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[새통사 지식공유] 새통사 100회, IDX의 시작 '땅 속 세상'

글 정리 : 이순석 ETRI 커뮤니케이션전략부장
ETRI(한국전자통신연구원·원장 이상훈)에서는 일주일에 한 번 자발적 학습 커뮤니티인 새통사(새로운 통찰을 생각하는 사람들)가 열립니다. ETRI 연구자들이 일반 국민과 선후배 연구자들을 대상으로 새로운 디지털혁명에 과감하게 도전하는 기술들을 탐색하고 고민해 주제발표하는 자리입니다. 새통사에서 나온 이야기들을 가감없이 전달드리고자 참가자들이 직접 정리한 내용을 공유합니다. 미래 우리에게 다가올 새로운 기술은 무엇이며, 이를 대비하는 연구원들의 자세와 각오는 어떠한지 글로 만나보세요. [편집자주]

이번 새통사 모임은 지난 2015년 1월 20일에 첫 모임을 시작한 이후, 100회를 맞이하는 뜻깊은 날이었다. 왜 100이라는 숫자가 특별한 의미를 지니는지를 우경 강영순 선비께서 여쭈었더니, 갓난아기가 태어나 100일째 되는 날에 골격의 틀을 완성한 된다고 해서, 100이라는 숫자가 주는 의미는 특별한 것이라 한다. 

후배들이 뜻을 세우지 못하고 있는 모습을 안타까워 하던 한기철 (전)소장의 호통으로 시작된 새통사에 안치득 소장, 하원규 박사, 성단근 교수가 나머지 기둥이 되어 주고, 많은 분이 물심양면으로 도와주면서 새통사는 이렇게 뼈를 완성하는 시간에 도달한 것 같다. 

아낌없이 당신들이 생각을 쏟아 내주신 연사들과 경제적인 지원을 아끼지 않으셨던 여러 사업책임자분, 새통사를 모양새 있게 다듬어 주신 커뮤니케이션전략부원들, 그리고 무엇보다도 소중한 새통사의 고정멤버들의 뜨거운 애정과 열렬한 참여와 나눔의 정신이 없었다면, 오늘은 불가능했다. 간사로서 새통사를 대표해 진심으로 다시 한번 감사를 드린다.

100회 모임에는 숫자가 주는 특별함에 걸맞게 이인환 UGS (Under Ground Safety) 융합연구단장이 우리의 평소 관심 밖에 존재하는 땅속 세상을 소개해 주면서, 인간들의 편의 때문에 인간들이 만들어 놓고 볼 수 없었던 무질서의 세상을 밝은 곳으로 연결해 우리의 인식범위 안으로 끌어들이는 멋진 모습을 접할 수 있는 시간을 마련해 줬다.

◆ 우리는 매주 우리 자신을 장례 지낸다

사람들은 누구나 가지고 있는 각자의 기억들과 그 기억들의 관계도를 가지고 있다. 그로부터 세상의 소리를 듣고 세상을 본다. 그래서 세상은 곧 자신의 상태라는 말이 있다. 확고한 자신의 상태가 존재한다는 것은 자신의 색안경이 두껍다는 말과 상통한다. 자신이 좋아하고 싫어하는 것을 분류하는 필터들을 가지고 있다. 필터가 촘촘하면 할수록 외부의 자극이 내 속으로 들어오기는 힘들어진다. 역설적이 되게도 외부 자극의 진입이 어려우면 어려울수록 자신의 상태에 대한 변화를 일으키기 점점 어려워진다. 

반대로, 자신의 필터를 제거하게 되면 외부의 자극이 온전히 자신의 속으로 들어와 자신의 상태와 화학반응을 일으키며 순식간에 기억들과 기억들의 관계도를 새롭게 갱신한다. 과거의 나(我)가 새로운 나(吾)로 바뀌게 된다. 간사는 이러한 과정을 오상아(吾喪我, 장자의 제물론)라고 부른다.

새통사는 매주 참석하는 모든 참여자가 '오상아의 시간'을 경험하며, 궁금증과 호기심을 작동해 통찰력을 발휘할 수 있는 시간을 경험하길 원한다. 나를 깨고 나를 비우지 않으면, 결국 나를 새롭게 만들 수 없음을 깨닫는 것이 제일 먼저다. 그중 제일 먼저 변화가 오는 것이 예민함이다. 예민함이 생기면 과거에는 느끼지 못했던 외부의 자극을 민감하게 느낄 수 있게 된다. 

