서 론
ICT 정책 및 타 산업 기술개발 동향
광해·광업 분야 정보통신 및 센싱 관련 특허 분석
정보통신 분야 및 광해·광업 분야 엔지니어 의견 조사
폐광산 정보의 3차원 증강현실 가시화 기술에 대한 기본 타당성 검토
결 론
서 론
사회 모든 분야에서 정보통신(ICT) 기술 없이 그 상태가 유지되기 어렵고, 개선 및 발전도 이루지 못하는 시대에 이르고 있다. 광해방지분야 기술개발을 효과적으로 추진하기 위하여 타 산업의 정보통신 기술의 융합 및 개선 사례를 살펴보고, 광해 ․ 광업 분야의 특허 문서 조사, 실무 엔지니어의 기술 수요를 조사하였다. 광해방지사업의 관점에서 바라보면, 한국의 폐탄광은 좁고 경사진 탄층형태를 보이며, 미복구된 상태로 전국에 산재되어 있으며, 광산 채굴환경, 지역, 지질 조건에 따라 큰 편차를 보이고 있다(Kwon and Nam, 2007). 이러한 여건에서 지반침하방지를 위하여 지반 조사, 설계 및 시공, 계측 등 단계적으로 완결형 사업을 추진하고 있다. 사업 효율성 고도화를 위하여 보유하거나, 새롭게 생산된 정보를 현장에서 보다 편리하고, 신뢰성 있게 활용할 수 있는 서비스 개발이 필요하다. 본 연구에서는 광해방지사업의 관점에서 특허 문서 조사 및 실무 기술 수요를 조사하고, 수요 기술 의견 중 광산 정보 활용의 대안 수단으로서 증강현실 기술에 대한 기초 타당성을 우선 검토하였다.
ICT 정책 및 타 산업 기술개발 동향
대한민국은 정보통신 기술을 기반으로 경제 전반의 디지털 혁신과 역동성을 촉진하고, 디지털 뉴딜을 사회 다방면에서 추진하고 있다(MoEF, 2020). 한국정보통신진흥협회는 ICT R&D 기술로드맵 2025에서 4차 산업혁명 시대의 개척과 미래성장동력 발굴을 위해 기술 분야별 주요 핵심기술 설정 및 추진전략 중장기 로드맵을 수립하였으나(TTA, 2022), 로드맵에 근거하면 4차 산업혁명 요소기술을 5대 핵심기술 및 부대기술로 분류하고, 특정 산업을 규정하기 어려운 상태로서, 산업별로 독자적 기술 발굴, 상용화 및 고도화 노력이 필요할 것이다.
건설 분야의 경우, 건설 산업의 4차 산업혁명에 능동적 대응 노력과 텍스트 마이닝 기법으로 특허 기술을 분석한 바 있다(Han and Kim, 2017). 조경 분야의 경우, 조경 산업의 관점에서 요소 기술을 재규정하여 기술을 조사한 바 있다(Choi and Suh, 2019). 국방 분야의 경우, 국방기술정보통합서비스(Defense Technology information Service)의 국방 강소벤처 기업 정보를 분석하여 요소기술을 텍스트 단위로 추출 분류하고, 미흡한 요소기술을 파악하여 향후 중소 ․ 벤처 기업 기술개발 방향을 제시한 바 있다(Park et al., 2019). 국내 광업 분야에서도 광산 현장에서 ICT를 이용한 중앙제어, 무인 자동화, 생산성 향상 및 안전한 생산을 위한 ICT의 적극적 도입에 관하여 논한 바 있다(Choi, 2017). 해외 RioTinto 광산은 RTVisTM(Rio Tinto Visualization)이라는 광산 자동화 시스템에 연결하여, 광산 활동에 대한 3차원 정보를 화상을 통해 실시간으로 공유하고 있다(Riotinto, 2022). 이는 경계 식별 향상, 정확한 발파 및 화약 비용 절감, 폐석 분류 향상, 천공 속도와 현장 작업 계획을 통해 광석 회수율을 높인 사례이다(Fig. 1). 맞춤형으로 개발된 3차원 가시화 기술은 광해방지사업 실태조사, 지반조사 등에서 현장에서 정보의 활용 수준을 높일 수 있을 것이다.
