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지능형 CCTV 활용한 GIS 기반 물놀이 안전사고 대응 시스템
[보안뉴스 김성미 기자] 여름철 물놀이 사고에 대비한 안전사고 대응 시스템이 속속 선보이고 있다. 지오멕스소프트가 선보인 ‘AELiS(Aquatic Environment Life-saving integrated System)’도 그중 하나다.
에일리스(AELiS)는 지능형 CCTV 기반의 스마트 물놀이 안전사고 모니터링 시스템이다. 해수욕장 물놀이 안전사고 사전 방지를 위해 수영경계선 침범과 야간 입수자를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
안전구조 요원의 감시 사각지대에서 발생하는 위험을 자동으로 감지해 인명사고 발생률을 낮추고 사고 발생 시 신속한 구조대응을 지원한다. 여기에서는 이러한 스마트 물놀이 안전사고 모니터링 시스템에 대해 자세히 알아본다.
지능형 CCTV 안전사고 모니터링으로 사고율↓
국민안전처 통계연보에 따르면 지난 2015년 전국 물놀이 안전사고 사망자는 36명에 달했다. 물놀이 안전사고 발생지역은 하천(강), 해수욕장 순으로 높았다. 지역적으로는 하천, 계곡, 바다가 인접해 있는 강원지역이 물놀이 사고 발생률이 높다.
인명사고는 특히 무더운 낮과 음주 후 입수자가 사망할 가능성이 높은 야간시간대에 많이 발생했다.
부산 해운대에서는 해수욕장 개장 전인 올해 5월 중학생이 물놀이 도중 숨지는 사고가 있었다. 때 이른 더위로 전국 해수욕장에 물놀이를 즐기려는 인파가 늘어나면서 발생한 사건이다.
해수욕장 물놀이 안전사고는 일반적으로 수상구조 요원 등 안전관리가 철저히 이뤄지는 짧은 개장 시즌보다 폐장 시즌에 인적이 드문 비인기 해수욕장과 안전관리 비지정 해수욕장에서 발생률이 높다.
이에 안전요원이 부재한 물놀이 안전 사각지대에서 발생하는 사고의 예방을 위해서 기존의 수동적인 방법의 안전관리 방식을 개선할 수 있는 지능형 CCTV 기반의 물놀이 안전사고 모니터링 시스템 도입이 필요하다는 의견이 제시되고 있다.
동적 배경에서의 객체 추출 핵심 알고리즘
기존 지능형 영상분석과의 차이
지능형 영상분석 방법은 배경이 움직이지 않은 환경에서 객체 추출이 주를 이뤘다.
취득 영상의 환경은 객체 추출에 있어서 많은 영향을 끼치기 때문이다. 고정된 배경보다 변화가 있는 요소를 포함하는 배경에서 객체를 추출하는 것은 더 정밀한 기술을 필요로 한다.
간단히 움직이는 객체를 추출할 때는 그 전 프레임의 영상에서 현재 들어온 프레임의 차를 이용하면 간단하게 추출할 수 있지만, 많은 잡음들도 생기므로 원하는 객체에 대한 정보만을 얻기 위해선 복잡한 후처리 과정이 필요하다.
특히, 바다는 백파와 너울, 파고 등 파도와 같은 동적인 해양물리 특성이 있어 배경이 매우 다양하다. 에일리스는 이런 경우에 적용할 수 있는 동적인 배경에서의 객체추출 기법을 연구·개발해 적용한 솔루션이다(특허 제10-1737430호 동적 배경을 가진 영상의 대상 객체 검출 방법, 특허 제10-1709751호 해변의 입수자에 대한 자동 위험감시 시스템).
동적 객체추출 기법 원천 기술
취득 영상에서 객체를 검출하기 위해서는 배경 모델링을 통해 배경과 전경을 분리한다. 에일리스에서는 GMM(Gaussian Mixture Model)을 기반으로 새로운 배경 생성 모델을 구현했다.
GMM은 새로운 영상을 취득할 때마다 한 화소에 대한 배경 모델을 만들고 갱신한다. 또한, 다수의 확률 분포를 가진 배경 모델을 구현해 해양물리 특성이 포함된 영상에서 전경을 추출한다.
