한국기술연구원은 실시간 영상을 기반으로 홍수 시 하천 모니터링 및 재난에 대응할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

최근 기후변화와 이상홍수 발생으로 인한 하천 내 재난 피해가 증가하고 있다. 지난 몇 년간 전국을 휩쓴 폭우로 인해 호남지방과 중부내륙에서 많은 피해가 발생했으며, 대부분의 경우 하천 제방의 월류도 함께 발생했다. 이에 따른 인명피해 증가 등 잠재적 피해요인이 커지고 있다.

하천 홍수범람은 인명 및 재산에 대한 직접적인 피해가 발생할 뿐만 아니라 하천환경 및 수생태계 변화에도 복합적으로 영향을 미치게 된다. 그러나 기존의 하천재난 대응은 상류 댐 방류 시 알림 기능이나 홍수 발생 시 관계자가 직접 하천에서 통제를 하는 수준이다. 소하천이나 도시에서 벗어난 지역은 이조차도 어려운 실정이다. 따라서 하천 주변 지역에서의 홍수 재난 대응 기술이 필요하다.

건설연 수자원하천연구본부 연구팀은(팀장: 강준구 박사, 연구단 책임자: 여홍구 박사) IoT, 디지털트윈, AI 등 4차 산업을 적용해 재난피해를 저감하고 대응하기 위한 실시간 하천재해 관리기술을 개발했다.

특히, 인명피해를 최소화하기 위한 목적으로 하천 내 수위, 유속, 유량 등을 모니터링하고, 홀로렌즈를 통한 원격지 제어와 디지털트윈을 이용해 하천 홍수재난 대응에 활용했다. 실제 하천에 테스트 베드와 시범사업을 진행해 기술의 적용성과 가능성을 검증했다.

개발된 기술은 영상을 기반이기 때문에 CCTV 등과 같이 기존에 설치된 영상 장치로부터 필요한 데이터를 확보해 활용할 수 있다. 영상 이미지를 통해 수위, 유속, 유량 및 하천 내 객체(사람, 차량 등)를 인식할 수 있고, IoT 기술과 연계해 실시간으로 자료를 수집할 수 있다. 또한, 고글 형태의 원격제어 장치인 홀로렌즈를 이용해 원격으로 하천의 수위 상황을 모니터링하고 홍수 상황에 대응할 수 있다.

디지털트윈을 활용해 대상지역(사람이 많이 모이는 하천변이나 과거 피해가 많은 지역)과 동일한 가상공간을 만들고, 가상 홍수를 재현할 수 있다. 가상홍수는 50년 빈도 홍수, 100년 빈도 홍수 등 예측되는 홍수 시나리오 및 이상홍수 조건에 따라 흐름해석을 수행한 후 실제 홍수 흐름을 시각적으로 재현할 수 있다. 즉, 홍수 시 대상 하천 내 고수부지, 친수시설, 하천별 도로 등 사람이 이용하는 곳에 발생하는 재해를 가상공간에서 미리 경험할 수 있는 것이다. 

향후 연구 방향으로는 가상공간에서 발생한 다양한 홍수 상황을 실제 모니터링 시스템 자료와 연계해, 발생 가능성이 높은 피해 상황을 예측해 재난에 대응할 수 있도록 할 예정이다. 예를 들면, 예상치 못한 이상홍수나 태풍으로 인해 하천의 수위가 급격히 증가해 하천변에 위험이 닥쳤을 때, 디지털트윈(VR 등)을 통해 피난처를 파악하고, 위험지역 사람에게 대피할 수 있도록 알림을 보낼 수 있다. 재난문자 또는 유튜브 연결 링크 발신을 통해 위험 지역 내에 있는 사람들에게 재난 상황 알림과 대피 장소에 대한 정보를 영상으로 제공할 수 있도록 하는 것이 연구과제의 다음 목표라 할 수 있다. 

주요 성과물인 모니터링 소프트웨어와 IoT/디지털트윈 적용 시스템은 한국건설기술연구원이 주관으로 ㈜자연과기술, ㈜HTI코리아와 협업 개발했다. 향후 다양한 재난피해 지역에 활용이 가능한 원천기술을 확보했다는 점에서 의의가 있다. 

김병석 원장은 “실시간 하천재해 관리기술은 하천공학과 첨단기술의 융합적 연구로 향후 하천모니터링과 홍수 대응을 위한 디지털트윈 적용 분야로의 가능성과 방향성을 제시한다고 할 수 있다”며 “앞으로 기후변화로 인한 이상홍수로 예상되는 재난방지 이슈에 대응하고 홍수로 인한 인명피해도 저감할 수 있는 다양한 연구를 위해 노력할 것”이라고 밝혔다. 

연구성과는 건설연의 주요사업 기술사업화지원사업(‘20~’21) 「원격 하천구조물 자동관리기술 및 스마트하천/홍수 관리시스템 개발」과 환경부(한국환경산업기술원) 국가연구개발사업(’16 ~ ’23, 주관, 한국건설기술연구원) 「능동형하천정보 운영을 통한 다차원하천관리 체계구축 및 활용기술개발」의 예산 지원을 받아 수행됐다. 2020년부터 한천(예천군), 에코델타시티(부산), 대청천(김해)에 테스트 베드를 구축해 운영 중이며, 향후 2025년까지 진행될 계획이다.