인공지능으로 화재도 감지한다

게티이미지뱅크 제공

● 연기가 빛의 방향을 바꾼다

화재경보기는 불이 났을 때 사람들이 빨리 대피할 수 있도록 큰 소리로 알리는 장치입니다. 화재경보기가 불을 감지하는 방법은 여러 가지예요. 대부분 우리 집에는 연기를 감지할 수 있는 '광전식 화재경보기'가 설치돼 있어요. 생활 용품은 천이나 나무, 플라스틱으로 돼 있어 불에 잘 타고 연기가 많이 나기 때문입니다. 

광전식 화재 경보기 원리. 어린이과학동아 제공 

광전식 화재경보기는 빛과 센서를 이용해 연기를 감지합니다. 경보기 안에 빛을 만들어내는 발광부와 빛을 포착하는 센서가 있는데 빛이 센서에 닿으면 비상벨이 울리도록 연결돼 있어요. 평상시에는 발광부에서 나오는 빛이 센서에 닿지 않아요. 빛은 항상 곧게 직진하는데 센서는 직진 방향의 빛이 닿지 않는 곳에 있기 때문입니다.

하지만 불이 나서 연기가 경보기 안으로 들어오면 상황이 달라집니다. 연기는 먼지나 수증기 같은 작은 입자들로 이뤄져 있는데 빛이 연기 입자에 부딪히면 다른 방향으로 꺾이거든요. 연기가 많아지면 빛은 여러 방향으로 마구 흩어지고 평소에는 닿지 않던 센서에도 들어가게 되지요. 빛을 감지한 센서는 전기 회로로 신호를 보내 비상벨을 울립니다.

광전식 화재경보기. Heimrauchmelder 제공

적은 양의 연기에도 더 민감하게 반응하는 감지기를 쓰면 더 빨리 화재를 발견할 수 있지만 불이 나지 않았는데 비상벨이 잘못 울릴 가능성도 높아집니다. 따라서 화재경보기를 설치할 때는 주변 환경과 장소의 특징을 잘 살펴 적합한 감지기를 선택하는 게 중요합니다. 

● 인공지능(AI)으로 화재를 감지한다

'2024 소방청 통계연보'에 따르면 2023년 한 해 동안 들어온 화재 신고 11만 5902건 중 6408건이 비화재보였습니다. 비화재보란 불이 나지 않았는데 화재경보가 울린 경우를 의미합니다. 6408건은 실제로 소방관이 출동한 횟수에 대한 통계이므로 119에 신고하지 않은 화재경보기 오작동은 이보다 훨씬 많을 겁니다.

그렇다고 아주 연기가 많아졌을 때나 아주 뜨거워졌을 때만 화재경보기가 작동하도록 만들면 화재 피해가 더 커지겠지요. 이런 문제를 해결하기 위해 최근에는 AI를 이용한 화재 감지 기술이 개발되고 있어요.

(왼쪽부터)AI 산불 감지 시스템이 설치된 송전철탑 앞에 선 한전 담당자들, 송전선로에서 보내온 산불 관련 데이터를 분석하는 한전 관제소. 한국전력공사 제공

AI 화재 감지기는 먼저 다양한 유형의 화재 데이터를 학습해요. 그다음 실시간으로 현장을 모니터링하면서 어떤 변화가 일어났을 때 그 패턴을 분석해 화재인지 아닌지 판단합니다. 예를 들어 요리할 때 생기는 연기와 화재로 발생하는 연기는 색깔, 움직임, 확산속도, 온도 등에 차이가 있는데 AI는 이 특징들을 종합해 불이 났을 때의 패턴과 비교합니다.

요리할 때 생기는 연기는 보통 천천히 퍼지고 색상이 일정하며 특정 온도 범위에서 나타나는 경향이 있어요. 반면 화재 연기는 색상도 훨씬 진하고 빨리 퍼지며 불규칙적이고 급격한 변화를 보입니다.

또 요리할때는 열이 특정 부분에 집중되어 나타나며 온도 변화가 천천히 일어나는데 화재가 발생하면 훨씬 넓은 범위에서 아주 가파르게 온도 변화가 일어나요. 이처럼 AI 화재 감지기는 영상 데이터, 열 패턴 데이터, 심지어는 타는 소리 같은 음성 데이터까지 학습해서 더 빠르고 정확하게 화재를 알아챌 수 있습니다.

지난 2월 한국전력공사는 산불을 감지하는 AI 시스템을 전국적으로 확대 설치한다고 발표했습니다. 산에 주로 설치되는 송전탑에 산불 감지 AI를 더해 일석이조의 효과를 얻겠다는 거예요. 아직 우리 주변에서 상용화된 사례는 많지 않지만 앞으로 AI 화재 감지기가 더 발전하면 비화재보는 점점 줄어들지 않을까요?

※관련기사
어린이과학동아 10월 1일, [통합과학교과서] 양치기 소년의 거짓말…화재경보기가 울리는 원리는?

[박현선 기자 hs215@donga.com]