광해·광업 분야 정보통신 및 센싱 관련 특허 분석
특허 문서는 명칭, 요약, 상세한 설명, 청구항, 기술분류정보 등 서지정보, 기술문헌과 권리문헌으로 이루어져 있어 대중은 이를 통해 해당 기술에 대한 많은 정보를 수집할 수 있으며, 정량적 기술 분석으로 기술의 동향을 파악 가능하다고 하였다(Kim et al., 2015). 광해방지사업에 대한 정보통신 및 센싱 등 기술의 융복합 현황 검토를 위하여 광해 ․ 광업분야 특허 기술을 분석하였다. 센서 관련 특허문서의 단어를 추출 및 분석하여 미흡한 요소 기술을 파악하고, 향후 기술개발에 참고코자 하였다. 조사는 국내 광업 분야 센서 관련 기술특허를 대상으로 한국특허정보원(KIPRIS, 2022) 특허 정보를 활용하였다. 한국특허정보원 자료에서 1차로 광산(광해) 및 센서(센싱, 감지, 모니터링) 포함하는 특허의 제목, 요약문 및 대표 청구항의 텍스트 정보를 추출하였다. ‘광업 + 센싱’인자를 활용하여 총 4,581건 특허 정보를 분류하고, 2차로 내용을 확인하여 총 55건의 특허 기술을 추출하였다. 이후, 특허 문서의 단어 빈도 분석(텍스트 마이닝)을 통해 4,006단어(14,426자)를 추출하고, 목적, 방식 등을 참조하여 5가지 카테고리로 정리하여 해당 분야 기술자가 중요하게 생각하는 기술 요소를 파악하였다. 단어의 추출과정에서 일부 불일치로 누락되거나, 논지와 상반된 내용이 일부 추가될 수 있으나, 특허 문서는 해당 분야 발명자가 발명에 대한 목적, 구성 및 효과를 상세하게 설명하고 범위를 정하는 서류로서, 발명자가 의도한 기술 현황을 잘 표현하고 있는 것으로 사료되어 유효한 정보로 판단된다.
분석 결과 해당 분야 특허 등록 수가 저조하고, 내용이 개념 상태이거나, 현장 상용화 완료 여부를 확인키 어려운 상태이다. 광해방지사업 분야 실무 요소기술의 특허 문서화가 보다 활발하게 추진될 필요가 있으며, 기술개발을 통해 유망한 기술로 발전시킬 필요가 있다. 제4차 요소기술의 광해방지사업 분야 융복합은 실무 수요 기술자의 깊은 인식 개선 속에서, 신속한 상용화가 가능할 수 있을 것이다. Fig. 2는 추출된 4,006개 단어(키워드)를 사용 빈도 순으로 상위 50위 까지를 도시한 것이다. 정성적으로 단어의 기본 의미를 파악하여 센싱 소자의 기술 활용 목적, 데이터 형식 ․ 저장 등 정보화 수단, 설치 및 환경 등 사용지 조건, 통신 ․ 실시간 등 연결성 요소, 정확 ․ 신뢰성 확보 등 관리의 목표로 분류하였다(Table 1). 도출된 단어는 분석에 사용된 특허의 건수를 고려할 때 특정 사업 특성이나 범위로 제한되어 해석될 수 있으나, 특허 문서의 고유 목적에 따라 기술의 작용기작을 설명하는데 빈번하게 언급되는 단어로서 광해 ․ 광업 분야 특수한 현장 여건이나, 업무 형태 및 범위를 설명하는 실무적 의미를 내포하는 단어로 사료된다. 크게 광산에 대한 특정 정보를 생산하고, 전달, 변환 및 활용하는 방법으로 요약될 수 있을 것이다. 이러한 특허 및 단어 정보는 정보통신 분야 실무 엔지니어의 의견 청취 전 광해광업 분야 기술동향 설명에 활용되었다.
