KR102124097B1 - 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법 - Google Patents

실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자 스마트폰 각각을 통해 피난로를 실시간 안내할 수 있고, 또한, 실시간 재실자 위치에 따라 대피시간을 결정하고, 실시간 폐쇄 피난로에 따른 최적 피난로를 결정하여 피난로를 안내할 수 있으며, 또한, 다양한 사물인터넷 센서를 적용하여 실시간으로 연기와 화염의 분포를 감지 및 예측하고 최적 피난로를 재실자에게 안내할 수 있는, 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 시스템 및 그 방법이 제공된다.

Description

실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법 {SMART EVACUATION ROUTE GUIDANCE SYSTEM BASED ON REAL-TIME SMOKE AND FIRE DETECTION, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 스마트 피난로 안내 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로(피난경로)를 실시간 예측하여 재실자 스마트폰 각각을 통해 피난로를 실시간 안내하는, 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 초고층건물과 주상복합시설 등이 증가하면서 건물 내부에서 외부로 대피하는 피난로가 복잡해지고 있으며, 피난시간도 증가하는 추세에 있다. 이에 대응하여 화재 발생시 재실자에게 피난로를 신속하고 정확하게 안내함으로써 인명피해를 대폭 줄일 수 있고, 또한 소방관의 구조 활동에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 초고층건물에 피난로 안내장치가 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 초고층건물과 주상복합시설(10)의 경우, 현재 화재 발생시 건물 내부에서 외부로 나가는 대피경로 안내를 위해 피난로 안내장치(20)가 설치되는데, 이러한 피난로 안내장치(20)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 피난구와 통로의 유도등(21) 및 유도 표지(22) 및 피난 유도선(23) 등을 통해 이루어지고 있다. 하지만, 이러한 피난로 안내장치(20)는 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들면, NFSC 303은 화재 재난시 건물 내부에서 외부로 대피하는 경로를 안내하기 위한 것으로, 연기와 화염 등에 의하여 피난경가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하고 있는 한계가 있다. 따라서 화재 발생시 진행 상황 예측 및 의사결정 지원 시스템이 반드시 필요한 실정이다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1583586호에는 "실시간 재난대응 위치파악 및 피난경로 안내 솔루션"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 피난경로 안내 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이도, 도 2b는 사용자단말기에 피난경로가 안내되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 피난경로 안내 시스템은, 사용자단말(41) 및 관제서버(42)를 포함한다.
사용자단말(41)은 현재의 위치정보를 생성하며, 생성된 위치정보를 관제서버(42)로 전송하는 기능을 한다. 이때, 사용자단말(41)은 사용자가 건물 내부에서 소지할 수 있는 단말기로서, 네트워크와의 연결이 가능하고, 외부 장치, 예를 들면, 외부 서버와의 데이터 송수신이 가능한 장치를 말한다. 예를 들면, 사용자단말(41)은 이동통신이 가능한 스마트폰, 웨어러블 기기, 태블릿 PC, 랩탑 PC 등 사용자가 건물 내부에서 휴대 가능한 장치일 수 있다. 또한, 사용자단말(41)은 자체적으로 구비되어 있는 지자기센서, 가속도센서를 이용하여 방향정보, 거리정보를 획득할 수 있으며, 나아가 건물 내부 곳곳에 설치된 비콘(51)으로부터 비콘정보를 수신하여 최종적인 위치정보를 생성하는데 활용할 수 있다.
관제서버(42)는 사용자단말(41)로부터 위치정보를 수신하며, 수신한 위치정보와 가장 가까운 출구(52)까지의 피난로(피난경로)를 연산하여 사용자단말(41)에 제공하는 기능을 수행한다. 관제서버(42)는 내부 데이터베이스 내에 건물정보를 기저장하며, 이때, 건물정보는 건물도면, 건물 내 설치된 비콘(51)의 각 단말기별 식별정보 및 상기 비콘(51)의 설치위치, 출구위치 등이 포함될 수 있다.
또한, 관제서버(42)는 사용자단말(41)에 피난로 안내를 위한 애플리케이션을 전송하여 사용자단말(41)로 하여금 설치하도록 유도할 수 있으며, 사용자단말(41)에 설치된 전용 애플리케이션을 통해 각 사용자단말(41)의 단말기정보, 사용자정보 등을 입력 받아 관제서버(42) 내에 등록한 후 회원관리 또는 실종자 위치파악 등의 용도로 활용할 수 있다.
도 2b는 관제서버(42)가 사용자단말(41)에 제공하는 피난로를 출력하는 것을 예시하며, 건물 내 사용자단말(41)의 현재 위치정보 및 상기 위치정보로부터 연산된 출구(52)까지의 이동경로 등 피난로가 안내되는 모습을 나타낸다.
