KR20150061251A - Usn 기반의 실시간 화재관제 시스템 - Google Patents
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Abstract
화재 발생 여부를 신속하고 효과적으로 감지하고, 단계별로 신뢰할 수 있는 화재정보를 생성하는 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템에 관한 것으로, 화재에서 발생하는 각종 특성신호를 이용하여 화재 여부를 판단 및 추론하고, 상기 판단추론의 사용조건에 대한 분석을 통하여 다중센서 기반의 화재감지 알고리즘을 설계하고, 화재징후 평가시뮬레이터를 설계 및 제작하여 화재사례에 대한 데이터를 정형화하고, 급속히 전개되는 화재(Fast fire)와 서서히 전개되는 훈소 화재(Smouldering fire)의 경우로 구분하여 알고리즘의 신뢰성을 검증하는 구성을 마련하여, 유지보수 및 교체비용 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기반의 실시간 화재관제 시스템에 관한 것으로, 특히 화재 발생 여부를 신속하고 효과적으로 감지하고, 발화 시점을 인지할 수 있는 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템에 관한 것이다.
현대 사회에서 인류의 가장 큰 재난은 '화재'라고 할 수 있다. 그 피해 규모는 다른 여타 재난에 비해 월등하여, 모든 국가재난 건수 중 화재로 인한 재난 건수가 약88%이며, 피해액 규모 면에서도 재난으로 인한 전체 재산 피해액 중 화재로 인한 피해액이 55%를 차지하고 있다.
인류의 문명발전으로 인하여 건축물의 형태는 점점 고층화, 지하화, 밀집화 되면서 더욱 큰 대형 화재사고를 발생할 수 있는 여건이 조성되고 있다. 세계 여러 나라에서 대형 화재가 매년 발생하여 막대한 인명 및 재산 피해를 내고 있는 실정이다. 화재 발생에 대해 무방비 상태로 노출되어 있는 사각지대가 계속 증가하고 있다. 한국의 경우 소방시설이 설치되는 소방대상물은 전체 건축물의 10% 밖에 되지 않는 실정이고 그나마 구조물에는 전혀 화재사고에 대해 무방비 상황에 처해 있는 형편이다. 이러한 현실은 좀더 과학적이고, 신뢰성 있는 첨단 소방방재시스템의 필요성을 절실하게 요구하고 있다.
특히 대형 시설물이나 상가 등 일반적인 화재는 입주자나 관리자의 부주의나 지진 등 천재지변에 의해 발생할 수 있고, 발생지역에 따라 대형화재로 번질 가능성이 높아 막대한 인적·경제적 손실을 초래할 수 있다.
기존 화재 예방 시스템은 화재 발생 상황의 분석이 어렵고, 감지장치가 손상되면 안정적으로 정보를 전달할 수 없어 실시간으로 즉각적인 화재대응이 어려운 상황이다.
대한민국에서는 2008∼2010년간 총 850,075건의 인적재난이 발생하였고, 그 중 1월에 64,043건(7.5%)으로 화재(9.6%), 산불(7.7%), 도로교통(7.2%), 해난(6.5%), 환경오염(6.0%), 붕괴(3.7%) 순으로 발생하였으며, 이 중 화재로 인한 인적손실이 가장 크다.
