[철도안전] 도시철도 재난안전 대피안내시스템 첫 선… 사물인터넷 활용한 시민안전 지킴이

부산도시철도 2호선 전동차 3개편성, IoT센서 무선망 활용…화재, 가스 감지 등 3D입체, 안내방송 및 방향유도 조명 장치

조영관 기자 | 입력 : 2017/06/07 [15:37]
▲  지하철 승강장에서 화살표 대피유도장치   © 국토매일


[국토매일-정리 조영관기자] 부산교통공사(사장 박종흠)는 사물인터넷(IoT) 기술을 적용한 재난안전시스템을 전국 최초로 도입해 더욱 안전한 도시철도를 구축했다. 부산도시철도 2호선 전동차 3개 편성 및 3개  역사에 IoT기반 재난안전 비상대피 시스템을 2016년 시험적용에 성공해 올해 말까지 전동차 5개 편성 및 5개 역사에 확산 검증 사업을 하기로 했다.

 

이번 사업은 미래창조과학부 정보통신산업진흥원 사물인터넷 지원사업으로 2016년 1차년도 적용이 성공적으로 평가돼 미래창조과학부 최우수 과제로 선정됨으로써 2차년도 사업을 추진 중이다.

 

박종흠 사장은 “저전력광대역통신망(LoRa)과 사물인터넷(IoT)이 접목된 최첨단 기술로 도시철도를 포함한 산업전반 전국 최초일 뿐 아니라 세계에서도 그 유래를 찾아볼 수 없다”고 밝혔다.

 

최근 가트너 기술예측 보고서에서도 강조된 Auto nomous Software Agent 및 Smart Robot 기술 기반의 ‘스마트 안전 에이전트’가 대피안내 분야에서 크게 기여할 전망이다. 특히 비상유도등이 화재위치를 인지해 항상 안전한 방향만을 표시하고 화재 확산 정보가 실시간으로 대피로 결정에 사용된다. 획일적 안내방송이 아닌 현장 위치별 맞춤형 안내방송이 가능한 IoT 융·복합 기술들이 스마트 안전 에이전트에 집약돼 있다.

 

▲ 최적의 경로로 안전한 경로로 대피해주는 시스템        © 국토매일

 

부산교통공사에서 구축한 시스템의 주요 기술적 요소로는 LoRa 기반 IoT 센서 네트워크, 센서정보 수신용 게이트웨이, 화재발생 및 확산구역 3D 시각화 모니터링, 안전 대피경로 생성 알고리즘 (SERA·Safe Evacuation Routing Algorithm), 대피안내기기별 동작명령 생성 및 LoRa 게이트웨이를 통한 전송 모듈 등으로 요약할 수 있다.

 

LoRa 통신은 대규모 저전력 장거리 무선통신기술로 초고속, 광대역 네트워크를 필요로 하는 기존의 스마트 기기 연결 환경과는 다르게 별도의 기지국이나 중계 장비 없이 저전력으로 소규모 데이터를 주고받을 수 있는 장점이 있다.

 

일반적으로 널리 이용되는 블루투스, Zigbee 등도 모듈 및 장비에 소요되는 비용이 낮은 저전력 무선통신 프로토콜이다. 하지만 단거리 기반의 서비스만 제공해 서비스의 범위를 확장할 경우 많은 비용이 발생한다. 이 기술의 단점들을 보완하고 FieldBus 기능을 추가한 WirelessHart 프로토콜도 통신 모듈 및 장비의 공급이 매우 제한적이며 고가로서 서비스의 유지보수에 추가비용이 매우 크게 발생한다는 단점을 갖고 있다.

 

▲   재난 시 대피할수 있는 시간을 현저히 낮춘 그래프  © 국토매일

 

반면 LoRa 통신은 거리가 길고, 전력소모가 적어 단말 배터리 수명이 수년간 유지되는 장점을 갖고 있다. 많은 AP(Access Point)가 필요 없어 인프라 구축비용을 낮출 수 있다.

 

부산도시철도에 적용한 시스템은 LoRa 기반 IoT 센서 네트워크를 부산도시철도 역사 승강장 및 대합실, 본선 터널 구간, 전동차에 설치하여 화재 등 재난 발생 시 온도변화와 연기, 가스감지 정보를 실시간으로 해당 위치정보와 함께 LoRa 무선망 게이트웨이 장비로 전송한다.

 

센서정보 수신용 게이트웨이는 917~923.5MHz 대역의 독자 IoT 무선망 구현장비로서, 평상 시 IoT 센서들의 상태정보를 확인하고, 비상 시 IoT 센서들이 전송하는 화재 감지정보 및 위치정보를 수신하여 중앙 관제 모니터링 서버로 전달하게 된다.

