스마트시티의
안전을 위한 기술
글.민경석 남서울대학교 건축공학과 교수
“도시는 인간의 희망과 꿈이 현실로 이루어지는 곳”이라는 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스의 말은 여전히 유효하다. 진화와 인류 문명 발달에 따라 인간은 언제나 새로운 희망과 꿈을 품어 왔고, 도시 역시 그에 호응하기 위해 발전을 거듭해 왔다. 특히, 인류가 빚어낸 시대인 ‘인류세’가 도래한 지금, 도시는 스마트시티라는 새로운 개념으로 변화 중이다.
스마트 기술이 탄생시킨 새로운 개념의 도시
도시는 역사적으로 인간의 기본적인 생명을 안전하게 영위할 수 있는 1차 기능을 충족시키는 토대 위에 삶의 질을 결정하는 경제, 사회, 문화, 환경 등 2차 기능을 구축하며 발달해 왔다. 4차 산업혁명시대에 접어들면서 등장한 스마트기술은 스마트시티라는 새로운 개념의 도시를 탄생시켰고, 이를 통해 스마트시티 속 도시민들의 삶의 패턴을 새로운 방향으로 변화시키고 있다. 이와 같은 현상은 국내외에서 스마트시티에 대한 다양한 연구개발을 진행시키고 있으나, 각 주요 국가별 스마트시티에 관한 기본적 정의를 살펴보면 다양한 스마트 기술적 요소의 결합을 통한 생활의 편리성과 기능성 향상에 집중됨으로 오히려 인간의 기본적인 생명을 안전하게 영위할 수 있는 도시의 기본적 기능은 상대적으로 약화되는 실정이다. 이에 안전한 스마트시티를 효과적으로 발전시키기 위해서 다양한 스마트기술이 효과적으로 활용되는 방안이 절대적으로 필요하다.
빅데이터부터 드론까지, 안전한 생활을 지키다
스마트시티를 구성하는 교통, 의료, 환경, 자연 및 방범은 매우 중요한 요소로 안전한 스마트시티를 만들기 위해서는 이에 대한 스마트 기술의 효과적인 활용 방안이 필요하다. 이를 위해 「스마트시티의 안전성을 확보한다」라는 수행 목표를 세운 후 건설현장 안전관리 실무 경험 담당자를 대상으로 브레인스토밍 방식을 도입해 의견을 구했다. [그림 1]은 그 결과를 바탕으로 스마트시티의 교통, 의료, 환경, 자연 및 방범분야에 대한 스마트기술의 활용 방안을 도출한 것이다.
그림 1. 스마트시티의 안전성 향상을 위한 스마트 기술 적용방안 구상모델
출처 : 국토교통부 제3차 스마트시티 종합계획(2019-2023)
교통분야 교통상황 및 패턴 수집
빅데이터는 도로에 설치된 교통카메라 및 각종 센서를 통해 교통량, 통행속도, 차량 종류 등에 대한 다양한 정보를 수집할 수 있다. 또한 각종 차량에 설치된 GPS(Global Positioning System), GIS 및 스마트 폰에 설치된 다양한 애플리케이션을 통해 방대하게 수집되고 있다.
드론은 실시간으로 교통정보를 모니터링 할 수 있고, 이를 통해 교통상황은 물론 도로, 교량 등의 각종 교통 인프라 시설에 대한 면밀한 조사관리가 가능하다.
IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 기술은 각종 다양한 센서 및 모니터링 기술의 발전으로 인해 교통분야 안전성 확보에 밀접하게 활용되고 있고, 특히 차량은 물론 도로, 신호기기 등에 센서를 부착하여 실시간으로 교통정보를 수집, 모니터링 할 수 있다. 또한 IoT를 통해 수집된 정보는 교통패턴(Traffic Pattern)을 통한 예측모델의 설정이 가능함으로 스마트시티의 안전성 확보를 위한 최적화 방안을 수립할 수 있다.
의료분야 환자 건강과 의료 안전성 향상
로봇자동화는 의료로봇 기술을 의료현장에 적용해 원격 시스템으로 환자 진료와 수술은 물론 환자의 건강관리, 처방 및 약품배송 등을 위해 활용하며 의료 안전성을 확보할 수 있다. 또한 도시 내 건강관리를 위한 의료 로봇자동화 시스템을 배치하여 도시민의 상시적인 건강 체크 및 관리가 가능할 뿐만 아니라 응급상황 시 즉각적으로 조치할 수 있다. 여기에 로봇자동화를 통해 축적된 데이터는 도시 내 발생할 수 있는 감염병에 대한 예측 모델(Predictive Modeling)을 설정하여 대응할 수 있게 도우며 스마트시티의 안전성을 높인다.
