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디지털 트윈(DIGITAL TWIN) 기반 실시간 안전관리

AI기반의 최적화된 대국민 안전서비스
서경대학교 융합대학 정희정 교수

 

수도권 및 광역도시를 중심으로

노후 공공 시설물이 지속적으로 증가하고 있으며

화재, 붕괴 등 각종 산업재해의 안전취약성에 노출되어

국민의 불안감이 증대되고 있다.

이에 사회 취약계층시설, 다중이용시설, 공공시설을 중심으로

디지털트윈 기반 재난예측과 안전관리 통합플랫폼 실증으로

AI기반의 최적화된 대국민 안전서비스가 필요하다.

 

 기술의 변화

 

SW 新기술 기반 디지털 환경은 5G의 초고속·초연결·초저지연이 결합한 초(超)시대에 도래하여 산업 생태계에 새로운 기회 및 변혁을 촉진하고 있다. 5G 디지털트윈 기반 재난예측은 AI기반의 최적화된 대국민 안전서비스로 구조물 이상상황 예지정비, 안전 대피 시간 최소화로 정부와의 협업을 통한 전국단위 지자체 건물에 확대 적용, 나아가 표준화를 통한 글로벌 시장으로 진출을 도모할 수 있다.

사회의 변화

노후 시설물의 지속적 증가로 인해 시설의 화재·붕괴 등 안전취약성이 증가하고 있어 시설물 안전에 대한 국민 불안감이 증대하고 있다. 국토교통부의 건축물 현황통계에 따르면 준공 후 30년 이상된 노후 시설물은 2016년 36% , 2017년 36.5%, 2018년 37.1%로 지속적 증가로 시설의 화재·붕괴 등 안전취약성에 고스란히 노출되어 있어 시설물 안전에 대한 시민 불안감이 증대하고 있다.

초(超)시대 SW 新기술로 보다 나은 국민생활 인프라 구축

현재 시민의 안전보장과 골든타임 확보를 위해 5G, SW 新기술 기반 국가 주요 공공시설물 안전관리 방식 선진화 등 정부차원의 투자가 진행되고 있으며, 지역 사회 안전 환경 조성과 新비즈니스 기회 창출을 위해 5G 기반 디지털트윈 기술 적용의 실시간 안전관리 체계 마련을 위해 노력하고 있다.

이러한 노력은 사회적 측면으로는 안전한 공공 서비스 및 국민생활의 인프라를 제공하고, 경제적 측면으로는 5G기반 융합서비스 발굴을 통한 新시장 창출로 이어질 수 있으며, 기술적 측면으로는 5G, SW 新기술 확산·발전을 통한 글로벌 선도 역할을 할 것으로 보인다.

 

시설물 안전관리분야에 5G와 SW 新기술 기반의 혁신이 이루어지면,

첫째, 육안검사 의존 안전 관리는 데이터 기반의 안전관리로 변화되어 산업구조를 혁신하고,

둘째, 지금까지 각각 구축되고 관리되던 안전관리가 민관협업 산업 혁신 및 미래 먹거리 창출로 협업을 통한 소비자 중심의 가치 창출을 하게 되며,

셋째, 그동안 예측을 위한 단순히 데이터를 수집하여 활용하던 것들이 AI·IOT·BigData·Digital Twin 등 SW신기술과 5G로 융화되어 5G기반 SW 新기술의 고도화를 이루게 된다.

수도권 광역시 디지털트윈 구축 시나리오 예시

올해 상반기에 서경대학교와 수도권 광역시 5곳이 공통의 디지털트윈 구축에 관한 시나리오를 제안한 내용

을 바탕으로 어떻게 토폴로지를 구성했는지 살펴보고자 한다. 각 지자체의 안전관리에 대한 니즈는 다양하

였으며 이에 따른 시설물도 다양하였다.

의정부시는 도시 공공 시설물의 안전관리에 중점을 두어 의정부역 지하도 상가를 중심으로, 구리시는 젊은 시민인구 유입을 위한 스마트 기술도시 구현으로 도서관 등을 중심으로 니즈가 있었다.

광명시의 경우는 노후화 시설에 대한 안전관리를 중심으로 시민회관 등의 시설물이 선정되었다. 안양시는 노인시설 맞춤형 재난안전 서비스에 대한 니즈로 노인 복지 회관 등의 시설물이 선정되었다. 오산시의 경우는 문화예술시설에 대한 니즈가 높아서 시립 미술관 등이 선정되었다.

 

이러한 각 지자체 와의 협업을 통하여 총 38개 시설물이 선정되었다. 본 사업 시나리오에서는 디지털 트윈 구축에 관한 최종 산출물 목표를 다음과 같이 정하였다.