종래의 기술에 따른 피난경로 안내 시스템에 따르면, 사용자는 휴대하고 있는 사용자단말을 통해 관제서버로부터 피난로를 안내 받을 수 있으며, 사용자단말의 현재 위치정보를 기준으로 피난로를 안내 받을 수 있기 때문에 건물 내 재난 발생시 효과적으로 대피가 가능하며, 또한, 사용자단말은 방향정보, 거리정보 및 비콘정보를 기반으로 정확도가 높은 위치정보를 획득할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 피난경로 안내 시스템의 경우, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1786719호에는 "스마트기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템 및 그 제어방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3b는 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템은, 건물내의 일정 지점에 구비되는 다수개의 블루투스 리더기 및 RFID 태그(61); 건물내 구성원들이 휴대하는 스마트기기(62); 및 다수 대의 스마트기기(62)를 매개로 형성된 네트워크에 연계되는 긴급 피난경로 안내 시스템(EEPGS)의 서버(63) 등을 포함한다.
스마트기기(62)는 건물 내 출입하는 구성원들이 휴대하는 스마트폰이나 스마트패드 등이 적용될 수 있으며, 이러한 스마트기기(62)들은 상호 애드혹(ad-hoc) 방식의 네트워크가 구축된 상태에서, 소정 블루투스 리더기 및 RFID 태그(61)와의 RSSI 신호를 순간적인 가속도 센서와 함께 해당 네트워크를 통해 긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63) 측으로 전송하는 기능을 수행하며, 또한, 긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63)로부터 수신되는 긴급상황에 대처하기 위한 안내정보를 문자메시지를 비롯한 다양한 형태로 출력함으로써 구성원에게 제공하도록 구성된다.
긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63)는 네트워크와 연계되어, 소정 스마트기기(62)로부터 전송된 RSSI 신호 및 가속도 센서값을 매개로 구성원의 위치를 인식 및 분석한 후, 최적의 피난 위치 및 경로를 생성하여 구성원의 스마트기기(62) 측에 제공하며, 이를 위해, 긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63)는 비상상황 종류 분석 및 판단 모듈, 구성원의 위치 인식 및 분석 모듈, RSSI 보정 모듈, 피난위치 및 경로 생성 모듈, 네트워크를 통한 스마트기기(62) 및 방재시스템(64) 등과의 데이터 송수신을 위한 통신모듈 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63)를 통해 구성원들의 스마트기기(62) 측으로 전송되는 안내정보는 피난 엘리베이터 안내, 피난 구역 안내, 피난 경로 안내, 대처 요령/행동 안내 등이 포함되어 구성된다. 도 3b에서, 도면부호 64는 해당 건물내 구비되어 긴급 피난경로 안내 시스템 서버(63)와 연계되는 방재시스템을 나타내며, 도면부호 65는 방재시스템(64)과 연계된 엘리베이터 군관리 시스템을 나타낸다.
종래의 기술에 따른 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템에 따르면, 특정 건물의 실내 구성원들이 휴대하는 다수 대의 스마트기기를 매개로 네트워크를 구축한 후 네트워크에 연계된 서버를 통한 해당 건물내 설치된 블루투스 리더기 및 RFID 능동태그의 RSSI 분석 기술을 기반으로 구성원이 휴대한 스마트기기의 위치를 정확히 판단하여 빠른 탈출 및 대피 경로를 안내함으로써, 건물내 비상상황 발생시의 긴급 지원을 통해 안전성을 확보할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템의 경우, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1796385호에는 "화재 발생 시 최적경로 제공 시스템 및 그 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4b는 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정하는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 화재정보 수집부(71), 비용함수 연산부(72) 및 최적경로 추정부(73)를 포함하며, 화재정보 및 환경정보를 이용하여 화재 발생에 따른 비용함수를 연산하고, 건물 맵 정보의 이동경로 노드에서의 연산된 비용함수의 결과에 기초하여 최적경로를 추정한다. 이때, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 화재경보 제공 서버(80)와 연동한다.
화재정보 수집부(71)는 화재 발생에 따른 화재정보 및 건물에 대한 환경정보를 수집한다. 이때, 화재정보 수집부(71)는 건물 내 포함된 복수의 센서들로부터 센싱 정보를 수신하고, 상기 수신된 센싱 정보에 기초하여 화재 발생에 따른 발생 위치, 유형 및 지속 시간 중 적어도 어느 하나를 포함하는 화재정보를 수집할 수 있다. 예를 들면, 건물 내 포함된 복수의 센서들은 열 센서, 이산화탄소 측정 센서, 일산화탄소 측정 센서 및 가스검출 센서 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 복수개로 구성될 수 있다. 이에 따라, 화재정보 수집부(71)는 상기 복수의 센서들로부터 수신되는 센싱 정보 및 정보의 양에 기초하여 화재 발생에 따른 발생 위치, 유형 및 지속 시간 중 적어도 어느 하나에 대한 복수의 화재정보를 수집할 수 있다.
