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[기고] GIS는 가장 직관적으로 현실 세계를
디지털로 투영해 줄 수 있는 도구

기사승인 [1394호] 2019.06.12  23:20:00

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- ㈜SPH 김선경 연구소장

GIS 도입으로 효율적인 업무환경 구축
현장 근무자 모든 업무 스마트패드로

최근 유틸리티 산업분야에서 고려해야 할 것은 숙련 된 엔지니어가 감소세이고, 낮은 출산율과 일자리 양극화라고 생각된다. 급격한 산업화와 노후화된 인프라의 증가 추세에 있음도 고려해야 한다.

결과적으로 장애 발생 빈도가 늘고 있으며, 도시화로 인한 인구 밀도가 높아 장애와 사고의 영향도가 과거에 비해 대형화되고 있다. 이런 문제를 줄일 수 있는 대안으로 IoT를 활용한 예방정비 및 데이터 수집, 인공지능을 활용한 데이터 분석, IT관리 효율을 위한 클라우드 컴퓨팅 환경 구축, AR, VR, HR(홀로그램)등을 활용한 교육, 다양한 데이터 분석과 저장을 위한 빅데이터 플랫폼 등의 기술도입을 검토 중이거나 활용 중이다.

그렇다면 도시가스 업계에서 안전관리업무를 위해서 어떻게 정보화 체계를 갖출 수 있을까? 하는 생각을 갖게 된다. 그 중 지면을 통해 소개하고자 하는 기술은 디지털트윈이다. 이미 도시가스 업계에서는 통합시설물관리 시스템 혹은 안전관리시스템의 기본 시스템으로 활용되고 있으며 시설물정보를 GIS데이터화여 관리하고 있다. 최근 국내에는 GIS데이터를 활용한 Smart City 혹은 디지털공간 구축에 집중 하고 있는 추세이다. 우리가 포착해야 할 키워드는 ‘디지털 트윈’이다. 즉, 디지털 트윈은 물리적 자산이나 프로세스를 디지털로 복제(Modeling)한 것으로, 물리적 자산으로부터 생산되는 데이터와 상시 연계되어 있는 살아 있는 시스템이다.

국토연구원의 ‘4차 산업혁명을 견인하는 디지털 트윈 공간 구축전략’자료에서 좀 더 구체화된 모습을 살펴 볼 수 있다.

   
▲ <디지털트윈 개념>

디지털 트윈 혹은 디지털 공간은 공간적으로 국토, 도시, 건물과 같은 범위로 구축되거나 범위를 갖는다. 현실 세계는 정적인 환경과 동적인 환경으로 나뉘며 이런 현실 세계를 가상 세계로 모델링하는 행위를 디지털 공간 구축으로 생각할 수 있다. 정적인 환경의 대표적인 것들은 지형, 강, 건물 및 주택, 도로, 시설물이며 동적인 환경은 사람, 교통, 물류, 바람, 온도 등이 될 것이다. 이런 현실세계의 객체를 가상세계에서 알고리즘, 인공지능, 시뮬레이션, 시각화를 통해 모니터링 하거나 예측하거나 의사결정을 하게 된다. 데이터는 2D, 3D, 속성데이터, 명칭, 지명 등으로 구성될 수 있다. 또한 이 데이터는 모바일, 드론, 위성, 자율 자동차와 같은 디바이스에서 소비되거나 이런 디바이스를 통해 생산될 수 있다.

디지털트윈이 도시 범위로 적용된다면 Smart City이며 대표적으로 교통흐름분석 및 제어, 생활 안전, 에너지소비 및 관리, 환경모니터링 등의 관련 서비스를 제공할 수 있다. 그렇다면 스마트시티에서 GIS를 기본으로 채택하는 이유가 무엇일까? 여러 이유가 있겠지만 GIS는 ‘가장 직관적으로 현실 세계를 디지털로 투영해 줄 수 있는 도구’이기 때문이다. 예를 들어 차량의 위치 속도, CCTV의 위치와 가시권, 건물 별 에너지 소비 현황, 위험물사고와 확산 모델과 같은 정보를 디지털지도상 모두 담을 수 있다.