추출된 전경의 오검출을 최소화하기 위해 입수자를 분류하는 과정이 필요한데, 이를 위해 기존의 보행자 중심의 데이터들의 집합 대신 현장의 입수자를 대상으로 샘플을 뽑아 분류기 학습도 진행했다.
추출된 객체 트래킹 기법 및 이벤트 알람
배경 모델링에서 객체의 움직임이 적은 경우 객체가 배경으로 포함돼 지속적인 검출이 어렵다. 이러한 문제를 해결하는 방안으로 입수자라고 판단되는 객체에 적합한 트래킹 기법을 추가해 지속해서 객체를 추적할 수 있도록 했다.
바다에서 객체를 추적하기 위해서는 객체와 주변 환경이 잘 구분돼야 한다. 또한, 객체들의 겹침이나 크기 변화, 형태 변화 등과 같은 변수에 잘 대응해야 추적 성능을 높일 수 있다.
현장에서 취득한 영상에 사용자 입력으로 ROI(위험 경계 구역)를 설정하는데 입수자들이 위험 지역과 주위 지역의 ROI 내부에 있으면 입수자 수를 반환해 데이터베이스(DB)에 2초 이내로 전송한다.
DB에 전송된 정보를 통해 클라이언트에서 위험과 주의 알람이 실행된다. 클라이언트에서 볼 수 있는 검출 결과도 2초 이내로 확인할 수 있다. 물놀이 사고에서 골든타임은 매우 중요하기 때문에 빠른 이벤트 알람은 필수다.
알고리즘 성능 테스트 평균 98점
지오멕스소프트는 한국정보통신기술협회(TTA)에서 알고리즘 성능 테스트를 진행한 결과 주간영상 감지는 평균 98.30점, 야간영상 감지는 평균 98.08점을 취득했다고 밝혔다.
테스트는 각 10개씩의 주간 시료 동영상과 야간 시료 동영상으로 진행했다. 점수는 한 시료별 300프레임을 기준으로 산출했다.
지오멕스소프트는 컴퓨터 비전의 객체검출 동향에 맞춰 딥러닝 기반 알고리즘을 구현해 해양물리 특성 외에 부표나 배와 같은 객체들을 구분할 수 있도록 분류기에 대한 심층적인 연구를 진행하고 있다.
에일리스 역시 지오멕스소프트의 지능형 영상관제 솔루션인 ‘제우스(XEUS)’와 같은 위치정보(GIS) 기반의 실시간 통합관제 모니터링 시스템의 기본적 구성 요소인 CCTV 영상 저장과 분배, 분석, 위험상황 인지, 지능형 경보 알람, 모니터링 시스템 운영관리, 사고발생 위치 정보, 주변 인프라 시설 정보 안내 기능을 모두 포함한다.
다만 물놀이 안전 모니터링에 특화돼 24시간 365일 실시간 모니터링을 기본으로 주간 입영 경계선 침범자와 야간 입수자 감지 및 경보 기능 사고 정보 이력 조회, 지도기반 카메라 위치 조회, PTZ 제어를 통한 현장 상황 확인 기능 등을 제공한다.
해운대 해수욕장 시범운영 결과
지오멕스소프트는 2016년부터 현재까지 국내 대표 해수욕장인 부산 해운대 해수욕장에 테스트베드를 구축해 시범 운영을 진행하고 있다. 이를 통해 알고리즘을 최적화하고, 다양한 시계열적 영상 데이터를 확보할 수 있었다.
CCTV 설치 장소는 해운대 웨스틴 조선호텔 옥상과 약 1㎞ 떨어져 있는 반대편 미포 상가 건물 옥상으로 각각 2세트를 설치해 운영하고 있다.
해운대 해수욕장 시범 운영을 위해 국민안전처 해양경비안전본부와 해양경비안전연구센터, 해운대구청 관광시설관리사업소, 해운대 수상구조본부에서 적극적 협조했으며, 이를 통해 성공적인 시스템 구축이 가능했다.