환경정보는 건물에 대한 환경정보를 포함할 수 있다. 예를 들면, 환경정보는 건물의 층, 방의 개수, 구조, 층 또는 방의 용도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 또한, 건물이 아닌 야외에 대한 환경정보를 포함할 수도 있다.
또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템에 의해 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정할 수 있으며, 예를 들면, A의 최적경로 및 B의 최적경로는 사용자의 위치(92)를 기준으로 가장 가까운 탈출구(93, 94)로의 경로를 포함할 수 있으나, 가장 가까운 탈출구(93, 94)는 화재 발생위치(91)와 근접하므로 안전한 경로는 아니다. 그러므로 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 추정된 A, B 및 C의 최적경로 중 가장 안전하고 최단거리인 C 최적경로, 즉, 다른 층 또는 다른 방으로의 이동을 통해 C-2의 경로를 따라 탈출구(95)로 탈출하는 경로를 사용자에게 제공한다.
즉, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)은 산출된 비용함수 결과에 기초하여 비용함수 결과의 최소값만을 이용하여 최적경로를 제공하는 것이 아닌, 화재의 발생위치(91), 사용자의 위치(92) 및 탈출구 정보(93, 94, 95)를 모두 이용하여 가장 안전하고 최단거리를 사용자에게 제공함으로써, 사용자는 빠르고 정확한 탈출을 시도할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템(70)의 경우에도, 단지 화재의 발생위치(91), 사용자의 위치(92) 및 탈출구 정보(93, 94, 95)를 이용할 뿐이며, 전술한 바와 같이, 연기와 화염 등에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 전혀 고려하지 못하는 문제점이 있다. 예를 들면, 초고층건물의 경우 방화문을 설치하여 화재의 확산을 방지하고 있는데, 이러한 방화문이 닫혀서 피난로가 폐쇄된 경우에 대처할 수 없다는 문제점이 있다.
최근 들어 정보통신기술의 발달과 함께 실시간으로 연기와 화염을 감지하고 피난 방향을 안내해주는 기술들이 개발되고 있다. 하지만, 이러한 기술들은 단순히 연기를 감지하여 반대쪽으로 방향을 알려주는 수준에 머무르고 있는 실정이다. 이에 따라, 재난 상황에서 인명 손실을 최소화하기 위해서는 향후 폐쇄될 피난로를 예측하고 재실자의 위치 정보 및 대피에 걸리는 시간을 고려하여 정확한 피난경로를 안내해줄 필요가 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1583586호(출원일: 2014년 6월 10일), 발명의 명칭: "실시간 재난대응 위치파악 및 피난경로 안내 솔루션" 대한민국 등록특허번호 제10-1786719호(출원일: 2016년 4월 14일), 발명의 명칭: "스마트기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템 및 그 제어방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1796385호(출원일: 2016년 6월 14일), 발명의 명칭: "화재 발생 시 최적경로 제공 시스템 및 그 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1868115호(출원일: 2017년 2월 6일), 발명의 명칭: "재난발생 자동 검지 및 피난 관제 통신 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1725774호(출원일: 2016년 10월 31일), 발명의 명칭: "스마트 소방 대피 시스템" 대한민국 공개특허번호 제2014-137068호(공개일: 2014년 12월 2일), 발명의 명칭: "피난 시뮬레이션 시스템 및 그 제공방법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로(피난경로)를 실시간 예측하여 재실자 스마트폰 각각을 통해 피난로를 실시간 안내할 수 있는, 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 실시간 재실자 위치에 따라 대피시간을 결정하고, 실시간 폐쇄 피난로에 따른 최적 피난로를 결정하여 피난로를 안내할 수 있는, 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 다양한 사물인터넷 센서를 적용하여 실시간으로 연기와 화염의 분포를 감지 및 예측하고 최적 피난로를 재실자에게 안내할 수 있는, 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템은, 초고층건물 또는 대형복합시설의 화재 발생시 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에 있어서, 초고층건물 또는 대형복합시설에 구획별 다수 설치되어 연기 또는 화염을 감지하는 사물인터넷(IoT) 센서; 상기 다수의 사물인터넷 센서로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 연기확산 및 피난로 예측부; 재실자 스마트폰을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하며, 시간 경과에 따라 후속 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정하고 대피시간을 산출한 후, 재실자 스마트폰을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 스마트 피난로 안내부; 및 초고층건물 또는 대형복합시설 내의 재실자 위치를 전송한 후, 상기 스마트 피난로 안내부로부터 피난로 안내정보를 수신하는 재실자 스마트폰을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 스마트 피난로 안내부는, 상기 재실자 스마트폰을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하는 재실자 위치 파악부; 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하는 대피시간 산출부; 상기 대피시간과 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 고려하여 최적의 피난로를 결정하는 피난로 결정부; 및 재실자 스마트폰을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 피난로 제공부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 재실자 위치 파악부는 GPS(Global Positioning System), WPS(Wi-Fi Positioning System) 또는 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 이용하여 재실자 위치를 정밀 추적할 수 있다.
