외곽 침입감지 보안시스템 개발동향

[시큐리티월드 윤석진] 세계 유일의 분단국가인 우리나라는 전방 GOP를 포함한 군 주요시설에 대한 수요가 확산되고 있을 뿐 아니라, 주요 산업 시설에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있다.

물리보안 펜스 침입감지기는 보안구역에 대해 침입자를 외곽 펜스 지역에서 침입 인지, 경고, 출동, 진압을 위하여 필수적으로 요구되는 센서 요소로서 펜스에 직접 부착하거나 별도의 구조물을 사용하여 구축되며 침입자가 펜스 또는 센서를 충격, 굴곡, 절단할 때 이를 감지하는 기술이다. 감지성능, 오경보율(False Alarm Rate)의 최소화 및 경제적 구축비용 등이 시장 진입 및 확대에 가장 큰 요소다.


물리보안 시스템의 경우 경비대상 건물이 위주이며, 외곽에 카메라 등을 설치하여 감시하는 수준이나 국가 주요 시설, 주요 산업 시설의 경우에는 외곽에서부터 침입을 감지하여 초기에 진압이 가능한 보안시스템을 요구하고 있다. 현재는 외국으로부터 기술과 제품을 도입, 설치 운영하고 있으며, 관련 기술의 이해 부족 및 설치 후 사후 관리 등의 문제점이 발생하고 있다.

외곽 펜스 보안시스템
물리보안 펜스 침입감지기는 보안구역에 대한 침입자를 외곽 펜스지역에서 침입인지, 경고, 출동, 진압을 위한 필수적인 요소이다. 침입감지 기술에 응용할 수 있는 전자 계측 기술, 광 운용 기술 등의 다양한 원천 기술이 개발되면서 이전에 비해 구축비용이 낮아져 시장의 관심이 커지고 있다. 외부에서 사용하는 침입 센서는 다양한 감지 방법에 의해서 침입을 감지하고 있으며, 하나의 감지방법 또는 두 가지 이상의 감지방법을 복합해 사용하는 경우도 있다.

외부 침입 감지센서는 크게 펜스를 따라서 부착하거나 지중에 설치하는 방식과 개활지를 감시하기 위한 방식으로 나뉜다.

유무선 통신, 센서 기술을 외곽 침입감지 센서에 적용하고 있고, 센서의 단독 또는 복합적인 방법들이 적용되고 있으며, 감시카메라 및 통합운용 관제 시스템과 함께 적용해 운용하고 있다. 마이크로웨이브 방식 및 적외선 방식 등은 펜스가 필요하지 않은 경우에 사용할 수 있는 장점이 있으나, 환경적 변화에 영향을 받고 오동작·경보가 많아서 외곽침입 감지 적용에는 어려움이 있다.

외곽 침입 보안시스템의 종류
장력 방식 감지센서

	표 1. 외곽침입 센서의 감지방식

장력 감지 시스템은 외곽 울타리에 설치되어 침입자 발생 시에 장력선에 가해지는 장력의 변화율을 전기적인 신호로 변환하는 구조로 되어 있다. 장력 감지 시스템은 별도의 지지대를 구축하여 평행 와이어를 부착하는 방식으로 되어있으며, ‘Transducer’로부터 받은 신호를 수집, 분석하여 침입을 감지하는 구조이다.

장력 감지 시스템의 경우 일정 이상의 하중에서 감지되도록 조정이 가능해 작은 동물이나 자연의 영향을 적게 받는 것으로 알려져 있으나, 별도의 구축물이 필요하며, 산악지나 굴곡지의 경우에 일정한 장력을 유지하기 위해서는 별도의 토목공사가 필요하다. 또한 온도의 변화에 따라 장력 계수의 변화가 커서 사계절이 뚜렷한 지역에서는 계절별 감도의 조정이 빈번하게 이루어 져야 한다.

광망 방식 감지센서
광케이블을 그물망 형태로 엮어 펜스에 부착하는 방식이며, 광케이블 내의 레일리 산란 및 프레넬 반사(Rayleigh scattering and Fresnel reflection) 이론을 이용하여 광케이블의 절곡 및 절단을 감지한다. 광섬유를 따라 아래쪽으로 전송되는 빛이 밀도가 다른 매개체를 만나는 경우, 빛의 일부가 반사되며, 이러한 현상을 프레넬 반사라 한다. 매개체의 밀도 변화는 접속점에 존재하는 작은 틈, 광섬유의 단선 등 여러 가지 요인에 의해 생길 수 있다. 이러한 현상은 불연속 지점을 밝혀내는데 활용된다. 프레넬 반사에는 레일리 산란에 비해 더 많은 빛이 소모된다. 프레넬 반사의 강도는 후방 산란에 비해 수천 배 더 강력하다.

