제 4차 산업혁명과 스마트 물관리

 K-water 융합연구원 최병만 선임전문위원

2016년 1월, 스위스 다보스에서 개최된 세계경제포럼(WEF: World Economic Forum)의 핵심 의제는 ‘제 4차 산업혁명(The Fourth Industrial Revolution)’이었다. 세계경제포럼의 창시자이자 회장인 클라우스 슈밥은 기조연설에서“우리는 지금까지 우리가 살아왔고 일하고 있던 삶의 방식을 근본적으로 바꿀 기술혁명의 직전에 왔다. 이 변화의 규모와 범위, 복잡성 등은 이전에 인류가 경험했던 것과는 전혀 다를 것”이라고 언급했다. 4차 산업혁명은 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 등 지능정보기술이 기존 산업과 서비스에 융합되거나 3D 프린팅, 로봇공학, 생명공학, 나노기술 등 여러 분야의 신기술과 결합되어 실세계 모든 제품·서비스를 네트워크로 연결하고 사물을 지능화한다. 또한, 초연결(Hyperconnectivity)과 초지능(Superintelligence)을 특징으로 하고 있어서 기존산업혁명에 비해 더 넓은 범위에, 더 빠른 속도로, 더 크게 영향을 미치게 된다.

금년 1월에 개최된 세계경제포럼에서는 경제와 사회, 지정학, 기술 등 각 분야 전문가를 상대로 30개 글로벌 리스크 중 올해 발생 가능성이 가장 큰 리스크에 대해 설문조사한 결과, 기상이변이 1위였다고 ‘글로벌 리스크 2017’보고서에서 밝혔다. 또한, 발생시 가장 영향력이 큰 리스크로 대량 살상무기, 기상이변, 물부족 위기, 자연재해, 기후변화 저감 대응 실패 등을 꼽았다. 기후변화 대응 실패에 따른 경제적 손실을 분석했는데 강력한 지진, 폭풍 등에 의한 2016년 자연재해 건수는 총 750건으로 지난 10년 평균 590건 보다 1.31배 높았고, 연간 피해액은 1,750억 달러(약 200조원)에 달하는 것으로 나타났다.

전문가들은 기후변화가 가져올 피해와 재앙이 우리의 예상을 훨씬 넘어설 것으로 전망하고 있다. 영국의 물리학자 스티븐 호킹 박사는 지난 6월 20일 노르웨이에서 열린 스타머스 천체우주과학축제 연설에서 ‘소행성 충돌과 인구 증가, 기후변화 등으로 인해 사람이 살기 어려울 정도로 지구가 파괴되는 건 시간문제라며, 인류는 30년 안에 지구를 떠나야할 것이다’라고 경고했다. 실례로 8월과 9월에 대서양에서 발생했던 허리케인 하비(Harvey)와 어마(Irma)가 미국에만 입힌 피해액이 300조원을 넘는 것으로 추산되고 있어서 호킹 박사의 경고가 기우에 불과할 것이라고 지나치기가 쉽지 않다. 기상이변의 규모가 더 증가하고 진행속도가 점점 빨라질 경우 머지않아 지구촌 곳곳에서 대가뭄(Mega drought)과 폭염, 슈퍼 태풍과 허리케인의 발생 빈도와 규모가 더욱 증가하고 그에 따른 물 부족, 수질 오염, 홍수 피해 확산 등 물 관리는 점점 어렵게 될 것이다. 따라서 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등 4차 산업혁명의 자동화․정보화․지능화 기술을 활용하는 기술융합을 통해 기후변화에 대응하는 물 관리체계의 고도화를 서둘러야 할 때다.

