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SUMMARY

목차

제1장 서론 76

1.1. 연구의 필요성 76

1.1.1. 터널 화재의 발생현황 및 대응필요성 76

1.1.2. 터널 화재 사고의 특징 76

1.1.3. 국내외 터널화재 사례분석 78

1.2. 연구목표 97

1.3. 연구범위 97

1.3.1. 대구경북과학기술원(DGIST, 경북대학교(위탁)) 97

제2장 재난상황 모델링 및 시나리오 개발 110

2.1. 재난상황 모델링 및 Use-Case 110

2.1.1. 재난 상황 모델링의 필요성 110

2.1.2. 재난상황 모델링의 공간적, 시간적 범위 113

2.1.3. 도로터널 재난의 위험 USE-CASE 116

2.2. 위험상황 지표 및 재난대응 시나리오 도출 118

2.2.1. 재난대응에 관련된 위험상황 표출 118

2.2.2. 도로터널에 관련된 위험상황 표출 132

2.3. 재난대응 시나리오 도출 135

2.3.1. 터널화재 표준작전 절차 기반 대응시나리오 136

2.3.2. 차량추돌 사고시 재난대응 시나리오 138

2.3.3. 기존의 최악 재난 시나리오 144

2.3.4. 시간적 대응 시나리오 151

2.3.5. 장비 및 공간적 대응 시나리오 164

2.3.6. 열/연기 대응 시나리오 176

2.4. 터널, 지하공간 적용을 위한 FDS 시뮬레이션 181

2.4.1. 도로터널과 지하주자장 FDS 환경 설정기준 181

2.4.2. 생태터널 FDS 시뮬레이션 193

2.4.3. ○○터널 [대구 테크노폴리스대로 진입로 기세터널 1㎞] FDS 시뮬레이션 199

2.4.4. [DGIST] 지하주차장 FDS 시뮬레이션 204

2.4.5. 기존 연구문헌의 도로터널 화재 시뮬레이션 214

2.5. 소방 활동전략 및 확장 대응을 위한 시나리오 218

2.5.1. 도로터널 화재시 효과적인 소방활동전략 수립을 위한 시나리오 연구 218

2.5.2. 터널화재 분류모델에 따른 확장 대응 시나리오 제안 228

제3장 상황 인식형 통합 관제 시스템구축 235

3.1. 탐색/구조 상황에서의 관제시스템 요구사항 파악 235

3.1.1. 개발 시스템의 운영 시나리오 235

3.1.2. 한국도로공사 터널 화재시 방재 시나리오 239

3.1.3. 화재관련 유관기관의 요구사항 분석 241

3.2. 상황 인식형 통합 관제 시스템 기초 연구 252

3.2.1. 화재 복합감지시스템 252

3.2.2. 로봇 및 센서노드용 감지모듈 개발 256

3.2.3. 고정밀 화재감지 디바이스 개발 262

3.2.4. 미러링 시스템 275

3.2.5. 데이터 수신율 파악을 위한 데이터 통신 방식 조사 278

3.2.6. 통신 방식에 따른 데이터 손실률 비교 281

3.2.7. 데이터 수신율 향상 방안 284

3.2.8. 센서의 내열성 확보방안 286

3.2.9. 센서의 방수성 확보방안 287

3.2.10. 센서의 내충격성 확보방안 292

3.3. 구조/탐색 상황에서 동작할 모듈별 및 통신절차, 메시지 설계 294

3.3.1. 시스템 구성요소 및 모듈별 생성메시지 설계 294

3.3.2. 통합관제서버 및 요구조자 메시지 전달 시퀀스 설계 298

3.3.3. 도로 레이더 전달 메시지의 매체접근 방법 및 규격 설계 302

3.4. 상황 인식형 통합 관제 시스템 설계 304

3.4.1. 상황 인식형 통합 관제 시스템 S/W 및 H/W의 성능 요구분석 304

3.4.2. USN기반 복합 화재감지 모니터링기법 설계 309

3.4.3. 실시간 위험확인 및 위치추적기법 설계 320

3.4.4. 로봇 및 소방관 단말 연동기술 설계 326

3.4.5. 실시간 위치추적 시스템 구축 327

3.5. 상황 인식형 통합 관제 시스템구축 및 성능검증 333

3.5.1. 필드테스트장내 구성요소 및 시스템 구축 333

3.5.2. 용도별 성능 계측시스템 개발 및 구축 344

3.5.3. 종합성능평가 시나리오 제시 345

3.5.4. USN 시스템 종합성능평가 348

제4장 지상팀색로봇 분석 및 설계서 398

4.1. 지상 탐색로봇 요구 사항 분석 398

가. 지상 탐색 로봇 형태 설정 및 Prototype 개발 398

4.2. 지상 탐색 로봇 설계 400

4.2.1. 소형 주행 로봇 400

4.2.2. 소형 주행 로봇의 목표 성능 426

4.2.3. 지원 차량 432

4.3. 지상 탐색 로봇 제어 436

4.3.1. 탐색 지상 로봇 시스템 제어기 구현 436

4.4.2. 탐색 지상 로봇의 Waypoint 시스템 443

4.4. 지상 탐색 로봇 개별 및 통합 운용 시스템 개발 448

4.4.1. 로봇 개별 및 통합 운용 시스템 개발 448

제5장 비행탐색로봇 분석 및 설계서 482

5.1. 비행 탐색로봇 요구 사항 분석 482

가. Semi Auto 자율 비행의 정의 482

나. 비행체의 저공비행 483

다. 외부 프레임을 통한 동체 충격 완화 시스템 483

다. 터널 화재 시 터널 내부 온도의 상승에 따른 내부 회로 보호 기술 484

5.1.2. 비행탐색로봇 핵심 기술 요구사항 분석을 통한 설계방향 선정 484

5.2. 비행 탐색 로봇 설계 486

5.2.1. 1차년도 진행 486

5.2.2. 2차년도 진행 493

5.2.3. 3차년도 진행 496

5.3. 비행 탐색로봇 제어기술 509

5.3.1. 비행 탐색로봇 제어기술 509

5.3.2. 비행 탐색 로봇의 시스템 제어기 구현 520

5.3.3. 구호품 전달 비행 로봇 526

5.3.4. Waypoint 주행 비행로봇 533

제6장 시야확보용 열화상 카메라 및 전송모듈 개발 & 탐색로봇 성능지표 543

6.1. 열화상 카메라 및 WiFi전송모듈 개발 543

6.1.1. 시야확보를 위한 적외선 카메라 및 WiFi 영상 전송 가능 모듈 설계 및 시작품개발 543

6.1.2. 재난환경에 적용할 수 있는 시야 확보 모듈 인터페이스 548

6.2. 영상처리 557

6.2.1. 차량의 내부에 존재하는 요구조자의 탐색을 위한 영상 처리 기술에 대한 시작품 557

6.2.2. FPV[First Person View]를 이용한 적외선 카메라 영상 전송 기술 구현 564

6.2.3. FPV를 통한 실시간 영상 확인 568

6.3. 탐색로봇 성능지표 570

6.3.1. 비행탐색로봇 성능지표 570

6.3.2. 지상탐색로봇 성능지표 580

제7장 탐색 중복성 회피기술 시연 및 평가 588

7.1. 탐색 중복성 회피방안 및 기술개발 588

7.1.1. 터널현장 지도데이터 및 다운로드 기술 개발 588

7.1.2. 로봇연동 화재현장 공간탐색기술 개발 589

7.2. 탐색 중복성 회피기술 시연 및 평가 591

7.2.1. 중복탐색 회피기술의 성능평가 지표 및 기법 도출 591

7.2.2. 중복탐색 회피기술의 성능평가 환경설정 600

7.2.3. 탐색 구성요소별 중복탐색회피 기술 시연 및 성능평가 602

제8장 긴급재난안전망 구성 기술 609

8.1. 후보 무선 통신 기술 동향 609

8.1.1. ProSe 609

8.1.2. MC-PTT 609

8.1.3. IOPS 610

8.2. 긴급재난안전망 요구기술 정의 및 설계 610

8.2.1. 통신 요구기술 정의 및 설계 610

8.2.2. 통신 요구기술 지표 도출 611

8.3. Wi-Fi 기반 긴급재난안전망의 구성 612

8.3.1. 긴급재난안전망의 구조 612

8.3.2. 중계기 배치 간격 최적화 알고리즘 614

8.3.3. 네트워크 가상화 및 Wi-Fi Direct 기술 615

8.3.4. 구조대원 간 재난안전망 라우팅 알고리즘 616

8.3.5. 구조대원 단말과 중계기로 구성된 애드혹 네트워크의 성능 개선 617

제9장 음성 통신 및 영상 통신 모듈 구현 619

9.1. 구조대원 단말-지휘 PC 간 통신 프로토콜 개발 619

9.1.1. 구조대원 단말-지휘 PC간 통신 프로토콜 설계 619

9.2. 긴급재난안전망에서의 음성 통신 모듈 개발 622

9.2.1. 음성 통신 관련 기술 조사 622

9.2.2. 긴급재난안전망에서의 구조대원 기기 간 음성 통신 624

9.2.3. 긴급재난안전망에서의 요구조자 기기-구조대원 단말 간 음성 통신 630

9.3. 구조대원 단말에서 지휘 PC로의 영상 전송 모듈 개발 637

9.3.1. 긴급재난안전망에서의 구조대원 단말에서 지휘 PC로의 영상 전송 637

제10장 요구조자 파악 기술 정의 및 설계 646

10.1. 요구조사 파악 후보 기술 분석 및 적합 기술 선정 646

10.2. Bluetooth 기반 요구조자 위치 추정 기술 개요 648

10.3. Bluetooth 비콘 프레임 설계 649

10.4. Bluetooth 기반 거리 추정 알고리즘 650

10.4.1. Log distance model 650

10.4.2. 다항식 모델(Polynomial Regression Model, PRM) 651

10.4.3. 신호 세기 대 거리 모델 비교 및 최적 모델 선정 653

