수량, 수질, 생태분야에서 그동안 각각 연구되던 개별적인 요소기술들을 통합하는 한편, AI와 빅데이터 등과 연계한 ‘통합물관리 플랫폼’이 조만간 모습을 드러낸다. 이 플랫폼은 완성도 높은 물관리 일원화를 실현할 수 있는 핵심 퍼즐로 평가받고 있다.
최근 수량과 수질, 수생태계를 종합적으로 고려한 해석과 처방 즉, 제도적으로 이뤄진 통합물관리의 기술적 실현을 위해 다양한 기준을 고려한 최적의 물배분과 사전·사후 영향 평가 기술이 필요하다는 의견이 대두되고 있다.
특히, 정부의 물관리 일원화를 위한 정책이 추진되고 있는 가운데 연속적으로 발생하는 ‘홍수-가뭄으로부터의 안전’, ‘수량-수질-수생태계의 건전성 확보’, ‘평가 기술’ 개발이 시급히 요청되고 있다.
이에 건설기술연구원에서는 통합물관리의 기술적 실현을 위해 ‘통합물관리 플랫폼’(IWRM-K, Integrated Water Resources Management-Korea) 개발에 박차를 가하고 있다.
‘통합물관리 지표’ ‘유역통합 홍수관리’ ‘하천수리환경 분석’ 등
개별적 기술 끌어모아 완성도 높은 ‘물관리 일원화’ 연구 박차
‘통합물관리 지표’ 개발 연구에서는 현재 국내에서 적용하고 있는 통합물관리의 핵심요소를 확인하고, 이 요소를 포함한 물관리가 통합물관리의 측면에서 가져올 수 있는 변화와 효과를 쉽게 표출하고 평가하기 위한 통합물관리 지표를 개발하고 있다.
연구팀은 다양한 지표를 검토하고, 항목을 도출한 후 공공분야를 비롯한 출연연구기관, 대학 등 다양한 분야 전문가들의 검토를 거쳐 통합물관리 지표를 작성, 적용성을 평가하고, 현재 가중치와 항목에 대해 추가적인 적용과 검증을 진행하고 있다.
이와 함께 진행 중인 ‘에너지절감형 물배분 시스템’ 개발 연구는 연구팀이 스스로 질문하고 답하는 과정에서 에너지 사용과 이로 인한 탄소배출량을 인간에 의한 물 이용과 배출이라는 물순환 측면에서 예측·평가가 가능하도록 기존의 물배분 평가시스템을 개선하는 데 초점을 맞추고 있다.
|
▲ 정밀 예측-AI 기반 유역통합 홍수관리 기술 개발 개념도
|
현재 연구팀은 전통적인 물배분 기준인 수요처, 수요량, 공급원 및 공급 가능량, 배분 우선순위, 지역 등에 에너지 사용량을 추가해 다양한 기준에 따라 물 공급을 최적화하고 사용되는 에너지를 평가할 수 있는 물배분 평가·예측시스템을 개발하고 있다.
이처럼 다양한 시나리오를 기반으로 물 상황을 여러 유역과 지역 규모에 적용할 경우 정책과 관리에 따른 결과 예측과 평가가 가능해 질 것으로 기대된다.
유역통합 홍수관리 기술 개발
홍수-가뭄 대응 안전·효율성 확보와 물관리 지속가능성 제고를 목표로 진행 중인 이 연구에서는 다양한 수치기상예측 빅데이터를 활용한 AI 기반의 연속형 예측강수 병합 모형과 함께 지역별 기후변화 영향을 반영한 빅데이터 기반의 이상강우 시나리오 작성기술을 개발하고 있다.
시나리오와 댐 운영 등에 따른 최적의 댐 운영과 홍수기 하류 하천·수문 영향 평가 기술 개발 연구도 포함돼 있다.
세부적으로 살펴보면, ‘AI 기반 고정확도 예측 강우 생산 기술’은 다양한 유역 규모에서의 홍수예보를 위해 예측 시간 증가에 따라 급격히 증가하는 예측 강수의 불확실도를 최소화하기 위한 기술이다.
