화재영상분석에따른 화재예측과 조사 Fire prediction and investigation with Fire image analysis

가천대학교 글로벌캠퍼스 설비소방공학과 Gachon University globalcampas, Professor, Ph.D

Korean Institute of Fire Science &Engineering, President

Baek Dong-hyun

교수(공학박사) 백 동 현

2015. 11. 30

전 - 경제사회발전 5개년 계획 위원 - 전국 대학 소방학과 교수협의회 회장(8년) - 경원대학교 사회교육원 교학부장(6년) - 국가 행정쇄신위원회 위원 - 국가화재안전기준(NFSC) 경보분과위원회 위원장 - 전기안전 로드맵 전기화재분과 위원장 - 한국소방안전기술원, 한국소방안전협회 비상임이사 - 한국전기안전공사 정책자문위원 - 한국전력기술인 협회 교육출판위원장 - 대검찰청 과학수사 자문위원 - 한국화재소방학회 회장

현 - 국립과학수사연구원 자문위원 - 인천국제공항공사, 서울공항공사 자문위원 - 대한토지주택공사 소방설계 자문위원 - 국토교통부 중앙건설심의위원 - 한국철도시설공단 자문 및 심의위원 - 한국안전시민연합 공동대표 - 가천대학교 글로벌캠퍼스 설비소방공학과 교수(공박)

저서 - 소방전기시설론(96) - 소방전기기초실험, 소방전기응용실습(2010) - 소방검정개론(04) - 소방전기설비의 설계 및 시공(04) - 화재신호처리공학(미발간)

연락처 : ( L A B ) 031-750-5712 ( M. P ) 010-3272-0118 (E-mail) dhbaek@gachon.ac.kr / bulbaek@hanmail.net

소 개

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Ⅰ. 서 론

화재가 발생되면 생성되는 연기, 열, 불꽃을 감지하여 화재를 탐지 - 어느 정도 화재가 진행된 다음에 화재를 감지하기 때문에 예방에 한계 최근에는 CCTV를 통해 화재를 확인하는 방법외에 CCTV의 화상에 나타난 화재를 분석하여 화재유무를 통보할 수 있는 화재감지와 CCTV를 통합한 기능으로 화재발생 관계자에게 통보할 수 있게 하고 있음. CCTV의 화재영상을 판독한 다음 단계별 화원의 크기와 화재성상을 추론 화염의 크기, 발열량등을 계산하고 이에 따른 화재 예측. Turbulent flame이나 화염확대로 인한 화재감지기 동작 스프링클러설비의 동작이나 관련된 제설비에 대하여 화재조사측면에서 조사.

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◈ 범어사 일주문 화재 영상 – 2010년 / 원인 : 방화

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◈ 화재 영상

◈ 2012. 10. 화재 영상

Ⅱ. 본 론

2.1 화상표현 변화

Ⅱ. 본 론

2.1 RED Filtering

1) 불꽃 부위 경계검출 ① 컬러영샹에서 현재화소와 주변 화소를 비교 - 2치영상으로부터 경계만을 검출하기 위하여 0부터 255로 되어 있는 총 256화소에서 Current Pixel CP의 값이 0일 때 수직,수평방향으로 4개의 Neighborhood Pixel(NP)가 하나라도 255의 값을 갖는다면 CP를 자동으로 경계화소로 결정 ② CP의 값이 0과 255를 갖는 것과 상관 없이 4개의 NP값과 동일하다면 CP는 경계화소가 아닌 것으로 결정

Ⅱ. 본 론

2) 2치영상으로부터 경계를 검출하는 과정 - O표시가 된 화소는 경계가 아닌 화소로 추정 - 일반영역의 화소값 255로 추정 - 굵은선의 폐곡선 : 추출된 경계화소 3) Fig 3: 추출된 불꽃경계를 기준으로 마스크를 만드는 과정 - ●표시 화소는 불꽃의 특징을 포함하는 영역이 아님 -경계화소와 동일한 화소값으로 치환하여 이용 - Mask에 해당하는 Window를 획득 - 이를 화재가 발생한 원영상에 정합시켜 화재발생위치 확인

g(x, y) = intensity value of output image

f(x, y) = intensity value of input image

( , ) ( 1, 1) ( 1, 1) ( 1,0) ( 1, ) ...

