서 론
4차 산업혁명과 신기후변화체제에 대비하여 친환경, 고효율, 저비용, 무재해 광산현장 구현을 위한 스마트광산(Smart Mine) 기술이 전 세계적으로 주목을 받고 있다(FMI, 2016). 스마트광산 기술이란 사물인터넷(Internet of Things, IoT), 빅데이터(big data), 모바일(mobile), 인공지능(Artificial Intelligence, AI), 증강현실(Augmented Reality, AR) 등 최첨단 정보통신기술(Information & Communication Technology, ICT)을 광산 현장에 도입한 것으로, 자료취득 센서, 유/무선 송수신 통신장치, 전원장치, 제어장치, 자료처리 서버 등 하드웨어(H/W) 기술과 실시간 수집된 현장자료를 분석하고 효과적으로 가시화할 수 있는 소프트웨어(S/W) 기술로 구성된다.
호주, 미국, 중국 등 주요국들은 각국 정부의 광업정책에 따라 ICT기술과 자원개발기술의 융합을 위한 투자와 기술개발을 활발하게 진행하고 있다. 특히 호주는 연간 25억 달러를 자국 내 자원산업 ICT 기술개발에 집중 투자하고 있으며(Littleboy et al., 2013), 호주 MST사는 1991년부터 ICT 기반 광산안전관리 시스템을 개발하여 전 세계 약 600여 곳의 석탄 및 금속 광산에 제품을 보급하였다(MST, 2018). 그 외에도 Caterpillar, Sandvik, Atlas Copco, Komatsu, ASI 등 광산장비 제조사들을 중심으로 장비자동화 및 생산관리 최적화를 위한 ICT 융합 기술들이 개발되어 미국, 호주, 캐나다 등 주요국 광산현장에서 활용되고 있다(Choi, 2017; Lee et al., 2017). 국내에서도 (주)빅파워솔루션에서 개발한 ICT 기반 광산안전관리 시스템이 국내 노천광산 2개소(한일시멘트 단양광산, 대성MDI 석교사업소), 지하광산 4개소(MDI 제천사업소, 성신미네필드 정선광산, 신동 정선광산, 백광소재 영천광산)에 보급되어 활용되고 있다.
Mordor Intelligence(2018)는 4차 산업혁명과 디지털 기술혁신으로 스마트광산 기술과 같은 광업 분야 ICT 융합 기술의 연간 시장규모가 2017년 48억 달러에서 2023년 130억 달러로 확대될 것이라 전망하였다. 광업 분야에 첨단기술 개발을 통한 새로운 형태의 비즈니스 창출 필요성이 대두되면서 ICT 융합 기술개발에 대한 경쟁이 더욱 심화될 것으로 예상되며, 특허 등과 같은 지식재산권 확보가 필요한 시기라고 판단된다.
본 연구에서는 ICT 기반 지하광산 안전관리 시스템과 관련한 기술들의 특허동향을 분석하여 기술개발 현황 및 기술위치를 파악하고자 한다. ICT 기반 지하광산 안전관리 시스템은 지하광산 현장을 실시간 모니터링하고, 위험상황 발생시 신속하게 대응하여 갱도붕괴, 환기(통기), 장비, 인명 사고를 예방하기 위한 용도로 사용된다. 특허동향 분석을 통해 향후 국내 기술개발에 대한 연구방향을 설정하는데 도움이 될 수 있는 자료를 제시하고자 한다.
특허검색 및 분석방법
본 연구에서는 ㈜윕스(WIPS, 2018)에서 제공하는 특허검색서비스를 이용하여 한국(KR), 미국(US), 일본(JP), 유럽연합(EU)의 공개 및 등록 특허를 중심으로 특허검색을 수행하였다. ICT 기반 지하광산 안전관리 시스템에 대한 주요 키워드를 사용하여 식 (1)과 같이 검색식을 정의하였으며, 검색기간은 1980년 1월부터 2017년 12월까지로 설정하였다. 검색 결과가 세부 분야에 지나치게 국한되지 않도록 지하광산의 안전, 재해, 피해, 관제 등 일반적이고 범용적인 키워드들을 사용하였다. 식 (1)에서 G06Q는 정보처리시스템 또는 기법, G08B는 경보시스템, H04W는 무선통신 네트워크, G01S는 무선측위시스템을 의미한다.
