[기고] m-GIS 산업동향 분석

기사승인 2019.08.27  19:00:30

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- m-GIS는 4차 산업혁명과 스마트시티 구축의 핵심 인프라 기술

[글 박세환 Ph.D.]
기술법인 엔펌 전문위원
한국CCTV연구소 영상보안CCTV산업발전연구회 회장
한국산업기술진흥협회 ReSEAT프로그램 전문위원

국내 GIS(Geographic Information System) 구축사업이 1995부터 2015년까지 5년 단위로 단계별 주요 응용사업과 일반 응용사업으로 나누어 추진되면서, 이것이 그대로 국내 모바일(m)-GIS 산업의 근간을 이루었다. 주요 응용사업은 국토해양부를 중심으로 추진한 국가공간정보체계구축사업 등 6개 사업이며, 일반 응용사업은 GIS 기반의 행정업무 지원 및 서비스 고도화를 위한 27개 사업으로 지하, 수자원, 문화재, 환경, 농림, 산림, 해양, 통계 등 다양한 부문에서 전개되었다.


■ m-GIS 구축에 필요한 기술

m-GIS를 효과적으로 구축하기 위해서는 우선적으로 2D 지도 데이터 입력 및 조작을 위한 5단계 기술개발 방법론을 구체화할 수 있는 기술이 필요하다. 

5단계 기술개발 방법론
1단계: 3D 지형 분석을 위한 2D 표현 단계
2단계: 3D 지형 분석 단계
3단계: 컴퓨터 그래픽 분석결과를 3D 지형으로 가시화하는 단계
4단계: 컴퓨터 그래픽 및 가상현실(VR) 기술을 이용하여 다양한 3D 가상도시를 구축하는 단계
5단계: 능동적 가상 3D-GIS(Geographic Information System) 지형과 시설물들을 연동하는 단계

5단계 기술개발 방법론을 구현하기 위해서는 최첨단 항공측량 장비인 LiDAR 영상을 3D 지도데이터로 가시화할 수 있어야 한다. LiDAR(Laser Imaging, Detection and Ranging)는 펄스 레이저 광으로 대상을 비추고 센서로 반사된 펄스를 측정해 대상까지의 거리를 측정하는 측량방법이다. 즉, 레이저 반사 시간과 파장의 차이를 이용하여 측정대상을 디지털 3D로 표현하는 것이다. LiDAR는 측지학, 지구물리학, 고고학, 지리학, 지질학, 지형학, 지진학, 임업, 대기물리학, 레이저유도, 항공레이저 스와핑 맵핑(ALSM) 및 레이저 고도계의 응용프로그램과 함께 고해상도 지도를 만드는 데 적용되고 있다.
m-GIS 구축 사업은 여러 관련 업계에도 영향을 미치고 있다. 광학 카메라나 레이저 스캐너와 같은 다양한 센서들을 차량이나 유ㆍ무인 항공기에 탑재한 센서융합 시스템이 개발되면서 관련 부품 개발 업계의 수익 창출 기반도 확대되고 있다. 아울러 스마트폰의 고품질 공간ㆍ위치정보를 효율적으로 구축할 수 있는 센서 융합 및 데이터처리 기술개발을 통해 m-GIS 기술이 빠르게 대중화되어가고 있다.
고정밀 위치측위 시스템 및 LBS 플랫폼 관련 글로벌 시장 규모가 2021년이 되면 약 1억 1400만 달러의 대규모 시장을 형성할 것으로 예상된다. 이에 국내 관련 업계의 글로벌 시장선점을 위한 특화된 전략이 필요하다. 예를 들면, 스마트폰 사용자별(나이, 직업 등) 선호도를 파악하여 이에 최적화된 개발 및 마케팅 전략이 필요하다. 특히 최근 상용화된 5G 스마트폰에 적용할 수 있는 서비스를 개발하는 데 주력할 필요가 있다. 이를 통해 5G 이동통신 기술시장의 CPND(Contents, Platform, Network, Device) 기술력을 주도할 수 있을 것이다.


