KR20140092526A - 대피시뮬레이션을 제공하는 재난대피 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내공간에서 화재, 붕괴 등의 재난에 대하여 인명피해를 최소화 하기 위한 방법 중 하나로 상세하게는 DB에 대피시뮬레이션 수행 데이터와 적외선 센서를 이용한 실내의 실제 재실자 인원분포 정보를 연동하여 화재발생시 보다 빠른 대피경로 결과물을 시각화하여 제공하는 시스템 구성 및 개발 방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계, 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션 결과를 저장하는 단계, 각 DB별 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션 결과를 추출하는 단계, 추출된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계는 상기 각 구획공간별 인원정보를 확인하여 인원DB에 저장한다. 상기 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션 결과를 저장하는 단계는 시뮬레이션엔진에 입력한 파라미터에 대해서 대피경로에 대한 결과값을 시뮬레이션DB에 저장한다. 상기 각 DB별 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션 결과를 추출하는 단계는 인원DB의 인원분포정보와 상기 시뮬레이션DB의 인원분포정보를 매칭하여 필요한 시뮬레이션 결과를 추출한다. 상기 추출된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계는 상기 매칭된 필요한 시뮬레이션 결과를 보행자에게 시각화 한다.

Description

대피시뮬레이션을 제공하는 재난대피 시스템 및 방법{System and Method for Disaster Evacuation providing Evacuation Simulation}

본 발명은 실내공간에서 화재, 붕괴 등의 재난에 대하여 인명피해를 최소화 하기 위한 방법 중 하나로 상세하게는 DB에 대피시뮬레이션 수행 데이터와 적외선 센서를 이용한 실내의 실제 재실자 인원분포 정보를 저장하고 연동하여 화재발생시 보다 빠른 대피경로 결과물을 시각화하여 제공하는 시스템 구성 및 개발방법에 관한 것이다.

본 발명은 국토해양부 및 한국건설교통기술평가원의 첨단도시개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다 [과제관리번호: 11CHUD-A044886-06-000000, 과제명: Indoor GIS DB 구축 기술 및 관리 시스템 개발 - Indoor GIS 데이터 모델 기반보행 시뮬레이션 연동모듈 개발].

현재 일본의 쓰나미와 같은 자연재해 및 안전사고에 대해서 많은 재해대비시설이 보급되고 최근 도심의 인구증가와 건축기술의 발전에 기반하여 초고층/대규모 건물이 늘어나고 있다.

이러한 건물에서는, 재난이 발생할 경우 건물의 특성상 피난시간이 오래 걸리고, 혼잡성이 증가되며 재난 시 대피로를 찾지 못하여 건조물 내에 남아있는 경우에 현재 재실자 상황에 대한 정보가 없는 구조원이 구조해 줄 수 있는 확률도 희박하다.

즉, 재난 발생시 빠른 대처방법을 제시해주고 인명피해를 최소화하기 위한 시뮬레이션 활용기법의 필요성이 대두되고 있다.

한편 지금까지는 재난 발생시 단순히 소리로 경고음을 울렸기 때문에 대피자들은 대피도중 불안에 떨며 이동해야 했고, 어떤 상황이 앞에 벌어지고 뭐가 일어나는지 소리에 의존해서 따를 수 밖에 없는 불편함과 공포감이 있었다.

한편, 한국등록특허 제1064890은 건물의 재난상황 시 지시등 및 비상방송에 의존하여 대피하는 시스템 및 방법을 제시한다.

하지만, 위 선행기술은 재해 시 시설이 파괴되어 전원과 주 통신망이 차단되어도 건물내부 위치 별 분산 배치된 지능형 비상탈출 안내 지시등 및 비상방송을 유지할 수 있지만 각 재실인원에 대한 데이터에 기반하여 시각화된 대피경로 및 화재정보를 제공하는 문제는 해결하지 못하고 있다.

이에 실시간으로 건물내에 존재하는 인원에 대한 데이터를 계속적으로 확인하며, 재난 시 발생된 파장으로 인해 정보 연결선이 단절되어도 대피 정보를 제공되어야 하고, 시뮬레이션을 이용하여 재난과 동시에 빠르게 2D또는 3D의 시각화된 정보를 사람들에게 알려줄 수 있는 기술이 요구된다.

한국등록특허 10-1064890

본 발명은 미리 상황을 예측하여 많은 시뮬레이션데이터를 축적하여 재난 시 최적의 정보를 제공해주는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 건조물 내의 각 구획공간 별 인원정보를 포함하여 대피시뮬레이션 결과를 제공해주는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 건축물의 피난안전성 검사, 피난상황분석 및 실제 재난 상황 시에 보행자의 대피안내 또는 구조 활동을 목적으로 한다.

본 발명은 현재 건조물 내의 실시간 감지인원과 시뮬레이션결과DB의 인원정보를 매칭하여 최적의 시각화된 대피경로를 제공해주는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 대피시뮬레이션을 제공하는 재난대피 시스템 및 방법은 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계, 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션 결과를 저장하는 단계, 실시간으로 감지된 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션 결과를 추출하는 단계 및 추출된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계를 포함한다.

