Integrated Command System for Firefight Satety in Special Disaster Area

ISSN: 1738-7167

DOI: http://dx.doi.org/10.7731/KIFSE.2015.29.6.098

특수재난현장 진압대원의 안전을 위한 통합 지휘시스템에 관한 연구

노태호

대전과학기술대학교 소방안전관리과

Integrated Command System for Firefight Satety in Special Disaster Area

Tae-Ho Roh

Dept. of Fire Safety Management, Daejeon Institute of Science and Technology (Received April 27, 2015; Revised October 12, 2015; Accepted October 15, 2015, 2012)

요 약

자연 재해 또는 대형 인적 재난 현장과 같은 특수재난현장의 지휘본부에서는 소방관의 안전과 효과적인 지휘 통제를 위한 통합 지휘시스템은 매우 중요하다. 통합지휘시스템은 특수재난현장의 온도, 습도, 이산화탄소 등의 환경 정보와 현 장 상황을 파악할 수 있는 영상 정보 및 소방관의 맥박, 공기통 잔량 등의 개인 신체 정보를 필요로 한다. 수집된 정보 들은 Analog to Digital Converter (ADC) 칩을 거쳐 디지털 신호로 변경되고 Micro Controller Unit (MCU)가 직렬 통신 방식인 Serial Peripheral Interface (SPI) 통신 방식으로 이용하여 송신 보드로 디지털 신호를 전송한다. 송신 보드 에 저장된 디지털 신호는 Radio Frequence (RF) 송신기를 이용하여 통합지휘시스템으로 전송된다. 자이로센서 및 관성 센서를 이용하여 건물 내부에 있는 진압대원의 위치를 확인한다. 수집된 정보는 소방관의 안전과 효과적인 지휘를 할 수 있는 통합 지휘 시스템을 위한 각종 정보로 활용된다. 본 연구는 무선 전송 기술, 실내 측위기술 및 통합지휘시스템에 전송 된 정보를 이용한 의사결정 지원 통합지휘시스템 대하여 이론적 및 실험적으로 연구한다.

ABSTRACT

An integrated command system is critical for the safety of firefighters and effective work in the headquarters of a spe- cial disaster areas such as natural disaster or large man-made hazard. The integrated command system requires environ- mental information such as temperature, humidity, and CO

levels, as well as personal physical information such as pulse and air respirator levels. An Analog to Digital Converter (ADC) chip converts sensed information into digital signals, and a Micro Controller Unit (MCU) transmits the digital signals to a transmission board using serial communication through a Serial Peripheral Interface (SPI). The digital signals are saved in a transmission board and transmitted to the integrated command system by a Radio Frequency (RF) unit. The location of fire-fighters in a building are determined using a gyro sensor and an inertial sensor. The collected information is applied to the integrated command system for firefighter safety and to ensure that they can effectively carry out their duties. Tthis study theoretically and experimentally investigated the technologies of RF transmission, indoor position, and an integrated command system that supports decision making using the transmitted information.

Keywords : Wireless transmission communication, Location based system, Decision support system, Sensing informa- tion, Disaster area, Global Positioning System (GPS)

1. 서 론

최근 첨단 무선통신기술의 발전과 그에 따른 투자의 증 가로 관련 기술은 사회, 경제적으로 많은 영향을 미치고 있으며, 경제 발전과 더불어 도시화, 산업화 등으로 인하 여 도시 인구의 증가와 도시 구조 및 시설의 복잡화, 심 · 고층화 및 장대터널 등 초고층 건물과 지하 공간 활용의

증가에 따른 취약한 구조를 가지고 있으며 특히 원자력 발 전소의 증가에 따른 대형의 인적재난 사고 현장과 지구 온 난화 등으로 인한 기후의 이상으로 태풍, 해일 및 지진 등 의 대형 자연재해 현장이 계속 증가하고 있는 추세이다.

