부에서 화재가 발생한 경우, CCTV를 이용하여 초기에 이를 신속하게 감지하여 화재를 진압하고 또한 화재로 인한 연기의 흐름을 신속하게 효과적으로 제어하여 배출하도록 하는 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, CCTV의 윈도우에 부착된 이물을 정확하게 감지하고 또한 이물질의 부착 위치까지 감지하여, 윈도우에 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 하여, CCTV를 이용하여 화재 감지시 CCTV의 감지 성능을 높일 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템은, 제트팬과, CCTV와 화재 감지부와, 화재 발생 위치 판단부와, 워터 커튼 발생부와, 터널 상부 소화 유닛과, 터널 측부 소화 유닛과, 블로우어 유닛과, 풍향 및 풍속 측정부와, 제어부를 포함한다.
제트팬은 터널의 천장 중앙부에 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 터널의 입구측에서 출구측으로 기류를 형성시킨다.
CCTV는 상기 터널에 복수 개 설치되며, 일측에 상기 윈도우가 설치되며, 상기 윈도우와 대면하게 설치되어 터널 내부의 영상을 촬영하는 카메라 모듈과 적외선 카메라가 설치되는 하우징 본체; 상기 하우징 본체 내부에 설치되어 압축공기를 충전하고 공급하는 압축공기 공급유닛; 상기 윈도우 전방 측부에 방사상으로 일정 간격으로 복수 개 배치되어, 상기 압축공기 공급유닛으로부터 공급된 압축공기를 상기 윈도우에 분사하는 에어노즐; 상기 카메라 모듈로부터 영상을 수신하고, 상기 수신된 영상에서 상기 이물질을 제외한 터널 내부의 고정 설치물과, 차량 및 기타 객체를 인식하여 이를 제거한 후의 영상인 객체 제거 영상을 제공하며, 상기 객체 제거 영상을 분석하여 이물질이 검출된 경우 상기 윈도우에 이물질이 부착된 것으로 판단하고 또한 상기 이물질이 부착된 위치를 검출하는 이물질 검출유닛; 및, 설정된 시간마다 주기적으로 상기 복수의 에어노즐로부터 에어가 동시에 분사되도록 상기 압축공기 공급유닛의 구동을 제어하며, 또한 상기 이물질 검출유닛으로부터 윈도우에 이물질이 검출된 것으로 판단된 경우, 상기 복수의 에어노즐 중 상기 이물질이 부착된 위치에 대응되는 적어도 하나의 에어노즐로부터 에어가 분사되도록 상기 압축공기 공급유닛의 구동을 제어하는 CCTV 제어부;를 포함한다.
화재 감지부는 상기 CCTV의 카메라 모듈 및 적외선 카메라로부터 획득하는 영상 정보를 이용하여, 터널 내부에 불꽃과 연기가 발생되었는지 여부를 검출하여 화재를 감지한다. 화재 발생 위치 판단부는 상기 화재 감지부에서 화재가 감지된 것으로 판단된 경우 해당 화재를 감지한 CCTV의 위치 정보를 이용하여 터널 내부에서 발생된 화재의 위치를 판단한다. 워터 커튼 발생부는 터널 상부에 일정 간격으로 복수 개 설치되어 화염 및 연기를 차단하도록 하는 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 한다. 터널 상부 소화 유닛은 상기 터널 상부의 상기 워터 커튼 발생부와 인접하게 설치되도록 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 물을 분사하는 노즐과, 상기 노즐을 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하여 분사 방향을 조절하도록 하는 노즐 이동부, 및 적외선 카메라를 구비한다. 터널 측부 소화 유닛은 상기 터널 측부에 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 물을 분사하는 노즐과, 상기 노즐을 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하여 분사 방향을 조절하도록 하는 노즐 이동부, 및 적외선 카메라를 구비한다. 급수부는 상기 워터 커튼 발생부와 터널 상부 소화유닛 및 터널 측부 소화유닛에 물을 공급한다. 블로우어 유닛은 상기 터널 상부 및 측부에, 상기 터널의 길이 방향 및 높이 방향으로 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 바람을 발생하는 블로우어와, 상기 블로우어에 회전력을 제공하는 블로우어 구동부, 및 상기 블로우어를 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하는 블로우어 이동부를 구비한다. 풍향 및 풍속 측정부는 상기 터널 길이방향으로 일정간격으로 복수 개 설치되어, 터널 내부의 풍향 과 풍속을 측정한다. 제어부는 상기 화재 감지부 및 화재 발생 위치 판단부로부터 화재 감지 및 화재 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 상기 워터 커튼 발생부와 터널 상부 소화 유닛과 터널 측부 소화 유닛 및 급수부를 제어하여 상기 화재가 발생한 위치의 양 단부에 워터 커튼을 발생시킴과 동시에 화재 발생 위치에 물을 분사하도록 하고, 또한 상기 화재가 발생한 위치 부근에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어 유닛을 제어하여, 상기 화재 발생에 따른 연기를 터널의 천장 상부 및 중앙 쪽으로 유도하되 제트팬의 기류 순방향쪽으로 흐름을 유도하도록 하고, 또한 상기 풍향 및 풍속 측정부로부터 수신된 터널 내부의 풍향 및 풍속 정보를 고려하여 상기 블로우어 유닛에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어한다.
본 발명에 의하면, 화재 감지부가 CCTV의 카메라모듈 및 적외선 카메라로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법으로 불꽃과 연기를 감지함으로써, 초기 화재에 따른 불꽃과 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다.
그리고 화재 발생 위치를 정확하게 파악하여 화재 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에 화재 발생 위치의 상부 및 측부에서 물을 분사함으로써 화재를 신속하게 진압할 수 있게 된다.
또한 복수의 블로우어를 제어하여 화재로 인해 발생된 연기를 터널 상부 및 중앙 쪽으로 유도함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 제연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 효과가 있다.