여기서, 상기 스마트 피난로 안내부 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 상기 재실자 스마트폰을 통해 재실자에게 피난로를 실시간 안내하되, 전송한 재난 안내 문자메시지의 링크를 통하여 피난로 안내 내비게이션 어플리케이션이 실행되어 피난로를 안내할 수 있다.
여기서, 상기 연기확산 및 피난로 예측부는 빠른 해석이 가능한 1차원 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 2차 결정함으로써 시간 경과에 따른 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정할 수 있다.
여기서, 상기 연기확산 및 피난로 예측부, 상기 사물인터넷(IoT) 센서로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리하는 데이터 수집 및 처리부; 초고층건물 또는 대형복합시설의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 저장하는 데이터베이스; 화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설의 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정하는 폐쇄 피난로 설정부; 상기 데이터베이스에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설의 BIM 정보를 추출하는 BIM 정보 추출부; 화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측하는 연기 및 화염 확산경로 예측부; 상기 연기확산 및 피난로 예측부는 FDS 모델 또는 Zone 모델을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출하는 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부; 및 가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정하는 후속 폐쇄 피난로 결정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 폐쇄 피난로 설정부는 상기 데이터 수집 및 처리부에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주할 수 있다.
여기서, 상기 사물인터넷(IoT) 센서는 연기 감지기, 압력계, 온도센서 및 피난구 개폐 감지부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 스마트 피난로 안내부에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설의 구획별 재실자가 확인할 수 있도록 실시간 표시하는 피난로 표시부를 추가로 포함하며, 상기 피난로 표시부는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법은, 초고층건물 또는 대형복합시설의 화재 발생시 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법에 있어서, a) 초고층건물 또는 대형복합시설에 구획별 설치된 다수의 사물인터넷 센서가 연기 또는 화염을 감지하는 단계; b) 연기확산 및 피난로 예측부가 상기 초고층건물 또는 대형복합시설에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출하고, 상기 사물인터넷 센서에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정하는 단계; c) 상기 연기확산 및 피난로 예측부가 상기 BIM 정보와 연계하여 1차원 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하는 단계; d) 상기 연기확산 및 피난로 예측부가 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측하는 단계; e) 상기 연기확산 및 피난로 예측부가 상기 2차 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정하는 단계; f) 스마트 피난로 안내부가 초고층건물 또는 대형복합시설 내의 재실자 스마트폰을 통해 재실자 위치를 파악하는 단계; g) 상기 스마트 피난로 안내부가 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하여 최적 피난로를 결정하는 단계; 및 h) 상기 스마트 피난로 안내부가 상기 재실자 스마트폰을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로(피난경로)를 실시간 예측하여 재실자 스마트폰 각각을 통해 피난로를 실시간 안내할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실시간 재실자 위치에 따라 대피시간을 결정하고, 실시간 폐쇄 피난로에 따른 최적 피난로를 결정하여 피난로를 안내할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다양한 사물인터넷 센서를 적용하여 실시간으로 연기와 화염의 분포를 감지 및 예측하고 최적 피난로를 재실자에게 안내할 수 있다.
본 발명에 따르면, 화염 및 연기확산 경로의 예측을 통하여 화재시 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있으며, 소방활동에 도움이 되는 정보를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기술에 따른 초고층건물에 피난로 안내장치가 설치되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 종래의 기술에 따른 피난경로 안내 시스템을 나타내는 개략적인 구성도이도, 도 2b는 사용자단말기에 피난경로가 안내되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3b는 스마트 기기를 이용한 건물내 피난경로 안내 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4b는 화재 발생 시 최적경로 제공 시스템을 이용하여 최적경로를 추정하는 예를 설명하기 위한 예시도이다
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템이 초고층건물에 적용되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 연기확산 및 피난로 예측부의 구체적인 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 사물인터넷 센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 연기확산을 예시하는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 결정된 피난로가 재실자 스마트폰에 표시되는 것을 예시하는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템(100)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템이 초고층건물에 적용되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템(100)은 사물인터넷(IoT) 센서(110), 연기확산 및 피난로 예측부(120), 스마트 피난로 안내부(130) 및 재실자 스마트폰(140)을 포함하고, 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 등에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템(100)은 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서(110)에서 감지된 연기나 화염에 따라 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 연기확산과 피난로를 실시간 예측하며, 스마트 피난로 안내부(130)가 재실자에게 피난로를 안내함으로써 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다.