또한, 지하공간에서 화재는 내부에 설치된 전선 및 통신선, 각종 배관의 단열재 등의 피복으로 인하여 화재 발생시 연소 확대의 위험성이 크고 유독성 가스가 대량으로 배출되는 특성을 가지고 있으며, 또한 공간적인 제약으로 인하여 소방요원의 진입이 거의 불가능하여 일단 발생한 화재의 진압에는 상당한 시간이 소요되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 불꽃감지기, 연기감지기, 열감지기로 구성된 각종 화재센서, 상기 센서로부터 특정지역의 상태를 감지하는 제어부, 특정지역의 상태를 모니터링하는 지역모니터링시스템(LMS), 상기 제어부가 설치된 모든 지역을 모니터링하고 제어하는 글로벌모니터링시스템(GMS)으로 구성되고, 상기 LMS와 GMS간의 통신은 인터넷 또는 CDMA/GSM통신을 송·수신하고, 근거리에서 LMS와 제어부와의 데이터 통신은 RS485 유선통신 또는 RF를 이용한 무선통신을 선택적으로 이용하는 인터넷과 무선통신을 이용한 방재시스템에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 수단(11) 및 입출력 수단(12)을 구비한 하나 이상의 시뮬레이션단말기(1), 분배수단(3)을 통해 연결된 하나 이상의 상기 시뮬레이션단말기(1)에 화재 현장의 가상 영상을 제공하고, 시뮬레이션단말기(1)들의 사용자들에 의해 입력된 정보를 저장 및 분석하는 제어기(2)를 포함하며, 상기 제어기(2)는 상기 시뮬레이션단말기(1)에 제공되는 화재 영상의 송수신을 제어하고, 각 시뮬레이션단말기에 지시사항을 전송하는 운용제어기(21), 훈련 시나리오 및 이러한 훈련 시나리오를 구성하는 영상 및 소리 정보가 저장되어 있으며, 훈련 결과에 대한 정보를 저장하는 서버(22), 상기 운용제어기의 제어에 따라 서버에 저장된 시나리오에 따라 영상을 시뮬레이션단말기로 전송하는 영상생성수단(23)을 포함하는 가상현실 기반의 다중 화재 시뮬레이션 시스템에 대해 개시되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 화재 현장의 다양한 정보를 이용할 수 없다는 문제가 있었다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, u-방재 City 모델, u-Safe Korea 등 안전 및 방재에 관한 다양한 가이드라인이 마련되고 있으나 관련 기술이 부족하고 기술 수준은 낮은 상황이다. 국내 화재 발생 원인을 분석하고 능동적 화재관리가 가능한 통합시스템은 없으며, 화재예방 시스템에 구축된 화재감시 센서는 아날로그 방식 및 단일센서로서 화재가 일정부분 진행이 되어야 감지할 수 있어, 화재 초기단계에 화재 감지가 어렵다는 문제가 있었다.
또 층 단위 또는 건물단위의 위치 파악만 가능함으로 인해 화재 발생시 화재 위치 파악에 어렵고 화재 감지능의 감도 조정이 용이하지 않고, 방범에 대한 기능이 없거나 별도의 방범 설비가 추가로 필요하며, SMS 전송이 불가능하고, 별도의 점검을 하지 않으면 기기 이상의 확인이 불가능하다는 문제도 있었다.
또한 통신선이 파손되면 데이터의 전송이 불가능하다는 문제도 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 개별 단위 시스템으로 구축되는 화재 감지 센서를 하나로 통합하고, 정확한 화재 감지로 대형 화재사고를 사전에 예방하고, 인명사고 및 재산손실 방지와 화재 발화 시점의 인지를 통한 초동 진화로 대형 손실을 방지할 수 있는 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화재 현장의 다양한 정보(영상, 온도, 가스, 연기 등)를 이용하여 화재를 조기에 감지하는 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템은 화재에서 발생하는 각종 특성신호를 이용하여 화재 여부를 판단 및 추론하고, 상기 판단추론의 사용조건에 대한 분석을 통하여 다중센서 기반의 화재감지 알고리즘을 설계하고, 화재징후 평가시뮬레이터를 설계 및 제작하여 화재사례에 대한 데이터를 정형화하고, 급속히 전개되는 화재(Fast fire)와 서서히 전개되는 훈소 화재(Smouldering fire)의 경우로 구분하여 알고리즘의 신뢰성을 검증하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템에 의하면, 개별 단위 시스템으로 구축되는 화재 감지 센서를 하나로 통합하고, 인명사고 및 재산손실 방지와 화재 발화 시점의 인지를 통한 초동 진화로 대형 손실을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템에 의하면, 시설운영 DB 구축 및 분석을 통해 화재 예방 운영 관리 효율화 및 최적 운영 매뉴얼 개발을 통한 서비스 효율화를 통한 화재 예방 운영관리 비용 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 종래의 유비쿼터스 통신을 이용하는 불꽃감지기의 블록도,
도 2는 서울시 방재통합 운영 시스템의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 개요도,
도 4는 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 USN 기반의 화재감지기의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 서울시 방재통합 운영 시스템의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 개요도,
도 4는 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 USN 기반의 화재감지기의 구조를 나타내는 도면.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 개요도이고, 도 4는 본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 USN 기반의 화재감지기의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 화재에서 발생하는 각종 특성신호를 이용하여 화재 여부를 판단 및 추론하고, 상기 판단추론의 사용조건에 대한 분석을 통하여 다중센서 기반의 화재감지 알고리즘을 설계하고, 화재징후 평가시뮬레이터를 설계 및 제작하여 화재사례에 대한 데이터를 정형화하고, 급속히 전개되는 화재(Fast fire)와 서서히 전개되는 훈소 화재(Smouldering fire)의 경우로 구분하여 알고리즘의 신뢰성을 검증하는 것을 포함한다.
구체적으로 본 발명에서는 USN 기반의 화재 감지 기능 확장이 가능한 모듈을 개발하였다.
