[기획]환경과 AI-미래 환경나침반, 빅데이터 “융합”

개방성과 재사용, 혁신 전제돼야
황원희 기자
eco@ecomedia.co.kr | 2020-03-31 19:41:44
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[환경미디어= 황원희 기자] 빅데이터는 고급 환경서비스에 대한 요구가 높아지는 시점에서 이에 대처하기 위한 환경정책을 수행할 수 있는 가능성을 제공한다. 국민의 환경정책에 대한 요구는 점차 개인맞춤형·사전예방 중심적 고차원의 환경정책 서비스를 요구하는 것으로 바뀌고 있다. 이에 빅데이터 연구는 시대적 요구에 대응하는 기술적 가능성을 제시한다. 환경 분야 빅데이터의 활용방안과 비전을 살펴본다. 

 


자원화와 에너지 효율이 관건

빅데이터 시대를 맞이해 이를 환경에 활용하는 방안이 활발하게 이루어질 전망이다. 데이터 생성이 폭발적으로 증가하면서 스마트폰, 공장설비, 의료장비, 인공위성 등에서 전례 없는 무한한 데이터를 생성하고 있다. 이렇듯 빅데이터 연구는 단기 예측 및 소규모 집단 단위의 예측 오차를 최소화해 알려지지 않은 패턴을 발견함으로써 기존의 방법론을 능가하는 성과를 보여준다. 

 

빅데이터는 연결된 플랫폼과 장치에서 수집한 데이터를 활용하고 처리함으로써 조직은 각각의 공공기관에서 혹은 자율주행차량을 통해 더욱 빠른 의사결정과 통찰력을 기를 수 있다. 빅데이터의 활용 분야도 점차 다양해지고 있는데 의학, 기후변화, 환경, 우주 등 사회적으로 가장 시급한 과제에서부터 5G, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 고성능 컴퓨팅, 기타 신흥기술의 융합이 이를 활용하는 데 도움이 되고 있다.

 

이렇듯 빅데이터는 융합을 통해 내재된 힘을 보여주지만 사회, 경제, 환경 문제를 해결하는 데 과연 얼마만큼 도움이 될 것인가에 대해서는 고민하게 만든다. 즉 보안이나 윤리를 염두에 두고 삶을 개선하고 자원을 최대화하며 에너지를 덜 사용하기 위한 데이터를 처리, 관리 및 보호하는 방법을 생각하게 한다. 따라서 공정하고 지속가능한 방식으로 사회 전체에 데이터를 누리고 혜택을 받을 수 있도록 하는 일이 중차대해졌기 때문이다.

  

식량 지원 활용 빅데이터와 AI

가까운 미래에 식료품 가격이 폭등하고 식량 부족 현상이 이어진다는 시나리오가 나오면서 이에 대한 미래예측과 대응방안에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 조사결과에 따르면 오늘날 지구상 인구는 75억명에 달하며 현재의 시스템은 34억명의 사람들을 안정적으로 먹여 살릴 수 있고, 30년 후에는 세계 인구가 100억명에 이를 것이라고 한다. 따라서 각국이 이 문제를 해결할 수 있는 기술에 점점 더 집중하고 있는 것은 당연한 일이다.

 


대다수 국가는 이미 식량 생산을 지원하기 위해 위성영상 등 이용 가능한 기술을 사용하고 있다. 지구를 감시하는 EU의 지구관측 프로그램인 코페르니쿠스(Copernicus)는 지구 곳곳에서 일어나고 있는 일에 대해 매일 엄청난 양의 데이터를 서버로 보내고 있다. 

 

코페르니쿠스는 2014년 4월 프랑스 기아나(Guiana)에 있는 유럽우주센터에서 최초로 발사된 인공위성 센티넬(Sentinel)이라는 6개 위성군을 일컬으며 총 10개의 위성이 발사되는 거대 프로젝트 명이다. 

 

코페르니쿠스를 이용한 프로그램은 지구 서브시스템, 대기, 대양 및 대륙표면을 관측, 모니터링한다. 이는 광범위한 환경, 보안 응용을 지원하기 위한 신뢰성 있고 검증된 정보를 제공하는 데 힘쓰고 있다. 