상기 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계는 상기 각 구획공간별 인원정보를 센서를 통해 확인하여 인원DB에 저장한다. 상기 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션 결과를 저장하는 단계는 시뮬레이션엔진에 입력한 파라미터에 대해서 대피경로에 대한 결과값을 시뮬레이션DB에 저장한다. 상기 실시간으로 감지된 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션 결과를 추출하는 단계는 인원DB의 인원분포정보와 상기 시뮬레이션DB의 인원분포정보를 매칭하여 필요한 대피경로를 추출한다. 상기 추출된 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계는 상기 매칭된 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 보행자에게 시각화 한다.

또한, 상기 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계는 적외선센서와 인체감지센서 등 여러 가지 센서로 구성을 할 수 있으며 일정시간을 설정하여 정해진 시간마다 상기 각 구획공간 별 인원정보 데이터를 최신화 한다.

또한, 상기 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션 결과를 저장하는 단계는 상기 시뮬레이션엔진으로부터 사용되는 키르흐너(Kirchner) 알고리즘의 플로어 필드 모델(Floor Field Model)의 스태틱 플로어 필드(Static Floor Field)와 다이나믹 플로어 필드(Dynamic Floor Field)를 사용하는 것을 특징으로 하며 스태틱은 단순히 물리적인 최단 대피경로를 안내하지만, 다이나믹은 군집현상을 이용하여 대피경로를 찾기 때문에 사람들의 다양한 특성을 포함하여 상기 시뮬레이션에 최적화된 대피경로를 제공한다.

또한, 상기 실시간으로 감지된 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션 결과를 추출하는 단계는 감지부로부터 재난을 감지하여 상시 대기하고 있던 제어부에 재난신호를 주어 상기 인원DB의 인원분포정보와 상기 시뮬레이션DB의 인원분포정보를 포함한 대피경로 연동시킨다.

또한, 상기 각 DB별 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션을 추출하는 단계는 상기 연동된 인원DB의 상기 각 구획공간 별 인원분포정보 값을 기준으로 상기 시뮬레이션DB의 상기 시뮬레이션 결과 값에 내장된 상기 각 구획공간 별 인원분포정보를 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance)기법을 이용하여 각 방의 차이를 구하고 상기 시뮬레이션이 인원상황에 맞는지를 판단하고, 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 추출한다.

또한, 추출된 상기 시뮬레이션 결과를 출력하는 단계는 상기 각 구획공간별로 설치된 디스플레이장치로 연결되어 재난 시 상기 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 전송하면 2D 및 3D로 시각화 하여 안전한 대피경로를 제공한다.

한편, 본 발명의 일실 예에 따른 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템 및 방법은 인원DB, 시뮬레이션DB, 제어부, 출력부, 센서부, 감지부 및 시뮬레이션엔진 포함된다.

상기 인원DB는 상기 각 구획공간 별 입출구에 설치된 상기 적외선센서 및 상기 인체감지센서 등으로 이루어진 한 쌍의 상기 센서부로부터 인원이 들어오면 메모리의 인원 카운트가 증가하고 나가면 카운트가 감소하며 설정된 일정시간이 지나면 상기 구획공간 별 인원분포정보를 받아 저장하는 곳이다.

상기 시뮬레이션DB는 재난 시 복잡한 연산으로 인한, 대피시스템 진행의 시간지연을 막기 위해 미리 상기 시뮬레이션엔진으로 산출한 인원분포 데이터가 포함된 대피경로를 결과 값으로 저장하는 특징을 가진다.

상기 제어부는 재난 발생 시 상기 감지부에서 입력신호를 받아 상기 인원DB와 상기 시뮬레이션DB의 인원분포정보를 얻기 위해 DB를 동시에 연동시킨다.

또한, 제어부는 상기 연동된 DB를 상기 인원DB 상기 각 구획공간별 인원분포정보를 기준으로 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance)기법을 사용하여 상기 시뮬레이션DB의 시뮬레이션 결과 값들 내의 정보 중 상기 인원분포정보를 매칭하여 기준된 상기 인원분포정보에 따른 가장 맞는 상기 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 추출하는 역할을 한다.

상기 출력부는 상기 각 구획공간 별로 설치된 디스플레이장치로 연결하여 재난 시 상기 추출된 대피경로가 전송되면 시각화 하여 제공한다.

상기 센서부는 각 구획공간별 입구 및 출구에 설치되어 인원이 들어오고 나가는 것에 대하여 인원수를 증가 감소시키고, 일정시간을 설정하여 상기 인원DB에 각 구획공간별 인원정보를 저장하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 감지부는 화재, 불꽃, 진동, 연기 등으로 이루어진 센서이며 이 구성중 한가지가 감지되면 상기 감지부는 상기 제어부로 상기 각 인원DB 및 상기 시뮬레이션DB를 연동 할 수 있도록 재난신호를 보낸다.

상기 시뮬레이션엔진에 입력된 상기 키르흐너 알고리즘의 상기 스태틱 플로어 필드(Static Floor Field)와 상기 다이나믹 플로어 필드(Dynamic Floor Field)를 사용하여 사용자가 필요한 상황을 구현하기 위해 파라미터를 입력하고 그에 맞는 상황을 실행할 횟수를 수동적으로 지정하여 반복학습 한 결과 값으로 인원분포 데이터가 포함된 대피경로를 결과 값으로 한다.