이 연구에서 개발한 보정 예측 강수량 생산 기술을 지난 2022년 한국을 강타한 태풍 힌남노를 대상으로 적용한 결과, 1일 예측 지속기간 24시간 예측 강수량은 실측 강수량 대비 보정 전 68% 수준에서 첨두부 개선으로 인해 85% 수준까지 정확도가 향상된 것으로 나타났다.
‘빅데이터 기반 이상 강우 시나리오 작성 기술’ 개발 연구에서는 과거 50년간 시간 단위의 강수 앙상블 모의자료와 동일 기간의 실측자료에서 추출한 연 최대치 계열에 분위사상법을 적용, 모의자료의 계통적 오차를 소거할 수 있는 함수를 추정했다.
이후 추정된 함수를 미래 시나리오에 적용, 지구 평균기온 상승에 대응하는 주요 관측지점의 IDF 곡선을 추정했다. 이 기법은 통합물관리 평가를 위한 홍수 시나리오 생산에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
또한, AI 기반 유역 홍수관리 플랫폼 개발과 다양한 형태의 강수 정보 제공을 위해 국내에서 제공되고 있는 지점 강수 자료를 수집, 가공해 격자 강우량을 생산하고 있다.
‘댐 최적 운영 및 이상강우 평가 기술’은 유역통합 홍수관리 효과 향상을 위해 보정 예측 강수와 함께 방대한 실측자료와 기후변화를 고려한 강우-유출 시나리오 기반으로 댐 유입량을 추정하고 이를 기반으로 댐 운영을 통한 댐 저류량 최적화 및 방류로 인한 하류 영향을 최소화하는 기술이다.
연구팀은 예측 강우를 이용한 댐 유입량 산정을 위해 시범유역인 용담댐과 김천부항댐을 대상으로 GRM 분포형 강우-유출 모형을 적용, 유출 시나리오를 작성하는 한편, 댐 유입량에 따른 저수지 여수로 운영을 통한 저류량과 방류량을 산정할 수 있는 ‘저수지운영프로그램’을 선보였다.
한편, 연구팀은 지금까지 개발·구축한 AI 기반 예측 보정 알고리즘과 강우-유출시나리오에 기반한 댐 운영룰 등을 이용해 보다 다양한 경우에 대한 평가에 나설 예정으로, 미래의 극한 호우에 대해서도 운영 안정성을 확보하기 위한 댐 운영 룰 또는 보완 방안을 마련할 계획이다.
하천수리환경 분석기술 개발
이 연구에서는 하천의 하도구간과 홍수터, 수변구간까지를 포함하는 유역 내 광역적 하천 구간을 대상으로 위성영상 및 디지털 정보와 GIS를 활용한 지표피복, 하천식생분포 분류 기술을 개발했다.
또한, 실규모 실증실험과 현장 데이터를 적극 활용한 고정밀, 고정확 하천수리해석 기술도 선보이는 등 자연성 기반 하천환경 종합평가와 자연기반해법의 하천관리가 국내 통합물관리에 적용될 수 있는 틀을 마련했다는 평가를 받고 있다.
특히, 위성영상과 GIS를 이용한 국내 하천의 지표피복분류도 생산기술 개발과 세계 최고 수준의 정확성과 정밀도를 자랑하는 실규모 실험 기반의 하천식생 흐름저항계수 산정 공식 개발도 성공했다.
한편, 이 같은 성과들은 물 분야 상위 SCI 논문으로 게재되며 국제적 신뢰도를 검증받은 것은 물론 국내 하천환경에 적용 가능한 설계 프로세스를 도출할 수 있도록 기본·실시설계를 담당하는 국내 설계사의 실무진들이 활용할 수 있는 계산 알고리즘 개발에도 활용됐다.
인 / 터 / 뷰
이상강우 시나리오 작성기술 등
에너지절감 물배분 시스템 개발
한국건설기술연구원 정일문 수자원하천연구본부장은 “이번 연구는 진정한 통합물관리 실현을 위해 수량과 수질, 나아가 수생태계를 동시에 고려해 평가할 수 있는 기술적 기반 마련이 필요하다는 판단 아래 추진됐다”고 밝혔다.