 

EU 측은 코페르니쿠스 사업을 통해 유럽 기업의 새로운 일자리 창출과 비즈니스 기회를 제공하는 것은 물론 우주산업 지원과 환경데이터를 생산, 보급하는 데 목표를 두고 있다. 이 데이터는 공공데이터 및 정보 엑세스 서비스(DIAS) 플랫폼의 일부로 제공된다. 정보 공개 정책은 코페르니쿠스의 핵심 과제 중 하나이고, 이는 또한 성공의 핵심이라는 기본 이념 때문이다. 이는 개별 사용자뿐 아니라 연구기관이나 기업도 인터넷을 통해 접속 가능하다. 5개의 DIAS 플랫폼 중 2개는 폴란드 회사인 클라우드페로(CloudFerro)가 운용하고 있으며 이 플랫폼에는 클라우드 컴퓨팅 기술을 제공한다. 

 

이렇듯 코페르니쿠스가 주목받을 수 있었던 이유는 단순히 예산규모나 위성기술이 아닌 고부가가치 데이터 및 고해상도 데이터를 전세계에 무료로 개방함으로써 그 성과를 가시화한 데 있다. 기존 위성데이터는 중·저해상도의 데이터를 개방하는 데 그쳤으나 대부분의 고해상도 위성데이터는 유료로 판매되어 접근성에 한계가 있었다. 

 

특히 위성지구 관측 데이터는 자연적인 환경변화는 물론 인간이 만든 세계적인 변화를 더욱 잘 이해할 수 있도록 해준다. 이렇듯 새로운 기술은 우리 삶을 더 편리하게 해줄 뿐만 아니라 천연자원의 사용을 최적화하는 한편 산불, 홍수, 지진 등의 재해가 발생하면 위성데이터를 활용해 신속한 피해현황을 파악함으로써 응급상황에 대처할 수 있도록 해준다. 또한 피해 상황 및 관련 영향요소를 분석해 피해관리 지원 복구에 대한 정책 의사결정을 지원할 수 있도록 한다. 

 

경제적 측면에서 보자면 코페르니쿠스는 2015년 농업, 자원 등에서 가장 큰 효과를 거둔 것으로 나타났다. 또한 2020년에는 보험, 해양 모니터링, 농업, 기후 등에서도 큰 영향력을 발휘할 수 있을 것으로 보인다. 

 

그뿐만 아니라 위성을 이용한 빅데이터는 식량 생산을 증가시키는 데도 도움을 준다. 그중에서도 농업 분야는 위성 자료를 효과적으로 사용하는 좋은 예가 되는데 지난해 그리스에서 코페르니쿠스 자료를 토대로 분석한 결과 물, 화학비료, 살충제 소비량이 19% 감소했으며 농업생산은 10% 증가했음을 알 수 있었다. 점점 더 많은 기업과 기관들이 이 데이터를 이용하고 있는데 이는 토양 수분도를 분석하고 질적으로 저하된 농작물을 생산할 수 있는 지역을 식별하기 위해서 더욱 유용하게 쓰인다. 

 

한편 IPCC(유엔정부간기후변화위원회)의 보고서에 따르면 기후변화는 오늘날 이미 상당한 수위로 악화되고 있다고 밝혔다. 지난해 유럽에서는 기록적인 폭염으로 많은 농작물에 영향을 미쳤는데 예를 들어 프랑스에서는 와인 생산량이 13%나 감소했다. 미국 중서부에서도 광범위한 홍수로 옥수수와 콩 수확량이 현저히 줄어들었다. 그 외에 세계 각국의 농업 생산량도 기후변화로 인해 생산량을 밑돌고 있으며 코페르니쿠스를 이용한 위성데이터는 피해상황을 분석해 대응방안을 마련하는 데 일조할 것으로 보인다. 

 

특히 기후변화로 인한 수확량 감소는 세계의 빈곤층 주민들에게 큰 문제가 되고 있다. 일반적으로 사람들은 너무 많이 사서 소비하지 않는 것을 버린다. 따라서 이 현상을 없애기 위해 단호한 조치를 취해야 한다. 가장 중요한 유엔의 목표는 인류에게 식량을 공급하는 것과 식량 생산의 균형을 잡는 것이다.

 

국내 빅데이터 걸음마 단계

우리나라도 지난해 7월부터 시시각각 변하는 날씨를 보다 빠르고 정확하게 예측하기 위해 ‘천리안위성 2A호 정식서비스’를 시작하고 있다. ‘천리안위성 2A호’가 제공하는 위성자료 서비스에는 고해상도 컬러 기상영상과 52종의 다양한 기상산출물을 신속하게 제공해 △기상관측 △수치·초단기예보 △기후감시 등 다양한 분야에 활용된다. 고해상도 컬러 기상영상과 다양한 기상산출물을 활용하면, 육안으로 구름과 산불연기·황사·화산재 간 구분이 가능해져 분석 정확도가 올라간다. 