예전에는 느끼지 못했던 것들이 나의 감각에 걸리면서 '이 뭐꼬?'라는 질문이 자연스럽게 일어난다. 궁금증과 호기심을 불러일으킨다. 궁금증과 호기심의 발로는 우리의 의지다. 우리의 의지의 작동은 생각과 행동을 불러일으킨다. 타자의 말과 생각에 집중할 수 있게 해준다. 타자의 뜻을 알고 싶은 호기심이 발동하며 질문을 만들고 말을 만든다.

새통사에 참석하면, 매주 적어도 5시간 가까이 평소에 내가 생각하지 않던 분야에 대하여 궁금증과 호기심을 유발하며 새로운 통찰을 더 하는 시간을 경험할 수 있다. 그냥 1주일에 5시간이다. 168시간 중의 3%의 시간이다. 일주일에 자신의 시간의 3%만 투자하면, 매주 새로운 통찰을 더 하며 과거의 자신을 죽이고 새롭게 태어날 수 있다.

우리는 이렇게 100번을 죽고 새롭게 태어났다. 아무리 더할 통찰이 없어도 100가지의 통찰은 얻었을 수 있었다. 이 뿐만이 아니다. 저녁 식사와 함께하는 네트워킹 시간은 삶을 나누는 시간이다. 각자의 살아온 환경이 다른 사람들이 모여서, 특히나 일주일 동안 전혀 다른 환경에서 살던 사람들이 모여서 각자의 경험을 나눈다. 

매주 우리는 백 가지 이상의 세상을 만난다. 100차 모임의 네트워킹 시간에도 새통사에 모셔야 할 분을 찾았다. 택시 운전을 하시는 이름 모를 고수 한 분이시다. 우리 새통사는 이렇게 적극적으로 세상을 배우러 나갈 것이다.

기술은 세상에서 꽃을 피울 때 그 의미를 더할 수 있다. 세상의 Needs와 Wants가 어디에서 어떻게 또아리를 틀고 있는지를 아는 것이 중요하다. 새통사는 그렇게 끊임없이 세상과 접하며, 우리 자신을 장례 치르는 횟수를 거듭할 것이다.

◆ ETRI는 이미 4차 산업혁명을 실천하고 있었다

제4차 산업혁명을 어렵게 생각할 필요가 없다. 산업이 새로운 형태로 작동되는 것이 있다면 그것이 산업혁명이라고 가볍게 생각해보자. 그것도 디지털 지능이 산업의 변혁을 일으키는 것을 제4차 산업혁명이라고 생각해보면 아주 편하다.

UGS, Under Ground Safety. 도심 한가운데의 싱크홀 문제가 주는 불안감을 해소할 수 있는 기술을 개발하여 실증하는 것을 목적으로 과학기술연구회가 주관하는 융합연구다. 자연현상이나 인공 시설물들로 인해 땅속 구성물들의 이동 때문에 공동화 현상을 유발하고, 이로 인해 지반침하나 싱크홀이 생길 것이라는 문제의식에서 출발해, 과거의 데이터들을 바탕으로 현재 지하의 안전도를 예측하거나 지하 구성물들의 움직임을 사전에 감지해 예방관리를 할 수 있는 체계를 갖추는 데 필요한 기술개발과 실증이 UGS연구단의 목표다.

땅속의 사물들에 감각 지능을 부여하여 지상의 관제시설과 연결해 상시 또는 필요 시에 상태를 점검하고 예방관제를 할 수 있게 하는 것. 이것이 바로 데이터 중심의 전형적인 제4차 산업혁명 움직임의 하나이다. UGS는 아직 완전한 자동화 단계까지 가진 않았지만, 그것으로 가는 기반을 구축했다. 

ICT 기술이 도시 지하라는 특수한 도메인을 만나, 도시 지하 관제라는 새로운 영역을 개척한 것, 조금 더 나아가 도시 재생 프로그램, 도시 재생 산업에 연결할 수 있게 한 것, 더나가 스마트 신도시 구축 프로그램이나 산업 창출까지 이야기를 쭉 이어갈 수 있는 많은 영감을 준다. 전형적인 IDX(Intelligent Digital Transformation) 프로그램이자 전략의 하나가 될 수 있다. 도시재생 IDX나 스마트도시 IDX로 체계화할 필요성이 제기된다.

