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[과학의날 특집] 생활속 안전 큰그림…미래 정보통신 원천기술 개발

2019-04-18기사 편집 2019-04-18 18:10:43

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한국전자통신연구원(ETRI)

첨부사진1자율주행차 실험도시 K-City에서 시연한 자율주행차

과거 산업의 부차적 수단이었던 정보통신기술(ICT)은 이제 우리나라 산업 경쟁력을 좌우하는 핵심요소가 됐다. 한국전자통신연구원(ETRI)에 관심이 쏠리는 이유다. ETRI는 대한민국 정보통신산업의 성장을 이끌어 온 국책 연구기관으로서 그동안 정보통신 미래 경쟁력을 가늠할 디지털 혁신기술을 개발, 우리나라 경제발전을 견인했다. 이제 ETRI는 미래의 혁신을 선도하는 기술을 확보하기 위한 핵심원천기술 연구에 주력하고 있다. 대한민국의 안전을 담보하고 혁신 성장을 견인할 ETRI의 대표적인 기술들을 만나본다.

◇지하 이상 징후 감시·예측하는 지하공간 그리드 시스템= 말 그대로 땅에 거대한 구멍이 생기는 재해인 싱크홀(Sink hole). 외국에서는 도시 지면 하나에 육박하는 거대한 땅 꺼짐 현상이 나타나기도 했다. 우리나라도 2013-2017년 간 총 4580건의 크고 작은 싱크홀이 발생했다. 연구진은 싱크홀을 예방할 수 있는 기술개발에 힘을 모았다. 국가과학기술연구회 융합연구사업의 일환으로 ETRI가 주관기관이 돼 한국지질자원연구원, 한국건설기술연구원, 한국철도기술연구원 등과 함께 '사물인터넷(IoT) 기반 지하매설물 모니터링 및 관리시스템 기술'을 개발했다.

기술 명칭과 같이 사물인터넷(IoT) 기술을 이용, 상시 모니터링하는 것이 기술의 핵심이다. 연구진은 지방자치단체와 협조를 통해 위험지역의 지하수와 지반 환경을 분석했다. 그 다음 상·하수관로, 도시철도 시설물, 지하수 관정 등에 센서를 부착하고 탐사 장치로 측정을 거쳤다. 만일 누수나 균열 여부 등의 지표에서 위험이 발견되면, 정밀 검진을 위해 지표투과레이더(GPR) 스캐닝 장비로 도로 하부를 확인했다. 특히 연구진은 맨홀을 이용, IoT 통신기술을 적용하자는 아이디어를 제안해 공사와 투입비용을 대폭 절감하는 데 성공했다. 맨홀 속 제수 밸브에 센서를 붙이고 맨홀 뚜껑에 안테나를 설치해 기지국(UGS-AP)으로 정보를 무선으로 전송하게 만든 것이다. 이를 통해 연구진이 구축한 UGS서비스플랫폼에서는 지하공간을 3차원 입체영상 및 지반함몰 위험도 상태를 한눈에 파악할 수 있었다. 개발한 기술을 통해 연구진은 대전시와 협력해 대전 서구 월평역 지하철도 주변에 실증 테스트베드를 구축했고 서울 성동구 왕십리역을 대상으로도 싱크홀 관련 시범사업을 추진하기도 했다. 향후 연구진은 개발한 기술을 2022년까지 지하철이 있는 자치단체에 우선 적용하고 전국 단위로 확대해 나갈 방침이다. ETRI의 기술로 지반, 싱크홀 등에 대한 시민들의 불안감을 해소할 수 있을 전망이다.

◇국민 생활환경 지키는 시각지능 감지 시스템=다른 국가들의 쓰레기 수입이 점점 차단되면서 더욱 골머리를 앓고 있는 것이 바로 쓰레기 처리 문제다. 가장 큰 문제는 무단으로 버려지는 투기 쓰레기다. 재활용을 제대로 하지 않고 마구 버려 방치된 쓰레기들이 주요 원인으로 손꼽히고 있기 때문이다.