Table 1.
Classification of 50 Words extracted from Korea domestic patents
정보통신 분야 및 광해·광업 분야 엔지니어 의견 조사
기술 검토 과정에서 해당 분야 실무자의 경험과 의견의 청취는 중요하다. 정보통신 분야 및 광해 ․ 광업분야 실무 종사자의 정보통신 기술 수준, 저해 요인 및 개선 의견을 청취하고, 상호 비교하였다. 설문조사 개요는 Table 2와 같으며, 정보통신 분야 설문 참여자에 대하여 광해 ․ 광업분야 기술 현황에 대한 사전 질의 및 응답을 약 1시간 가량 실시하였으며, 분야에 따른 차이를 쉽게 비교할 수 있도록 동일한 5분위 척도(100점 만점)를 사용하였다. 정보통신 분야 실무자는 직접 면접조사 방식으로 조사하였으며, 광해 ․ 광업분야 실무자는 다양한 매체를 통한 참여를 유도하여 1차 온라인 설문조사를 실시하고, 2차 심층 면접조사를 실시하여 보다 다양한 참여자의 실무 경험 및 의견을 청취코자 하였다.
Table 2.
Summary of the survey
금번 정보통신 분야 실무자 표본은 광해 ․ 광업분야에 대한 정보통신 자동 ․ 정보화 경험이 극히 낮으며, 주요 원인은 광해 ․ 광업계의 기술 수요가 전달되지 않기 때문으로 설명하였다. 이는 정보통신 업계의 광해 ․ 광업 분야에 대한 관심도가 낮은 것으로 추정 가능하다. 수치로 살펴보면, 조사 표본 중 정보통신 분야 실무자의 88.9%가 광해 ․ 광업분야 업무에‘경험 없음’으로 응답하였다. 이러한 표본의 특성에 유의할 필요가 있다. 정보통신 분야 실무자는 설비 및 공정 개선의 관점에서 응답하는 경향이 있으며, 광해 ․ 광업분야 실무자는 기술 구성요소 및 성과물의 관점에서 응답하는 경향을 보였다.
광해 ․ 광업분야의 ICT 기술 수준에 대하여 ICT 업계의 실무자는 세계 최고 기술 대비 평균 34.4점(리커트 척도 1.72점)으로 응답하였고, 18명의 설문 응답자 중 7명이 ‘매우낮음’ 수준으로, 9명이 ‘약간 낮음’ 수준으로 응답하여 대부분의 ICT 업계 실무자가 광해 ․ 광업 분야의 ICT 기술 수준이 매우 낮다고 평가하였다. 광해 ․ 광업 분야의 실무자들은 42.4점(리커트 척도 2.12점)으로 응답하여 대동소이한 결과를 기록하였다. 광해 ․ 광업분야에서의 ICT 활용에 대한 난이도에 대해서 ICT 분야 실무자는 평균 64.4점으로, ‘어려움’이 가장 높은 응답을 보였으며, 광해 ․ 광업 분야 실무자는 평균 52.1점으로 ‘보통’이 가장 많이 응답하였다(Fig. 3). 2개 그룹의 정보통신 기술의 활용 난이도 응답(보통, 어려움)은 광해 ․ 광업 분야 실무자의 통상적 표현 수준이거나, 광해 ․ 광업분야에 낮은 경험도를 보인 정보통신 분야 참여자(표본)의 특성이 반영된 수치일 수 있다.
Fig. 4는 정보통신 분야 실무자의 관점에서 광해 ․ 광업 분야에서 정보통신 활용이 미흡한 원인과 개선점을 분류하여 도시한 것이며, 그 결과를 요약하면 Table 3과 같다. 정보통신 업계 실무자는 광산 등 일반 현황에 대한 정보 공유가 우선 필요하며, 기술적인 측면에서 무선네트워크 등 통신 인프라의 확보, 기술개발 환경 및 플랫폼의 구비 등을 강조하여 설명하였다.
