10초 안에 화재 발생 알려주는 지능형 화재감지기 개발-3 cm의 극초기 화재 단계에서 불꽃 인식, 오경보율 최소화

10초 안에 화재 발생 알려주는 지능형 화재감지기 개발-3 cm의 극초기 화재 단계에서 불꽃 인식, 오경보율 최소화

2021-06-30관리자

 

 

10초 안에 화재 발생 알려주는 지능형 화재감지기 개발

- 3 cm의 극초기 화재 단계에서 불꽃 인식, 오경보율 최소화 -

- KRISS 연구소기업 한선에스티(주)와 공동 개발 -

 

 

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민) 안전측정연구소 비파괴평가팀과 KRISS 연구소기업 한선에스티㈜가 사람이 사용하는 불과 실제 화재 불을 구분, 실제 화재로 발생하는 불만 인식해 발화 10초 이내에 알려주는 지능형 화재감지기를 개발했다.

 

화재 극 초기 단계에서 발생하는 3 cm의 작은 불꽃을 정확하게 인식할 수 있어, 초기 진압과 대피에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

 

화재 사망자의 70%~80%는 연기와 유독가스로 인한 질식으로 발생한다. 화재를 예방하고 인명피해를 방지하기 위해서는 초기에 화재를 인식해 알려주는 것이 매우 중요하다. 

 

대부분의 기존 화재감지기들은 최초 발화 1분 이후인 화재 2단계에 화재를 감지하므로, 연기와 화염으로 인해 진압과 대피가 어려웠다. 또한 스프링클러는 실내 온도 72도가 넘어야 작동되므로, 실내에 있는 사람의 안전을 확보할 수 없었다.

 

KRISS와 한선에스티㈜가 공동 개발한 지능형 화재감지기는 화재 극 초기에 해당하는 1단계에서 화재를 인식해 자체경보와 스마트폰앱을 통해 알려준다. 불꽃의 위치 좌표를 확인할 수 있어 소화장치를 연동할 경우 국소 공간의 자동소화도 가능하다.

 

지능형 화재감지기는 오경보율 3% 이내로 기존 화재감지기인 연기감지기나 열감지기의 오경보율인 34%~50%에 비해 신뢰성이 매우 높다.

 

지능형 화재감지기의 이러한 성능이 가능한 이유는 적외선센서와 적외선 열화상센서를 결합한 융합센싱기술을 도입, 불꽃 인식률을 높였기 때문이다. 적외선센서가 불꽃의 특정 CO2 파장대를 이용하여 빠르게 불꽃을 인식할 수 있는 장점을 활용했다.

 

이에 더해, 화재감지기가 설치된 공간 내의 사람을 추적하여 요리 및 작업에 사용하는 불은 화재가 아님을 인식할 수 있는 인공지능 기법을 개발하여 적용했다.

 

 ◦ 기존의 화재감지기는 사람이 사용하는 불도 화재로 인식했다. 이런 문제점을 극복하고자 한선에스티㈜는 KRISS로부터 2021년에 이전받은 ‘열화상 좌표를 이용한 보안용 카메라 추적 감시 시스템 및 방법’ 특허를 활용했다.

 

 ◦ 적외선 열화상 카메라로 사람과 불꽃을 동시에 인식, 센싱 공간 내에 사람과 불꽃이 동시에 존재하는지 여부에 따라 사람이 사용하는 불인지, 화재인지 구분하여 인식하는 알고리즘을 사용한다.

 

KRISS 안전측정연구소 최만용 책임연구원은 “본 기술은 기존 화재감지기의 문제점을 개선해 실제 화재 불만 빠르게 인식할 수 있는 화재감시기술”이라며, “화재경보기의 신뢰도를 높여 국민들의 불안감을 해소하고, 화재 조기 진압에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

 

한편, 한선에스티㈜는 KRISS가 출자해 2015년 12월 설립한 연구소기업이며, 2021년에 시제품 개발을 완료해 상용화를 진행하고 있다.

 

한선에스티㈜ 김수언 대표이사는 “제품화 준비는 현재 실증과 소방인증을 진행하고 있는 단계”라며, “지자체 및 보안 회사, 건설사와 협력해 공장, 물류창고, 음식점, 사무실 뿐만 아니라 일반 가정에서도 빠르게 사용될 수 있도록 노력하겠다”라고 포부를 밝혔다.

