전 지구적 기후변화에 대응하는 지속가능환경의 관리를 위해 주로 물관리(Smart Water)나 빌딩관리(Smart Building), 도시관리(Smart City) 등과 정보화의 객체로서 전자화 환경 즉 e-environment 관련 유엔환경개발프로그램(UNEP), 국제통신연맹(ITU), BC3 등이 주도하고 있다.
또한 정보통신기술(ICT)과 융복합적으로 만나는 국제적인 연구 및 기술개발이 새로이 협약된 SDGs시대를 맞아 가속화, 초고도화 되고 있는 추세이다.
이러한 국제적인 선행연구개발의 사례 가운데에서도 숲이나, 가로수 등에 대해 센싱네트워크 기반의 수목환경관리시스템 내지는 플랫폼에 대한 연구는 공백상태란 점에서 또 다른 산업적인 측면에서 접근 가능성이 내재돼 있다.
이와 같은 정보통신기술기반 환경연구에 있어서의 국제적인 동향의 일반성과 특수성 속에서 세계적인 기술우위에 놓여 있는 우리나라의 ‘유비쿼터스 센서 네트워크(USN)’ 기술과 사물인터넷(IoT) 등을 조합한 최신 정보통신기술의 환경관리에의 응용을 모색하는 학제 간, 산학연 간 활발한 논의가 필요한 것으로 지적되고 있다.
무엇보다 온난화와 관련깊은 재선충 등 치명적인 수목병해충과 가로수 관리, 생물다양성, 산악 및 해안경관, 산림재해 등 한국형 환경문제에 최적화, 적정화된 정보통신기술 기반의 스마트한 수목환경관리 기술개발에 대한 시장 선점적인 기초연구가 적극 필요한 시점으로 부각되고 있다.
스마트 트리 플랫폼 구축
현재 오웅성 홍익대 스마트도시과학경영대학원 교수팀은 ‘스마트 트리(Smart Tree)’ 플랫폼 구축에 여념이 없다. 스마트 트리는 산림을 비롯해 가로수에 이르기까지 전방위적으로 나무를 관리하는 시스템으로 지난 2015년 11월에 학회 학술발표회에서 공개한 바 있다.
스마트 트리의 기본 개념은 산림관리에 있으며, 헥타를 나누는 권역별 섹터를 선정하여 토양에 센서를 심어 드론을 이용해 관리하는 방식이다. 조금 더 세밀하게 들어가면 센서는 와이파이가 내장돼 토양의 수분 공급 상태를 실시간으로 체크하고 그것을 비행하고 있는 드론에 수집된 데이터를 전송하게 된다.
센서에서 수집된 정보를 받은 드론은 자체적으로 탑재된 라우터를 이용해 메인 서버로 데이터를 송신한다. 이렇게 취합된 데이터는 서버에서 데이터 분석과 정리를 통해 빅 데이터화하는 작업을 진행하게 된다.
또한 드론의 임무가 여기에서 끝나지 않는다. 드론에는 대기질 오염도를 실시간으로 체크하는 것은 물론 비행하면서 사진촬영은 물론 열화상 카메라를 통해 열섬현상, 화재관리 등 복합적 작업을 동시에 진행할 수 있어 관제센터에서는 모든 정보들을 한 곳에서 관리 체크가 가능하도록 했다.
오 교수는 “스마트 트리의 기본 개념은 산림관리에 있다. 실시간으로 네트워크를 통해 다양한 방법으로 정보를 취합하고, 그 정보를 실시간으로 알고리즘을 분석해 앱으로 비주얼 라이징을 하게 된다”며 “눈으로 보고 두드려보지 않아도 나무의 속사정까지 파악하는 것이 바로 스마트 트리 플랫폼의 기본 구상”이라고 설명한다.
드론의 멀티 테스킹
오웅성 교수팀의 스마트 트리는 드론의 활용이 중심이다. 그도 그럴 것이 산림관리에 있어 방대하고 인력을 통한 관리가 어려운 만큼 드론은 활용도 측면에서 높은 가성비를 보이고 있기 때문이다.