10.4.4. 위지 추정 정확도 개선을 위한 신호 세기 필터 설계 654

10.5. 추정된 거리 기반 위치 추정 알고리즘 661

10.5.1. 문제 해결을 위한 접근 방법 662

10.5.2. 뉴튼-랩슨 기법(Newton-Raphson method) 664

10.5.3. 경사 하강법(Gradient descent method) 664

10.5.4. 위치 추정 기법 비교 665

10.6. 요구조자 파악 정보 전달 665

10.6.1. Bluetooth 위치 추정 기반 요구조자 파악 정보 전달 665

10.6.2. 구조대원 단말 신호 기반 요구조자 파악 정보 전달 669

10.7. 사고 지점 내 Bluetooth 위치 추정 시스템 배치 설계 670

10.8. 요구조자 파악 성능 평가 671

10.8.1. 요구조자 위치 추정 정확성 평가 671

10.8.2. 요구조자 파악 신속성 평가 673

제11장 구조대원 위치 추정 기술 675

11.1. 구조대원 위치 추정 기술 적합성 검토 및 설계 675

11.2. 구조대원 단말 위치 추정 시스템 개요 676

11.3. 구조대원 단말-앵커 간 거리/위치 추정 알고리즘 677

11.4. 구조대원 위치 추정 정확성 평가 681

11.5. 사고 지점 내 UWB 위치 추정 시스템 배치 설계 682

제12장 구조대원 딘말 모듈 통합/기기 제작 684

12.1. 구조대원 단말 HW 구성 684

12.2. 구조대원 단말 통합 프로그램 구조 686

12.3. 구조대원 구조 신호 전송부 688

12.4. 구조대원 통합 모듈 비용 분석 693

12.5. 위치 추정용 비콘 비용 분석 696

제13장 화재재난 사고 재현을 위한 성능장치 설계 699

13.1. 터널 및 지하공간의 화재 성능 평가 실험조사 699

13.1.1. 국내 터널화재 실험조사 699

13.1.2. 해외 터널화재 실험조사 700

13.2. 화재재난 사고 재현을 위한 성능장치 및 모델 제시 702

13.2.1. 성능장치 702

13.2.2. 모델 제시 703

13.2.3. 터널 화재 재난 사고 성능 테스트장 계획 707

제14장 차량화재모사 연소장치 개발 및 제작 710

14.1. 차량화재모사 연소장치 개발 710

14.1.1. 차량화재모사 연소장치 개요 710

14.1.2. 차량화재모사 연소시험 장치 버너선정 711

14.1.3. 차량화재모사 연소시험 장치 설계(Gun TYpe-가스버너) 713

14.1.4. 차량화재모사 연소시험 장치 설계(Gun TYpe-유류버너) 717

14.2. 차량화재모사 연소시험 장치 제작 721

14.3. 차량화재모사 연소시험 장치 화재강도 평가 723

14.3.1. 룸코너 테스트 723

14.3.2. 라지스케일 칼로리미터 테스트 728

제15장 터널 화재 모사 모니터링 시스템 개발 및 제작 731

15.1. 터널 화재 모사 측정시스템 개발 731

15.1.1. 터널 화재 모사 측정시스템 개요 731

15.1.2. 터널화재 모사 측정시스템에 관한 규격 733

15.2. 터널 화재 모사 측정시스템 구성 734

15.2.1. 측정 센서 734

15.2.2. 거치대 제작 739

15.2.3. 센서 통합 제어 시스템 741

제16장 터널화재모사 측정시스템 성능평가 744

16.1. 터널화재모사 측정시스템 현장 실험[터널방재종합시험장] 744

16.1.1. 터널방재종합시험장 개요 744

16.1.2. 터널방재종합시험장 현장실험에 따른 측정시스템 배치 745

16.2. 터널 화재 모사 측정 시스템 현장 실험 747

16.2.1. 측정 시스템 온도센서 성능평가 747

16.2.2. 측정 시스템 유속센서 성능평가 750

16.2.3. 측정 시스템 가시도센서 성능평가 755

제17장 터널화재 모사장치를 활용한 모사시험 실시 758

17.1. 터널화재모사장치 758

17.1.1. 터널화재모사장치 개요 758

17.2. 터널화재모사장치 현장 모사실험(KCL 삼척실화재시험장) 764

17.2.1. 터널화재모사장치 모사실험 개요 764

17.2.2. 터널화재모사장치 화재강도 및 유속평가 768

17.2.3. 터널화재모사장치 가시도 평가 779

17.2.4. 터널화재모사장치 온도 평가 781

제18장 터널화재모사시험 운영 매뉴얼 788

18.1. 터널 화재 모사 운영 매뉴얼 788

제1장 일반사항 789

제2장 터널화재 평가 기초 796

제3장 터널화재 평가 절차 800

제4장 터널화재 모사 시설에서의 평가 803

18.2. 터널 화재 모사 장비 매뉴얼 835

1부 연소시험장치 838

2부 화재모사 측정 시스템 860

제19장 사업화를 위한 Usability Test 및 설문조사 900

19.1. 설문조사를 위한 응답자 정보 900

19.2. 사용성 평가 결과 903

19.2.1. 기능성 903

19.2.2. 사용성 920

19.2.3. 만족도 923

19.3. 사용성 평가 결과 종합 분석 928

19.3.1. 기능성 928

19.3.2. 사용성 929

19.3.3. 만족도 930

제20장 연구성과의 사업화 계획(안) 938

20.1. USN기반 통합관제 서버의 사업화 계획(DGIST) 938

20.1.1. 개발 장비의 제품화 가능 모델 938

20.1.2. 제품의 시장 동향 및 잠재 수요처 940

20.1.3. 사업화 전략 및 수익모델 945

20.1.4. 기술이전 및 양산화 계획 947

20.1.5. 제품의 홍보 및 마케팅 방안 949

20.2. 탐색 및 구조 로봇의 사업화 계획(서울과기대) 954

20.2.1. 개발 장비의 제품화 가능 모델 954

20.2.2. 제품의 시장 동향 및 잠재 수요처 954

20.2.3. 사업화 전략 및 수익모델 955

20.2.4. 기술이전 및 양산화 계획 956

20.2.5. 제품의 홍보 및 마케팅 방안 957

20.3. 구조대원 단말 및 재난안전망 기술의 사업화 계획(POSTECH) 958

20.3.1. 개발 장비의 제품화 가능 모델 958

20.3.2. 제품의 시장 동향 및 잠재 수요처 959

20.3.3. 사업화 전략 및 수익모델 960

20.3.4. 기술이전 및 양산화 계획 961

20.3.5. 제품의 홍보 및 마케팅 방안 962

20.4. 화재모사 테스트베드의 운영 계획안(KCL 운영계획 안) 968

20.4.1. 개발 장비의 제품화 가능 모델(안)_(개발한 시험장비의 운영 가능 시스템 모델안) 970

20.4.2. 제품(테스트베드)의 시장 동향 및 잠재 수요처 973

20.4.3. 사업화 전략안(테스트 베드 운영방안) 및 수익모델(안) 976

20.4.4. 기술이전(안) 및 양산화 계획(안) 978

20.4.5. 제품의 홍보(안) 및 마케팅 방안 978

붙임 980

[붙임 1] 연구개발성과 활용계획서 980

[붙임 2] 기술 요약서 990

참고문헌 999

표 1.1. 해외 터널화재 사례 83

표 1.2. 국내 터널화재 사례 85

표 1.3. 국내 10대 장대터널 86

표 1.4. 국내 터널내 사고건수 86

표 1.5. 터널 화재의 문제점 분석 89

표 1.6. 산소농도가 인간에게 미치는 영향 90

표 1.7. 기존 소방로봇 장비 활약 부족 92

표 2.1. 소방장비의 분류 112

표 2.2. 일반적인 화재 크기 자료 115

표 2.3. 터널연장기준 방재 등급의 범위 119

표 2.4. 터널 위험도 평가기준 121

표 2.5. 등급별 방재시설 설치기준 124

표 2.6. 방재시설 설치위치 및 설치간격 126

표 2.7. 차량추돌 사고시 재난대응시나리오 139

표 2.8. 대형화재 발생 재난대응 시나리오 141

표 2.9. 화재발생 가상 시나리오 145

표 2.10. 도로터널 화재 발생 재난대응 시나리오 148

표 2.11. 유형에 따른 도달 시간 183

표 2.12. FDS 입력 내용 및 일반적 명령어 187

표 2.13. 시뮬레이션 개요 및 조건 193

표 2.14. 도로 터널의 FDS 조건 199

표 2.15. 지하주차장 FDS 조건 204

표 2.16. 2.0m 높이에서 시간대별 온도 분포-1 207

표 2.17. 2.0m 높이에서 시간대별 온도 분포-2 208

표 2.18. 2.0m 높이에서 시간대별 가시도 분포-1 209

표 2.19. 2.0m 높이에서 시간대별 가시도 분포-2 210

표 2.20. 횡류식 6㎿ 일 때 연기, 온도 분포 시뮬레이션 216

표 2.21. 횡류식 18㎿ 일 때 연기, 온도 분포 시뮬레이션 217

표 2.22. Classification models of road tunnels for... 224

표 2.23. 터널화재 분류모델에 따른 확장 대응 시나리오 제안 229

표 3.1. 대구시 터널통합관리소 터널 화재시 상황전개 타임시트 247

표 3.2. 3사 통신사별 전송성공율과 패킷손실률 283

표 3.3. 통합 관제 시스템의 S/W 세부내용 304

표 3.4. 통합 관제 시스템의 H/W 세부내용 306

표 3.5. USN 센서 250m 통신거리 평가 결과 354