그렇다면 디지털 트윈을 구축하는 토대는 무엇일까? 정적인 데이터와 동적인 데이터를 동시에 수집, 큐레이션, 분석, 시각화를 할 수 있는 ‘빅데이터플랫폼’을 구축해야 할 것이다. 사람의 이동패턴, 기상정보, 차량의 흐름, 가스 사용량과 같은 동적인 데이터를 수집할 수 있는 기반이 센서, 스마트 폰, 통신, 플랫폼의 진화로 인해 가능해졌다.

최근까지도 빅데이터플랫폼은 정적인 데이터를 수집 및 큐레이션하고 다양한 회귀분석과 같은 분석기법을 활용하여 인사이트를 얻고 의사결정을 하는 비교적 긴 호흡의 작업 절차를 수행해왔다. 데이터분석가나 의사결정자들은 이를 창업을 위한 입지 선정, 도시건설 계획, 치안을 위한 범죄분석과 같은 실행 전략을 세우기 위한 목적으로 활용을 해 왔다. IT기술과 이를 사용하고 운영할 수 있는 인프라 투자가 이뤄 짐에 따라 도시와 같은 광범위한 지역의 데이터와 이 데이터의 조합으로 이뤄진 서비스를 제공할 수 있는 환경이 조성이 된 것이다.

   
▲ <교통 사고 데이터와 초중고 학교 중첩분석>

예를 들어 그림은 3년간의 전국 교통 사고 발생지점 및 사고 유형을 분석한 결과이다. 사고유형 중 중대형 사고, 어린이 교통 사고를 분석하면 학교 주변에서 사고 빈도가 높음을 알 수 있었고 이러한 사고를 예방하기 위한 실행방안으로 학교 주변에 ‘어린이 보행전용구간’과 ‘과속경고표시판’이 만들어 지고 있다. 앞서 말했듯 이런 정적인 정보(3년간의 교통사고 누계치)에 실시간 정보를 수집 하고 분석한다면 좀 더 적극적으로 사고를 미리 예방할 수 있지 않을까? 즉 동적인 정보를 보강하는 것이다. 운영정보 이 사례에서는 차량의 속도, 위치, 방향 등의 정보를 실시간으로 수집하고 활용 할 수 있다면 사고 위험이 높은 지역에 대한 차량 제어, 알람 정보 제공, 집중 단속 수행과 같은 좀 더 완전한 모습의 안전관리 서비스를 이룰 수 있을 것이다. 아래 그림은 1초당 차량 10만대의 운영정보를 수집하고 가시화하는 예이다..

   
▲ <스트림 데이터 가시화 예시>

가스 유틸리티 분야에서는 시설 투자를 위한 타당성평가를 수행, 유지보수 계획과 수행, 사용 요금관리, 시설물에 대한 생애주기 관리, 계절 변화에 대응한 가스 압력의 적절한 유지, 가스 누출과 같은 긴급상황 발생 시 대응과 같은 일련의 절차가 있을 것이다. 디지털트윈의 개념은 갑자기 실현할 수 없으나 방향을 설정하고 하나 하나 만들어 간다면 목표를 이룰 수 있을 것이다.

많은 도시가스 회사에서 계획, 실행, 유지관리, 대응을 위한 다양한 시스템을 갖추고 있으며 그 중 하나인GIS기반 시스템을 구축 및 운영 중이다. 일반적인 서브시스템 구성은 도면조회 시스템, 차량관제시스템, 상황분석시스템, GIS편집관리, 모바일 현장지원 등 이다. 최근 주목할 만한 트렌드는 고도화 된 모바일 현장업무 체계를 구축하고 있다는 것이다. 기존의 모바일기기에서 기본적인 정보를 현장에서 조회 및 입력하는 것에서 탈피하여 현장근무자가 사무실에서 할 수 있는 거의 모든 업무를 스마트패드로 수행 할 수 있도록 구축하고 있다. 현장 근무자는 스마트패드로 일정계획을 수립하고, GIS도면 관리, 공급시설관리, 사용시설 관리, 차단시설분석, 도면 조회, 업무일지관리 업무를 할 수 있으며, 업무 지점까지 카카오네비게이션을 활용하여 최적 경로로 이동할 수 있다.