본 발명에 따르면, 건물의 정보를 포함한 도면파일을 기초로 사고 발생 전에 위험을 미리 평가하고, 대처할 수 있도록 하여 해당 건물 내부의 안전성을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 피난 시의 최단경로와 더불어, 사람의 특성을 고려하여 피난경로를 예측할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 각 구획공간 별 인원정보를 통해 대피를 하였는지 못했는지를 판별하여 빠른 구조 활동에도 한 몫을 할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 방송을 이용한 대피안내보다 시각화된 정보를 대피자에게 제공하여 재난 시 일어날 패닉 상황에도 미리 방지 할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상황 시 미리 많은 시뮬레이션 데이터를 축적하여 상기 각 구획공간 별 인원정보의 매칭만으로 정확하고 빠른 대피경로를 제공 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예로 인원DB를 생성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로 시뮬레이션DB를 생성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로 도 4의 대피시뮬레이션 과정을 세분화한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예로 시뮬레이션엔진에서 파라미터 입력하는 참조도 이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예로 최종으로 출력되는 대피경로 안내에 대한 예시 참조도 이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예로 제어부에서 인원DB와 시뮬레이션DB의 데이터를 가지고 매칭하는 참조도 이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예로 시뮬레이션엔진의 도면의 셀 기반의 참조도 이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예로 키르흐너 알고리즘의 셀 스코어의 참조도 이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시 예에 불과하다.

<시스템에 대한 설명>

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대피시뮬레이션을 제공하는 재난 대피 방법의 구성도이다.

도 1을 참조 하면, 일 실시예의 대피시뮬레이션을 제공하는 재난대피 시스템 및 방법은 출력부(100), 제어부(110), 시뮬레이션DB(120), 시뮬레이션엔진(130), 인원DB(140), 센서부(150) 및 감지부(160)을 포함한다.

출력부(100)는 제어부(110)에서 인원DB(140)의 인원분포정보와 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보를 포함하는 대피경로를 서로 매칭하여 현재 각 구획 별로 가장 인원분포가 맞는 대피경로를 추출하여 디스플레이 하는 장치이다.

제어부(110)는 감지부(160)에서 재난감지 신호 입력을 받아 인원DB(130) 각 구획공간 별 실내공간별 인원수, 총 재실인원수와 시뮬레이션DB(120)의 각 구획공간 별 실내공간별 인원수, 총 재실인원수를 연동시키고, 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance)기법을 사용하여 각 구획공간 별 인원 차에 따라서 차이가 크면 변수가 커지고, 인원 차가 적으면 변수 작게 표시하여 차이가 많이 나지 않는 것을 제어부(110)에서 현재 각 구획공간 별 인원에 맞는 시뮬레이션DB에 포함된 1가지 대피경로를 추출한다. 또한 각 구획공간 별 실내공간별 인원수, 총 재실인원수는 인원분포정보로도 부른다.

[수학식 1]

수학식1에서, d_i는 인원DB(130)의 인원분포정보, d_j는 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보, k는 방의 번호이다. 각 k방의 인원DB(130)의 인원분포정보 w_ik, 각 k방의 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보를 w_jk를 수학식 1에 넣어 계산하였을 때, 0에 가장 가까운 값이 나올수록 두 개의 값이 유사하다고 나타낼 수 있다.

이와 같이 인원DB(130)의 인원분포정보와 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보를 수학식1로 연산하여 최적의 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 추출해 낼 수 있는 것이다.

시뮬레이션DB(120)는 시뮬레이션엔진(130)에 각 구획공간 별 인원정보와 알고리즘 파라미터를 입력받아 단순한 최적의 물리적 최단거리를 계산하는 스태틱 값과, 사람들의 동향과 성격 심리의 경향을 이용한 군집현상을 이용하여 대피경로를 계산하는 다이나믹 값을 계산하여 각 구획공간 별 인원정보를 포함한 최적의 대피경로를 결과 값으로 저장하는 곳이다.

또한, 본 발명에서는 군집현상을 이용하기 위해 셀에 보행자가 점유한 횟 수를 기록하여 셀점유도를 제공해주고 있다.

시뮬레이션엔진(130)은 셀 기반(Cell-based) 프로그램으로 구현될 수 있으며, 건물의 2D 및 3D 공간을 작은 단위의 블록인 셀로 나누어 각 셀을 기준으로 대피시뮬레이션 결과 데이터를 계산한다. 셀에 대하여 도 9를 참조하여 좀 더 상세히 설명할 수 있다. 도 9는 격자화하여 셀 기반으로 모델링 된다. 시뮬레이션엔진(130)은 시각화 된 건물을 이루는 각 셀에 대한 스태틱 값과 다이나믹 값을 계산하고, 두 가지 값을 곱하여 셀 별로 셀 스코어를 계산하게 된다. 셀 스코어에 대해서 도 10을 참조 하여 이해를 도울 수 있다.

