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다양한 사건 및 사고들이 발생되고 있으며 이를 사전에 예방하고 사건 사고들의 발생 빈도를 줄이기 위하여 CCTV 시스템 등 다양한 정보통신 기기들이 이용되고 있으며, 또한 범죄 발생 시 검거율을 높이기 위하여 다양한 CCTV 시스템이 이용되고 있다[1]. 이러한 CCTV 시스템이 범죄 예방 또는 방지에 매우 효과적이라는 사회인식의 증대와 함께 현재에는 해상도가 높은 고해상도의 CCTV 카메라를 이용하거나, 적외선을 이용하여 야간에도 촬영이 가능한 CCTV 카메라를 이용하거나, GPS 위치정보를 이용하여 서비스를 제공하는 CCTV 관제 시스템들이 연구되고 있다[2]-[6]. CCTV 카메라들을 관제하는 시스템의 성능 및 기능의 개선 뿐 만 아니라 시민의 안전한 귀가를 목적으로 하는 안심귀가서비스가 구현되고 연구되고 있다[7],[8]. 또한, 안양시, 안성시, 양평군 등 시민이 스마트폰으로 자신이 귀가하는 사실과 그 목적지를 알려오면 시민의 위치에 따라 근처 CCTV의 영상을 파악하여 집중 모니터링 하는 서비스를 진행하고 있다.

다양한 정보통신 서비스 분야에서 스마트폰이 이용되고 있으며 이를 이용하는 기존 서비스 및 새로운 서비스에 관심이 증대되고 있다[9], [10]. 스마트폰은 위치정보를 제공받기 위하여 실외에서는 GPS 서비스를 이용하고 있으며 실내에서는 Wi-fi 등 주변의 통신 환경을 이용한 프로그램을 이용하고 있다[11]. 실내 및 실외의 위치정보를 이용하는 다양한 서비스들이 이미 실용화되어 이용되고 있으며, 또한 새로운 서비스들이 연구되고 있다[12]-[15]. 새로운 서비스들 중 CCTV 카메라와 연계한 관제 시스템에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. GPS 위치정보를 이용한 관제 시스템은 스마트폰과 CCTV 카메라 및 CCTV 관제 시스템을 서로 연계하여 다양한 서비스를 제공하고 있다[7], [8]. GPS 위치정보를 이용한 대표적인 관제 서비스에는 응급상황신고서비스와 안심귀가서비스가 있다[7], [8], [13].

안심귀가서비스는 그림 1에 도시한 바와 같이 스마트폰을 소지하고 있는 서비스 요구자가 서비스가 필요한 경우 스마트폰의 응용 프로그램을 이용하여 이 서비스를 요청한다[7], [8]. 통신망을 통하여 이러한 요청을 전달받은 관제 센터의 프로그램은 요구자 주변에 설치된 CCTV 카메라들을 제어하여 요구자를 촬영하도록 하고, 동시에 요구자에게 해당 서비스가 지원되고 있다는 메시지를 전달한다. 요구자가 귀가하는 경로를 따라 계속 이동하더라도 스마트폰의 프로그램은 스마트폰의 GPS 위치정보를 관제 센터의 프로그램에게 지속적으로 전달하고 관제 센터의 프로그램은 전달받은 GPS 위치정보를 이용하여 요구자 주변의 CCTV 카메라를 선별하고 제어하여 요구자를 촬영하고 추적하도록 한다[8].

Fig. 1. 
safe return service

GPS 위치정보를 이용하여 요구자를 촬영하고 추적하는 CCTV 관제 서비스는 여러 가지 다양한 CCTV 카메라 들을 지원하고 있으나 동시에 다수 요구자들의 GPS 위치정보가 제공되는 경우 다수 요구자들의 서비스들을 동시에 지원하지 못하는 단점을 가지고 있거나[9], 다수의 요구자들의 서비스들을 처리하는 경우에도 기존의 요구자(점유자)가 CCTV 카메라들을 점유한 경우 필요한 요구자에게 이 CCTV 카메라를 양보하지 않거나 이 CCTV 카메라를 공유하지 않아[7] 새로운 요구자가 추적되지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 기존의 안심귀가 서비스에서 CCTV 카메라 양보는 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리를 고려하지 않았으나[8], 제안된 안심귀가 서비스는 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리를 고려하여 이를 개선하였다.

안심귀가 서비스는 그림 2에 도시된 바와 같이 스마트폰, CCTV 카메라, 게이트웨이, 제어 및 저장서버, 서비스 관리 서버로 구성된다. CCTV 카메라는 촬영 영상을 저장 서버에게 전송하고 제어 서버로부터 제어명령을 수신 받을 수 있는 IP 카메라이다. 서비스 관리 서버는 게이트웨이를 통하여 서비스 요구자의 위치정보를 수신하고 요구자를 촬영하기 위하여 요구자 근처에 있는 CCTV 카메라를 선별한 뒤 제어서버를 통하여 이를 제어한다[7].