표 3.6. USN 센서 데이터 수신율 평가 결과 355

표 3.7. USN 센서 데이터 수신율 평가 결과 357

표 3.8. USN기반 통합관제서버 위치 추적 정확도 평가 결과 358

표 3.9. USN기반 통합관제서버 응답시간 및 데이터 송수신율 평가 결과 360

표 4.1. 주행체 형태별 주행 장치의 특징 401

표 4.2. 1차 프로토타입의 문제점 및 보완사항 404

표 4.3. 2차 프로토타입 문제점 및 보완사항 408

표 4.4. 소형 주행 로봇의 방염, 방수, 냉각 415

표 4.5. UWB 통신(6.5㎓)의 실험 결과 값 451

표 4.6. 2차 prototype의 통신 모듈 제원 453

표 4.7. Probee-ZE10의 제원 465

표 5.1. 탐색 비행 장비 형태 485

표 5.2. 핵심 개발 내용 분석표 486

표 5.3. 1차 설계안 문제점 및 보완사항 488

표 5.4. 2차 Prototype 문제점 및 보완사항 491

표 5.5. 내열성 소재 503

표 5.6. Servo Motor 제원 506

표 5.7. 구호품 전달 비행 로봇의 사양 527

표 5.8. Lidar 센서의 사양 535

표 6.1. 모듈 1과 모듈 2의 상세 기능 및 스펙 비교표 547

표 6.2. 모듈 1~4의 적외선 카메라 및 Embedded 상세 기능 및... 555

표 6.3. 카메라 모듈에 따른 문제점 557

표 6.4. 비행탐색로봇 성능지표 570

표 6.5. 지상탐색로봇 성능지표 580

표 9.1. 메시지 타입별 메시지 세부 사항 621

표 9.2. 음성 통신 응답 속도 평가 결과 630

표 9.3. 패킷 손실률 실험 결과 637

표 10.1. 다항식 모델(PRM)의 차수 별 평균 오차 654

표 10.2. 다항식 모델과 로그 모델의 평균 오차 654

표 10.3. 필터 별 평균 거리 오차 661

표 10.4. 각 위치 추정 기법 성능 평가 결과 비교 665

표 10.5. 요구조자 위치 추정 성능 평가 결과 673

표 10.6. 요구조자 위치 추정 시간 신속성 평가 결과 674

표 11.1. 위치 추정에 필요한 시점 679

표 11.2. 위치 추정에 필요한 프레임 679

표 11.3. 구조대원 위치 추정 성능 평가 결과 682

표 12.1. 구조대원 단말의 기능 및 필요 모듈 684

표 12.2. 구조대원 단말 제작 단가 695

표 12.3. 비콘 제작 단가 697

표 13.1. 설계화재와 연기 발생량 706

표 14.1. Pool 버너 및 Gun Type 버너 특성 713

표 14.2. Gun Type-유류버너 구성 720

표 14.3. 차량화재 모사 연소시험장치 시간에 따른 평가방법 725

표 16.1. 터널방재종합시험장 이용분야 744

표 16.2. 온도센서 Group별 온도 평균 값 749

표 16.3. 1차 시험 유속 data sheet 752

표 16.4. 3차 시험 유속 data sheet 754

표 16.5. 가시도센서 사양 756

표 16.6. 설계화재와 연기발생량 756

표 16.7. 가시도센서 평가 결과 757

표 17.1. 도로터널 설계화재 760

표 17.2. 연소장치의 성능 및 사양 761

표 17.3. 연소장치의 구성 762

표 17.4. 모니터링 측정 시스템 사양 763

표 17.5. 대형 실물화재 시험평가기기 765

표 17.6. 차량화재 모사 연소시험장치 시간에 따른 평가방법 767

표 17.7. 가시도 평가 결과 780

표 17.8. 온도센서 Group별 온도값 783

표 17.9. 열화상카메라 사양 785

표 1. 시스템 구성 주요 장치 목록 839

표 2. 연소시험 장치 구성 840

표 3. 연소 시험 주요 장치 및 기능 842

표 4. 통신용 배전함 구성 장치 및 기능 843

표 5. 장치 주요 사양 854

표 6. 이상 증상 처리 857

표 1. 시스템 구성 주요 장치 목록 862

표 2. 화재모사 측정 센서 시스템 장치 구성 863

표 3. 측정 센서 거치대 주요 장치 및 기능 865

표 4. 통신용 배전함 구성 장치 및 기능 867

표 5. 배전함 내부 장치 및 기능 868

표 1. 시스템 주요 사양 889

표 2. 이상 증상 처리 896

표 19.1. 비행로봇 개선사항 923

표 19.2. 지상로봇 개선사항 925

표 19.3. 소방단말 개선사항 926

표 19.4. 통합관제시스템 개선사항 927

표 20.1. 통합관제 서버 장비 및 기술 등록 현황 938

표 20.2. 영상기반 모니터링 장비 및 기술 등록 현황 939

표 20.3. 방재설비 감시 및 제어 설비 및 기술 등록 현황 940

표 20.4. Radar 시스템 잠재 수요처 정보 941

표 20.5. 영상기반 모니터링 시스템 잠재 수요처 정보 943

표 20.6. 방재설비의 감시 및 제어를 위한 시스템 잠재 수요처... 945

표 20.7. 사업화 전략 및 수익 모델 946

표 20.8. 홍보 행사 및 증빙 사진 950

표 20.9. 연구성과 발표회 및 증빙 사진 951

표 20.10. Usability test 진행 기관 및 증빙 사진 952

표 20.11. 위치 추정 장비 및 기술 등록 현황 958

표 20.12. 위치 추정 시스템 잠재 수요처 정보 959

표 20.13. 사업화 전략 및 수익 모델 960

그림 1.1. 스위스 고타르 터널 화재 78

그림 1.2. 몽블랑 터널 화재 80

그림 1.3. 대구 달성2터널 화재 82

그림 1.4. 국내 대표 장대터널 현황 88

그림 1.5. 주요 화재시나리오 곡선 90

그림 1.6. 소방관 보조 로봇의 기능 및 개선 요구사항 91

그림 1.7. 공격전략(상) 및 수비전략(하)에서의 소방대 접근경로 95

그림 1.8. 본 과제의 연구목표 97

그림 2.1. 승용차 화재시나리오 130

그림 2.2. 버스 및 화물차 화재시나리오 131

그림 2.3. 도로터널 재난대응 시나리오에 관련되는 위험상황... 134

그림 2.4. 소방본부 재난현장 터널화재 표준작전 절차에 따른... 137

그림 2.5. 차량추돌 사고 시 재난대응시나리오 140

그림 2.6. 대형화재 발생 시 재난대응시나리오 143

그림 2.7. 시스템 구성도 152

그림 2.8. 시간적 대응 시나리오 154

그림 2.9. 1차 대응(사고의 감지) 155

그림 2.10. 1차 대응(사고의 전파) 156

그림 2.11. 2차 대응(로봇투입 생략) 158

그림 2.12. 2차 대응(로봇 투입) 159

그림 2.13. 3차 대응(소방대원 측위) 160

그림 2.14. 3차 대응(요구조자 측위 및 D2D통신) 161

그림 2.15. 3차 대응(중복탐색 회피) 162

그림 2.16. 상황대응 시나리오 163

그림 2.17. 1차 대응 시나리오(사고 유형 및 대응 장비) 164

그림 2.18. 로봇 투입 시나리오 166

그림 2.19. 로봇의 진입방법 168

그림 2.20. 둔내 터널 화재 169

그림 2.21. 백양터널 화재 169

그림 2.20. 사패터널 화재 170

그림 2.22. 수리산 3터널 화재 170

그림 2.24. 죽령터널 화재 171

그림 2.25. 상주터널 화재(내부) 171

그림 2.26. 상주터널 화재(외부) 172

그림 2.27. 운중터널 화재 172

그림 2.28. 중원터널 화재 173

그림 2.29. 통영2터널 화재 173

그림 2.30. 3차 대응 시나리오 174

그림 2.31. 3차 대응(탐색공간 할당 및 소방관 측위) 175

그림 2.32. 3차 대응(중계기 및 비컨통신) 175

그림 2.33. 터널내 화재 기초 실험 176

그림 2.34. 온도 분포 시뮬레이션 177

그림 2.35. 연기 분포 시뮬레이션 178

그림 2.36. 화재의 분류(Class) 179

그림 2.37. 화재 성상에 따른 대응 시나리오 180

그림 2.38. 화재규모에 대한 PIARC 보고서의 권장 값 181

그림 2.40. Heat release by t square curve 183

그림 2.41. 참고문헌 차량화재 열방출율 그래프 185

그림 2.42. 차량화재 열방출율 186

그림 2.43. 화재해석 프로그램 FDS의 가시화 189

그림 2.44. 차량화재 화재성장속도 적용 근거자료 192

그림 2.45. 생태터널 평면도(CAD 도면) 193

그림 2.46. 시간에 따른 온도 분포(종단면도) 195

그림 2.47. 바닥 위 1.5m, 2.0m에서 시간에 따른 온도... 195

그림 2.48. 화원 상부 위치 및 시간변화에 따른... 196

그림 2.49. 바닥 위 2.0m에서 시간에 따른 가시거리... 197

그림 2.50. 바닥 위 1.5m에서 시간에 따른 가시거리... 198

그림 2.51. 바닥위 2.0m에서의 시간에 따른 가시거리... 200

그림 2.52. 시간에 따른 온도 분포(종단면도) 201

그림 2.53. 화원 주변 온도분포 그래프 202

그림 2.54. 바닥위 2.0m에서의 시간에 따른 가시거리... 203

