현장성능 평가장 즉 테스트 베드장의 구축에 가장 필수적인 요소로서 시험장에서 어떠한 현장성능을 평가하는냐가 중요하다고 판단된다. 평가대상이 되는 특수장비 및 로봇의 사용목적기능에 따라 평가항목을 구성하고 평가를 실시하는 것이 일반적인 관례이다. 하지만, 본 과제의 경우, 일반화되고 정형화된 시험시설의 기준과 시험시설이 갖추고 있지 않은 상황에서 위의 평가방법은 무의미 하다고 사료된다. Fig. 3에는 본 과제에서 현장성능에서 평가항목으로 필요한 요소들을 분석해 나열한 것이다. 필요 요소에 대한 분석을 실시하여 성능평가가 어떻게 이루어지면 되는지에 대해 검토하고 그 개념을 도출할 필요가 있다.

사용자, 즉 특수장비 및 로봇을 현장에서 가장 먼저 사용하는 사람인 소방대원이나 구조구급대원이 제일 많이 사용한다고 가정하고 문제점을 파악하였다. 장비에 대한 숙련도 및 사용방법에 대한 미숙이 가장 많이 발생하였고, 실제적으로 이러한 문제점은 공급자의 과잉공급도 원인을 제공하고 있다. 이러한 원인을 분석하여 같은 원인으로 인해 되풀이 되는 현상을 예방하고 재교육을 통해 테스트 베드장을 구성하는 것이 바람직하다고 사료되어 위에서 언급된 내용을 바탕으로 현장성능 평가장을 구성하고자 한다. 우선, 본 과제에서는 재난현장에서 제일 중요한 통신, 구조/탐색, 열/연기 현장성능평가를 기본으로 하여 테스트 베드장을 구성하였으며, 이러한 구성원리에 대해 살펴보는 형식을 취해 본과제를 수행하고자 한다. 위에서 살펴본 기술평가의 요소를 통해 다음과 같은 현장평가시설을 구축하고자 한다.

먼저, 본 과제에서는 ①테스트 베드장 설계와 동시에 ②현장성능평가 시나리오 작성이라는 2가지의 큰 틀에서 현장성능평가장을 구성하였다. 본과제의 환경조건은 화재환경을 전제조건으로 하지만, 테스트 베드장 설계시 화재환경이라는 특수조건만을 가지고 구성을 하기에는 비용상, 시공상 문제점이 도출되어 화재환경을 기본으로 하는 설계안에 다양한 조건들이 필요할 경우, 필요에 따라 구성할 수 있는 가변형, 이동형 방식을 적용하였다. 일반적으로 시험을 통해 데이터 축적, 제품의 적합·부적합을 판정하는 일반적인 평가방법에서 평가환경을 필요시에 구성하여 평가시 직접 제작함으로써 고정형 평가시설에서 탈피 다양한 구성을 접목할 수 있는 평가장으로 기획하였다. 또한, 특수장비 및 로봇 제품에 대한 제품기능성능평가는 공급자가 제작을 완료함과 동시에 성적서를 첨부해서 현장성능평가를 실시하는 것으로 한다. 본 과제는 완성된 제품이 실제 현장에 투입되어 어떠한 현장성능을 발휘하는 것에 대한 평가를 주목적으로 한다. 또한, 이동형/가변형의 환경조건을 구성하기 위해서는 본 과제에서는 밀폐공간이라는 특수공간을 한정하여 화재사건을 통계분석하여 일반적인 평면과 그 평면을 통해 시뮬레이션 결과를 통해 특수장비 및 로봇의 다양한 시나리오 작성을 기획하였다. 아울러, 다양한 시나리오의 구축을 위해 법적인 요소만 가미된 밀폐공간에 속하는 건축물 등을 분류하고 기초적인 시나리오를 작성 후, 여러 가지 제약요소를 추가하는 방식으로 시나리오의 다양성을 추구하였다.

필드 테스트베드 시험장은 크게 3가지 시험동으로 구성되며, 각 시험동은 “통신시험장”, “탐색/구조시험장”, “열/연기시험장” 으로 분류된다. 3가지 시험동은 기본적으로 독립된 건물 혹은 구획내에서 기능적, 용도별 모듈별로 분류된 성능지표에 따른 시험을 수행한다. 해당 모듈별 성능지표는 ‘분류체계 분석보고서’를 참고할 수 있다.