Fig. 2. 
configuration of safe return service

스마트폰을 소지한 서비스 요구자가 필요한 경우 스마트폰의 안심귀가용 앱 프로그램을 사용하여 해당 서비스를 요구하면, 요구자의 현재 GPS 위치정보와 관련 정보가 게이트웨이의 프로그램을 통하여 서비스관리 서버의 프로그램에게 전달되게 된다. GPS 위치정보는 여러 가지 이유로 오차 정보를 포함하고 있기 때문에 스마트폰의 보정 프로그램은 GPS 위치정보를 다양한 방법으로 보정한다[13]. 신고를 전달받은 서비스 관리 서버의 프로그램은 거리 및 각도를 고려하여 요구자를 촬영하고 추적할 수 있는 CCTV 카메라들을 선택한다[7], [8]. 선택된 CCTV 카메라의 이미 알고 있는 GPS위치정보와 요구자의 GPS 위치정보를 사용하여 선택된 CCTV 카메라의 PT(Pan Tilt) 각도를 계산한다. 계산된 PT 각도를 제어 서버를 통하여 해당 CCTV 카메라에게 전송하고 CCTV 카메라는 서비스 요구자를 촬영하게 된다. CCTV 카메라 제어는 요구자 또는 관제 시스템 내의 관제요원에 의하여 해당 서비스의 종료를 요청할 때까지 서버 프로그램에 의하여 계속 반복된다. 이를 통하여 서비스 요구자는 다수의 카메라들에 의하여 지속적으로 추적되고 촬영되며, 요구자가 다른 곳으로 이동하여 현재 촬영 중인 CCTV 카메라에 의하여 촬영되고 추적될 수 없는 영역에 있는 경우 촬영이 가능한 CCTV 카메라들에 의하여 촬영될 수 있다. 또한, 모니터 요원이 위험한 상황이라 판단하면 서비스 사용자의 GPS 위치를 주변의 구조자(경찰)에게 전송하여 즉각 출동할 수 있도록 한다[7], [8].

안심귀가서비스에서 다수의 서비스 요구자의 스마트폰 프로그램은 요구자의 식별자와 요구자의 GPS 위치정보를 주기적으로 게이트웨이 프로그램에게 전송하고, 게이트웨이 프로그램은 서비스 관리 서버의 프로그램에게 이 정보를 전달한다. 서비스 관리 서버 내에 있는 주 프로그램은 그림 3의 CCTV카메라 관리 프로그램을 호출하고, CCTV카메라 관리 프로그램은 요구자의 식별자와 요구자의 GPS 위치정보를 사용하여 요구자를 촬영하고 추적할 수 있는 CCTV 카메라들을 적절하게 선택하고 제어한다. 즉, 서비스 관리 서버 프로그램은 최대한 많은 요구자들을 촬영하고 추적하기 위하여 CCTV 카메라 관리 프로그램을 사용하여 CCTV 카메라들을 적절하게 배분하고 제어하는 역할을 한다.

Fig. 3. 
CCTV camera management algorithm

그림 3은 CCTV 카메라관리 알고리즘의 개략적인 내용이며 이를 설명하면 다음과 같다. 알고리즘은 (1)번 과정에 서술한 바와 같이 게이트웨이의 프로그램을 통하여 요구자의 식별자, 요구자의 GPS 위치정보를 수신한 후, 후보 CCTV 카메라 집합, 선택 CCTV 카메라 집합, 양보 CCTV 카메라 집합을 모두 공집합으로 초기화 한다. 그 다음, (2)번 과정에 서술한 바와 같이 요구자의 위치와 가까운 거리에 있는 각각의 CCTV 카메라에 대하여 요구자와 CCTV 카메라 사이의 촬영 거리 및 요구자를 촬영 할 수 있는 CCTV 카메라의 촬영 각도 범위를 참고로 하여 요구자를 적절하게 촬영하고 추적할 수 있는 CCTV 카메라인지를 결정한다. 만일 요구자의 촬영이 가능하다면, 이 CCTV 카메라를 후보 CCTV 카메라 집합에 추가한다. 후보 CCTV 카메라는 요구자를 적절하게 촬영하고 추적할 능력이 있는 CCTV 카메라이며, 후보 CCTV 카메라 집합에 포함된 카메라들 중 실제로 촬영을 위하여 선택되는 CCCTV 카메라들은 뒤에서 선택된다. 후보 CCTV 카메라들에 속한 CCTV 카메라의 상태가 변경될 필요가 있는 경우 이를 변경한다.