그림 2.55. 바닥 위 2.0m에서 시간에 따른 가시거리 분포(이전에... 203

그림 2.56. 참고문헌 차량화재 열방출율 그래프 211

그림 2.57. 차량화재 열방출율 그래프 212

그림 2.58. Fire Scenario curves for firefighting strategies 220

그림 3.1. 개발 시스템의 개념도 235

그림 3.2. 제연시스템 및 운영-방재 시나리오 239

그림 3.3. 현장에서 수행되는 표준작전 절차 240

그림 3.4. 김해소방서 전경 243

그림 3.5. 대구소방본부 전경 244

그림 3.6. 대구시 터널통합관리소 내부 245

그림 3.7. 대구시 터널통합관리소 영상 유고감지 시스템 246

그림 3.8. 대구시 달성소방서 현장방문 251

그림 3.9. RMD-5T 구조 252

그림 3.10. 복합감지기 프로토콜 포맷 253

그림 3.11. RS485신호 TCP신호로 변환 254

그림 3.12. 복합감지기 개발 255

그림 3.13. 영동터널 내 화재 및 연기 모사 255

그림 3.14. 영동터널 내 복합감지기 설치 255

그림 3.15. 3×3 픽셀 군집화의 필요성(a) 1픽셀 화점 조건부... 256

그림 3.16. 노이즈 절감 및 처리 속도 향상을 위해 3×3... 257

그림 3.17. 레이블링을 통해 예상 화재 구역을... 258

그림 3.18. 화재의 1차 후보 영역 설정(3단계) 258

그림 3.19. 화재의 2차 후보 영역 설정(4단계) 259

그림 3.20. 최종 화재 영역 감지 영상 259

그림 3.21. 영동 방재종합시험장 환경에서의 화재 검출 결과 영상 260

그림 3.22. DGIST 지하공간 환경에서의 화재 검출 결과 영상 260

그림 3.23. 기세터널 환경에서의 화재검출 결과 영상 261

그림 3.24. 초분광 영상 데이터 구조 263

그림 3.25. 터널 내부 화재모사 환경 및 화염 분광 264

그림 3.26. 야간 화재 모사 환경 및 화염 분광 264

그림 3.27. 3D로 표현한 화염 픽셀에 해당하는 분광... 265

그림 3.28. 광원 별 분광 정보,(a) 터널 내 화재모사 실험의... 265

그림 3.29. NAKBD measure로 표현한 화재검출... 266

그림 3.30. Band Ratio measure로 표현한 화재검출... 267

그림 3.31. NDBI measure로 표현한 화재검출 영상 268

그림 3.32. 초분광 영상 및 화재 검출 영상,(a) 터널 내 초분광... 269

그림 3.33. 이진화 검출 영상,(a) 터널 내 화재 검출... 270

그림 3.34. 밴드선택 기법 흐름도 271

그림 3.35. 화재 모사 환경 271

그림 3.36. ROC 그래프와 AUC 의미 272

그림 3.37. AUC 행렬 273

그림 3.38. AUC 행렬 내 밴드 조합별 ROC 274

그림 3.39. 개발 중인 미러링 시스템의 차별성 275

그림 3.40. 함수 호출에 따른 순서도 276

그림 3.41. 미러링 시스템 실행화면 277

그림 3.42. UDP 통신을 통한 다중 디바이스 스크린 미러링 278

그림 3.43. TCP Packet 279

그림 3.44. UDP Packet 279

그림 3.45. UART Packet 280

그림 3.46. CAN통신 Packet 281

그림 3.47. TCP Congestion Control에 따른 데이터... 282

그림 3.48. UART 데이터 손실률 282

그림 3.49. 해밍코드 페리티 비트 수 계산공식 284

그림 3.50. 해밍코드 오류 검출방식 285

그림 3.51. CheckSum 연산 285

그림 3.52. 외부 케이스 286

그림 3.53. 센서의 내열성 확보방안 287

그림 3.54. 에폭시 287

그림 3.55. 방수 전용 케이스를 이용한 방수... 288

그림 3.56. 센서의 방수성 확보방안 288

그림 3.57. 에폭시를 이용한 센서 모듈 방수(붉은색이 에폭시 도포... 289

그림 3.58. 센서 모듈 외형 제작 290

그림 3.59. 아크릴 본드를 이용한 아크릴 접착 290

그림 3.60. 아크릴에센서 장착 후 에폭시 도포 291

그림 3.61. 센서 모듈 방수 작업 완료 291

그림 3.62. 방수 작업 후 방수 테스트 292

그림 3.63. 다양한 센서 내충격성 케이스 293

그림 3.64. USN 시스템 구성도 295

그림 3.65. 통합관제소-지휘관 PC간 터널 지도 데이터 전송... 295

그림 3.66. 터널 데이터 동적 시각화 296

그림 3.67. 통합관제소-지휘관 PC간 터널 환경 정보 전송... 297

그림 3.68. 통합관제소-지휘관 PC간 요구조자 정보 전송... 298

그림 3.69. 요구조자 단말 지도전송... 299

그림 3.70. 터널지도 전송시스템 지도등록 300

그림 3.71. 요구조자 단말기 시작화면 300

그림 3.72. 요구조자 단말기에서 관제서버 IP 등록 300

그림 3.73. 요구조자 단말기 지도 수신완료 300

그림 3.74. 요구조자 단말 위치정보 통신절차 301

그림 3.75. 요구조자 단말기 현재 위치전송 화면 301

그림 3.76. 관제서버 요구조자 위치 수신 로그화면 301

그림 3.77. UMRR Traffic Sensor Type 32 Protocol 302

그림 3.78. UMRR Traffic Sensor Message decoding Sample 303

그림 3.79. 통합 관제시스템 구성도 307

그림 3.80. 자동제어 통합시스템 구성도 308

그림 3.81. 관제시스템 전체 데이터 흐름 309

그림 3.82. 방재설비 기기구성 311

그림 3.83. 화재시 방재설비 운영체계 312

그림 3.84. 로그인 화면 314

그림 3.85. 메인화면 315

그림 3.86. 터널종합관제 종합화면 316

그림 3.87. 환기설비 화면 318

그림 3.88. 화재수신 화면 319

그림 3.89. 높이에 따른 레이더 측정거리 320

그림 3.90. 안개와 같은 기상악조건에서 보행자 감지 321

그림 3.91. UMRR Traffic Sensor 활용을 위한 소프트웨어 클래스 설계 322

그림 3.92. UMRR Traffic Sensor 활용을 위한... 322

그림 3.93. 차량 사고로 인해 정지한 차량 324

그림 3.94. 터널 내 차량 감지화면 324

그림 3.95. 터널 내 화재 모사 325

그림 3.96. 터널 내 차량 감지 및 위치화면 325

그림 3.97. UMRR Traffic Sensor 무선통신 325

그림 3.98. UMRR Traffic Sensor 무선통신 325

그림 3.99. 현장 지휘관 PC- 소방 단말 데이터 연동 구성도 326

그림 3.100. 지휘관 PC(좌측), 단말(우측)간 USN 데이터 연동 327

그림 3.101. 위치추적 시스템 구성도 327

그림 3.102. UMRR Traffic Sensor 활용을 위한 소프트웨어... 329

그림 3.103. 위치추적시스템 상태 다이어그램 331

그림 3.104. DGIST 생태터널 사진 333

그림 3.105. 차량사고 및 화재 모니터링 센서 334

그림 3.106. 소방관 단말 측위를 위한 UWB 앵커 335

그림 3.107. 터널 내 화재현상 측정을 위한 열화상 카메라 335

그림 3.108. 통합관제소 및 현장지휘소 336

그림 3.109. 화원모사 장비(좌측) 및 연막탄(우측) 337

그림 3.110. 터널 내 화재모사 상황 337

그림 3.111. 레이더 센서 정보(좌측) 및 카메라... 338

그림 3.112. 통합관제소- 현장지휘소 영상정보 전송 338

그림 3.113. 소방관 측위(좌측) 및 요구조자 구출(우측) 339

그림 3.114. 영동터널 방재종합시험장 전경(좌측) 및... 340

그림 3.115. 영동터널 방재종합시험장 내부 배치도 341

그림 3.116. 터널 테스트베드 구성도 341

그림 3.117. 차량 화재 모사장비(좌측), 내부 장비... 342

그림 3.118. 터널 내 설치된 레이더 센서(좌측), IP 카메라(우측) 및 복합감지센서(우측) 343

그림 3.119. 터널 내 설치된 통합관제소 및 현장지휘소 343

그림 3.120. 방재종합시험장 종합현장평가 과정 345

그림 3.121. 터널 방재종합시험장 차량 모의화재 장면 346

그림 3.122. 터널 방재종합시험장 지상로봇 투입 모습 347

그림 3.123. 터널 방재종합시험장 소방관 투입(좌측) 및... 347

그림 3.124. 통신 성능 평가 시스템 개요도 348

그림 3.125. 장거리 실현장 모사(DGIST 내 직선... 349

그림 3.126. 화재 검출 프로그램 250m 통신 작동 확인 349

그림 3.127. 레이더 프로그램 250m 통신 작동 확인 350

그림 3.128. 복합 감지기 프로그램 250m 통신 작동 확인 351

그림 3.129. USN 연동 시스템에 사용한 센서 스펙 351

