도시철도 지능형 종합감시시스템의 효율적 구성 방안
2009-11-30 CCTV뉴스
이에 도시철도분야에서 사용되고 있는 기존 감시시스템의 문제점을 짚어보고 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 지능형 감시시스템을 제안하고자 한다.
폐쇄회로 텔레비전(CCTV; Closed Circuit Television) 기반의 감시시스템이 최근 일련의 사건 사고를 해결하기 위한 감시데이터 제공자로 활용됨으로서 그 중요도가 점점 높아지고 있다. 하지만 이러한 수동적인 감시시스템은 거의 사후 처리용으로 사용되는 경우가 많으며, 사전 예방 및 사고확산 방지를 위한 기능을 수행하는 데는 한계를 가지고 있다. 또한 모니터를 지켜보는 감시시스템 운영자의 집중력은 20분을 넘지 못한다는 것이 연구결과를 통해 널리 알려져 있다.
현재 도시철도 서비스 구간 내에서 운영되고 있는 대부분의 감시시스템 또한 수동적인 폐쇄회로 텔레비전시스템에 기반을 두고 있다. 도시철도 서비스 구간 내에 설치된 카메라 대수는 운영기관에 따라 다르지만 수천대의 카메라가 동시에 운영되는 운영기관도 있다. 이러한 운영환경에서 실시간으로 상황을 감시한다는 것은 거의 불가능하다. 즉 운영자가 현재 감시시스템에서 제공되는 영상과 간단한 센서정보를 통하여 현재 상황을 정확하게 판단한다는 것은 쉬운 일이 아니며, 사고에 대한 즉각적인 대응이 어려운 실정이다.
하지만 감시시스템분야의 기술이 발전함에 따라 과거의 수동적인 방식에서 탈피하여 점차 시스템 자체 판단에 의해 신속하게 현재 상황을 운영자에게 알려 줄 수 있는 시스템의 도입이 가능하게 되었다. 특히 카메라를 통하여 입력되는 영상을 분석하고 필요한 정보를 추출할 수 있는 기능이 점차 발전함으로써 각 산업분야에 적용이 되기 시작하고 있으며, 도시철도 분야에 적용하기 위한 연구도 활발하게 진행 중 이다.
본 고에서는 도시철도 분야에서 사용하고 있는 기존 감시시스템에 대한 구성방안과 문제점을 살펴보고, 기존 감시시스템의 문제점을 해결할 수 있는 방안과 지능형 종합감시시스템을 구축하기 위한 효율적인 구성 방안을 제안한다. 이를 위해 도시철도 지능형 종합감시시스템을 구성함에 있어서 반드시 필요한 시스템과 시스템들 간의 연계 방안을 살펴보고 기존 감시 시스템과의 연계시 고려해야 할 사항들을 정리하였다.
기존 감시시스템의 구성
기존의 도시철도 감시 시스템 구성은 크게 감시를 위한 카메라와 카메라에서 발생한
보를 화면에 뿌려주는 멀티비전이 주를 이루는 단순한 구조이다. 이외에 화재감시를 위한 화재 수신반과 영상카메라의 정보를 분석하는 영상분석기, 카메라에서 취득된 영상을 저장하기 위한 영상저장장치, 각 시스템의 고장 상태를 체크하기 위한 고장정보수신반, 비상시 연락을 위한 비상통화장치 등으로 구성되어 있다. 이러한 구조는 일반적으로 영상을 취득하여 이를 운영자에게 보여주는 단순한 구조를 이루고 있어 수동적인 감시시스템에서 크게 발전할 수 없다.
<그림 1>은 가장 최근에 도입된 도시철도 감시시스템에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
그림 1. 기존 도시철도 감시시스템 구성도
이러한 수동적인 감시시스템의 문제점은 운영자의 집중력에 크게 의존하는 문제점을 가지고 있다. 앞에서 언급한 바와 같이 운영자의 집중력 저하는 불가피하므로 감시시스템 자체만으로 사건을 미연에 방지하거나 사고의 확산을 막기가 어렵다. 또한 감시시스템 자체가 영상카메라 기반으로 동작하고 있어 영상카메라의 오작동, 고장 등이 발생했을 경우 감시시스템 자체가 유명무실하게 된다.
이러한 문제점을 보완하기 위해 도시철도분야에 최근 도입된 감시시스템은 영상 분석기와 고장 정보 수신함을 운영하고 있다.
하지만 영상분석기에 모든 영상 정보가 집중되므로 대규모 역사의 경우 영상에서 취득되는 데이터가 많아 영상분석기에 많은 부하가 발생하게 되며, 영상분석기로 수신되는 데이터가 네트워크 문제 혹은 영상분석기 부하의 한계로 인해 수신되지 못할 경우 영상분석기가 무용지물이 되는 문제점을 가지고 있다. 각각의 감시시스템 동작 상태를 체크하기 위한 고장수신반의 경우 네트워크로 인한 데이터 오류인지 혹은 장비자체의 문제인지 세부적인 상태체크가 어려운 만큼 유지보수 활용에 한계가 있다.