 

또한, 화재 등 재난확산구역을 3D 시각화 모니터링을 통해 평상 시 IoT 센서들의 상태 모니터링(통신·센서·배터리 상태) 정보를 3D 시각화 공간모델 상에서 안전 관리자가 직관적으로 파악할 수 있도록 표출하고, IoT 센서로부터 수신된 감지 정보를 기반으로 위험상황 알림을 수행한다.

 

▲  지하철에 센서를 부착 실시간 감시   © 국토매일

 

이 모든 것은 안전 대피경로 생성 알고리즘(SERA·Safe Evacuation Routing Algorithm)에 의해 수행된다. 도시철도 역사, 전동차 내부, 터널 내부 등 화재발생 위치 및 실시간 확산 정보를 반영한 고속 연산을 통해, 역사 내부에서 지상 출구까지의 안전대피경로, 전동차 차량 간 대피경로 및 차량 탈출경로, 터널 구간 내부에서 인근 역사까지 안전 대피경로를 결정한다. 이 알고리즘의 핵심은 Time Expanded Minimum-cost Maximum-flow Algorithm으로 주어진 Network system에서 발생할 수 있는 총 비용을 최소화하면서 흐름을 최대화시키는 알고리즘이다. 다시 말해 Evacuation Algorithm은 가능한 빠른 시간 내에 많은 사람들을 병목을 고려하여 안전한 장소로 대피시키는 것을 목적으로 한다.

 

또한, 대피안내기기별 동작명령 생성은 대피경로 안내 알고리즘인 SERA를 통해 결정된 대피경로에 기반해 승객들을 현장에서 안전하게 안내하기 위한 대피안내 기기별 동작명령(음성안내 메시지, LED 화살표, 빔 라이팅 조명)을 생성하고, LoRa 게이트웨이로 전송한다.

 

▲     © 국토매일

 

화재상황에서 단순 명료한 대피안내로 신속하게 승객들을 대피시키기 위한 신개념 IoT 디바이스인 스마트에이전트 대피안내기기를 지하철 역사 승강장과 대합실 주요 집객장소 및 이동 경로, 전동차 차량 내부 출입구, 터널 내부 벽면 등에 설치해 화재 대피 상황에서 LoRa 게이트웨이로부터 수신된 동작 명령에 따라 해당 위치의 승객들이 안전하게 대피할 수 있는 방향을 음성안내, LED 화살표방향지시, 고휘도 방향 조명 등으로 유도한다.

 

즉, 재난발생 시 일체형 센서를 통해 수집된 상황정보를 중앙관제실에서 3D 공간모델로 확인함으로써 대리 실행을 위한 실시간 안전한 대피경로가 최단시간에 자동으로 결정돼 그 결과를 실제 대피 현장에 설치된 스마트 안전 에이전트를 통해 전달함으로써 음성·화살표·조명 등을 통한 단순 명료한 대피안내가 가능하다.

 

▲  가장 빠른 대피경로를 모니터로 알려줌   © 국토매일

 

박종흠 사장은 “2차년도 확산검증 사업에서는 융합기술을 접목해 전동차 등에 적용 시 스마트안전에이전트가 평시에는 객실행선 안내 및 열차 노선 안내 등 기본역할에 충실하고 재난상황 발생 시 대피안내를 수행하는 좀 더 스마트한 시스템으로 업그레이드 확산을 한다”고 말했다.

 

지금 이 시간에도 대한민국 전역에서 크고 작은 재난재해로 인해 많은 피해가 발생하고 있다. 안전사고는 불청객과 같으며 안전관리가 철저한 산업현장에서 조차 피할 수 없는 것이 현실이다.

 

박종흠 사장은 “세월호 등에서와 같이 선박, 대형건물, 발전소 등 산업전반에서 본 시스템이 적용된다면 기존의 획일적이고 고정된 대피안내방식에서 탈피해 재난 발생위치, 대피인원 규모, 재난확산 방향에 대한 신속한 감지 및 인지가 가능하고 수집된 상황정보에 기반한 최적 대피경로 도출로 현장에서 신속하고 단순명료한 대피안내가 가능해 더 많은 재산과 인명을 재난으로부터 보호할 수 있을 것”이라고 강조했다. [자료제공 부산교통공사 연구소]

 

▲ 재난상황 감지후 대피경로 유도    © 국토매일

 

▲  빠른 대피를 위해 전광판 유도장치   © 국토매일
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