또한, CCCTV에서 제공하는 영상을 분석하여 이물질을 제외한 터널 내부의 고정 설치물과, 차량 및 기타 객체를 인식하고 이를 제거한 후의 영상인 객체 제거 영상을 이용하여 CCTV의 윈도우에 부착된 이물을 정확하게 감지하고 또한 이물질의 부착 위치까지 감지할 수 있다. 또한, 윈도우 주변에 에어노즐을 방사상으로 복수개 설치하고, 상기 이물질이 부착된 위치에 대응되는 에어노즐에 에어가 분사되도록 할 수 있어, 윈도우에 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있어, 결국 CCTV의 감지성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템의 블럭 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 적용된 터널의 개략적인 횡단면도,
도 3은 도 1의 CCTV의 전체 구성도,
도 4는 도 3의 CCTV의 하우징 본체의 개략적인 측단면도,
도 5은 도 4의 일 예에 따른 하우징 본체의 전방에서 본 도면,
도 6는 도 3의 이물질 검출유닛의 블럭 구성도,
도 7은 도 1의 화재 감지부의 블럭 구성도,
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 적용된 터널의 개략적인 종단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 시스템에서 화재를 진압하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 적용된 터널의 개략적인 횡단면도,
도 3은 도 1의 CCTV의 전체 구성도,
도 4는 도 3의 CCTV의 하우징 본체의 개략적인 측단면도,
도 5은 도 4의 일 예에 따른 하우징 본체의 전방에서 본 도면,
도 6는 도 3의 이물질 검출유닛의 블럭 구성도,
도 7은 도 1의 화재 감지부의 블럭 구성도,
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 적용된 터널의 개략적인 종단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 시스템에서 화재를 진압하는 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 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 진압 시스템은 바람직하게는 일방향 도로터널에 적용되며, 특히 화재 발생에 따라 화재를 빠르게 진압하고 연기를 빠르고 효과적으로 제연하도록 하는 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 내 화재 진압 시스템은, 제트팬(10), CCTV(100), 화재 감지부(300), 화재 발생 위치 판단부(400), 워터 커튼 발생부(510), 터널 상부 소화 유닛(530), 터널 측부 소화 유닛(550), 급수부(700), 블로우어 유닛(600), 풍향 및 풍속 측정부(800) 및 제어부(900)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 제트팬(10)은 터널 길이방향으로 천장 중앙부에 일정 간격으로 복수개 설치되어, 터널(T)의 입구측에서 터널(T)의 출구측으로 기류를 형성시키도록 한다. 본 발명의 실시예에 의하면 터널은 종류식 환기방식이 적용된 것일 수 있다.
제트팬(10) 환기 용량이나 터널 길이 또는 터널의 단면 크기에 따라 증감될 수 있는데, 보통 100~200m 마다 설치될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, CCTV(100)는 터널에 길이방향으로 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 화재 감지부(300) 및 화재 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. 또한, CCTV에는 카메라 모듈 이외에 터널 내 적외선 영상을 획득할 수 있는 적외선 카메라가 설치될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CCTV(100)는 전면에 윈도우(110)를 구비하는 하우징 본체(101), 하우징 본체(101)에 설치되어 감시 기능을 갖는 카메라 모듈(120), 하우징 본체(101)의 윈도우(110)를 세척하기 위한 압축공기(에어)를 공급하는 압축공기 공급유닛(130), 압축공기 공급유닛(130)으로부터 제공되는 압축공기를 윈도우(110)에 분사하여 이물질을 제거하는 에어노즐(140), 하우징 본체에 설치되어 터널 내 적외선 영상을 획득하는 적외선 카메라(150), 하우징 본체(101)의 윈도우(110)에 묻은 이물질을 검출하는 이물질 검출유닛(160) 및 CCTV 제어부(170)를 포함한다.
하우징 본체(101)는 내부에 설치되는 카메라 모듈(120)을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 것으로써, 전방에 투명창인 윈도우(110)가 구비된다. 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.
카메라 모듈(120)은 영상 정보를 획득하여 감시 기능을 갖기 위한 것으로써, 통상의 카메라 모듈과 같이 전방에 렌즈 모듈이 구비되고 본체 내부에 영상 센서를 구비한다. 상기 카메라 모듈(120)의 렌즈 모듈과 대응되는 곳에 상기 하우징 본체(101)의 윈도우(110)가 대면하게 된다. 그리고 적외선 카메라(150)는 카메라 모듈(120)로부터 획득한 영상 정보 및 기타 본 시스템에서 획득된 정보 등은 유무선 통신 기능을 수행하는 통신부(180)에 의해 외부로 송출될 수 있다.
압축공기 공급유닛(130)은 하우징 본체(101)의 윈도우(110)를 세척하기 위해 압축공기를 공급한다. 압축공기 공급유닛(130)은 통상의 압축공기를 공급하기 위한 공지된 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 특정 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 압축공기 공급유닛(130)은 공기를 압축하는 콤프레셔와, 콤프레셔에서 압축된 공기가 일시 저장되는 에어탱크를 구비할 수 있다. 또한, 압축공기 공급유닛(130)은 에어탱크와 연결되어 에어탱크의 공기가 흐르는 경로를 제공하며 에어밸브(132)를 구비하는 에어공급관(131)을 포함할 수 있다.
에어공급관(131)에는 에어밸브(132)가 구비되어 공기의 흐름을 조절하게 되며, 상기 에어밸브(132)는 CCTV 제어부(170)의 명령에 의해 동작하게 된다. 에어밸브(132)는 에어공급관(131)을 흐르는 공기의 흐름을 단속(ON/OFF)하는 것 뿐만 아니라, 압축공기의 압력을 조절할 수 있다. 따라서 윈도우에 이물질이 검출되어 에어노즐(140)을 통해 압축공기를 분사하여 이물질을 제거하는 동작 후에도 이물질이 윈도우에 잔류하는 경우, CCTV 제어부(170)는 에어밸브(132)를 제어하여 더 큰 압력으로 압축공기를 분사하여 제거되지 않은 이물질을 제거하도록 할 수 있다. 후술하는 바와 같이 에어노즐(140)은 복수 개 설치되므로, 상기 에어공급관(131) 및 에어밸브(132) 역시 복수 개 설치되며, CCTV 제어부(170)는 에어밸브(132)를 독립적으로 구동할 수 있도록 제어할 수 있다.
에어노즐(140)은 압축공기 공급유닛(130)의 에어공급관(131)과 연결되어 에어공급관(131)을 통해 공급되는 압축공기를 분사하게 된다. 에어노즐(140)은 압축공기를 분사하여 하우징 본체(101)의 윈도우(110)에 묻은 이물질을 제거하는 것으로써, 따라서 에어노즐(140)은 상기 윈도우(110) 근방에 배치되고 에어노들(400)의 단부(팁)은 상기 윈도우(110)를 대면하도록 배치된다.
한편 도 5를 참조하면, 에어노즐(140)은 상기 윈도우 전방 양측부 중심에 각각 한 개씩 배치되며 회전축(145)을 중심으로 일정 각도 좌우 가능하게 움직일 수 있으며, 보통 하우징 본체(101)에 지지되게 설치될 수 있다.