드론의 활용도는 점차 복합적인 멀티 테스킹(Multi-tasking : 다중처리능력)의 성격을 띠고 있다. 우선 오 교수팀은 산림관리에 최적화하는 방안으로 드론에 다양한 하드웨어를 장착하여 독자적인 관리 시스템을 구축했다.
“우리가 개발한 드론은 산림관리에 최적화되었다. 드론을 라우터(공유기)로 활용될 수 있도록 함과 동시에 고프로 카메라를 탑재했으며, 열화상카메라도 탑재할 예정이다. 여기에 대기질 오염을 체크할 수 있는 6개의 센서를 탑재해 다양한 중금속 오염물질을 검출할 수 있도록 했다. 라우터는 기존에 LTE 방식으로 전송될 수 있도록 했으나 차세대 통신망으로 주목받고 있는 로라(LoRa)를 장착해 데이터 전송 때 매우 빠르게 처리될 수 있도록 했다. 산림관리에 있어 강력한 기능을 발휘할 것이다.”
오웅성 교수가 이토록 자신감을 보이는 데는 이유가 있다. 빅 데이터를 구축하는 것도 중요하지만 데이터를 얼마나 빠르고 정확하게 확인할 수 있느냐하는 문제에 대한 해법을 풀었기 때문이다.
“자체적으로 명명한 접촉식 센서와 비접촉식 센서에 의해 취합된 데이터는 최소 투트랙으로 정보를 종합하고, 그 정보를 실시간으로 네트워크를 통해 전송된 데이터 알고리즘을 분석해 앱으로 비주얼 라이징을 한다면 노트북이나 앱으로 신속 정확하게 확인할 수 있다”고 오 교수는 자신감을 보였다.
원천기술 확보와 스타트 업 행보
오웅성 교수의 4차산업혁명에 대한 발빠른 행보는 조경산업 발전에 이바지할 것으로 예상된다. 무엇보다 수목분야는 스마트 기술 개발로 예측 가능성을 높여 조경관리의 효율성을 현재보다 높일 수 있다고 보는 것이다.
“연구의 기본적인 바탕은 USN(Ubiquitous Sensor Network)+IoT+드론의 복합적인 개념이다. 실시간 리얼 타임으로 수목의 속사정을 정보화하는 것이다.”
오 교수의 스마트 트리 플랫폼이 빅 데이터를 구축하고 시스템 안정화가 된다면 그에 따른 경제적 효과는 매우 클 것으로 보인다. 이에 대해 KISTI(한국과학기술정보연구원)에서는 원천기술도 가능할 것이라는 견해를 전해와 이번 연구가 신성장동력으로써 가치를 충족하고 있음을 확인시킨 것이다.
스마트 트리 프로젝트는 이제 창업으로 이어질 예정이다. 지난 2년 동안의 연구 성과와 축적되고 있는 데이터를 지속적으로 확장시켜 빅 데이터화하기 위한 작업의 연속성이라 할 수 있다.
이를 위해 홍익대 세종캠퍼스 내 창업보육센터에서 스타트업(Start up) 기업으로 자리해 지속적인 기술 디벨로퍼(Develloper)는 물론 상용화 작업에 속도를 가할 예정이다. 이러한 행보가 가능한 것은 지난 2년에 걸쳐 학교 내 캡스톤(Capstone : 종합설계 교육프로그램) 기반으로 연구한 결과 스마트 트리의 기초적인 플랫폼이 완성단계에 이르렀다는 판단에 의한 것으로 보인다.
오 교수는 “앞으로 추진될 단계는 일명 마스트리(Mastree : Master+Tree) 중간 송수신 기지를 이용해 데이터 송수신 기능과 드론의 충전을 도울 수 있는 정류장을 만들어 인력만으로는 해결할 수 없는 부분을 담당하게 할 것”이라며 “연구개발이 더욱 진보할 수 있도록 산림청이나 국립산림과학원 등의 지속적인 관심과 지원이 필요하다”고 아쉬움을 나타냈다.
스마트 트리 플랫폼은 수목의 센싱 패러미터 작성과 더불어 그린 인프라로서 도시숲이나 가로수의 지속가능한 수목환경관리를 도모하고 나아가 USN+IoT 융합 플랫폼 시대를 선도할 것으로 전망되고 있다.