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“지형‧공간정보만으로 구성 디지털트윈, 실체계 실시간 반영 못해”

매일건설신문 주관 ‘디지털트윈의 올바른 이해가 필요하다’ 대담

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조영관 기자
기사입력 2022/06/24 [16:20]

‘디지털트윈 석학’ 김탁곤 카이스트 명예교수 

‘외형적 측면’과 ‘내면적 측면’ 모두 복제해야 ‘디지털트윈’

내비게이션은 3가지 구성요소 포함된 디지털트윈 ‘대표 사례’

“공간정보 기반으로 빅 데이터‧시뮬레이션 기술 융합돼야”

 

‘공간정보 전문가’ 사공호상 국토지리정보원 원장

디지털 트윈은 CPS를 가장 이상적으로 구현한 것

‘지도플랫폼’이 국가의 ‘디지털 플랫폼’ 돼야 

“공간정보는 디지털트윈 일부분, IT‧소프트웨어 등 결합해야”

 

▲ 김탁곤 카이스트 명예교수(왼쪽)와 사공호상 국토지리정보원 원장(오른쪽)                 © 매일건설신문 

 

4차 산업혁명의 핵심기술로 ‘디지털트윈(Digital twin‧가상모델)’이 부상하고 있다. 하지만 산업계 각 분야 별로 그 쓰임새와 의미는 다르게 받아들이고 있는 상황이다. 특히 공간정보 산업계에서는 디지털트윈이라는 용어가 약방의 감초처럼 빠지지 않는 단어가 되다시피 했다. 이에 전문가들 사이에서는 “디지털트윈의 용어부터 제대로 정의해야 한다”는 지적이 나오고 있다. ‘디지털 트윈’ 용어와 기술에 대한 근본적인 정의와 이해가 돼 있지 않으면 그 방향과 쓰임새도 어긋날 수 있다는 것이다. 

 

이런 가운데 매일건설신문은 김탁곤 카이스트 명예교수, 국토교통부 국토지리정보원 사공호상 원장과 ‘디지털트윈의 올바른 이해가 필요하다’는 주제로 대담을 진행했다. 

 

1988년 미국 애리조나대학교 컴퓨터공학 박사(M&S 전공)를 취득한 김탁곤 교수는 미국 캔사스대학 교수를 거쳐 1991년부터 카이스트 전기·전자공학부 교수를 지낸 후 2018년부터 명예교수로 활동하고 있다. 한국 시뮬레이션 학회 회장과 국제시뮬레이션학회(SCS) 논문지(Simulation) 편집위원장을 역임했다. 미국 M&S(Modeling &Simulation) 기술사 자격을 취득했고, 국제시뮬레이션 학회(SCS) 및 아시아 시뮬레이션 연합회(ASF) 석학회원(Fellow)이다.

 

사공호상 원장은 33년간 국토연구원 등 연구기관에서 공간정보 기술과 산업을 연구해온 공간정보 전문가로 한국지리정보학회장, 국가공간정보위원회 위원, 중앙지적위원회 위원, 국토연구원 국토정보연구본부장 등을 지냈다. 국토연구원 선임연구위원 시절 발표한 <지능정보사회에 대응한 국가공간정보 전략 연구> 보고서에서 차세대 공간정보의 비전 목표로 현실세계와 가상세계 간 상호작용이 가능한 ‘디지털 트윈 공간(Digital Twin Space·DTS)’을 제안하기도 했다. 

 

- 2020년 정부의 ‘한국판 뉴딜’ 선언 후 ‘디지털트윈’이  급부상했다. 이제는 정부와 민간기업들의 보도자료에서 빠지지 않는 용어가 되다시피 했다. 이 같은 현상에 대해 어떻게 평가하나.