또한 우리나라는 1990년대 이후 지진발생 횟수가 지속적 으로 증가하고 있고, 해외 지진 피해사례의 경우 인명 및 재산피해의 대부분이 대규모 화재로 인한 것으로 분석되

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어 위험성이 점차 증가하고 있다고 할 수 있다. 최근 2008 년 중국의 쓰촨성(四川省) 지진, 2010년 아이티 지진 등 수년간 세계적으로 대규모 지진이 빈번히 발생하여 큰 인 명 및 재산피해가 발생하고 있어 우리나라에서도 지진의 위험성에 관한 관심이 증가하고 있으며 특히 2011년 3월 에 발생한 후쿠시마 원자력 발전소 사고는 태평양 지진으 로 인한 해일에 의한 대형 자연 재해 사고이며 2012년 9 월 구미에서 발생한 불산 누출 사고 등 이런 특수재난 현 장에서는 진압대원과 지휘부간의 의사소통, 현장 영상 정 보 및 진압 대원의 신체 정보 등의 원활한 통신 위한 재난 현장의 통합지휘시스템 개발이 절실히 요구되고 있다. 그 러므로 본 연구는 진압 소방대원의 안전을 위한 특수 재난 통합지휘시스템을 위한 요소 기술을 조사 및 분석하여 특 수 재난 현장에서 활용할 수 있는 통합지휘시스템을 위한 무선 전송 기술, 실내 측위기술 및 통합무선지휘시스템 등 에 대하여 연구한다.

2. 특수 재난 정의 및 선행 기술 이론적 고찰

본 연구는 정보 전송, 실내 측위 및 통합지휘시스템 관 련 기술 및 현황을 기존 문헌을 통하여 고찰하고 이를 바 탕으로 재난 현장에서 사용할 수 있는 재난현장 통합지휘 시스템을 제안하며 향후 연구과제에 대하여 제시한다.

2.1 특수 재난

우리나라는 재난과 재해의 구분이 없이 혼용하지만 일 반적으로 재난은 화재, 건물 붕괴 및 통신 장애, 전염병 확 산 등 인위적인 사고에 의한 피해를 의미하며 재해는 태풍, 지진 등 자연적 사고에 의한 피해를 의미한다. “재난 및 안전 관리 기본 법”은 재난을 재해보다 포괄적인 개념으 로 사용하며, 재난 유형을 자연재해, 인적 재난 및 사회적 재난으로 구분하고 있다. 특수 재난 현장에서는 종래의 기 술과 장비로는 대응력의 한계가 있어 대비책에 대한 연구 가 시급한 사항이다. 이런 특수 재난은 다음과 같이 정의 할 수 있다.

- 규모, 유형의 특수성(특이성), 대응 방법의 특수성으로 인해 종래의 일반적 대응력으로는 그 진압 · 관리가 불가

능하거나 어려운 재난으로 특별한 장비, 인력, 시스템 등 을 구성할 필요가 있는 경우.

- 규모의 특수성으로는 『재난 및 안전관리 기본법』 제 36조의 “재난사태선포”⁽¹⁾에 해당하는 정도의 극심한 인명 또는 재산의 피해가 발생하거나 발생할 것으로 예상되는 정도를 말하고, 미국은 “Major” 또는 “Significant”, 일본 은 “대규모”라고 표현.

- 유형의 특수성은 제한하여 정의하는 것이 불가능하나,

『긴급구조대응활동 및 현장지휘에 관한 규칙』⁽²⁾ 제35조 에 유형별 긴급구조대응계획 수립대상을 홍수, 태풍, 폭설, 지진, 시설물 등의 붕괴, 가스 등의 붕괴, 다중이용시설의 대형화재, 유해화학물질(방사능 포함)의 누출 및 확산 8개 로 정하고 있으므로 이것을 기본유형으로 볼 수 있다고 기 술하고 있다⁽³⁾. 기술적 측면으로는 재난현장에서 긴급구조 지휘 본부⁽⁴⁾와 투입되는 진압대원의 재난현장에서 수집되 는 각종 데이터(재난 영상 정보 및 재난 환경 요소)를 파 악하고 있지만 긴박하고 복잡한 재난 상황에서 즉시로 판 단하기 어려운 상황 발생하므로 전문가 수준에서 구축된 데이터베이스를 활용하여 현장의 영상 모니터링하며 개인 안전을 위협하는 요소가 발생 시 즉각적인 알람 표출을 통 한 의사결정을 손쉽게 할 수 있는 시스템 구축이 절실히 요구된다.

- 특수재난을 도로 · 지하철 · 철도 · 항공기 · 해양선박 등 관련 대형 교통사고, 유해화학물질 등 관련 환경오염사 고, 감염병 재난, 가축 질병, 원자력안전 사고, 다중 밀집 시설 및 산업단지 등에서의 대형사고, 전력 · 가스 등 에너 지 관련사고, 정보통신 사고(「정보통신기반 보호법」 제2 조제3호 및 「정보통신망 이용촉진 및 정보보호 등에 관한 법률」 제2조 제1항 제7호에 따른 침해사고와 중앙행정기 관 · 지방자치단체 및 공공기관의 정보통신망에 대한 사이 버공격은 제외한다)로 정의하고 있다⁽¹⁷⁾.