이때, 다양한 사물인터넷 센서(110)를 통해 신속 정확하게 연기 및 화염을 감지할 수 있고, 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 화재 발생시 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 결정한 후, 스마트 피난로 안내부(130)가 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하여 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 대피시간과 함께 최적 피난로를 재실자에게 안내할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템(100)은 사물인터넷(IoT) 센서(110), 연기확산 및 피난로 예측부(120), 스마트 피난로 안내부(130), 재실자 스마트폰(140) 및 피난로 표시부(150)를 포함하며, 이때, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120) 및 스마트 피난로 안내부(130)는 통제실 단말로 통합적으로 구현될 수 있으며, 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 등에 설치될 수 있다. 여기서, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는 재실자 위치 파악부(131), 대피시간 산출부(132), 피난로 결정부(133) 및 피난로 제공부(134)를 포함한다.
사물인터넷(IoT) 센서(110)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 연기 및 화염을 신속 정확하게 감지할 수 있도록 다양한 형태로 설치되며, 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 감지 데이터를 연기확산 및 피난로 예측부(120)로 전송한다. 여기서, 사물인터넷(Internet of Things: IoT)이란 통신가능한 모든 사물을 네트워크에 연결하여 상호 통신을 수행한다는 개념을 의미한다. 시스템적으로 인지할 수 있는 모든 객체는 Things 또는 Objects로 분류하며, 여기에는 RFID를 포함한 근거리 및 원거리 통신 기능을 탑재하고, 센서 등 데이터 생산 및 이용이 가능한 사물(또는 센서노드) 또는 사람이 이에 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템(100)에서 사물인터넷(IoT) 센서(110)는, 후술하는 도 8a에 도시된 바와 같이, 적어도 하나 이상의 계측센서, 전원공급장치 및 IoT 네트워크 통신장치로 구성되며, 각각의 사물인터넷(IoT) 센서(110a~110n)는 고유식별번호가 부여되고, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 각 층(200-1~200-n)에 구획별로 다수개 설치된다.
연기확산 및 피난로 예측부(120)는 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 유선 또는 무선으로 수집 분석하고, 이때, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정한다.
스마트 피난로 안내부(130)는 재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하며, 시간 경과에 따라 후속 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정하고 대피시간을 산출한 후, 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공한다. 또한, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자에게 피난로를 실시간 안내할 수도 있다. 예를 들면, 상기 스마트 피난로 안내부(130)가 전송한 재난 안내 문자메시지의 링크를 통하여 피난로 안내 내비게이션 어플리케이션이 실행되고, 자동차 내비게이션과 같이 피난로를 안내할 수 있다.
구체적으로, 상기 스마트 피난로 안내부(130)의 재실자 위치 파악부(131)는 재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하며, 이때, 정밀한 재실자 위치 추적에는 GPS(Global Positioning System), WPS(Wi-Fi Positioning System) 또는 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 비롯한 다양한 기술이 적용될 수 있다.
상기 스마트 피난로 안내부(130)의 대피시간 산출부(132)는 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출한다.
상기 스마트 피난로 안내부(130)의 피난로 결정부(133)는 상기 대피시간과 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 고려하여 최적의 피난로를 결정한다.
상기 스마트 피난로 안내부(130)의 피난로 제공부(134)는 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공한다.
도 6을 다시 참조하면, 재실자 스마트폰(140)은 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 내의 재실자 위치를 전송한 후, 상기 재실자 스마트폰(140)에 구비된 차량 경로안내 내비게이션을 통해 상기 스마트 피난로 안내부(130)로부터 피난로 안내정보를 수신한다.
또한, 피난로를 재실자에게 전달하는 방식으로는 유도등, 유도표지, 피난유도선, 방송, 디스플레이 등 모든 수단이 활용될 수 있으며, 예를 들면, 피난로 표시부(150)는 결정된 피난로를 안내하며, 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선 등을 포함할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 연기확산 및 피난로 예측부의 구체적인 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 데이터 수집 및 처리부(121), 데이터베이스(122), 폐쇄 피난로 설정부(123), BIM 정보 추출부(124), 연기 및 화염 확산경로 예측부(125), 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126) 및 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)를 포함한다.
먼저, 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 빠른 해석이 가능한 1차원 네트워크 모델 등을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델 또는 Zone 모델 등을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 2차 결정함으로써 후속 폐쇄 피난로를 결정할 수 있다.
여기서, 화재현상을 수치적으로 모사하기 위한 Zone 모델과 Field 모델을 비롯한 다양한 전산화재해석 기법이 개발되었고, 실제 방화설계 및 응용연구 분야에서 적용범위가 확대되고 있다. 여기서, Field 모델은 전산유체학적(CFD) 해석 기법 및 물리적 해석모델의 발전과 함께 컴퓨터 용량의 급속한 발달에 따라 화재현상에 대한 이해의 폭을 넓히는데 기여하고 있다. 현재 화재거동을 해석하는 Field 모델 중 FDS(Fire Dynamics Simulator)는 기본적인 열유동 및 물질전달 해석뿐만 아니라 다양한 화재모델을 적용한 유용한 도구로 알려져 있다. 또한, 상기 Zone 모델은 하나의 밀폐구역을 뜨거운 층과 차가운 층으로 나누어 같은 층 내의 조건들은 그 층 전체를 같다고 가정하여 해석하는 화재성상 예측방법을 말한다.