 

또 지난 2월 19일 발사된 천리안위성 2B호는 총 5회의 궤도변경 과정을 거쳐 최초 타원형 전이궤도에서 고도 35,680km, 동경 118.78도의 원형 정지궤도에 정상 진입했다. 천리안위성 2B호는 앞으로 발사될 미국(2022년 이후)과 유럽(2023년 이후)의 정지궤도 대기환경 관측위성과 함께 전 지구적 환경감시에 주도적으로 참여하고, 아시아 지역 국가에 대기환경정보를 제공해 국제사회에 기여한다는 계획이다.

 

그간 국내에서 진행됐던 위성 관련 사업은 군사 보안 목적의 연구가 주종을 이루었는데 그에 비하면 훨씬 진일보한 다양한 분야의 기술력을 선보이는 셈이다. 

 

특히 빅데이터를 활용한 환경연구의 가장 중요한 관심변수는 환경오염도이다. 전 세계 여러 도시에서 이 문제를 해결하기 위해 고군분투하고 있는데 이를 위해 빅데이터와 IoT 및 AI를 결합하는 일이 중차대한 일로 떠오르고 있다. 과학자들에 따르면 오염 발생경로를 추적하기 위해 센서 네트워크를 활용하고 더 나아가 오염에 기여하는 수많은 요인을 찾아냄으로써 궁극적으로 오염 발생을 감소시킬 수 있을 것으로 보고 있다. 

 

이렇듯 도시 전역의 대기 모니터링 센서를 광범위하게 통합해 네트워크에 연결하면 대기 질의 실시간 모니터링이 가능하다. 도시에서 데이터를 구축하는 기술은 도시에서 데이터를 수집하는 센서와 통신기술이 진일보하고 네트워킹화 되면서 급격하게 발전될 것으로 보인다. IoT기술과 5G기술은 이러한 도시 빅데이터 구축을 가속화 할 것으로 예상된다. 특히 시카고의 경우 도시 곳곳에 설치된 IoT 센터들을 통해 도시환경, 기반시설, 공공을 위한 정보들을 수집하고 이들을 서로 연결하는 ‘Connect Chicago’ 프로그램을 구현해나가고 있다.

 

우리나라의 환경 관련 산업계는 현재 일부 정보통신기술, IoT 정도가 활용되고 있는데 자체 구축된 데이터를 기반으로 환경 문제 발생 시 자동제어하는 수준으로 유지관리 분야와 설계 개선 등에 활용되는 것으로 나타났다. 그러나 상・하수도 분야는 노후화된 관로의 교체 시기 등을 미리 알려주는 수준에 도달한 것으로 알려졌다. 

 

환경산업 현장에선 일부 문제를 제어하고 예측하긴 하지만 풍부한 데이터의 축적이 부족한 상황이라 스스로 해결하는 수준까지 도달하기에는 아직은 역부족이다. 따라서 환경부는 환경정보의 활용기반인 ‘환경정보 융합 빅데이터 플랫폼’을 구축하는 데 박차를 가하고 있다.

 

한국환경공단은 2018년 7월 환경부 ‘환경정보 융합 빅데이터 플랫폼 사업’의 일환으로 플랫폼 설치‧운영 위탁기관으로 선정됐으며 효율적인 빅데이터 플랫폼을 설치‧운영함으로써 데이터 기반의 환경정책 지원, 수요층 발견, 대국민 서비스 등을 제공하기 위해 노력하고 있다. 플랫폼에 수집된 빅데이터 자료는 현재 환경부와 소속‧산하기관에만 공개돼 있으나 장기적으로 민간에도 개방할 예정이다. 

 

빅데이터는 그간 다루기 힘들었던 사전예방 중심의 맞춤식 자료를 제공한다. 향후 빅데이터를 더욱 풍요롭게 만들기 위해서는 차세대 디지털 개척에 대한 이해와 그에 대한 투자가 선행되어야 한다. 또한 빅데이터의 개방과 재사용, 혁신적 아이디어 기반의 문제에 대한 새로운 시각과 이를 지원하기 위한 공공계획 수립은 성공적인 사례를 만들 수 있을 것이다. 이를 통해 데이터를 천연자원으로 취급하고 융합함으로써 사회적 도전 중 일부를 진전시킬 수 있는 역량을 키울 수 있게 된다. 

                                                                 

 

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