(3)번 과정에 서술한 바와 같이 후보 CCTV 카메라 집합에 포함된 CCTV카메라가 없으면 요구자를 적절하게 촬영하고 추적할 수 있는 CCTV 카메라가 없다는 의미이며, 이 경우 요구자의 GPS 위치정보를 서비스 관리자에게 전송하고 알고리즘을 종료한다. 이 경우, 서비스 요구자는 CCTV 카메라에 의하여 촬영될 수 없는 촬영 사각지대에 있으며 요구자의 GPS 위치정보는 계속해서 서비스 관리자에게 전달되어 요구자의 이동 경로를 지속적으로 관찰하게 된다. 또한, 요구자가 촬영 사각지대를 벗어나면 요구자의 새로운 GPS 위치정보에 의하여 후보 CCTV 카메라가 있을 수 있으며, 이 경우 요구자의 촬영이 가능할 수 있다.

(4)번 과정에 서술한 바와 같이 후보 CCTV 카메라 집합에 포함된 CCTV 카메라가 있다면, 첫째, 후보 카메라 집합에 속한 각각의 CCTV 카메라에 대하여 해당 CCTV 카메라의 상태가 사용이 가능하면 해당 카메라는 현재의 선택 CCTV 카메라 집합 내에 추가한다. 그 이유는 CCTV 카메라의 상태가 이용 가능하면 해당 CCTV 카메라는 다른 요구자(점유자)에 의하여 사용되고 있지 않기 때문에 이 요구자를 촬영하기 위하여 이용될 수 있기 때문이다. 둘째, 요구자의 이전 GPS 위치정보에 의하여 동일한 요구자를 촬영하고 있는 CCTV 카메라의 경우, 해당 CCTV 카메라는 현재의 선택 CCTV 카메라 집합에 추가된다. 그 이유는 요구자의 이전 GPS 위치정보에 의하여 동일 요구자를 촬영하고 있는 CCTV 카메라이고 현재 동일 요구자의 위치도 연속으로 계속 촬영하고 추적할 수 있기 때문이다. 선택된 CCTV 카메라의 상태가 변경될 필요가 있는 경우 이를 변경한다.

(5)번 과정에 서술한 바와 같이 선택 CCTV 카메라 집합에 포함된 CCTV 카메라가 없으면, 요구자를 촬영할 수 있는 CCTV 카메라는 있으나 실제 요구자의 촬영을 위하여 선택된 CCTV 카메라가 없는 경우이다. 이러한 경우, 후보 CCTV 카메라들을 현재 점유하고 있는 요구자(점유자)들 중 후보 CCTV 카메라 집합에 포함된 CCTV 카메라를 양보 받을 수 있는지 확인한다. CCTV 카메라의 양보를 요청하면 이 CCTV 카메라를 이용하고 있는 요구자(점유자)는 이 CCTV 카메라가 요구자(점유자)와 가장 가까운 CCTV 카메라가 아닌 경우 이 CCTV 카메라를 양보한다. 이 경우 이 CCTV 카메라는 요구자의 양보 CCTV 카메라 집합에 추가된다. 이와 같은 과정으로 모든 후보 CCTV 카메라들을 이미 점유하고 있는 요구자(점유자)들 중 후보 CCTV 카메라 집합에 포함된 CCTV 카메라를 양보 받을 수 있는지 확인한다. 이를 통하여 양보가 가능한 CCTV 카메라 들을 양보 CCTV 카메라 집합에 추가한다. 양보 CCTV 카메라 집합에있는 CCTV 카메라들 중 요구자와 가장 가까운 CCTV 카메라를 요구자의 선택 CCTV 카메라 집합에 추가하고 필요한 경우 CCTV 카메라의 상태를 변경한다.

만일에, 양보를 받을 수가 있는 CCTV 카메라가 없다면 (6)번 과정에 서술한 바와 같이 요구자는 CCTV카메라에 의하여 촬영될 수 없으며 요구자의 GPS 위치정보를 서비스 관리자에게 전송하고 알고리즘을 종료한다. 이 경우, 요구자의 GPS 위치정보는 지속적으로 서비스 관리자에게 전달되어 요구자의 이동 경로가 관찰되게 된다. 잠시 후, 기존의 요구자(점유자)들과 요구자가 이동하게 되면 기존 요구자(점유자)들이 이용한 CCTV 카메라들이 사용 후 반납되거나, 요구자의 새로운 GPS 위치정보에 의하여 요구자의 후보 CCTV 카메라 집합이 변경될 가능성이 있으며, 이 경우 요구자의 촬영이 가능할 수 있다.

