한국 스마트 시티 - 3D 디지털 모델과 GIS/BIM의 결합

Author: Linda Duffy

전 세계적으로 정부 차원의 경제 활성화 및 관광 프로그램 지원 그리고 전반적인 삶의 질을 향상시키기 위한 스마트 시티/디지털 트윈 프로젝트가 진행되고 있다. BIM (Building Information Modeling) 데이터와 함께 최신 3D 건물 모델과 포괄적인 GIS (Geographic Information Systems) 데이터가 결합되어 건물 내부 및 외부와 주변 지형의 디지털 트윈을 구축하게 된다. 따라서 실제 세계는 모든 스마트 시티 자산의 분석, 계획 및 관리를 용이하게 하기 위해 정확한 디지털 복제본으로 변환된다.

3D 가상 도시 구축의 기본적인 목적은 디지털 트윈에 대한 시뮬레이션 및 분석을 수행하고 그 결과를 통해 도시 지역에서 일반적으로 발견되는 문제점들을 줄이거나 개선하는 방식으로 도시 전체를 관리하는 것이다. 또한 사물 인터넷 (IoT) 센서, 폐쇄 회로 TV (CCTV), 보안 카메라 등으로 획득한 빅 데이터는 특정 위치에 대한 통찰력을 제공한다. 2017년, 한국 정부는 교통, 범죄, 환경 오염, 효율적인 에너지 관리, 도시 계획, 재난 관리, 재개발 등 다양한 문제를 해결하기 위해 스마트 시티/디지털 트윈 프로젝트를 시작했다. 정부는 우려되는 문제들을 해결하는데 분석된 가상 도시와 이와 관련된 빅 데이터를 활용한다.

디지털 트윈 구축 

All4Land (올포랜드)는 한국에서 최고의 지리 정보 서비스 제공하는 업체로 2014 년부터 BIM과 GIS 데이터를 포함하는 3D 디지털 모델을 구축하고 있다. 올포랜드는라이카CityMapper항공 매핑 센서를 활용해 경사 영상 및 LiDAR 데이터를 동시에 수집하고 멀티센서 처리 플랫폼인라이카 HxMap으로 데이터를 빠르게 처리하게 되면서 작업 시간 및 비용 절감을 경험하고 있다. 3D 모델은 시설물, 통신 또는 교통 인프라의 벡터 맵과 같은 GIS 데이터로 강화되어 심층 분석을 지원한다. 건물의 외부는 CityMapper 데이터로 만들고 내부는 3D 스캔 데이터, 설계 데이터 및 BIM 데이터로 구축한다.

올포랜드는 GIS 데이터와 3D 건물 모델을 구축하고 빌딩 소유주 또는 정부기관이 제공하는 BIM 데이터를 통합하는 역할을 한다. BIM 데이터는 한국의 새로운 정부 건설 정책에 필수 요소로 제 3자인 설계 사무소에서 생산된다. 일반적으로 BIM은 신축 빌딩일 경우 시공 과정 또는 이후에 캡처 되며, 기존 건물은 3D 스캐닝과 원본 설계 데이터로 역엔지니어링에 의해 구축된다.

CityMapper와 HxMap의 결합 솔루션은 가상의 3D 도시 모델을 저장하거나 교환하기 위한 개방형 데이터 모델 및 XML 기반 포맷인 CityGML을 기반으로 LOD1(Level of Detail1)과 LOD2에서 자동 처리를 제공한다. 또한 LOD3에서는 문 또는 창문과 같은 열려 있는 물체를 표현하기 위한 약간의 수동적인 처리 과정이 필요하며 LOD4에는 실내의 디테일을 표현하는 수준에 따른 수동 처리가 포함된다.

올포랜드 남상관 전무는 "HxMap에는 특히 여러 카메라에 대한 동시 항공 삼각 측량 처리와 이미지 및 LiDAR 데이터 모두에서 효율적인 3D 모델링에 강력한 기능이 있습니다.” 라고 말하며 "HxMap은 센서 보정, 자동 포인트 매칭, 비행라인과 라인 사이 결합, 건물 생성 등과 같은 처리 작업도 지원합니다. 이런 과정은 이전에는 수동으로 처리하여 시간이 많이 걸리는 작업들이었으나 이제는 HxMap 작업 과정 내에서 자동으로 실행할 수 있습니다.” 라고 설명했다.

올포랜드는 CityMapper 데이터와 BIM 데이터의 결합을 위해 먼저 GNSS 측량으로 도출된 좌표를 BIM 데이터에 적용시키고 그 데이터를 3D 건물 모델로 변환시켜 CityMapper 데이터와 병합한다. 또한 데이터 변환 및 좌표 할당을 위한 자체 독점 소프트웨어를 개발했으며 실내 및 실외 모델을 통합하고 데이터 시각화 도구를 제공하는 WebGIS 서버인 MapPrime 플랫폼을 통해 3D 모델을 사용할 수 있도록 한다.