 

사공호상 원장 “실세계와 똑같이 디지털로 구축한 ‘3D 공간정보’를 ‘디지털트윈’과 같은 맥락으로 이해하고, 여기에 ‘국토’라는 대상을 붙여서 ‘디지털 트윈 국토’라고 부르고 있다. 1990년에 GIS(지리정보시스템)가 도입된 이후 국토정보는 ‘디지털 국토’, ‘사이버 국토’, ‘디지털 트윈 국토’로 명칭을 바꾸어 불렀다. 명칭이 수시로 변경된 것은 새로운 기술과 미래지향적 용어를 선호하는 우리 사회의 영향과 무관하지 않다고 본다. 그러나 ‘디지털트윈’을 단순한 용어로, 빈번하게 사용하면서 본래의 의미를 벗어나 본래의 뜻이 왜곡되고 있는 것이 문제라고 생각한다.”

 

- 무엇보다 디지털트윈에 대한 정확한 이해가 필요할 것 같다. 용어와 기술에 대한 근본적인 정의와 이해가 돼 있지 않으면 그 방향과 쓰임새도 어긋날 것이다. 두 분은 디지털트윈에 대해 각각 어떻게 정의하나.

 

김탁곤 교수 “디지털트윈(Digital Twin)은 영어 의미를 직역하면 ‘디지털 쌍둥이’라는 뜻이다. 쌍둥이는 2개가 쌍으로 존재해야 하며, 2개 중 한 개는 실세계에서 물리적으로 존재하고 있는 ‘그 무엇’이고 다른 한 개는 ‘그 무엇’을 컴퓨터 속 가상 세계에 디지털 형태로 저장한 복제물이다. 이때 실세계에서 존재하는 ‘그 무엇’이 실제 시스템으로 물리적트윈(Physical Twin‧ PT)이라 부르며 ‘그 무엇(PT)’의 가상 세계 복제물을 디지털트윈(Digital Twin‧DT)이라 부른다. 디지털트윈의 구축 목적은 물리적트윈(실 체계)만으로는 불가능한 서비스(분석, 예측, 고장 진단, 최적화 등)를 디지털트윈과 물리적트윈의 연동 운영을 통해 가능하게 하는 것이다.”

 

사공호상 원장 “디지털트윈(DT)은 사이버물리시스템(CPS)을 가장 이상적으로 구현한 것이라고 생각한다. CPS와 DT는 비슷해 보이지만 CPS가 개념적이고 과학적인데 비해 DT는 공학적이고 실용적이다. CPS는 독일에서 제조산업을 혁신하기 위한 개념으로 출발했고, DT는 미국의 GE(제너럴 일렉트릭)가 항공, 발전 등을 소프트웨어와 연계하는 과정에서 구현된 것이다. DT는 정적인 형태의 디지털 쌍둥이가 아니라 디지털 쌍둥이를 이용해서 실제 자산이나 프로세스를 개선하는 동적인 시스템이다. 그런 맥락에서, 정적인 3D 공간정보를 디지털 트윈의 전부라고 생각하는 잘못된 것이다.”

 

▲ 김탁곤 교수는 “디지털트윈의 구축 목적은 물리적트윈(실 체계)만으로는 불가능한 서비스를 디지털트윈과 물리적트윈의 연동 운영을 통해 가능하게 하는 것”이라고 설명했다.               © 매일건설신문

 

- 용어는 같은 ‘디지털트윈’이지만 두 분이 생각하는 디지털트윈의 정의과 그 기술적인 접근 방향은 다른 것 같다. 각각 설명을 부탁한다. 

 

김탁곤 교수 “디지털트윈이 대상 실체계를 복제한다는 것은 ‘외형적 측면’과 ‘내면적 측면’을 모두 복제해야 한다는 것을 의미한다. 외형적 복제는 외부에서 실체계를 관찰해 얻을 수 있는 정보를 말하며 실체계의 운용 데이터와 실체계의 형상을 말한다. 내면적 복제는 실체계 동작을 결정하는 지배 법칙(방정식)을 말한다. 요약해서 말하면, 디지털트윈은 실체계의 운용 데이터, 공간‧형상 정보 및 실체계에 포함된 객체들의 행위 모델 등 3가지 구성요소를 컴퓨터 속에 복제시킨다. 이들 3가지 구성요소들은 ICT(정보통신기술) 기술을 사용해 구현이 가능하다. 