 

KRISS 연구팀은 이번 기술개발 성과를 바탕으로, 다양한 공간에서 스스로 학습하고 판정할 수 있는 인공지능 화재감지기 개발에 주력할 계획이다.

 

붙임1

연구성과 추가 설명

 

 

□ 연구 배경 상세 설명

 

지난 10년간 국내 화재 발생 건 통계에 따르면 화재감지기 설치 의무화로 설치율은 늘어났지만, 여전히 화재 발생 건수는 줄어 들지 않고 높은 발생률로 유지되고 있다.

 

 

<연도별 화재 발생 통계 및 원인 분석> 

 

 ○ 2020년 소방청 통계에 따르면 우리나라 화재발생 건의 가장 많은 비율(35% 이상)이 생활공간에서 발생했으며, 그중 부주의와 전기적 요인이 74%에 달했다. 생활공간에 대한 미국표준기술연구소(NIST) ISO-Room/Living Room Flashover 화재시험과 영국 dangerpoint사의 전기적 화재시험자료에 의하면, 화재는 불꽃 발생에서 최성기까지 걸리는 시간이 3분 정도로, 확산 속도가 매우 빠르다. 이에 비해 현재의 화재감지기들(열, 연기 감지기)은 최초 발화 1분 이후에 감지하므로 연기, 화염으로 인해 대피/진압이 어렵다. 스프링클러는 실내 온도 72도가 넘어야 작동되므로 실내에 있는 사람의 안전을 확보할 수 없다. 최근에 일어난 주상복합아파트 화재 사건을 통해 화재 예방의 대안이 될 수 없음을 알 수 있다.

 

 ○ 또한 기존 화재감지기는 사람이 사용하는 불과 이로 인한 연기, 주변환경(수증기, 전열기 등)에 따른 오경보율이 높다. 지난 3년간 오작동으로 인한 소방관 출동 건수는 전국적으로 5만  9천 942건에 달해 소방관들의 현장 출동 공백 우려가 발생하고 있으며, 감지기의 전원을 꺼놓는 상황이 많이 발생하여 화재 위험에 노출되어 있다.

 

 ○ 따라서 사람이 사용하는 불과 실제 화재 불을 구분할 수 있고, 오경보 없이 정확하게 초기 화재를 감지해서 알려줄 수 있는 지능형 화재감시‧대응기술이 필요하다. 

 

KRISS와 한선에스티(주)가 공동 개발한 지능형 화재감지기는 실제 화재 불만을 발화 10초 이내의 작은 불꽃(3~10 cm) 단계에서 인식하고, 자체경보 및 스마트폰앱으로 알려주므로 빠른 진압과 대피가 가능하다. 또한 Wi-Fi로 연동된 소화장치를 통해 자동 또는 수동으로 진화가 가능하다. 이를 이용하면 오경보에 대한 화재경보기의 신뢰성을 확보할 수 있고, 화재 발생률을 크게 낮출 수 있다.

 

□ 연구 성과 상세 설명

 ○ 적외선센서가 불꽃의 특정 CO² 파장대를 이용하여 빠르게 불꽃을 인식할 수 있는 장점을 이용하고, 사람이 사용하는 불꽃이나 외부환경(전열기, 햇빛, 조명기 등)으로 인해 오경보가 발생하는 단점을 적외선 열화상 기술과 머신러닝 화재판정 기술을 접목하여 보완하였다.

 

 ○ 사용된 적외선 열화상 기술은 채널분리기법을 이용하여 사람, 배경, 불을 각각의 고유 온도로 정확하게 인식이 가능하며, 사람과 불꽃의 좌표도 확인이 가능하다. 인식된 불꽃 좌표로 연동된 소화장치를 통해 국소적 진화가 가능하므로 일회성인 소화장치의 유지관리 측면에도 우수하다.

 

 ○ 인공지능으로 사람과 불과의 관계를 융합센싱 데이터를 통한 종합상황정보로 분석, 사람이 생성한 불꽃인지, 전기적‧기계적 등의 사유로 인해 발생된 실제 화재 불꽃인지를 판단할 수 있다.