즉, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 사물인터넷 통신 네트워크를 통해 상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 연기와 화염에 의하여 피난로가 폐쇄된 상황을 고려하여 후속 폐쇄 피난로를 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 데이터 수집 및 처리부(121)는 다양한 사물인터넷(IoT) 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리한다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 데이터베이스(122)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터 등을 저장한다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 폐쇄 피난로 설정부(123)는 화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정한다. 이때, 상기 폐쇄 피난로 설정부(123)는 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주할 수 있다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 BIM 정보 추출부(124)는 상기 데이터베이스(122)에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보를 추출한다. 이때, 상기 BIM 정보 추출부(124)는 화재가 발생한 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 해당 층에 대한 BIM 정보를 우선적으로 추출한다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, 또한, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측한다.
이때, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 1차원 네트워크 모델 등을 이용한 빠른 해석을 수행한다. 여기서, 1차원 네트워크 모델이란 전기회로와 같이 단순한 방법으로 열과 연기의 이동을 계산하는 방법으로서, 정확도는 떨어지지만 계산속도가 빠른 장점이 있다. 또한, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 확산경로를 2차 예측한다.
또한, 상기 연기 및 화염 확산경로 예측부(125)는 공학적인 계산 결과로 얻은 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측함으로써 최적의 확산경로를 예측할 수 있고, 또한, 기존의 유사한 화재사고 사례를 참조하여 예측할 수도 있다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126)는 FDS 모델 또는, Zone 모델 등을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출한다. 여기서, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터는 실시간으로 계산한 결과가 아니고, 재난 발생 이전에 확보된 데이터로서, 건축물 BIM 정보 및 화재위험도 평가결과 등 빅데이터를 이용할 수 있다.
상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)의 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)는 가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정한다. 이때, 상기 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)는 전술한 바와 같이 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 혹은 온도 이상인 구획을 후속 폐쇄 피난로로 간주한다.
한편, 도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 사물인터넷 센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 사물인터넷 센서(110a~110n)는, IoT 네트워크 통신장치를 이용하여 IoT 통신네트워크와 연결되어 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 각 층(200-1~200-n)에 구획별로 각각 다수개 설치되며, 또한, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 이격되어 설치되어 있는 연기확산 및 피난로 예측부(120)로 전송된다. 또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 사물인터넷 센서(110)는, 예를 들면, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 연기 감지기(111), 압력계(112), 온도센서(113) 및 피난구 개폐 감지부(114)를 포함할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 방화문(210)이 설치된 경우, 상기 방화문(210)의 개폐 여부를 감지할 수도 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 연기확산을 예시하는 평면도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에서 결정된 피난로가 재실자 스마트폰에 표시되는 것을 예시하는 평면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템의 경우, 사물인터넷 센서(110) 중 연기 감지기, 압력계 또는 온도계에 의해 연기 또는 화염 발생 여부를 감지하며, 또한, 피난구 개폐센서(114)에 의해 피난구의 개폐가 감지되며, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 화재 발생시, 연기 및 화염 확산방향을 나타내며, 이때, 사물인터넷 센서(110)의 일부는 연기 및 화염을 감지하게 되며, 연기 및 화염 확산방향을 예측하고, 이에 대응하여 피난로 폐쇄가 설정될 수 있다.
도 10은 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에서 화재 발생시, 연기 및 화염 확산방향에 따라 가까운 미래에 폐쇄될 후속 피난로를 결정하고, 시간 경과에 따른 최종적인 피난로를 결정하여 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자에게 안내되어 표시되는 것을 나타내며, 이때, 방화문(210)에 의해 피난로가 폐쇄될 수도 있으며, 재실자의 현위치를 고려하여 피난로를 실시간 예측하여 제공하는 것을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서(110)에서 감지된 연기나 화염에 따라 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자에게 피난로를 안내함으로써, 신속한 피난을 통하여 인명피해를 줄일 수 있다.
[실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법의 동작흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법은, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법으로서, 먼저, 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 구획별 설치된 다수의 사물인터넷 센서(110)가 연기 또는 화염을 감지한다(S110). 이때, 상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 연기 감지기(111), 압력계(112), 온도센서(113) 및 피난구 개폐 감지부(114)를 포함할 수 있다.
다음으로, 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출하고, 상기 사물인터넷 센서(110)에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정한다(S120).
다음으로, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 BIM 정보와 연계하여 1차원 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측한다(S130). 여기서, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 빠른 해석이 가능한 1차원 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측할 수 있다.
다음으로, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측한다(S140).
다음으로, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 2차 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정한다(S150). 여기서, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 FDS 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 2차 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정할 수 있다.
다음으로, 스마트 피난로 안내부(130)가 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 내의 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자 위치를 파악한다(S160).