2.2 센싱 정보 전송 기술

온도, 습도, 이산화탄소 및 일산화탄소 등 재난현장의 주변 환경정보와 맥박, 공기통의 공기 잔량 등의 개인 안 전 정보 등 센서로 부터 출력되는 정보 및 재난 현장의 영 상 정보 등 카메라로 부터 다른 장치들에서 전송하는 기술

Figure 1. Serial peripheral interface (SPI).

에 대하여 분석한다. 통신 방법은 아래 Figure 1처럼 Serial Peripheral Interface (SPI) 통신에 사용되며 하나의 전송선로에서 데이터가 동시에 양쪽방향으로 전송하는 전 이중(Full Duplex) 방식 과 데이터가 양쪽 방향으로 전송 될 수는 있지만 동시에 전송할 수는 없는 것으로, Inter Integrated Circuit (I²C) 통신에 사용되는 반이중(Half duplex) 방식이 있으며 병렬 및 직렬 방식으로 데이터를 전송하는 컴퓨터 하드웨어의 일종으로 출력 신호는 Time To Live (TTL) 신호레벨을 갖기 때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있으며, TTL 신호를 입력 받아 노이즈 에 강하고 멀리 갈 수 있게 해주는 RS232, RS422, RS485 등에 활용되는 Universal Asynchronous Receiver and Transmitter (UART) 비동기식직렬통신이 있다.

2.3 무선 전송 기술

전파에 의한 통신을 이론적으로 예측한 맥스웰(J. C.

Maxwell)의 이론은 전자파(Electromagnetic wave)가 광속 으로 공간 중을 전파하는 것을 예언하였으며 전계와 자계 를 매질중의 전력선과 자력선의 역학적 모델 나타낼 수 있 게 전계의 변화가 공간 중에 변위전류를 만들고, 그 변위 전류가 이어서 자계를 생성한 결과, 전자파가 공간 중에 빛의 속도로 전하는 것을 아래와 같은 수식으로 나타내었 다. 즉, 전기장의 변화가 자기장을 만들고, 자기장의 변화 가 전기장을 만들며 서로 원인과 결과가 되어 전기장과 자 기장이 공간으로 퍼져나가는 것을 전자기파라 하며 헤르 츠(H. R. Hertz)에 의해 1888년 인공적인 전자기파가 만들 어져 오늘날의 무선 통신을 사용하게 되었다.

(1)

아래 표는 특수재난현장의 영상 정보를 전송할 수 있는 주 파수 대역 및 명칭이다. 본 연구에서는 UHF 대역 중(300~

700 MHz) 사이의 주파수 대역을 사용한다.

무선 통신은 전자파를 이용하여 정보를 목적지까지 신 속, 정확하게 전달하는 통신 수단을 의미하는데 무선 통신 시스템은 이와 같은 정보를 전달하는 모든 전기적인 설비

를 말하며 다음과 같은 4가지의 기본적인 요소로 구성된다.

○ 송신기: 정보원으로부터의 정보를 전기적인 신호 형 태로의 변환과 원거리 전송을 위한 신호 처 리 및 변환 후 송신하는 전기적 설비.

○ 수신기: 원거리에서 전송되어온 전기적 신호를 수신 한 후 처리하여 인간이 이해할 수 있는 형 태로 정보를 가공, 처리하는 전기적 설비.

○ 급전선: 송신기로부터 출력되는 전기 신호를 공간에 방사하기 위해 공중선에 공급하거나 또는 공중선으로 수신된 미약한 전자파 신호를 수신기에 인가하는 선로.

○ 공중선: 안테나라고도 하며 급전선을 통하여 공급되 는 전기 신호를 전자파의 진동으로 변환하 여 공간에 방사 또는 공간에서 수신되는 많 은 전자파 신호 중에서 희망하는 신호만을 선택한 후 전기 신호로 변환하여 수신기에 인가하는 설비.