이를 위해 이중 Non-IP USN과 이중 IP USN 기반 게이트웨이를 개발하였다.
즉, 다중 복합 센서의 정보를 수집 및 관제실로 정보 전송하는 통합 게이트웨이 기술, PLC 및 RF ZigBee기반의 이중 Non-IP USN을 위한 동기화 알고리즘, TCP/IP 및 WCDMA M2M 기반의 이중 IP USN을 위한 동기화 알고리즘, UM3 프로토콜 알고리즘 기반 게이트웨이, DC PLC Modem Interface, RF ZigBee Modem Interface, WCDMA M2M Modem Interface, Remote Update, 원격진단, 로그데이터 저장, 통신이상 감지 및 자동복귀 기능, 이벤트 정보 자동 전달(SMS/MMS/TCP/IP)의 기능을 마련하였다.
하기 표 1은 u-방재 관련 기반 기술을 나타낸다.
하기 표 2는 u-방재 관련 연계 기술을 나타낸다.
본 발명에서는 화재 특성 분석을 분석, 즉 화재 발생시의 연기 유동 메커니즘을 규명하고, 이에 적응할 수 있는 화재감지 및 소화시스템을 개발하여 화재에 의한 연기의 거동특성을 평가하고, 케이블 등 가연물을 조사하여 화재하중을 평가하였으며, 주변 환경특성 및 주요변수를 고려한 화재시나리오 및 3차원 수치해석 모델을 구성하였다.
따라서, 화재 발생 여부를 신속하고 효과적으로 감지하고, 단계별로 신뢰할 수 있는 화재정보의 생성을 위한 알고리즘을 설계하였다.
이를 위하여 우선 화재에서 발생하는 각종 특성신호를 이용하여 화재 여부를 판단, 추론하는 기법을 조사 및 분석하였으며, 이러한 기법의 사용조건에 대한 분석을 통하여 다중센서(Multi-sensor) 기반의 화재감지알고리즘을 설계하였다.
또한 화재징후평가시뮬레이터를 설계 및 제작하여 화재사례에 대한 데이터를 정형화하였으며, 급속히 전개되는 화재(Fast fire)와 서서히 전개되는 훈소 화재(Smouldering fire)의 경우로 구분하여 알고리즘의 신뢰성을 검증하였다.
이에 따른 화재안전설비 통합제어시스템에서는 화재 안전성을 확보하기 위해서는 화재요인을 사전에 제거하고, 시설 현장을 실시간으로 감시하고 각종 화재안전설비를 통합적으로 관리할 수 있다.
또 공간의 구역별 감시체계, 소화시스템의 제어, 화재경보 및 관련 정보의 전송, 개발 시스템의 사용자 인터페이스 등 화재안전설비를 통합적으로 관리하기 위한 시스템의 설계를 시행하였다.
한편, 본 발명에서는 화재 징후 평가를 위한 온도 감지 특성 분석하였다.
난연 및 비난연 케이블에 허용전류의 3배에 해당하는 과전류 인가에 따른 심선의 온도와 주위공간 온도의 위치별 결과, 전반적으로 심선의 온도는 300∼400℃까지 상승하는데 반하여 케이블 주위와 터널 공간 전반의 온도는 거의 변하지 않음을 관찰하였다. 다만 심선의 온도상승에 의하여 피복에 화염이 발생하였을 경우에는 케이블 주위의 온도가 상승하였다.
CV38 규격의 비난연 케이블에 555A의 과전류를 인가했을 때 위 공간의 온도를 계측한 결과, 시간에 따른 변화가 감지되지 않았다. 난연 케이블에 비난연 케이블과 동일한 실험조건을 부여한 결과, 케이블 심선의 표면온도는 점증하여 시간이 약 20분 경과한 후에는 약 250℃ 까지 온도가 상승하는 결과를 나타내었다. 또한 케이블에서 가까운 상부 지점의 온도는 5∼10℃ 정도 상승하는 결과를 보이나 천장 표면의 온도는 거의 변하지 않는 현상을 관찰하였다.
다음에 연기관측 초기의 유동양상을 평가하였다.
허용전류가 185A인 비난연 및 난연 케이블에 대한 과전류 인가에 따른 초기 연기발생 및 유동현상을 가시화하였다. 과전류를 허용전류의 3배인 555A를 적용하여 10초의 간격으로 비난연 케이블의 연기 유동현상을 촬영한 결과, 과전류 인가 후 약 3∼4초 전후에 케이블에서 연기가 시각적으로 관찰되었으며, 약 10초 이내에 천장 상부에 도달하는 것으로 관찰되었다. 그러나 이러한 조건에서 천장 상부에 설치된 연기감지기는 반응하지 않았으며, 과전류 인가 후 약 50초 이후에는 연기 발생량이 급격히 증가하는 현상이 나타났다.