전술한 바와 같이 CCTV 제어부(170)는 에어밸브(132)를 독립적으로 구동할 수 있도록 제어할 수 있으므로, 따라서 상기 복수의 에어노즐(140)은 개별적으로 에어를 분사할 수 있거나, 또는 2개 이상이 동시에 에어를 분사할 수 있다. 또한 CCTV 제어부(170)는 회전축(145)을 제어하여 에어노즐(140)의 회전 범위를 제어할 수 있는데, 구체적으로 에어노즐(140)의 에어 분사 범위가 상기 윈도우(110)의 모든 영역을 커버하도록 할 수 있다. 회전축(145)의 구조는 특별한 방식에 한정되지 않고 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 예를 들어 캠-기어 방식이 적용될 수 있으며, CCTV 제어부(170)는 회전축(145)과 연결된 미도시된 모터의 회전수 등을 제어하여 회전축(145)의 회전범위를 조절할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 윈도우를 좌우 2개 영역으로 구분하는 경우, 두 개의 에어노즐(140)은 좌우에 각각 한 개씩 배치되므로, 윈도우(110)의 2개 영역 중 적어도 어느 하나의 영역에 이물질이 부착된 경우, 해당 영역에 대응되는 에어노즐(140)에 에어를 분사하도록 할 수 있다. 한편, 윈도우(110)의 좌우 영역 중 이물질이 중앙 부분이 아니라 위쪽 또는 아래쪽에 부착된 경우, 대응되는 에어노즐(140)을 이물질에 부착된 위치로 좌우 회전시킨 후 에어를 분사하여 이물질을 제거할 수 있도록 한다. 여기서 에어노즐(140)을 중심축으로 좌우 회전시킨다는 의미는 윈도우(110)의 상하 영역으로 회전시키는 것을 의미할 수 있다.
결국 본 발명에 의하면 윈도우(110)에 부착된 이물질을 신속, 정확하게 제거할 수 있는 이점이 있다. 만약 이물질이 윈도우(110)의 좌우 2개 영역에 걸쳐 부착된 경우, 두 개의 에어노즐에 에어를 분사하도록 할 수 있다.
종래에는 에어노즐이 윈도우 근방에 1개 또는 한 변에 일렬로 2개 이상 설치되어 일률적으로 에어를 분사하게 되었는데, 이 경우 에어노즐과 멀리 떨어진 곳에 이물질이 부착된 경우 이물질 제거가 효과적으로 이루이지지 않는 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명에 의하면 이러한 문제를 해결할 수 있게 된다.
이물질 검출유닛(160)는 윈도우 표면에 이물질이 부착되었는지 여부를 검출하고 또한 이물질 부착 위치를 판단하게 되는데, 구체적으로 이물질 검출유닛(160)는 상기 카메라 모듈(120)로부터 영상을 수신하고, 상기 수신된 영상에서 상기 이물질을 제외한 터널 내부의 고정 설치물과, 차량 및 기타 객체를 탐지하여 이를 제거한 후의 영상인 객체 제거 영상을 제공하며, 상기 객체 제거 영상을 분석하여 이물질이 검출된 경우 상기 윈도우에 이물질이 부착된 것으로 판단하고 또한 상기 이물질이 부착된 위치를 판단하게 된다.
터널 내에서는 크게 터널 내에 고정되게 설치된 구조물, 예를 들어 조명, 전광판, 환풍기, 기타 구조물 등을 포함하는 '고정 설치물'과, 터널 내를 주행하는 '차량' 및 '기타 객체'로 구분할 수 있다. 여기서 '기타 객체'는 통상적이지는 않고 특별한 경우 터널 내부에 위치할 수 있는 것으로써, 예를 들어 터널 내부로 유입된 새나 벌레, 터널 내부 공사 작업시 설치되는 안내판, 터널 내부 공사 작업시의 작업자 등일 수 있다.
여기서 카메라 모듈(120)은 윈도우(110) 표면을 통해 터널 내부의 영상을 획득하게 되는데, 이물질 검출유닛(160)는 카메라 모듈(120)로부터 획득하는 영상으로부터 상기 터널 내부에 이물질을 제외한 고정 설치물과, 차량, 기타 객체 등을 인식하여 이를 제거한 후의 영상을 분석하며, 이렇게 분석된 영상에서 이물질이 검출된 경우 윈도우(110) 표면에 이물질이 검출된 것으로 판단하게 된다.
도 6을 참조하면, 이물질 검출유닛(160)는 구체적으로 영상 입력부(163)와 영상 전처리부(163)와 객체 탐지 및 제거부(165) 및 이물질 검출 및 위치 판단부(167)를 포함한다.
영상 입력부(163)는 카메라 모듈(120)로부터 복수의 영상을 입력받게 된다. 영상 입력부(163)에 입력되는 복수의 영상은 예를 들어서 정해진 일정 시간 간격마다 정해진 일정 시간동안 카메라 모듈(120)이 촬영한 연속된 복수 개의 영상을 의미할 수 있다.
영상 전처리부(163)는 영상 입력부(163)에 입력된 복수의 촬영 영상을 시간 순서에 따라 연속적으로 연관하고, 복수의 촬영 영상에서 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 판별하기 위해 요구되는 영상 사이즈에 대하여 리사이징하여 전처리할 수 있다.
데이터 베이스부(190, 도3 참조)에는 영상 입력부(163)를 통해 입력되는 영상 데이터가 저장되며, 또한 영상 입력부 이외의 다른 경로로 획득한 다양한 종류의 영상 데이터가 저장는데, 특히 상기 고정 설치물의 이미지 및 윤곽선 데이터, 상기 각종 차량(승용차, 트럭 등)의 이미지 및 윤곽선 데이터, 상기 기타 객체의 이미지 및 윤곽선 데이터가 저장될 수 있다. 이렇게 수집된 데이터는 머신러닝 기반의 학습 데이터와 테스트 데이터로 사용된다. 이외에도 데이터 베이스부(190)에는 시스템의 운용 프로그램, 후술할 이물질 검출 및 위치 판단부(167)의 영상 분석시 이용될 복수의 임계값 정보, 이물질 검출 및 위치 판단부(167)에 의해 생성된 판단 정보 등이 저장될 수 있다.
객체 탐지 및 제거부(165)는 상기 영상 전처리부(163)에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로, 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 인식하여 추출하고, 상기 전처리된 영상에서 상기 추출된 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 제거하여 후술할 이물질 검출 및 위치 판단부(167)로 제공하게 된다.
객체 탐지 및 제거부(165)가 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 인식하는 방법은 다양한 방법이 적용될 수 있다.
먼저 고정 설치물의 경우, 상기 전처리된 영상에서 엣지 검출에 의해 고정 설치물들의 윤곽선을 검출할 수 있다. 여기서, 영상 전처리부(163)는 영상 입력부(163)에서 연속적으로 입력되는 복수의 영상을 전처리하므로, 상기 복수의 영상에서 고정 설치물은 움직임이나 이동이 없이 고정되어 있고, 각 영상에서 검출된 윤곽선 역시 복수의 영상에서 동일한 위치에 있게 된다. 따라서, 객체 탐지 및 제거부(165)는 추출된 물체의 윤곽선이 복수의 영상에서 동일한 위치에 있는 경우 이를 고정 설치물로 인식하게 된다.
