광고
광고
광고

소방용 열화상 카메라의 사용- Ⅱ

경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회) 최기덕 | 기사입력 2022/01/20 [10:00]

소방용 열화상 카메라의 사용- Ⅱ

경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회) 최기덕 | 입력 : 2022/01/20 [10:00]

<지난 호에서 이어지는 내용입니다.>

 

열화상카메라의 온도 민감도

TIC도 너무 뜨거운 환경에서는 오작동을 일으킵니다. 소방용 TIC는 대부분 고감도(high sensitivity)와 저감도(low sensitivity) 모드의 두 가지 온도측정 방식을 갖고 있습니다(ARGUS-4 320처럼 때로는 high, midium, low의 tri mode도 있음). 제조업체에서 사전 결정된 조건에 따라 자동으로 고감도나 저감도로 전환됩니다.

 

이는 어두운 곳에서 밝은 곳으로 이동할 때 우리의 눈이 순응하는 방법과 같습니다. 우리의 동공은 어두운 곳에서 더 많은 빛을 받아들이기 위해 커집니다(고감도 상태). 하지만 밝은 곳으로 이동하면 동공이 작아집니다(저감도 상태). 망막 속으로 너무 많은 빛이 들어가 눈이 손상되는 걸 막기 위함입니다.

 

소방용 TIC도 너무 많은 열(적외선)이 검출기로 들어가면 ‘white out’으로 알려진 검출기가 빛의 포화상태가 되는 걸 방지하고자 자동으로 저감도 모드로 전환하면서 검출기를 통해 들어오는 적외선의 양을 줄여 검출기를 보호하려는 기능이 있습니다.

 

▲ [그림 1] 소방용 TIC의 저감도 모드 화면(www.bullard.com)


NFPA 1801에서 규정하는 소방용 TIC의 요건에는 TIC가 저감도 모드일 때 녹색 삼각형이 화면의 왼쪽 위에 표시돼야 한다고 명시돼 있습니다.

 

또 대부분 소방용 TIC는 0~149℃ 사이에서 고감도 모드(high sensitivity)로 작동하고 화점에 가까워지거나 열기가 많은 환경, 즉 149℃(300℉)보다 높은 온도로 측정되는 픽셀이 많아질 때 저감도 모드(low sensitivity)로 전환됩니다(대부분 TIC의 시야각으로 보이는 검출기 전체 픽셀의 32%가 기준).

 

하지만 이 기준은 모델별로 다릅니다(FLIR K시리즈는 149℃에서 18%, Bullard NXT/QXT 115℃에서 3% 등). 따라서 우리가 사용하는 TIC의 저감도 모드에서는 다음 사항을 유의해야 합니다.

 

ㆍ저감도 모드는 화면에서 보여주는 주변이 고온 상태를 나타내므로 이를 반드시 기억해야 합니다.

ㆍ고감도 모드보다 저감도 모드의 화면 해상도는 낮아집니다. 저감도 모드로 자동 변환 시 TIC가 가리키는 방향을 의도적으로 낮은 지점을 향하게 하면 좀 더 고감도 모드 상태를 지속해 높은 해상도로 구조대상자나 진행 방향의 장애물을 검색할 수 있습니다.

 

▲ [그림 2] FLIR K53, K55, K65의 고감도ㆍ저감도 모드 화면(Insight Fire Training)

 

ㆍ소방용 TIC의 제조사나 모델에 따라 온도측정 거리비율(distance to spot ratio)이 달라집니다. 따라서 제조사나 모델에 따라 고감도에서 저감도 모드로 자동 전환되는 상황이 달라진다는 걸 알고 있어야 합니다.

 

색상배열의 이해

소방용 TIC의 색상배열(color palettes) 모드는 다양합니다. 특히 전술 결정용 TIC의 경우엔 여러 색상배열 모드 중에서 선택이 가능합니다. 우린 몇 가지 색상배열 모드를 사용해 보이는 화면(온도 수준, 연기의 전파, 열ㆍ연기의 이동 방향, 위험 등)을 보다 정확하게 분석할 수 있습니다.

 

이런 이유로 자세히 보이지 않는 다른 요소를 강조해 표시하기 위해선 색상배열 모드를 변경해 사용할 수 있는 능력이 중요합니다. LEADER 사 TIC의 다섯 가지 색상배열 모드를 예로 들어보겠습니다(다른 모델의 TIC에서는 각 색상에 대응하는 온도가 달라질 수 있습니다).

 

각 색상배열 모드에는 장단점이 있습니다. 따라서 주어진 상황에 가장 적합한 모드를 선택하려면 각 모드의 특성을 알고 있어야 합니다.