((광산 지하광산 갱내 갱도 광부 mine* miners*) AND (안전 재해 피해 관제 or safety* or secure* control*) and (G06Q* G08B* H04W* G01S*).IPCM. or ("mine site tech*").AP.) (1)
검색된 전체 공개 및 등록 특허 중 유효 특허만을 추출한 후(Table 1), 특허분석 프로그램인 ThinKlear (http://global.wipscorp.com/thinklear.do)를 이용하여 특허동향 분석을 수행하였다. 또한 검색기간 내에 미공개 특허들은 분석에서 제외하였다.
결과 및 고찰
ICT 기반 지하광산용 안전관리 시스템 기술에 대해 검색된 유효 특허의 수를 기준으로 특허출원 동향을 연도별로 분석한 결과는 Fig. 1과 같다. 분석 초기 구간인 1980년부터 해당 기술에 대한 특허출원이 이루어졌다. 그 이후 두드러진 증가세는 보이지 않다가 1990년대 중반 이후 특허출원이 활발히 진행되었던 것을 볼 수 있다. 2000년대 초반에는 특허출원이 다소 감소하는 경향을 보였으나, 2008년부터 다시 특허출원이 활발하게 이루어졌던 것으로 분석되었다. 국가별로 보면, 미국에서는 1980년부터 꾸준한 특허 활동을 이루어졌으며, 1998년 이후 특허 출원이 더욱 활발하게 진행되었다. 특히 미국은 전체 출원 건수가 다른 주요 출원국에 비해 많은 것으로 나타나고 있다. 한국에서는 1993년 이후 간헐적인 특허 출원이 있었다. 2006년 이후 특허출원이 증가하기 시작했고 2014년부터 급증하였다. 일본에서는 2003년 이후 해당 기술과 관련한 특허 출원이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 유럽연합의 경우에는 2000년대 초반까지는 간헐적인 특허 출원이 있었지만 뚜렷한 증감은 보이지 않다가 2014년 이후 다소 증가하는 추세를 나타냈다(Fig. 2).
Fig. 3은 ICT 기반 지하광산용 안전관리 시스템 기술 분야의 전체적인 기술위치를 포트폴리오로 나타낸 것이다. 최근의 특허출원 동향을 4개의 구간으로 구분한 후(1구간: 1996년-2000년, 2구간: 2001년-2005년, 3구간: 2006년-2010년, 4구간: 2011년-2015년), 각각의 구간별 출원인 수 및 출원 건수를 그래프로 도시하여 기술위치를 살펴보았다. 4개 국가의 전체적인 특허출원 건수와 출원인 수가 1구간부터 4구간까지 지속적으로 증가한 것으로 나타났으며, 이는 해당 기술의 개발이 꾸준하게 진행되었다는 것을 의미한다. 특허출원 동향을 볼 때 ICT 기반 지하광산용 안전관리 시스템 기술 분야는 성장기 단계에 있는 것으로 판단된다.
한국, 미국, 일본, 유럽연합의 기술위치를 국가별로 도시하면 Fig. 4와 같다. 한국의 경우에는 1구간부터 3구간까지 출원 건수는 다소 감소하고 출원인의 수가 증가하는 패턴을 보였으나, 4구간에서는 출원 건수 및 출원인 수가 모두 증가하고 있어 해당 기술 분야가 성장기 단계에 있는 것으로 판단된다. 미국의 경우에도 1구간부터 4구간까지 출원 건수와 출원인 수가 모두 증가하는 성장단계 패턴을 보였다. 일본은 전체 구간에서 성장단계 패턴을 보이고 있어 꾸준한 기술 개발이 이루어진 것으로 해석할 수 있다. 특히, 4구간에서 출원 건수와 출원인 수 모두 급격하게 증가하였다. 유럽연합은 1구간부터 3구간까지 출원 건수와 출원인의 수가 함께 증가하는 패턴을 보였다. 4구간에서는 출원 건수는 다소 증가하였으나 출원인의 수가 감소하였다. 따라서 유럽특허의 기술위치는 성숙기의 단계 있는 것으로 볼 수 있다. 다만, 유럽의 경우 전체적인 특허출원 건수가 적어 기술 위치가 민감하게 변화할 수 있으므로 향후 특허출원 동향을 지속적으로 모니터링할 필요가 있다고 판단된다.