그리고 영상카메라를 통해 감시하기 어려운 화재의 경우 화재수신반에서 화재정보에 대해 검침이 이루어지지만 이는 영상카메라와 별도로 동작하는 만큼 영상과 서로 상호보완이 이루어지지 않아 개별적으로 동작하게 된다. 만약 화재수신반에서 화재발생을 잘못 인지하는 경우가 발생한다면 이는 바로 화재 발생인지로 직결되므로 감시시스템 자체에 큰 혼란을 줄 수 있다.
이러한 각각의 영상감시시스템외의 추가적인 장비들을 적극적으로 활용한다고 하더라도 현재의 감시시스템은 선진국에서 운영 중인 시스템 수준과 비교했을 때 직관적인 방식에서 크게 벗어나지 못한다.
또한 감시시스템에서 감시할 수 있는 감시영역이 매우 좁다는 것 역시 또 다른 문제점이다. 화재의 경우 센서를 활용하고 있지만 영상을 통한 감시시스템은 1차적으로 시각 정보를 기반으로 작동한다. 시각만으로 사고를 판별하는 것은 정확한 사건인지에 한계가 있으며 시각외적인 요소로 인해 발생할 수 있는 유해가스, 접근제한지역침입 등의 발생하는 다른 사건들에 대해서는 인지가 어렵다.
이러한 문제점 때문에 영상감시시스템의 한계를 보안하고 감시영역을 확대할 필요성이 대두되고 있다.
지능형 감시시스템의 구성
도시철도 지능형 감시시스템은 지능형 감시 카메라와 센서 네트워크, 지능형 감시 소프트웨어, 디지털 영상 저장 장치로 구성되어 있다.
<그림 2>는 도시철도 지능형 감시시스템에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
그림 2. 도시철도 지능형 감시 시스템 구성도
지능형 카메라 돔 카메라 스피드 돔 카메라 일반 카메라 실외카메라(실외/변전실) 실외카메라(선로변환기) PSD 모니터 지능형 영상분석기 비디오 서버 환경감시 Node 화재감시 Node 구조건전성 Node 화재감시 광센서 구조건전성 광센서 무선통힌 Gateway 이더넷/무선랜 데이터로거 이더넷 카메라 제어장치 지능형 영상저장장치 관리 서버 지능형 영상저장장치 데몬 서버 대용량 저장장치 KVM스위치 RGB 매트릭스 46"TFT LCD 멀티비전(x2) 멀티비전 컨트롤러 지능형 감시시스템 19"터치모니터 화재수신반 비상인터폰 비상통화 신호변환장치 입력신호 단자대 switching HUB(L2) 광전송장비
지능형 감시시스템은 지능형 감시 카메라로부터 디지털 영상과 영상 분석 결과, 그리고 센서 네트워크로부터 온도, 음향, 공기질, 유해가스등의 정보를 입력받아 종합적인 상황 판단을 하도록 구성되었으며, 디지털 영상과 영상 분석에 따른 이벤트 영상은 디지털 영상 저장 장치에 저장되어 관리된다. 기존 감시시스템의 한계인 수동적 감시에서 벗어나기 위해 카메라 자체에서 사건을 판별할 수 있는 지능형 감시카메라를 설치하고 시각적인 감시카메라의 단점을 보안하기 위해 센서 설치를 제안한다.
또한 시스템을 통폐합함으로써 고장 발생시 이를 직접 인지할 수 있도록 구성하였으며 고장 발생 가능성을 줄일 수 있다. 영상저장과 더불어 통계적 데이터를 저장하여 네트워크를 통해 다시 운영자에게 피드백하는 디지털 영상 저장 장치를 제안한다.
지능형 감시 카메라
감시 카메라의 종류는 표현되는 영상 데이터의 타입에 따라 아날로그 영상과 디지털 영상으로 구분된다. 현재까지 많은 도시철도 종합감시시스템은 폐쇄회로 기반의 아날로그 시스템으로 구성되었으며, 이는 영상 데이터 분석을 수동적으로 직접 수행해야 하는 단점이 있다.
따라서 최근에는 이러한 문제점과 비효율적 분석 방법을 탈피하기 위해 영상 디지털화를 통해 데이터를 소프트웨어로 분석 가능하도록 구현하고 있으며 디지털 영상 분석을 위한 영상 분석 알고리즘을 탑재한 다양한 분석 시스템이 구현되고 있다. 지능형 감시 카메라는 디지털 영상을 분석하여 각종 이벤트를 도출해내고 그 이벤트를 영상과 함께 외부 장치로 전달하는 기능을 수행한다.
기존에 설치되어 있는 아날로그 카메라를 모두 지능형 감시 카메라로 교체하기에는 많은 시간과 비용이 소요되므로 아날로그 카메라를 지능형 감시 카메라와 같은 기능으로 개선하기 위해서는 아날로그 영상을 디지털로 변환하여 영상을 분석하는 지능형 영상 분석기와 분석된 영상에 대한 이벤트와 디지털 영상을 네트워크 전송이 가능한 형태로 압축하는 비디오 서버를 연계하여야 한다.