이 같은 판단 안에는 홍수와 가뭄을 동시에 고려하는 저수지 운영 전략과 함께 홍수기에 효율적으로 수자원을 저류할 수 있는 방안 마련에 대한 고민도 담겨 있다.
현재 연구팀은 통합물관리 플랫폼에 탑재되는 주요 3가지 요소기술인 ‘통합물관리 지표 및 에너지절감형 물배분 시스템 개발’, ‘정밀 예측-AI 기반 유역통합 홍수관리 기술 개발’, ‘디지털 기반 하천수리환경 분석기술 개발’ 연구에 박차를 가하고 있다.
정 본부장은 “세부적으로는 국내 대표유역의 수문성분에 대한 공간분포 산정 연구를 비롯해 물수지 분석과 하천 유지 유량 설정, 수량과 수질을 고려한 통합물관리 지표 개발, 격자형 강수량 산정·보급을 위한 연구에 집중하고 있다”고 소개했다.
또한 “홍수사상에 대한 복기와 저수량의 극대화 연구, 자연기반해법에 의거한 하천환경의 건전화 등 핵심연구에도 노력을 기울이고 있다”고 말했다.
지난 3년간 연구진은 통합물관리의 정도를 평가할 수 있는 통합물관리 지표와 함께 향후 물이용 순환과정에서 배출되는 탄소량 예측을 위한 에너지절감형 물배분 시스템 개발에 성공했다.
다양한 지표 검토항목 도출 후 적용성 평가 추진
또한, 홍수-가뭄 대응 안전·효율성 확보 및 물관리 지속가능성 제고를 위해 다양한 수치기상예측 빅데이터를 활용한 AI 기반의 연속형 예측 강수 병합 모형과 지역별 기후변화 영향을 반영한 빅데이터 기반의 이상강우 시나리오 작성기술도 함께 선보여 눈길을 끈다.
한편, 정 본부장은 향후 활용 방안에 대해 “연구팀은 다양한 지표 검토와 항목을 도출한 후 전문가들의 검토를 거쳐 김천부항댐 유역에 대한 통합물관리 지표를 작성하고, 적용성을 평가했다”고 밝혔다.
향후 낙동강에 대해 각 가중치를 동일하게 설정하고, 평가를 진행할 경우 갈수기와 풍수기 낙동강 권역의 물 관련 상황을 지역별로 쉽게 평가하고, 확인할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
정 본부장은 “이번 연구의 핵심기술들을 적용할 경우 향후 수자원계획과 정책 적용의 결과를 미리 예측할 수 있어 효율적인 의사결정에도 기여할 것”이라고 전망했다.
㈜헤르메시스
완벽한 물관리 일원화 실현에 방점을 찍어 줄 ‘통합물관리기술(IWRM-K) 정보 융합 플랫폼’이 완성단계에 접어들고 있는 가운데 시공간 데이터 및 시스템 분야에서 특화된 기술력을 인정받고 있는 (주)헤르메시스가 참여, 완성도를 한껏 끌어올리고 있어 이목을 집중시키고 있다.
시공간 데이터 분야 ‘독보적’ (주)헤르메시스 연구 참여 도움
유관기관 자료 수집 ‘체계화’ 등 연구결과 저장 환경구축 목표
이 시스템 구축을 위해서는 분석 연구에 활용할 수 있는 다양한 데이터 확보는 물론 분석을 통해 도출된 결과 데이터의 체계적인 관리, 자료 표준화·규격화, 그에 따른 통합 데이터베이스의 설계·구축이 필수적인 것으로 알려져 있다.
특히, 구축된 대량의 자료에 통합적인 접근을 지원하고, 현재 건설기술연구원에서 개발한 통합수자원관리 평가지표를 가시화하는 등 데이터 제공과 접근이 편리한 융합플랫폼 필요성이 대두되고 있다.
이에 ㈜헤르메시스에서는 대량의 데이터 수신부터 처리, 관리는 물론 이를 표현할 수 있는 ‘통합물관리를 위한 모형의 입출력 데이터 융합 플랫폼 구축’ 연구를 수행하고 있다.