왜냐하면, UGS연구단은 지하 시설 정보 15종 가운데, 이제 겨우 몇 가지 정도에 접근한 상태이기 때문이다. 우수관, 오수관, 폐수관, 전기선로, 가로등, 통신선로, 광케이블, 상수도, 소화전, 가스배관, 난방, 공동구, 지하철, 지하보도, 지하차도, 지하상가, 주차장, 시추, 관정, 지질상태 등 종류도 다양하다.

다양한 지하 시설 정보에 대한 최신성과 정확도를 어떻게 확보하느냐 하는 것도 문제고, 그런 정보들을 시각적으로 이해하기 쉽게 어떻게 3차원 공간화하느냐 하는 것도 문제고, 각기 다른 관리 체계상에서 재안안전관리체계를 어떻게 확보하느냐도 문제다. 그중에서도 데이터의 호환성을 선결하는 문제와 지하시설에 대한 상태 정보를 어떻게 구할 것인가, 지하시설의 상태에 따라 동적으로 변하는 지질 상태에 정보를 어떻게 즉시에 구할 수 있을 것인가 등의 문제도 상당히 복잡하다.

UGS 서비스 플랫폼은 일단 상수관로, 하수관로, 도시철도 구조물, 주변환경, 지하수 등에 대한 상태 파악을 할 수 있는 센서기술과 감지정보를 전달할 수 있는 통신기술들을 개발하고, 정부 와 지자체에서 제공하는 지하 공간정보, 상하수도 관로 기본정보, 지질정보, 도로 및 지상 시설물, 도시철도 구조물 정보를 취합해 지하매설물을 가시화할 수 있는 정보 가시화 기술을 개발해, 감지된 정보들을 바탕으로 지하와 지상에 대한 상황예측을 가능하게 하는 서비스 플랫폼을 완성했다.

정말 특별한 것은 기술개발에 끝나지 않고, 정부나 지자체에서 실질적인 액션을 강제할 수 있도록 관련법을 제정했다는 것이다. 지하 안전관리에 대한 법령이 2018년 1월부터 시행되어 지하시설에 대한 실시간 관리가 시행되면 UGS연구단의 결과물들이 본격적으로 활용될 것이 예상된다.

UGS 연구단의 R&BD 활동은 지하를 초연결하거나 지하를 투시할 수 있는 첨단기술을 고도화하고 자동화해, 지하를 분석하고 해석할 수 있게 함으로써 땅속 안전에 따른 지상의 안전에 대한 종합적인 관제체계를 확립할 수 있게 해주는 전형적인 IDX 과정이다. 이는 전략적 움직임이 틀림없다.

15종의 땅속 정보에 대한 종합적인 정보관리와 더불어 효과적인 감지기술을 통합할 수 있다면 충분히 스마트도시 IDX의 추진 당위성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

◆ 땅 속 세상을 위한 기술 정책적 과제들

잠시 이인환 단장의 말을 빌어본다. 우리나라는 전체 인구 중 도시 인구 비율이 91%이며, 국민 대다수가 도시 생활을 영위하고 있고, 도시의 광역화에 따라 도시 인구 유입이 급속하게 진행되고 있다. 지속적인 부도심 개발과 신도시 개발 등을 통해 도시시설물이 새롭게 구축되고 있으나, 오래된 구도심의 도시시설물은 복잡화, 노후화가 급속하게 진행되고 있다. 

도시에서 상하수도를 포함한 지하매설물은 시민의 생활과 연계된 필수 사회기반시설물로 상하수도 누수, 지하구조물 변형, 지하수위 변화, 지반변형(도로 침하, 지하공동) 등 눈에 보이지 않는 요인이 도시 재난재해 사고의 원인으로 작용하고 있다. 

또한, 최근 빈발하는 지하 공동으로 인한 도로 함몰과 지반 침하 등 지하 공간 관련 재난사고 건수가 급증하고 있고, 인명과 재산 피해가 커지고 있기 때문에 사회의 중요한 불안요인으로 작용하고 있다. 이제 UGS연구단이 기본적인 인프라에 해당하는 플랫폼을 준비했다. 각 지자체나 정부에서 적용을 확대해 나가는 것이 필요하겠다. 그러나 여전히 지속적인 투자가 필요한 기술 정책적 과제들이 존재한다.

▲지하구조물의 안전성 평가

도심지에서 발생하는 싱크홀은 지반 굴착, 상하수도 누수, 지하수위 저감 등 복합적인 요인에 의해 발생하고 있으며, 도심지 노후화에 따라 발생 빈도와 위험성이 더욱 증가할 것으로 예상한다.