시뮬레이션엔진(130)은 키르흐너 알고리즘 파라미터를 입력하면 시뮬레이션 인원분포데이터와 함께 대피경로 시뮬레이션 화면을 보여줄 수 있다. 구체적으로, 시뮬레이션은 보행자 들의 행동특성을 반영한 보행자들의 속성정보(피난할 사람의수, 속도, 건물이해도 등)를 기초로 피난자들의 대피경로를 찾고, 피난 진행 상태를 예측하는 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 결과 데이터를 생성하여 시뮬레이션DB(120)에 데이터를 축적한다. 시뮬레이션 결과 데이터는 최적의 피난경로를 예측하고, 피난에 관련된 인원분포정보와 같은 제반사항을 시뮬레이션으로 구현하기 위한 것이다.

이와 같이 시뮬레이션엔진(130)은 물리적인 거리에 의거하여 최단경로를 찾기 위한 값과 군집현상에 의거하여 대피경로를 예측하기 위한 값을 함께 고려하며, 군집현상을 반영하는 키르흐너 알고리즘을 적용하여 최적의 대피경로를 찾는다.

시뮬레이션엔진(130)은 셀 기반의 모델링을 통해 건물 내의 공간이 복수의 셀로 나뉘어 시각화되면 시뮬레이션엔진(130)은 보행자의 속성정보(체형, 이동속도, 반응시간 등)를 기초로 물리적인 최단경로를 예측하기 위하여, 시각화된 건물을 이루는 셀들의 스태틱 값을 연산한다. 시뮬레이션엔진(130)은 사람의 행동특성인 군집현상을 반영하는 키르흐너 알고리즘(Kirchner)을 통해 건물을 이루는 셀들의 다이나믹 값을 연산한다.

시뮬레이션엔진(130)은 최단경로를 위한 스태틱 값과 군집현상을 반영하여 시뮬레이션의 정확도를 높이기 위한 다이나믹 값을 서로 곱하고, 이를 기초로 보행자들의 셀간 이동을 추적하며, 추적결과에 의해 최적의 대피 경로를 찾아서 대피시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다.

이러한, 대피시뮬레이션 결과 데이터는 건물을 이루는 각 셀에 매핑되어 2D 혹은 3D형태로 시뮬레이션 화면에 보여질 수 있으며, 대피시뮬레이션 대피경로 데이터가 함께 표시 될 수도 있다.

또한, 대피시뮬레이션은 결과 데이터를 가볍게 하기 위해 대피경로를 위와 같이 연산할 때는 각 구획공간의 모든 사람을 각각의 대피경로를 지정해주는 것이 아니라 대표자를 선정하여 각 구획공간의 인원이 대피할 수 있는 대피경로를 제공한다.

키르흐너 알고리즘은 생물학적인 접근을 통해 대피시뮬레이션의 진행을 설명할 수 있다. 즉, '사람은 위급상황 시 타인에게 의존하여 피난한다' 라는 법칙이 키르흐너 알고리즘의 창발현상이 될 수 있다. 보행자가 피난 시 사용하는 방법은 주화성(chemotaxis)이라 하며, 키르흐너 알고리즘은 생물의 특정한 화학반응을 의하여 이동하는 성질을 적용한다. 여기에는, 플로어 필드 모델(Floor Field Model)의 스태틱 플로어 필드(Static Floor Field)와 다이나믹 플로어 필드(Dynamic Floor Field)가 존재한다. 각각의 필드는 지적능력과 군중현상을 대표하는 필드로서, 두 가지 필드는 조화를 이루어 최단경로를 찾기 위해 보행자의 보행을 예측하게 된다.

스태틱 플로어 필드의 경우는 단순히 공간의 물리적인 거리를 통해 최단경로를 찾는 알고리즘으로 출구에서부터 보행자의 위치까지의 피난소요경로를 계산하는 방식이다. 일 실시 예는 동, 서, 남, 북의 4방향에 대하여 피난을 고려 할 수 있다. 혹은, 실제 사람이 이동할 때 4방향이 아닌 8방향으로 이동할 수 있다는 것에 착안하여 대피시뮬레이션 시 사람이 움직일 수 있는 8방향 모두를 적용할 수도 있다.

다이나믹 플로어 필드는 개미처럼 군집하여 타인에게 의존하는 현상을 화재 및 피난에 적용해 본 것이다. 개미는 자신이 이동할 때 페로몬을 뿌리며, 돌아올 때 페로몬이 있는 것을 확인하여 경로를 성정하여 돌아온다. 이동하는 개미들이 많아 질수록 많은 페로몬들이 증가와 확산을 반복할 것이고, 각각의 개미는 그 중에 많은 페로몬이 뿌려진 길을 선택하게 된다. 이유는 많은 개미가 선택한길이기 때문에 보다 정확하다고 생각하기 때문이다.

일반적으로 화재와 같은 위급상황에서, 자신이 독단적으로 건물의 출구를 빠져나가는 것은 건물의 이해도가 높지 않은 이상은 시도하기 어렵다. 보다 많은 사람들이 선택한 길을 통하여 탈출하려고 하는 습성을 개미의 케미컬 트레이스(Chemical Trace)에 접목한 필드가 바로 다이나믹 플로어 필드이다.