또한 각 영상 카메라에 비디오서버를 부착함으로써 영상 분석기에 걸리는 부하를 최소화 할 수 있다. 위와 같은 사항들을 통해 운영자에게 의존적인 수동적인 시스템에서 시스템이 사용자에게 필요한 정보를 알려주는 능동적인 시스템으로 바꿀 수 있다.
센서 네트워크
도시철도 서비스구간 감시를 위해 사용하는 센서는 기존의 화재센서를 포함하여 환경 감시 센서, 구조 건전성 감시 센서 등으로 구성된다. 각각의 감시 센서 노드는 센서의 용도와 필요성에 따라 각각의 영역에 설치되며 센서 노드에서 얻어지는 데이터를 통합하기 위한 장치가 필요하다. 이는 시각적으로 감시하는 영상카메라의 한계를 보안하여 후각적, 촉각적 감시를 통한 전방위적 감시를 수행한다.
이러한 데이터를 취합하여 네트워크로 전송하려면 센서 노드 게이트웨이가 설치되어야 하며, 센서 노드 게이트웨이를 통해 취합된 센서 노드들의 데이터는 지능형 감시 소프트웨어로 전송된다. 또한 역사 구조 건전성을 판별하는 광센서와 역사 전반의 화재 감시를 위한 광센서는 일반 센서 노드와 별도로 연속적인 데이터 통합을 위해 데이터로거를 거쳐야 하며 취합된 데이터는 네트워크를 통해 지능형 감시 소프트웨어로 전송된다.
지능형 감시 소프트웨어
지능형 감시 소프트웨어는 지능형 감시 카메라와 센서 네트워크로부터 디지털 영상 데이터와 영상 감지 이벤트 그리고 센서 측정 데이터들을 네트워크를 통해 전달받아 종합적인 데이터 분석을 하게 되며 분석 결과에 따라 경보를 발생하게 된다. 직관적인 영상감시시스템에서 벗어나기 위해 경보 발생시 이를 즉각적으로 운영자에게 알린다.
또한 기존의 하드웨어 위주의 시스템 구성을 소프트웨어적으로 바꿈으로서 시스템 복잡도를 낮출 수 있다. 이는 시스템 구성의 단순화를 통한 비용절감과 더불어 시스템 고장발생시 즉각적으로 사태를 파악할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 소프트웨어의 특성상 시스템 기능을 사용자 요구사항에 맞추어 지속적으로 업그레이드 가능하므로 시스템 수명을 연장할 수 있으며 기타 영상카메라와 센서 발전 방향에 따라 능동적으로 대응해 나갈 수 있다.
디지털 영상 저장 장치
기존 시스템은 DVR 방식을 통해 영상 데이터를 저장한다. 이는 영상만을 저장하여 사건이 발생한 순간의 기타외적인 요소를 저장하지 못한다. 본 논문에서는 영상 저장장치의 영상뿐만 아니라 센서 로그 등을 저장하도록 하여 사건이 발생한 순간 혹은 사건 발생 전후의 영상 외의 기타 센서 값들을 저장한다. 디지털 영상 저장장치의 또 다른 중요한 특징은 영상 관리 서버와 영상 저장 데몬을 분리하여 과거 시스템에서 영상 저장 장치에 집중되던 네트워크 부하를 분산하여 처리한다는 것이다. 그리고 영상을 운영자에게 단순 제공하던 기능에서 탈피하여 영상을 직접 운영자가 관리할 수 있도록 한다.
결 론
현재 도시철도 감시 시스템은 폐쇄회로 카메라 중심의 감시가 수행됨으로서 수동적인 감시만을 수행하여 감시시스템의 감지 능력보다 운영자의 집중력에 의존하는 경향이 크다. 또한 영상만으로 판별하기 어려운 사건에 대해서는 감지 능력이 크게 저하된다.
본 고에서는 영상 자체의 감지 능력을 향상시킬 수 있는 지능형 카메라의 설치와 센서정보와의 융합을 통한 보다 복잡한 상황을 판단하기 위한 도시철도 지능형 종합감시시스템에 대한 구성방안을 제안한다. 영상 분석능력을 가진 지능형 카메라는 영상 취득 후 전송이라는 단순 동작방법에서 벗어나 영상을 분석하는 중간단계가 존재함으로서 모니터링하는 운영자에게 사건이 발생할 경우 상황을 신속하게 전달할 수 있다. 또한 센서 네트워크를 통한 시각외적인 요소에 대한 정보를 운영자에게 제공함으로써 운영자가 보다 정확한 상황을 판단하는데 도움을 줄 수 있다.
점차 증가하는 도시철도 시설 확충으로 이용객 편의가 증가되고 이용객의 안전 감시에 대한 중요성 또한 높아지고 있다.
본 고에서는 기존 감시 시스템의 한계와 문제점을 지적하고 지능화된 감시시스템을 제안함으로써 본 시스템 적용시 종합적인 감시 능력이 매우 향상될 것으로 기대된다.