한편 차량의 경우, 고정 설치물과는 달리 복수의 영상에서 그 위치가 이동하게 된다. 따라서, 전처리된 영상에서 엣지 검출에 의해 차량 객체의 윤곽선을 검출 하고, 차량 객체의 윤곽선이 복수의 영상에서 위치를 달리하는 경우 이를 차량으로 인식하게 된다.
그리고 기타 객체의 경우, 예를 들어 새나 벌레, 또는 작업자 같은 경우 전술한 차량 객체와 같이 시간이 경과하면서 이동하게므로 차량 객체와 같은 프로세스로 처리하여 인식할 수 있고, 예를 들어 터널 내부 공사 작업시 설치되는 안내판등의 경우 고정되어 있으므로 전술한 고정 설치물과 같은 프로세스로 처리하여 인식할 수 있다.
한편, 객체 탐지 및 제거부(165)는 데이터 베이스부(190)에 저장되어 있는 각종 윤곽선 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습을 완료하여 영상 인공지능 알고리즘 기반으로 분석하여 상기 고정 설치물, 차량 및 기타 객체를 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.
이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 상기 객체 탐지 및 제거부(165)에서 제공된 고정 설치물과 차량 및 기타 객체가 제거된 영상(이하 '객체 제거 영상')으로부터 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착되었는지 여부를 검출하고 또한 이물질의 위치를 검출하게 된다.
전술한 바와 같이 객체 탐지 및 제거부(165)에서는 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 인식하고 추출하여 이를 제거하게 되는데, 이렇게 객체 탐지 및 제거부(165)에서 제공된 객체 제거 영상에서는 터널 내의 객체가 제거되있으므로, 천정이나 벽과 같은 배경물 만이 남게되고 이를 이물질 검출 및 위치 판단부(167)로 제공하게 된다. 따라서, 이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 객체 탐지 및 제거부(165)에서 제공된 '객체 제거 영상'에서 천정이나 벽과 같은 배경 이외에 다른 것들이 검출되면 이를 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착된 것으로 판단하게 된다.
이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 상기 객체 제거 영상들 중 최초로 입력된 객체 제거 영상을 이용하여 각 영상에 대한 명도값을 산출하게 된다. 여기서 산출된 명도값(이하 '산출 명도값')은 이미 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착된 상태를 판별하기 위해 이용되는 정보로써, '산출 명도값'을 '기준 명도값'과 대비함으로써, 시스템에서 이물질 검출을 판단하기 위한 동작 개시시 영상 입력부(163)에 복수의 영상들이 입력되기 전부터 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착되었는지 확인될 수 있다. 이 경우 산출 명도값을 기준 명도값과 대비함으로써 시스템의 동작 개시 시점부터 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착되어 있는지 확인할 수 있다. 만일 시스템의 동작 개시 시점부터 이미 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착된 상태로 확인된다면, 상기 복수의 영상들 중 최초 입력된 영상을 대상 영상으로 하여 윈도우(110)의 어느 영역에 이물질이 부착되었는지를 판단하게 된다.
여기서 데이터 베이스부(190)에는 상기 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착되기 전의 명도값인 '기준 명도값'이 저장된다. 이러한 '기준 명도값'은 본 발명의 시스템 설치 및 적용시 윈도우(110) 표면에 이물질이 없는 상태에서의 명도를 측정하거나 또는 주기적으로 이물질이 없는 상태의 명도를 측정하여 데이터 베이스부(190)에 저장될 수 있다.
그러나, 시스템의 이물질 검출 동작 개시 시점에는 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착된 상태가 아닌 것으로 확인된다면, 후속하여 입력되는 영상을 대상 영상으로 하여 윈도우(110) 표면의 어느 영역에 이물질이 부착되었는지를 판단하게 된다.
상기 객체 제거 영상들 중 대상 영상으로 지정된 영상 데이터를 이용하여, 이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 영상 데이터의 각 픽셀의 명도값을 순차적으로 나열하여 베지에 곡석(Bezier Curve)을 생성한다. 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 이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 각 픽셀의 차이값과 베지에 곡선간의 수직 거리가 미리 지정된 임계값 이상인 픽셀을 검출하고, 검출된 임계값 이상의 픽셀이 윈도우(110) 표면에 이물질이 부착된 것으로 판단하였는지 여부에 대한 판단 정보를 생성하게 된다.
한편, 이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 윈도우에 이물질이 부착한 것으로 판단한 경우, 이물질이 부착된 위치도 검출하게 된다. 즉, 이물질 검출 및 위치 판단부(167)는 이물질이 부착된 카메라 모듈(120)의 해당 픽셀의 위치를 알 수 있게 되어, 이물질 검출 판단 및 이물질 부착 위치 정보를 CCTV 제어부(170)로 전송하게 된다.
CCTV 제어부(170)는 윈도우(110)에 압축공기가 설정된 시간동안 주기적으로 공급하도록 상기 압축공기 공급유닛과 에어노즐의 구동을 제어하여, 윈도우 표면에 일정 쌓인 먼지를 제거할 수 있다.
이물질의 종류는 시간의 경과에 따라 윈도우 표면에 쌓이는 먼지와, 상기 먼지 이외의 특이적 이물질로 구분될 수 있는데, 상기 특이적 이물질은 예를 들면 윈도우 표면에 부착된 작은 곤충이나 벌레, 또는 새나 곤충이나 벌레의 배설물, 또는 기타 이물질 등을 포함할 수 있다.
이렇게 CCTV 제어부(170)는 주기적으로 압축공기를 윈도우(110)에 공급하도록 함으로써, 윈도우(110) 표면에 일정 기간 쌓인 먼지를 제거할 수 있게 된다. 이 경우 CCTV 제어부(170)는 윈도우 전체 표면을 청소해야 하므로, 도 5에 도시된 2개의 에어노즐(140)에서 모두 에어가 분사되도록 하며, 또한 에어노즐(140)의 회전축(145)이 일정각도 좌우 회전하도록 하여 에어의 분사범위가 윈도우(110)의 모든 영역을 커버하도록 한다.
한편, 상기 먼지 이외의 특이적 이물질이 윈도우(110)에 부착되어 상기 이물질 검출유닛(600)으로부터 윈도우(110)에 이물질(상기 먼지 이외의 특이적 이물질을 의미함)이 검출되고 이물질의 위치 정보를 수신한 경우, 상기 이물질이 부착된 영역에 대응되는 에어노즐(400)의 에어가 분사되도록 상기 압축공기 공급유닛(300) 및 에어노즐(400)의 회전축(450) 구동을 제어하여 에어노즐(400)에 에어가 분사되도록 한다. 카메라 유닛의 픽셀 위치와 이에 대응되는 윈도우(110)의 영역 및 이에 대응되는 에어노즐(450)의 회전축(450)의 회전 범위는 제어부(700)에 미리 저장되어 있다.