[수학식 2]

P_ij= N exp(K_D*D_ij) * exp(K_S*S_ij) * (1-N_ij) * Y_ij

수학식 2에서, N은 정규화 파라미터(Normalization parameter), P_ij는 점유하지 않는 셀(Unoccupied neighborcell)의 셀 스코어, K_D,K_S는 민감도 파라미터 (Sensitivity parametera), D_ij, S_ij는 셀의 다이나믹 값과 스태틱값을 나타내는 셀스코어(Score result), N_ij 는 행위자 스코어(Occupant Number)이다. Y_ij 는 장애물이 있는지 유무를 판단하기 위한 파라미터로, 장애물 스코어(Obatacle Score)이다.

수학식 2은 핵심적으로 다음 5가지 부분으로 나눌 수 있다.

첫째, P_ij 는 피난에 영향을 주는 여러 가지의 값을 고려하여 계산된 실제 셀의 스코어 값을 나타낸다. 보행자인 행위자(Agent)는 현재 위치에서 이 값이 가장 작은 셀로 이동하게 된다.

둘째, exp(K_D * D_ij)는 다이나믹 값을 계산하는 부분이다. D_ij 는 하나의 셀이 가지고 있는 현재의 다이나믹 값이고, 여기에 미리 정해 놓은 파라미터를 곱하게 된다. 파라미터의 값은 지정된 값으로 적용되고, 변경이 가능하다. K_D 의 값을 조절하여 높게 할 경우 '의존하여 피난하기' 의 경향이 높아진다. K_D 의 값이 낮아지는 경우에는, 그 반대로 의존성이 떨어지게 된다. 이렇게 계산한 값을 exp(지수화)시켜 값이 극단적으로 커지지 않게 한다.

셋째, exp(K_D * D_ij) 는 스태틱 값을 계산하는 부분이다. S_ij 는 하나의 셀이 가지고 있는 현재의 스태틱 값이고, 여기에 미리 정해 놓은 파라미터를 곱하게 된다. 파라미터의 값은 지정된 값으로 적용되고, 변경 가능하다. K_S 의 값을 조절하여 높게 할 경우 ' 최단경로로 피난하기' 의 경향이 높아진다. 낮게 할 경우에는, 그 반대로 의존성이 떨어지게 된다. 이렇게 계산한 값을 exp(지수화)시켜 값이 극단적으로 커지지 않게 한다. 이와 같이, K_S 와 K_D 를 통해 사람의 이성도와 의존도가 조절될 수 있다. K_S 값이 높아진다는 것은 최단경로로 피난한다는 의미이기도 하지만, 보행자가 건물 내무 사정을 잘 인지하고 있는 사람이라는 의미도 될 수 있다.

넷째, (1-N_ij) 는 보행자가 셀에 존재하느냐, 하지 않느냐를 판가름하는 부분이다. 행위자(Agent)가 셀에 존재한다면 1, 없다면 0으로 설정하여 행위자의 존재 시 계산식에 의해(1-1=0), P_ij 는 0이 되도록 한다. 즉, 이동할 수 없는 공간으로 처리되는 것이다.

다섯째, Y_ij 는 장애물의 유무를 나타낸다. 장애물이 존재할 경우 0, 존재하지 않을 경우 1로 처리하여 장애물이 있는 곳에는 이동할 수 없도록 P_ij 의 값을 만들어주는 부분이다.

이와 같은 알고리즘으로 대피경로를 표시한 결과값을 연산을 끝나면 시뮬레이션DB에 축적되며 지정횟수를 지정하여 그 입력한 횟수 동안 파라미터의 값이 바뀌면서 각각의 다른 상황의 시뮬레이션 데이터를 축적하게 된다.

인원DB(140)는 각 구획공간마다 설치된 한 쌍의 센서부(150)를 이용하여, 해당구역에 인원이 들어오면 카운팅하여 인원수를 증가시키고, 해당구역에 인원이 나가면 카운팅하여 인원수를 감소시키는 작업을 계속 반복한 정보를 저장한다.

또한, 이 정보를 각 구획공간 별 인원정보 또는 인원분포정보로 부른다,

센서부(150)는 각 구획공간마다 입구 및 출구에 설치되며 적외선센서 및 인체감지 센서등으로 구성되고 구획내의 입구의 센서 앞으로 사람이 들어올 때 센서가 감지하여 메모리에 인원수를 증가시켜 기억하고, 구획내의 출구 앞으로 인원 나갈 때 감지되면 메모리에 인원수를 감소시킨다.

또한, 인원DB(140)에 각 구획공간 별 인원정보를 전송하여 저장시키는 것을 최종목적을 가지고 있으며, 기능 중에 일정시간을 설정하여 설정된 시간이 되면 인원DB(140)의 정보를 최신화 시켜주는 작업을 수행한다.

감지부(160)은 각 구획공간마다 온도, 불꽃, 연기, 진도 등으로 이루어진 센서를 설치하고, 이에 대한 센서의 각각의 성향에 대한 위험을 감지할 때 신호를 제어부(110)에 재난신호를 발생시켜 각 DB의 데이터를 연동시키는 작업을 수행한다

<방법에 대한 설명>

1. 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간의 인원정보를 저장하는 단계< S210 >

도 3은 본 발명의 일 실시 예로 인원DB(140)을 생성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

단계S310은 출입문 앞에 적외선센서 및 인체감지센서 등으로 구성된 한 쌍의 센서부(150)에서 보행자의 나가는지 들어오는지를 실시간 감지를 하고 있다.