■ m-GIS 기술의 가치와 역할

개방화, 컴포넌트화, 초연결을 지향한 m-GIS 기술은 지능형 센서를 탑재한 스마트폰이 인터넷망을 통해 정보를 공유할 수 있는 가치를 제공하고 있다. 특히 센서를 통해 기하급수적으로 생성되고 있는 초대용량의 실시간성 데이터가 클라우드 컴퓨팅 시스템에 저장되면서 정보의 양과 활용 환경이 획기적으로 변화되고 있다. 위치정보 데이터는 지도 위에 매핑이 가능하며, 공간분석을 통해 패턴이나 특성을 분석하고 그 결과를 시각화함으로써 의사 결정 및 비즈니스 등에 활용하고 있다.
나아가 디지털 가상공간과 현실공간을 연결하는 인터페이스를 통해 사용자 또는 객체의 위치를 실시간으로 파악하여 지도에 매핑 하고, 특정한 알고리즘이나 룰(Rule)을 적용하면 트래킹, 내비게이션, 지오팬싱 등의 위치기반 서비스를 제공하고 있다. 이러한 공간정보를 이용하여 비즈니스를 개선하거나 새로운 서비스를 창출하고 있으며, IoT(사물인터넷) 환경에 부응하는 공간데이터 수요 및 공간정보의 활용 등을 통해 m-GIS 기술의 가치를 높여가고 있다.
m-GIS 기술의 적용 분야는 급속도로 늘어나고 있으며, 특히 최근 2~3년간 구글, 네이버, 카카오 등을 중심으로 지도서비스와 다양한 결합서비스를 통해 매우 빠르게 확산되고 있다. m-GIS 기술이 가장 많이 활용되는 형태는 지오펜싱(Geo-Fencing)과 경로 분석이다. 지오펜싱은 지리(geographic)와 울타리(fence)를 합친 개념으로 가상의 특정 범위를 둘러싼 경계선(geo-fence)을 지정하며 해당 구역의 출입 등을 체크할 수 있다. 기존 GIS에서 사용된 지표나 사용자 위치를 특정하는 GPS 등이 지도상에서의 위치를 점으로 표현했다면, 지오펜싱은 선이나 면으로 표현해 지역을 구분할 수 있게 한 것이 차이점이다.
이 기술은 현재 다양한 산업 분야에서 활용되고 있으며, 특히 매장에서 가상의 경계선을 넘거나 특정 지역에 들어서면 메시지를 보내주는 방식의 마케팅에서 활용이 두드러지게 나타나고 있다. 기존에 비슷한 용도로 사용했던 블루투스 비콘의 경우 최대 적용 거리가 100m 정도에 불과했지만, 지오펜싱 기술은 적절한 거리나 면적을 지정할 포인트만 있다면 거리 제한 없이 활용할 수 있다는 특징을 가진다. 매장에서의 쿠폰 전송 외에 각 구역을 분석하여 사용자의 행동패턴을 읽고자 하는 경우에도 유용하게 사용되고 있다. 예를 들어 특정 구역에 들어온 사용자의 선호도를 파악하여 맞춤형 서비스를 제공하는 온라인 마케팅 기능을 실행할 수 있다.

m-GIS 기술의 역할(자료: 국토연구원, 2016.10.17)