CityMapper LiDAR Point cloud (Point density : 25 point/㎡)

전주시의 3D 모델 구현 

2019년, 올포랜드는 고효율 CityMapper 항공 시스템과 HxMap을 구입하면서 3D 매핑 서비스로 사업 확장할 수 있는 좋은 입지를 확보했다. 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 한국은 구름이 종종 악천후를 만들기도 해 항공 데이터 캡처의 한계점이 있어 데이터 수집에는 속도가 특히 중요하다. 또한 군부대 및 보안 지역 근처에서는 비행 허가를 받기 어렵기 때문에 총 비행 일수는 상당히 제한적이기도 하다. 이러한 상황에서 CityMapper는 한 번의 비행으로 정사 영상, 경사 이미지 및 LiDAR를 모두 캡처 할 수 있어 작업을 매우 효율적으로 처리할 수 있다.

남상관 전무는 “CityMapper는 프로젝트 진행을 위해 꼭 필요한 솔루션 입니다. 더 짧은 시간에 더 많은 데이터를 캡처 할 수 있어 효율성이 향상 되었습니다. 또한 HxMap은 처리과정과 모델링을 간소화시켜 디지털 트윈 구축에 드는 비용을 절감할 수 있습니다." 라고 말했다.

디지털 트윈 구축을 위한 테스트 프로젝트 중 하나는 전라북도의 대표 관광 지역인 전주시에서 진행 되었다. 전주는 한옥 전통 마을 등 역사적 건축물이 많아 방문객 수가 높은 전주는 향토 요리로도 유명한 도시다. 최근에는 MaaS (Mobility as a Service)의 일환으로 디지털 트윈 컨셉을 도입해 관광객을 유치하고 전기 자전거, 전동 킥보드 등 교통 수단을 이용하여 도시를 여행 할 수 있도록 지원하고 있다.

올포랜드는 전주에서 20개 건물에 대한 BIM을 포함하여 4 km² 면적을 매핑 한 다음 205 km² 프로젝트를 수행하는 두 가지 프로젝트를 수행하기 위해 선정되었다. 전주시와 LX(한국국토정보공사)는 더 넓은 지역의 모든 정부 소유 건물에 대한 BIM 데이터를 수집하는 과정에 있다. 올포랜드는 CityMapper를 활용해 대규모 프로젝트의 항공 데이터 캡처를 단 2일만에 마무리하고, 데이터 처리 및 3D 건물 모델링에 추가로 2 - 3 개월을 소요했다. CityMapper로 캡처한 LOD3 실외 데이터는 테스트 영역의 실내 BIM 데이터와 병합되어 실세계의 LOD4 모델을 생성했다.

“디지털 트윈은 많은 애플리케이션에 유용하게 활용됩니다. 예를 들면, 도심 지역에 새로운 빌딩 건설을 계획하기 전에 시뮬레이션 모델을 활용하여 360도 시야, 가시성 범위, 일조권, 개인 정보 문제 등을 분석 합니다. 이를 통해 기존 건물과의 잠재적인 충돌을 발견할 수도 있습니다. 개발 계획은 초기 단계에서 수정 및 개선될 수 있기 때문에 장기적으로 봤을 때 비용 절감을 기대할 수 있습니다.”

3D Building Model

미래의 스마트 시티

현재 한국에는 약 10 개의 스마트 시티 프로젝트가 있고 그 수는 증가할 것으로 예상된다. 올포랜드는 전주 외에도 한국의 수도인 서울을 위한 Virtual Seoul 프로젝트와 NGII(국토지리정보원)과 오산의 3D 지리 공간 프로젝트도 진행하고 있다.

한국의 스마트시티는 스마트 모빌리티, 인구통계, 관광, 기타 요인을 바탕으로 지역경제 활성화에 주력하고 있다. 정부 기관은 3D 빌딩 모델을 사용하여 기회들을 분석해 의사결정을 돕고 있다. 올포랜드는 앞으로 MapPrime 플랫폼이 시설관리, 주차, 관광 등을 위해 상업적인 목적으로도 개방될 것으로 기대하고 있다.

확대된 디지털 트윈 활용은 비용을 합리적으로 유지하기 위한 방법으로 효율적인 데이터 수집과 고도로 자동화된 처리에 의지할 수밖에 없다. 이에 라이카 CityMapper 및 최신 CityMapper-2는 도시와 환경의 빠른 디지털화에 가장 이상적인 고성능 도시 매핑 센서이다. HxMap 처리 플랫폼과 결합된 하이브리드 경사 이미징 및 LiDAR 솔루션은 함께 높은 생산성과 빠른 처리 시간을 제공한다. 

"저희는 CityMapper의 성능과 데이터 품질에 매우 만족하고 있고, 표면과 사선의 이미지 그리고 LiDAR도 훌륭합니다. 라이카 지오시스템즈가 제공하는 기술 지원과 트레이닝 프로그램도 최고라고 느낍니다." 라고 남상관 전무는 말했다. "라이카 지오시스템즈는 운영과 처리의 전 과정에서 더 나은 솔루션을 함께 찾으려고 노력하면서 고객을 계속 지원해 주고 이런 지원들이 급변하는 산업에서도 저희가 경쟁력을 유지할 수 있도록 도와줍니다.”라고 설명했다.

CityMapper LiDAR Point cloud (Point density : 25 point/㎡)