선택된 CCTV 카메라의 집합에 포함된 CCTV 카메라가 있으면, (7)번 과정에 서술한 바와 같이 선택되어진 CCTV 카메라 집합의 각각의 CCTV 카메라에 대하여 요구자의 위치 정보(위도, 경도, 높이)와 그 CCTV 카메라의 위치 정보(위도, 경도, 높이)를 비교하여 요구자를 촬영하기 위한 CCTV 카메라의 PT(Pan Tilt) 정보를 계산하고, 계산된 PT 정보를 해당 CCTV 카메라에게 전달한다. 그 뒤, 요구자의 GPS 위치정보를 서비스 관리자에게 전송하고 알고리즘을 종료한다.

제안한 안심귀가 방법이 기존의 안심귀가 방법과 비교하여 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리가 개선되었음을 살펴보기 위하여 모의실험을 하였다. 전체 면적을 가로 1000m, 세로 1000m로 하였을 때는 CCTV 카메라의 수를 100대로 하였으며, 전체 면적을 가로 2000m, 세로 2000m로 하였을 때는 CCTV 카메라의 수를 400대로 하였다. CCTV 카메라의 촬영 가능한 범위는 각각의 CCTV 카메라가 설치된 위치에서부터 100m까지로 하였다. CCTV 카메라를 골고루 분포하여 요구자를 촬영하기가 어려운 사각 지대가 없도록 하였으며 요구자의 위치는 무작위로 분포되도록 하였다. CCTV 카메라가 100대일 때와 CCTV 카메라가 400대 일 경우 두 개의 모델에 대하여 모의실험을 하였으며, 다양한 경우를 위하여 각각의 모델 당 10,000개의 경우를 두였다. 기존의 안심귀가 방법[8]을 이용하여 20,000개의 경우들을 모의실험하고 제안한 안심귀가 방법을 이용하여 20,000개의 경우들을 모의실험하고 비교 하였다. 그림 4과 그림 5는 CCTV 카메라의 수가 각각 100대, 400대 일 때 CCTV 카메라와 CCTV 카메라에 의하여 촬영이 가능한 요구자 간의 평균 거리를 도시하고 있다.

Fig. 4. 
Average distance between CCTV camera and applicant (number of cameras is 100)

Fig. 5. 
Average distance between CCTV camera and applicant (number of cameras is 400)

모의 실험결과 제안된 방법이 기존의 안심귀가 방법[8]과 비교하여 CCTV 카메라에 의하여 촬영이 가능한 요구자의 경우에 CCTV 카메라와 요구자 간의 평균 거리가 개선되었음을 알 수 있다. CCTV 카메라의 수가 일정한 상황에서 요구자의 수가 늘어남에 따라 CCTV 카메라와 요구자 간의 평균 거리가 줄어듬을 알 수 있다. 이 경우 기존에 다수의 CCTV 카메라에 의하여 촬영되는 요구자가 새로운 요구자에게 거리를 고려하여 CCTV 카메라를 양보하고, 새로운 요구자는 다수의 기존 요구자들로부터 양보 받은 CCTV 카메라들 중 거리가 가장 가까운 CCTV를 선택하여 전체적으로 평균 거리가 적어짐을 알 수 있다. 평균 거리가 줄어들게 되면 CCTV 카메라가 요구자를 가까운 거리에서 촬영할 수 있기 때문에 요구자의 안심귀가에 더 많은 도움을 줄 수 있다.

요구자의 수가 CCTV 카메라의 수보다 많아지게 되면 평균 거리가 수렴하게 되며 이는 CCTV 카메라에 의하여 촬영되는 요구자의 수가 제한되기 때문이다. CCTV 카메라 수와 비교하여 요구자의 수가 많은 상황은 실제로 발생하는 경우가 거의 없기 때문에 지자체의 CCTV 관제 시스템에 제안한 안심귀가 방법을 적용하는 경우에 문제가 되지 않을 것으로 생각된다.

안심귀가서비스는 서비스 요구자가 스마트폰의 프로그램을 이용하여 서비스를 요청하면 서버 프로그램에의하여 CCTV 카메라를 선택하고 제어하여 요구자를 추적하고 촬영하는 서비스이다. 이 서비스에서 요구자의 GPS 위치정보가 계속 제공되고 요구자는 계속 촬영이 되기 때문에 귀가하는 경로에 안전하지 못한 지역이 있는 경우 유용하게 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 기존의 안심귀가 서비스에서 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리를 고려하지 않았으나, 제안된 안심귀가 서비스는 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리를 고려하여 이를 개선하였다. 다수의 요구자에게 안심귀가 서비스가 제공되는 상황에서 요구자와 CCTV 카메라 사이의 거리가 줄게 되어 서비스의 질이 향상될 수 있다.