다행스럽게도 정보통신기술(ICT) 강국이라 할 수 있는 우리나라는 지난 2012년 7월 스마트워터그리드(Smart Water Grid) 연구단을 출범하여 차세대 물관리 기술인 스마트 워터그리드 연구개발을 추진해 왔다. 스마트워터그리드 기술은 물 부족지역에 있는 지하수, 우수, 해수 등 한정된 수자원을 이용하여 가장 경제적인 수처리를 함으로써 활용목적에 맞는 수자원을 확보하고, ICT를 활용하여 실시간으로 물 수요를 분석·예측해 물관리를 효율적으로 하는 토탈 물관리 시스템이다. 2015년 4월에는 대구·경북에서 개최된 제 7차 세계물포럼에서 스마트 물관리(Smart Water Management Initiative, SWMI) 선언하고 세계 스마트 물관리 실현을 선도하겠다고 밝힌바 있다. SWMI는 수자원 계획부터 관리까지 물관리 전 과정에 ICT를 융합, 수자원 효율을 극대화하는 차세대 지능형 물관리 시스템이다. 지금까지 물관리가 취수원에서 소비자에게 물이 잘 흐르도록 만드는 것이었다면, SWMI는 과학적으로 판단하고 자유롭게 소통하는 물 순환 전 영역 통합관리모델이다. 통합물관리(IWRM) 관점을 수자원 중심에서 물 흐름의 전 영역으로 확대하고, 지능형 물 공급망(SWG) 기반의 설계와 운영을 통해 물의 안전성과 효율성을 확보한다. 대표적인 것이 ‘스마트워터시티’로 ICT를 이용해서 취수원에서 수도꼭지까지 수돗물 공급 전 과정에 있어서 실시간 누수감지, 조기경보, 수처리공정 고도화 등 수량과 수질을 과학적으로 관리하고 그 결과를 소비자가 스마트폰이나 홈오토메이션을 통해 직접 확인할 수 있는 미래형 물의 도시라 할 수 있다.

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최근에는 ICT 기반의 드론시스템을 활용한 실시간 홍수관리 통합감시체계 구축이 추진되고 있다. 댐, 보, 하천을 대상으로 드론 수집정보를 이용한 영상분석시스템을 개발하여 수계단위로 홍수상황을 실시간으로 통합 감시함으로써 수문운영 의사결정을 한층 높이게 될 것이다. 아울러 가뭄 장기화 등 기후변화로 인해 심화되고 있는 수질문제에 대응하기 위해 드론을 이용한 녹조 감시체계도 도입하고 있다. ‘초분광(超分光)센서’를 드론에 장착해 상공에서 녹조의 생화학적 특성을 영상으로 측정하는 원격 모니터링 기술로 이 센서를 활용하면 조류(藻類)의 특성이 시각적으로 표시되어, 일반 카메라 영상에서 육안으로 확인이 어려웠던 부분까지 정밀하게 녹조를 구별할 수 있다. 대상 지역을 넓게 보는 면(面) 단위 모니터링까지 가능해져 효율적인 녹조 모니터링, 예측 및 대응이 가능하게 된다. 이외에도 물 관련 정보의 품질개선을 통한 데이터 신뢰성 확보와 홍수, 가뭄, 수질재해 등 인공지능 제어방안을 도출하는 딥러닝 기반의 데이터 통합 AI 알고리즘 개발 및 빅데이터 분석 플랫폼 구축도 추진되고 있다.

이처럼 우리나라는 ICT 강국이라는 장점을 활용해서 비교적 빠르게 4차산업 기술을 물관리에 적용해 왔다고 할 수 있지만, 아직 인공지능, 사물 인터넷, 빅데이터 분야는 초기단계 수준이며 특히 미국, 일본, EU 등 선도국에 비해 매우 뒤쳐진 상황이다. 2020년 세계 물산업 시장이 8,341억 달러(약 943조원)에 이를 것으로 예상되는데, 향후 4차산업 기술의 각축장이 될 것이므로 누가 먼저 핵심 요소기술을 선점하는가가 경쟁력 확보의 최우선 과제라 할 수 있다. 따라서 정부, 학계, 산업계(중소기업 포함)가 함께 참여해서 로드맵 수립, R&D 투자 확대, 핵심기술 개발 등 물산업과 연계한 4차산업 관련 기술 경쟁력 확보를 위한 청사진이 마련이 시급하다.