예를 들어, 도 5에서 이물질 검출유닛(160)의 이물질 검출 및 위치판단부(167)가 윈도우(110)의 오른쪽 상부 영역에서 이물질이 검출된 것으로 판단하여 이 정보를 제어부로 송출하면, CCTV 제어부(170)는 상기 오른쪽 영역에 대응되는 에어노즐(140)에서 에어가 분사되도록 하되, 오른쪽 에어노즐(140)을 회전축(145)을 기준으로 우측으로 일정 각도 회전하도록 하여 윈도우의 상부 영역으로 위치시키도록 한 후, 상기 압축공기 공급유닛(130)을 구동하여 에어를 분사하도록 한다. 한편, 예를 들어 이물질이 윈도우의 좌, 우 영역에 겹쳐지도록 부착된 것으로 판단되면, 제어부(170)는 상기 두 개의 에어노즐(140)에서 에어가 분사되도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 먼지 같은 이물질의 경우 윈도우 표면에 주기적으로 에어를 분사하여 먼지를 제거할 수 있게 된다. 그리고 먼지 이외의 이물질의 경우 CCCTV에서 제공하는 영상을 분석하여 상기 이물질을 제외한 터널 내부의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 인식하고 이를 제거한 후의 영상인 객체 제거 영상을 이용하여 CCTV의 윈도우에 부착된 이물을 정확하게 감지하고 또한 이물질의 부착 위치까지 감지할 수 있다. 또한, 윈도우 양 측부에 에어노즐을 두 개 설치하고 또한 에어노즐이 일정범위 좌우 회전가능하도록 설치하여, 상기 이물질이 부착된 위치에 에어가 분사되도록 할 수 있어, 결국 윈도우에 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 화재 감지부(300)는 상기 CCTV(100)의 카메라 모듈(120) 및 적외선 카메라(150)로부터 획득하는 영상정보를 이용하여, 터널 내부에 화재 즉, 불꽃과 연기가 발생되었는지 여부를 감지하고, 감지여부 신호를 제어부(900) 및 화재 발생 위치 판단부(400)에 보내게 된다. 도 7을 참조하면, 화재 감지부(300)는 구체적으로 영상 입력부(310)와, 영상 전처리부(330)와, 불꽃 및 및 연기 검출부(350)를 포함한다.
영상 입력부(310)는 CCTV(100)의 카메라 모듈(120)로부터 복수의 영상을 입력받게 된다. 영상 입력부(310)에 입력되는 복수의 영상은 예를 들어서 정해진 일정 시간 간격마다 정해진 일정 시간동안 카메라 모듈이 촬영한 연속된 복수 개의 영상을 의미할 수 있다. 또한 영상 입력부(310)에는 적외선 카메라(150)에서도 복수의 영상을 입력받게 된다.
영상 전처리부(330)는 영상 입력부(310)에 입력된 복수의 촬영 영상을 시간 순서에 따라 연속적으로 연관하고, 복수의 촬영 영상에서 불꽃과 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(크기, 모양) 및 윤곽선 데이터, 화재 발생에 따른 연기 이미지 및 윤곽선 데이터, 불꽃이나 화염에 따른 온도 및 주파수 데이터, 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.
불꽃 및 연기 검출부(350)는 상기 영상 전처리부(330)에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로 화재에 따른 불꽃이나 화염 및 연기를 검출하게 된다. 연기 검출부(1350)는 미도시된 데이터 베이스부에 저장되어 있는 각종 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습을 완료하여 영상 인공지능 알고리즘 기반으로 분석하여 상기 차량과, 차량에서 발생된 불꽃(화염) 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 화재 감지부(300)는 영상 인공지능 알고리즘에 의해 가짜화재에 의한 것이 아니라 차량에서 발생된 실제 화재에 따른 불꽃 및 연기가 발생한 것을 감지하여 신속성과 정확성을 높일 수 있게 된다.
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 화재 감지부(300)는 CCTV(100)의 카메라 모듈(120) 및 적외선 카메라(150)로부터 획득하는 영상정보로부터 머신러닝 알고리즘을 이용하여 초기 화재에 따른 불꽃 및 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 화재 발생 위치 판단부(400)는 상기 화재 감지부(300)에서 화재가 감지된 것으로 판단된 경우, 화재가 발생된 위치와 화재로 인해 연기가 흘러가는 위치를 특정할 수 있게 된다. 즉, 전술한 바와 같이 화재 감지부(300)에서 화재가 검출된 것으로 판단된 경우, 화재로 인한 불꽃 및 연기 검출 신호와 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 제어부(900)로 전송하게 되고, 제어부(900)는 화재를 감지한 CCTV(100)의 위치 정보를 수신하고 또한 CCTV의 카메라 모듈 상의 화재 발생 영역 위치 정보를 수신하여, 터널 내의 화재 발생 위치를 판단하게 된다. 제어부(900)는 화재 발생 위치를 정확하게 추적하기 위해 CCTV를 회전시킬 수도 있다.
화재 발생 위치 판단부(400)에는 CCTV(100)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 화재가 발생되는지 여부를 판단할 수 있게 된다.
워터 커튼 발생부(510)는 터널의 상부에 일정 간격으로 설치되어 연기 및 유독 가스가 확상되지 못하도록 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 한다. 워터 커튼 발생부(510)는 후술할 급수부(700)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 도 2에 도시된 바와 같이, 워터 커튼 발생부(510)는 10 내지 30m 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 제어부(900)는 화재 발생 위치 판단부(400)로부터 연기 발생 위치 정보를 수신하면, 연기 발생 위치의 양 단부에 워터 커튼이 형성되도록 해당 위치에 있는 워터 커튼 발생부(510)를 동작시키도록 한다.
터널 상부 소화 유닛(530)은 터널 상부의 상기 워터 커튼 발생부(510)와 인접하게 설치되며, 하부 즉 화재 발생 위치로 물을 분사하도록 한다. 터널 상부 소화 유닛(530)은 터널 길이방향으로 일정 간격 설치된다. 구체적으로 도 8 내지 도 10을 참조하면, 터널 상부 소화 유닛(530)은 노즐(532), 노즐 이동부(534) 및 적외선 카메라를 구비한다.