특수 재난 현장의 영상 정보를 전달하기 위해 현재 개발 되어 사용 중인 대부분의 무선카메라들은 수 Ghz 대역의 무선주파수를 사용하고 있는 있어서 실내에서 실외로 무 선영상을 전송한다던지, 지하에서 지상으로 무선영상을 전 송하고자 할 경우 무선의 특성상 송수신에 한계가 있으므 로 재난정보전송은 UHF 대역의 송수신시스템이 재난현장 의 무선음영지역을 획기적으로 줄일 수 있고, 재난현장의 영상정보를 효과적으로 현장지휘본부에 실시간 무선송신 이 가능하다. 재난현장본부에서는 이러한 영상정보를 바탕 으로 효율적인 재난구호 및 현장조치가 가능하여 재난구 호요원과 요구조자 인명구조를 보다 효과적으로 수행 할 수 있을 것이다. Industrial Scientific and Medical (ISM) 밴드 중에서 대표적으로 400 MHz, 900 MHzm 2.4 GHz, 5.4 HGz 대역으로 나누어 사용하고 있으며, 각 주파수별 특징을 보면, 주파수가 높아질수록 감쇠가 증가하며, 주파 수의 직진성이 강하고, 회절성, 침투성이 떨어지는 단점이 있다. 주파수가 높아질수록 데이터를 멀리 보낼 수 없으며, 장애물을 만나면 데이터가 장애물을 넘어가는 것이 아니 라 다시 튕겨 나오는 현상이 있다. 주파수가 높을수록 데 이터의 전송 거리는 짧아진다.

2.4 실내 측위 기술

실내 측위 기술에 관한 연구는 무선랜 기술(IEEE 802.11b)을 이용한 위치기반 서비스(LBS)⁽¹²⁾, 실내 환경에 서 Finger Print 기법을 활용한 효율적인 위치 추적을 위한 알고리즘 연구⁽¹³⁾및 실내의 연속 측위 기술 동향⁽¹⁴⁾등 많 은 연구가 선행되었다. 실외에서는 Global Position System (GPS) 위성으로부터 위치정보를 받아 사용하지만 특수재 난현장은 건물 내부, 지하 또는 지하가 등의 건물 내부에 서는 GPS를 사용할 수 없으므로 진압대원의 정확한 위치 를 파악하기 위해서는 기존의 실내 위치추적 방법으로는

∇²E = ε₀μ₀∂²E

∂t² ---

Table 1. Characters of Frequency

Band Symbol (Name) Frequency Range VLF (Very Low Frequency) 3~30 KHz LF (Low Frequency) 30~300 KHz MF (Medium Frequency) 300~3000 KHz HF (High Frequency) 3~30 MHz VHF (Very High Frequency) 30~300 MHz UHF (Ultra High Frequency) 300~3000 MHz SHF (Super High Frequency) 3~30 GHz EHF (Extra High Frequency) 30~ 300 GHz

부적합하다. 이런 실내 측위 방식 아래 표처럼 세 가지로 구분할 수 있다. 기지국을 중심으로 하는 방식은 전파의 세기를 기반으로 위치를 추적하는 방식인데 그 오차범위는 수십 미터에 이른다. ZigBee 방식도 마찬가지로 Received Signal Strength Indication (RSSI) 값을 기반으로 위치를 추적하는 방식으로 기지국 방식과 마찬가지로 오차가 심 하며 실내 벽이 존재하는 상황에서는 특히 전파도달 거리 가 제약된다. 그 외 UWB , WiFi 방식들이 연구되고 있으 나 정확도나 실효성에 있어서는 실제로 재난현장에 사용 하기에는 적합하지 않다. 따라서 대원 위치 파악에 적합한 측위 기술이 필요하다.

Real-Time Locating System (RTLS)⁽¹⁰⁾ 시스템에서도 GPS 및 Location-Based Service (LBS)에서와 마찬가지로 삼각법(Triangulation), Presence 기능으로 알려져 있는 인 접법, 그리고 공간을 작은 셀로 나누어 개체가 존재하는 셀의 위치를 확인함으로써 현재 위치를 추정하는 셀 방식 을 사용한다. 이 중에서 삼각법에 의한 위치 추적이 가장 보편적인 위치 추정 방법이며 삼각법에 의한 위치 추정은 RSSI나 Time Difference of Arrival (TDoA) 기술을 바탕 으로 이루어진다. 실내 측위에 사용되는 기술은 Angle of Arrival (AoA), Time of Arrival (ToA), TDoA 방식 등이 있고 실외환경인 경우는 셀 아이디(Cell-ID) 방식을 활용 한다⁽⁶⁾.

