학술논문
사고 현장 실시간 실내 인명 위치확인 및 구조대응 연구 / Real-Time Location Identification of Indoor Rescue Requesters at Accident Sites and Location-Based Rescue Response
Document Type
Dissertation/ Thesis
Author
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Subject
Language
Korean
Abstract
Modern society has a convenient living environment where you can enjoy daily life such as housing and consumption culture in one space through the development of technology and the enlargement of urban architecture. However, it is clear that complex and large buildings pose a threat to the safety of life in the event of a disaster. Large and complex buildings are vulnerable to search and rescue of rescue requesters in the event of a disaster, and it is a major obstacle in obtaining accurate location information to ensure the survival probability of rescue requesters so that search and rescue can be carried out in a short time. In emergency situations, in the early stages of a disaster the field commander should acquire accurate information, such as isolation of people, in a timely manner, and firefighters should perform effective and efficient operations through quick information on the disaster situation. However, life-search techniques, which have been slower than the acceleration of the development of urban society, still have not improved much from the use of obsolete techniques such as the capacity of individual rescue, search equipment detecting in a small range, and the search method for missing persons relying on rescue dogs. In this context, the use of current geographic information systems (GIS) or satellite navigation systems (GPS) could be a new alternative. These systems are useful for accurately and concisely confirming location information by visualizing information and displaying it on a digital map. Through this, location information is being used by various organizations such as the police, forest rangers, and marine police. The fire department also uses it to identify the location and route of firefighters on the spot, and location of victims and vehicles. It helps protect people's lives by guiding rescue locations, planning operations, and operating appropriate firefighting force through acquisition of location information. However, recent buildings are designed in the form of a complex maze-shaped, so it is difficult to determine the location of emergency exits or evacuation spaces when firefighters are unfamiliar with the internal structure. It can be said that there are still limitations to those who are visually-impaired and are difficult to evacuate independently or easily express their exact location in words.The current emergency location tracking technology uses GPS coordinates and Wi-Fi information based on the reporter's mobile phone to track the horizontal location result value of the rescue requesters to limit its location and narrow down the scope of the search. However, these location tracking technologies have a problem in that there is a time delay due to a location information inquiry procedure of wireless communications service providers, and sometimes the accuracy is degraded due to an error in location information of GPS navigation systems.According to the quality evaluation of emergency rescue location information by Korea Communications Commission in 2020, the location accuracy of the base station is 263 m, GPS is 62 m, and Wi-Fi is 65 m. The location accuracy of GPS and Wi-Fi is higher than that of base stations, but the response time of location is estimated to be delayed by 5 to 8 seconds compared to the base station. In addition, in the case of high-rise buildings, there is a problem that the error of the vertical position extends to several floors even in the same horizontal position. The current technology only narrows the scope of the rescue requester's search somewhat, but it cannot specify whether the victim is indoors or outdoors, and there is a limit to identifying the vertical and horizontal location of the victim, such as the exact floor within the building and the room partitioned from the floor.In this study, using Wi-Fi AP's signal strength and naming technology already installed in buildings, to identify the location of rescue targets in