그림 3.130. USN 연동 시스템의 통신성능 평가 성적서 결과 352

그림 3.131. 레이더 센서 평가 과정 353

그림 3.132. IP 카메라 센서 평가 과정 353

그림 3.133. 복합감지 센서 평가 과정 354

그림 3.134. 통합관제서버 레이더 정보 평가 과정 356

그림 3.135. 통합관제서버 복합감지기 정보 평가 과정 356

그림 3.136. 통합관제서버-현장지휘 PC 통신 과정 359

그림 3.137. 통합관제서버 통신 화면 359

그림 3.138. 현장지휘 PC 통신 화면 360

그림 3.139. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 1 361

그림 3.140. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 2 362

그림 3.141. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 3 363

그림 3.142. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 4 364

그림 3.143. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 5 365

그림 3.144. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 6 366

그림 3.145. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 7 367

그림 3.146. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 8 368

그림 3.147. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 9 369

그림 3.148. 소프트웨어 신뢰성 평간 성적서(2017년) 10 370

그림 3.149. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 11 371

그림 3.150. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 12 372

그림 3.151. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 13 373

그림 3.152. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 14 374

그림 3.153. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 15 375

그림 3.154. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2017년) 16 376

그림 3.155. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 1 377

그림 3.156. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 2 378

그림 3.157. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 3 379

그림 3.158. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 4 380

그림 3.159. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 5 381

그림 3.160. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 6 382

그림 3.161. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 7 383

그림 3.162. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 8 384

그림 3.163. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 9 385

그림 3.164. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 10 386

그림 3.165. 소프트웨어 신뢰성 평가 성적서(2018년) 11 387

그림 3.166. 내열성 시험을 위한 장비 모습 및 하우징 설치 장면 388

그림 3.167. 하우징 모습 및 하우징 내부의 카메라 설치 장면 389

그림 3.168. 하우징 내부 카메라 동작 확인 프로그램 389

그림 3.169. 하우징 내부 카메라 동작 확인 프로그램 390

그림 3.170. 하우징의 방수성, 방진성의 공인인증시험의 시험... 392

그림 3.171. 하우징의 내열성 공인인증시험 성적서 1 393

그림 3.172. 하우징의 내열성 공인인증시험 성적서 2 394

그림 3.173. 하우징의 내열성 공인인증시험 성적서 3 395

그림 3.174. 하우징의 내열성 공인인증시험 성적서 4 396

그림 3.175. 하우징의 안전 인증서 397

그림 4.1. 구조장비 탐재 물품의 예시 398

그림 4.2. 조향 시스템의 개별 구동을 통한 협소 공간 방향... 399

그림 4.3. Suspension 시스템의 예시 399

그림 4.4. 가변식 궤도장치의 동작 모식도 402

그림 4.5. 1차 설계안 3D 모델링 403

그림 4.6. 조향방식 및 구동계통에 의한 동작 예상도 403

그림 4.7. 스윙 액슬과 리지드 액슬 방식 405

그림 4.8. 2-1차 프로토타입. 양방향 현가장치의 3D프린터... 406

그림 4.9. 2-2차 프로토타입 2D평면도 및 시제품 407

그림 4.10. 3차 프로토타입 2D평면도 및 3D 모델링 409

그림 4.11. 3차 프로토타입 차륜방식과 궤도방식 410

그림 4.12. 스마트 디프런셜 기어의 분해 및 조립 3D... 411

그림 4.13. 스마트 디프런셜 기어 동축 회전(좌)과 동축... 412

그림 4.14. 일반차량과 4WS, 4WH차량의 동작 모식도 413

그림 4.15. 방수 BLDC모터 및 ESC, 서보모터 416

그림 4.16. 카메라 보호 케이스(좌)디퍼런샬... 417

그림 4.17. 서보세이버와 작동사진 418

그림 4.18. 양방향 서스펜션 시스템과 정면 및 측면의 모습 418

그림 4.19. 카메라 시각 각도 조절 기능 419

그림 4.20. 측면 주행의 스틸 컷 419

그림 4.21. 제자리 선회의 스틸 컷 419

그림 4.22. 1차년도의 반전기구(좌)와 개선된... 420

그림 4.23. 개선된 반전기구의 작동모습.(좌, 일반주행... 421

그림 4.24. 2차년도 차량의 2D 및 3D 설계도면 421

그림 4.25. 기존의 스윙 액슬 방식(좌)과 리지드 액슬... 422

그림 4.26. 현재 실험중인 자체 탄성 프레임 423

그림 4.27. 보조 주행 장치의 1차 실험 모듈 424

그림 4.28. 소형 주행 로봇의 최종 설계 모델(좌)과 3층... 425

그림 4.29. 제작된 소형 주행 로봇 실물 사진 425

그림 4.30. 체인이 끊어지는 현상(좌)과 기어로 교체한... 426

그림 4.31. 차체의 스프링강(화)과 정연 모습(우) 427

그림 4.32. KTC 낙하 인증 실험 428

그림 4.33. 방염 직물 가열 실험 장치 429

그림 4.34. 가열 실험 전후 물의 온도 변화 429

그림 4.35. KTC 내열성 실험 챔버 430

그림 4.36. 제작된 PCB 모듈(좌)과 자체 방수 실험(우) 431

그림 4.37. 최고 속도 주행 실험 사진(좌) 및 기록된 순간... 432

그림 4.38. 지원차량의 2D 설계 도면 433

그림 4.39. 지원차량의 1차 프로토타입 434

그림 4.40. 장력 보상 현가장치 435

그림 4.41. UWB 통신 모듈을 이용한 발신 및... 437

그림 4.42. 제작된 탐색 지상 로봇의 구동 제어기 회로도 437

그림 4.43. PCB Layout 및 탐색 지상 로봇 제어기 프로토... 438

그림 4.44. 개선된 2차 prototype 438

그림 4.45. 차량 제어 및 위치전송 시스템 구성 439

그림 4.46. 제어 구판 PCB도 440

그림 4.47. 실제 보드 440

그림 4.48. DSP Loop내에서 행하는 제어 절차 441

그림 4.49. 최종 PCB 전면 3D View 442

그림 4.50. 최종 PCB 후면 3D View 442

그림 4.51. 최종 보드 442

그림 4.52. 프로토콜의 변화 443

그림 4.53. C# 프로그램의 waypoint 제어 444

그림 4.54. C# waypoint 직선 제어 445

그림 4.55. C# waypoint 직선제어 보정 445

그림 4.56. 개선된 알고리즘의 Flow chart와 수식 446

그림 4.57. Waypoint 알고리즘의 핵심 코드 447

그림 4.58. Waypoint 알고리즘의 핵심 코드 448

그림 4.59. DWM 1000의 실물 사진, 블록 다이어그램, 제원 449