 

 ○ 사람이 없는 공간에 불꽃이 발생한 경우 빠르게 화재로 인식할 뿐만 아니라, 사람이 가스버너, 향초, 에탄올 난로 등의 불을 사용하다가 자리를 비운 사이 불꽃이 확산되는 경우에도 화재로 인식한다. 또한 유아가 불을 사용하거나 반려동물로 인해 불꽃이 확산되는 경우에도 화재로 인식한다.

 

 ○ 다수의 사람과 다수의 불꽃도 지능형으로 인지가 가능하므로, 기존에 화재감지기 설치가 어려웠던 공간(조리공간, 식당 홀 등)에서도 적용이 가능하다.

 

붙임2

지능형 화재감지기 구성 및 기능

 

 

▲ 지능형 화재감지기 기본 사양

 

① 감시범위

 - 지능형 화재 감지 범위는 57°, 15 m 이내이며, 사각지대와 장애물을 고려하여 설치해야 함

 

② 화재 인식 시간

 - 지능형 화재감지기는 최초 발화 후 10초 이내 불꽃 크기인 폭 3~10 cm부터 감지가 가능하며, 화재 확산 양상에서 보았을 때 극 초기 단계(사람이 진압 또는 대피가 매우 용이한 시점)에 감지가 가능하다.

 

▲ 각 화재감지기 종류별 화재 인식이 가능한 시간 비교

③ 오경보율

 - 지능형 화재감지기는 적외선센서와 적외선 열화상센서의 장점을 극대화하고, 단점을 서로 보완하였고 인공지능기반으로 화재상황을 인식함으로써 오경보율을 3% 이하(실험값 1% 이하)로 구현한 화재감지기이다. 

 

④ 작동 프로세스

  - 지능형 화재감지기는 적외선센서와 적외선 열화상센서의 융합센싱을 통한 데이터셋을 기반으로 인공지능 화재판정 모델을 구축하고 적용하여 화재 상황을 화재, 사용 불, 비 화재로 인식 및 판정한다.

 

▲ 지능형 화재감지기 화재판정 모델

 

⑤ 지능형 화재감지기 시스템 개요

  - 해당 지능형 화재감지기는 데이터 처리, 저장, 전송, 등의 전반적인 처리를 수행하는 메인 컴퓨터가 탑재된 일체형 구조로, 화재 상황이 발생하면 자동으로 데이터와 알람신호를 서버를 통해 관리자 APP 및 종합통제실로 실시간 전송해준다. 

 

▲ 지능형 화재감지기 시스템 구성

 

▲ 지능형 화재감지기 시스템 구축 예

 

⑥ 지능형 화재감지기 사용자/관리자 스마트폰 APP

 

 

 

▲ 지능형 화재감지기 사용자/관리자 스마트폰 APP 화면

 

붙임3

사진 자료

 

 

 

 

 

▲ KRISS 최만용 책임연구원(좌), 한선에스티(주) 김수언 대표이사(우)가

지능형 화재감지기 정량적 신뢰성 실험을 진행하고 있다.

 

 

 

▲ 한선에스티(주) 김수언 대표이사(좌), KRISS 최만용 책임연구원(우) 

 

붙임4

KRISS 최만용 책임연구원 프로필

 

 

1. 인적사항

 ○ 성 명 : 최만용

 ○ 소 속 : 한국표준과학연구원 안전측정연구소                               비파괴평가팀

 ○ 직 위 : 책임연구원

 

 

 

 

 

2. 경력사항

 ○  1986 ~ 현재 : 한국표준과학연구원 책임연구원

 ○  2004 ~ 현재 : 한국과학기술연합대학원 겸임교수

 ○  2004 ~ 현재 : ISO TC135/SC8(적외선열화상검사), 국제의장(Chair)

 ○  2016 ~ 2017 : 한국비파괴검사학회 회장

 ○  1990 ~ 1991 : Tokyo Univ. 객원연구원

  

3. 수상실적

 ○  1994 : 장영실상 (과기처 장관상)

 ○  2016 : 2016년 국가연구개발 최우수성과상 (미래창조과학부 장관상)

 

4. 전문 분야 정보

 ○ 적외선 열화상 응용기술 연구개발

 ○ 비파괴 검사 및 계측공학 

 

6. 발표논문 및 특허

 ○ 적외선열화상측정및 검사분야 SCI(E)논문 30편

 ○ 안전측정 및 감시분야 국내외특허 40건 이상