[논문]해양정보 특성을 고려한 해양 디지털트윈 개념 및 구축방향

최태석; 최윤수; 김재명; 송현호; 민병헌; 이상민

doi:10.7472/jksii.2022.23.1.39

해양정보 특성을 고려한 해양 디지털트윈 개념 및 구축방향
Concept and Construction Direction of Marine Digital Twin considering the Characteristics of Marine Information 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.23 no.1, 2022년, pp.39 - 47

최태석 (Department of Geoinformatics, University of Seoul) , 최윤수 (Department of Geoinformatics, University of Seoul) , 김재명 (Department of Urban planning and engineering, University of Seokyeong) , 송현호 (Korea Science Policy Platform) , 민병헌 (Department of Geoinformatics, University of Seoul) , 이상민 (Department of Geoinformatics, University of Seoul)

초록
AI-Helper

디지털트윈은 현실데이터를 수집하고 가상공간을 구현하는 측면에서 핵심 인프라에 대한 디지털 관리체계 구축의 하나로 자리 잡고 있다. 하지만 현재 국내에는 3차원 기반의 통합적인 해양정보 분석도구 및 기술이 부재하며, 육상과 달리 유동적인 해양정보를 디지털화하기 위해서는 새로운 3D모델링 기술과 자료처리 기술이 요구되나 추진에 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 해양 디지털트윈 관련 동향과 디지털트윈 기술 요소를 분석하여 향후 해양 디지털트윈의 구조, 데이터, 모델링, 활용 플랫폼 4가지 부문으로 개발 방향을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Digital Twin is positioned as one of the establishment of a digital management system for core infrastructure in terms of collecting real data and implementing virtual space. However, there are currently no integrated three-dimensional marine information analysis tools and technologies in Korea, and unlike land, new 3D modeling technologies and data processing technologies are required to digitize flexible marine information, but there are limitations in implementation. Therefore, this study aims to present development directions in four areas: structure, data, modeling, and utilization platform of marine digital twin by analyzing trends related to marine digital twin and digital twin technology elements.

주제어

표/그림 (12)

표 (표 1) 해양 디지털트윈 정책적 추진 경위 (Table 1) Marine Digital Twin Policy Promotion Process
그림 (그림 1) 디지털 트윈 구현 단계 (Figure 1) Steps for Implementing Digital Twin
표 (표 2) 디지털 트윈 구현을 위한 필수 기술 (Table 2) Necessary Technologies for Implementation of Digital Twin
그림 (그림 2) 육상 디지털 트윈 모델 (Figure 2) Land Digital Twin Model
그림 (그림 3) 해양 디지털 트윈 모델 (Figure 3) Marine Digital Twin Model
표 (표 3) 차세대 수로 표준 S-100 기반 데이터 제품 (Table 3) S-100 Dependent Product Specification
그림 (그림 4) 해양 디지털트윈 4D 엔진 구상도 (Figure 4) Marine Digital Twin 4D Engine Conceptual Drawing
표 (Table 4) 디지털 트윈 구현 레벨 (Table 4) Digital Twin Implementation Level
표 (Table 5) 디지털 트윈 핵심 데이터 (Table 5) Digital Twin Core Data
그림 (그림 5) 해양 디지털트윈 데이터 구축 및 연계 예시 (Figure 5) Example of Building and Connecting Marine Digital Twin Data
그림 (그림 6) 해양 디지털트윈 모델 구상도 (Figure 6) Marine Digital Twin Model Plan
그림 (그림 7) 해양 디지털트윈 활용 프로세스 (Figure 7) Process of Utilizing Marine Digital Twin

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

하지만 현재 국내에는 3차원 기반의 통합적인 해양정보 분석도구 및 기술이 부재하며, 육상과 달리 유동적인 해양정보를 디지털화하기 위해서는 새로운 3D 모델링 기술과 자료처리 기술이 요구되나 추진에 한계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 해양 디지털트윈 관련 동향과 디지털트윈 기술 요소를 분석하여 향후 해양 디지털 트윈의 구조, 데이터, 모델링, 활용 플랫폼 4가지 부문으로 개발 방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