2.5 의사결정지원시스템(Decision Support System) 컴퓨터를 사용하여 정형화되지 않는 반구조적인 문제로 서 문제의 일부 측면은 계량화할 수 있으나 일부는 주관적 으로 다룰 수밖에 없는 문제에 관해 의사 결정자가 효과적 인 의사 결정을 할 수 있도록 지원하는 것으로 개념은 1971년 Morton.M.S에 의해 정의되었다.

3. 연구 범위

특수 재난 현장 긴급대응 기술은 아래와 같이 5가지로 분류하고 있다⁽⁵⁾.

- 특수재난 진압 기술

- 특수재난 진압방안(기법) 기술 - 특수재난 진압 지휘 통제 기술 - 특수재난 현장요원 안전 확보 기술 - 특수 재난 인명 구조/구급 기술.

특수 재난현장의 효율적 대응을 위한 진압 지휘 통제 기

술과 현장 요원의 안전 확보 기술을 접목한 통합지휘시스 템 개발에 관한 연구를 위한 연구방법은 우선 아래와 같은 요소 기술을 분석한다.

- 재난 · 정보(환경, 개인안전, 현장영상) 무선 전송 및 표출 기술

- 건물 내 및 지하 공간 등에서 현장대원의 위치추적 기술 - 의사결정지원시스템 기술

3.1 재난정보 전송 기술

- 국가 재난 안전망이 Long Term Evolution (LTE) 방식 으로 700 MHz으로 선정되었지만, Access Point (AP) 등 중계기가 없으면 주파수의 특성 때문에 건물내부, 무너진 건물더미, 지하시설 등과 같은 장소에서 외부로 무선영상 을 전송할 수 없는 한계를 가지고 있으므로 200~700 MHz 대역의 주파수 전송 기술을 연구 분석한다.

- 수신된 영상정보를 모니터에 표출, 저장 및 처리하는 기술을 연구 분석한다.

3.2 측위기술

- 소방대원의 위치추적을 통해 이동경로 확인 및 비상 상황 발생 시 실시간 대응이 가능한 시스템 연구 분석.

- 높은 위치측정 정확도 및 구성 장비의 경량화 · 소형 화 및 저 전력화에 필요한 기술을 연구한다.

3.3 의사결정지원시스템 기술

- 이산화탄소 등 유해 가스 관련 현장 환경 정보 및 소 방관의 위치인식뿐만 아니라 공기통 잔량, 맥박 등과 같은 신체 정보를 제공받고 현장 상황실에서 소방대원들의 상 태를 모니터링 함으로써 소방대원을 위험한 상황을 판단 할 수 있도록 지원하는 의사결정시스템을 연구 분석한다.

4. 제안 시스템

4.1 시스템 개요

제안 시스템은 특수재난현장에서 수집된 영상, 환경 정 보, 개인안전 정보를 효율적으로 관리하고, 수집 정보를 이용한 적절한 경고발생과 현장 지휘를 지원하는 의사결 정 프로그램을 지원하는 통합무선지휘시스템을 제안한다.

4.2 시스템 구성도

Figure 2는 통합 지휘시스템의 구성에 관한 개념도이다.

상위 부분은 현장에서 발생되는 환경정보, 개인안전정보, 현장 영상 정보, 실내 측위 정보 및 다자간 통화를 나타이 며 이들 정보는 무선 통신을 통하여 지휘부에 있는 통합 지휘시스템으로 전달되어 의사 결정 지원 소프트웨어에 활용되고 현장 영상을 표현한다. 또한 경찰, 한국전력 등 유관 기관과 원활한 통신을 위한 이기종 통신을 지원한다.

특히 Digital Multimedia Broadcasting (DMB) 방송 및 소 Table 2. Characters of LBS

Method Tolerance Remarks Base station > 100 m Base station ID ZigBee 10~30 m RSSI, AP ID WiFi 10~30 m RSSI

방의 Satellite News Gathering (SNG) 차량과 연동이 가능 할 수 있도록 확장할 수 있다.