 

1. FIRE MODE(the main and essential)


- 주변 상황을 이해하는 데 필요한 정보를 신속하고 직관적으로 판단할 수 있는 모드

ㆍ노란색: 약 300℃ 정도, 열분해 가스가 생성되고 면체의 eye piece가 녹기 시작하는 구역

ㆍ주황색: 약 500℃ 정도, 곧 플래시 오버가 발생할 수 있는 위험한 구역

ㆍ적색: 650℃ 이상, 진입 금지, 탈출 구역

 

2. SEARCH MODE

 

- 검은색과 흰색, 주황색, 화면에서 가장 뜨거운 픽셀의 7%만 적색

- 주로 화점 식별에 사용

 

3. INVERSE MODE

 

- 이 기능은 FIRE 모드의 검은색과 흰색을 반전, 다른 색상은 200°C(392°F) 이상의 FIRE 모드와 동일

- 저온 상황에서 이미지의 배경 색상을 반전해 자세한 관찰 시 사용하거나 야간에 건물 밖의 구조대상자(실종자) 탐색 시 사용

 

4. COLD MODE

 

- 검출된 장면 중 가장 차가운 지점을 파란색으로 표시 

- 저온 상황에서 가장 차가운 부분을 강조 표시해 가스 누출, 액화 가스 누출, 액체 또는 냉매 가스 누출을 확인하거나 호수, 바다의 얼음판 등 관찰 가능

※RIT 임무 중 진압대원의 공기용기 색을 확인하기 용이한 모드

 

 

- 관찰된 장면이 일곱 가지 색상과 함께 나타남.

- 잔화 정리나 누설전류 확인 등의 작업에 사용

※ 온도 차가 있는 구역을 구분하기 위한 모드로 파란색 부근도 여전히 고온일 가능성을 잊지 않아야 함.

 

열화상카메라 주변의 환경

많은 대원은 소방용 TIC가 수증기와 연기 너머의 물체나 환경을 볼 수 있다고 생각합니다. TIC의 제조사에서 그렇게 (과장) 광고하기 때문입니다. 하지만 TIC는 어떠한 능동적인 관찰 행동을 하지 않습니다.

 

소방용 TIC는 8~14㎛의 LWIR(장파적외선)을 수동적으로 감지하는 장치입니다. 이 IR은 비교적 쉽게 연기를 통과해 TIC에 검출됩니다.

 

하지만 수증기가 많은 (고습도의) 환경이나 농연 환경에서 검출 한계가 있습니다. 물방울 자체는 0.95(8~14㎛에서)의 방사율을 갖기 때문에 방사율이 zero에 가까운 금속 물질처럼 IR을 반사하진 않습니다.

 

TIC 렌즈는 투과율이 높도록 얇은 게르마늄 금속으로 만들어졌기 때문에 IR 에너지가 렌즈를 쉽게 통과합니다. 또 검출기에서 IR 신호를 쉽게 해석할 수 있게 만들어졌습니다.

 

하지만 TIC의 게르마늄 렌즈에 작은 물방울들과 연기 입자들이 많이 달라붙으면 열원과 주변 물체로부터 TIC에 들어오는 IR이 차단됩니다.

 

따라서 짙은 수증기 환경이나 짙은 연기 속의 환경에서는 게르마늄 렌즈에 수분이나 연기 미립자가 쌓여 TIC의 IR 복사에너지 검출 능력을 저하시킵니다.

 

그래서 방수 또는 스프링클러 작동 직후 수분이 많은 환경이나 농연으로 연기 입자가 많은 환경에서는 TIC의 화면이 뿌옇게 보이는 현상이 발생합니다. [그림 3]은 화재실에서 스프링클러 작동과 관창을 방수해 수증기가 가득한 환경에서 보이는 화면입니다.

 

▲ [그림 3] 고습도 환경에서의 TIC 화면(Insight Fire Training)


렌즈에 달라붙은 물방울 때문에 수증기를 통과해 렌즈로 들어오지 못하는 적외선의 양이 많아져(수증기를 더 많이 감지해) 뿌옇게 보이는 겁니다. 이런 현상을 방지하기 위해 우린 TIC의 렌즈를 더 자주 닦아야 합니다.

 

렌즈를 닦았는데도 뿌연 화면이 계속 보인다면(white out) 뭐가 문제일까요? 첫 번째는 위 단락에서 언급했던 TIC의 측정 가능 온도 범위를 초과한 환경일 거고 두 번째는 TIC 주변의 온도가 낮고 균일해 물체(배경)의 열에너지와 TIC 사이의 열에너지 차이를 구분할 수 없는 환경일 겁니다.

 

따라서 이러한 TIC의 한계를 극복하기 위해선 렌즈를 자주 닦고 작동하는 스프링클러헤드 또는 방수되는 관창에 가까이 위치하지 않거나 TIC를 사용해 충분하게 검색(scan)한 후 방수를 해야 합니다.