충남서북부 지역의 미래엔서해에너지는 SuperMap을 활용하여 기존의 노후화 된 시스템을 고도화하고, GIS 담당자만 활용하고 있던 시스템을 전 직원이 활용할 수 있는 환경을 구축했으며, PI(Process Innovation) 결과 시 도출 된 GIS시스템의 목표를 달성했다. 달성 된 결과 중 몇 가지를 소개하려 한다.최근 구축사례를 통해 통합적인 데이터 구축 및 관리, IT트렌드에 부합되는 서비스 아키텍처, Paperless 모바일 업무 환경 구축 경험을 이야기 하려 한다.

 

1. 지도가시화 속도 개선

GIS시스템 대부분은 별다른 최적화 과정을 거치지 않으면 지도가시화 속도가 느린 것은 어쩌면 당연한 결과이다. 그 이유는 지도를 구성하는 배경지도, 배관, 밸브, 정압기와 같은 정보는 이미지 및 단순한 선, 면, 점 정보이나 그 양이 사용자의 예상을 벗어나게 크며, 이 데이터를 조회하고 그리는(Rendering) 컴퓨팅자원이 많이 필요하기 때문이다. 데이터 조회 속도보다는 데이터를 공간화하여 이미지화 하는 시간이 많이 걸리며 최종적으로 사용자 화면에 보여지는 체감속도는 매우 느린 특성을 지녔다. 느린것이 GIS시스템이 가진 본질적인 특성으로 인식하고, 속도를 최대한 빠르게 하는 개발팀과 현업의 공동 노력이 필요하다.

   
▲ <배관 유형별 가시화>

현업의 노력이란 말에 의아할 수 있으나 노력이 필요한 내용은 개발팀에게 자주 변경되는 데이터와 그렇지 않은 데이터를 구분해서 알려 주고, 조회하는 배관의 심도 및 관경 등에 대한 세세한 정의를 해주면, 개발팀은 Pre-Rendering대상과 상세 조회 조건으로 데이터를 작게 만들 수가 있다. 이런 섬세한 데이터 작업과 데이터 업데이트 모듈을 설계하여 시스템을 운영하면 적절한 시스템 성능을 유지 할 수 있다.

 

2. 다양한 공간정보 연계

정부의 적극적인 오픈 데이터 정책으로 인해 공공부문에서 제공하는 다양한 공간정보를 최소 비용으로 다양한 부가 서비스를 만들 수 있다.

위 그림은 정부 및 지자체에서 제공하는 25cm 항공영상, CCTV, 용도지구도, 토지대장정보를 연계한 사례이다.

 

3. 안전관리 분야 외 직원의 시스템 활용

도시가스 사에는 안전관리 업무를 위한 시스템 외에도 다양한 시스템이 운영되고 있어 해당 시스템에서 데이터를 추출하여 가공하거나 연계를 통해 GIS에서 조회 할 수 있게 제공함으로써 사내 시스템 활용도를 높일 수 있었다. 주로 연계 대상이 된 컨텐츠를 사례는 아래 그림과 같다.


 

4. 문제 발생 시 20초이내 긴급상황분석

긴급상황분석은 예상하지 못한 가스시설물에 문제가 발생시에 현장에서 해당 배관과 연결 된 밸브를 찾아내서 조치를 취하는 분석 기능이다. 긴급한 상황이기 때문에 빠르고 정확하게 데이터를 조회하여 분석하고 차단할 밸브를 찾아야 하며, 영향도 분석을 통해 밸브차단으로 인한 영향 범위와 범위 내 수용가를 조회하는 기능으로 구성된다. 이런 기능을 수행을 하기 위해서는 가스의 흐름 분석, 밸브와 배관의 연결성 조회를 수행해야 하며 이를 위한 기초 데이터의 유형은 Network data set으로 구성된다. 가장 큰 특징은 이런 시스템이 C/S Application이 아닌 서비스 방식 아키텍처로 구성하여 모바일 및 웹 환경 즉, 현장과 상황실에서 모두 사용을 할 수 있다는 것이다. 현장 근무자는 스마트패드로 긴급상황분석 업무를 수행하여 좀더 기민하게 상황을 대처할 수 있다.