이에 본 연구에서는 해양 디지털트윈 구현을 위한 기본적인 체계는 전 해역을 대상으로 해당 해역의 특성을 반영한 3D 큐브체계로 구성하였으며, 해양지형에 대한 형상 정보와 센싱 및 정보수집을 통한 현상정보의 기준과, 이에 따른 데이터의 3D 모델링 구축대상 기준을 제시하였다. 또한, 모델 부문의 경우 3차원 큐브기반 4D 데이터 체계 및 계층구조에 대한 정의가 요구되어 S-120 해저지형 데이터와 수심알고리즘 기반의 3차원 데이터구조 설계를 제시하였다. 해당 모델의 구축을 위한 모델링 기술의 경우 해저지형 대상, 해양 및 해저 관측정보, 해저시설물, 육상과의 영향 등을 고려한 3D 모델링 기술을 기준으로 하였다.
이에 본 연구에서는 해양 디지털트윈 구현을 위한 기본적인 체계는 전 해역을 대상으로 해당 해역의 특성을 반영한 3D 큐브체계로 구성하였으며, 해양지형에 대한 형상 정보와 센싱 및 정보수집을 통한 현상정보의 기준과, 이에 따른 데이터의 3D 모델링 구축대상 기준을 제시하였다. 또한, 모델 부문의 경우 3차원 큐브기반 4D 데이터 체계 및 계층구조에 대한 정의가 요구되어 S-120 해저지형 데이터와 수심알고리즘 기반의 3차원 데이터구조 설계를 제시하였다.
디지털트윈이 해양 분야까지 확장될 것으로 기대됨에 따라 해양 디지털트윈의 목표와 역할을 고민하고 개발 방향을 논의해야 할 시기임은 분명하다. 이에 해양 디지털 트윈 동향을 분석하고, 디지털트윈의 주요 기술요소 및 구현단계를 기반으로 구조, 데이터, 모델링, 활용 플랫폼 4가지 부문으로 발전방향을 제시하였다.
또한, 모델 부문의 경우 3차원 큐브기반 4D 데이터 체계 및 계층구조에 대한 정의가 요구되어 S-120 해저지형 데이터와 수심알고리즘 기반의 3차원 데이터구조 설계를 제시하였다. 해당 모델의 구축을 위한 모델링 기술의 경우 해저지형 대상, 해양 및 해저 관측정보, 해저시설물, 육상과의 영향 등을 고려한 3D 모델링 기술을 기준으로 하였다.