 

실체계 운용 데이터는 IoT(사물인터넷) 장비로부터 획득이 가능하다. 공간‧형상 정보는 서비스 목적에 따라 GIS(지리정보시스템), BIM(빌딩정보모델) 혹은 3D CAD(3차원 모델링) 중 한 가지 이상이 결합된 형태로 구현될 수 있다. 객체 행위 모델은 대상 실체계의 물리‧공학적 특성에 따라 다양한 형태의 시뮬레이션 모델로 구현된다. 

 

디지털트윈은 서비스 목적에 따라 이들 3가지 구성요소 중 한 가지 구성요소로 만으로도 목적 달성이 가능하지만, 두 가지 혹은 세 가지 모두가 있어야 목적 달성이 가능한 경우도 있다. 예를 들면, 우리가 운전 시 사용하는 내비게이션은 이들 3가지 구성요소 모두가 포함된 디지털트윈의 대표적인 예다. 

 

내비게이션 디지털트윈은 3가지 구성요소 중 한 가지라도 빠진다면 현재와 같은 길 안내 서비스를 할 수 없을 것이다. 예를 들면, 실시간으로 자기 차량의 현재 위치 정보(GPS)를 받을 수 없다거나, GIS(지리정보시스템)를 통한 도로‧지리 정보가 없다거나, 혹은 목적지까지 도달하는 데 필요한 시간을 예측해 최소 시간 소요 경로를 찾는 시뮬레이션 모델이 없다면, 우리는 네비게이션을 어떻게 사용할 수 있을지를 상상해 봐라. 

 

구체적인 예로서, 디지털트윈 구성 시 세 가지 구성요소 중 일부만을 사용한 디지털트윈의 한계점을 생각해 보자. 예를 들면, 실 체계 운용 데이터 복제만으로 구성된 IoT(사물인터넷) 기반 디지털트윈은 수집된 데이터를 분석할 수는 있지만 실체계 데이터를 지형‧공간 상에 시각화해 표출 할수 없을 뿐만 아니라 실체계와 다른 가상 데이터(시나리오)를 입력한 시뮬레이션을 수행할 수 없다. 

 

마찬가지로, 지형‧공간 정보만으로 구성된 디지털트윈은 실체계에서 일어나는 지형‧공간 객체들의 변화를 실시간으로 반영할 수 없으며 시뮬레이션을 통한 실체계의 현상 분석 및 미래 예측이 불가능하다. 끝으로, 시뮬레이션 모델 만으로 구성된 디지털트윈은 실 체계에서 실시간으로 변화하는 데이터를 시뮬레이션 입력으로 사용할 수 없으며 시뮬레이션 결과를 시각적으로 표출할 수도 없을 것이다.”

 

사공호상 원장 “디지털트윈은 모든 분야에서 활용 가능한 기술이다. 그래서 ‘Digital Twin for~’가 돼야 하고, 공간정보 분야는 ‘Digital Twin for Smart Space’라고 생각할 수 있다. 공간의 디지털트윈은 CPS로 설명할 수 있다. 즉 실세계와 같은 사이버공간을 구축하고 양자를 데이터로 연결해 사이버공간에서 모니터링‧진단‧분석‧시뮬레이션하고, 이를 통해 실세계의 문제점을 해결하거나 운영을 최적화하는 것 등이 가능한 시스템을 말한다. 디지털트윈 공간은 정적(靜的)인 모델링이 아니라 데이터가 연결된 동적(動的)인 사이버공간을 말한다.”