the event of a disaster, mobile phone owners (rescue requester) use Wi-Fi App to identify the location in the buildings or spaces. The Wi-Fi values in each compartment of the building are set individually, so if location information can be collected by linking them to the Wi-Fi values of the rescue requester' mobile phone in case of a disaster, the building can be accurately checked. Through this, this study minimizes the search radius and carries out efficient rescue activities by placing appropriate fire service.Providing accurate location information of rescue targets using mobile phone Wi-Fi AP allows firefighters to secure the golden time by minimizing the time required for searching for lives, by guiding them to the exact point where the demands are reqested. To determine the accuracy and error range of the location, Wi-Fi AP signal measurements were requested to the location server more than 25 times at eight building sites. The minimum and maximum error values at eight points were found to be 4.137 m to 14.037 m, and the average error was confirmed to be 9.525 m. This resulted in more than 93.65% to 78.454% reduction and about 249 to 21 times reduction of area than the existing emergency rescue location information system.In addition, the fire field tests were conducted twice at the Gyeonggi Fire Academy's Fire Training Center to quantitatively analyze the effects of disaster response depending on the presence of location information. By experimenting with rescue activities based on primary location information obtained from emergency callers or refugees and rescue activities based on secondary location information identified using App, we examined how it affected the time and rescue results. In the case of Experimental Condition 1, which obtained detailed information on the location of the rescue target, it appeared to be 4 minutes 55 seconds and 5 minutes 45 seconds, respectively, until the discovery of the rescue target. On the other hand, in the case of Experimental Condition 2, which obtained the location information of the rescue requester only up to the relevant floor, it was found to take 7 minutes 50 seconds and 12 minutes 15 seconds, respectively, taking 2 minutes 55 seconds and 6 minutes and 30 seconds more than the Experimental Condition 1. In the case of Experimental Condition 3, which has no information about the subject, it took more than 45 minutes to find the subject until the end of the experiment. Focusing on the above research results, this paper proposes the following conclusions. First, efforts to secure accurate location information are needed to expand the usability of location information. The emergency rescue agencies should do their best to improve the accuracy of location information by cooperating with the telecommunication service providers to create not only real-time management of Wi-Fi values but also elaborate preparation of Wi-Fi maps. Considering that the current Wi-Fi error also occurs between 30 and 50 m, it is necessary to identify the location of the caller more accurately by comparing the Wi-Fi signal of the mobile phone with the Wi-Fi map of the communication carrier.Second, emergency rescue agencies should provide emergency rescue App location services so that people can use location information services in the event of a disaster, and should pay much attention to public relations activities so that users can use them efficiently in the event of a disaster.Third, Article 29 (1) of “the Act on the Protection, Use, etc. of Location Information” shall be amended so that the mobile phone of the person subject to rescue information in the relevant building can be forcibly accessed and collected. This will increase the efficiency of lifesaving by forcibly activating GPS or Wi-Fi even if the GPS or Wi-Fi is disabled, or even if the user does not provide location information to emergency rescue agencies through App.Fourth, the Wi-Fi web service proposed in this study uses the currently installed Wi-Fi, which will only be spent on minimal development costs required to commercialize applications. Wi-Fi web installation is to be distributed free of charge on the Play Store. Based on the statistics of 1,774 deaths and injuries in Gyeonggi