전기전자/정보통신

미쓰비시전기기보_2019.7 권두논문 (p2-5)

사회의 지속적 발전에 공헌하는 사회 인프라 시스템
후쿠시마 히데키(福島秀樹), 사회시스템사업본부 사업본부장

요지
에너지 제약, 저출산 고령화, 지역의 피폐, 자연재해 등 국내외의 과제가 증대, 복잡화되는 가운데 2015년 유엔 총회에서 ‘지속 가능한 개발목표(SDGs)가 채택되었다. ‘지속 가능한’과 ‘안심∙안전∙쾌적’이 양립하는 풍요로운 사회의 실현을 위해 사회 인프라 시스템에는 유지관리나 재해 대책에 대한 고도의 기능이 요구되고 있다.

한편, ‘제4차 산업혁명’이라고도 불리는 ‘IoT(사물인터넷)’ ‘빅데이터’ ‘AI(인공지능)’ ‘로봇’ 등에 의한 기술혁신이 지금까지 없었던 속도와 임팩트로 진행되고 있다. 이들 기술의 응용을 통한 사회 인프라의 유지관리 고도화나 새로운 가치 창출이 기대되고 있다. 미쓰비시전기도 상하수도, 도로, 하천, 공항, 방재 등의 사회 인프라 시스템에 대해 이들 최신 기술의 적용을 시도해 왔다.

이번 특집호에서는 사회 인프라 시스템의 최신 기술을, ‘AI기술이용’ ‘에너지절약과 안심∙안전’ ‘센싱기술’의 관점에서 기술한다. 당사는 최신 기술의 연구개발이나 그들을 활용한 제품화를 더욱 가속해, 지속 가능한 사회와 안심∙안전∙쾌적이 양립하는 풍요로운 사회의 실현에 공헌한다.

1. 머리말
에너지 제약, 저출산 고령화, 지역의 피폐, 자연재해 등 국내외의 과제가 증대, 복잡화되는 가운데 2015년 유엔 총회에서는 지속 가능한 세계를 실현하기 위한 17개의 목표 SDGs가 채택되었다. 한편, 정보통신기술(ICT)의 급격한 진화로 인해 사회∙경제 구조가 매일 급변하는 상황이 발생하기 시작했다. 그로 인해 기존의 틀에 얽매이지 않는 시장이 생겨나면서 지식∙가치의 창조 프로세스 변화를 초래하고 있다.

사회 인프라에서는 ‘안전한 물’ ‘클린하고 안정적인 에너지 공급’ ‘산업과 기술혁신의 기반’ ‘지속 가능한 도시 조성’ ‘기상 변동에 대한 대책’ 등의 사회적 해결이 필요해졌다. 당사가 제공하는 사회 인프라 시스템도 ‘IoT, AI 등의 공통기반기술’ ‘당사가 보유한 산업코어기술’과 ‘관련 데이터(빅데이터)’를 조합함으로써 변혁을 계속하고 있다.

본고에서는 당사의 사회 인프라 시스템 중에서 사회적 과제 해결에 기여하는 대표적인 사례를 소개한다.

2. 사회 인프라시스템에 대한 당사의 대응
당사의 사회 환경 사업에서의 사회 인프라 시스템은 상하수도, 도로, 하천, 공항이나 방재 등의 공공시스템과, 빌딩, 데이터센터, 경기장 등의 전원, 영상시스템이나 대규모 태양광발전시스템 등의 민간 시설에 관련된 시스템을 제공하고 있다. 이 장에서는 그들 각 시스템을 둘러싼 사회 환경의 변화와 당사의 대응에 대해 소개한다.

2.1 서비스 기반 IoT 공통 플랫폼 ‘INFOPRISM’
당사는 IoT∙클라우드 기술을 활용해 사회 인프라 시스템의 효율적인 운용∙보수를 실현하는 각종 솔루션 개발에 착수하고 있다. 그 중에서 솔루션에 공통되는 기능을 집약한 IoT 플랫폼 ‘INFOPRISM’을 개발했다.

INFOPRISM은 사회∙전력 인프라 분야에서 질 높은 다양한 솔루션을 시기 적절하게, 단기간에 공급하기 위해 IoT 솔루션의 공통 기능을 정리한 것이다. INFOPRISM은 현장 측에 설치하는 하드웨어와 클라우드 상에서 작동하는 소프트웨어로 구성되며, 다음과 같은 특징을 갖는 다양한 기능을 갖추고 있다.

(1) 현장에 설치한 다양한 인프라 설비를 통해 ‘데이터 수집∙축적∙가시화’ 실현
(2) 설비 운용 계획 최적화를 지원하는 ‘AI에 의한 데이터 분석’
(3) 안심∙안전하게 IoT 솔루션을 이용 가능하게 하는 ‘고도의 보안’

당사는 상하수도, 도로, 교통(철도), 전력 등의 분야에 INFOPRISM을 적용해 설비의 운용∙보전 업무의 효율화∙고도화를 추진해 나간다.