Table 3.
Summary of survey responses from ICT engineers
광해 ․ 광업분야 실무자의 정보통신 및 센싱 기술 수요를 파악하기 위하여 설문조사를 수행하였다. 조사 참여자는 총 73명이다. 실무 경력, ICT 분야 실무자 의견에 대한 동의, ICT 경험 여부를 조사한 결과는 Fig. 5와 같다. 조사 참여자의 경력을 참고할 때, 조사 표본은 현장 수요 검토에 적정한 수준으로 판단되며, 이전의 정보통신 실무자 의견에 대체로 공감하고 있으며, 실무 경력 증가에 따라 정보통신 경험도가 증가하는 조사 표본 특성을 보였다. 조사 표본의 상대적 비교를 위하여 비율(%)를 사용하였다.
금번 조사에서 광해 ․ 광업분야 조사 대상 표본의 수요 기술 의견을 요약하면 Table 4와 같으며, 광해 ․ 광업 실무자의 응답 의견은 다음 4가지 세부 주제로 분류하여 정리하였다.
Table 4.
Summary of the survey responses from mine rehabilitation and mining engineers
첫 번째로, 정보화 및 데이터 처리 분야이다. 데이터 형식 ․ 획득 ․ 제공 등 일련의 방식에 대한 수요를 의미하며, 고도화하여 3차원 혹은 디지탈 트윈 등 데이터의 가시화 수요를 확인하였다. 둘째로, 안전 및 시설(설비) 관리 분야이다. 효율성의 검증, 무선 및 센싱관련 기술, 시설(설비) 관리 기술의 수요를 보이고 있으며, 근로자(위치, 통기 등 환경, 안전) 우선 정책 필요성도 의견에 포함되어 있다. 셋째로, 센서 및 장비 분야이다. 원격 ․ 보안(保安) 관련 다양한 센서 활용 관련 수요 의견을 다수 청취하였으며, 드론 등 다양한 이동체 및 호환성에 대한 기술 수요를 확인하였다. 넷째로, 모니터링 관련 분야이다. 공간 및 변위 정보 취득, 특정 성분의 분석 및 모니터링 관련 수요가 있으며, 궁극적으로 실시간 관리 기술의 수요를 반영하고 있는 것으로 사료된다. Fig. 6는 광해 ․ 광업분야 실무자의 기술 수요 및 수치를 종합하여 도시한 것으로, 선 ․ 후 기술의 발전 단계를 고려하여 아래에서부터 순서를 나열하였다.
폐광산 정보의 3차원 증강현실 가시화 기술에 대한 기본 타당성 검토
정보통신 및 광해 ․ 광업 분야 엔지니어 설문조사 결과를 통해 정보의 처리 및 가시화 기술 수요를 확인한 바 있다. 모든 기술 수요의 고도화가 필요하나, 높은 기술 수요를 고려하여 정보의 처리 및 가시화를 우선 검토하고, 순차적으로 검토를 수행할 계획이다. 3차원 증강현실 가시화 기술에 대한 기본 타당성 검토는 정보의 활용성, 업무 편의성, 신뢰도 개선 등 실무 업무 개선에 대한 가능성을 주로 검토하였다.
과거 광물자원 채굴 목적으로 개발한 지하공동은 인간이 정주하는 지역에서 지반사고 위험요소가 될 수 있다. 일제 강점기 및 국내 광산 활황기(1960~1970년대)에 개발된 광산은 갱내 도면이 없거나 자료가 불명확하여 지반침하방지사업의 저해 요인이 되고 있다(Kim and Park, 2015). 증강현실 기술을 활용한 광산의 3차원 증강현실 정보 처리 및 가시화 서비스는 지반 사고, 지반침하방지사업 등 비가시 정보를 취급하는 분야에서 3차원 정보의 현장 중첩을 신속하고 수행하고, 실 규모로 정보를 도시하여 검토에 활용되므로 정보 분해능 개선, 신뢰도 향상 등 업무 고도화를 기대할 수 있다.