⦁ 통신 시험장은 로봇이 유·무선 네트워크 및 통신모듈을 이용하여 원격에 위치한 조종사, 소방관과 교신하거나 로봇 상호간 통신을 수행할 때, 해당 통신 데이터가 정확히 송수신 되는지 여부와 통신 지연시간 및 처리율 등을 정량적으로 측정 및 평가하는데 그 목적을 두고 있다. 특히, 한국형 밀폐공간 (e.g. 고시원, 모텔, 냉동창고, 노래방 등)에서 주로 나타나는 시야확보의 어려움, 신호의 왜곡현상 및 단절현상 등을 주로 평가할 수 있도록 한다. 이를 위하여 통신 시험장내에서 세부적으로 수행 가능한 시험은 LOS(Line of Sight), 신호투과시험, 통신특성시험, 회로내구성 시험, 조종기시험 등으로 구성될 수 있다. 상기의 통신 회로내구성 및 조종기시험 등은 통신 성능 시험장에서도 평가될 수 있으나 독립적인 내구성 시험장이 추가로 구축될 경우, 분리하여 시행할 수 있다. 다만, 내구성 시험은 그 성격상 극한의 조건에서 장비가 견딜 수 있는 여부를 평가하는 것이므로 시험과정 중 물리적 시스템 손상도 발생할 수 있음을 가정해야 할 것이다.

⦁ 탐색/구조 시험장은 크게 로봇 및 장비의 “탐색” 기능과 “구조” 기능을 독립적 혹은 전체적으로 평가하는 시설이다. 탐색의 주요 기능은 요구조자의 탐지 및 상태확인 그리고 화점, 화원의 위치 및 종류 등의 확인이 포함된다. 더불어, 각종 장애물 (e.g. 낙하물, 벽체, 계단, 출입구 등)과 유독가스, 농연 등의 탐지도 포함된다. 탐색를 위한 장비는 로봇마다 다양한 수단이 이용될 수 있으나, 가장 범용적으로 사용되는 카메라모듈과 환경센서모듈을 중심으로 평가한다. 센서 기능의 구체적인 성능지표는 분류체계 분석서를 참고할 수 있다. 한편, 탐색을 위해서는 센서의 성능평가가 중요하지만, 탐색의 과정에는 탐색 대상으로의 접근과 침투가 포함된다. 이를 위하여 로봇 및 장비의 주행성능의 평가가 필수적이며, 탐색/구조 시험장내에 독립적인 주행 시험시설을 포함하도록 한다. 경우에 따라서는 탐색/구조 시험장 외부에 별도의 트랙시험장을 두어 운영할 수 있다.

⦁ 구조 시험은 탐색과정의 연장으로 해석될 수 있다. 즉, 요구조자의 구조활동을 위해서는 탐색과정이 선행되어야 하기 때문이다. 요구조자의 위치 및 상태 등의 탐색이 완료된 후에는 요구조자를 후송 및 견인하고 안전한 장소로 대피를 유도할 수 있는 기능을 평가한다. 이를 위해 구조 시험장내에 더미를 배치하여 더미의 성태를 확인하고, 정확한 장소로 이송할 수 있는 일련의 과정을 평가하도록 한다. 한편, 탐색/구조 활동에서 요구조자와 정확한 피드백 및 상호작용을 처리하기 위해서는 로봇의 조작성능 평가도 포함될 수 있다. 이는 통신 성능 시험장의 조종기 성능평가와도 일부분 참고될 수 있다. 즉, 무선 조작의 경우, 통신의 정확도, 효율성 실험이 이에 해당된다. 결국, 구조/탐색시험장은 주행성능, 구조시험, 탐색시험, 조작시험 등으로 구성될 수 있으며, 각각의 실험이 모듈별로 이루어지며, 필요에 따라서 종합시험장이 운영될 경우, 복합적인 실험 및 평가가 가능하도록 한다.

⦁ 열/연기 시험장은 화재진압시험, 내열/내연기시험, 열내구성시험 등으로 세분화된다. 열/연기 시험장내 화재진압시험은 화재 진압의 성능을 평가하기 위해서 도입이 필요하다. 진압 시험장은 독립적인 공간으로 구축할 수 있지만, 본 사업의 특성상, 열/연기 시험장 내부에 부속시설로 구축됨을 가정한다. 구축된 시험장내에서는 각 화재의 종류별 (A급, B급, C급 화재 등)에 따라 진압 시간 및 방수량 등을 정량적으로 평가하도록 한다. 또한 화재 진압과정에서 발생하는 각종 오염물질과 연기 등은 별도로 구축된 집진설비를 통하여 정화 후 배출토록 한다.