구성은 알고리즘 주간 감지용 4K 고정형 CCTV와 야간 감지용은 열적외선 카메라, 현장 확인용 PTZ 카메라 3대가 1세트다. 야간에는 열적외선 카메라뿐만 아니라 IR 투광기도 시범 설치해 운영했다.
이렇듯 해운대 해수욕장에 각기 용도에 따른 6대의 카메라를 설치한 후 VMS를 통해 실시간으로 영상을 전송받고 8일 주기로 영상을 저장해 알고리즘 고도화와 사고분석 영상으로 활용하고 있다.
테스트베드 확장 및 기대효과
지오멕스소프트는 해운대 해수욕장뿐만 아니라 국내의 동해와 서해, 남해 등 다양한 해안가의 물리적 특성을 고려한 시범 테스트베드 구축과 운영 사례를 축적해 물놀이 안전사고 시스템의 범용 기술을 확보하는 것이 필요하다고 강조한다.
범용 기술이 확보되면 안전관리 비지정 해수욕장이나 페장된 해수욕장 같이 입영 경계선이 없는 경우나 다양한 강(하천)과 계곡 등에 에일리스 도입을 원하는 지방자치단체와 공공기관에 보다 효율적인 시스템을 공급할 수 있기 때문이다.
지오멕스소프트는 물놀이 안전 모니터링 시스템은 향후 고도화를 통해 테스트베드 확장과 시범운영을 필수적으로 수행해야 하며, 현장 영상 아카이브를 확보함으로써 위험 감지 성능을 향상하는 꾸준한 연구가 필요하다고 봤다.
지오멕스소프트 관계자는 “물놀이 안전 모니터링 시스템으로 안전한 물놀이 환경이 제공돼 안타까운 인명사고가 더 이상 발생하지 않길 바란다”고 전했다.
[김성미 기자((sw@infothe.com))]
[보안뉴스 김성미 기자] 여름철 물놀이 사고에 대비한 안전사고 대응 시스템이 속속 선보이고 있다. 지오멕스소프트가 선보인 ‘AELiS(Aquatic Environment Life-saving integrated System)’도 그중 하나다.
[사진=dreamstime]
에일리스(AELiS)는 지능형 CCTV 기반의 스마트 물놀이 안전사고 모니터링 시스템이다. 해수욕장 물놀이 안전사고 사전 방지를 위해 수영경계선 침범과 야간 입수자를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
안전구조 요원의 감시 사각지대에서 발생하는 위험을 자동으로 감지해 인명사고 발생률을 낮추고 사고 발생 시 신속한 구조대응을 지원한다. 여기에서는 이러한 스마트 물놀이 안전사고 모니터링 시스템에 대해 자세히 알아본다.
지능형 CCTV 안전사고 모니터링으로 사고율↓
국민안전처 통계연보에 따르면 지난 2015년 전국 물놀이 안전사고 사망자는 36명에 달했다. 물놀이 안전사고 발생지역은 하천(강), 해수욕장 순으로 높았다. 지역적으로는 하천, 계곡, 바다가 인접해 있는 강원지역이 물놀이 사고 발생률이 높다.
인명사고는 특히 무더운 낮과 음주 후 입수자가 사망할 가능성이 높은 야간시간대에 많이 발생했다.
부산 해운대에서는 해수욕장 개장 전인 올해 5월 중학생이 물놀이 도중 숨지는 사고가 있었다. 때 이른 더위로 전국 해수욕장에 물놀이를 즐기려는 인파가 늘어나면서 발생한 사건이다.
해수욕장 물놀이 안전사고는 일반적으로 수상구조 요원 등 안전관리가 철저히 이뤄지는 짧은 개장 시즌보다 폐장 시즌에 인적이 드문 비인기 해수욕장과 안전관리 비지정 해수욕장에서 발생률이 높다.
▲2016 국민안전처 통계연보 2015년 물놀이 안전사고 현황[자료=행정안전부]
▲2016 국민안전처 통계연보 2006~2015년 장소별 물놀이 안전사고 발생 현황[자료=행정안전부]
이에 안전요원이 부재한 물놀이 안전 사각지대에서 발생하는 사고의 예방을 위해서 기존의 수동적인 방법의 안전관리 방식을 개선할 수 있는 지능형 CCTV 기반의 물놀이 안전사고 모니터링 시스템 도입이 필요하다는 의견이 제시되고 있다.