단계S320는 보행자가 감지 되지 않을 시 단계S340으로 바꾸어 실시간으로 확인하면서 인원을 체크를 하게 된다.

단계S330은 보행자가 들어올 경우 와 보행자가 나갈 경우 두 경우에 대하여 인원수를 카운트 한다. 사람이 들어올 경우 증가시키고 나갈 경우 인원수를 감소시킨 후 단계S340으로 전환하여 확인을 한다.

단계S340은 전원인가 후 시간간격을 정하여 일정시간이 되면 단계S350으로 넘어가고 아니면 다시 단계S310로 넘어간다.

단계S350는 단계S340이 충족이 되면 인원DB(140)의 데이터를 최신화 하는 구성을 순환적으로 작동한다.

2. 임의로 데이터 값을 입력하여 실행한 시뮬레이션을 저장하는 단계< S220 >

도 4는 본 발명의 일 실시 예로 시뮬레이션DB를 생성하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

단계S410은 시뮬레이션엔진(130)에서 이루어지며 키르흐너 알고리즘의 파라미터값을 사용하기 위해 건조물의 속성정보가 포함된 도면파일을 불러오는 작업이다.

단계S420에서 사용자가 만들어 낼 상황들의 각 구획공간별 인원수, 피난할 사람의수, 속도, 건물이해도 등으로 이루어진 파라미터를 입력데이터 반복실행 횟수를 정하여 입력한다.

단계S420은 도 6을 참조하여 좀 더 상세히 설명 할 수 있다. 이때 도 6에 도시된 단계는 시뮬레이션엔진(130)에서 파라미터를 입력 대한 참조도 이다.

도 6은 시뮬레이션엔진(130)의 실행 화면이다. 피난 시뮬레이션을 실행하기 위해서, 각 구획공간별 모델링 된 건조물의 도면 파일을 정보화시켜 2D 및 3D 맵 상에서 보여줄 수 있도록 환경 설정을 해놓는다. 프로그램 사용자는 피난할 사람의 수와 사람의 속도, 건물의 이해도 등의 속성정보를 시뮬레이션 내의 사람들에게 적용시킨 후 시뮬레이션엔진(130)을 통해 대피시뮬레이션을 실행하여 피난과정을 시뮬레이션 할 수 있다.

또한, 도 6는 알고리즘 설정 화면으로서, 키르흐너 알고리즘의 파라미터인 K_S,K_D 의 값을 설정하는 화면을 예시한 것이다. 프로그램 사용자는 설정 창을 통해 키르흐너 알고리즘을 계산하는데 중요한 영향을 주는 K_S,K_D 값을 변경할 수 있다. K_S,K_D 는 민감도 파라미터로서, 사람의 이성적 판단, 군중 의존적인 성향의 값을 변경할 수 있도록 고려해 준 것이다. 또한, 키르흐너 알고리즘에 적용되는 확산값은 표시 및 수정이 가능하다. 시뮬레이션엔진(130)은 작업 수행이 모두 끝난 후에 화면에 있는 결과 정보 창을 통해 볼 수 있도록 탈출시간, 가장 먼 거리, 사람인원수 등의 피난 시뮬레이션 결과 데이터를 텍스트 형식으로 제공해주며 이를 로그 파일로 생성도 가능하나 본 발명은 재난피해로 인해 센서간의 통신 인터페이스의 연결이 끊어 질것을 대비하여 시뮬레이션엔진(130)의 결과값을 시뮬레이션DB(120)에 저장을 한다.

단계S430은 단계S420에서 입력된 파라미터의 데이터 대로 시뮬레이션엔진(130)은 키르흐너 알고리즘을 사용하여 스태틱 플로어 필드(Static Floor Field)와 다이나믹 플로어 필드(Dynamic Floor Field)의 값이 바꾸어 지정한 횟수만큼의 상황 조건을 만들어 대피경로를 만들어 낸다.

단계S440은 시뮬레이션엔진(130)이 연산한 많은 데이터를 정리 및 시뮬레이션DB(120)에 저장을 대기하는 부분이다.

단계S450은 시뮬레이션엔진(130)이 지정횟수가 도달하지 않으면 지정된 횟수가 충족될 때까지 키르흐너 알고리즘을 사용하여 단계S430을 계속 수행하는 루트이다. 또한 충족될 시 단계S460으로 넘어간다.

단계S460은 지정횟수만큼 수행한 데이터를 시뮬레이션DB(120)에 축적을 한다.

도 4의 S430은 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 설명 할 수 있다. 이때 도 4에 도시된 단계는 입력된 파라미터를 가지고 대피경로에 대한 알고리즘 작동 흐름도이다.

단계S431은 스태틱/ 다이나믹 값을 입력한 데이터에 따라 우선적으로 두 가지 플로어 필드에 따라 계산을 행한다.

단계S432은 모든 셀의 셀 스코어를 계산한다.

단계S433은 셀 기반의 스태틱 플로어 필드의 스태틱값과 다이나믹 플로어 필드의 다이나믹 값을 계산하고, 이를 곱하여 자신의 셀스코어를 계산한 후 이동할 셀을 선택한다. 스태틱플로어 필드는 '최단경로로 탈출하는 경향'을 나타내는 필드이고, 다이나믹 플로어 필드는 '타인에게 의존하여 탈출하는 경향'을 나타내는 필드이다.