대국민 서비스 제공을 위하여 KOMIR는 광해정보통합관리시스템(MiRe GIS)을 운영하고 있으며, 광산개발로 인한 환경피해로부터 국민건강 보호, 자연환경 복원, 지역주민 주거 환경 개선을 도모하고, 광산지역 지역경제활성화 및 안전에 활용하고 있다(KOMIR MiRe GIS, 2024).
대한민국은 일제 강점기 및 광산 활황기에 개발된 5천 여개 미복구 광산이 전국에 산재되어 있다(MIRECO, 2014). 이러한 산재된 대한민국의 광산 환경은 광산의 정보 생산 및 해석에 비효율적 여건이라 할 수 있다. 대안 기술로서 정보의 현장 활용에 모바일 증강현실(Augmented Reality) 기술의 가능성을 검토하였다. 광해 정보의 증강현실(Augmented Reality, AR) 구현은 현실의 광산과 가상의 광산 정보를 연결하여 변화하는 기상(氣像) 이나 정주 여건 등 자연 혹은 인위적인 현장의 변화로 인하여 정보의 현장 불일치로 인한 문제를 해소하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
기본 타당성 검토를 위하여 Ubuntu(OS), MongoDB를 구성하여 네이버 공공클라우드에 서버를 구축하였다. 모바일 환경은 호환성을 고려하여 한국의 S사 S20 폰 모델과 Nreal Light 모델을 조합하여 사용하였다. 해당 모바일 환경 및 Nebula2 표준 환경에 적합한 모바일 클라이언드 소프트웨어(KOMIR-XAR)을 제작하여 사용하였다. 기본 개념도는 Fig. 7(a)와 같다. 모바일 증강현실 기구의 적용 사례는 Fig. 7(b)와 같다.
Fig. 7.
Field application of mobile augmented reality. (a) Basic concepts of mobile augmented reality. (b) Photograph of wearing mobile augmented reality glass and operating KOMIR-XAR (c) Overlapping picture of mobile augmented reality virtual objects around the actual abandoned mine entrance. (d) Overlapping picture of mobile augmented reality virtual objects inside the vehicle with a strong sunlight environment.
기본 검토로서 광해정보통합관리시스템(MiRe GIS)으로부터 원주 ․ 충주 권역의 폐광산 109개 갱구 정보를 추출하여 사용하였다. 서버 내 갱구 정보 연동을 통해 증강현실 객체를 현장에 중첩 가시화하여 광산 정보의 현장 활용의 편의성 및 가능성을 중점 검토하였다.
대상 현장은 충북 충주 목별동에 위치하는 비금속광산(일신동양활석)의 갱구(동신갱)이다. 갱구는 도로변 인근에 위치하나, 하절기에 수풀이 우거진 상태로서 비가시적이며, 위치의 파악이 어려운 미폐쇄 상태이다. 증강현실(MAR) 가시화 객체 정보는 주변의 객체와 함께 연동하여 도시되고, 실제 현장에 중첩되어 도시되므로 가시화 정보의 정치 및 정렬 등 신뢰도를 신속하게 검토하고 이해할 수 있었다. 객체 갱구는 실제 갱구로 부터 약 3 m 이격되어 중첩되어 가시화되었으나, 현장에 갱구 형상, 갱구 명칭, 좌표와 함께 사용자 위치에서 객체까지의 상대적 거리 및 방향 정보를 함께 도시하였다. 이러한 정보 실규모 중첩 도시 방법은 광해방지사업의 실태 조사, 지반 조사, 사후 관리 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 대규모 광산 등 광산 정보 밀집 지역에서 정보의 분해능 향상 및 사업 오류 방지에 유용한 대안 기술이 될 수 있을 것이다(Fig. 7(c)).