동적 배경에서의 객체 추출 핵심 알고리즘
기존 지능형 영상분석과의 차이
지능형 영상분석 방법은 배경이 움직이지 않은 환경에서 객체 추출이 주를 이뤘다.
취득 영상의 환경은 객체 추출에 있어서 많은 영향을 끼치기 때문이다. 고정된 배경보다 변화가 있는 요소를 포함하는 배경에서 객체를 추출하는 것은 더 정밀한 기술을 필요로 한다.
간단히 움직이는 객체를 추출할 때는 그 전 프레임의 영상에서 현재 들어온 프레임의 차를 이용하면 간단하게 추출할 수 있지만, 많은 잡음들도 생기므로 원하는 객체에 대한 정보만을 얻기 위해선 복잡한 후처리 과정이 필요하다.
[사진=지오멕스소프트]
특히, 바다는 백파와 너울, 파고 등 파도와 같은 동적인 해양물리 특성이 있어 배경이 매우 다양하다. 에일리스는 이런 경우에 적용할 수 있는 동적인 배경에서의 객체추출 기법을 연구·개발해 적용한 솔루션이다(특허 제10-1737430호 동적 배경을 가진 영상의 대상 객체 검출 방법, 특허 제10-1709751호 해변의 입수자에 대한 자동 위험감시 시스템).
동적 객체추출 기법 원천 기술
취득 영상에서 객체를 검출하기 위해서는 배경 모델링을 통해 배경과 전경을 분리한다. 에일리스에서는 GMM(Gaussian Mixture Model)을 기반으로 새로운 배경 생성 모델을 구현했다.
GMM은 새로운 영상을 취득할 때마다 한 화소에 대한 배경 모델을 만들고 갱신한다. 또한, 다수의 확률 분포를 가진 배경 모델을 구현해 해양물리 특성이 포함된 영상에서 전경을 추출한다.
추출된 전경의 오검출을 최소화하기 위해 입수자를 분류하는 과정이 필요한데, 이를 위해 기존의 보행자 중심의 데이터들의 집합 대신 현장의 입수자를 대상으로 샘플을 뽑아 분류기 학습도 진행했다.
추출된 객체 트래킹 기법 및 이벤트 알람
배경 모델링에서 객체의 움직임이 적은 경우 객체가 배경으로 포함돼 지속적인 검출이 어렵다. 이러한 문제를 해결하는 방안으로 입수자라고 판단되는 객체에 적합한 트래킹 기법을 추가해 지속해서 객체를 추적할 수 있도록 했다.
바다에서 객체를 추적하기 위해서는 객체와 주변 환경이 잘 구분돼야 한다. 또한, 객체들의 겹침이나 크기 변화, 형태 변화 등과 같은 변수에 잘 대응해야 추적 성능을 높일 수 있다.
현장에서 취득한 영상에 사용자 입력으로 ROI(위험 경계 구역)를 설정하는데 입수자들이 위험 지역과 주위 지역의 ROI 내부에 있으면 입수자 수를 반환해 데이터베이스(DB)에 2초 이내로 전송한다.
DB에 전송된 정보를 통해 클라이언트에서 위험과 주의 알람이 실행된다. 클라이언트에서 볼 수 있는 검출 결과도 2초 이내로 확인할 수 있다. 물놀이 사고에서 골든타임은 매우 중요하기 때문에 빠른 이벤트 알람은 필수다.
알고리즘 성능 테스트 평균 98점
지오멕스소프트는 한국정보통신기술협회(TTA)에서 알고리즘 성능 테스트를 진행한 결과 주간영상 감지는 평균 98.30점, 야간영상 감지는 평균 98.08점을 취득했다고 밝혔다.
테스트는 각 10개씩의 주간 시료 동영상과 야간 시료 동영상으로 진행했다. 점수는 한 시료별 300프레임을 기준으로 산출했다.