 

소방용 열화상카메라의 전술적 사용

▲ [그림 4] 소방용 TIC와 인간의 시야각(www.leader-group.company)


우리는 소방용 TIC를 어떻게 사용하는 게 효율적일까요? 소방용 TIC는 사람의 눈과는 달리 IR에 반응하고 가시광선엔 반응하지 않습니다. 게다가 TIC의 시야각는 인간의 시야각보다 훨씬 좁습니다.

 

일반적으로 인간의 양안 시야각은 수평 120°, 수직 105°(위 45°ㆍ아래 60°) 범위입니다. TIC의 시야각은 이보다 더 좁습니다. 또 진압대원의 시야는 공기호흡기 면체를 착용하면 훨씬 더 좁아집니다.

 

진압대원은 공기호흡기 면체를 착용한 상태에서 TIC를 사용하기 때문에 가능한 많은 정보를 수집하기 위해 올바른 검색(scan) 기술을 사용해야 합니다.

 

올바른 검색(scan) 기술은 대원들이 활동하는 격실 전체를 TIC를 이용해 시각적으로 검색(빗자루로 쓸어내듯이)하는 방법입니다. 정면만 관찰하고 주변 상황을 잘못 해석하는 ‘터널 효과’를 피하고자 사용합니다.

 

이를 위해 대원들은 진행 방향의 장애물과 구조대상자의 유무를 확인하기 위해 지면을 검색해야 합니다. 동시에 열ㆍ연기의 흐름을 읽어 화재실의 상황변화를 살펴보기 위해선 천장 부근을 검색해야 합니다. 또 6면(전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우ㆍ위ㆍ아래)의 검색을 반복해 대원에게 다가오는 위험을 식별해야 합니다.

 

▲ [그림 5] gangster’s grip(www.leader-group.company)

TIC의 수평 시야각이 수직 시야각보다 더 넓어서 검색 시 시야각을 늘리기 위해 [그림 5]처럼 카메라를 수직으로 잡는 게(gangster’s grip) 유용한 방법입니다. 검색(scan)의 빠르기도 중요합니다.

 

위 단락에서 언급한 것처럼 TIC의 프로세서 처리속도(processor speed/refresh rate)보다 더 빠르게 TIC을 움직이면 찰칵, 찰칵 끊기는 느낌의 모니터 영상으로 주변이 검색되기 때문에 사용자가 너무 빠른 속도로 주변을 검색하면 특정 구역의 구조대상자나 화점을 놓치고 지나갈 수 있습니다.

 

또 TIC가 고감도에서 저감도 모드로 전환되는 데 걸리는 시간보다 빠르게 고열구역으로 진입하거나 고열 구역을 향해 TIC를 가리키게 되면 셔터가 작동하거나 비균일온도 보정 기능(Non Uniformity Compensation)1)이 작동돼 2~4초 동안 화면이 정지됩니다.

 

그럴 때 많은 대원이 149℃(300℉) 이상의 고열에 적절하게 대응(gas cooling)하지 못해 위험한 상황에 놓이게 되는 경우가 발생할 수 있습니다. 전문가들은 TIC를 수직으로 잡고 천천히 움직이면서 화재실의 천장과 바닥을 동시에 검색하는 걸 추천합니다.

 

화재실에서 우린 진행 방향의 장애물을 검색하고 확인한 후 피해야 합니다. 그리고 구조대상자를 검색해야만 합니다. 우리가 피해야 할 장애물과 구조대상자는 대부분 화재실의 바닥에 위치할 경우가 많을 겁니다.

 

하지만 화재실이 열ㆍ연기로 가득 찬 곳이라면 뜨겁고 한 치 앞이 보이지 않는 환경일 거고 TIC도 저감도모드로 작동하고 있을 겁니다. 우린 저감도 모드의 TIC를 통해 바닥의 장애물과 구조대상자를 검색해야 할 겁니다.

 

▲ [그림 6] (왼쪽부터)FLIR K53의 고감도, 저감도 모드 화면(Insight Fire Training)

 

[그림 6]은 같은 TIC를 동일한 시각과 장소에서 관찰한 화면입니다. 고감도 모드에선 선명하게 보이는 바닥이 저감도 모드에선 흐릿하게 보입니다. 이는 TIC가 저감도 모드로 전환하면서 해상도가 저하됐기 때문입니다.

 

우리가 화재실에서 TIC를 이용해 바닥을 검색할 필요가 있을 땐 의도적으로 TIC의 방향을 아래쪽으로 더 향하게 해야 합니다. 동일한 장면과 현장에서도 TIC가 고감도 모드를 유지할 수 있도록 하면 더 좋은 해상도를 얻을 수 있기 때문입니다.