(0,0) ( , ) ... (1,1) ( 1, 1)

g x y w f x y w f x y

w f x y w f x y

( , ) ( , ) ( , )a b

s a t b

g x y w s t f x s y t

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3) Spatial Filtering Process

1단계 2단계 3단계 4단계 5단계

00:15 00:20 00:21:02 00:33:47: 00:34:18

착화 화염 나타나기

시작

화염이 착화대

상단으로 발전 화염 확대 CCTV화면 멈춤

난류 화재플럼 형성 가연물 표면전체로

화염확대

소방용배선,

CCTV배선 손상

화염 폭 : 58.82cm

2.2 CCTV 판독에 의한 화재발생

- 해상도, 격자무늬, 화질왜곡, 영상노이즈, 낮은 계조(Gradation), 불꽃경계(측정거리) 등

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2.3 화재성장과 화원의 크기

1) 초기의 화재크기(화염이 착화대 상단으로 발전시)

① 화염이 외부로 발전한 3단계 상태에서의 화염 - 폭 : 약 0.6m, 높이: 약 1.8m 정도로 추정(착화시 착화대 높이, 주위 차량 높이 고려) ② 화원의 직경 : 착화시 착화대 높이고려 : 화염의 폭과 같은 0.6m로 가정 ③ 화염의 크기(높이, 직경)와 온도의 관계(Heskestad의 식)

( : 화염의 높이(m) Q: 화재크기(kw) D: 화원의 직경(m) )

0.23 = 1.8 + (1.02 * 0.6)

= 10.49 = 356.40 (kw)

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2) 개략적인 화염의 온도

을 대입, 주위 환경인 온도를 참고하여(약 – 8.4℃)

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3) 화재의 크기

① 표면 전체로 화염이 확대되면서 화염의 크기가 급격히 커지는 경우 - 유입공기에 의한 화염의 맥동현상 발생(공기지배형 화재의 전형적인 현상) ② CCTV의 Off - 화염의 급격한 확산(4단계)은 CCTV의 배선, 감지기 배선, 전력용 전선등 손상 - 이 때 화염의 높이는 CCTV 화면을 벗어남 - 최소한 케이블 트레이 높이 이상으로 성장 예상

( : 화염의 높이(m) Q: 화재크기(kw) D: 화원의 직경(m) )

화재발생 위치의 환경 가정 : 화원의 직경 1.3m이상, 화염의 높이는 약 3m

0.23 = 3 + (1.02 * 1.3) = 18.81

≒ 1534.52 (kw)

③ 화염의 높이와 화재크기

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4) 화염의 온도

화염높이 이상에서 플럼의 온도는 유입공기에 따라 크게 달라짐 따라서 (McCaffrey 도표 참고)

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2.4 고려해야 할 특성 1. 건축공간의 특성 천장 높이: - 화재시 연기의 양을 결정하는 중요한 요소 - 천장고가 높을 수록 플럼으로의 공기 유입량이 많아짐 : - 결국 연기량이 증대하게 되며 연기 경계면의 하강속도 좌우. - 존모델에서 연기 경계면은 체류 가능의 판단 기준이 됨. 2. 마감재 - 공간의 온도 예측에 큰 영향 - 벽, 천장, 바닥으로의 열전달 과정 계산 - 각 마감재의 면적, 마감재의 종류를 통하여 열전도율, 밀도, 비열 등 재료의 열적 특성값 결정. 3. 개구부 개구부의 상단과 하단으로 연기층의 높이와 비교하여 연기가 유출되는지 공기가 유입되는지 판단. 단, 밀폐된 장소에서는 개구부에 의한 연기의 유출입은 고려 하지 않음.

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4. 가연물 종류 화재시 생성되는 연소생성물의 종류와 양을 결정하는 중요한 것 5. 화원위치 평면상 위치와 수직상 위치에 따라 공기유입량이 다르므로 연소생성물과 온도변화가 달라짐 6. 가연물의 양 화재의 지속시간 결정. 화재초기보다는 플래시오버 이후 상황에서 매우 중요. 7. 화원면적 화염의 크기와 유입공기량 결정. 열방출율에 비해 화원의 면적이 너무 작은 경우, 플럼의 유속이 매우 빠른 제트기류와 같이 해석. 연소면적과 화원의 크기가 일치하는지 확인.

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구 분 착 화 화염발생(3단계) 화염확대(5단계) 비 고

시 간 00:15 00:21 00:34

온 도 -8.4℃ 화염온도 232℃ 감지기 높이 온도

348℃

2.5 수치 비교 화염의 정확한 크기, 가연물의 종류, 양, 적재상태, 개구부에 의한 외기의 유입과 열손실 등 화재현장의 전반적인 상황을 세밀히 고려하지 않은 것임.

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Ⅲ. 결 론

CCTV의 화재영상을 판독한 다음 단계별 화원의 크기와 화재성상 추론 가연물의 종류, 양, 적재상태, 개구부에 의한 외기의 유입, 열손실 등 화재현장의 전반적인 상황을 세밀히 고려하는 연구 필요 착화 21분후 화염온도 232도, 화재크기 356.40(kw)

35분후 화재감지기 348도, 화재크기 1534.52(kw) 화재감지기의 동작기준과 작동, 부작동시험 관계 고려 스프링클러설비의 동작이나 관련 제설비 동작상황 조사 전격이나 과전압에 의한 부품 파손 확인조사 화재분석을 위한 고Pixel CCTV와 화재감지 통합기능의 융합제품 설치 필요

감 사 합 니 다.

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