난연케이블에 대한 실험결과 비난연 케이블의 결과와 거의 동일한 결과를 나타내었다. 단지 난연 케이블의 물리적 특성으로 인해 비난연 케이블에 비하여 연기의 생성시점이 다소 지연되는 결과를 보였다. 이러한 초기 연기발생 및 유동현상의 관찰을 통하여 제한공간에서 케이블 화재에 따라 수반되는 화재징후 중에서 연기가 가장 빠르게 상부로 이동하는 사실을 파악하였으며, 이러한 연기징후를 활용하여 화재를 조기에 감지하는 기술의 적용이 바람직할 것으로 판단되었다.
다음에 설치공간 화재 거동특성을 평가하였다.
설치공간에 대한 수치해석과 축소모형 화재실험을 통해 화원의 강도, 환기구의 위치 등에 따른 연기 유동특성을 파악하였다. 화재에 대한 대응방안으로 신뢰성을 확보할 수 있는 감지시스템과 신속한 화원의 위치 파악이 중요함을 알 수 있었다.
이에 따라 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 화재예방 관제 스마트폰 어플리케이션 S/W를 개발하였다.
다음에 본 발명에 따른 다중복합 화재센서 및 관제 시스템 신뢰성 평가를 실행하였다.
먼저, 다중 화재 감지기 데이터 융합기법 및 성능을 예측하고, Fault Tree 기법을 통한 신뢰성 평가를 하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 사내 통합 프로토콜인 UM3 미들웨어 개발 지원기술을 개발하였다.
즉, 주거, 비주거, 차량/철도, 위험물/가스제조소, 선박/항공기, 임야 및 기타 등에 화재 장소별로 적용하고, U-city 정보화 사업 구축시 방재 프로그램으로 활용하며, 화재진압시 화재진행경로 및 화재현장 이미지를 통한 화재정보 제공하였다.
상술한 바와 같이 본 발명은 현장이미지 전송이 가능한 다중센서 기반 화재 감지기를 마련하였다.
먼저, 화재 발생시 화재정보를 장시간 전송하도록 내화성이 강하도록 설계하였다. 또 화재로 인한 전원 케이블 손상시에도 안정적인 동작을 위해 비상전원(베터리)가 내장되고, RF ZigBee의 통신 음영지역 및 통신 장애 발생시 PLC(Power Line Communication)을 이용하여 장애감지 및 안정적인 정보 전달을 실행하였다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템을 사용하는 것에 의해 화재 발화 시점의 인지를 통한 초동 진화로 대형 손실을 방지할 수 있다.
Claims (1)
- 화재에서 발생하는 각종 특성신호를 이용하여 화재 여부를 판단 및 추론하고,
상기 판단추론 수단의 사용조건에 대한 분석을 통하여 다중센서 기반의 화재감지 알고리즘을 설계하고,
화재징후 평가시뮬레이터를 설계 및 제작하여 화재사례에 대한 데이터를 정형화하고, 급속히 전개되는 화재(Fast fire)와 서서히 전개되는 훈소 화재(Smouldering fire)의 경우로 구분하여 알고리즘의 신뢰성을 검증하는 것을 특징으로 하는 USN 기반의 실시간 화재관제 시스템.
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|---|---|---|---|---|
| KR20180055325A (ko) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 호서대학교 산학협력단 | 도시 화재 시뮬레이션 장치 |
| KR20210071413A (ko) | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 한국건설기술연구원 | 연기거동에 따른 피난훈련용 실화재 훈련장의 유해가스 분석 시스템 및 그 방법 |
| KR20210072299A (ko) | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 한국건설기술연구원 | 연기거동에 따른 피난훈련용 실화재 훈련장 시설물 및 그 연기확산 실험 방법 |
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2013
- 2013-11-27 KR KR1020130145121A patent/KR20150061251A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180055325A (ko) * | 2016-11-17 | 2018-05-25 | 호서대학교 산학협력단 | 도시 화재 시뮬레이션 장치 |
| KR20210071413A (ko) | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 한국건설기술연구원 | 연기거동에 따른 피난훈련용 실화재 훈련장의 유해가스 분석 시스템 및 그 방법 |
| KR20210072299A (ko) | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 한국건설기술연구원 | 연기거동에 따른 피난훈련용 실화재 훈련장 시설물 및 그 연기확산 실험 방법 |
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