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[기고] 극한호우 침수피해를 대하는 센서 기술의 요건

융합 센서 AIoT 기술 기반 ‘도시형 침수 재해 예측 기술’ 연구 필요

국토교통뉴스 | 기사입력 2024/06/04 [08:58]

[기고] 극한호우 침수피해를 대하는 센서 기술의 요건

융합 센서 AIoT 기술 기반 ‘도시형 침수 재해 예측 기술’ 연구 필요

국토교통뉴스 | 입력 : 2024/06/04 [08:58]

▲ 장봉주 박사  © 국토교통뉴스

최근 급격한 기후변화로 인해 세계 곳곳에서 이상기후 현상이 빈번히 일어나고 있으며, 특히 이해하기 힘들 정도의 갑작스러운 폭우로 인한 피해는 최근 몇 년간 기하급수적으로 늘어나고 있다. 지난 4월에만도 갑작스럽게 발생한 폭우 및 홍수로 인해 파키스탄, 카자흐스탄, 두바이 등지에서 수많은 인명 피해와 막대한 경제적 손실이 야기되었다. 5월 현재 중국 광저우 역시 예상치 못한 장기간의 폭우로 심각한 피해를 입고 있다. 우리나라 역시 비슷한 시기인 지난 어린이날 연휴 동안 기상관측 이래 5월 날씨 중 손에 꼽을 정도로 전국적으로 많은 비가 내렸으며, 이에 전문가들은 올해 장마철에는 더 강한 국지성 호우가 발생할 것으로 전망한다고 밝힌 바 있다. 이미 2022년 8월 8일에 신림동에서 발생한 저지대 침수로 인한 일가족 3명 참사와 같은 해 경북 포항의 아파트 주차장 침수로 인한 대형 인명 피해가 발생하였으며, 작년에도 오송에서 발생한 지하차도 침수로 역시 많은 희생자가 발생하였다. 

 

 관계기관들의 큰 노력에도 불구하고, 안타깝게도 극한호우의 빈도는 점차 증가하고 있으며 그 강도 역시 월등히 세지는 추세에서 유사한 사고들이 계속해서 발생할 가능성이 높은 것이 사실이다. 근래의 기후변화는 인류가 그동안 통상적으로 대비해 왔던 수준을 넘어서는 만큼 파격적이고 급격한 기상이변을 일으키는 반면, 우리가 단기간에 그것을 다방면으로 대비하고 예방하기 위한 시간과 자원은 상대적으로 턱없이 부족하기 때문이다. 그럼에도 불구하고 극한호우로부터 시민 안전을 보장하기 위한 방재기술과 인프라, 정책에 관한 연구는 그동안의 예측치보다 충분히 높은 수준의 위험도를 산정하여 균형 있게 꾸준히 이루어져야 하며, 그 결과들은 신속하게, 그리고 주기적으로 현장에서 실증되고 준비되어야 한다. 

 

 거시적으로는 이런 수재해를 예측하고 예방하기 위해 많은 전문가와 관련 정부 부처에서는 꾸준히 노력하고 있다. 하지만 짧은 시간 동안 집중적으로 내리는 폭우와 함께 하천 범람, 제방 붕괴, 산사태 등의 연쇄반응이 일어난다거나, 복잡한 도시환경 속에서 미처 발견하지 못한 재해 취약점들이 극한호우로 인해 드러날 때, 또 그 시간대가 긴장이 느슨해지는 심야이거나, 출퇴근 등으로 인구가 밀집한 때라면, 우리가 아무리 많은 준비를 하더라도 재해는 갑자기 발생하며 그로 인해 큰 피해를 초래할 수 있다. 또한, 지금의 영역(또는 셀) 단위의 강우, 침수 모니터링 및 예측 기술들만으로는 다양한 장애물과 위험 환경 요소가 산재하는 도시 곳곳에서 점 단위로 갑자기 발생하는 수재해에 대응하기는 어려운 것이 현실이다. 

 

 이러한 돌발성과 국지성이 극한으로 동반되는 수재해로부터 피해를 최소화하기 위해서는 현장 배수, 차수시설의 점검 등과 같이 침수 예방에 큰 노력을 쏟아야 하지만, 이미 예방 한계를 초과한 재해가 발생한 상황이라면 무엇보다 현장에서의 빠른 상황 판단과 즉각적인 대피의 중요성이 더 두드러진다. 수재해 발생 지역에서 최대한 빠르게 침수 원인과 상황, 진행 경로 등에 대한 정보가 현장의 시민들에게 잘 전달된다면, 그리고 그러한 상황에서 대응 훈련이 잘되어 있다면, 시민들의 생명을 더욱 안전하게 지킬 수 있을 것이다. 

 

 그러기 위해서는 거시적인 예방 노력과 함께, 도심지 저지대, 지하 시설물, 하천 변, 급경사지 등 현장 중심의 전주기 지점 단위 침수 집중 모니터링이 필요하다. 현재 IoT 기술을 접목한 다양한 침수 감지 센서가 개발되고 있지만, 실제 현장에 설치하고 운영하기 위해서는 아직 보완해야 할 점이 많다. 첫째, 설치 용이성과 비용에 관한 문제를 고려해야 한다. 침수 센서 설치를 위한 구조물과 센서 단말 자체의 부피를 최소화함으로써, 설치비용을 최소화하고 다른 구조물과의 간섭을 피해 최적의 침수 감시 위치를 확보할 수 있어야 한다. 그렇게 함으로써 센서 보급률을 높이고, 침수 센서의 밀도를 높여 보다 안전한 국부 침수감시망을 구축할 수 있다. 