Table 2는 ICT 기반 지하광산용 안전관리 시스템 기술에 대한 상위 10개의 다출원인 현황을 보여준다. 일본의 MATSUSHITA ELECTRIC WORKS LTD.가 가장 많은 특허를 출원했으며, 그 외에도 한국전자통신연구원(ETRI), 한국지질자원연구원(KIGAM), 미국의 Coinbase, Inc. 등이 이 분야에서 다수의 특허를 출원한 것으로 나타났다. 상위 10개의 다출원인 중 미국과 일본 국적의 출원인이 각각 4개로 나타나 ICT 기반 지하광산용 안전관리 시스템 기술 분야에서 미국과 일본이 두각을 나타내는 것으로 분석된다. 또한 상위 10개 다출원인들의 주요 특허 시장국들을 분석한 결과 전반적으로 자국 시장에서만 특허활동을 하고 있는 것을 알 수 있었다.
ICT 기반 지하광산용 안전관[리 시스템과 관련하여 한국에서 최근 출원된 특허들(Table 3)의 주요 내용을 요약하면 다음과 같다.
· 광산 및 지하 폐쇄지역에 적합한 통합 안전관리 장치: 탈착 가능한 다수의 환경 센서들을 하나의 장치에 부착한 것으로 센서들의 관리가 매우 편리하며, 광산의 지하 갱도와 같이 넓은 감시 지역에 체계적으로 배열하여 통합 안전관리를 위해 이용할 수 있다.
· 광산 지역에서의 지진 피해 예측을 위한 시스템 및 방법: 석탄광산 등의 광산 지역에서 지진에 의해 발생될 수 있는 석탄가스 폭발 또는 갱도 붕괴 등의 사고를 예측함으로써, 피해를 최소화하기 위한 시스템 및 방법이다. 광산 지역에서 발생하는 지진 신호를 감지하고 과거 지진 정보와 비교하여 지진에 의한 광산 지역의 피해 발생 가능성을 예측할 수 있다.
· 광산의 갱도 및 지하통신음영 지역에서의 안전관리를 위한 실시간 위치추적 통신중계 시스템 구축 방법: 광산의 지하갱도 또는 지하폐쇄지역에서 경로를 따라 일렬 배열로 중계기 루트를 형성하고, 중계기들 사이에 기준지점을 선정한 후 기준지점마다 수신신호세기를 도출하여 실시간 위치추적시스템을 구축하는 방법이다.
· 현장적용형 증강현실 기반 작업 가이드용 모듈 일체형 안전모 장치 및 이를 이용한 응용 서비스 제공방법: 안전모와 일체화된 카메라를 통해 작업자가 바라보는 실제 환경 이미지에 가상 콘텐츠를 정합하여 증강현실 콘텐츠를 생성하고, 이를 안전모와 일체화된 착용형 디스플레이를 통해 작업자에게 제공하는 방법이다.
결 론
본 연구에서는 ICT 기반 지하광산 안전관리 시스템과 관련하여 1980년 1월부터 2017년 12월까지 기간 동안 한국, 미국, 일본, 유럽연합에서 공개되거나 등록된 특허를 검색한 후 유효 특허들을 대상으로 동향 분석을 수행하였다. 분석 결과 ICT 기반 지하광산 안전관리 시스템과 관련한 주요 기술들이 미국을 통해 1980년부터 특허출원이 이루어지고 있으며, 미국의 특허 출원에 의해 전체 출원의 증감이 주도되고 있는 것으로 나타났다. 한국은 해당 기술과 관련한 특허출원이 2006년 이후 증가하다 2014년에 급증하였으며, 일본은 2003년 이후 지속적으로 특허출원이 증가하고 있는 것으로 분석되었다. 유럽연합에서는 상대적으로 특허 활동이 미비한 것으로 나타났다.
특허동향 분석결과를 보면 현재까지 미국이 이 분야 기술을 선도하고 있는 국가라고 판단된다. 다만, 주요 출원인들이 전반적으로 자국 시장에서만 특허활동을 하고 있는 것을 볼 때, 우리나라도 기술 및 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 혁신적인 기술을 개발하고, 국내외 특허 확보를 위해 전략적으로 접근한다면 해외시장에서도 충분히 경쟁할 수 있을 것이라 판단된다.
본 연구에서는 특허동향 분석 대상 국가를 한국, 미국, 일본, 유럽연합으로 한정하였으나, 광업 분야의 주요국인 호주, 캐나다, 스웨덴, 남아프리카공아국 등에 대한 분석도 필요할 것이라 판단된다. 또한, 본 연구에서 제시한 특허동향 분석 결과가 보다 대표성을 가지기 위해서는 ICT 기반 지하광산 안전관리시스템을 구성하는 세부 기술들에 대해 다양한 핵심 키워드들을 추가적으로 선정하여 검색범위를 확대해야 할 것이다.