 

- 2020년 정부의 ‘한국판 뉴딜’ 선언 후 ‘디지털트윈’이  급부상한 이후 디지털트윈이 정부와 산업계에 어떤  영향을  미쳤다고  진단하는지.

 

김탁곤 교수 “2018년 기술 예측 기관인 가트너(Gartner)가 디지털트윈을 미래 신기술로 소개한 이래 우리나라 민간 산업계에서도 디지털트윈의 관심도가 높아졌다. 이를 계기로 산업계에서는 디지털트윈의 개념 이해와 기술적 중요성을 깨닫기 시작했으며 디지털트윈이 디지털 전환(Digital Transformation)의 주춧돌이 된다는 점을 인식하기 시작했다. 디지털트윈 기술 적용에 관심을 가지고 있는 산업 분야는 생산‧제조, 건설, 물류, 교통, 환경, 재난, 헬스, 국방 분야 등이다. 

 

‘한국판 뉴딜’에서도 디지털트윈을 10대 기술에 포함시켰으며 디지털트윈 자체 기술 개발과 디지털트윈을 적용한 응용 서비스 개발을 동시에 추진 중이다. 민간 산업계에서는 한국판 뉴딜 사업의 참여를 통해 디지털트윈에 대한 기술 개발과 이를 기존 시스템에 적용시키는 시스템 스마트화에 관심을 두고 있다.

 

구체적으로, 중소기업들은 디지털트윈 기술과 서비스에 필요한 관련 기술‧솔루션(VR, AR, 메타버스 등) 개발을 목표로 뉴딜 사업에 참여하고 있다. 대기업들은 기 운용 중인 시스템(생산‧제조 공장)에 디지털트윈 기술을 적용해 기존 시스템을 스마트 시스템(스마트 팩토리)으로 진화시키는 데 관심을 갖고 있다. 

 

중소기업의 디지털트윈 기술 개발은 IoT 기반 데이터 수집, GIS‧BIM‧3D CAD, 시뮬레이션 모델 등 디지털트윈 3가지 구성요소들을 각각 개발‧운용하는 전문화된 분야로 나뉘어 진행되고 있지만 이들을 통합한 플랫폼 개발은 거의 진행되지 못하고 있다. 

 

대기업에서 추진 중인 스마트 시스템화는 기업의 사업 분야에 특화시켜 자체 개발한 디지털트윈 플랫폼을 이용하거나 외국에서 수입된 플랫폼‧솔루션을 이용하고 있다. 국내 개발된 디지털트윈 기술을 이용한 스마트 시스템화에 대해서는 비용‧기술 리스크 등의 이유로 운용 중인 시스템 전체보다는 시스템 일부에 디지털트윈 기술을 적용시킨 개념 검증(POC‧Proof of Concept) 수준이다.

 

사공호상 원장 “국토지리정보원의 경우 한국판 뉴딜에 ‘디지털 트윈 국토’ 사업이 포함돼 데이터를 구축하는 예산이 320억원 정도 늘었다. 덕분에 도시지역의 항공사진 해상도가 12㎝(비도시 25㎝)로 좋아졌고, 수치표고모형(도시지역 1m, 비도시 5m) 전국 한판을 완성했다. 정밀도로지도의 구축범위도 국도까지 확대됐다. 

 

그러나 건물과 시설물의 3차원 데이터는 예타 대상이어서 포함되지 못했다. 현재 공간정보 디지털트윈은 3차원 공간 데이터로 모델링한 ‘사이버공간’을 말한다. 지도(공간정보)는 디지털 플랫폼의 한 형태이지만 다른 플랫폼에 비해 뛰어난 장점이 있다. 즉 위치를 기반으로 모든 데이터를 통합할 수 있고, 공간적 분석과 시뮬레이션 등이 가능하며, 가시화를 통해 직관적이고 빠른 판단을 지원한다. 