노즐(532)은 급수부(700)로부터 물을 공급받아 물을 분사하게 된다. 노즐 이동부(534)는 미도시된 노즐 본체에 지지되게 설치되며, 제어부(900)의 제어에 따라 상하좌우 방향으로 노즐의 분사방향을 조절할 수 있게 된다. 노즐 이동부(534)의 조정방식 및 구동원리는 전술한 공지된 다양한 구조 예를 들어, 캠, 키어, 크랭크 구조 또는 이들의 조합으로 상하좌우 이동 또는 360도 회전이 가능하도록 동작하게 되며, 또한 자동 및 수동으로 방향조정이 가능할 수 있다. 적외선 카메라(미도시)는 화재 발생 위치에서 불꽃의 온도를 감지하여 화원의 위치를 감지할 수 있으며, 이 감지 영상을 제어부(900)로 송출하게 된다.
터널 측부 소화 유닛(550)은 터널 측부에 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 측부 즉 터널 내 도로에서 발생한 화재 발생 위치로 물을 분사하도록 한다. 도 8에 도시된 바와 같이 터널 측부 소화 유닛(550)은 대략 차량 보다 약간 높은 위치에 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 구체적으로 도 8 내지 도 10을 참조하면, 터널 측부 소화 유닛(550)은 노즐(552), 노즐 이동부(554) 및 적외선 카메라(미도시)를 구비한다.
노즐(552)은 급수부(700)로부터 물을 공급받아 물을 분사하게 된다. 노즐 이동부(554)는 노즐 본체에 지지되게 설치되며, 제어부(900)의 제어에 따라 상하좌우 방향으로 노즐의 분사방향을 조절할 수 있게 된다. 노즐 이동부(554)의 조정방식 및 구동원리는 전술한 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. 적외선 카메라(미도시)는 화재 발생 위치에서 불꽃의 온도를 감지하여 화원의 위치를 감지할 수 있으며, 이 감지 영상을 제어부(900)로 송출하게 된다.
이와 같이 본 발명에 의하면 제어부(900)는 2단계에 걸쳐 터널 상부 소화 유닛(530)과 터널 측부 소화 유닛(550)의 각각의 노즐의 위치를 조정하여 물을 분사하게 된다.
먼저, 상기 화재 감지부(300) 및 화재 발생 위치 판단부(400)로부터 화재 감지 및 화재 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 제어부(900)는 화재가 발생한 위치와 가까운 적어도 한 개 이상의 터널 상부 소화 유닛(530)의 노즐 이동부(534)와 터널 측부 소화 유닛(550) 노즐 이동부(554)를 제어하여, 화재가 발생한 개략적인 위치로 노즐(532,552)이 향하도록 한다. 그 후 터널 상부 소화 유닛(530)과 터널 측부 소화 유닛(550)의 각각의 적외선 카메라로부터 감지 영상을 수신하면, 상기 감지 영상을 분석하여 화원의 위치가 영상에서 대략 중앙부쪽에 위치하도록 상기 각각의 노즐 이동부(534, 554)의 위치를 제어하여 상기 각각의 노즐(532, 552)이 화원쪽으로 향하도록 세부적으로 조정한 후, 최종족으로 급수부(700)를 통해 노즐에 물이 분사되도록 할 수 있게 된다.
급수부(700)는 상기 워터 커튼 발생부(510)과 터널 상부 소화 유닛(530) 및 터널 측부 소화 유닛(550)에 물을 공급하게 되며, 예를 들어 물이 저장되는 물탱크와, 물탱크로부터 물을 공급하는 펌프, 및 상기 물탱크와 워터 커튼 발생부, 터널 상부 소화 유닛, 터널 측부 소화 유닛 각각의 노즐과 연결되어 상기 펌프의 구동에 의해 물을 노즐로 공급하는 배관등을 포함할 수 있다.
블로우어 유닛(600)는 상기 터널 내부의 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 유닛(600)는 후술할 CCTV 제어부(170)의 제어에 따라 터널 내부 공간으로 바람을 불어넣도록 한다.
도 8을 참조하면, 블로우어 유닛(600)은 바람을 발생시키는 블로우어(610)와, 블로우어(610)에 회전력을 제공하는 모터와 같은 블로우어 구동부(미도시)와, 블로우어(610)를 상하좌우 회전 및 이동시키도록 하는 블로우어 이동부(630)를 구비한다.
제어부(900)는 블로우어 구동부의 모터 회전수를 조절함으로써 블로우어(610)의 풍속을 제어할 수 있고, 블로우어 이동부(630)를 제어하여 블로우어(610)의 풍향을 제어할 수 있게 된다. 즉 블로우어 이동부(630)는 상기 블로우어(610)가 지지되게 설치되되 상하좌우 또는 회전 유동 가능하도록 설치되어, 결국 블로우어(610) 역시 블로우어 이동부(630)에 의해 상하좌우 또는 회전 유동 가능하도록 동작하게 된다. 블로우어 이동부(630)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(630)는 제어부(900)의 제어에 따라 블로우어(610)의 이동을 제어함으로써, 결국 블로우어(610)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 화재에 따른 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 제트팬(10)의 풍속 등을 제어하여 터널 내의 환기가 원할하게 이루어지도록 한다.
한편, 제어부(900)는 전술한 바와 같이 상기 화재 감지부(300) 및 화재 발생 위치 판단부(400)로부터 화재 감지 및 화재 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 화재가 발생한 위치와 가까운 워터 커튼 발생부(510)와 터널 상부 소화 유닛(530)과 터널 측부 소화 유닛(550) 및 급수부(700)를 제어하여, 연기가 발생한 해당 구역의 양 단부에 워터 커튼을 발생시키도록 함과 동시에 화재가 발생한 위치에 물을 분사하여, 화재를 초기에 진압하고 연기와 유독 가스가 다른 구역으로 확산되는 것을 방지하도록 한다.
그리고, 제어부(900)는 연기가 발생한 구역에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어(610) 및 블로우어 이동부(630)의 움직임을 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 터널 천장의 중앙부 쪽으로 흐름을 유도하도록 제어하여, 결국 연기가 제트팬(10)의 기류에 의해 터널 출구쪽으로 이동하도록 한다. 즉, 배연 효과를 높이기 위해 제트팬(10)이 설치된 천장 상부 및 중앙 쪽으로 유도하되, 제트팬의 기류 순방향쪽으로 흐름을 유도하도록 제어한다.
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(610) 및 블로우어 이동부(630)를 제어하여, 화재로 인해 발생된 연기를 보다 신속하게 천장부 쪽으로 흐름을 유도하도록 할 수 있어, 초기 화재 발생 시 연기에 따른 인명 피해를 최소화할 수 있게 된다.
이하 도 9 및 도 10을 참조하며, 본 발명의 실시예에 따른 터널 내 화재 진압 시스템에 대한 동작을 설명하기로 한다.