⦁ 내열/내연기 시험은 화재 현장에서 가장 위험한 환경요소인 극고온과 농연을 모사하여 로봇 및 장비가 얼마만큼의 온도와 농연에서 성공적으로 작업을 수행할 수 있는지를 측정하고 평가하는 과정이다. 가장 좋은 방법은 실물화재를 재현하여 평가하는 시스템을 구축하는 것이지만, 실화재에 가까운 재현성에 따른 시험 비용의 증대 및 안전성 문제 등으로 현실적인 어려움이 있다. 이를 보완하기 위해서 ISO규격을 만족하는 내열/내연기 모사 가열로 및 농연발생기를 이용함이 대안으로 제시될 수 있다. 본 연구에서도 열/연기 시험장은 열환경과 연기환경의 시험을 구성할 수 있도록 기획하였으며, 최종적으로 종합적인 현장성능평가를 위해 통신, 탐색/구조 등의 시험장과 연계해서 종합적인 평가가 가능할 수 있는 방안도 모색한다. 화재시험으로 인한 시험의 일회성보다 반복적인 사용이 요구되므로 열에 대한 내열성 및 내부식성이 포함된 시설의 구축이 필요하다. 상기에 언급된 각각의 시험장은 내부적으로 구획을 나누어 특정기능별, 모듈별 시험이 가능함이 원칙이다. 즉, 평가의 재현성, 정확성, 신뢰성 확보와 정량성 확보를 위해서 독립적인 수행이 가능하여야 한다. 더불어, 본 사업의 최종 목표인 필드테스트를 수행하기 위해서는 한번의 실험으로 통신, 탐색/구조, 열/연기 시험이 가능한 종합시험장의 설계 및 개발이 필요하다. 이를 위해서는 각 시험장의 구획을 가변형/이동형으로 제작하여 현장시나리오에 따라 공간 재구성이 가능하도록 한다. 다만, 상기 모든 세부 시험을 포함하는 종합시험장 제시도 가능하지만 모듈별 성능의 정량적 평가는 다소 한계가 발생할 수 있다. 예를 들어, 고온/농연의 상태에서 로봇이 주행중 동작이 정지될 경우, 모듈별 고장 원인분석 (e.g. 통신문제, 구동부 문제, 내열성문제 등)에는 직접적인 현장 규명이 어려울 수 있다. 이 경우, 독립적인 모듈별 시험이 병행되어져야 한다는 단점도 발생한다. 종합시험장의 구축(안)은 Fig. 5에 나타내었다. 우선적으로 통신 시험을 통과한 특수장비 및 로봇이 구조/탐색 시험장에서 주행 및 구조, 탐색, 조작 등에 대한 현장성능평가를 실시한 후, 최종적으로 열/연기 시험장에서 열/연기 현장성능 평가시험을 받는 순서로 종합시험장을 설계하였다. 그 이유로는 가장 가혹한 환경인 고온영역에서 시험을 우선적으로 받을 경우, 평가 제품이 열에 의한 고장 및 화염으로 평가를 받을 수 없는 경우가 발생할 것에 대비하고, 현장평가장의 원활한 배기를 통해 시험의 반복적인 평가가 가능하도록 조정하기 위함이다.

먼저 기본설계개념으로 설계도를 작성하였으며, 제일 중요시 되는 관점이 본과제의 RFP상 제시되었던 3개의 시제품(①열/연기 시험장, ②구조/탐색 시험장, ③통신 시험장)을 제작하는 것이다. 그러나, 본 프로젝트의 구성상 3개의 시제품들이 독립적으로 구성되어지기는 하나, 최종적으로 본다면, 같은 환경조건에서의 종합적인 현장성능평가가 이루어져야 하므로, 3개 시제품들의 유기적인 관계성을 분석하여, 복합적인 환경조건 설정아래에서 현장성능평가가 이루어지도록 설계에 반영하였다. 그러나, 열/연기 시험장은 환경조건 자체가 열적특성을 가진 고온의 환경이어서 종합적으로 평가하기에는 기술적으로 한계가 있다. 즉, 현장성능평가시험시 열환경 재현에 따른 구성요소들의 연소상태에 따라 시험이 1회성으로 끝날 수 있으며, 이는 반복적인 평가를 통한 현장성능평가시험이 이루어져야 하는 특성상 시험장의 유지관리에서 경제성 문제가 발생할 가능성이 있다고 판단된다. 그리하여, 본 과제에서는 이러한 부분을 설계단계부터 반영하여 기본설계에 도입하였다. 열/연기 시험장에 대해서는 독립적인 구성공간을 원칙으로 하며, 구조탐색과 통신시험장과의 유기성을 고려하여 종합적인 성능평가가 가능하도록 2개의 전제를 가지고 기본설계를 하였으며, 이 설계안을 가지고 분석한 결과, 종합적인 현장성능평가가 가능할 수 있는 테스트 베드 설계를 기획하였다.