4.3 시스템 구현

4.3.1 재난정보 및 영상 전송 기술

개인 및 환경의 센서 정보 전송에 활용한 SPI 통신 방식 은 4개의 통신 신호(/SS, SCK, MISO, MOSI)를 사용하여 클록에 동기를 맞추어 보다 고속으로 데이터 통신을 하며 주로 Micro Controller Unit (MCU)와 주변 장치 간에 통 신을 하며, MCU 끼리도 통신이 가능하고 마스터 모드와 슬레이브 모드로 설정 사용이 가능하며 마스터 장치는 클 록을 발생하여 송신 동작을 진행하고 2개의 데이터 신호 가 있으므로, 송신과 동시에 수신도 가능하며, 송수신 인

터럽트로 사용한다.

Figure 3은 각종 센서에서 아날로그로 출력되는 센서 값 들이 Analog to Digital Converter (ADC) 칩과 MCU를 거처 송수신 보드로 전송되는 과정으로 각각의 센서에서 나오는 아날로그 출력이 ADC 보드로 연결되고, ADC 칩 내에서 취합된 센서들의 정보가 MCU 보드에 SPI 통신을 이용하여 전달되며 MCU 보드 내에서 취합 된 센서 데이 터를 RS232를 이용하여 센서 데이터 송수신 보드로 전송 되며 센서 데이터 송수 신보드에서 무선으로 센서 데이터 송신한다. Figure 4는 SPI 통신의 구선도 및 클록 타이밍 을 나타낸다.

아래 Figure 5는 Wireless Local Are Network (WLAN) 신 호를 받아 구성된 모듈을 기반으로 Ultra High Frequency Figure 2. Schematic diagram of system.

Figure 3. Configuration of sensor interface board.

(UHF) 대역의 신호로 송신과 수신을 진행하며 이렇게 구 성된 신호를 기반으로 다시 WLAN 신호로 통신을 위한 구성도이다.

4.3.2 실내 측위 기술: 관성 센서를 이용한 측위 기술 실내 또는 지하 공간에서는 GPS 위성 신호가 도달하지 못하므로, 실내에서의 측위를 위해서는 GPS 방식이 아닌

별도의 장치를 설치하여야 한다. 일반적으로 사용되는 AP 기반의 실내측위 방식이 재난현장에서는 현실적으로 적합 하지 않음으로, 고정된 AP 기반이 아닌 센서 기반의 측위 방식을 구현한다. 센서는 거리측정에 사용되는 가속도 센 서, 좌우 움직임 등을 측정하는 자이로 센서 등 관성센서 를 이용한다.

Figure 6은 관성센서 기반의 실내측위 방법을 나타낸 그 Figure 4. Configuration of SPI and clock timing.

Figure 5. Configuration of image RF module.

림이다. 실내측위를 위한 구성 요소는, GPS 수신기가 설치 된 지휘통제 차량과 단말기 안에 구현된 관성센서 및 거리 측정용 Beacon 장치로 이루어진다. 먼저, 지휘통제차량에 GPS 수신기를 설치하여 측위의 기준 좌표로 정한다.소방대 원이 건물 내로 진입하는 직전까지는 GPS 지원으로 측위 가 이루어지고 건물 내로 진입 시에는 직전 위치를 기준으 로 관성센서 기반 측위가 이루어진다. 대원 단말간 거리를 Beacon을 이용하여 측정하여 각각의 단말기에 구현된 관성 센서로 거리이동 정보와 방향전환 등의 정보를 바탕으로 실내에서 진압하는 대원의 위치를 계산하여 얻는다.

4.3.3 의사결정지원시스템

무선통신을 통해 수집되는 대원들의 실내측위 데이터와

재난현장의 환경 및 개인 안전용 데이터를 종합적이고 신 속하게 판단 분석하여 재난 현장에서 신속하게 통합지휘 를 할 수 있는 의사결정 시스템을 아래와 같이 구현 한다.

- 임계값 및 제한 사항을 설정하여 현장 정보를 토대로 알람을 발생

- 발생된 알람을 통해 신속한 현장 지휘 정보 제공 - 진압대원간의 일정 거리 이탈한 고립대원에 대한 알람

표시 및 지원 요청

- 재난현장의 환경 정보에 의한 위험여부 판단하여 알람 표시 및 통보

- 진압대원의 개인의 안전 정보에 의한 개인 상태 알람 표시 및 통보

- 재난현장에서 발생하는 영상정보를 필요시 선택하여 Figure 6. Configuration of indoor position by using inertial sensor.

Figure 7. Flow chart of DSS for an integrated command system.

실시간 표출하여 효율적인 현장 지휘 지원

아래 Figure 7은 상기 내용의 Flow chart로 나타낸 것 이다.