Province from 2018 to 2020, the cost of loss is up to 178,153 million Won. Considering that the cost required to build Wi-Fi is 1,000 million Won, it can bring about 178 times the cost of economic loss prevention effect compared to the investment cost. Finally, indoor stereoscopic drawings shall be established in preference to large buildings that are difficult to locate rescue targets, such as multi-use facilities and large-scale fire vulnerabilities. And the 119 Emergency operations Center shall maintain the civil service information system and the emergency rescue system so that they can be used to verify the location information of the relevant buildings. This effectively determines the optimal way for seeking demanders and how to respond to disasters.It is hoped that the result of this research will be utilized more effectively in saving lives by providing a progressive direction of adopting the technologies of 4th Industrial Revolution in identifying the location of disaster victims, and furthermore, developed into an institutionalized system that can protect the lives and property of the people for sustainable society.
현대사회는 기술의 발전과 더불어 도시건축의 대형화를 통해 주거와 소비문화 등의 일상을 한 공간에서 누릴 수 있는 편리한 생활환경을 영위하고 있다. 하지만, 복잡‧대형화된 건축물은 재난 발생 시 인명의 안전에 위협이 될 수 있는 것도 분명하다. 대형화되고 복잡화된 건축물은 재난 발생 시 구조대상자의 수색과 인명구조에 취약할 수밖에 없고, 구조대상자의 생존확률 보장을 위한 정확한 위치정보를 빠른 시간 내 파악하는 데 어려움이 있다. 재난 발생 초기 구조대상자 고립 등 응급상황에서 현장지휘관은 적시에 정확한 정보를 습득하여야 하며, 소방대원은 재난 발생 상황에 대한 빠른 정보를 통해 효과적이고 효율적인 작전 수행을 수행해야 한다. 하지만, 도시사회의 발전 가속화보다 더디게 발전한 지금의 인명 탐색기법은 구조대원 개인의 인명구조 역량에 의존하며, 제한적인 범위를 탐지하는 탐색장비 활용, 구조견에 의존하는 실종자 수색법 등 기존의 기법을 사용하는데 크게 벗어나지 못하고 있다. 이러한 맥락에서 현재의 지리정보시스템(GIS)이나, 위성항법시스템(GPS) 등의 활용은 새로운 대안이 될 수 있었다. 이들 시스템은 정보를 시각화하여 디지털 지도에 표시함으로써 위치정보를 정확하고 간결하게 확인하는 데 유용하게 쓰이고 있으며, 이를 통해 경찰, 산림, 해양 등 여러 조직에서 위치정보를 활용하고 있다. 소방에서도 마찬가지로 현장에서 활동하는 소방대원의 위치 및 이동경로, 구조대상자나 차량의 위치를 파악하는 데 활용을 하고 있으며, 위치정보 습득을 통해 구조 위치를 안내하고, 작전을 계획하며, 적절한 소방력을 운영함으로써 국민의 생명을 보호하는 데 많은 도움을 주고 있다. 하지만, 최근의 건축물은 복잡한 미로 형태로 설계되어, 내부 구조에 익숙지 않은 소방대원이 진입했을 경우 비상구나 대피 공간조차도 그 위치를 파악하기가 쉽지 않다. 또한 시각적으로 장애가 있어 독립적으로 피난하기 곤란하거나 정확한 위치를 말로 쉽게 표현하기 어려운 구조대상자들에게는 여전히 한계가 있다고 할 수 있다.현재의 긴급위치 추적 기술은 신고자의 휴대전화를 기반으로 GPS 좌표 및 주변 Wi-Fi 정보를 받아 구조대상자의 수평 위치 결과값을 추적해 신고자의 위치를 한정하고 수색의 범위를 좁히는 것으로 위치정보 기술을 활용한다. 다만, 이러한 위치추적 기술은 통신사의 위치정보 조회 절차로 인해 시간이 지연되는 경우가 있고, 간혹 GPS 항법 시스템의 위치정보 오차로 인해 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다. 2020년 방송통신위원회의 긴급구조 위치정보 품질평가에 따르면, 기지국의 위치정확도는 263 m, GPS는 62 m, Wi-Fi는 65 m인 것으로 분석되었다. GPS와 Wi-Fi의 위치정확도가 기지국보다 높지만, 위치 응답시간이 기지국보다 5초~8초 정도 지연된 것으로 파악된다. 또한, 고층 건물의 경우는 같은 수평 위치 거리 차이와 수직 위치의 오차는 수 층에 이르는 문제도 나타나고 있다. 현재의 기술은 신고자의 수색 범위를 다소 좁힐 뿐, 신고자가 실내에 있는지, 실외에 있는지 특정할 수 없고, 건축물 내의 해당 층, 해당 층에서 구획된 실 등 구조대상자의 수직적‧수평적 위치를 파악하는 데 한계가 있다. 본 연구에서는 재난이 발생한 건물 내 구조대상자 위치를 확인하기 위하여, 건물에 이미 설치되어 있는 휴대전화의 Wi-Fi AP의 신호세기 등을 활용하여 휴대전화 소지자(구조대상자)가 App(앱)을 이용해 신고 시 건축물 내 또는 공간의(호실) 위치를 확인함으로써, 소방관이 현장 활동을 하는 데 있어 과거보다 개선된 새로운 위치정보 습득 모델을 제시함과 동시에 인명구조 시스템 구축의 유용성에 대해 검증하였다. 각 실내구획 Wi-Fi 값이 개별적으로 설정되어 있으므로 재난 상황 시 구조대상자의 휴대전화 Wi-Fi 값을 읽고, 구조대상자의 존재 여부, 인원, 수직적‧수평적 위치를 정확히 확인할 수 있으며, 이를 통해 적정 소방력을 투입하여 검색반경을 최소화하고 효율적인 구조활동을 수행할 수 있도록 하는 것이 본 연구의 목적이다. 스마트폰 Wi-Fi AP을 이용한 구조대상자 위치정보의 빠른 제공은 소방관들이 건물 전체를 탐문·탐색하는 기존 방식의 구조기법을 벗어나, 정확한 지점으로 유도함으로써 인명검색 등에 필요한 시간 소모를 최소화하여 골든타임을 확보할 수 있게 한다. 스마트폰 Wi-Fi AP을 이용한 측량법은 Wi-Fi 신호 감쇠로 정확한 거리 측정이 어렵고, 실내의 장애물로 인한 반사, 감쇠, 회절이 발생하여 거리에 일정 정도의 오차가 발생할 수 있다. 위치 확인의 정확성 및 오차범위를 확인하기 위해 8개 건축물 지점에서 25회 이상 Wi-Fi AP SSID의 naming 매칭과 전파세기 측정을 위치 측위 서버에 요청하고, 수신된 측위 결과 좌표값을 분석하는 방식으로 위치의 정확도와 오차범위를 확인하였다. 8개 지점의 최소‧최대 오차값은 4.137~14.037 m로 나타났고, 평균오차는 9.525 m로 확인되어, 구조대상자의 수색 범위를 보다 효과적으로 좁힐 수 있을 뿐만 아니라, 구조대상자의 위치추적 기술에 새로운 전환을 제공했다고 할 수 있다.실제 화재현장 재현 실험을 통해, 관계자 탐문에 의한 인명구조 기법과 본 연구에서 제안한 시스템을 활용해 정확한 구조대상자의 위치정보를 보유한 인명구조 기법을 각기 적용했을 때의 인명구조 대응 시간을 비교하였다: 구조대상자의 정보와 위치정보의 유무로 구분한 3가지 실험조건에서 각각의 대응 시간을 확인하고 대응 방법의 효율성을 검증하였다. 구조 시간은 10분 50초~19분 45초까지 소요되었고, 정보를 주지 않은 실험은 45분 시간 경과로 측정을 종료하였다. 이는 실제 현장에서 구조대상자 위치정보가 구조활동 시간 단축에 큰 영향을 미치는 것을 나타낸다.본 논문에서는 기존 화재현장의 경험기반 인명탐색 기법에서 진일보한 시스템을 4차 산업혁명 기술을 기반으로 제안 및 검증하고, 제안한 Wi-Fi 활용 위치정보 측위 기반의 실내 구조대상자 위치추적 시스템의 활용 방안을 제시하였다. 개인정보 등 현 법체계하에서 재난현장 구조대상자 위치를 확인하여 보다 효과적인 인명구조 및 구조대원의 부담 경감을 통해, 골든타임 확보와 더불어 국민의 생명과 재산을 지킬 수 있는 제도화된 시스템으로 발전해 나가길 기대한다.
