물 관리 지능화를 위한 ICT 기술 소개

홍윤식 (인천대학교 교수 / SWG학회 부회장)

  물 관리 지능화를 구현하기 위해서는 물 관리 기술에 ICT(Information Communication Technology) 기술을 접목하는 것이 필요하다. 필자는 지난 4년여간 국토교통부 과제인 smart water grid 프로젝트 세세부과제 연구책임자로 참여하면서 얻게 된 지식과 경험을 바탕으로 물 관리 지능화에 적용 가능한 ICT 기술들을 비 ICT 분야 회원들이 쉽게 이해할 수 있도록 서술하고, 효과적인 ICT 기술 접목 방법에 대한 견해를 제시하고자 한다.

1. 4차 산업혁명 시대의 ICT 기술

   ICT 기술의 핵심은 ICBM으로 축약된다. ICBM은 IoT, Cloud, Big data, Mobile 등 4개 단어의 첫 글자를 딴 것이다. 최근 4차 산업혁명을 언급할 때 흔히 인공지능을 맨 처음 떠올리지만, 4차 산업혁명의 기반이 되는 ICT 기술의 핵심은 ICBM, 이 한 개의 단어로 요약할 수 있다.

  먼저 IoT는 사물통신(Internet Of Things)의 약자이다. 인터넷이 사람과 사람을 연결하는 도구였다면, IoT는 사물(things)과 사람, 사물과 사물을 연결하는 도구이다. IoT의 개념은 조금 더 확장돼서 만물통신(IoE, Internet Of Everything)이라고도 불린다.

   사물끼리 어떻게 연결이 될까? 프린터가 네트워크에 연결되면, 여러 대의 PC가 한 대의 프린터를 공유해서 쓸 수 있다. 프린터에 A4 용지가 얼마나 남았는가 이런 정보를 알 수 있으면 좋지 않을까? 프린터 용지함에 부착된 센서가 이런 기능을 담당한다. 즉 프린터란 사물에 내장된 센서가 센싱한 정보를 토대로 사람과 대화할 수 있게 된 것이다.

   여기서 중요한 것은 프린터 용지함에 A4 용지가 얼마나 남았는가에 대한 정보가 개인에게 전달되는 것이 아니라 중앙관제시스템에 전송된다는 사실이다. IoT에서 가장 중요한 부분은 사물이 제공하는 정보를 수집하고, 이를 중앙관제시스템이 저장하고 관리하는 역할이다. 사물로부터 모은 정보로부터 최종 판단을 내리는 것은 개인이 아니라 중앙관제시스템이 하기 때문이다.

   IoT에서 또 다른 요소는 근거리 통신이다. 근거리의 정의는 정확하지 않다. 근거리의 범위가 10Cm∼200m처럼 모호하기 때문이다(물론 비접촉식 태그처럼 1cm 미만도 근거리이다). 왜 원거리가 아니고 근거리일까? 이는 에너지 소모와 관련이 있다. 어떤 장치가 데이터를 무선으로 전송하기 위해서는 에너지가 필요하다. 전송 거리가 멀수록 에너지를 더 많이 소모하며, 당연히 장비 가격도 점점 비싸진다. IoT 기기는 최소 수십 개에서 수천/수만 개까지 엄청나게 많이 설치된다. 따라서 IoT 기기에서 근거리통신을 채택하는 이유는 저렴한 비용으로 저전력을 소모하면서 복잡하지 않은 데이터를 수집하기 위해서이다. IoT 장치에서 채택하고 있는 근거리 통신방식은 ZigBee, LoRa 등 다양한 표준이 제안되었지만, 최근에는 SK, LGT 등 통신사업자들이 독자적인 IoT 표준을 제안하고 있다.

   두 번째는 클라우드(Cloud) 컴퓨팅이다. 클라우드 컴퓨팅의 핵심은 내가 어디에 있든 내가 사용하는 컴퓨터 종류에 상관없이 내가 원하는 정보에 접근 가능하다는 뜻이다. 전철에서 스마트폰으로 드라마 다시보기를 하다가 집에 도착해서 TV로 스마트폰에서 보다 중단된 장면부터 다시 볼 수 있는 것이 바로 클라우드 컴퓨팅 예이다. SCADA 시스템에서 필요한 정보를 확인할 수 있지만, 스마트폰으로도 동일한 관제 정보를 확인할 수 있는 것도 클라우드 컴퓨팅 예이다.

   세 번째 빅 데이터(Big Data)는 이전에 대용량 데이터베이스(VLDB, very large data base)라고도 불리기도 했지만, 이젠 빅 데이터란 용어로 고착화된 듯하다. 데이터가 계속 축적되면, 세부적인 데이터에 대한 관심보다는 데이터가 어떤 특징을 갖고 있는지 파악하는 것이 빅 데이터의 핵심이다. 다시 말해 축적된 데이터를 토대로 앞으로 데이터의 흐름을 예측하고자 하는 것이 빅 데이터의 개념이다. 다만 이를 위해서는 데이터 표준 정립 및 공공 데이터 구축 등이 전제가 되어야 하며, 데이터 정합성 검증 등을 거쳐 데이터 신뢰도 개선 등의 과정이 필요하다.

  마지막으로 모바일(mobile)에서 눈여겨봐야 할 점은 전원, 즉 배터리이다. 모바일이란 휴대성, 이동성이 전제가 되며, 항시 전원에 연결되어 있지 않기 때문에 배터리가 핵심이다. 저전력 소모가 모바일에서 핵심 주제가 되는 이유가 바로 그 때문이다. 또한, 항상 무선으로 네트워크에 연결되지 않기 때문에 서비스 품질(Quality of Service)도 중요한 이슈가 된다.

2. 지능형 물 관리에서의 ICT 기술 접목

   물 관리에 ICT 기술을 접목하는 것은 일종의 융합 기술이다. 융합 기술에서 중요한 부분은 물 관리 전문가가 ICT 기술에 대한 이해의 폭을 넓히는 것이 필요하며, ICT 전문가도 물 관리 전반적인 내용을 충분히 이해하고 있어야 한다.

   상수관망에서 누수 발생 여부를 찾는 상황을 예로 들어보자. 물 관리 전문가는 상수관로가 매설된 곳 어딘가에 장치를 갖다 대면 누수 발생 여부를 알려주는 스마트(?)한 장치를 원한다. 그러나 ICT 전문가는 누수 발생 탐지 가능성을 최대한 높일 수 있는 방법을 고민한다. 즉 물 관리 전문가는 상수관로에 설비나 시설을 추가로 설치하지 않았으면 하고, ICT 전문가는 최소 2곳에 초음파 발신기를 설치하여 2개 초음파의 상관관계를 분석하여 누수 발생 탐지 가능성을 높이는 방안을 고민한다. 비록 극단적인 예이긴 하지만, 이질적인 두 개의 전문가 집단 사이에는 어느 정도 간극(gap)이 존재하며, 이 간극을 좁히기 위한 공감대 형성이 필요하다는 것이다.

   다시 본론으로 돌아와서 지능형 물 관리에서 ICT 기술을 접목하기 위한 관건은 스마트 미터링(smart metering)이 아닐까 싶다. 스마트 미터링에서 스마트란 의미는 무얼까? 미터링은 계측이며, 계측 정확도가 중요한 기준이다. 단순 계측에서 벗어났다는 의미에서 advanced metering이란 용어를 사용하다 최근 스마트 미터링이란 용어로 일원화되는 추세이다.