RSSI와 삼변측량법을 이용한 화학구조대 훈련자의 위치정보 측정 실험에 관한 연구
Location Information Measurement Experiment Involving Chemical Rescue Team Trainers Using RSSI and Trilateration
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Abstract
화학테러와 관련된 훈련 평가는 액션캠, 스마트폰 등으로 촬영한 영상에 의존하고 있어 연무로 인한 시야 차단, 정확한 위치 추적 불가 등 객관적 평가에 어려움이 있다. 이에 따라 실내에서 화학구조대원의 이동 경로와 훈련역량을 객관적으로 분석하기 위해 RSSI의 삼변측량법을 이용하여 화학구조대원의 위치정보 측정 실험을 진행하고자 하였으며, 정확도 분석을 위한 실내에 비콘을 설치하여 위치 정확도를 분석하고자 하였다. 실험결과 Type A 비콘 설치 시 오차율이 최소 11.6%에서 최대 60.5%로 나타났고, 비콘을 설치하지 않았을 경우 오차율이 각 laps 별 58.1%부터 95.5%까지 증가하였다. Type B 비콘 설치의 경우 대부분 18.5% 이하의 오차율을 보였으며, 비콘 미설치 시 laps 별 오차율이 44.6%부터 점차 증가하여 100%까지 나타나 비콘을 설치하지 않았을 때 오차율이 더욱 크게 나타났다. RSSI 통신은 실내 벽체 장애물 등에 의한 위치 통신 변수가 나타나기 때문에 변수를 줄이기 위해서 위치 방위 비콘을 설치하여 RSSI 통신 정확도를 높인다면 훈련대원의 위치정보 훈련 평가에 대한 객관적인 데이터로 사용 가능할 것으로 판단된다.
Trans Abstract
Training evaluations related to chemical terrorism rely on videos that are shot with action cameras and smartphones, making objective evaluations difficult owing to blocked visibility, haze, and the inability to accurately track location. Accordingly, to objectively analyze the movement path and training capabilities of chemical rescuers indoors, an experiment was conducted to measure the location information of chemical rescuers using the received signal strength indicator (RSSI) triangulation method and analyze location accuracy by installing beacons indoors for accuracy analysis. The experimental results showed that the error rate ranged from a minimum of 11.6% to a maximum of 60.5% when Type A beacons were installed, and the error rate increased from 58.1% to 95.5% for each lap. In most cases of Type B beacon installation, the error rate was below 18.5%, and when beacons were not installed, the error rate per lap gradually increased from 44.6% to 100%. Because RSSI communication is subject to location communication variables owing to obstacles such as indoor walls, if the accuracy of RSSI communication is increased by installing a location direction beacon to reduce these variables, it can be used as objective data in evaluating the location of training members.
1. 서 론
화학테러의 경우 불특정 다수인이 사용하는 다중이용시설을 비롯하여 대중교통시설인 지하철, 항공기, 버스 등에서의 독성가스 살포, 유독물 운반차량을 납치 후 도심지역에서 폭발 등 사람이 밀집한 지역을 대상으로 발생될 가능성이 높아 대형인명피해가 나타날 우려가 높다. 현재까지 우리나라에서 발생된 테러사고는 없었지만 최근 한반도의 정세가 극으로 치닫는 추세로, 국방연구원의 보고서에 따르면(1) 북한에 의한 테러, 친북세력에 의한 테러, 국제 테러단체에 의한 테러, 국내 극단주의자에 의한 테러, 그리고 화생방 테러의 5개 유형을 지적하면서 우리나라의 화학테러 위협이 크게 증가되고 있기 때문에 철저한 대비책 및 대응책 마련이 필요하다고 하였다(2). 2012년 구미 불산 누출사고를 계기로 현재 우리나라에서는 화학사고에 대한 대응방안을 범부처 대상 합동운영하고 있으며, 주 현장대원인 소방관은 중앙 119본부를 주관으로 화학재난 합동방재센터에 119화학구조센터를 배치하여 chemical-biological- radiological-nuclear-high yield explosives (CBRNE) 대응 업무를 수행하고 있지만, 최적의 대응장비 및 체계적인 훈련을 할 수 있는 훈련프로토콜과 훈련평가시스템이 없으며 종합훈련용 필드 테스트베드가 구축되어 있지 않은 실정으로 실제 화학테러 발생 시 실상황 훈련시스템의 부재로 대응 지연이 우려된다. 화학테러 훈련에 관련한 선행연구에 의하면 현재까지 한국에서는 화학테러⋅사고 대응을 위한 표준화된 교육훈련지침이 없이 기관별로 다른 교육프로그램을 운영하고 있으며, 훈련용 화학설비를 갖춘 전문훈련장 역시 마련되지 않아 실전과 같은 교육훈련의 효과를 기대하기 어려운 상황이다(3). 또한 훈련을 실시하더라도 대원들의 훈련과정 모니터링이 불가하여 모의 육체훈련에 그치고 있다. 화학 테러에 따른 훈련은 체계적인 모니터링이 필요함에 따라 기본적으로 대원이 훈련상황 속에서 어떻게 움직이고 어떤 대응 행동을 하는지 알기 위해 대원들의 위치 파악이 선행되어야 한다.