■ GISㆍCAD 데이터 통합 및 연계 기술

u-시티 지향의 u-GIS 정보는 언제 어디서나 사용자에게 최적의 공간ㆍ위치정보를 효율적으로 제공할 수 있어야 한다. 기존의 GIS는 주로 삼각형 메쉬 기법과 3D 영상처리시스템을 활용한 실외의 건물 및 시설물 정보(2D 또는 2.5D)를 제공해 왔다. 건축 및 건설 분야의 CAD 및 BIM(Building Information Modeling)은 실내의 세밀한 건물 정보(2D 또는 3D, 설계ㆍ건설ㆍ관리를 위한 컨텍스트 정보 포함)에 초점을 맞추었다 기존의 GIS는 2D 또는 3D 상의 정적인 공간데이터를 주로 다루었다. 2D-GIS의 경우 건물ㆍ도로ㆍ하천 등 지형지물을 표현하는 데 주로 사용되었으며, 3D-GIS는 시설물들을 3D로 표현하여 관리하는 데 주로 사용되었다.
이렇게 처리 수준이 다른 두 개의 공간정보를 하나로 통합 처리함으로써 새로운 u-GIS 서비스를 제공할 수 있게 된다. 즉, 건축 및 건설 분야의 설계단계에서 해당 건물의 주변 정보(건물ㆍ도로ㆍ시설물ㆍ환경 등)와 관련된 각종 GIS 데이터를 적극 활용함으로써 주변과 어울리는 건물의 설계가 가능하고, 도시계획 측면에서도 유용 한 정보를 제공할 수 있다. 특히 건물과 건물 사이에 터널이나 구름다리 등을 설계하는 경우 매우 유용하다. 이러한 정보를 위치 기반 서비스와 CAD 데이터를 통합하여 door to door 내비게이션 기능을 갖춘 웹 서비스를 통해 사용자에게 제공할 수도 있다.
가령, 긴급 환자 발생 시 환자가 있는 건물을 찾고, 해당 건물 안에서 가장 빠른 최적의 경로를 찾아주는 긴급구조 서비스에 활용할 수 있다. 아울러 국가 재난이 발생한 경우 도시 내 각 건물의 수용인원 등을 신속히 분석하여 최적의 대비 전략을 수립하는 재난관리서비스에도 응용할 수 있다. 향후 3D-GIS 기술은 u-시티의 다음 세대인 스마트시티 구축에서 매우 중요한 역할을 하게 될 것으로 예상된다.


■ LiDAR 영상 가시화 기술

LiDAR에 의한 3D 영상은 DEM(Digital Elevation Model: 수치표고모델)과 같은 지형데이터와 항공사진 또는 위성영상 등의 이미지 데이터 위에 교량, 건물, 도로 등 주요 시설물을 표현하고 이러한 시설물 데이터를 이용하여 PC상에서 실제 지형과 유사한 모습을 사용자가 인지할 수 있게끔 처리하는 과정이다. LiDAR 영상을 3D 지도데이터로 가시화하기 위해서는 다음과 같은 첨단기술이 필요하다.

LiDAR 영상 3D 가시화에 필요한 기술
1. LiDAR 영상을 자동으로 분류한 후 각 분류별 영상정보를 분석하여 3D 지도데이터로 제작하는 기술
2. 촬영한 3D 영상을 1D 지도데이터와 융합하여 지도데이터를 가시화하는 기술
3. LiDAR에 의한 3D 영상을 가상현실과 결합하여 3D-Studio 디자인 영상을 생성할 수 있는 소프트웨어 기술 및 시설물 데이터 처리 기술
4. DHLoD(Dynamic Height-field Level of Detail)를 이용한 지형처리 알고리즘 및 텍스쳐 압축 기법을 이용한 대용량 이미지처리 알고리즘 기술 등

u-GIS(ubiquitous-GIS) 데이터를 통합하여 처리하기 위한 대표적인 플랫폼 기술로서 센서웹(sensor web)이 있다. 이는 인공물이나 자연물에 컴퓨터 기능을 갖춘 고성능 센서를 설치하고 이를 웹과 연동시켜 시설물 및 환경, 교통상태, 재난재해 등을 모니터링 할 수 있는 개념이다. 향후에는 이러한 센서 웹을 도시 전체에 연결하여 스마트시티를 구축하거나, 나아가 지구 전체를 커버하는 글로벌 네트워크로 연결하여 USN(Ubiquitous Sensor Network) 형태의 지능적인 지구 공간 환경으로 발전할 것으로 예상된다.