그림 4.60. DWM1000의 수신 프로그램 450

그림 4.61. DWM1000의 송신 프로그램 450

그림 4.62. 선정된 두 종류의 통신 모듈 452

그림 4.63. APC220-43의 최대 통신거리 453

그림 4.64. VRF-100A의 최대 통신 거리 454

그림 4.65. VRF-100A의 통신 실험 환경 455

그림 4.66. 통신 실험 결과 455

그림 4.67. 제작한 2차 prototype의 회로도 456

그림 4.68. 기능 구현 및 테스트 457

그림 4.69. 제작한 2차 prototype의 PCB 도면 457

그림 4.70. 제작한 2차 prototype의 실물 사진 458

그림 4.71. 설정된 2차 prototype 조종 모드 458

그림 4.72. 지상 탐색 로봇의 구동 방식 460

그림 4.73. 비행 탐색 로봇의 구동 방식 461

그림 4.74. 통합 운용 시스템의 조종 인터페이스 462

그림 4.75. 조종 인터페이스의 배터리 포함 모델링 이미지 463

그림 4.76. 3축 조이스틱의 폴딩 모션과 디스플레이의 배치 464

그림 4.77. 통합 운용 시스템의 디스플레이와 조종 인터페이스 464

그림 4.78. 지상 탐색 로봇의 수동 조작 방식과 프로토콜 466

그림 4.79. 조종 인터페이스 및 통신 인터페이스의 회로도 467

그림 4.80. 조종 인터페이스 및 통신 인터페이스의 PCB 467

그림 4.81. 3차 prototype의 통합 운용 시스템의 개념도 468

그림 4.82. 3차 prototype의 조종 인터페이스의 실물 모습 469

그림 4.83. 3차 prototype의 공릉터널 시험 영상 470

그림 4.84. 3차 Prototype의 조종 편의성 확인 470

그림 4.85. 통합 운용 시스템의 각 하드웨와 데이터... 472

그림 4.86. 슬라이드 방식의 3축 조이스틱 수납 방법과 조종... 474

그림 4.87. 최종 prototype 통합 운용 시스템의 전자 회로도 476

그림 4.88. 최종 prototype 통합 운용 시스템의 PCB 477

그림 4.89. 최종 prototype 조종 인터페이스의 3축 조이스틱... 478

그림 4.90. 최종 prototype 조종 인터페이스의 정상 동작... 478

그림 4.91. 최종 prototype 통합 운용 시스템의 디스플레이... 479

그림 4.92. 최종 prototype 통합 운용 시스템 인터페이스의 설명 479

그림 4.93. 구 영동터널에서의 최종 통합 운 용시스템과 지상 탐색... 480

그림 5.1. 자율 비행 482

그림 5.2. 저공 비행 483

그림 5.3. 충격 완화 시스템 드론 484

그림 5.4. 자이로스코프 형태 485

그림 5.5. 단일로터 485

그림 5.6. Coper 485

그림 5.7. 1차 Prototype 구성 및 설계방향 487

그림 5.8. 2차 Prototype의 구성 및 3D 모델링 488

그림 5.9. 2차 Prototype의 2D 설계도면 489

그림 5.10. 2차 Prototype 제작 및 조립 490

그림 5.11. 2차 Prototype의 설계안 문제점 490

그림 5.12. 3차 Prototype 설계 방향 및 3D 모델링 492

그림 5.13. 최종 선정한 FTLIR Duo Specifications 494

그림 5.14. 비행 탐색 로봇 시제품의 내부 구조 495

그림 5.15. 비행 탐색 로봇 시제품 495

그림 5.16. 비행 로봇 3D모델링 및 실제 제품 496

그림 5.17. 무선 조종기의 시스템 497

그림 5.18. 비행 로봇 3D 모델링 498

그림 5.19. 비행 로봇 2D 설계도면 499

그림 5.20. 성능 평가 반영 비행 탐색 로봇 시제품 499

그림 5.21. 비행 로봇 내부 구조 3D 모델링 500

그림 5.22. 방수 및 방진 설계 구조 501

그림 5.23. 모터 연결 구조 502

그림 5.24. CAE 열 해석 결과 503

그림 5.25. CAE 구조 해석 결과 504

그림 5.26. 구호품 전달용 그립퍼 및 카메라 모듈 3D 모델링 505

그림 5.27. 스피커 모듈 3D 모델링 506

그림 5.28. 구호품 전달용 모듈 및 스피커 모듈 적용 모습 507

그림 5.29. Way-point 제어 보드 508

그림 5.30. Way-point 제어 보드 적용 모습 508

그림 5.31. 동역학 해석을 위한 Diagram 509

그림 5.32. 해석에 필요한 매개변수 510

그림 5.33. 동축 로터 비행체 제어 알고리즘 511

그림 5.34. Matlab을 이용한 시뮬레이션 결과 512

그림 5.35. 동축 로터 비행체 3D 모델링 513

그림 5.36. 동축 로터 비행체 프로토 타입 제작 513

그림 5.37. 쿼드콥터 형태의 비행체 Diagram 514

그림 5.38. Simulink를 이용한 제어기 설계 515

그림 5.39. Simulink를 이용해 모니터링한... 516

그림 5.40. Simulink를 이용해 모니터링한... 516

그림 5.41. Simulink를 이용해 모니터링한 기체의 속도... 517

그림 5.42. Simulink를 이용해 모니터링한 로터의... 518

그림 5.43. 실제 비행 로봇에 제어기 탑재... 518

그림 5.44. 실제 비행 로봇에 제어기... 519

그림 5.45. 비행로봇 자세 제어 2중 PID 제어기 520

그림 5.46. 비행로봇 위치 제어 2중 PID 제어기 521

그림 5.47. 비행로봇의 위치제어 실험을 위한 비행로봇 제작 522

그림 5.48. 비행로봇의 전용 제어 모듈 제작 523

그림 5.49. 비행 로봇 제어기의 상세 회로도 523

그림 5.50. Gazebo를 이용한 비행 시뮬레이션 테스트 524

그림 5.51. DGIST의 생태터널을 예시로 제시한 자율주행... 524

그림 5.52. DJI에서 사용하는 Fail Safe 알고리즘 예시 525

그림 5.53. 저공 비행 운용을 위한 3중 PID 알고리즘 526

그림 5.54. 구호품 전달 비행 로봇 527

그림 5.55. 구호품 전달 비행 로봇 제어요소 528

그림 5.56. PWM 신호 529

그림 5.57. 초음파 센서 530

그림 5.58. 장애물 회피 비행로봇 코드 531

그림 5.59. 비행 로봇의 장애물 회피 순서도 532

그림 5.60. 구호품 수송용 서보모터 533

그림 5.61. 구호품 비행 로봇의 주행 533

그림 5.62. Waypoint 주행 비행로봇의 제어 시스템 요소 534

그림 5.63. Waypoint 주행 비행로봇의 제어 보드 534

그림 5.64. Waypoint 주행 비행 로봇의 Lidar 센서 536

그림 5.65. 고도 유지 비행의 블록 선도 536

그림 5.66. 비행 로봇의 조종 방향 537

그림 5.67. Waypoint 비행로봇의 작동 537

그림 5.68. Waypoint 주행 비행로봇 순서도 539

그림 5.69. Waypoint 비행 로봇 주행 프로그램 540

그림 5.70. Waypoint 비행 로봇 주행 541

그림 5.71. Waypoint 주행 코드 541

그림 5.72. Waypoint 주행 거리 값 실험 542

그림 5.73. Waypoint 주행 비행 로봇 프로그램 화면 542

그림 6.1. 열화상 카메라 모듈 1 543

그림 6.2. 열화상 카메라 모듈 2 543

그림 6.3. 적외선 카메라 544

그림 6.4. Control Embedded 544

그림 6.5. 카메라 작동 소프트웨어 프로그램 C++ 544

그림 6.6. 열화상 카메라 구동 결과 544

그림 6.7. 적외선 카메라 545

그림 6.8. 카메라 Control Embedded 545

그림 6.9. 카메라 작동 MFC 소프트웨어 프로그램 546

그림 6.10. Sever Program 548

그림 6.11. Client Program 548

그림 6.12. 적외선 카메라 모듈 1 548

그림 6.13. 적외선 카메라 모듈 2 548

그림 6.14. 적외선 카메라 모듈 3 549

그림 6.15. 적외선 카메라 모듈 4 549

그림 6.16. 적외선 카메라 1 550

그림 6.17. Embedded 1 550

그림 6.18. 적외선 카메라 구동 결과 550

그림 6.19. 열화상 카메라 551

그림 6.20. Embedded 551

그림 6.21. 적외선 카메라 구동 결과 552

그림 6.22. 열화상 카메라 553

그림 6.23. Embedded 553

그림 6.24. 적외선 카메라 구동 결과 553

그림 6.25. 열화상 카메라 554

그림 6.26. RF 송신기 554

그림 6.27. 적외선 카메라 구동 결과 554

그림 6.28. 농연환경 측정(농연환경에서 먼지 입자를 통과하여 사람이 측정됨) 558

그림 6.29. 차량 내부 구호자 확인 방안 알고리즘 559