화학구조대 대원의 위치를 파악하고 훈련 경로 및 대처 행동을 파악하기 위해서는 실내 훈련장에서 활동하는 훈련대원의 위치 추적이 필요하다. 위치 추적에 관한 위치 측위에 대한 기술은 4차 산업혁명의 주요 기반기술인 5G/B5G 이동통신 기술로 활성화되는 다양한 융⋅복합 산업에서 자동차 네비게이션, 스마트폰 위치찾기 등의 GPS, 기지국의 이동통신망, 적외선, 전파 등 다양한 형태로 구현되어 있으나, 훈련장소의 건축물 밀폐, 소규모 장소, 각종 구조물이 있는 실내에서는 활용되기 어려운 실정이다. 또한 화학테러 훈련의 경우 가스 및 화재로 시야가 차단되었다는 가정 하에 진행되는 훈련인 만큼 인위적인 연무를 발생시켜 시야확보가 불가능한 상태에서 실시되므로 훈련장 내부에 훈련자의 위치정보 수집에 문제점이 많다(4). 중앙소방학교를 비롯한 각 지역 소방학교에서도 기존에 건축된 훈련장에서 화학테러와 유사한 상황에 대해 대원들이 교육 및 훈련을 받고 있지만, 시나리오에 따른 훈련의 평가가 액션캠이나 개인 스마트폰을 이용한 영상촬영에 의존하여 이루어지는 상황이기에 객관적인 평가가 어려운 실정이다. 더불어 실제 현장에 출동한 대원들도 출동 인원과 복귀 인원을 직접 세어 체크하는 방법 외에 대원들의 무사 복귀 여부는 물론 위치조차 파악하기 힘들다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 실내 건축물에서도 활용할 수 있는 received signal strength indicator (RSSI) 전파 강도를 이용한 거리측정방식과 걸음측정방법을 통하여 사용자의 위치정보를 파악해 훈련대원의 이동 경로 및 훈련정보를 취득하고자 한다(5). RSSI의 통신방식은 대규모 5G/B5G 이동통신 기술과는 반대로 실내 건축물에서 1대N 직접 통신방식으로 이루어지기 때문에 실내건축물 또는 소규모 환경에서 활용될 수 있다. 하지만 RSSI의 경우 실내의 장애물, 철판, 가구 등과 같은 전파 방해 요소에 따른 통신 오차가 발생되어 본 연구에서는 RSSI의 정확도 개선에 관한 연구를 함께 수행하고자 하였다.
따라서 본 연구는 화학테러 발생에 따른 화학구조대의 실전 구조 역량 향상을 위해 건축된 훈련 테스트베드에서 RSSI의 통신방식에 따라 건축물 내 훈련대원의 스마트폰을 통하여 대원의 위치를 실시간으로 추적하였고 이때, 발생되는 RSSI의 통신 오차를 줄이기 위한 위치정보를 수집하는 Feasybeacon (이하; 비콘)의 설치 유⋅무에 따른 측정 좌표 데이터 결과값의 차이를 비교⋅분석하고자 하였다.