■ m-GIS 기술개발 방향

국내 m-GIS 기술은 2019년 4월 개시된 5G 이동통신 상용서비스를 토대로 획기적인 변화를 추구하고 있다. 2020년까지 세계 최초로 1Gbps급의 무선네트워크, 10Gbps급의 유선네트워크, 10Gbps급의 IoT 네트워크를 구축할 계획이다. 이런 내용을 담은 ‘K-ICT 초연결지능망 발전 전략’을 마련하고 2020년까지 세계 최초로 초연결 지능망을 구축할 계획이다. 이를 통해 무선망은 현재의 3.3배, 유선망은 10배 정도 고속화된다. 무선망에서는 모바일 트래픽 증가에 대비하여 1GHz급 이상의 주파수를 추가로 확보할 계획이다. 점차 수요변화에 따라 새로운 네트워크를 구성하는 유연성도 확보할 계획이다.
m-GIS 기술은 이러한 초연결지능망을 구축하는 데 필수적인 요소이다. m-GIS 기술 개발 방향은 공간정보 취득 및 구축 분야, 공간정보 관리 및 융복합 분야, 공간정보 활용 및 서비스 분야로 구분할 수 있다. 단계별로는 ⅰ)현실의 데이터화, ⅱ)데이터의 정보화, ⅲ)정보의 서비스화로 구분하여 접근할 수 있다. ⅰ)과 연관된 GIS 기술로는 위치 및 자세 결정ㆍ공간 관측 센서 등이 있고, ⅱ)와 연관된 GIS 기술로는 공간데이터 융합ㆍ공간데이터 분석, ⅲ)과 연관된 GIS 기술로는 반응형 및 맞춤형 콘텐츠ㆍ지능형 검색 유통을 들 수 있다.

국내 m-GIS 기술개발 방향(자료: 정동훈 외, 2017.12.31)


■ m-GIS 기술개발 로드맵

전술한 기술개발 방향을 토대로 서비스를 구현하기 위한 단기(2015~2025) 기술개발 로드맵(TRM: Technical Road Map)은 [표 2]와 같다. 취득 및 구축 기술, 융합 및 관리 기술, 활용 및 서비스 기술 분야로 나누어 2017~2025년까지의 기술개발 주요 키워드를 정리한 것이다. 이러한 기술개발 로드맵을 기반으로 m-GIS 기술시장을 활성할 수 있는 전략이 필요하다.


■ 스마트폰 플랫폼별 적용방안

전술한 m-GIS 기술개발 로드맵을 토대로 LiDAR 영상 가시화 기술 및 GISㆍCAD 데이터 통합 및 연계 기술을 다양한 스마트폰 플랫폼에 효과적으로 적용하기 위해서는 대용량 지형 처리 알고리즘, 대용량 이미지처리 알고리즘 및 시설물 데이터 처리기술 등이 필요하다. 시설물 데이터 처리기술은 3D-Studio와 같은 설계자용 모델링 소프트웨어로 제작된 데이터를 이용해 3D 위성영상 위에 실측값으로 맵핑(maping)하여 표현하는 기술로서, 3D 지도데이터 제작이 완성되는 단계에서 사용된다. 대용량 지형정보 처리가 가능한 DHLoD 지형처리 알고리즘을 이용하며, USGS(United States Geological Survey-DEM: 미국지질조사국-수치표고모델) 기반의 64sheet(7200×7200vertex) 규모의 고도 데이터를 15분 간격으로 실시간 처리가 가능하다. 이 기술을 사용해 불필요한 고도 데이터를 제거하고 보다 넓은 영역을 표현할 수 있다.
대용량 이미지 처리 알고리즘은 텍스쳐 압축 기법을 적용하여 압축된 이미지 복원 과정에서 기존의 이미지 압축기법과 다른 그래픽 하드웨어를 통해 보다 작은 메모리 영역에 디스플레이를 가능하게 해준다.
가시화가 완료된 3D 지도데이터를 이용하여 3D-GIS를 효과적으로 구축하기 위해서는 구름, 안개, 해수면, 광원 등에 대한 비주얼 이펙트 기능, 3D-Author 및 3D-Scene Builder 기능, 3D 좌표를 이용한 사용자 인터페이스 기능(키보드ㆍ마우스ㆍ조이스틱 등), 촬영된 개체의 속성정보를 한글 및 영문으로 3D 화면상에 표시하는 개체 속성정보 표현기술 등 데이터 전처리를 위한 기술이 필요하다.
데이터 전처리 도구로는 3D 시설물들을 이용하여 거시적인 3D 표현을 손쉽게 할 수 있는 3D-Author 및 3D-Scene Builder가 있다. 3D-Autho는 지형 및 이미지 데이터를 보다 구체적으로 가공하여 3D 화면에 나타낼 수 있도록 가공 및 변환 동작을 실행하고, 3D-Scene Builder는 2D 영상을 편집하여 3D 화면상에서 시설물 데이터를 배치할 수 있도록 지원해주는 시스템이다.
또한, 3D LiDAR 영상을 가시화하여 3D-GIS 시스템을 구축하는 데 필요한 소프트웨어는 사용자 조작에 따라 즉각적인 반응을 보여줄 수 있는 실시간 3D 렌더링 처리기능을 갖추어야 한다. Visual C++ 및 Microsoft DirectX9 등 API 기반의 그래픽 개발환경이 여기에 속한다. 이러한 데이터 전처리 도구는 구름, 안개, 해수면, 광원 등의 3D영상을 보다 자연스러운 영상으로 표현할 수 있도록 비주얼 서비스를 제공한다. 예를 들면, 마우스로 원하는 시설물을 선택하면 그 시 설물에 대한 속성정보를 조회해 한글이나 영문으로 3D 화면상에 표시해 주기도 한다. 3D 지도데이터 적용사례로는 실시간 조감도 설계 및 3D 뷰잉 시스템, 도로망 설계 및 시뮬레이션 등이 있다.