다음으로, 상기 스마트 피난로 안내부(130)가 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하여 최적 피난로를 결정한다(S170).
다음으로, 상기 스마트 피난로 안내부(130)가 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공한다(S180).
여기서, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는, 상기 재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하는 재실자 위치 파악부(131); 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하는 대피시간 산출부(132); 상기 대피시간과 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 고려하여 최적의 피난로를 결정하는 피난로 결정부(133); 및 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 피난로 제공부(134)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 재실자 위치 파악부(131)는 GPS, WPS 또는 GNSS를 이용하여 재실자 위치를 정밀 추적할 수 있다. 또한, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자에게 피난로를 실시간 안내하되, 전송한 재난 안내 문자메시지의 링크를 통하여 피난로 안내 내비게이션 어플리케이션이 실행되어 피난로를 안내할 수 있다.
또한, 상기 스마트 피난로 안내부(130)에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 구획별 재실자가 확인할 수 있도록 피난로 표시부(150)를 통해 실시간 표시할 수 있으며, 이때, 상기 피난로 표시부(150)는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초고층건물이나 대형복합시설의 화재 발생시 내부에 다수 설치된 사물인터넷(IoT) 센서에서 감지된 연기나 화염에 따른 연기확산과 피난로를 실시간 예측하여 재실자 스마트폰 각각을 통해 피난로를 실시간 안내할 수 있고, 또한, 실시간 재실자 위치에 따라 대피시간을 결정하고, 실시간 폐쇄 피난로에 따른 최적 피난로를 결정하여 피난로를 안내할 수 있으며, 또한, 다양한 사물인터넷 센서를 적용하여 실시간으로 연기와 화염의 분포를 감지 및 예측하고 최적 피난로를 재실자에게 안내할 수 있다. 또한, 화염 및 연기확산 경로의 예측을 통하여 화재시 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있으며, 소방활동에도 도움이 되는 정보를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템은 화재 재난뿐만 아니라 지진, 침수, 붕괴 등을 비롯한 다른 재난 상황에도 용이하게 적용할 수 있다. 다른 재난 상황에서는 연기와 온도 데이터뿐만 아니라, 구조 안정성, 지진 감지, 수위계 등 다른 데이터도 활용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 스마트 피난로 안내 시스템 200: 초고층건물 또는 대형복합시설
110: 사물인터넷(IoT) 센서 120: 연기확산 및 피난로 예측부
130: 스마트 피난로 안내부 140: 재실자 스마트폰
150: 피난로 표시부 210: 방화문
111: 연기 감지기 112: 압력계
113: 온도센서 114: 피난구 개폐 감지부
121: 데이터 수집 및 처리부 122: 데이터베이스(DB)
123: 폐쇄 피난로 설정부 124: BIM 정보 추출부
125: 연기 및 화염 확산경로 예측부
126: 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부
127: 후속 폐쇄 피난로 결정부
131: 재실자 위치 파악부 132: 대피시간 산출부
133: 피난로 결정부 134: 피난로 제공부

Claims (16)

  1. 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템에 있어서,
    초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 구획별 다수 설치되어 연기 또는 화염을 감지하는 사물인터넷(IoT) 센서(110);
    상기 다수의 사물인터넷 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지신호를 수집 분석하고, 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 획득하여 연기 및 화염 확산경로를 예측하며, 시간 경과에 따른 실시간 피난로를 결정하는 연기확산 및 피난로 예측부(120);
    재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하며, 시간 경과에 따라 후속 폐쇄될 피난로를 고려하여 실시간 피난로를 결정하고 대피시간을 산출한 후, 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 스마트 피난로 안내부(130);
    초고층건물 또는 대형복합시설(200) 내의 재실자 위치를 전송한 후, 상기 스마트 피난로 안내부(130)로부터 피난로 안내정보를 수신하는 재실자 스마트폰(140); 및
    상기 스마트 피난로 안내부(130)에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 구획별 재실자가 확인할 수 있도록 실시간 표시하는 피난로 표시부(150)를 포함하되,
    상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 빠른 해석이 가능한 1차원 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, FDS(Fire Dynamics Simulator) 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 2차 결정함으로써 시간 경과에 따른 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는,
    상기 재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하는 재실자 위치 파악부(131);
    실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하는 대피시간 산출부(132);
    상기 대피시간과 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 고려하여 최적의 피난로를 결정하는 피난로 결정부(133); 및
    재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 피난로 제공부(134)를 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재실자 위치 파악부(131)는 GPS(Global Positioning System), WPS(Wi-Fi Positioning System) 또는 GNSS(Global Navigation Satellite System)를 이용하여 재실자 위치를 정밀 추적하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스마트 피난로 안내부(130)는 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자에게 피난로를 실시간 안내하되, 전송한 재난 안내 문자메시지의 링크를 통하여 피난로 안내 내비게이션 어플리케이션이 실행되어 피난로를 안내하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는,