그림 6.30. 얼굴인식을 영상처리를 이용한 구호자, 사람인식... 560

그림 6.31. 온도에 따른 단순 영상처리 561

그림 6.32. 사람의 온도 부근 영상처리 561

그림 6.33. 열화상 카메라 영상처리 프로그램 561

그림 6.34. 카메라 구동 소스 예시 562

그림 6.35. 카메라 온도 측정 소스 예시 563

그림 6.36. 적외선 카메라 영상 전송 모듈 구성 564

그림 6.37. 운용프로그램을 통해서 본 비행 로봇의 시야 565

그림 6.38. 운용 프로그램을 통해서 본 지상 로봇의 시야 565

그림 6.39. 적외선 카메라와 RF 송신기 566

그림 6.40. 적외선 카메라 영상 567

그림 6.41. RGB 카메라 영상 567

그림 6.42. 비행탐사 로봇의 IR 및 RGB영상 FPV 568

그림 6.43. 터널에서의 다양한 비행로봇 FPV 568

그림 6.44. 지상 탐색 로봇의 IR&RGB FPV 영상 569

그림 6.45. 비행탐색로봇 성적서 1 573

그림 6.46. 비행탐색로봇 성적서 2 574

그림 6.47. 비행탐색로봇 성적서 3 575

그림 6.48. 비행탐색로봇 성적서 4 576

그림 6.49. 비행탐색로봇 성적서 5 577

그림 6.50. 비행탐색로봇 성적서 6 578

그림 6.51. 비행탐색로봇 성적서 7 579

그림 6.52. 지상탐색로봇 성적서 1 582

그림 6.53. 지상탐색로봇 성적서 2 583

그림 6.54. 지상탐색로봇 성적서 3 584

그림 6.55. 지상탐색로봇 성적서 4 585

그림 6.56. 지상탐색로봇 성적서 5 586

그림 6.57. 지상탐색로봇 성적서 6 587

그림 7.1. USN 데이터 통신 및 관리를 위한 지휘관 PC... 589

그림 7.2. USN 데이터 기반 공간탐색기술 590

그림 7.3. USN 데이터 기반 화재현장 영상공유 590

그림 7.4. 중복탐색회피 기술 구성도 591

그림 7.5. USN 데이터 기반 공간할당기술 592

그림 7.6. USN 데이터 기반 탐색공간할당 소프트웨어 구현 593

그림 7.7. 마우스 클릭 이벤트 기반 탐색공간 할당 595

그림 7.8. 공간할당 기반 중복탐색 회피 기술 596

그림 7.9. 중복탐색 회피를 위한 공간 동기화 기술 598

그림 7.10. 중복탐색회피 성능평가 테스트배드 601

그림 7.11. 중복탐색율 평가 화면... 602

그림 7.12. 탐색 소요시간 평가 화면... 603

그림 7.13. 탐색경로 계산시간 평가 화면 604

그림 7.14. 중복탐색 성능 테스트 신뢰성 평가 1 605

그림 7.15. 중복탐색 성능 테스트 신뢰성 평가 2 606

그림 7.16. 중복탐색 성능 테스트 신뢰성 평가 3 607

그림 7.17. 중복탐색 성능 테스트 신뢰성 평가 4 608

그림 8.1. 긴급재난안전망의 개요 612

그림 8.2. 긴급재난안전망 구조 613

그림 8.3. 중계기 배치 간격 알고리즘을 위한 모델링 615

그림 8.4. 긴급재난안전망 데이터 처리량 618

그림 9.1. 통신 프로토콜 스택 619

그림 9.2. 단말-지휘 PC 간 메시지 형식 620

그림 9.3. IP PBX를 사용한 단말 간 음성통신 연결 623

그림 9.4. RTP 헤더 구조 625

그림 9.5. 비트레이트 대비 지연율 비교 그래프 625

그림 9.6. 구조대원 간 음성통신 구조 627

그림 9.7. 음성 전송 구조대원 단말 UI 628

그림 9.8. 음성 통신을 위한 메시지 교환 절차 629

그림 9.9. 요구조자-구조대원 간 직접통신 절차 632

그림 9.10. 구조대원 탐색 성공 예시 633

그림 9.11. 요구조자-구조대원 음성통신 수신 대기 634

그림 9.12. 구조대원 음성통신 수락/거부 634

그림 9.13. 요구조자-구조대원 음성통신 연결 및 동화 635

그림 9.14. 요구조자-구조대원 음성통신 종료 버튼... 636

그림 9.15. 카메라 프레임 전송 과정 638

그림 9.16. 영상 전송을 위한 메시지 교환 절차 639

그림 9.17. 구조대원 기기 영상 전송 버튼 640

그림 9.18. 지휘 PC 팝업 메시지 641

그림 9.19. 구조대원 기기 프리뷰(왼쪽)와 지휘 PC 비디오... 642

그림 9.20. 영상 통신 응답 속도 측정 실험 시나리오 643

그림 9.21. 영상 통신 응답 속도 측정 실험 결과 644

그림 9.22. 영상 통신 응답 속도 분포도 644

그림 10.1. 요구조자 위치 추정 시스템 개요도 649

그림 10.2. 구조용 블루투스 비콘의 식별자 규격 650

그림 10.3. 유사 환경에서 블루투스 비콘 설치 구조 및 파라미터 652

그림 10.4. 유사 환경에서 블루투스 신호 RSS-거리 그래프 653

그림 10.5. 위치별 수신 신호 세기 658

그림 10.6. 중앙값 필터를 이용한 결과 모델 659

그림 10.7. 가우시안 필터를 이용한 필터링 결과 모델 660

그림 10.8. 칼만 필터를 이용한 결과 모델 660

그림 10.9. 위치 추정을 위한 시스템 개요도 662

그림 10.10. 요구조자 파악을 위한 순서도 666

그림 10.11. 요구조자 단말... 666

그림 10.12. 요구조자 애플리케이션의 초기 화면... 667

그림 10.13. 위치 추정을 수행 중인 요구조자 단말 및 Bluetooth... 667

그림 10.14. 위치 추정이 완료된 요구조자 단말 668

그림 10.15. 위치 전달이 완료된 요구조자 단말 669

그림 10.16. 생태 터널에서의 Bluetooth 비콘 배치도 예시 671

그림 10.17. 요구조자 위치 추정 환경 및 좌표계 설정 672

그림 10.18. 요구조자 위치 추정 실측 지점 1 672

그림 10.19. 요구조자 위치 추정 실측 지점 2 673

그림 10.20. 요구조자 위치 추정 실측 지점 3 673

그림 11.1. 구조대원 위치 추정 시스템 개요도 676

그림 11.2. 구조대원 위치 추정 모듈 개요도 677

그림 11.3. 거리 추정을 위한 메시지 프로토콜 678

그림 11.4. UWB 앵커의 상태 전이 다이어그램 680

그림 11.5. UWB 태그의 상태 전이 다이어그램 680

그림 11.6. 테스트베드 내 앵커 설치 도식(좌:정면도, 우:평면도) 683

그림 12.1. 테스트용 구조대원 단말 685

그림 12.2. 구조대원 시제품 단말 도면 및 내부 회로 685

그림 12.3. 구조대원 단말 실제 모습, 앞면(좌), 뒷면(우) 686

그림 12.4. 구조대원 프로그램 메인화면 UI 수정 전(좌), 수정 후(우) 687

그림 12.5. 구조대원 프로그램 영상 통신 버튼 688

그림 12.6. 구조대원 프로그램 음성 통신 버튼 689

그림 12.7. 구조대원 프로그램 신호 전송 버튼 690

그림 12.8. 가속도계에 의한 행동 불능 감지를 위한 특징 추출 692

그림 12.9. LTE 기반 영상 무전기 694

그림 12.10. 구조대원 위치 추정 장비 694

그림 13.1. 대전터널 실화재 터널 실험 700

그림 13.2. 해외 실물화재 평가 열량계 701

그림 13.3. 터널 화재 화원 시나리오 703

그림 13.4. 연기 및 연기 부력 발생장치 개념도 704

그림 13.5. 연료 Pan 704

그림 13.6. 물 Pan 704

그림 13.7. Hot Smoke Test(AS 4391) 시험 705

그림 13.8. 실물화재용 가스버너 707

그림 13.9. 이동형 화원 프로판 버너 707

그림 13.10. (구)영동터널의 터널방재종합시험장 708

그림 13.11. DGIST 생태터널 708

그림 13.12. 한국건설기술연구원 실물화재터널 709

그림 14.1. 목재화원 및 Pool 버너화원 예시 711

그림 14.2. 가스버너 개략도 714

그림 14.3. STG 30 개요 715

그림 14.4. 차량화재 모사 연소시험장치 개략도 716

그림 14.5. Pool 버너 발열량 계산식 717

그림 14.6. 차량화재 모사 연소시험장치 설계도 719

그림 14.7. 차량화재모사 연소시험장치 A(버너4개) 721

그림 14.8. 차량화재모사 연소시험장치 B(버너3개) 721

그림 14.9. 차량연소 모사 연소시험장치 연료탱크 722

그림 14.10. 차량화재 모사 연소시험장치 로컬 컨트롤 패널 및... 722

그림 14.11. 연료탱크 및 연료필터 연결 724

그림 14.12. 경유버너 및 로컬 컨트롤 패널 전기인입 724

그림 14.13. 차량화재 모사 연소시험장치 룸 코너 테스트 배치 725

그림 14.14. 1번 버너 열방출율 측정 726

그림 14.15. 1번 및 2번 버너 열방출율 측정 727

그림 14.16. 1번, 2번, 3번 버너 열방출율 측정 728

그림 14.17. 차량화재모사 연소시험장치 각 버너별 점화 실험 729

그림 15.1. 터널 내 차량화재 발생 개념도 731

그림 15.2. 화재 모사 측정 시스템 개념도 732

그림 15.3. 온도 분포 측정 시스템 개요도 734