이에 ETRI 연구진은 인공지능을 기반으로 쓰레기 투기를 단속할 수 있는 CCTV 기술을 개발했다. 연구진이 개발한 기술을 이용하면 물건을 내려놓거나 던지는 등 사람의 특정 행동을 인식할 수 있어 불법 투기 행위를 정확하게 포착할 수 있다. 이 기술은 사람의 관절 단위 수준으로 행동을 인식하는 것이 핵심이다. 쓰레기 비닐봉투를 던지는 행동에서 나타나는 사람의 관절 움직임을 통해 일련의 행동 과정을 딥 러닝 기반 인식 기술로 추론하는 것이다. 덕분에 다양한 행동 패턴들을 기계 학습 방법을 통해 뽑아내는 데 성공했으며 양질의 데이터 사용은 기술의 경쟁력을 높이는데 한 몫 했다. 기존에는 영상 분석 기술 개발 시 스포츠, 유튜브 영상 등을 주로 사용했는데 해당 데이터들은 CCTV 영상과 차이가 있어 어려움이 있었다. 그러나 연구진은 지방자치단체와의 긴밀한 협력을 통해 실제 환경에서 동작할 수 있는 실제 투기 데이터를 얻어 행동 이해 기술을 개발할 수 있었다. 그 결과 스트리밍 방식의 영상에 맞게 알고리즘을 효율적으로 구성, 투기 인식 지연시간도 대폭 줄이면서 투기 행위 발생 시 즉각적인 탐지가 가능토록 만들었다. 특히 행동인식 기술은 교량에서의 자살행위 감지, 공장 근로자의 위험 행동 경고 등 다양하게 활용할 수 있어 영상관제, 영상검색, 패션 인공지능(AI) 관련 분야 등으로 기술 이전이 이뤄질 전망이다.

◇ 가상의 쌍둥이 '디지털 트윈', 세종시 도시계획에 접목=우리가 사는 세상을 가상 세계에 그대로 복제해 연동하고 시도한 것이 '디지털 트윈'이다. 디지털 트윈은 사회문제해결을 위해 모델링과 시뮬레이션을 할 수 있는 가상도시다. 국가 공공 지도와 환경, 지자체별 인구, 인프라, 정책 등 데이터를 입력해 도시행정 모형을 디지털로 구현한 것이다. 디지털 트윈이 효과적으로 작동한다면 도시 생활환경을 실시간으로 파악해 데이터 분석으로 효과적인 정책을 개발, 도시에 적용이 가능하다.

ETRI 연구진은 기존 연구의 한계를 보완하며 보다 실질적인 연구개발 방안을 담은 2018년도 세종시 정보화 시행 계획안을 만들어 최종 심의를 통과했다. 빅데이터 융합 분석을 통해 보다 과학적인 시정을 진행하기 위해 협력을 시작한 것이다. ETRI는 세종시와 5개년에 걸쳐 디지털 트윈 핵심 기술을 연구하며 구조 설계, 데이터 수집 등으로 2021년부터 실제 도시에 적용을 하며 보완해 나갈 계획이다. 디지털 트윈을 실제 적용하면 도심 범죄 발생 지역별 분포를 파악해 보안시설 지역 배치를 조정하거나 교통 형태를 분석해 사람들의 이동을 보다 안전한 경로로 바꾸도록 유도하는 등 효과적인 대중교통 노선 결정이 가능하다. 뿐만 아니라 인구 변화 추이를 살펴보며 고령화 속도를 조절하고 상권을 분석해 창업을 지원하는 등 보다 효과적인 정책 개발 등도 가능하다.박영문 기자





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첨부사진2스마트폰을 통해 자율주행차를 호출하는 모습

첨부사진3ETRI 연구진이 시각지능 기술을 이용해 투기물을 지닌 사람의 행동을 분석하고 있다. (왼쪽부터 윤기민 연구원, 이영완 연구원)

첨부사진4ETRI 연구진이 무선통신을 이용해 지하의 싱크홀을 보며 연구 중인 모습 (왼쪽부터 김재환 선임연구원, 서영호 선임연구원)

첨부사진5ETRI 연구진이 세종시와 공동 연구 중인 도시행정 디지털 트윈 관련 내용을 살피는 모습 (왼쪽부터 정영준 책임연구원, 김범호 책임연구원)

첨부사진6디지털트윈을 통해 정책 입안자의 정책적 결정을 도와줄 수 있는 내용이 담긴 개념도

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