연구내용
이 연구는 통합물관리 제반 모형에 필요한 유관기관의 자료 수집·저장과 함께 이를 체계화해 통합물관리를 위한 각종 생산자료를 저장·표출할 수 있는 정보제공시스템 개발과 함께 각 세부 과제에서 도출된 연구결과의 저장 환경 구축을 목표로 진행되고 있다.
연차별로 살펴보면, 1차년도 연구에서는 필요 DB 목록 작성과 DB 주체 및 정보 제공 시스템 분석을 목표로, 각 세부별 데이터 요구사항 분석을 비롯해 기본 샘플 데이터 확보와 통합 DB 설계를 위한 데이터의 규격화·표준화 방안을 모색하고, 데이터 변환(ETL) 방안에 대한 검토와 적용이 이뤄졌다.
또한, 필요한 데이터 입수 경로와 ftp, http 등 연동 프로토콜을 파악하는 한편, 자료 간 교환 프로세스 설계와 필요 DB 목록 작성, 통합데이터베이스 스키마와 테이블 설계를 진행하고, 통합데이터베이스를 시범 구축했다.
통합 DB 구축·운영 계획 수립을 목표로 진행된 2차년도에서는 통합물관리 제반 모형에 필요한 유관기관 자료의 수집·저장과 함께 각 세부 과제에서 도출된 연구결과와 각종 생산자료 적재, 통합데이터베이스 운영 계획 수립 등의 연구를 수행했다.
또한, 플랫폼을 위한 최적의 아키텍처와 클라우드 인프라 적용 방안에 대한 검토와 함께 데이터 Visualization 최적 기법 연구도 병행했다.
이 과정에서 통합 DB 데이터 조회·제공을 위한 DB 운영 파일럿 시스템을 선보였다.
현재 진행 중인 3차년도 연구에서는 통합정보시스템 구축을 목표로, 수집데이터와 자체 생성데이터에 대한 메타데이터 구축 연구를 비롯해 플랫폼 구축을 위한 클라우드 인프라 적용, IWRM-K 융합플랫폼 서비스와 유지관리를 위한 계획을 수립해 나가고 있다.
㈜헤르메시스는...
지난 2010년 첫발을 내딛은 (주)헤르메시스는 설립 이래 독보적인 기술력을 기반으로 GIS 소프트웨어와 시공간정보 분석 도구 개발은 물론 클라우드 기반의 공간정보 빅데이터 서비스, 도시계획, 적지분석 등의 사업을 수행하고 있다.
특히, 기후·환경 및 수자원 분야에서도 공간정보 시스템 구축 사업을 성공적으로 수행하며 기술중심형 강소기업으로 이름을 알리고 있다.
특히, ‘최상의 서비스 제공’을 목표로, 공간정보처리 기술 첨단화에 적극 나서는 한편, 기업과 개인 고객 맞춤형 위치 기반 정보서비스, 보다 진보적인 제품 판매와 유지보수정책 수립, 진정한 고객 중심의 프로젝트 수행·관리 방법 등을 확립해 나가고 있다.
(주)헤르메시스의 앞선 기술력은 고객들에게 제공하는 솔루션에 고스란히 담겨 있다.
현재 공간지리정보기술의 진화와 함께 GIS 시장의 요구가 늘어나고 있는 가운데 이에 부응하기 위해 다양한 분야에서 관련 업무의 특성을 파악하고, 해당 분야의 전문성에 부합하는 최적의 솔루션을 개발, 공급하고 있다.
대표적인 솔루션으로는 ‘UF to Raster On Azure Cloud’와 ‘Raster, Vector 자료 처리, OGC 서비스 모듈’, ‘블록 기반 적지분석 서비스 모듈’, ‘WaterGIS Drainage’, ‘선형 기반 적지 분석 어플리케이션’ 등이 있다.
이외에도 도로명 주소 안내시스템을 비롯해 수자원 GIS S/W(HyGIS), 기상청 동네 예보-자료처리기술, ITS 소통(센서)정보, GIS 처리 기술, WMS 기반의 WEB 상권분석 시스템, 오픈 API를 활용한 RS영상데이터(Layer) 활용 기술도 눈여겨 볼만 하다.
