지능형 영상 화재감지 기술 및 구축사례

급속한 산업의 발달에 따라 건축물은 대형화, 복합화, 초고층화 되고 있으며 또한 내부 구조의 복잡성, 상주인구의 과밀화, 가연물 및 내장재의 사용증가로 인하여 화재가 발생하면 화재의 조기 감지 및 진압, 피난 등이 어려워 짧은 시간에 많은 사상자가 발생할 위험성을 내포하고 있다. 소방방재청 통계에 의하면 최근 5년간 연평균 41,000건의 화재가 발생해 인명피해 2,271명, 재산피해 2,813억(1일 평균 화재건수：118.2건, 인명：6.1명, 재산：7억 9,100만원)의 막대한 피해가 발생했다. 이러한 화재의 인적, 물적 피해를 줄이기 위해서는 사람이 없는 곳에서도 화재를 신속하게 감지하고 방재 담당자에게 정확하게 화재 신호를 알려주어야 하며, 이 시스템이 현재의 소방법에 의한 감지기다.

김 광 선 │ 스마트테크롤러지

방재부분사장/소방기술사/소방관리사/가스·기계설비 기술사 (gbc2002@hanmail.net)

화재가 발생했을 때 화재를 감지하는 열, 연기, 불꽃 감지기의 경우 신속한 화재감지와 더불어 감지기가 정상적으로 작동하여 울렸는지가 매우 중요하다. 기존의 화재 감지기 센서는 연기 및 열 등에 민감할수록 먼지 및 습기 또는 열등에 반응하기 쉬우며 이로 인해 비 화재에 대한 동작으로 인한 비용 및 시간 등, 신뢰성이 떨어지는 것이 가장 큰 문제점으로 지적되어 왔다.

이러한 기존 화재감지기 센서에 대한 단점을 보완하기 위하여 미국, 독일, 영국 등 선진국에서는 CCTV를 활용해 인간이 눈으로 화재발생(연기, 화염) 상황을 보고, 이를 두뇌에서 분석하는 과정을 통해 인식하고 감지하는 방식으로 화재를 감지하는 지능형 영상분석 알고리즘 기술을 개발, 실제 주요 건축물에 적용하고 있다.

국내의 경우에는 화재감지기가 화재를 감지하면 주변의 CCTV를 연동해 단순히 화재를 확인하는 기술과 선진국처럼 CCTV로 영상을 분석해 지능형으로 화재를 감지하면 자동으로 팝업 및 경보를 발생하여 관리자에게 알려주는 기술이 개발되어 사용 중이다.

기존 화재감지기 취약성 및 문제점

기존 화재감지기의 취약성

일반적으로 화재감지가 필요한 지역에는 화재감지 센서 및 CCTV가 설치되어 화재를 감지하게 된다. 기존의 열/연기감지기의 감지 방법은 감지기로 열이나 연기가 유입되거나 흡입되야 한다는 것이 단점이며, 이러한 단점 때문에 감지시간이 지연되며 실내의 용적이 큰 실, 높은 천정 및 기류가 형성되는 장소에서 화재감지가 적합하지 않다.

불꽃 감지기는 화염에서 발생되는 적외선, 자외선의 특정 파장을 검출하는 센서에 의한 감지하므로 열이나 연기의 유동에 따른 단점이 없지만, 불꽃이나 불티가 감지기의 투과경로에서 벗어나는 경우 동작할 수 없다. 또한, 불꽃감지기 센서를 전량 수입에 의존하고 고가에 판매되고 있어 주로 실외의 화재감지 및 특수지역 이외에는 적용이 어려운 상태이다.

천정고가 높은 실내의 경우 감지기의 유지보수 및 점검에도 용이하지 않으며 이와 같은 실내용 감지기는 현장조건, 설치환경에 따라 감지성능이 많은 차이를 보인다. 일반적으로 CCTV에 의한 화재 감시의 경우는 획득된 영상을 사용자가 직접 모니터링 해야만 화재를 인지할 수 있으며, 사용자가 자리에 없거나 자리에 있을 경우에도 화면을 보지 않을 경우 화재를 인지할 수 없다.

비 화재보 동작에 의한 문제점

① 비 화재보의 정의

화재에 의한 열, 연기 또는 불꽃(화염) 이외의 요인에 의해 자동 화재탐지설비가 작동해 화재가 발생한 것으로 알리는 것을 비화재보(Unwanted Alarm)라 한다. 즉, 자동 화재탐지설비가 정상적으로 작동했다고 하더라도 화재가 아니었던 것을 비화재보라 한다.

잦은 비화재보는 자동화재 탐지설비의 신뢰성을 떨어뜨리고 결국은 그 본연의 기능을 상실하게 된다. 즉, 비화재보가 잦게 되면 화재경보가 울려도 일반 거주자들은 대피할 생각을 하는 대신 고장 정도로 생각하게 하고, 관리자들은 경보 스위치를 정지시키거나 심하면 전원을 차단시켜 버리는 결과가 된다.

② 비 화재보의 국내외 사례

비 화재 동작에 의한 오동작 경보는 전 세계적으로 소방산업의 중요한 문제 중의 하나이다.

비 화재 동작에 대한 미국 통계 사례의 경우 미국 내 소방서로의 전화 중 10%는 오경보로 인한 것이며, 2004년에 2,100,000건의 비 화재 동작 경보에 대응했다고 한다. 또한, 서울시와 소방방재청의 통계에 의하면 지하철 역사에 설치된 화재감지기 등 자동 화재감시 시스템의 오작동 건수는 2005년 1,372건, 2006년에 1,301건 발생했다.