 

5. 3D시각화를 통한 공간데이터 활용

스마트시티분야에서 자주 논의되고 있는 3D GIS와 조금 다르게 가스회사는 3D화 대상은 지하시설물인 밸브와 배관이 될 것이다. 3D는 가장 경제성을 고려하여 구축해야 한다. 지상 시설물의 3D화는 외부 정보를 최대한 활용하되 회사 관리 대상이 되는 시설물은 3D화 하는 것이 현실적인 3D 시스템의 구축 방향이라 할 수 있다. 배관과 밸브 정보를 표현한 모습은 아래와 같다. 배관정보에는 좌표정보의 깊이 값(Z방향)을 측량 및 준공 심도 기준으로 3D데이터를 가공하게 되는데, 그 데이터의 수가 적기 때문에 Z방향의 보간법을 수행하여 운영 가능한 수준의 정보를 만들 수 있다.

   
▲ <지하 시설물 가시화>

앞서 경제적으로 3D모델링 방법을 제시하였다면, 주요한 고객의 건물, 관리 대상 시설물의 경우 정교한 모델을 만들 필요성이 있을 수 있다. 근래 적용되고 있는 드론 촬영을 통한 건물 3D 모델링 방법으로 서비스를 구축하였다. 구축 상세 절차는 아래와 같다. 드론에서 촬영 된 이미지를 이미지 프로세싱 처리 후 합성한다. 모델 추가 및 텍스처 링, 데이터 최적화 등을 거쳐 3D GIS서비스를 구성한다.

   
▲ <드론을 활용한 데이터 구축과 3D GIS 작업 절차>

드론을 활용한다면 전통적인 3D 모델 제작 대비 많은 비용과 시간의 이점이 있다.

 

6. 편리한 도면 편집 기능

도면 편집 기능은 도시가스회사의 GIS데이터가 만들어 지는 최초의 출발점으로 준공도(CAD) GIS변환 모듈, 데이터 오류 체크, 편리한 편집 기능제공을 기본 목표로 삼아야 한다. 준공도를 One-Click으로 GIS 데이터화할 수 있으며, 데이터 정합성 Check 모듈을 통해 운영 데이터의 신뢰성을 높였다.

   
▲ <편집 시스템 어플리케이션>

 

7. 모바일 관제 시스템

실시간 현장업무처리 현황 및 담당자 업무 현황을 모니터링 하기 위해 구현 된 시스템이다. 여러 차량의 이동경로 정보를 분석하면 예방정비가 필요한 지역을 알아 낼 수 있으며 SMS발송 기능 등을 통해 현장 직원과 사무실 근무 직원과 원활한 소통 채널을 구축 할 수 있다.

   
▲ <현장지원을 위한 스마트패드 기반 관제 화면>

이번에 소개한 내용을 요약하면 유틸리티분야의 숙련된 엔지니어의 감소로 인한 업무 공백을 메우기 위해 4차 산업혁명의 여러 기술들이 검토 되어 도입 되거나 계획 중이다. 이 중 전통적인 GIS의 개념이 확대되고 고도화되어 현실 세계의 정보를 디지털 공간으로 구성하여 다양한 정보를 분석하여 예측 및 시뮬레이션 하기 위한 기본 시스템으로 GIS가 부각 되고 있다. 이는 앞으로 도시가스 회사에도 해당이 될 것이다. 안전관리 혹은 통합시설물관리시스템에 GIS가 도입이 되어 활용되고 있었으며 최신 GIS를 도입하여 효율적인 업무 환경을 구축하고 있다. 다양한 공공정보, 외부 API와 같은 외부정보와 회사 내 생산정보를 결합하여 시스템에서 사용하고 있으며 빠른 시스템 반응속도, 도시가스 업무의 포괄적인 정보조회, 긴급상황분석 업무, 현장근무자에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 스마트 현장업무 환경을 구축할 수 있다.

소개한 시스템에 활용 된 GIS엔진은 SuperMap이다. 글로벌 상용 GIS Package로 모바일, 웹 환경, C/S 지원과 빅데이터 플랫폼, 클라우드 GIS 구축이 가능하다. 다양한 Business Intelligence 솔루션과 연계 하거나 수 많은 Open Source SW 기술을 수용한다. 이런 특징은 도시가스공급과 관리와 같은 본업을 포함하여 부가 사업(자산관리와 같은 영리 활동)을 영위함에 있어 위치기반시스템 및 서비스를 제공할 수 있다. SuperMap은 비즈니스와 IT전략을 일치시킬 수 있는 지속 가능한 GIS플랫폼이다.

가스신문 kgnp@gasnews.com

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