드론 기술은 앞서 언급한 로봇자동화 기술에 기동성을 더하여 관리 영역을 크게 넓힌 개념으로 접근할 수 있다. 드론을 이용하여 환자의 이동과 의료용품, 의약품을 배송할 수 있고 상황에 따라 의료진이 이동하여 신속한 의료서비스를 제공할 수 있게 한다. 드론에 신체 건강 스캔 분석기(Body Composition Analyzer)를 탑재하면 스마트시티 내 시민들의 건강 상태를 주기적으로 모니터링 할 수 있고, 환경 스캔기(Environmental Scanning)를 활용하여 스마트시티 내의 대기질, 온도, 습도 등의 환경조건을 습득하여 환경데이터 분석을 통해 도시 내 공중보건 문제에 대응할 수 있으므로 안전성을 확보할 수 있다.
3D프린팅은 다양한 재료 및 제작 기술의 발달로 의료분야에 높은 영향을 미치는 기술로 이를 활용하여 환자에게 필요한 의료기구, 보조기기 및 각종 인공 신체를 제작할 수 있다. 특히 3D프린팅 기술은 응급상황 시 환자 발생지역에서 긴급하게 의료기구 및 각종 필요 도구를 제작할 수 있으므로 환자에 대한 진료영역을 확대할 수 있다. 또한 기존 다양한 의료모형 및 교육도구를 제작함으로 효과적인 의료전문가 교육에 기여함으로 보다 폭 넓게 스마트시티의 의료분야에서의 안전성을 확보할 수 있다.
드론 기술은 로봇자동화 기술에 기동성을 더하여 관리 영역을 크게 넓힌 개념으로 접근할 수 있다. 드론을 이용하여 환자의 이동과 의료용품, 의약품을 배송할 수 있고 상황에 따라 의료진이 이동하여 신속한 의료서비스를 제공할 수 있게 한다. 드론에 신체 건강 스캔 분석기(Body Composition Analyzer)를 탑재하면 스마트시티 내 시민들의 건강상태를 주기적으로 모니터링 할 수도 있다.
생활환경분야 환경문제 발생 장소 및 요인 예측
드론은 기본적으로 스마트시티 내 수질, 대기 및 각종 환경요소에 대한 실시간 모니터링을 통해 발생할 수 있는 문제에 신속하게 대응할 수 있게 한다. 특히 환경문제가 발생할 수 있는 위험발생 장소에 밀접하게 접근이 가능함으로 신뢰성 높은 데이터의 수집은 물론 안전성 증진에도 크게 기여할 수 있다.
IoT 기술은 다양한 센서 및 모니터링 장비를 통해 스마트시티의 환경데이터를 실시간으로 수집, 분석함으로 수질, 대기 및 소음진동관리 요소에 대한 효율적인 대응 방안을 수립할 수 있다. 특히 환경요소에 특화된 IoT 환경모니터링 기술은 스마트시티 내 건물, 차량 및 각종 인프라 시설에 설치하여 실시간으로 데이터를 수집, 이를 근거로 시민을 위한 최적의 환경을 제공하는 기준을 수립함으로 환경적으로 안전한 스마트시티를 구축할 수 있다. 또한 향후 스마트시티 환경분야 안전성 확보를 위한 IoT를 효과적으로 활용하기 위하여 도시 기술 인프라와의 협업을 강화할 수 있는 법제적 지원이 수반되어야 한다.
로봇자동화 기술은 도시 내 수질모니터링, 하수처리와 정수 시스템, 실시간 수질분석 및 오염원 발생 시 즉각적인 경보, 오염 처리부분에 적용하여 수질관리에 활용이 가능하다. 또한 로봇들의 스마트시티 내 환경데이터 수집을 위한 적정한 장소에 분포시켜 대기 중 미세먼지, CO2 농도 및 각종 유해물질 등을 효과적으로 측정, 모니터링 및 경고 시스템을 가능하게 하여 대기관리 요소에 적용이 가능하며, 도시에서 발생하고 있는 다양한 소음진동 발생 요소에 대하여 감시, 제어가 가능한 로봇을 배치함으로 소음진동 관리에도 효과를 기대할 수 있다.
자연분야 자연재해 대응
드론은 풍수해 관리를 위해서 영상, 열화상 이미지, LiDAR(Light Detection And Ransing) 스캔, 레이터 및 센서 데이터 수집이 가능한 기기를 부착하여 스마트시티에서 발생 가능한 풍수해에 대한 대응이 가능함으로 안전성을 확보할 수 있다. 또한 드론을 통해 한파 및 열사 요소를 관리하기 위해 기온, 습도, 바람 및 각종 자연환경적 데이터를 습득하여 안전성 확보를 위한 재난대비 시스템을 수립할 수 있고, 드론을 지진 조기 경보 시스템(Earthquake Early Warning System, EEWS)과의 연계를 통해 스마트시티의 건물, 교량, 터널 및 도로 등의 주요시설에 대하여 지속적인 지진 감시 모니터링이 가능하게 할 수 있다.