지하 구조물의 노후화 정도 측정 내지는 누수 정도 측정의 자동화, GPR(Ground-penetrating radar) 모니터링 기술의 로봇 활용 자동화, 모니터링 정보의 로봇 활용 분석 자동화 등에 대한 고도화 노력이 필요해 보인다.

▲설계도와의 일치성 확인 문제

땅 속은 보이지 않는 곳이기 때문에 공사를 위한 설계도대로 정확하게 공사가 이뤄졌는지에 대한 확인이 필요하다. 위치정보, 심도정보, 관경정보도 동시에 확보돼야 한다. 어떤 공학적 대안이 존재할 수 있을까 하는 것도 문제의 대상이다.

아울러 지난번에 논의된 Cupix의 3차원 공간 복원기술을 활용한다면, 스마트폰의 카메라로 땅을 쳐다보면 땅속이 투시돼 보이는 AR/VR 기술도 필요해 보인다.

▲통신 주파수 문제

수많은 센서 정보들을 효율적이고도 효과적으로 전달하기 위한 통신 방식에 있어서 제일 문제가 되는 것이 무선화이고 무선통신의 정확도 확보를 위한 주파수의 확보다. 지금 주로 사용하고 있는 비면허대역에 대한 용도에 대한 재검토가 필요하다. 

비면허대역은 공공의 특수목적을 위하여 사용할 필요가 있음에도 불구하고 Public Internet용으로 개방이 돼 있다. 지하시설에 대한 관리비용에서 통신비의 부담을 줄이기 위해서 지금처럼 비면허대역을 public internet과 함께 사용하면서 발생하는 데이터의 전달 투명성 문제는 안전문제로 인하여 발생할 수 있는 사회적 비용을 고려해, 능동적인 새로운 주파수 할당이 검토돼야 한다.

▲데이터의 호환성 확보 문제

데이터 중심사회로 나아가기 위하여 어디에서나 봉착하게 되는 것이 데이터의 호환성 확보 문제이다. 15종의 지하시설정보도 예외는 아니다. 도시재상 프로그램이나 스마트도시 구축 프로그램의 개발에 이어 신산업 창출을 꿈꾸기 위해서는 반드시 데이터의 투명성 문제에 대한 선결이 필요하다.

▲비용의 최소화 문제

지상의 관점에서 싱크홀은 순식간에 일어나는 일이지만, 지하의 관점에서는 단번에 일어나는 일이 아니다. 지하의 수많은 관들 사이로 지나가는 액체들이 관들의 노후에 따라 누수가 발생하고 누수된 액체는 지하의 구성물들을 이동시키면서 조금씩 지하의 공동현상을 일으킨다.

이러한 공동현상이 임계치에 다다르면 싱크홀이 일어난다. 도로는 그나마 검사할 수 있는 공간의 확보가 가능하지만 건물의 기반 아래는 어떻게 모니터링이 가능할 것인가. 검사 비용을 최소화할 수 있는 공학적 대안이 필요하다.

◆ 출연연의 역할을 다시 생각한다

융합연구단은 출연연 최초로 시도하는 모델이다. 국가사회의 현안을 해결하기 위한 목적으로 문제해결과 관련한 역량을 보유하고 있는 출연연들이 하나의 독립된 연구 집단을 만들고 관련된 기술개발을 개발해 실증까지 하는 모델이다.

과거 출연연은 특별한 임무를 수행하기 위한 목적으로 개별 연구기관이 설립되어 관련 사업의 정착과 유지, 그리고 지속가능성에 필요한 정책개발과 연구개발을 담당했다.

이제는 경계가 무너지는 패러다임을 눈앞에서 확인할 수 있는 시기다. 출연연 고유의 미션이라는 것이 존재하기 어려운 시기가 됐다. 힘을 모아 국가사회의 현안을 해결하는 노력이 요구된다. 국가사회의 현안은 패러다임 변화에 따라 나타나는 전 세계의 공통 문제이기 때문에 향후 시장과도 연결되는 중요한 문제들이다. 

그러한 중요한 문제들은 대부분이 경계를 뛰어넘어 새로운 설계가 필요한 것이 대부분이다. 문제의 정의역을 확대해야 한다는 의미다. 초연결의 세상에서는 이해관계자가 확대될 수 밖에 없다. 풀어야 할 연립방정식이 복잡해지는 것은 당연하다. 이런 복잡한 문제는 시장에서 풀 엄두를 낼 수 없는 것들이다.