이 같이 자동화재 경보장치의 오작동 이유는 지하의 특성에 따른 적지 않은 습도와 지하철 열차풍 등의 기류영향과 먼지 및 이물질 유입이 가장 큰 원인으로 나타났으며, 이용승객에 의한 오동작도 있는 것으로 드러났다.

영상 화재감지 기술의 원리 및 구성

영상 화재감지 분석 알고리즘

지능형 영상기반 화재감지 시스템은 기존의 열, 연기, 불꽃센서 등을 사용하지 않고 CCTV로 입력되는 영상을 서버(DVR, NVR)에서 분석해 화재(연기, 화염) 발생을 감지해 방재센터 및 관리자에게 전송하는 기술을 말한다.

지능형 영상기반 화재감지 시스템의 기본 구성은 피사체 및 이것을 촬영하여 전기신호로 변환하는 촬상계, 전기신호를 원격지(Remote Site)에 전송하는 전송계, 전송되어 온 영상 신호를 분석·표시하는 서버계 등 크게 3가지 계로 구성된다.

영상 화재감지의 기본 개념은 인간이 눈으로 연기/불꽃을 감지하는 것과 동일한 방식을 이용한다. 화재 감시구역에서 화재로 인해 연기가 발생하면, CCTV 영상에 감지되고 그 포용범위에 있는 이미지를 전자신호로 발신한다. 디지털 카메라는 이 전자신호를 직접 중앙연산처리장치(CPU)로 전송하지만 아날로그 카메라는 신호를 아날로그/디지털 변환기에서 디지털 신호로 변환하고 CPU에서 디지털 신호를 수신한다. 그 다음에 CPU는 소프트웨어에 의해 고온 연기의 유동과 일치하는 특정한 전자신호를 탐색한다. CPU는 이러한 특정한 전자신호를 인식하면 전기적 접점에 의해 경보상황을 발신한다.

영상 화재감지 시스템 구성

영상 화재감지 시스템 구성은 CCTV 카메라, 영상분석용 서버, 영상분석 처리보드, 주변장치(키보드, 데이터 입출력장치)로 구성 된다.

영상 분석용 서버

CCTV 영상을 입력 받아서 내장된 화재분석 엔진을 통하여 연기/불꽃을 분석하여 화재 여부를 판단하고 화재 시 방재센터(수신기 등)로 경보신호를 송출할 수 있는 장치이다.

영상처리 장치는 최대 8ch의 영상 입력이 가능하고 상시 저장, 이벤트 저장이 가능하며, 화재 분석 기능은 최소 4ch이상 가능하다. 화재 분석 기능은 한 개의 채널에 연기, 화염을 동시에 감지하도록 설정할 수 있으며, 연기 또는 불꽃 하나만 감지 되도록 설정할 수 있다. 화재 분석은 한 채널당 최소 15F/S이상 분석 가능하여 분석 신뢰도가 높아야 한다.

영상 화재감지 시스템 설치사례

시스템 설치 개요

시스템 설치장소 : OO 전자 사업장

CCTV 카메라 : 아날로그 16대, 네트워크 2대

영상분석서버 : DVR 3대, 하이브리드 DVR 1대

시스템 설치장소 및 특징

제품 생산 사업장에 설치된 영상 화재감지 시스템은 CCTV 영상으로 보이는 화염이나 연기를 분석해 화재경보를 발생하며, 네트워크를 통해 방재센터에서 실시간 모니터링이 가능하도록 구현됐다.

특히, 이동식 영상 화재감지 카메라는 고정식 CCTV를 개량한 시스템으로 IP주소를 가지고 있어 랜선만 연결하면 사내 네트워크를 이용해 어디에서든 상시 감시와 제어가 가능하다. 이동형 네트워크 카메라는 공장에서 생산되는 전자제품의 기능점검 시 나타날 수 있는 발열 등 따른 화재 위험성을 사전에 감지하고, 이에 따른 피해를 최소화하기 위한 장비로서 활용된다.

적용효과 및 향후전망

차세대 영상화재 감지기술의 적용으로 화재 현장의 상황을 실시간으로 정지영상 또는 동영상으로 모니터링이 가능하므로 화재 현장의 상황을 보다 정확하게 판단할 수 있는 정보를 제공한다. 이에 따라서 신속하고도 적절한 화재 진압의 대응을 효과적으로 이룰 수 있는 환경을 제공한다.

비 화재 동작에 의한 오인 출동 예방 및 불안심리 확산 방지

화재발생(연기, 화염) 및 가스누출 등 비상상황을 CCTV 영상을 통하여 정확히 파악, 구역별 신속한 대응을 통해 문제를 해결하므로 오인 출동 예방 및 근무자 및 관리자의 불안 심리의 확산을 방지한다.

최상의 통합방재 시스템 구축 가능

관리자나 방재 담당자가 없는 장소에서도 CCTV 영상을 통하여 화재발생 시 조기에 자동으로 발견하여 통보하므로 최상의 통합 방재센터 시스템 구축이 가능하다.

화재원인 분석 시 자료제공 가능

화재의 경우, 발화시 신속한 상황인지, 발화점 파악, 원인 분석의 필요성이 절실하지만, 기존의 감지기는 단순하게 상황 인지만이 가능하다. 하지만 CCTV 기반 영상화재 감지 분석기술은 화재의 원인에 대한 영상 확보가 가능해 화재의 원인분석에도 많은 도움을 줄 수 있다.

출동경비 및 기타비용 절감

비 화재보 동작에 의한 출동 횟수가 감소하므로 이에 따른 비용 및 작업 중단에 따른 비용발생을 절감 한다. 화재발생 시 이에 대한 조치가 신속하게 처리 될수록 화재로 인한 인적, 물적 피해는 줄어든다.

[월간 시큐리티월드 통권 제199호(sw@infothe.com)]

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