그림 15.4. 열전대 Type엔 대한 온도 측정 범위 735

그림 15.5. 온도 데이터 수집장치... 736

그림 15.6. 유속 측정 센서 737

그림 15.7. 가시도 센서 측정 방법 738

그림 15.8. 가시도 측정 센서 738

그림 15.9. 터널 내 측정시스템 거치대 개념도 739

그림 15.10. 터널 내 측정시스템 설계도 및 제작도 740

그림 15.11. 측정시스템의 제어 모듈 742

그림 15.12. 운영 프로그램 화면구성 개요도(GUI 개요도) 743

그림 16.1. 터널방재종합시험장 개략도 745

그림 16.2. 측정 시스템 설치 위치 746

그림 16.3. 측정 시스템 현장 배치 746

그림 16.4. 온도 센서 group화 747

그림 16.5. 온도센서 평가 실험 748

그림 16.6. 그룹별 온도 변화 그래프 750

그림 16.7. 유속센서 설치 위치 751

그림 16.8. 1차 시험 유속 데이터 752

그림 16.9. 1차 시험 시 터널방재종합시험장 유속 값 753

그림 16.10. 3차 시험 유속 데이터 754

그림 16.11. 2차 시험 시 터널방재종합시험장 유속 값 755

그림 17.2. 터널화재모사장치 현장 배치 759

그림 17.3. 모니터링 시스템 개요도 763

그림 17.4. 연료탱크 및 연료필터 연결 765

그림 17.5. 경유버너 및 로컬 컨트롤 패널 전기인입 766

그림 17.6. 차량화재 모사 연소시험장치 대형 실물화재... 766

그림 17.7. 버너 1개 점화 768

그림 17.8. 버너 1개 점화 시 열방출율 769

그림 17.9. 버너 2개 점화 770

그림 17.10. 버너 2개 점화 시 열방출율 770

그림 17.11. 버너 3개 점화 771

그림 17.12. 버너 3개 점화 시 열방출율 772

그림 17.13. 버너 4개 점화 773

그림 17.14. 버너 4개 점화 시 열방출율 773

그림 17.15. 버너 5개 점화 774

그림 17.16. 버너 5개 점화 시 열방출율 775

그림 17.17. 버너 6개 점화 776

그림 17.18. 버너 6개 점화 시 열방출율 776

그림 17.19. 버너 7개 점화 777

그림 17.20. 버너 7개 점화 시 열방출율 777

그림 17.21. 열방출율과 유속 비교 그래프 779

그림 17.22. 연막탄을 활용한 가시도 실험 사진 780

그림 17.23. 온도 센서 group화 781

그림 17.24. 온도센서 Group별 온도 그래프 784

그림 17.25. 화재 및 화원상의 기류의 3영역 786

그림 17.26. 열화상카메라를 활용한 온도 평가 787

그림 1-1. 터널화재 평가 절차 792

그림 4-1. 연소시험장치 개념도 808

그림 4-2. 경유버너 거치대 구조 및 설계 814

그림 1. 연소시험 장치 개요 839

그림 2. 연소시험 장치 개략도 840

그림 3. 연소 시험 장치 구성 841

그림 4. 제어용 배전함 843

그림 5. 연소 시험 장치 정위치 844

그림 6. 연소기(등유 버너) 신호선 연결 845

그림 7. 연소기(등유 버너) 신호선 배전함 연결 845

그림 8. 전원 케이블 확인 846

그림 9. 메인 전원 연결 847

그림 10. 등유 공급과 연결 1 848

그림 11. 등유 공급관 연결 2 848

그림 12. 등유 공급관 연결 3 849

그림 13. 경유 공급관 기포 제거 1 849

그림 14. 경유 공급관 기포 제거 2 850

그림 15. 경유 버너 본체 스위치 인가 851

그림 16. 제어용 배전반 전원 인가 852

그림 18. 경유 버너 전윈 인가 852

그림 18. 경유 버너 연소 동작 예 853

그림 19. 경유 버너 외형 854

그림 20. 경유 버너 치수 855

그림 21. 측정 거치대(중) 외형 856

그림 22. 신호선 분리 858

그림 23. 메인 전원 분리 859

그림 1. 화재모사 측정 시스템 개요 861

그림 2. 화재모사 측정 센서 시스템 개략도 862

그림 3. 센서 측정 거치대 측면 864

그림 4. 통신용 배전함 윗면 866

그림 5. 통신용 배전함 내부 868

그림 6. 측정 거치대 정위치 869

그림 7. 온도 센서 프레임 연결 870

그림 8. 온도 센서 숫자 표기 확인 871

그림 9. 알루미늄 덕트 체결 872

그림 10. 유속 센서 거치대 나사 홀 872

그림 11. 내부 센서 브라켓 분리 873

그림 12. 내부 센서 브라켓과 유속 센서 연결 874

그림 13. 유속 센서 연결 875

그림 14. 가시도 센서 체결부 안착 876

그림 15. 가시도 센서 체결부 안착 877

그림 16. Data Logger의 온도 측정용 배선 모듈 878

그림 17. Data Logger의 온도 측정용 배선 예시 878

그림 18. 유속 센서 배선 예시 1 879

그림 19. 유속 센서 배선 예시 2 880

그림 20. 가시도 센서 배선 예시 1 880

그림 21. 가시도 센서 배선 예시 2 881

그림 22. 전원 케이블 연결 및 스위치 On 882

그림 23. 배전함 내부 온도 Data Logger 측면 스위치 On 882

그림 24. USB 연결의 예 883

그림 25. 터널 화재 모사 모니터링 시스템 Main 화면 884

그림 26. 측정 센서 선택 예시 885

그림 27. 프로그램 구동 1 885

그림 28. 프로그램 구동 2 886

그림 29. 프로그램 구동 3 887

그림 30. 프로그램 구동 4 888

그림 31. 프로그램 구동 5 888

그림 32. 측정 거치대(대) 외형 890

그림 33. 측정 거치대(중) 외형 891

그림 34. 가시도 센서 외형 1 893

그림 35. 가시도 Dimension 외형 2 893

그림 36. 유속 센서 외형 894

그림 37. Data Logger 외형 895

그림 38. 배전함 개방 898

그림 39. 유속 가시도 센서 배선 분리 899

그림 40. 온도 센서 배선 분리 899

그림 19.1. 응답자의 소속 구성 900

그림 19.2. 응답자의 경력 구성 901

그림 19.3. 응답자의 사전 장비 지식 여부 901

그림 19.4. 기존 애로사항 구성 902

그림 19.5. 비행로봇 기능성 설문 1 903

그림 19.6. 비행로봇 기능성 설문 2 904

그림 19.7. 비행로봇 기능성 설문 3 905

그림 19.8. 비행로봇 기능성 설문 4 905

그림 19.9. 비행로봇 기능성 설문 5 906

그림 19.10. 비행로봇 기능성 설문 6 906

그림 19.11. 비행로봇 기능성 설문 7 907

그림 19.12. 지상로봇 기능성 설문 1 908

그림 19.13. 지상로봇 기능성 설문 2 908

그림 19.14. 지상로봇 기능성 설문 3 909

그림 19.15. 지상로봇 기능성 설문 4 909

그림 19.16. 지상로봇 기능성 설문 5 910

그림 19.17. 지상로봇 기능성 설문 6 911

그림 19.18. 지상로봇 기능성 설문 7 911

그림 19.19. 소방관 단말 기능성 설문 1 912

그림 19.20. 소방관 단말 기능성 설문 2 912

그림 19.21. 소방관 단말 기능성 설문 3 913

그림 19.22. 소방관 단말 기능성 설문 4 913

그림 19.23. 소방관 단말 기능성 설문 5 914

그림 19.24. 소방관 단말 기능성 설문 6 914

그림 19.25. 소방관 단말 기능성 설문 7 915

그림 19.26. 소방관 단말 기능성 설문 8 915

그림 19.27. 지휘PC 기능성 설문 1 916

그림 19.28. 지휘PC 기능성 설문 2 916

그림 19.29. 지휘PC 기능성 설문 3 917

그림 19.30. 지휘PC 기능성 설문 4 917

그림 19.31. 통합관제시스템 기능성 설문 1 918

그림 19.32. 통합관제시스템 기능성 설문 2 918

그림 19.33. 통합관제시스템 기능성 설문 3 919

그림 19.34. 통합관제시스템 기능성 설문 4 919

그림 19.35. 비행로봇 사용성 설문 920

그림 19.36. 지상로봇 사용성 설문 921

그림 19.37. 소방관 단말 사용성 설문 921

그림 19.38. 지휘PC 사용성 설문 922

그림 19.39. 통합관제시스템 사용성 설문 922

그림 19.40. 비행로봇 만족도 설문 923

그림 19.41. 지상로봇 만족도 설문 924

그림 19.42. 소방관 단말 만족도 설문 925

그림 19.43. 지휘PC 만족도 설문 926

그림 20.1. 기술이전을 위한 업무협약서 948

그림 20.2. 기술이전을 위한 업무협약 기념 촬영 949

그림 20.3. RTLS와 Way point를 위한 전용 프로그램 954

그림 20.4. 기술이전 계획서 956

그림 20.5. 기술이전 의향서 962

그림 20.5. 차량화재모사 시스템 구성도 970

그림 20.6. 터널 화재 모사 측정 시스템 구성도 971

그림 20.7. 터널 화재 모사 측정 GUI 972