단계S434은 인접한 셀들 중 셀 스코어 값이 가장 작은 쪽으로 보행자는 이동을 시작한다.

단계S435은 선택된 셀에 다른 보행자나 장애물이 없고, 그 보행자를 다음 셀로 이동시키는 과정이 성공하면 단계S436을 실행하고 만약 보행자가 이동하지 않았다면 단계S437을 수행한다.

단계S436은 보행자가 이동한 셀의 다이나믹 값을 증가시킨다.

단계S437은 다이나믹 플로어 필드를 확산시켜 주변 셀들의 다이나믹 값을 증가시키고 일정시간이 지나면 다이나믹 플로어 필드를 감쇠시켜 관련 셀들의 다이나믹 값을 다시 감소시킨다.

단계S438은 보행자가 이동을 하고 안 하고를 떠나 보행자가 탈출구로 로스트가 될 때까지 단계S432부터 계속 순환적으로 반복하고, 보행자가 탈출구로 로스트 될 때까지의 발자취를 기록하여 선으로 대피경로를 표시하게 된다.

3. 각 DB 별 인원분포정보에 맞는 시뮬레이션을 추출하는 단계< S230 >

단계S240은 감지부(160)에서 재난감지 값이 입력이 되면 제어부(110)의 작동 초기값 세팅이 하고 데이터를 연동할 수 있게 끔 각각의 인원DB(140), 시뮬레이션DB(120)에 매칭에 필요한 인원DB(140)의 인원분포정보 와 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보를 사용한다. 수신이 끝나면 인원DB(140)의 인원분포정보를 기준으로 시뮬레이션DB(120)의 인원분포정보를 매칭을 시작한다. 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance) 기법으로 각 방의 인원정보에 대한 유사도를 판별하며 각 구획공간별 같은 공간의 인원분포정보를 가지고 수학식1에 넣고 연산을 하여 0에 가장 가까운 시뮬레이션을 유사하다고 판별하고 시뮬레이션DB에 포함된 대피경로를 선택하여 출력부로 전송한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예로 제어부에서 인원DB와 시뮬레이션DB의 데이터를 가지고 매칭하는 참조도이다.

4. 추출된 시뮬레이션을 출력하는 단계< S240 >

단계S240은 단계S230에서 추출된 시뮬레이션을 수신받아 제어부(110)와 연결된 멀티미디어 매체에 2D 및 3D 시각화하여 최적화된 대피경로 및 방법을 제공해준다.

이와 같이 대피시뮬레이션을 통해 피난상황을 예측함으로써 사고 이전에 인명피해의 결과를 미리 계산하여 피해를 최소화할 수 있으며, 건물의 정보를 포함한 도면파일을 기초로 사람들의 밀집지역을 알고 대처하여 빠르게 대피할 수 있도록 안전성을 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 출력부
110: 제어부 120: 시뮬레이션DB
130: 시뮬레이션엔진 140: 인원DB
150: 센서부 160: 감지부

Claims (20)

1. 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간마다 설치된 센서부로부터 사람의 출입정보를 실시간 감지하여 획득한 인원분포데이터가 저장되어 있는 인원DB;
   시뮬레이션엔진에 입력한 건조물 특성, 각 구획공간 별 인원분포정보및 알고리즘 파라미터를 이용하여 시뮬레이션 결과 값으로 인원분포정보가 포함된 대피경로를 저장하는 시뮬레이션DB;
   실제 재난 또는 화재 발생 시 상기 인원DB의 인원분포데이터와 상기 시뮬레이션DB의 상기 시뮬레이션 결과 값 중 인원분포데이터를 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance)를 이용하여 상기 각 구획공간 별로 인원차이를 연산하여, 상기 인원차이 값이 0에 가장 가까운 값을 가지는 상기 시뮬레이션DB에 포함된 상기 대피경로를 추출하는 제어부; 및
   상기 추출된 대피경로를 수신받아 디스플레이 하는 출력부;
   를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 인원분포데이터는,
   상기 센서부가 상기 각 구획공간을 출입하는 사람들의 인원을 일정시간마다 카운팅(Counting)함으로서 갱신된 상기 인원DB 의 인원분포데이터인 것을 특징으로 하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 인원DB는,
   실내공간별인원수, 총 재실인원수 및 저장시각의 정보를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이션DB는,
   플로얼 필드 모델(Floor field model)을 사용하고, 실내공간별 인원수, 총 재실인원수, 출구 별 대피인원, 총대피시간, 알고리즘 종류, 상기 알고리즘 파라미터 및 초당 대피시간으로 구성되고, 상기 알고리즘 파라미터를 입력 값으로 받아 원하는 지정 횟수 별로 변경시켜 상기 시뮬레이션 한 결과 값을 상기 시뮬레이션DB에 저장하는 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이션엔진은,
   상기 구획공간의 셀마다 보행자가 점유한 횟수를 기록하는 상기 셀의 점유도를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이션엔진은,
   상기 건조물의 구조정보를 생성하여 공간속성을 부여하고 상기 건조물의 구조정보를 기초로 셀 기반으로 시각화하여 공간 모델링을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 시뮬레이션엔진은,
   최단경로로 탈출하는 경향을 나타내는 스태틱 값과 피난 시 타인에게 의존하여 탈출하는 경향을 나타내는 다이나믹 값을 구하여 이를 곱한 결과에 의해 최적의 상기 대피경로를 찾아 상기 시뮬레이션 결과 데이터를 생성하여 상기 시뮬레이션DB에 저장하는 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 시뮬레이션 엔진은,
   대피시뮬레이션시 군집현상을 반영하는 키르흐너 알고리즘을 적용하여 상기 최적의 상기 대피경로를 찾는 것을 특징을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난 대피 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 키르흐너 알고리즘은,
   P_ij= N exp(K_D*D_ij) * exp(K_S*S_ij) * (1-N_ij) * Y_ij 의 수학식으로 정의 되며,P_ij는 셀 스코어, exp(K_D*D_ij)는 셀의 상기 다이나믹 값, exp(K_S*S_ij)는 셀의 상기 스태틱 값, 이동가능성 (1-N_ij)는 행위자가 셀에 존재하는지 여부,Y_ij는 장애물이 셀에 존재하는지 여부를 나타내는 값인 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 제어부에서 추출 된 상기 시뮬레이션의 대피경로를 이용하여 2D 및 3D로 출력하는 것을 특징으로 하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 시스템.
    