2. RSSI 통신 기술 방식
RSSI 통신방식은 실내 위치 측위를 위한 가장 간단하고 보편적으로 사용되는 방법으로써, 수신장치에서 삼변의 RSSI 측정값을 측정하여 사용자 태그와 3개의 기준점 사이의 절대 거리(삼변측량)를 추정하고 현재의 위치를 추정하는 방식이다. Figure 1은 RSSI를 이용한 삼변측량를 설명한 그림으로 RN1, RN2, RN3에서 측정된 RSSI값을 이용하여 기준점에 대한 상대적인 위치를 획득하기 위해 삼각법이 적용되어 위치를 추정하는 방식을 설명한 것이다. RSSI는 Figure 1과 같이 수신기에서 수신되는 실제 신호 전력 강도의 세기를 측정하여 상호 간의 데이터를 이용해 현재 위치를 추정하는 방식이고 일반적으로 dB, dBm, mW단위로 측정된다. 하지만 실내 측위에 사용되는 RSSI값은 사용환경에 많은 영향을 받게 되며 내부구조, 위치, 장애물 등 여러 변수가 있어 정확한 위치 측위 추정에 어려움을 가지고 있다. 이러한 변수가 발생되는 원인 중 하나로는 RSSI 신호값의 가변성을 말할 수 있다. RSSI를 이용한 위치 측위에 가장 중요한 변수인 RSSI값은 고정된 위치에서의 일관된 RSSI값이 일정하게 수신되어야 하지만 선행 연구논문에(6) 따르면 고정된 수신장치에서 수신되는 RSSI값은 7개의 access point (AP)에서 들어오는 RSSI값이 일관성을 가지고 수신되는 것이 아닌 서로 다른 값으로 수신되는 데이터로 나타났고, 이를 줄이기 위한 보정 방법으로 측정과정에서 생성되는 잡음을 걸러내기 위해 Kalman filter(7)를 적용하여 오차를 줄이는 연구가 선행되었다. 하지만, develop access point (DAP)의 RSSI에도 노이즈가 포함되어 있었으며 실내의 여러 가지 변수에 따라 발생되는 노이즈는 환경에 따라 지속적으로 변화하기 때문에 완벽하게 위치를 추정하기가 어려운 것으로 나타났다. 따라서 선행 연구된 위치 측위 기술은 실외의 개방된 공간에서의 위치 측위 확보를 위한 기술로 사료되며, 각종 전파의 차폐, 위치 측위 센서의 연동 부재 등으로 인해 실내 공간에서의 위치 측위 확보에는 적절하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 실내 위치 측위 기술의 부재를 해결하기 위해 스마트폰 내장 중력센서, 가속도센서, 자이로센서, 걸음센서를 활용하여 훈련대원의 이동 거리를 측정하고 위치 측위 계산 및 대원의 훈련 이동 경로를 산출하였다. 하지만 이러한 거리 산출 및 훈련대원의 위치 추정은 훈련대원의 신장, 보폭, 건물의 오르막 및 위치, 방위 등에 따라서 오차가 발생할 가능성이 있다(6).
Location method using RSSI.
따라서 본 논문에서는 스마트폰에 내장된 중력센서, 가속도센서, 자이로센서, 걸음센서를 이용하여 위치 측위를 측정하고, 방향성 및 위치 오차를 최소화하기 위해 비콘과 훈련대원의 스마트폰을 결합하여 화학 테러를 가정한 요구조자 구조 훈련 시 대원의 위치 측위에 대한 실증 실험과 실효성을 검증하고자 한다.
3. 실험조건 및 실험방법(5)
화학테러 훈련대원의 위치 데이터는 블루투스 기반 DAP와 안드로이드 스마트폰 본체와의 거리를 RSSI 방식으로 측정하였다. 개선된 삼변측량법을 이용하여 각 코너의 4개 지점에 좌표를 계산한 뒤 각 지점의 평균값을 산출하여 X 좌표와 Y 좌표를 산출하는 방식으로 위치를 보정하여 계산하였다. 1:N 방식의 위치측정을 위하여 안드로이드 스마트폰의 Wifi 방식 수신 모듈로 전송된 위치정보와 이동 경로를 중앙 훈련 모니터에 표시시킨다. 이때 데이터 보정을 위해 위치필터링, 걸음센서를 통한 평균값 및 오차율 계산, 다각측량기법을 적용한 후 Wifi 방식으로 최종 위치정보를 전송하여 표시 및 저장한다. 본 실험에서는 RSSI의 통신 오차를 줄이기 위해 비콘 설치 유무에 따른 위치정보 결과값 차이를 분석하였다. 실험장은 실내온도 15 ± 3 ℃, 상대습도 45 ± 5%에서 실험을 실시하였다.