마침 정부에서 규제 샌드박스 제도를 운용하겠다고 한다. 특별히 지정된 장소에서 규제를 풀어보는 제도이다. 샌드박스가 모래 한 섬 담는 의미가 없다. 51개 출연연 전체가 관여해야 하는 부분이 더욱 좋다.

새로운 패러다임은 호락호락하지 않다. 기계가 지능을 갖고 사람이 담당했던 단순 반복적이고 기억기반의 패턴에 해당하는 일들을 해치워게 하는 '기계의 능동적 융합'을 유도하는 노력을 요구하고 있다. 이는 어디까지나 인간의 능력에 직접적인 영향을 받는다. 각 분야 기술의 본질에 접근할 수 있는 전문가들만이 두 기술의 융합을 제대로 해낼 수 있다.

이러한 이유로 출연연은 세 가지 미션을 수행해야 한다. 첫째는 기초원천에 대한 R&D다. 둘째는 국가사회문제 해결이다. 셋째는 그 과정상에서 생산되는 부산물에 대한 체계적인 축적과 재활용에 대한 준비다.

우리나라는 이미 대기업 중심의 경제 운용에 브레이크가 걸린 것을 확인할 수 있다. 대기업이 패러다임의 전환기를 제대로 소화해내지 못할 경우 어떤 국가 사회적 어려움에 봉착하게 되는지 눈으로 확인하고 있는 셈이다. 대기업이 패러다임 전환기에 문제의 정의역을 펼쳐 넘겨서 중소기업을 안고 함께 문제를 풀어갈 수 있어야 함에도 우리나라의 현실은 그렇지 못하다.

이젠 새로운 질서가 요구되는 세상에 직면했다. 새로운 역할을 수행해야 한다. 출연연은 차별 없이 기업들이 기대될 수 있는, 새로운 개념을 창출하고 실증하는 언덕이 돼야한다.

◆ UGS는 제일 먼저 도전할 수 있는 IDX 사업화 분야일 수 있다

현재 지자체를 중심으로 관리를 통한 시설물 유지 관리가 수행되고 있으나, 상하수도의 경우 관망의 노후화와 기술의 한계로 인해 정밀한 관리가 미흡한 실정이다. 전국 상수도관의 20%인 35800km가 20년이 넘은 노후관이며, 대형밸브, 공기밸브, 신축관 작동상태 조사 및 관리소홀 등으로 인해 연 8억 톤의 누수가 발생하고 있다. 

또한, 전국 하수관의 33.9%는 내구연한이 초과했으며, 전국 하수관 123311km 중 41820km가 20년 이상 노후화된 하수관으로, 특히 서울은 총 10487km 중 70% 이상의 하수관이 노후화된 상태이다. 2008년부터 도로가 함몰된 적이 있거나 추가 함몰이 우려되는 구간이 197곳이며, 이중 약 60%에 해당하는 지점이 지하철 노선 위에서 발생하고 있다는 조사 결과가 발표돼, 지하철 주변 지반 관리가 요구되고 있다. 

2013년 서울시 전체에서 연간 방출된 지하수 총량은 17.9만 톤/일, 6519만 톤/연이며, 서울 시내 각 지하철 역사별 지하수 방출 총량은 12만 톤/일, 4376만 톤/연으로 지하철에서의 지하수 유출량이 전체의 약 67%에 해당한다고 한다. 지하구조물의 안정성 평가가 얼마나 중요한 요소가 될 수 있는지를 말해주는 좋은 사례들이다.

이런 현상들이 비단 우리나라에만 있겠는가? 이인환 단장은 UGS가 만든 지하 공간 그리드 시스템을 갖춘 나라가 우리가 처음이라고 한다. 수많은 센서, 수많은 측정 장비들, 수많은 분석 장비들, 특수통신망기술들, 관제시스템 등에 대한 fine-tuning은 도시재생 프로그램을 산업 생태계로 발전시킬 수 있는 여지가 있다고 판단된다. 한걸음 더 나아가 경쟁력 있는 스마트시티 구축 프로그램을 산업 생태계로 연결할 수도 있겠다.

그러기 위해서는 UGS 그리드 시스템의 차원을 넓혀나가는 작업이 후속으로 이뤄져야 할 것 같다. 지하 매설물의 종류는 공식적으로만 15종이다.

낯선 사람들이 모여, 한 번도 해보지 않는 일을 그것도 짧은 시간에 많은 성취를 이룬 이인환 단장과 UGS융합연구단 구성원들에게 무한한 박수와 응원을 보낸다. 
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