 

 두 번째로, 한 지점에서라도 면적 단위의 침수 감시가 가능하도록 센서를 구성해야 한다. 일반 하천과 달리 도심지에서는 노면의 기울기, 구조물, 적치물에 의한 방해 또는 일시적 환경 변화 등 무수히 많은 영향에 따라 침수 영역이나 우수의 방향이 달라질 수 있다. 이런 경우 센서가 감시하고자 하는 지점과 실제 침수 발생지점의 차이가 발생함에 따라, 센서 장비가 침수 상황을 정확히 감지하기 어려운 상황이 발생할 수 있다, 따라서 우수의 흐름을 예측하기 어려운 지점이거나, 침수 발생 가능 지점이 다수인 지점에서는 센서 장비가 일정 면적 또는 폭 이상의 영역 범위를 동시에 감시할 수 있어야 한다.

 

 세 번째는 현장 상황을 신속하게 판단할 수 있도록 충분한 양 정보와 정확성을 담보해야 한다. 최근의 실제 인명 피해가 발생하였던 반지하 주택, 지하 주차장, 지하차도 등에서의 침수 사고들은 외부에서 일어나고 있던 상황을 제때 알 수 없었던 것에도 어느 정도 원인이 있다고 할 수 있다. 급격히 발생한 침수일수록 신속한 대피가 우선되어야 하는 이유이다. 그렇기 때문에, 단순히 센서 장비로부터 감지된 침수 여부 또는 침수위에만 의존한다면, 정확한 상황 판단이 어려울뿐더러 그로 인해 대피 시간 역시 늦춰지는 결과를 초례 할 수 있다. 만약 우리가 우수 유입이 시작되는 시점과, 유입속도, 정확한 침수 발생지점, 침수위, 침수 속도, 진행 상황, 경과 등을 강우 발생 시점부터 알 수 있다면, 더 나아가 센서 장비가 이런 정보들을 종합하여 자체적으로 위험도를 예상하고 적시에 알려줄 수 있다면 현장 주변의 시민들은 상황을 더욱 정확하게 판단하고 침착하게 대응할 수 있는 시간과 여유를 가질 수 있다. 

 

 또한 센서 장비의 정보전달 적확성과 현장성 역시 중요하다고 할 수 있겠다. 센서 장비는 침수가 발생한 시점부터 관제센터에 주기적으로 정보를 보내는 동시에, 위험 침수 정보가 감지되었을 때, 센서 설치 현장과 밀접한 시민들 개개인에게 직접적으로 앱을 통해 영상과 함께 경보를 보내줌으로써, 민관이 공동으로 긴밀히 대응할 수 있게 함으로써 효과적인 대응체계를 구축할 수 있다. 그와 함께, 일반적으로 센서는 침수가 발생하기 전에는 주기적으로 점검을 하지 않는다면 정상적으로 동작하고 있는지 알기 어렵기 때문에 유지관리가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 현장에서 자체적으로 센서를 검증하고 보고하는 기술을 탑재하여 장비의 신뢰성을 확보하는 것이 중요하다.

 

 마지막으로, AI와 컴퓨팅 기술의 발전으로 엣지컴퓨터 또는 AIoT 기술이 점차 보급되고 있는 현 시대에서, 매 해 전 세계적으로 증가하는 침수 피해를 예방하기 위해서는 원격탐사, 기상예측 정보와 함께 지점 단위의 고해상도 관측자료로써 AIoT 기반의 융합 센서망을 통한 모니터링 기술 역시 중요한 요소 정보로 활용되어야 한다. 침수 위험을 현장에서 알리는 것 외에도 거시적인 수재해 예방을 위한 요소기술로도 활용할 수 있는 것이다. 

 

 이런 목표들을 충족하기 위해, 앞서 언급한 도시 침수 피해 예방을 위한 센서 장비들이 가져야 할 기술들을 모두 만족하기 위해 다양한 분야의 센서 기술과 알고리즘, 시나리오의 융합과 개선에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 우리 한국건설기술연구원에서도 IT·전자 분야, 도로교통 분야, 수문·기상 분야 등의 전문가들 간 협업을 통해 앞서 언급한 조건들을 만족하는 새로운 수문 기상 모형 및 융합 센서 AIoT 기술을 기반으로 하는 도시형 침수 재해 예측 기술을 연구 중이며, 신뢰성과 정확성을 향상시키기 위해 다양한 환경에서 실증 실험을 진행 중이다. 부디 하루빨리 다양한 침수 감시 및 예방 기술들이 검증되고, 현장에 보급되어 한 사람의 인명 피해라도 줄일 수 있기를 간절히 기대해 본다. 그때까지 극한호우의 빈도가 줄어들기를, 또 장마나 태풍이 몰아치는 상황에서 모두 아무 피해 없이 무사히 버텨낼 수 있기를 더 간절히 희망한다.

 

 

 장봉주   한국건설기술연구원 미래스마트건설연구본부 수석연구원

 

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