현대사회는 기술의 발전과 더불어 도시건축의 대형화를 통해 주거와 소비문화 등의 일상을 한 공간에서 누릴 수 있는 편리한 생활환경을 영위하고 있다. 하지만, 복잡‧대형화된 건축물은 재난 발생 시 인명의 안전에 위협이 될 수 있는 것도 분명하다. 대형화되고 복잡화된 건축물은 재난 발생 시 구조대상자의 수색과 인명구조에 취약할 수밖에 없고, 구조대상자의 생존확률 보장을 위한 정확한 위치정보를 빠른 시간 내 파악하는 데 어려움이 있다. 재난 발생 초기 구조대상자 고립 등 응급상황에서 현장지휘관은 적시에 정확한 정보를 습득하여야 하며, 소방대원은 재난 발생 상황에 대한 빠른 정보를 통해 효과적이고 효율적인 작전 수행을 수행해야 한다. 하지만, 도시사회의 발전 가속화보다 더디게 발전한 지금의 인명 탐색기법은 구조대원 개인의 인명구조 역량에 의존하며, 제한적인 범위를 탐지하는 탐색장비 활용, 구조견에 의존하는 실종자 수색법 등 기존의 기법을 사용하는데 크게 벗어나지 못하고 있다. 이러한 맥락에서 현재의 지리정보시스템(GIS)이나, 위성항법시스템(GPS) 등의 활용은 새로운 대안이 될 수 있었다. 이들 시스템은 정보를 시각화하여 디지털 지도에 표시함으로써 위치정보를 정확하고 간결하게 확인하는 데 유용하게 쓰이고 있으며, 이를 통해 경찰, 산림, 해양 등 여러 조직에서 위치정보를 활용하고 있다. 소방에서도 마찬가지로 현장에서 활동하는 소방대원의 위치 및 이동경로, 구조대상자나 차량의 위치를 파악하는 데 활용을 하고 있으며, 위치정보 습득을 통해 구조 위치를 안내하고, 작전을 계획하며, 적절한 소방력을 운영함으로써 국민의 생명을 보호하는 데 많은 도움을 주고 있다. 하지만, 최근의 건축물은 복잡한 미로 형태로 설계되어, 내부 구조에 익숙지 않은 소방대원이 진입했을 경우 비상구나 대피 공간조차도 그 위치를 파악하기가 쉽지 않다. 또한 시각적으로 장애가 있어 독립적으로 피난하기 곤란하거나 정확한 위치를 말로 쉽게 표현하기 어려운 구조대상자들에게는 여전히 한계가 있다고 할 수 있다.현재의 긴급위치 추적 기술은 신고자의 휴대전화를 기반으로 GPS 좌표 및 주변 Wi-Fi 정보를 받아 구조대상자의 수평 위치 결과값을 추적해 신고자의 위치를 한정하고 수색의 범위를 좁히는 것으로 위치정보 기술을 활용한다. 다만, 이러한 위치추적 기술은 통신사의 위치정보 조회 절차로 인해 시간이 지연되는 경우가 있고, 간혹 GPS 항법 시스템의 위치정보 오차로 인해 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다. 2020년 방송통신위원회의 긴급구조 위치정보 품질평가에 따르면, 기지국의 위치정확도는 263 m, GPS는 62 m, Wi-Fi는 65 m인 것으로 분석되었다. GPS와 Wi-Fi의 위치정확도가 기지국보다 높지만, 위치 응답시간이 기지국보다 5초~8초 정도 지연된 것으로 파악된다. 또한, 고층 건물의 경우는 같은 수평 위치 거리 차이와 수직 위치의 오차는 수 층에 이르는 문제도 나타나고 있다. 현재의 기술은 신고자의 수색 범위를 다소 좁힐 뿐, 신고자가 실내에 있는지, 실외에 있는지 특정할 수 없고, 건축물 내의 해당 층, 해당 층에서 구획된 실 등 구조대상자의 수직적‧수평적 위치를 파악하는 데 한계가 있다. 