■ 초연결 시대에 대응하는 국가적 전략 필요

센서를 탑재한 수십억 개의 모바일ㆍ스마트 기기가 인터넷으로 연결되어 누구나(사물 포함), 언제, 어디서나 정보를 공유하는 초연결 사회로 발전하고 있다. 이를 견인하는 IoT 기술은 경제ㆍ사 회ㆍ문화ㆍ생활양식까지 변화를 초래하면서 새로운 4차 산업혁명을 주도하고 있다. 이에 정부는 초연결사회가 요구하는 핵심(원천) 기술과 인프라 환경에 대응할 수 있는 다음과 같은 정책과 전략을 마련하고 국가차원의 연구개발과 투자 사업을 추진할 필요가 있다.

1. 기기ㆍ사물ㆍ사람ㆍ장소 등을 연결하는 위치 및 공간(지리) 정보의 정밀성과 정확성을 획기적으로 개선해야 한다.
2. 스마트시티 등 물리적 환경과 디지털 공간을 연결할 수 있는 인터페이스를 갖춘 3D 공간(지리) 정보를 구축해야 한다.
3. 공간(지리) 정보가 인프라 중심에서 활용 중심으로 전환되고 있어 이에 부응할 수 있는 역할 정립과 긴밀한 협력체계 구축이 필요하다.
4. 폭증하고 있는 공간데이터(공공데이터ㆍ빅데이터 등)를 쉽고 빠르게 검색ㆍ활용할 수 있는 연결데이터(linked data) 기술을 적용한 데이터 유통 혁신 시스템을 구축할 필요가 있다.
5. 정부부처 간ㆍ민관 간ㆍ국내외 기업 간ㆍ공간정보와 활용부문 간ㆍICT와 공간정보기술 간 긴밀한 협력 생태계를 조성하는 데 주력해야 한다.

개방화(openness), 컴포넌트화(componentization), 초연결(Hyper-connected)을 지향한 m-GIS 기술이 빠르게 발전하면서 스마트폰의 정보처리 기술과 접목되어 실시간 위치정보 서비스 기술로 확산되고 있다. 첨단 멀티센서를 탑재한 무인항공기 시스템과 센서 데이터를 기반으로 한 실시간 정보처리 기능으로 지상 제어시스템이 구축되면서, 최첨단 실시간 모니터링 시스템이 개발되고 있다.
이처럼 m-GIS 기술은 컴퓨터 그래픽, 가상현실, 증강현실, 위상기하학 등 다양한 기술과 융합되면서 스마트시티, 텔레매틱스, LBS(Location Based Service), 도시계획ㆍ개발, 재난방재, 교통제어 및 환경 등 공공 및 민간 산업의 기반기술로 자리 잡아 가고 있다. 특히 최근 상용서비스를 시작한 5G 이동통신 환경에 따라 무선통신과 스마트폰을 활용한 공간정보는 일상생활에서 필수적인 정보가 되었으며, 특히 동적인 환경에서 공간정보 수요가 커지고 있음을 주목해야 한다.

석주원 기자 jwseok@cctvnews.co.kr

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