화재가 발생되지 않은 평상시, 제트팬(10)은 터널 내의 환기를 수행하게 되며 터널 내의 교통량에 따라 풍량이나 풍속 등이 변화될 수 있다.
다음으로, 화재 발생시 동작을 설명하기로 한다.
화재 감지부(300)는 CCTV(100)로부터 수신된 정보를 이용하여 터널 내에 화재에 따른 불꽃과 연기가 발생한 것을 감지하게 된다. 화재 감지부(300)가 화재에 따른 불꽃과 연기를 감지한 것으로 최종 판단하면, 화재 감지부(300)는 제어부(900)로 화재 검출 신호와 CCTV의 카메라 모듈 상의 화재 발생 영역 위치 정보를 송신하고, 화재 발생 위치 판단부(400)는 제어부(900)로부터 상기 정보를 수신하여 화재가 발생된 위치를 판단하게 된다.
화재 감지부(300) 및 화재 발생 위치 판단부(400)로부터 화재에 따른 불꽃 과 연기 감지 및 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 제어부(900)는 화재가 발생한 위치와 가까운 워터 커튼 발생부(510), 터널 상부 소화 유닛(530), 터널 측부 소화 유닛(550) 및 급수부(700)를 제어하여, 화재가 발생한 해당 구역의 양 단부에 워터 커튼(도 10의 점선)을 발생시키도록 하고 화재 발생 위치의 상부 및 측부에서 물을 분사(도 10 및 도 11의 실선 표시)하도록 하여, 화재를 진압하고 연기와 유독 가스가 다른 구역으로 확산되는 것을 방지하도록 한다.
이 때 전술한 바와 같이, 터널 상부 소화 유닛(530) 및 터널 측부 소화 유닛(550)에는 각각 적외선 카메라가 구비되어 화원을 찾아 이동하게 되므로, 화재 진압을 더욱 빠르게 할 수 있게 된다. 즉, 1차적으로 제어부(900)는 화재 발생 위치에서 가까운 1개 이상의 터널 상부 소화 유닛(530), 터널 측부 소화 유닛(550)에 물을 분사하도록 제어명령을 내리고, 해당 터널 상부 소화 유닛(530)과 터널 측부 소화 유닛(550)은 각각 적외선 카메라를 구비하므로 화재 발생 위치에서 화원을 찾아 상하좌우 또는 회전 이동을 하여 화원 방향으로 물을 분사하게 된다.
한편, 제어부(900)는 연기가 발생한 해당 구역에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어(610) 및 블로우어 이동부(630)의 움직임을 제어하여, 상기 연기 발생 위치에서 발생되는 연기를 터널 천장의 중앙 쪽으로 흐름을 유도하도록 제어하게 된다. 즉, 블로우어(610)는 터널 벽의 높이 방향으로 각각 설치되므로, 터널 하부, 터널 중간, 터널 상부 쪽에 있는 연기를 모두 제트팬(10)이 설치된 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(610)의 풍속과 풍향을 제어(도 9 및 도 10의 점선 표시)하여 터널 상부 및 중앙 쪽으로 정확하게 집중 배연되도록 유도하게 된다.
한편, 연기가 화재 발생 위치에서 발생하지만, 상기 발생된 연기가 상부 뿐만 아니라 터널 길이방향으로도 퍼질 수 있는데, 이 경우 화재 및 연기가 발생된 위치에 대응되는 블로우어를 제어할 뿐만 아니라, 터널 길이방향으로 퍼진 연기에 대응되는 블로우어를 제어하여 터널 천장 및 중앙쪽으로 연기 흐름을 유도할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면 화재 감지부가 CCTV의 카메라 모듈로부터 획득하는 영상정보를 이용하여 머신러닝 기법으로 불꽃과 연기를 감지함으로써, 초기 화재에 따른 불꽃과 연기 발생을 신속하고 정확하게 감지할 수 있게 된다. 그리고 화재 발생 위치를 파악하여 화재 발생 구역에 워터 커튼을 발생시켜 연기의 확산을 방지함과 동시에 화재 발생 위치의 상부 및 측부에서 물을 분사함으로써 화재를 신속하게 진압할 수 있게 되고, 또한 복수의 블로우어를 제어하여 화재로 인해 발생된 연기를 터널 상부 및 중앙 쪽으로 유도함으로써, 결국 초기 화재에 따른 연기를 신속하게 배연하고 확산을 방지하도록 하여 인명피해를 최소화하도록 하는 이점이 있다.
또한, CCTV의 윈도우에 부착된 이물을 정확하게 감지하고 또한 이물질의 부착 위치까지 감지할 수 있고, 윈도우 주변에 에어노즐을 방사상으로 복수개 설치하고, 상기 이물질이 부착된 위치에 대응되는 에어노즐에 에어가 분사되도록 할 수 있어, 결국 윈도우에 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있어 CCTV의 감지 성능을 높이는 효과가 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.