    상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)로부터 연기 및 화염 감지 데이터를 실시간 수집하여 처리하는 데이터 수집 및 처리부(121);
    초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보 및 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 저장하는 데이터베이스(122);
    화재 발생시 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 빌딩정보모델(BIM) 정보와 연계하여 폐쇄 피난로를 설정하는 폐쇄 피난로 설정부(123);
    상기 데이터베이스(122)에 저장된 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 BIM 정보를 추출하는 BIM 정보 추출부(124);
    화재 발생시 시간 경과에 대응하여 상기 BIM 정보와 상기 감지된 데이터를 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고, 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 가까운 미래의 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측하는 연기 및 화염 확산경로 예측부(125);
    상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 FDS 모델 또는 Zone 모델을 이용하여 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터를 추출하는 시나리오-기반 확산결과 데이터 추출부(126); 및
    가까운 미래에 시간 경과에 따라 폐쇄될 후속 폐쇄 피난로를 실시간 결정하는 후속 폐쇄 피난로 결정부(127)를 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폐쇄 피난로 설정부(123)는 상기 데이터 수집 및 처리부(121)에 의해 특정 연기 농도 또는 특정 온도 이상으로 결정된 구획을 폐쇄 피난로라고 간주하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사물인터넷(IoT) 센서(110)는 연기 감지기(111), 압력계(112), 온도센서(113) 및 피난구 개폐 감지부(114)를 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 피난로 표시부(150)는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 시스템.
  10. 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 화재 발생시 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법에 있어서,
    a) 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 구획별 설치된 다수의 사물인터넷 센서(110)가 연기 또는 화염을 감지하는 단계;
    b) 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)에 대한 빌딩정보모델(BIM) 정보를 추출하고, 상기 사물인터넷 센서(110)에서 감지된 데이터를 분석하여 상기 BIM 정보와 연계된 폐쇄 피난로를 설정하는 단계;
    c) 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 BIM 정보와 연계하여 1차원 네트워크 모델을 이용한 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하는 단계;
    d) 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 화재 시나리오-기반 확산결과 데이터를 추출 및 비교하여 연기 및 화염 확산경로를 2차 예측하는 단계;
    e) 상기 연기확산 및 피난로 예측부(120)가 상기 2차 예측된 연기 및 화염 확산경로에 따른 후속 폐쇄 피난로를 결정하는 단계;
    f) 스마트 피난로 안내부(130)가 초고층건물 또는 대형복합시설(200) 내의 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자 위치를 파악하는 단계;
    g) 상기 스마트 피난로 안내부(130)가 실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하여 최적 피난로를 결정하는 단계;
    h) 상기 스마트 피난로 안내부(130)가 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 단계; 및
    상기 스마트 피난로 안내부(130)에서 결정된 실시간 피난로를 상기 초고층건물 또는 대형복합시설(200)의 구획별 재실자가 확인할 수 있도록 피난로 표시부(150)를 통해 실시간 표시하는 단계를 포함하되,
    상기 c) 단계에서 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 빠른 해석이 가능한 1차원 네트워크 모델을 이용하여 연기 및 화염 확산경로를 1차 예측하고; 상기 d) 단계에서 연기확산 및 피난로 예측부(120)는 FDS 모델이나 Zone 모델을 이용한 화재 시나리오에 기반한 확산 결과 데이터와 비교를 통해 연기 및 화염 확산경로를 2차 결정함으로써 시간 경과에 따른 최적의 피난로를 실시간 결정하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스마트 피난로 안내부(130)는,
    상기 재실자 스마트폰(140)을 이용해 재실자의 위치를 개별 파악하는 재실자 위치 파악부(131);
    실시간으로 파악된 재실자 위치에서, 피난구까지 대피하는데 걸리는 총 대피시간을 산출하는 대피시간 산출부(132);
    상기 대피시간과 가까운 미래에 폐쇄될 피난로 정보를 고려하여 최적의 피난로를 결정하는 피난로 결정부(133); 및
    재실자 스마트폰(140)을 통해 최적의 피난로를 재실자 각각에게 제공하는 피난로 제공부(134)를 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 재실자 위치 파악부(131)는 GPS, WPS 또는 GNSS를 이용하여 재실자 위치를 정밀 추적하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스마트 피난로 안내부(130)는 차량 경로안내 내비게이션 시스템을 적용하여 상기 재실자 스마트폰(140)을 통해 재실자에게 피난로를 실시간 안내하되, 전송한 재난 안내 문자메시지의 링크를 통하여 피난로 안내 내비게이션 어플리케이션이 실행되어 피난로를 안내하는 것을 특징으로 하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 피난로 표시부(150)는 피난구와 통로의 유도등 및 유도 표지 및 피난 유도선을 포함하는 실시간 연기 및 화염 감지에 기반한 스마트 피난로 안내 방법.
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