11. 실시간으로 건조물 내부에 각 구획공간마다 설치된 센서부로부터 사람의 출입정보를 실시간 감지하여 획득한 인원분포데이터를 인원DB에 저장하는 단계;
    시뮬레이션엔진에 입력한 건조물 특성, 각 구획공간 별 인원분포정보및 알고리즘 파라미터를 이용하여 시뮬레이션 결과 값으로 인원분포정보가 포함된 대피경로를 시뮬레이션DB에 저장하는 단계;
    실제 재난 또는 화재 발생 시 상기 인원DB의 인원분포데이터와 상기 시뮬레이션DB의 상기 시뮬레이션 결과 값 중 인원분포데이터를 유클리디언 디스턴스(Euclidean distance)를 이용하여 상기 각 구획공간 별로 인원차이를 연산하여, 상기 인원차이 값이 0에 가장 가까운 값을 가지는 상기 시뮬레이션DB에 포함된 상기 대피경로를 제어부에서 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 대피경로를 출력부에 수신받아 디스플레이하는 단계;
    를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 인원분포데이터는,
    상기 센서부가 상기 각 구획공간을 출입하는 사람들의 인원을 일정시간마다 카운팅(Counting)함으로서 갱신된 상기 인원DB 의 인원분포데이터인 것을 특징으로 하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
13. 제 11항에 있어서,
    상기 인원DB는,
    실내공간별인원수, 총 재실인원수 및 저장시각의 정보를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
14. 제 11항에 있어서,
    상기 시뮬레이션DB는,
    플로얼 필드 모델(Floor field model)을 사용하고, 실내공간별 인원수, 총 재실인원수, 출구 별 대피인원, 총대피시간, 알고리즘 종류, 상기 알고리즘 파라미터 및 초당 대피시간으로 구성되고, 상기 알고리즘 파라미터를 입력 값으로 받아 원하는 지정 횟수 별로 변경시켜 상기 시뮬레이션 한 결과 값을 상기 시뮬레이션DB에 저장하는 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
15. 제 11항에 있어서,
    상기 시뮬레이션엔진은,
    상기 구획공간의 셀마다 보행자가 점유한 횟수를 기록하는 상기 셀의 점유도를 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
16. 제 11항에 있어서,
    상기 시뮬레이션엔진은,
    상기 건조물의 구조정보를 생성하여 공간속성을 부여하고 상기 건조물의 구조정보를 기초로 셀 기반으로 시각화하여 공간 모델링을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법
    
17. 제 11항에 있어서,
    상기 시뮬레이션엔진은,
    최단경로로 탈출하는 경향을 나타내는 스태틱 값과 피난 시 타인에게 의존하여 탈출하는 경향을 나타내는 다이나믹 값을 구하여 이를 곱한 결과에 의해 최적의 상기 대피경로를 찾아 상기 시뮬레이션 결과 데이터를 생성하여 상기 시뮬레이션DB에 저장하는 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
18. 제 17항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 엔진은,
    대피시뮬레이션시 군집현상을 반영하는 키르흐너 알고리즘을 적용하여 상기 최적의 상기 대피경로를 찾는 것을 특징을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
19. 제 18항에 있어서,
    상기 키르흐너 알고리즘은,
    P_ij= N exp(K_D*D_ij) * exp(K_S*S_ij) * (1-N_ij) * Y_ij 의 수학식으로 정의 되며,P_ij는 셀 스코어, exp(K_D*D_ij)는 셀의 상기 다이나믹 값, exp(K_S*S_ij)는 셀의 상기 스태틱 값, 이동가능성 (1-N_ij)는 행위자가 셀에 존재하는지 여부,Y_ij는 장애물이 셀에 존재하는지 여부를 나타내는 값인 것을 포함하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.
    
20. 제 11항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 제어부에서 추출 된 상기 시뮬레이션의 대피경로를 이용하여 2D 및 3D로 출력하는 것을 특징으로 하는, 대피시뮬레이션 결과를 제공하는 재난대피 방법.

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