10. 제트팬 100. CCTV
101. 하우징 본체 110. 윈도우
120. 카메라 모듈 140. 에어노즐
150. 적외선 카메라 160. 이물질 검출유닛
300. 화재 감지부 400. 화재 발생 위치 판단부
510. 워터 커튼 발생부 530. 터널 상부 소화 유닛
550. 터널 측부 소화 유닛 600. 블로우어 유닛
800. 풍향 및 풍속 측정부 900. 제어부
101. 하우징 본체 110. 윈도우
120. 카메라 모듈 140. 에어노즐
150. 적외선 카메라 160. 이물질 검출유닛
300. 화재 감지부 400. 화재 발생 위치 판단부
510. 워터 커튼 발생부 530. 터널 상부 소화 유닛
550. 터널 측부 소화 유닛 600. 블로우어 유닛
800. 풍향 및 풍속 측정부 900. 제어부
Claims (4)
- 터널의 천장 중앙부에 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 터널의 입구측에서 출구측으로 기류를 형성시키는 제트팬;
상기 터널에 복수 개 설치되며, 일측에 윈도우가 설치되며, 상기 윈도우와 대면하게 설치되어 터널 내부의 영상을 촬영하는 카메라 모듈과 적외선 카메라가 설치되는 하우징 본체; 상기 하우징 본체 내부에 설치되어 압축공기를 충전하고 공급하는 압축공기 공급유닛; 상기 윈도우 전방 양측부 중심에 각각 한 개씩 배치되며 회전축을 중심으로 일정 각도 좌우 가능하게 움직이며, 상기 압축공기 공급유닛으로부터 공급된 에어를 상기 윈도우에 분사하는 에어노즐; 상기 카메라 모듈로부터 영상을 수신하고, 상기 수신된 영상에서 이물질을 제외한 터널 내부의 고정 설치물과, 차량 및 기타 객체를 인식하여 이를 제거한 후의 영상인 객체 제거 영상을 제공하며, 상기 객체 제거 영상을 분석하여 이물질이 검출된 경우 상기 윈도우에 이물질이 부착된 것으로 판단하고 또한 상기 이물질이 부착된 위치를 검출하는 이물질 검출유닛; 및, 설정된 시간마다 주기적으로 상기 두 개의 에어노즐로부터 에어가 동시에 분사되고 또한 에어의 분사 범위가 상기 윈도우의 모든 영역을 커버하도록 상기 압축공기 공급유닛 및 에어노즐의 회전 구동을 제어하며, 또한 상기 이물질 검출유닛으로부터 윈도우에 이물질이 검출된 것으로 판단된 경우, 상기 두 개의 에어노즐 중 상기 이물질이 부착된 위치에 대응되는 적어도 하나의 에어노즐을 회전시켜 에어가 분사되도록 상기 압축공기 공급유닛 및 에어노즐의 회전 구동을 제어하는 CCTV 제어부;를 포함하는 CCTV;
상기 CCTV의 카메라 모듈 및 적외선 카메라로부터 획득하는 영상 정보를 이용하여, 터널 내부에 불꽃과 연기가 발생되었는지 여부를 검출하여 화재를 감지하는 화재 감지부;
상기 화재 감지부에서 화재가 감지된 것으로 판단된 경우 해당 화재를 감지한 CCTV의 위치 정보를 이용하여 터널 내부에서 발생된 화재의 위치를 판단하는 화재 발생 위치 판단부;
터널 상부에 일정 간격으로 복수 개 설치되어 화염 및 연기를 차단하도록 하는 박막의 워터 커튼을 발생시키도록 하는 워터 커튼 발생부;
상기 터널 상부의 상기 워터 커튼 발생부와 인접하게 설치되도록 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 물을 분사하는 노즐과, 상기 노즐을 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하여 분사 방향을 조절하도록 하는 노즐 이동부, 및 적외선 카메라를 구비하는 터널 상부 소화 유닛;
상기 터널 측부에 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 물을 분사하는 노즐과, 상기 노즐을 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하여 분사 방향을 조절하도록 하는 노즐 이동부, 및 적외선 카메라를 구비하는 터널 측부 소화 유닛;
상기 워터 커튼 발생부와 터널 상부 소화유닛 및 터널 측부 소화유닛에 물을 공급하는 급수부;
상기 터널 상부 및 측부에, 상기 터널의 길이 방향 및 높이 방향으로 일정 간격으로 복수 개 설치되며, 바람을 발생하는 블로우어와, 상기 블로우어에 회전력을 제공하는 블로우어 구동부, 및 상기 블로우어를 상하좌우 또는 회전 이동이 가능하도록 하는 블로우어 이동부를 구비하는 블로우어 유닛;
상기 터널 길이방향으로 일정간격으로 복수 개 설치되어, 터널 내부의 풍향 과 풍속을 측정하는 풍향 및 풍속 측정부; 및,
상기 화재 감지부 및 화재 발생 위치 판단부로부터 화재 감지 및 화재 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 상기 워터 커튼 발생부와 터널 상부 소화 유닛과 터널 측부 소화 유닛 및 급수부를 제어하여 상기 화재가 발생한 위치의 양 단부에 워터 커튼을 발생시킴과 동시에 화재 발생 위치에 물을 분사하도록 하고, 또한 상기 화재가 발생한 위치 부근에 설치된 적어도 한 개 이상의 블로우어 유닛을 제어하여, 상기 화재 발생에 따른 연기를 터널의 천장 상부 및 중앙 쪽으로 유도하되 제트팬의 기류 순방향쪽으로 흐름을 유도하도록 하고, 또한 상기 풍향 및 풍속 측정부로부터 수신된 터널 내부의 풍향 및 풍속 정보를 고려하여 상기 블로우어 유닛에서 발생되는 바람의 풍향과 풍속을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
먼저 상기 화재 감지부 및 화재 발생 위치 판단부로부터 화재 감지 및 화재 발생 위치 정보를 수신하는 경우, 화재가 발생한 위치와 가까운 적어도 한 개 이상의 터널 상부 소화 유닛과 터널 측부 소화 유닛의 각각의 노즐 이동부를 제어하여 화재가 발생한 위치로 상기 각각의 노즐이 향하도록 하고,
그 후 상기 터널 상부 소화 유닛과 터널 측부 소화 유닛의 각각의 적외선 카메라로부터 감지 영상을 수신하면, 상기 감지 영상을 분석하여 화원의 위치가 영상에서 중앙부쪽에 위치하도록 상기 각각의 노즐 이동부를 제어하여 화원쪽으로 상기 각각의 노즐이 향하도록 한 후, 상기 급수부를 통해 노즐에 물이 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 화재 감지부는,
상기 CCTV의 카메라 모듈 및 적외선 카메라로부터 복수의 영상을 입력받는 영상 입력부;
상기 영상 입력부에 입력된 복수의 촬영 영상 및 적외선 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 불꽃과 연기를 인식하여 추출한 후 화재에 따른 불꽃과 연기가 검출된 것으로 최종 판단한 경우, 연기 검출 신호와 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 연기 발생 영역 위치 정보를 상기 제어부에 송신하는 불꽃 및 연기 검출부;를 포함하며,
상기 화재 발생 위치 판단부는, 상기 제어부로부터 화재를 검출한 CCTV의 위치정보와, 상기 CCTV의 카메라모듈 상의 화재 발생 영역 위치 정보를 이용하여 터널 내 화재 발생 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 CCTV의 상기 이물질 검출유닛은,
상기 카메라 모듈로부터 복수의 영상을 입력받는 영상 입력부;
상기 영상 입력부에 입력된 복수의 촬영 영상에서 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 판별하기 위해 요구되는 영상 사이즈에 대하여 리사이징하여 전처리하는 영상 전처리부;
상기 영상 전처리부에 의하여 리사이징 전처리된 영상을 대상으로, 상기 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 인식하여 추출하고, 상기 전처리된 영상에서 상기 추출된 터널 내의 고정 설치물과 차량 및 기타 객체를 제거한 객체 제거 영상을 제공하는 객체 탐지 및 제거부; 및,
상기 객체 탐지 및 제거부에서 제공된 객체 제거 영상으로부터 상기 윈도우 표면에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하고, 또한 상기 이물질의 위치를 검출하는 이물질 검출 및 위치판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CCTV를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020220043111A KR102441876B1 (ko) | 2022-04-06 | 2022-04-06 | Cctv를 이용한 터널 내 화재 소화 및 제연 시스템 |
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ID=83279341
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