2.2 AI 기술 이용
AI라는 것은 인간의 뇌가 하고 있는 지적 작업(사고나 추측, 기억 등)을 컴퓨터 등의 기계로 대체하는 기술이다. 사회 인프라 시스템에서는 장기간 축적된 감시데이터∙제어데이터∙점검데이터를 보유하고 있다. 이들 방대한 양의 ‘빅데이터’와 AI와의 조합을 통해 지금까지 인간의 두뇌로는 처리하지 못했던 새로운 지식을 습득해 보다 정확한 제안∙제어를 수행할 수 있다.

2.2.1 이미지식 하천 수위 계측 장치
최근에 기록적인 집중 호우에 의한 심각한 수해가 빈발하고 있다. 치수∙재해 대책을 강화해 피해를 최소한으로 억제하는데 있어서 보다 많은 지점에서의 하천 수위 파악이 중요해졌다.

당사는 현장 설치가 쉽고 폭넓게 관측 지점을 늘릴 수 있으며 홍수에도 강한 비접촉형 이미지식 AI 수위 계측 장치를 새롭게 개발했다. 이 장치는 대량의 하천 이미지 데이터를 통해 ‘수면’을 학습시킨 심층신경망(DNN)을 갖추고 영상 속의 수역과 비수역을 분리한다. 그 결과에 근거해 하천 영상 속의 물가 위치를 특정, 미리 계측한 하천의 3차원 데이터를 참조해 수위 높이를 산정한다. DNN을 이용함으로써 기존에는 실현이 어려웠던 수위 표식을 설치하지 않은 곳에서의 수위 높이를 산정할 수 있도록 한 것이 특징이다.

계측 장치는 풀HD 해상도의 비디오카메라(감지센서)와 이미지처리유닛으로 구성된다. 계측 단위 1cm, 2분 동안에 30 프레임의 입력 영상에 대해 수위 계측 처리가 가능하다. 국토교통성이 정한 하천사방(砂防) 기술 기준을 충족하는 기반∙범용 관측에 사용할 수 있다.

2.2.2 도로 설비의 고장 징후 파악 기술
2.2.3 최적 폭기(曝気) 풍량 제어 기술

2.3 에너지절약과 안심∙안전
동일본대지진을 계기로 재생가능에너지의 도입은 진척되고 있으나 가일층의 환경 부하 경감이 과제다. 또한 전세계 국민이 정착해 살고 있는 지역에서 안심∙안전한 생활을 보낼 수 있는 사회 기반을 실현하기 위해, ICT 등을 사용한 콤팩트하고 기능적인 거리 조성, 재해를 최소한으로 억제해 재해를 미연에 방지하는 사회 시스템 구축이 요구되고 있다.

또한 2020년의 도쿄올림픽∙패럴림픽을 앞두고 관광객 유치 정책의 강화 등으로 방일 관광 수요의 확대와 여객기 편수 증가가 전망된다. 지금까지 이상으로 항공 안전 확보가 요구되고 있다.

2.3.1 사회 인프라 유지관리서비스
2.3.2 지형 상황 감시시스템
2.3.3 공항 CDM
2.3.4 EV∙PV 연계 에너지매니지먼트시스템
2.3.5 EcoMBR

2.4 센싱 기술

2.4.1 해양 레이더 해일 예측 기술
일본의 연안부에서는 대지진 발생에 의한 해일이 우려되고 있다. 가능한 해일이 연안에 도달하기 전에 정확하게 해일 도래를 예측하는 것은 피난 등의 대응을 시행하는데 있어서 중요하다. 이를 위해서는 앞바다에서의 해일의 정확한 높이나 유속을 실시간으로 알아야 한다. 기존에는 해일 높이를 계측하는 수단으로서 앞바다에 설치한 GPS 부이 등을 이용하는 방법이 있다. 그러나 GPS 부이는 설치 위치(점)에서의 계측만 가능하기 때문에 광범위에 걸쳐서 다수 설치할 필요가 있다.

해양 레이더는 연안 환경 감시에서의 유용성이 검증되어 왔다. 해양 레이더를 통해 계측할 수 있는 것은 표층 유속의 시선 방향 성분뿐이다. 해일을 예측하기 위해서는 파도 높이 정보가 필요했다.

당사는 레이더로 계측된 유속을 바탕으로 해일 시뮬레이션에 의한 수치 계산을 실시, 해일 시뮬레이션의 예측치와 해양 레이더의 관측치를 데이터 동화시킴으로써 고정밀도로 해일의 유속과 파도 높이를 추정하는 해일 데이터 동화 방식을 개발했다.

2.4.2 C Band Phased Array 기상 레이더
2.4.3 기상 레이더∙라이더

3. 맺음말
사회 인프라에서는 ‘안전한 물’ ‘클린하고 안정적인 에너지 공급’ ‘산업과 기술혁신 기반’ ‘지속 가능한 도시 조성’ ‘기상 변동에 대한 대책’ 등의 해결이 요구되고 있다. 사회 인프라를 운용∙관리하는 시스템에 대한 기대는 앞으로 더욱 높아질 것이다.

사회의 지속적인 발전과 안심∙안전∙쾌적이 양립되는 풍요로운 사회의 실현을 위해 최신 기술을 활용한 연구 개발이나 제품화를 더욱 가속시켜 다양한 솔루션을 제공해 나간다.

 -- 끝 --