본 연구에서는 재난이 발생한 건물 내 구조대상자 위치를 확인하기 위하여, 건물에 이미 설치되어 있는 휴대전화의 Wi-Fi AP의 신호세기 등을 활용하여 휴대전화 소지자(구조대상자)가 App(앱)을 이용해 신고 시 건축물 내 또는 공간의(호실) 위치를 확인함으로써, 소방관이 현장 활동을 하는 데 있어 과거보다 개선된 새로운 위치정보 습득 모델을 제시함과 동시에 인명구조 시스템 구축의 유용성에 대해 검증하였다. 각 실내구획 Wi-Fi 값이 개별적으로 설정되어 있으므로 재난 상황 시 구조대상자의 휴대전화 Wi-Fi 값을 읽고, 구조대상자의 존재 여부, 인원, 수직적‧수평적 위치를 정확히 확인할 수 있으며, 이를 통해 적정 소방력을 투입하여 검색반경을 최소화하고 효율적인 구조활동을 수행할 수 있도록 하는 것이 본 연구의 목적이다. 스마트폰 Wi-Fi AP을 이용한 구조대상자 위치정보의 빠른 제공은 소방관들이 건물 전체를 탐문·탐색하는 기존 방식의 구조기법을 벗어나, 정확한 지점으로 유도함으로써 인명검색 등에 필요한 시간 소모를 최소화하여 골든타임을 확보할 수 있게 한다. 스마트폰 Wi-Fi AP을 이용한 측량법은 Wi-Fi 신호 감쇠로 정확한 거리 측정이 어렵고, 실내의 장애물로 인한 반사, 감쇠, 회절이 발생하여 거리에 일정 정도의 오차가 발생할 수 있다. 위치 확인의 정확성 및 오차범위를 확인하기 위해 8개 건축물 지점에서 25회 이상 Wi-Fi AP SSID의 naming 매칭과 전파세기 측정을 위치 측위 서버에 요청하고, 수신된 측위 결과 좌표값을 분석하는 방식으로 위치의 정확도와 오차범위를 확인하였다. 8개 지점의 최소‧최대 오차값은 4.137~14.037 m로 나타났고, 평균오차는 9.525 m로 확인되어, 구조대상자의 수색 범위를 보다 효과적으로 좁힐 수 있을 뿐만 아니라, 구조대상자의 위치추적 기술에 새로운 전환을 제공했다고 할 수 있다.실제 화재현장 재현 실험을 통해, 관계자 탐문에 의한 인명구조 기법과 본 연구에서 제안한 시스템을 활용해 정확한 구조대상자의 위치정보를 보유한 인명구조 기법을 각기 적용했을 때의 인명구조 대응 시간을 비교하였다: 구조대상자의 정보와 위치정보의 유무로 구분한 3가지 실험조건에서 각각의 대응 시간을 확인하고 대응 방법의 효율성을 검증하였다. 구조 시간은 10분 50초~19분 45초까지 소요되었고, 정보를 주지 않은 실험은 45분 시간 경과로 측정을 종료하였다. 이는 실제 현장에서 구조대상자 위치정보가 구조활동 시간 단축에 큰 영향을 미치는 것을 나타낸다.본 논문에서는 기존 화재현장의 경험기반 인명탐색 기법에서 진일보한 시스템을 4차 산업혁명 기술을 기반으로 제안 및 검증하고, 제안한 Wi-Fi 활용 위치정보 측위 기반의 실내 구조대상자 위치추적 시스템의 활용 방안을 제시하였다. 개인정보 등 현 법체계하에서 재난현장 구조대상자 위치를 확인하여 보다 효과적인 인명구조 및 구조대원의 부담 경감을 통해, 골든타임 확보와 더불어 국민의 생명과 재산을 지킬 수 있는 제도화된 시스템으로 발전해 나가길 기대한다.