3.1 실험장비
Figure 2는 구조대원 위치측정 실험을 위한 사용된 실험장비로 Figure 2(a)는 Wifi 공유기(A3004TW, ipTIME Co., Korea)로 소방대원의 스마트폰 위치정보의 데이터를 수집하는 장치로써 활용하였으며, Figure 2(b)는 비콘(FSC-BP104D, FEASYCOM CO., China)으로 구조, 위치, 의자, 대원의 걸음걸이 등과 같은 변수로 인해 나타나는 RSSI 위치 편위값 데이터의 오차를 줄이기 위해 사용되는 장비이다. 비콘에 구조대원이 소유한 스마트폰이 가까이 위치하게 되면, 비콘의 위치로 위치 편위 영점을 맞출 수 있다. Figure 2(c)는 구조대원이 소유하고 있는 스마트폰이며 실험 중 스마트폰을 소지하고 실험을 진행하였다. 해당 스마트폰 내에 개발된 위치 어플을 설치하여 본인의 위치 편위각을 확인할 수 있다.
Type of experiment equipment.
3.2 실험조건
현재 위치 정보는 각종 센서가 내장된 안드로이드 스마프폰을 사용하여 수집하고 있으며, 스마트폰은 훈련 및 실제 상황 시 대원의 소방복에 소지되어 있으므로 실험 시 동등한 조건에서 적용되도록 하의 주머니에 스마트폰을 소지하고 실험을 실시하였다. 통신방식은 Wifi 방식으로 결정하였으며, Wifi 통신을 이용한 데이터 전송 방식으로 훈련대원의 이동 간 거리를 계산하기 위한 앱을 개발하여 스마트폰에 설치하였다. 해당 앱을 통해 실시간으로 변화하는 위치 데이터를 1 s 단위로 확인할 수 있으며, 사전에 수집된 사용자의 위치정보를 상황실에서 확인할 수 있도록 GUI를 구성하고 프로그램을 설계하였다. Figure 3은 개발된 GUI를 나타낸 것이다.
GUI design development photo.
Figure 4(a)는 화학구조대 훈련 테스트베드의 규격을 나타내었다. 실험장의 크기는 18.5 m × 17 m의 크기이며, 영화관의 특성에 따라 첫 번째 의자부터 다섯 번째 의자까지 대각선의 층고가 있는 실험장이다. 해당 실험장은 불특정 다수인이 이용하는 영화관에서 화학테러 발생 시 요구조자 구조를 위한 훈련테스트베드로 활용되고 있는 실험장이다. Figure 4(b)는 훈련장의 실제 모습을 나타내었다.
Testbed specifications and actual photos.
본 실험은 화학테러 발생을 가정하여 요구조자가 영화관에서 발생하였을 경우 훈련대원의 위치와 동선을 파악하기 위해 진행하였으며, 실험 시 비콘을 설치하여 DAP 포인트를 설정하였다. DAP와 스마트폰 간 통신방식은 블루투스 방식을 채택하여 DAP와 스마트폰의 RSSI 상 dBm값을 전송받아 통신을 진행하며, RSSI 상 dBm값이 높아질 경우 훈련대원의 스마트폰과 해당 구역 비콘의 거리가 가까워짐을 예측하여 DAP와 스마트폰이 영점으로 위치보정을 진행한다.