또한, HermeSys/WMS 기반의 확률강우량도 활용 시스템을 비롯해 새주소 데이터 현장관리와 위치안내 시스템, 지오태깅 시스템, KICT 웹 기반 홍수량 평가시스템, QGIS-GRM 분포형 강우유출모형 등 다양한 연구개발에도 참여하며, 기술력을 입증하고 있다.
한편, 헤르메시스는 ‘서비스 분야’에서도 남다른 기술력을 보여주고 있다. 현재 엑셀파일로 보유하고 있는 경도, 위도, 강우량 등의 정보를 포인트 타입의 공간정보로 구성하거나 격자로 그리딩해 제공하고 있다.
특히, 건설기술연구원을 비롯해 수자원공사, 국립재난안전연구원, 성균관대학교, NASA에 이르기까지 높은 전문성을 보유한 전문기관의 데이터 가공에도 참여하며 성공적인 비즈니스 파트너로 인정받고 있다.
인 / 터 / 뷰
하나의 웹에서 연구 내용 접근
싱글 엑세스 포인트 구비 ‘박차’
㈜헤르메시스 김순연 대표는 “국내 최고 수준의 연구 역량을 보유한 건설기술연구원과 오랜 기간 시너지 효과를 거둘 수 있는 공동융합연구를 진행해 왔다”며, “특히, 지난 2014년에는 건설연의 물분야 분석기술인 ‘HyGIS’에 대한 라이센스를 부여받으며 기술력을 인정받고 있다”고 말했다.
같은 해 건설연과 ‘수자원 관리 융복합’ 분야의 ‘기술교류회&패밀리기업’으로 위촉받으며 더욱 우호적인 협력 관계를 마련했다.
이어 “특히, 지난 2018년부터 3년간 진행한 ‘설계 홍수량 평가시스템 개발’ 프로젝트를 통해 호흡을 맞춘 정일문 박사팀과 함께 탁월한 성과를 도출했던 경험은 이번 연구에 참여하는 데 큰 동기가 됐다”고 밝혔다.
현재 헤르메시스에서는 각 조직의 연구내용을 하나의 웹사이트에서 접근할 수 있도록 싱글 엑세스 포인트 구비에 박차를 가하고 있다.
김 대표는 “싱글 엑세스 포인트 구비를 위해서는 벡터와 래스터 공간정보 타입 간 변환은 물론 SHP, XLS, ASC 등의 포맷, 다양한 좌표참조체계(SRS)와 시공간 해상도 데이터의 트랜스폼이 요구된다”고 설명했다.
이어 “이에 헤르메시스에서는 시공간 데이터베이스를 기본으로 하는 백엔드부터 미들웨어, 웹티어, 최종 사용자를 위한 클라이언트 사이드 개발 연구를 진행하고 있다”고 소개했다.
김 대표는 향후 활용 방안에 대해 “현재 프라이빗 클라우드에서 구동되고 있는 성과물들은 향후 활용 양상에 따라 보다 많은 사용자가 집중되거나 또는 GPU 등 병렬 계산을 위한 컴퓨팅 파워가 요구되는 경우 퍼브릭 클라우드로 마이그레이션이 가능하고, 무제한의 리소스로 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.
시공간정보 전문기술 지속 확보 ‘소신’
김 대표는 “헤르메시스는 시공간정보 전문기업으로, 협업기관의 시공간 빅데이터를 대상으로 데이터 트랜스폼 또는 이를 자동화하는 데이터 파이프라인과 이를 분석하는 노드, 가시화하는 시공간 디스플레이를 담당하고 있다”고 소개했다.
헤르메시스는 지난 2011년부터 다양한 기술을 사용하며, 마이크로소프트로부터 전문성을 인증받은 것은 물론 2022년에는 한국지능정보사회진흥원으로부터 데이터 분야의 DNA 혁신기업으로도 지정받은 바 있다.
김 대표는 “작은 기업이지만, 고객들이 믿고 의뢰하는 이유는 기술적으로 임무를 성공적으로 완수할 것이라는 신뢰에 바탕을 두고 있다고 생각한다”며, “이 같은 신뢰에 답하는 방법은 지속적인 기술 확보와 인재 유지가 필수적인 만큼 앞으로도 기술 개발에 적극 나서겠다”고 밝혔다.