4.4 현장 시연

특수 재난 현장의 환경, 개인 안전 및 영상 정보를 전달 하는 통합지휘시스템의 시연을 대전 남부소방서의 대전시 민체험관에서 실시하였다. 본 건물은 지상4층/지하1층 건 물로, 지하1층의 농연시험장은 철망으로 미로를 만들로 연 무를 분무하는 설비를 갖추고 있어서, 일반시민들을 대상 으로 하는 화재안전체험교육 및 각종재난에 대한 예방 및 대처능력 향상을 교육시키고 대전 지역 소방공무원의 화 재 진압 훈련에도 사용되고 있는 교육장이다.

4.4.1 현장구성 및 이동 경로

무선영상수신부(기지국)을 지상 1층에 설치하고 무선영 상송신부(단말기)를 위치 1~3을 이동하며 무선영상신호의 분석을 실시하였다. 아래 Figure 8은 시연 장소를 도식화 한 것이다.

4.4.2 무선영상송수신장치 주파수

무선영상송수신장치는 총 4대를 구성하여 테스트하였으 며 주파수는 아래 표와 같다.

4.4.3 시험 항목 및 방안 (1) 시험 항목

- 기지국과 단말기 간 1:1 LINK를 통하여 개별적 무선 통신 상태를 측정

- 단말기와 기지국의 송신출력을 MAX로 하여 측정(고 출력)

- 단말기와 기지국의 송신 Intermodulation Distortion

(IMD)를 개선하여 측정(저출력)

- 한 개의 채널(CH3/440MHz)을 이용하여 안테나에 따 른 무선통신 상태를 측정

(2) 시험 방안

- 무선영상송수신기 각각에 송신출력을 Spectrum Analyzer 로 측정한다.

- 무선영상수신기 수신입력 신호의 세기 및 불요파를 측 정하기 위해 무선영상수신기 RF Module의 전원을 off하 고 Coupler를 이용하여 Spectrum Analyzer로 수신신호를 측정한다. 무선영상수신기의 RF Module의 전원을 끄지 않으면 무선영상수신기의 송신출력세기가 수신입력 신호 의 세기보다 월등히 크기 때문에 Spectrum Analyzer에서 수신입력 신호를 측정할 수 없으므로 무선영상 수신기의 전원을 끄고 측정한다.

- 모니터를 통하여 위치1~3에서 영상 상태 및 영상 전 송속도 영상 Frame를 확인한다.

- 저출력 측정 후 무선영상송신기와 무선영상수신기의 송신출력을 고출력으로 변경 후 위 시험을 반복 시험한다.

- 위 시험을 위치 3곳에서 동일하게 진행한다.

(3) 측정 항목 - 송신출력 Power - 수신입력 Power - 수신 IMD (Spurious)

Figure 8. Map of test area.

Table 3. Test Bandwidth

Channel Frequency (MHz)

1 220

2 340

3 440

4 540

- 영상 Frame - 영상 전송속도 4.4.4 결과

현재까지 실내 공간의 벽체, 문 또는 가구 및 강우 등 방 애물에 대한 전파의 감쇄에 관한 실험실(LAB TEST) 수 준의 많은 연구^(15,16)가 진행되었지만 본 연구는 실제 건물 내부에서 시연을 실시하여 특수재난현장에서 발생할 수 있는 전파 음영 등에 대한 상대적인 데이터를 아래와 같이 제출한다.

단말기와 기지국의 송신출력을 조절하여 고출력과 저출 력으로 비교 시험한 결과 두 그룹에 성능은 거의 유사하였 으며. 또한 주파수에 따른 성능평가는 본 시험을 통해서 판단하기 어려움이 있었으므로 추후 성능 점검 및 성능이 유사한 조건인 여러 환경에서 시험이 필요할 것으로 판단 된다.

5. 결 론

본 연구에서는 재난현장용 통합지휘시스템의 기본적인 요소 기술들에 관하여 연구 분석하였으며 이를 토대로 특

수재난현장용 통합 지휘시스템을 제안한다. 또한 건물 내 부의 시연을 통한 무선 전파의 감쇄 특성에 대한 상대적인 데이터를 제시하였다. 본 연구에서 측정된 데이터는 절대 적인 데이터가 아니고 무선 전송 환경 및 안테나 특성 등 의 환경에 따라 변경될 수 있는 상대적인 데이터이지만 본 연구의 결과를 활용하여 건물 지하 층 및 지하구 등의 무 선기기 설치나 활용에 유용한 참고 자료로 사용할 수 있을 것으로 생각되며 통합지휘 시스템에 전송되는 재난 현장 의 환경, 소방대원의 개인 안전 정보, 측위 정보 및 영상 정보 등을 활용하여 아래와 같은 효과를 기대할 수 있지만, 건물 내에서 무선통신 음영 지역에서 원활한 통신을 위한 중계기 설치 및 이에 대한 법적 제도적 근거 제시 등에 더 많은 연구가 필요할 것이다.