침입자에 의하여 광섬유의 변형률 변화를 탐지하는 것이 가능하고, 거리를 확인할 수 있는 장점이 있다.

광케이블 방식 감지센서
광섬유 케이블 내에 레이저를 방사해, 그 레이저광이 돌아왔을 때의 위상을 컨트롤러가 감지하는 방식으로 펜스에 설치된 센서 케이블에 압력이나 진동에 의해 자극되면 위상이 변화하고 그 변화량과 주파수 등을 해석해 판정조건에 이르면 감지하는 방식이다. 브릴루앙 산란(Brillouin Scattering)은 광이 물질 중에 생긴 음파와 상호작용하여 입사광의 주파수와 다른 주파수로 산란하는 현상으로 이 주파수의 차를 브릴루앙 주파수 천이라고 한다.

이 주파수는 광섬유의 재료에 크게 의존할 뿐 아니라 광섬유에 인가되는 변형률과 주위 온도에 따라서도 변화한다. 광케이블 사용은 전자파나 서지에 강하나 강풍 등에 의한 오동작·경보가 발생할 수 있다.

자기유도 방식 감지센서
보안 펜스에 코일을 설치하여 교류전류를 흘러 보내 코일 자체에서 발생하는 유도 기전력이 발생하는 현상을 이용한 원리로서 진동이나 충격이 발생하게 되면 기전력 변화를 찾아내는 방식이다. 케이블의 중앙에 2가닥의 감지선이 있으며 감지선이 충격 및 진동 시에 상하, 좌우 움직일 수 있도록 UV 차단의 폴리에틸렌 피복으로 제조된 특수 케이블을 사용한다. 펜스에 부착하는 방식으로 설치가 용이하며, 유지보수 비용이 저렴하나 감지 케이블이 전도성 물질이기 때문에 전자파나 서지의 간섭을 받기 쉽다. 강풍, 강우에 의한 오동작·경보의 발생 빈도가 높다.

압전소자 방식 감지센서
압전소자로 침입을 감지하는 방식으로 압전효과(Piezoelectric Effect)를 이용한 방식이다. 압전효과는 고체에 힘을 가하였을 때 결정 겉면에 전기적 분극이 일어나는 현상으로 피에조 저항 효과라고도 한다. 압전물질은 어떤 결정에 압력을 가했을 때 전위차(전압)가 발생되고 또 이들의 물질에 반대로 전위차(전압)가 인가되면 물리적 변위가 생기는 원리를 이용한 물질로 수정, 로셀염, 티탄산바륨 (BaTiO3), 인공세라믹(PZT)이 있으며, 소리, 진동, 압력 등을 감지할 수 있다.

펜스의 철주와 철주 사이마다 센서모듈이 부착되며, 전원 및 통신을 연결하는 방식으로 되어 있고 Field에 직접 설치하여 운영해야하는 이유로 낙뢰 및 서지전압에 대한 별도의 보안이 필요하다.

마이크로웨이브 방식 감지센서
마이크로파 도플러 센서(Microwave Doppler Sensor, MDS)의 작동원리는 마이크로파 신호가 움직이는 물체에 반사될 때, 도플러 효과로 인해 신호의 주파수가 물체의 속도에 비례하여 변화되는 것을 이용한다. 도플러 레이더 원리(Doppler Radar Principle)를 이용하는 방식을 사용하며, 마이크로파를 전송하여 감지 대상물에 의해서 반사되어 오는 전파(수신 안테나)를 받아들이도록 되어 있다.

수신된 신호는 목표물의 주기적인 움직임에 의해 변조된 위상과 신호의 진행 거리에 의해 시간 지연이 결정된다. 펜스가 필요치 않는 비행기 격납고, 펜스 없는 담장에 용이하게 설치가 가능하나, 지형, 지물과 같은 환경적 변화에 영향을 많이 받는다.

적외선 방식 감지센서
적외선 방식의 감지 센서는 수신기와 송신기 사이에 적외선이 관통하도록 구성했을 때, 침입에 의해서 적외선 빔을 차단하게 되는 경우에 경보를 발생하도록 하는 방식이다. 송신기와 수신기로 구성되며, 0.72 ~ 1.5um의 적외선을 투광하고 수신기에서는 투광된 적외선이 차단되면 감지하는 방식이다. 송신기에서 일정한 펄스의 파형을 지속적으로 투광하고 수신부에서는 정해지 파형이 들어오지 않으면 경보를 발하는 단순한 방식이다.