 

또한 교통, 에너지, 물류, 안전 등 사회의 여러 분야를 하나의 플랫폼에 통합해 소통과 협업이 원활하다. 이 플랫폼을 구축하는 데 빅데이터, IoT, 네트워크, 크라우드, 인공지능, 소프트웨어 등 ICT 기술이 총망라돼 융‧복합 산업생태계가 활성화될 것이다. 이러한 플랫폼이 스마트시티 나아가 국가의 디지털 플랫폼 기능을 하며, ‘버추얼 싱가폴’이 대표적인 사례다.”

 

▲ 사공호상 원장은 “디지털 트윈은 모든 분야에서 활용 가능한 기술이다”이라며 “실세계와 같은 사이버공간을 구축하고 양자를 데이터로 연결해 사이버공간에서 모니터링, 진단, 분석, 시뮬레이션하고, 이를 통해 실세계의 문제점을 해결하거나 운영을 최적화하는 것 등이 가능한 시스템을 말한다”고 말했다.           © 매일건설신문

 

- 국토지리정보원의 지난 ‘1/1000 지도 국정과제’ 채택 사례에 비유한다면, 1/1000 지도는 하나의 디지털트윈 플랫폼으로도 볼 수 있을 것 같다.  ‘한국판 뉴딜’ 선언 후 정부와 민간에서 ‘디지털트윈’ 도입과 활용에 대한 방향은 제대로 이뤄지고, 성과는 있었다고 보나. 향후 디지털트윈은 정부 주도가 돼야 하나, 아니면 민간이  주도할  수 있도록 정부는 플랫폼에 대해 지원을 해야 한다고 보나. 

 

김탁곤 교수 “1/1000 지도는 국토 디지털트윈 구축에 필요하고 정밀도 공간정보 시스템이다. 1/1000 지도 구축의 중요성과 예산 투입의 필요성을 부각시키기 위해서는 고정밀 지도가 없으면 불가능한 디지털트윈 기반 서비스(자율주행 차량의 안전운행 등)들이 구체화돼야 한다. 

 

서비스 구체화는 고정밀 공간정보 시스템 외에 추가적으로 IoT 시스템(운용 데이터 수집 용), 모델링 시뮬레이션 시스템(가상 실험 용) 등이 필요한지를 식별함으로써 디지털트윈 구축을 완성할 수 있다. 반면, 서비스 식별(풀어야 할 문제)이 되지 않은 상태에서 기술 개발(문제를 푸는 데 필요한 솔루션들)을 하자는 것은 올바른 접근 방법이라 할 수 없다. 예를 들면 우리가 고정밀도 공간정보가 있으니 이것으로 필요한 서비스에 사용해 보라는 식은 결코 정확한 문제 해결 접근 방법이 될 수 없다. 

 

향후 디지털트윈 기술 개발 및 응용 서비스 개발은 정부 주도와 민간 주도가 동시에 추진되는 것이 바람직하다. 정부 주도는 공공 서비스에서 디지털트윈을 활용하는 것을 목적으로 하는 국토부 주관의 GIS(지리정보시스템) 기반 디지털트윈 구축 사업과 이를 이용한 서비스 개발 사업(댐 디지털트윈)이 대표적인 방향이다. 민간 주도 사업은 디지털트원 기술의 성숙도와 함께 산업 분야의 시스템 스마트화 사업들이 대표적이다. 정부 주도와 민간 주도의 공통적인 사항은 디지털트윈 자체 기술과 응용 기술 개발이 동시에 이뤄져야 한다는 것이다. 디지털트윈 자체 기술은 디지털트윈을 개발하고 운용하는 플랫폼 개발이 우선돼야 할 것이다. 

 

디지털트윈 개발‧운용 플랫폼은 개발하고자 하는 서비스에 무관하게 공통적으로 사용될 수 있어야 하며, 서비스가 달라지면 주어진 플랫폼을 사용해 달라진 부분의 컨텐츠를 추가적으로 개발해 디지털트윈을 완성할 수 있어야 한다. 