1) 소방대원의 안전성 향상재난현장에서 진압대원의 개 인 안전정보(맥박, 체온 등)와 위치정보를 통해 고립 및 개 인 안전에 문제가 발생할 경우 의사결정 프로그램에 의해 알람을 표출하여 상황을 예측하여 지시할 수 있으며, 지휘 본부에서 대원의 상태를 항상 모니터링하고 있다는 안도 감과 위험에 노출되는 것을 미연에 방지됨으로 인해 심리 적 안정감을 가질 수 있어서 대원들은 본부를 더욱 신뢰하 며 진압에 더욱 전념할 수 있을 것으로 판단된다.

Table 4. Result of High Output

Location Applicable CH1 CH2 CH3 CH4

#1 (Start)

Bandwidth (MHz) 220 340 440 540

Output of Terminal (Tx) 27.6 27.4 26.9 27.1 Output of Base station (Tx) 26.8 29.2 19.5 27

Antenna (Tx) W W W W

Receive Sensitivity (dBc) −17.2 −14 −26

Antenna (Rx) GP GP GP

Disconnected

Image frame (fps) 4 4 4

#2 (Entrance)

Image speed (bps) 140~200 100~130 140~250 Output of Terminal (Tx) -

Disconnected

- Output of Base station (Tx) - -

Antenna (Tx) W W

Receive Sensitivity (dBc) −2.4 −4

Antenna (Rx) GP GP

Image frame (fps) 4 4

#3 (Middle)

Image speed (bps) 120~140 130~200

Output of Terminal (Tx) - -

Output of Base station (Tx) - - Antenna (Tx)

Disconnected

W

Receive Sensitivity (dBc) −2.3

Antenna (Rx) GP

Image frame (fps) 4

Image speed (bps) 100-120

5. H. S. Cho, “Planning Research on Disaster Site Emer- gency Response Technology Development”, p. 59 (2013).

6. T. H. Roh, “Development of Efficient Fire Control Sys- tem and Location Base System for Fire Fighters by using LBS Technologies”, Heycheon College, No. 35 (2010).

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11. R. Yamasaki, A. Ogino, T. Tamaki, T. Uta, N. Matsu- zawa and T. Kato, “TDOA Location System for IEEE Table 5. Result of Low Output

Location Applicable CH1 CH2 CH3 CH4

#1 (Start)

Bandwidth (MHz) 220 340 440 540

Output of Terminal (Tx) 27.1 21.7 22.6 23.7 Output of Base station (Tx) 23 20 25.1 24.7

Antenna (Tx) W W W W

Receive Sensitivity (dBc) −22 −16 −26 −38

Antenna (Rx) GP GP GP GP

Image frame (fps) 4 4 4 4

#2 (Entrance)

Image speed (bps) 130~180 130~200 120~180 150~250 Output of Terminal (Tx) -

Disconnected

-

Disconnected Output of Base station (Tx) - -

Antenna (Tx) W W

Receive Sensitivity (dBc) −3 −2.3

Antenna (Rx) GP GP

Image frame (fps) 4 4

#3 (Middle)

Image speed (bps) 100~130 120~150

Output of Terminal (Tx) - -

Output of Base station (Tx) - - Antenna (Tx)

Disconnected

W

Receive Sensitivity (dBc) −3.7

Antenna (Rx) GP

Image frame (fps) 4

Image speed (bps) 90~140

2) 즉각적인 상황 대응재난현장의 정보(재난환경, 개인 안전, 위치정보)를 실시간 상황 정보 파악을 통해 설정 임 계치 이상의 위험요소가 발생 시 의사결정 프로그램에 의 해 알람을 발생하여 지휘본부에서 신속하게 구조 및 지시 함으로 현장 대응 능력이 향상될 것이다.

후 기

본 연구는 2014년도 국민안전처 소방안전 및 119 구조 구급기술개발사업 사업으로 수행되었음.

References

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