▲주간 알고리즘 감지 성능[자료=지오멕스소프트]
▲야간 알고리즘 감지 성능[자료=지오멕스소프트]
지오멕스소프트는 컴퓨터 비전의 객체검출 동향에 맞춰 딥러닝 기반 알고리즘을 구현해 해양물리 특성 외에 부표나 배와 같은 객체들을 구분할 수 있도록 분류기에 대한 심층적인 연구를 진행하고 있다.
에일리스 역시 지오멕스소프트의 지능형 영상관제 솔루션인 ‘제우스(XEUS)’와 같은 위치정보(GIS) 기반의 실시간 통합관제 모니터링 시스템의 기본적 구성 요소인 CCTV 영상 저장과 분배, 분석, 위험상황 인지, 지능형 경보 알람, 모니터링 시스템 운영관리, 사고발생 위치 정보, 주변 인프라 시설 정보 안내 기능을 모두 포함한다.
[자료=지오멕스소프트]
다만 물놀이 안전 모니터링에 특화돼 24시간 365일 실시간 모니터링을 기본으로 주간 입영 경계선 침범자와 야간 입수자 감지 및 경보 기능 사고 정보 이력 조회, 지도기반 카메라 위치 조회, PTZ 제어를 통한 현장 상황 확인 기능 등을 제공한다.
해운대 해수욕장 시범운영 결과
지오멕스소프트는 2016년부터 현재까지 국내 대표 해수욕장인 부산 해운대 해수욕장에 테스트베드를 구축해 시범 운영을 진행하고 있다. 이를 통해 알고리즘을 최적화하고, 다양한 시계열적 영상 데이터를 확보할 수 있었다.
[자료=지오멕스소프트]
CCTV 설치 장소는 해운대 웨스틴 조선호텔 옥상과 약 1㎞ 떨어져 있는 반대편 미포 상가 건물 옥상으로 각각 2세트를 설치해 운영하고 있다.
해운대 해수욕장 시범 운영을 위해 국민안전처 해양경비안전본부와 해양경비안전연구센터, 해운대구청 관광시설관리사업소, 해운대 수상구조본부에서 적극적 협조했으며, 이를 통해 성공적인 시스템 구축이 가능했다.
구성은 알고리즘 주간 감지용 4K 고정형 CCTV와 야간 감지용은 열적외선 카메라, 현장 확인용 PTZ 카메라 3대가 1세트다. 야간에는 열적외선 카메라뿐만 아니라 IR 투광기도 시범 설치해 운영했다.
이렇듯 해운대 해수욕장에 각기 용도에 따른 6대의 카메라를 설치한 후 VMS를 통해 실시간으로 영상을 전송받고 8일 주기로 영상을 저장해 알고리즘 고도화와 사고분석 영상으로 활용하고 있다.
테스트베드 확장 및 기대효과
지오멕스소프트는 해운대 해수욕장뿐만 아니라 국내의 동해와 서해, 남해 등 다양한 해안가의 물리적 특성을 고려한 시범 테스트베드 구축과 운영 사례를 축적해 물놀이 안전사고 시스템의 범용 기술을 확보하는 것이 필요하다고 강조한다.
범용 기술이 확보되면 안전관리 비지정 해수욕장이나 페장된 해수욕장 같이 입영 경계선이 없는 경우나 다양한 강(하천)과 계곡 등에 에일리스 도입을 원하는 지방자치단체와 공공기관에 보다 효율적인 시스템을 공급할 수 있기 때문이다.
지오멕스소프트는 물놀이 안전 모니터링 시스템은 향후 고도화를 통해 테스트베드 확장과 시범운영을 필수적으로 수행해야 하며, 현장 영상 아카이브를 확보함으로써 위험 감지 성능을 향상하는 꾸준한 연구가 필요하다고 봤다.
지오멕스소프트 관계자는 “물놀이 안전 모니터링 시스템으로 안전한 물놀이 환경이 제공돼 안타까운 인명사고가 더 이상 발생하지 않길 바란다”고 전했다.
[김성미 기자((sw@infothe.com))]
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[2024-11-01] 