 

또한 개발된 디지털트윈은 개발 시와 동일한 플랫폼 상에서 운용돼 요구된 서비스를 제공할 수 있어야 한다. 이러한 플랫폼의 사용으로 교통 디지털트윈을 개발한다면 관심 지역의 교통 빅데이터 수집과 지형‧공간 정보, 그리고 교통 시뮬레이션 모델 개발이 모두 플랫폼 기반으로 이뤄져야 하며 개발된 디지털트윈을 바탕으로 필요한 서비스(소요 시간 예측 혹은 최적 경로 탐색 등) 제공이 플랫폼을 사용해 이뤄져야 한다.

 

사공호상 원장 “1/1000 지도는 디지털 플랫폼의 기반이기 때문에 국정과제에 선정됐다. 데이터의 정확·정밀도 면에서 현재 국가기본도 1/5000으로는 자율차, 로봇, 드론 등과 같은 4차 산업혁명에 수요에 부응하기 어렵다. 앞으로 1/1000 지도가 국가기본도가 돼야 하고, 이를 기반으로 만들어지는 ‘지도플랫폼’이 국가의 디지털 플랫폼이 돼야 한다는 점을 지속해서 설명할 예정이다. 디지털 플랫폼 정부를 위한 공간정보의 중요성을 이해하면 예산도 충분히 지원할 것으로 생각한다.” 

 

- 공간정보 산업계는 디지털트윈을 어떻게 받아들여야 할까.

 

김탁곤 교수 “공간정보 시스템은 디지털트윈의 주요한 구성요소로서 실세계에서 요구되는 많은 서비스(스마트시티 문제 해결책 등)들이 공간정보 기반으로 이뤄진다. 그러나 공간정보 만으로 구성된 디지털트윈은 공간에 존재하는 객체들의 속성(객체의 제원 등)정보와 공간 객체들의 공간 상의 관계(두 객체 사이의 거리 등)를 알아보는 서비스에 국한될 수밖에 없다. 

 

그러나 우리가 실세계에서 원하는 많은 서비스들은 공간정보를 기반으로 빅 데이터 및 시뮬레이션 기술이 융합돼야 가능하며 이러한 서비스들의 구현을 통해 디지털트윈의 부가 가치를 더 높일 수 있다. 이러한 관점에서 볼 때 공간정보 산업계의 디지털트윈 구축 사업은 나머지 2개의 기술 개발 업계와 협력함으로써 더 많은 디지털트윈 개발 사업 기회가 생길 것이다.”

 

사공호상 원장 “앞으로 공간정보 플랫폼이 성공을 거두려면 활용의 목적과 주체가 분명해야 한다. 그래서 지자체나 공공기관(6대 지하시설물)이 주도하고 정부는 이를 지원하는 형태가 돼야 한다. 

 

또한 국가 차원의 디지털 플랫폼이 체계적으로 구축되기 위해서는 국토부(공간데이터), 행안부(지자체), 과기부(기술개발)가 협력해야 하며, 사업의 컨트롤타워 역할을 하는 TF가 국무총리실 또는 대통령실에 구성돼야 한다. 공공부문의 디지털 플랫폼이 작동하면 고인 물처럼 쌓여 있던 데이터(데이터댐)가 활용 가능한 형태로 민간산업에 흘러 들어갈 것이다. 

 

공간정보는 디지털트윈의 일부분으로, 사용자가 어떤 목적을 위해 IT(정보기술)와 소프트웨어 등을 결합해 시스템을 완성했을 때 비로소 제 역할을 한다. 3차원 공간데이터를 구축하고, 이들을 융합해 사이버공간을 만드는 것 그 자체가 ‘디지털트윈’이라는 잘못된 이해에서 벗어나 디지털 트윈에서 공간정보의 기능과 역할을 제대로 이해하는 것이 중요하다.” 

 

 

/정리 = 조영관 기자 

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