이에 따라서 DAP지점이 없을 때와 있을 때의 위치 데이터를 확인하고자 하며, 실험은 Figure 5(a)와 같이 작은 구역(A type, 46 m)을 5바퀴 걸었을 때의 위치 데이터 측정, Figure 5(b)와 같이 영화관 전체 구역(B type, 66 m)을 5바퀴 걸었을 때의 위치 데이터 측정 및 DAP지점 유무에 따른 위치 데이터 차이를 분석하고자 한다. Figure 5(a)는 영화관 내 작은 구역(A type, 46 m) 실험을 위한 도면으로 비콘이 설치된 위치와 훈련대원 이동 시작점 및 경로를 나타낸다. 훈련대원은 1 step (x 축, 17 m)을 시작으로 2 step (y 축, 6 m), 3 step (x 축, 17 m), 4 step (y 축, 6 m) 순으로 46 m를 이동하게 되며 해당 경로를 총 5바퀴 걸음으로써 위치 데이터를 측정한다. Figure 5(b)는 영화관 전체 구역(B type, 66 m) 실험을 위한 도면으로 이 또한 비콘 설치 위치와 훈련대원 이동 시작점 및 경로를 확인할 수 있다. Figures 5(c), 5(d)는 스마트폰을 소지한 훈련대원이 실험내용에 따라 이동하는 모습을 나타낸 사진이다.
Schematic diagram of the experimental method.
비콘은 실험장 전체 모서리 벽면에 Figure 6과 같이 설치하였고, A-type의 실험은 작은 구역의 활동이기 때문에 해당 구역에 관여하는 4개의 비콘만 영향을 받도록 하였으며, B-type의 실험은 훈련대원의 활동반경이 영화관 전체 구역이기 때문에 실험장 전체 모서리 DAP의 8개 비콘에 영향을 받도록 설정하였다.
DAP installation point photo.
4. 화학구조대 훈련자의 위치정보 데이터 실험 결과 및 분석
4.1 비콘 유⋅무에 따른 A type 위치정보 실험 결과
Figure 7은 작은 구역(A type, 46 m) 측정을 위해 4개의 비콘을 설치하여 DAP지점을 설정한 후 위치정보를 측정한 데이터 좌표 그래프이다. 그래프 시작점은 x, y 축 상 1 m 지점으로 설정하였으며, 스마트폰을 가지고 있는 훈련대원이 총 5바퀴를 이동한 경로를 좌표로 나타내었다. 그래프는 GUI에 실시간 표시되지만 본 논문에서는 가독성을 위해 GUI 대신 점선 좌표로 제시하였다. 성인 남성 걸음 소요 시간을 1 m 당 약 1 s로 가정하고 실제 걸었을 때 A type 46 m 한 바퀴 당 평균 43 s의 시간이 소요되었고 이를 기준으로 Figure 7(a)와 같이 normal 좌표 상 1 s당 1 m 지점에 기준점으로 표기하였다. normal 좌표를 기준으로 일치도를 분석해보면 Figure 7(b)와 같이 1 laps의 경우 x 축 상 이동은 y 축이 고정된 상태로 x 축만 증가하여 정상 좌표와 일치로 나타났지만, y 축의 이동 경로에서는 3 step에서 –x으로 이동 시에 오차가 이어졌다. 2 laps는 1 step에서 x 축으로 이동할 때 y 축 값이 상승되면서 위치의 오차가 나타났지만 2∼4 step에서는 오차가 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다. Figure 7(c)의 경우 3 laps에서 2 step y 축 값 오차를 제외한 모든 부분이 정상 좌표값과 일치하게 나타나 오차가 가장 적은 것으로 나타났다. 하지만 Figures 7(c), 7(d)의 4∼5 laps의 경우 1∼3 laps에 비해 정상 좌표값에 크게 벗어나는 위치정보가 나타났다. 이를 분석하면 Table 1과 같이 1∼3 laps의 경우 각각 44 s, 42 s, 43 s로 수행되어 한 바퀴 소요 기준 시간인 43 s를 크게 벗어나지 않는 경우로 오차율이 32.6%, 32.7%, 11.6%로 적게 나타난 반면, 4∼5 laps의 경우 한 바퀴에 39 s, 33 s가 소요되면서 한 바퀴 소요 기준 시간을 크게 웃돌며 훈련 대원의 운동 속도가 빨라짐에 따라 DAP의 인식기능이 저하되어 오차율이 51.2%, 60.5%로 높게 나타난 것으로 사료된다.
Type A location information experiment data (Beacon installation).