 

▲ [그림 7] 철제 인형의 집에서의 TIC 화면(Kiduck Dominic Choi)

 

소방용 TIC는 0.95(8~14㎛에서)의 방사율을 갖는 물체를 측정하는 것으로 설정돼 있습니다. 하지만 우리의 주변에는 상대적으로 방사율이 zero에 가까운 금속 물질도 많이 존재합니다. [그림 7]은 경기도소방학교에서 인형의 집으로 화재의 성장과 행동을 교육하고 있는 모습입니다.

 

왼쪽의 사진은 TIC(ARGUS-4320)의 십자선을 화점실에 조준해 측정했고 오른쪽 사진은 화점실을 벗어난 벽체를 조준해 측정한 화면입니다. 실제로 184℃(왼쪽)와 28℃(오른쪽)의 온도 차가 있을까요? 아닙니다. 철재로 만든 인형의 집 벽체가 약 0.3의 방사율로 IR을 방출하고 있기 때문입니다.

 

TIC가 측정한 온도는 정확하지 않은 온도입니다. 따라서 우리가 화재 현장에서 금속재 캐비닛 등의 가구나 구조물을 만났을 때 좀 더 신중하게 열원의 위치와 열강도를 고려해 봐야합니다.

 

▲ [그림 8] TIC를 통한 주수효과 확인(Insight Fire Training)

 

다양한 화재 현장 중에서 열과 연기가 축적되지 않는 건물 밖 공사장이나 쓰레기 소각장 등에서 발생한 화재에서도 화염 주위에 연기와 먼지가 다량으로 발생해 화염 또는 화점의 위치를 정확하게 알 수 없는 경우가 많습니다.

 

또 격실 화재 현장에서도 화재실 내 연기가 가득 찬 곳에서는 정확한 화점과 고열의 위치에 주수할 수 없는 경우가 많습니다.

 

이럴 때 TIC를 사용해 관창수가 주수하는 물줄기가 정확히 목표하는 곳에 도달하는지를 확인하는데 사용([그림 8] 참조)할 수 있습니다. 건축물 내부에서 실시하는 화재진압 활동뿐 아니라 실외에서 실시하는 화재진압 활동에서도 TIC를 활용해 효과적인 진압 작전을 할 수 있을 겁니다.

 

우린 화재 현장에 선착한 지휘관(현장 지휘관)이 화재 현장을 한 바퀴 돌아보고 상황을 파악(360 size up) 하는 절차를 따르고 있습니다. 이때도 TIC를 적절하게 사용해 화재건물을 한 바퀴 돌아보고 공기와 열ㆍ연기의 흐름을 읽어 적절한 진입구 설정과 배연전술 사용 시 급ㆍ배기구 설정에 도움이 될 겁니다.

 

물론 건물내부의 화점실 출입문 진입절차에서도 ‘진입할 건가, 좀 더 내부에 가스냉각을 할 건가, 후퇴할 건가’를 판단해 진압전술을 결정하는데도 TIC가 유용하게 쓰일 겁니다.

 

우린 물만 뿌리는 소방관이 아닙니다

언젠가 우린 개인별로 소방용 TIC를 하나씩 사용하게 되는 날이 있을 겁니다. 소방용 TIC는 우리의 두 번째 눈이 돼 현장 활동을 안전하고 효율적으로 할 수 있도록 도와줄 겁니다. 따라서 우리가 사용하는 TIC의 한계를 정확하게 알고 상황에 따라 적절하게 사용하길 바랍니다.

 


1) Non Uniformity Compensation(비균일온도 보정)은 측정하고자 하는 장면과 환경이 변화함에 따라 발생하는 작은 검출기의 오차를 수정하기 위해 시행되는 작업. TIC 자체의 열이 온도 측정을 방해(소방용 TIC는 비냉각 방식이며 측정온도 범위가 커 자주 발생)하는 경우 발생. 이에 측정 정확도를 높이기 위해 적외선을 측정한 다음 그 판독 값에 따라 이미지를 조정. NUC는 각 픽셀의 gainㆍoffset을 조정해 더욱 정확하고 고품질의 이미지를 생성.

 

참고사이트ㆍ문헌

1. www.leader-group.company

2. www.bullard.com

3. www.flirkorea.com

4. Instructor Andrew Starnes, Blog on Insight Fire Training LLC

5. Thermal Imaging Camera Guides, Andrew Starnes, Insight Fire training

6. 3D 주수기법의 오해와 진실 Ⅱ, 김준경, P.74~77, <119플러스>매거진 2021년 9월 호

 

경기 안산소방서(119+ 화재진압 발전 연구회)_ 최기덕 : smile9096@icloud.com

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2022년 1월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

소방용 열화상 카메라의 사용-Ⅰ 관련기사목록
ISSUE
[Hot!119] 무겁고 느린 소방차고 ‘셔터’ 선진화 실현한 오산소방서
1/2
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고
광고