이 감지 센서는 펜스가 설치되어 있지 않은 지역에 설치하거나 타 센서와 복합적으로 사용하는 방법으로 설치하고 있다. 도심지역에서 작은 동물이나 낙엽 등으로 경보가 발생하는 빈도가 높고, 해안가나 산악지역에서 안개 등에 의해서 운영을 못하는 사례가 많다. 펜스가 없는 개방된 구역에서는 경제성이 있어 설치되는 경우가 있다.

비디오 모션 감지 방식
비디오 모션 감지 방식은 CCTV를 통해 들어오는 영상 정보를 분석해 침입을 감지할 수 있는 방식이다. 영상감시 시스템은 영상획득모듈, 영상검출모듈, 영상분석모듈 등으로 구성되며, 알고리즘을 통해 보안시스템에 적용한다. 영상정보의 획득, 분석을 통해 외부 펜스의 침입을 감지하는 것이 가능하나, 실제 적용 시에 조명, 안개 등과 같은 외부 환경에 의해 정확한 판별에 어려움이 있고, 작은 벌레 등이 카메라 렌즈 주위에서 날아다니는 경우 오동작·경보가 다량으로 발생한다. IR(Infra Red) 시스템을 사용하여, 침입자의 온도를 이용해 감지하는 방법을 보완적으로 사용한다.

정전용량방식 감지센서
정전용량방식 침입감지 센서는 물리보안 펜스(철책)에 감지 케이블을 체결해 보안 펜스의 진동 또는 충격 시 침입을 탐지하는 방식이다. 원리는 침입 발생 시 차폐-다심케이블 내부의 마찰대전에 의해 발생한 전하량의 크기와 주파수를 계측하여 침입을 경보하는 방식이다. 전기적인 신호를 발생하거나 자기장의 변화에 영향을 받지 않아 낙뢰 및 EMI에 의한 오동작·경보를 최소화할 수 있다. 범용의 옥외용 통신케이블을 사용함으로써 구축비용과 유지보수 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방식이며, 기존에 설치되어 있는 물리보안펜스에 차폐-다심케이블을 간편하게 부착하여 구출할 수 있다.

외곽 펜스 보안시스템의 비교

	표 2. 구축방법에 따른 외곽 펜스 보안시스템의 분류

외곽 펜스 보안시스템에 대해 구축 방법에 따라서 기존에 설치된 펜스에 센서를 부착하는 부착식과 기존 펜스와 별도로 구축해야 하는 독립식으로 나누어 표 2와 같이 구분했다. 부착식의 경우에 기존 펜스 구조물을 사용하여 설치하므로 독립식에 비하여 설치비용에 대한 절감이 가능하다. 장력식의 경우에 펜스가 설치되어 있는 상태에서 외곽 펜스 보안시스템을 설치하는 경우에 별도의 장력 철선을 구축물에 설치하는 형태로 많은 비용이 소요된다.

외곽 펜스 보안시스템은 동작원리에 의해서 표 3으로 구분했다. 동작원리에 따른 각 기술들을 검토해 보면, 장력 방식은 토목공사로 별도의 구조물을 구축할 필요가 있고, 이설 및 파손에 따른 복구시에도 많은 비용이 든다. 연약 지반, 굴곡지, 경사지에서 운용이 불가능하고 온도 변화에 따른 장력계수의 변화가 매우 커서 사계절이 뚜렷한 지역에서는 장력계수의 세부 조정이 빈번하게 발생하는 단점이 있다.

	표 3. 동작원리에 따른 외곽 펜스 보안시스템의 분류

자기유도 방식은 기술 원리상 감지케이블이 차폐 구조를 가질 수 없어서 외부 EMI(Electro Magnetic Interference)에 의한 오동작·경보와 낙뢰에 의한 소손 및 파괴가 빈번하며, 주변 습도(강우, 강설, 안개 등)에 의한 오동작·경보가 많다.

또한 침입 시 발생하는 충격과 소음을 감지하는 방식으로 주변의 소음 및 진동(강우, 낙뢰, 중량물의 이동)이 있을 때 오동작·경보 발생이 과다해지는 단점이 있다. 광망 방식 또한 별도의 구조물이 필요하여 구축비용이 크고, 광케이블 파손 복구에 전용장비 및 전문 인력이 필요하며 유지보수 비용이 크다. 이에 반해 정전용량방식 침입 감지 센서는 차폐층이 있는 감지케이블을 사용하여 낙뢰/전자기파 영향을 최소화 할 수 있으며, 범용의 통신 케이블을 사용해 경제성이 탁월한 기술이다.
[글 윤석진 GES 부장]

[월간 시큐리티월드 2016년 7월호 통권 234호(sw@infothe.com)]

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