Type A Time Required and Error Rate Per Lap (Beacon Installation)
Figure 8은 비콘을 설치하지 않고 x, y 축 상 1 m 지점으로부터 5바퀴를 이동한 좌표를 나타낸 그래프이다. 성인 남성 기준 실험 소요시간은 43 s였으며, 비콘을 설치하지 않았기 때문에 DAP 지점이 없는 상황이었다. 실험 시 훈련대원의 위치보정을 인식하는 구간이 없어 위치좌표 값이 점진적으로 영역을 벗어났고, y 축의 거리를 6 m로 제한했음에도 불구하고 이를 넘어 인식하여 최종적으로 Table 2와 같이 오차율은 58.1% 이상 나타났다. 초회 오차가 발생한 이후 오차율이 지속적으로 증가하며 2∼5 laps에서는 72.1%, 79.1%, 93%, 95.5%로 5 laps에서 최대 오차율인 95.5%의 오차율이 나타났다. 즉, 건축물 내부에서 위치 좌표를 인식하기 위해서 원점 복귀가 매우 중요한 것을 확인할 수 있다.
Type A location information experiment data (Beacon not installation).
Type A Time Required and Error Rate Per Lap (Beacon Not Installation)
4.2 비콘 유⋅무에 따른 B type 위치정보 실험 결과
Figure 9는 B type 실험을 나타낸 좌표값으로 실험공간을 더욱 크게 하여 가로 17 m 세로 16 m의 실험장을 5 바퀴 이동한 좌표를 나타내었다. 실험장 각 모서리에 비콘 총 8개가 설치된 상태로 실험을 진행한 좌표이다. 성인 남성 기준 B type 66 m 평균 소요 시간은 65 s로 계산되어 이를 기준으로 하였고, 실험장에서의 위치 데이터를 x, y 좌표에 65 개의 점선으로 나타내었다. 정상 위치 데이터는 Figure 9(a)의 normal 좌표값과 같다.
Type B location information experiment data (Beacon installation).
Figure 9(b)의 경우 1∼2 laps에 따른 좌표값을 나타낸 것으로 1 laps에서는 1, 2, 4 step의 좌표 데이터는 정상 좌표 데이터와 동일하게 나왔지만 3 step에서 y 좌표값이 감소된 것으로 볼 때 위치가 내려간 것으로 측정되었다. 2 laps의 경우에도 2 step과 3 step에서 좌표값 이탈이 나타났다. Figures 9(c), 9(d) 또한 3 step에서 오차가 지속적으로 나타났는데 이는 영화관 특성상 좌석 위치에 따른 층고가 존재하고 이에 따른 RSSI의 통신 데이터의 오차가 발생되는 것으로 판단된다. Table 3은 type B에 대한 laps별 소요시간과 오차율을 나타낸 것이다. 소요시간은 기준 시간인 65 s 내외로 측정되었고, 오차율은 laps 별 12.3%, 40%, 18.5%, 13.8%, 12.3%로 모든 실험 중 가장 낮게 나타나면서 위치 정확도의 향상이 나타났다. 2 laps에서만 오차율이 높게 나타난 이유는 2 step의 오르막 구간에 위치 데이터 상 1 m 오차가 발생하여 전체 데이터의 이탈 좌표의 개수가 많아짐에 따라 오차율이 높게 나타났다.
Type B Time Required and Error Rate Per Lap (Beacon Installation)
Figure 10은 비콘을 설치하지 않고 type B의 실험을 진행한 좌표값이다. x, y 축 상 1 m지점에서 시작으로 각 laps별 실험 시간은 기준 시간인 65 s와 유사하게 소요되었지만, 이는 비콘에 따른 위치 보정 및 원점복귀가 없는 상태에서 스마트폰에 내장된 걸음 센서, 방위 센서, RSSI의 데이터 신호에만 의지하여 나타난 좌표 데이터이다. Figure 10(b)의 경우 1 laps 시작 지점과 종료 지점의 x, y의 좌표값이 일치하지 않은 상태로 2 laps 실험이 진행되었다. 실험 중 laps의 방향이 점차 오른쪽으로 치우치는 것을 확인할 수 있었다. 최종 원점에서 이탈된 위치 데이터는 Figures 10(c), 10(d)와 같이 x 축 상 17 m 지점에 고정되어 측정 범위를 벗어나 측정할 수 있는 최대 범위인 x 축 17 m에서만 위치 데이터 값이 이동하는 것을 확인하였다. 이를 통해 비콘에 의한 원점 보정이 이루어지지 않아 정상 데이터 좌표에서 이탈된 좌표 데이터 값의 오차가 지속적으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 실내의 위치 측위 측정 범위가 넓어질수록 나타나는 데이터 편차는 더욱 크게 나타났다.