후속연구

첫 번째 해양 디지털트윈 모델기반 분석기술은 해양데이터에 대한 3D, 4D기반의 분석 및 연산이 가능한 엔진의 개발과 결과를 기반으로 시뮬레이션할 수 있는 수치 모델의 기반함수 알고리즘이 요구된다. 두 번째 해양 디지털 트윈 시뮬레이션 기술은 시뮬레이터의 요구사항 분석을 통해 아키텍쳐 설계가 필수적이며, Raw데이터 기반의 해양변화 동인, 해수면 고예측 엔진이 요구되고 실시간 해양측정데이터 및 예측데이터와 시뮬레이션 결과의 지속적인 보정을 위한 해양정보 순환구조 설계가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 본 기술을 이용하기 위한 시뮬레이터 및 서비스 모델 인터페이스 기술이 필수적이다.
여러분야의 디지털트윈 개발이 추진되고 있는 상황 속에서 국가 인프라 보호 및 국민 안전을 확보하고, 해양공간에 대한 입체적 분석 및 모니터링 환경이 요구되고 있다. 디지털트윈이 해양 분야까지 확장될 것으로 기대됨에 따라 해양 디지털트윈의 목표와 역할을 고민하고 개발 방향을 논의해야 할 시기임은 분명하다. 이에 해양 디지털 트윈 동향을 분석하고, 디지털트윈의 주요 기술요소 및 구현단계를 기반으로 구조, 데이터, 모델링, 활용 플랫폼 4가지 부문으로 발전방향을 제시하였다.
따라서, 본 연구를 통해 차세대 해양정보 분석도구 개발로 주요 해양선진국과의 기술격차를 해소하고, 개발된 기술의 국가적 제공을 통해 해양정보산업 성장에 주요 발판이 될 것으로 판단된다.
이를 기반으로 국제표준 타원체고를 기준으로 하는 S-102 데이터의 3D 해저지형 모델링 기술이 요구된다. 또한, 각종 다양한 해양 및 해저 관측정보와 해저 시설물에 대한 3D 모델링 기술 및 적용 기술이 요구된다. 마지막으로 해양과 육상과의 영향을 고려하기 위해 해양과 육상 3D 모델링의 경계(지적, 바닷가, 해안 등) 접합 기술이 요구된다.
마지막으로 해양 디지털트윈의 활용과 확장을 위한 개방향 플랫폼 및 활용연계기술은 개방형 해양 디지털 트윈 플랫폼의 요구사항을 기반으로 시뮬레이션 모듈 및 서비스 모델 연계기능이 필요하다. 또한, 다양한 해양데이터 예측분석 기술의 고도화를 위해 해양 디지털트윈 모델에 대한 저장과 관리기술이 요구되며, 최종적으로 육상분야의 데이터 또는 시스템 연계에 대비한 개방향 API와 개방향 해양 디지털트윈 SW 플랫폼 개발 기술이 필요할 것으로 판단된다.
또한, 현재 기구축 측량·관측·예측 데이터 외 타 기관 자료의 연계활용을 고려할 때 해양 디지털 트윈 구현목적의 우선순위를 기반으로 데이터 범위를 점차 확대시킬 필요가 있을 것으로 판단된다.
세 번째 해양 디지털트윈 기반 해양정보 시각화 기술은 시뮬레이션 결과에 대한 3D기반의 디지털트윈 모델용시각화 기술 및 엔진 개발이 요구되며, 범사용자를 위한 개방형 해양정보 뷰어 오픈 API 등의 개발이 필요할 것으로 판단된다.
첫 번째 해양 디지털트윈 모델기반 분석기술은 해양데이터에 대한 3D, 4D기반의 분석 및 연산이 가능한 엔진의 개발과 결과를 기반으로 시뮬레이션할 수 있는 수치 모델의 기반함수 알고리즘이 요구된다. 두 번째 해양 디지털 트윈 시뮬레이션 기술은 시뮬레이터의 요구사항 분석을 통해 아키텍쳐 설계가 필수적이며, Raw데이터 기반의 해양변화 동인, 해수면 고예측 엔진이 요구되고 실시간 해양측정데이터 및 예측데이터와 시뮬레이션 결과의 지속적인 보정을 위한 해양정보 순환구조 설계가 필요할 것으로 판단된다.
해양 디지털트윈 활용을 위한 활용 플랫폼은 분석기술, 시뮬레이션기술, 시각화 기술, 활용연계 기술이 필요할 것으로 판단되었으며 각 기술의 요구사항을 정리하였다. 우리나라는 S-100 시대에 발맞춰 테스트베드 추진, 국제표준 선도 등을 국가적으로 주도하고 있으나, 해양조사·정보업의 산업계는 영세하여 독자적인 기술 개발과이에 따른 수출 등에 어려움이 따르고 있다.

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Ministry of Oceans and Fisheries Key Components of the 1st Framework on Marine debris Management
A law on the Marine Survey and Utility of Marine Information
J. S. Bang, "Technology Trends in Digital Twins for Smart Cities," The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences 37(5), Vol. 37, No. 5, pp. 11-19, June 2020. https://doi.org/10.9728/dcs.2016.17.4.273

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Y.S. Chang, , "Technology Trends in Digital Twins for Smart Cities," Electronics and telecommunications trends, Vol. 36, No. 1, pp. 99-108, Februrary 2021. https://doi.org/10.22648/ETRI.2021.J.360111

원문보기 상세보기
S.G, You., "Standardization of technology for digital twin manufacturing," OSIA Standards & Technology Review, Vol. 34, No. 1, pp. 17-21, March 2021.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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