시범 제작된 모바일 증강현실 가시화 객체는 강한 일광 조건에서 객체가 원거리에 위치하거나, 현장의 배경 색상(수목 등)이 객체와 유사한 경우, 현장 판독에 어려움이 확인되었다. Fig. 7(d)는 강한 일광 조건에서 이를 회피하기 위하여 차량 내부에서 광산 정보를 활용한 사례이다. 사용 시기(절기), 일광 조건 등을 고려하여 착용 기구의 성능 개선, 가시화 객체의 색상 차별화 혹은 동적 가시화 객체로 변경 등 고도화가 필요하다. 본 검토 성과를 통해 정보의 새로운 활용성 편의성, 신뢰도 개선 등 기초 타당성이 확인되어, 적용 검토 구간의 확대 및 갱구 이외의 광해정보통합관리시스템 정보의 증강현실 서비스 구현을 추진하고 있다(Fig. 8).
결 론
본 연구는 정보통신 융복합 기술의 실무 수요를 조사하여 광해방지사업 고도화 기반을 조성하기 위한 기초 연구로서, 기술동향 조사, 특허 조사, 정보통신 및 광해 ․ 광업 분야 실무 의견을 청취하고, 광해방지사업의 조사 및 사후관리에 부합하는 요소기술을 도출하고, 대안 기술로서 증강현실을 활용한 3차원 증강현실 가시화 기술의 편의성 및 기초 가능성을 검토한 것이다.
광해방지사업의 관점에서 기술 동향, 선행 특허 문서로 부터 단어 추출 및 빈도 분석을 통해 기술 특성을 조사하였다. 중점 기술개발 검토 요소는 소자별 특성, 데이터 형식 및 저장 등 정보의 통일성, 설치 및 사용 환경, 통신 및 제어 등 연결 요소, 실시간 및 계측 등 관리 요소, 안전성 및 정확성 요소 등 6가지 요소로 분류하였다.
설문조사를 수행하여 정보통신 및 광해 ․ 광업 분야 실무자 경험과 의견을 청취하여 정보통신 기술 수준 및 개선 검토 방향에 참고하였다. 정보통신 분야 실무자는 광산 정보 및 현황의 공유를 위한 소통 채널 확보가 우선 되어야 하며, 이를 기반으로 자동화, 정보화 수요 발굴 및 기술 규격의 정리, 이를 수행할 전문 인력의 양성을 강조하였다. 광해 ․ 광업분야 실무자는 정보화 및 데이터 처리, 안전 및 시설(설비) 관리, 센서 및 장비, 모니터링 관련 분야로 분류하였다. 특히, 정보 데이터의 처리 및 3차원 가시화에 대한 높은 수요를 확인하였다.
광해방지사업에 3차원 가시화 기술의 기초 검토로서 광해정보통합관리시스템의 일부 정보를 활용하는 모바일 증강현실 시스템을 시범 제작하여, 편의성 및 가능성을 검토하였다. 광해정보통합관리시스템에서 제한된 구간의 폐광산 갱구 정보를 추출하고, 공공클라우드 서버 및 Nebula2 환경에 적합한 모바일 어플리케이션 소프트웨어(KOMIR-XAR)를 제작하였다. 정보에 기인한 오차가 일부 확인되었으나, 현장에 갱구 형상, 갱구 명칭, 좌표, 사용자 위치에서 객체까지의 거리 및 방향 정보가 함께 도시되어 광해방지사업 현장에서 정보를 편리하고, 신속하게 활용할 수 있었다. 광해방지사업의 실태 조사, 지반 조사 및 사후 관리에 특히 유용하게 활용될 수 있는 직관적인 서비스로서, 광산 정보 밀집 지역에서 정보의 분해능 향상 및 오류 방지에 효과적인 대안 기술로 판단된다. 일광 조건, 현장 배색 등 현장 여건에 따른 시인성 개선이 요구되며, 적용 검토 구간 확대 및 객체 정보의 다각화 등 서비스 개선을 추진할 계획이다.
