인공지능, IoT, 디지털트윈 등 적용한 재난 대응체계 고도화
[공학저널 전찬민 기자] 최근 국지성 집중호우 등 이상기후가 나타나면서 매년 홍수와 침수피해가 발생돼 인명과 재산 피해가 가중되고 있다. 이에 정부에서도 디지털 기술을 활용한 홍수 경보 체계 고도화, 침수예방 기술 개발 등 디지털 종합 예방·대응 체계를 고도화해 국민 안전을 강화할 수 있도록 적극 나서고 있다.
매년 반복되고 있는 침수 피해를 선제적으로 대응하기 위해서는 하천 범람과 도심침수 관련 정보를 실시간으로 생산하고 홍수와 침수 피해를 예측해 지자체의 도시방재에 실질적 도움을 줄 수 있는 체계적인 홍수 예측 대응 프로세스 구축·운영의 필요성이 강조되고 있다.
이에 따라 빅데이터, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등 첨단기술을 활용한 재난안전 기술 개발과 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 최근 AIoT 기술을 활용한 도시홍수 예측 대응 시스템이 개발돼 주목을 받고 있다. 이 기술을 개발한 주인공이 바로 스마트 물환경 기술 선도 기업 ㈜헥코리아다.
헥코리아는 지난 4월 과학기술정보통신부와 정보통신산업진흥원에서 진행하는 ‘2023년 디지털 안전 선도모델 개발·실증’사업의 재난안전-도심침수 분야에 참여기관 ㈜스파이어테크놀로지와 수요기관 안양시와 함께 컨소시엄을 구성해 현재 ‘AIoT 기반 도시홍수 예측 대응 시스템 개발 및 실증’ 사업을 수행하고 있다. 이 실증사업은 오는 12월 31일 준공 예정이며, 현재 안양시의 테스트베드를 대상으로 실증·운영을 위한 마무리 작업이 진행되고 있다.
IoT 기반 도시홍수 예측 대응 시스템 개발 및 실증 사업은 ▲ AI 기반 하천 및 도시침수 예측 모형 개발 및 적용, ▲ 노면 및 우수관거 내 실시간 수위 계측 장비 개발 및 실시간 정보 제공, ▲ 디지털트윈 기반 도심 홍수 예측 관제시스템 개발 등 세 가지 기술로 구성됐다.
AI 기반 하천 및 도시침수 예측 모델개발의 하천수위 예측 모형은 안양시 주변의 강우자료와 수위자료를 수집하고 GRU(Gated Recurrent Unit)와 ANN(Artificial Neural Network)을 결합한 AI 학습모델을 개발 구축해 하천수위를 실시간 예측할 수 있다. 도시침수 예측 모형의 경우, 대상지역의 침수예측을 위해 강우-하천기점수위별 총 864 case에 대한 침수 모델링을 구축하고 시뮬레이션된 자료를 ANN과 CNN을 결합한 딥러닝 AI 학습모델을 통해 임의의 강우 사상에 대한 내수침수면적과 침수심을 실시간으로 예측이 가능하다는 것이 특징이다.
이번 사업의 연구책임자를 맡고 있는 헥코리아 김문모 사장(사진)은 “AI 학습모델을 이용한 도시침수 예측 기술은 기존의 모델링 기반 연구과 달리 예측강우와 수위자료를 활용해 시나리오별 침수발생예상도를 학습시켰다”며 “이를 통해 침수면적과 침수심의 정확도를 MAPE(평균 절대 비율 오차, Mean Absolute Percentage Error) 기준으로 80% 이상 달성했고, KOLAS(한국인증기구)를 통해 모델에 대한 품질을 검증받았다”고 말했다.
노면 및 우수관거 내 실시간 수위 계측장비의 개발 및 설치는 노면 침수 예측을 위한 접점식 지표면수위계, 맨홀수위계와 빗물받이로 구성돼 안양시 관내 대상지역에 지표면수위계 30개, 맨홀수위계 9개, 빗물받이센서 17개를 설치·운영하고 있다. 또한, 접점식 지표면수위계는 신뢰성시험과 전자파적합성시험을 통해 성능과 적합성을 검증 받았으며, 침수발생시에만 전력이 구동돼 전력의 소모가 낮아 유지관리가 용이하다는 것이 가장 큰 장점이다.
특히, 이번 사업을 통해 구축된 기술은 디지털트윈 기반 도심홍수 예측 관제시스템에서 실시간 모니터링(강우, 하천수위, 내수수위 등), 시나리오별 침수예측 시뮬레이션, AI 기반 하천 및 도시침수 예측정보가 융합적으로 제공된다. 이와 더불어 하천수위 상승에 따른 예측정보를 기반으로 홍수 시 하천으로 진입하는 시민들의 보행을 통제할 수 있는 차단게이트를 제어할 수 있어 의사결정 지원과 능동대응 연계 서비스로 시민의 안전까지도 도모할 수 있을 것으로 예상된다.
현재 헥코리아 컨소시엄은 개발된 기술을 해외 사업화하기 위해 미국의 CCS(CLEAR CREEK SOLUTIONS), 일본 STIJAPAN과 MOU를 체결해 솔루션에 대한 기술전파와 해외적용을 함께하고자 힘을 모았다. 또한, 안양시는 디지털 안전 선도모델 실증 결과물을 적용하여 ‘2030 침수예방 마스터 플랜’을 수립하고, 2030년까지 984억원을 투입해 홍수 예방 체계를 구축할 계획이다.
김 사장은 “이번 사업을 통해 개발된 ‘AIoT 기반 도시홍수 예측 대응 시스템’은 인공지능, IoT, 디지털트윈 등 다양한 디지털 기술을 적용한 재난 대응체계 고도화 기술”이라며, “이 기술을 통해 홍수와 도심침수 재난발생을 선제적으로 대처해 인명 피해 예방, 재산 피해 예방 등 디지털 재난안전 분야의 기후문제 대응 솔루션으로 활용될 수 있을 것으로 예상되고 있다”고 말했다.