IoT 기술은 풍수해로부터 안전한 도시를 구축하기 위하여 하천, 강, 호수 및 댐 등의 홍수에 직접적으로 영향을 주는 장소와 시설에 IoT 센서를 설치하여 실시간 감시 및 즉각적인 경보시스템을 운영할 수 있다. 또한 IoT의 다양한 기능별 센서를 스마트시티 내 주택, 건물 및 각종 인프라 시설에 설치하여 자연환경의 변화 추이를 측정하고, IoT 센서를 자연환경 변화 감지를 위한 중앙 시스템에 연계하여 통합된 안전관리를 수행할 수 있으며, 지진감시 IoT 센서 네트워크를 통해 스마트시티 내 인프라를 보호하고 시민들의 경보 및 안전 유도 시스템에 적극 활용할 수 있다.
BIM(Building Information Modeling) 기술의 경우 스마트시티 내 자연환경은 물론 건물, 도로 및 각종 인프라 시설을 3D모델로 구축할 수 있어 풍수해, 한파 및 열사 및 지진에 대한 대응계획을 수립하게 한다. 특히 BIM을 통해 구축된 3D모델은 자연재해로부터 취약한 지점 및 지역을 신속하고 효과적으로 식별할 수 있음으로 이에 대한 긴급대응 및 비상계획을 구축할 수 있는 장점을 가지고 있다. 빅데이터 기술은 자연환경으로부터 스마트시티를 안전하게 보호하기 위하여 관련 데이터를 수집하고 통합하여 이를 기반으로 빅데이터 플랫폼을 구축이 가능함으로 이에 따른 의사 기반 결정 과정을 수립, 스마트시티 내 안전한 인프라를 개선하고 강화하는 도구로 활용할 수 있다.
빅데이터는 도로에 설치된 교통카메라 및 각종센서를 통해 교통량, 통행속도, 차량 종류 등에 대한 다양한 정보를 수집할 수 있다. 또한 각종 차량에 설치된 GPS(Global Positioning System), 지리정보를 위한 GIS(Geographic Information System) 및 스마트 폰에 설치된 다양한 애플리케이션을 통해 방대하게 수집되고 있다.
방범분야 강력범죄 예방 및 범죄자 관리 등
드론은 도시 내 발생하는 강력범죄에 대응하기 위하여 위험지역에 설치된 소리, 열, 광학센서 등의 이상신호 발생 시 즉각적인 감지가 가능함으로 범죄 발생 시 관할 경찰서에 경보를 전달해 줌으로 긴급상황에 대비할 수 있다. 또한 드론은 현재 전자발찌에 국한되고 있는 범죄자 관리에 대하여 안면인식, 실시간 동선 감시 및 도주에 대비한 추적 시스템 등과 같은 폭 넓은 기술을 통하여 안전한 스마트시티를 유지할 수 있다. 특히 드론은 경찰은 물론 기타 유관기관 간의 협업을 유지할 수 있는 물리적 매개체로 활용할 수 있다.
IoT 기술은 현재 일반적인 CCTV가 발전된 지능형 CCTV의 개발로 시민들의 안면인식과 차량의 번호판 인식이 더욱 강화되고 사물에 대한 추적 기능이 확대됨으로 범죄 예방 및 관리가 강화될 수 있다. 또한 다양해진 IoT 기술에 의한 데이터 수집은 범죄발생 예측이 강화되고, 범죄자의 행동패턴에 대한 예측 가능한 모델을 구축할 수 있음으로 범죄자 관리에 효과적으로 활용할 수 있다. 특히 IoT 센서기술의 발전은 음성인식 영역까지 가능해짐으로 범죄예방을 위한 다양한 관리가 가능해 질 전망이다.
로봇자동화 기술은 스마트시티의 안전성을 확보하기 위해 도시 로봇 경찰 및 경비원과 같은 로봇시스템을 주요시설에 배치하여 24시간 순찰 및 감시가 가능하도록 할 수 있다. 또한 AI기반으로 제작된 로봇자동화 기술은 드론 및 IoT와 같은 다른 기술과의 협업이 가능함으로 스마트시티의 방범분야에서 보다 효과적인 안전성을 기대할 수 있다.
아리스토텔레스는 “도시는 인간의 희망과 꿈이 현실로 이루어지는 곳”이라고 말했다. 하지만 인간의 희망과 꿈이 실현되기 위해서는 도시민의 안전한 삶이 우선적으로 보장되어야 한다. 현 시대에 살고 있는 우리에게 스마트한 도시에서 희망과 꿈을 실현시킬 수 있는 가장 최우선의 방안이 스마트기술임은 분명하다.