- 5G기반 클라우드 IoT Platform Service 개발

- 디지털트윈 기반 건물안전 통합관리 및 실시간 관제 Service (각 시설용도별/테마별 구분)

- 건물안전 환경지표·센서·시설물통합 관리를 통해 데이터기반의 재난 사전예측

- 재난 발생시 피해 최소화를 위한 S/W 플랫폼기반 지능형 시뮬레이션으로 최적 대피로 안내

- 시뮬레이션을 통해 시민이 함께 참여할 수 있도록 개방형 혁신활동을 지속적으로 운영

디지털 트윈 구축에 대한 추진 시나리오는 다음과 같다.

 

 

- 5개 지자체의 다용도 시설, 시민이 많이 활용하는 시설을 안전과 재난 중심으로 총 38개 건물을 지자체와 여러 차례 회의를 통하여 시설물의 우선순위를 정하여 최종 선정하였다.

- 각 건물에서 측정할 데이터를 지자체와 안전 및 센서 등 관련 전문가들이 함께 모여 정하였다. 그래서 온습도, 진동, 미세먼지, 공기의 질, 전기 미 화재, 설비에 대한 것을 측정하기로 하고 해당 기능의 센서를 설치하기로 하였다. 이번 사업 시나리오에서는 38개 건물 총 1400개로 가정하였다. 물론 각 건물의 크기와 층수에 따라서 센서의 개수는 증감이 가능하도록 하였다.

- 각 측정 요인별 센서에서 데이터가 수집되면 이 데이터는 Lora 망으로 연결하여 5G 게이트웨이를 통하여 건물 안전관리용 IoT 융합 플랫폼에 들어오게 하였다. 그리고 IoT 융합플랫폼에 집적된 데이터 내용은 건물안전 관리용 3D 디지털 트윈 플랫폼에서 구현되도록 하였다.

- 디지털 트윈 통합관제는 서경대 통합센터와 각 지자체의 통합전산센터에서 관리하도록 구성하였다. 또한 각 건물의 지능형 CCTV와 바이오센서로 얻어진 데이터도 3D 디지털 트윈 플랫폼에서 디지털 트윈화할 수 있도록 방법을 열어 두었다. 모든 시스템의 구현은 공공용 G클라우드 플랫폼 상에 구축이 되어 일반 클라우드 환경과는 다르게 안전하게 관리될 수 있도록 하였다.

- 통합관제센터에서는 출입관리 서비스로 현재 직원이나 출입인원이 파악되고, CCTV를 통한 현재 인원 파악으로 각 층의 인원이 어디에 있는지 확인 가능하다.

- 각 층의 센서로 화재 및 붕괴에 대한 감지를 할 수 있어서 건물의 진동, 기울기, 화재 위험도, 연기 농도를 실시간 파악이 가능하다.

- 각 층의 환경 요인인 온도, 습도, 미세먼지 농도, 이산화탄소 농도를통합관제센터에서 실시간으로 확인할 수 있다.

- 이러한 센서 데이터와 CCTV, 출입관리가 한 화면에서 확인할 수 있어서 사전 예방이 가능하다.

- 한 시설물의 화재가 발생한 경우 통합관제센터에서 즉시 확인이 되며, 사전에 정의한 행동요령(SOP)에 따라서 관련 건물과 각 층에 있는 인원을 파악하고 피난경로를 알려 주어 사전에 대형 재난을 막을 수 있도록 설계 되었다.

스마트 공공건물 관리 통합관제센터 예시 - 디지털 트윈 전문기업 셔블 제공

 

스마트 공공건물 관리 통합관제센터 예시 - 디지털 트윈 전문기업 셔블 제공

 

앞으로의 스마트시티는 도시 운영의 효율화,

도시민의 삶의 질 제고뿐만 아니라

스마트시티 산업 생태계 조성을

또 하나의 목표로 설정해야 할 것이다.

이는 도시 운영의 효율화를 위하여 기술개발을 통해

인프라 고도화와 운영을 지원하고,

각 지자체간 관리시스템 통합하고 연계운영관리를

추구하는 것이 바람직하기 때문이다.

시민 삶의 질을 높이기 위해서는

각 지자체의 인프라와 데이터 축적에 대해

적절한 개방을 통해 민간 서비스 발굴 등의

사업을 추진하는 것이 필요하다.

 


 

인용 출처

5G기반 디지털트윈 시설물 관리, Public Design Journal 7월호 , 2020.07

수도권 광역도시 180만시민의 5G디지털트윈 기반 안전관리 및 재난예측 통합플랫폼 실증 및 구축, 서경대학교 외 , 2020.04

디지털 트윈 3D통합관제센터, 셔블, 2020

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