Type B location information experiment data (Beacon not installation).
Table 4에 나타난 오차율을 확인해보면 1 laps부터 46.2%, 44.6%, 75.3%, 100%, 100% 오차율이 나타나면서 4 laps부터는 계측이 불가능한 위치 좌표 데이터가 나타났다.
Type B Time Required and Error Rate Per Lap (Beacon Not Installation)
최종결과 비콘에 따른 위치정보의 보정이 없을 경우 작은 오차에도 이를 회귀할 수 없어 실험이 지속될수록 오차가 누적되며 위치정보 좌표값 데이터가 상실되는 것을 확인할 수 있었다. 실생활에 기반한 훈련환경 조건에서는 사람의 걸음걸이, RSSI의 전파상 장애물, 영화관 내의 오르막 층고에 따른 방위각 이탈 등과 같은 수많은 변수가 존재하기 때문에, 전방위 위치 데이터를 제공하는 GPS 등 다른 다양한 통신방식을 사용하더라도 실내 측정 위치정보의 경우만큼은 비콘이 필수적으로 요구될 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 RSSI와 삼변측량법을 이용한 화학구조대 훈련자의 위치정보 측정 실험에 관한 연구로써 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1. Type A의 비콘을 설치한 1∼3 laps의 경우 각각 오차율 32.6%, 37.2%, 11.6%가 나타나면서 오차율이 가장 낮게 나타났다. 하지만 4∼5 laps의 경우 1∼3 laps 대비 정상 좌표값에 크게 벗어나는 위치정보가 나타났으며, 오차율 또한 51.2%, 60.5%로 가장 높게 나타났다. 비콘을 설치하지 않았을 경우 오차율이 각 laps 당 58.1%, 72.1%, 79.1%, 93%, 95.5%로 나타났으며, 비콘을 설치한 laps 보다 비콘을 설치하지 않았을 때 오차율이 더욱 크게 나타났다.
2. Type B의 비콘을 설치한 laps의 경우 2 laps를 제외하고 대부분 18.5% 이하의 오차율을 보였다. 하지만 비콘을 설치하지 않은 경우 오차율이 1 laps에서 46.2%로 나타났으며 2 laps에서 44.6%, 3 laps 75.3%로 증가하면서 4 laps 이상에서는 100% 오차율이 나타났다. 이는 초기에 발생된 오차로 인하여 실험이 거듭될수록 오차가 누적되어 더욱 큰 오차값을 발생시키기 때문이다.
3. 비콘에 따른 위치정보의 보정이 없을 경우 작은 오차에도 이를 회귀할 수 없어 실험이 지속될수록 오차가 누적되어 위치정보 좌표 데이터가 상실되는 것을 확인할 수 있었다. 실생활에 기반한 훈련환경 조건에서는 사람의 걸음걸이, RSSI의 전파상 장애물, 영화관 내의 오르막 층고에 따른 방위각 이탈 등과 같은 수많은 변수가 존재하기 때문에, 전방위 위치 데이터를 제공하는 GPS 등 다른 다양한 통신방식을 사용하더라도 실내 측정 위치정보의 경우만큼은 비콘이 필수적으로 요구될 것으로 판단된다.
본 논문은 실내에 비콘을 설치하여 위와 같은 변수를 줄이고 RSSI 통신 신뢰성을 높이는 것에 그 의의가 있으며, 건축물 내 구조대원의 활동성을 분석하기 위해 사용하고자 하는 위치정보 표시기술에 대해 실험적으로 고찰하였다.
본 실험에서는 비콘의 위치정보 활용성을 제시하기 위해 화학테러 영화관 테스트베드에 최소한의 비콘을 설치하여 실험을 진행하였지만, 실제 국내 소방훈련 시스템에 적용되어 테스트베드를 운영할 경우 x, y좌표의 직선거리 중간 지점 및 각 실험장 중간 위치에도 비콘을 추가 설치하여 훈련대원 위치정보의 신뢰성을 높여 화학테러 구조 훈련에 활용할 것을 제언한다.
Notes
후 기
이 논문은 2017년도 정부(소방청)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2017M3D9A1075451).