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Nikkei X-TECH_2021.3.31

도심 속 드론의 비행경로를 3D 도시모델로 검증
국토교통성, PLATEAU 활용 사례를 일괄 공개

디지털 활용을 주제로 과거에 2회 다룬 바 있는 국토교통성이 주도하는 3D 도시모델 정비 프로젝트 ‘Project PLATEAU’에 큰 움직임이 있어 소개한다. 공모를 통해 결정된 전국 56개 도시의 3D 도시모델 정비가 3월 26일, 완료되었다.

국토교통성은 56개 도시 가운데 우선 도쿄 도 23개 구의 3D 도시모델을 공식 웹 사이트 ‘PLATEAU ver.1.0’에서 공개했다(https://www.mlit.go.jp/plateau/). 3D 도시모델 제작을 위해 정비한 데이터는 일반사단법인 사회기반정보유통추진협의회가 운용하는 ‘G공간정보센터’에서 순차적으로 다운받을 수 있다.

도쿄 도 23개 구의 3D 도시모델 제작에서는 도쿄 도로부터 ‘토지 이용 현황 조사’ 및 ‘건물 현황 조사’ 등을 위한 도시계획 기초 조사를 통해 얻은 GIS(지리정보시스템) 데이터를 활용한다. 여기에 포함되어 있는 건물의 속성 정보를 기반으로 2D의 도형을 생성하고, 여기에 항공 측량을 통해 취득한 건물의 높이와 형상 등의 정보를 결합해 3D로 모델링 했다.

도시계획 기초 조사의 데이터 가운데 오픈 데이터로 이용할 수 있는 속성 정보는 국토교통성과 도쿄 도가 조정해 모델 데이터에 추가하고 있다. 속성 정보에는 건물의 이용 현황으로서 도형 면적과 건물의 지상 층수 및 지하 층수, 건물 구조, 건물 용도 분류, 주소가 포함된다.

국토교통성은 오픈 데이터와 함께 PLATEAU의 활용 사례 44건을 한꺼번에 공개했다. 그 일부는 웹 베이스의 전용 뷰어 ‘PLATEAU VIEW’를 통해 누구나 볼 수 있다. 방재와 거리조성, AR(증강현실)/VR(가상현실)의 화상 생성 등, 다양한 케이스에 참고할 수 있다.

다시 한번 3D 도시모델에 대해 간단히 되짚어 보자. 3D 도시모델이란 현실세계의 도시를 가상세계(사이버 공간)로 재현한 3D 도시공간 정보 플랫폼이다. 2D 지도에 건물, 지형 높이, 형상 등을 더해 제작한 3D 지도에 건축물의 명칭과 용도, 건설 연도 등의 속성 정보를 부가해 도시공간을 디지털로 재현했다.

중요한 포인트는 그 동안 부처와 지자체에 분산돼 있던 건물 정보와 인구 유동, 환경, 에너지 등의 데이터를 3D 모델과 통합한 것으로, 도시계획 및 도시활동 시뮬레이션의 정밀도 향상을 목적으로 하고 있다.

PLATEAU에서는 건물이나 가로(街路) 등의 오브젝트를 기술하는데 ‘CityGML’이라는 언어가 사용된다. 지리공간 정보의 국제표준화단체인 OGC가 책정한 데이터 포맷이다. CityGML로 기술하면 지도는 외형뿐만이 아니라 건물의 층수와 용도까지 정확하게 재현할 수 있다. 사이버 공간에 또 하나의 도시(디지털 트윈)를 쉽게 구축할 수 있다.

CityGML은 ‘LOD(Level of Detail)’라고 하는 개념을 가지고 있다. 재현하는 상세도(LOD 1~LOD4)를 의미한다. 데이터 구조에 일관성을 갖게 해 어떤 3D 도시 모델이라도 취급이 가능하도록 했다. 가장 간소한 LOD1의 3D 도시모델은 도시 계획 기초 조사로부터 취득한 2D 도형과 건물 높이로 구축할 수 있다.

PLATEAU의 상세한 내용이나 PLATEAU VIEW의 사용법에 대해서는 이전의 디지털 활용 기사를 참조해 주었으면 한다.

Project PLATEAU는 단순히 오픈 데이터를 제공하는 것만이 아니다. 3D 도시 모델의 유스케이스 개발에 주력하고 있는 것이 특징이다. 국토교통성은 지방 자치체와 민간기업, 대학, 연구기관 등과 함께 실험을 거듭해 유스케이스를 축적하고 계속해서 이를 공개. 모델을 모방하는 것만으로도 각 지자체나 이용 기업들이 일정한 효과를 얻을 수 있도록 할 계획이다.

개발하고 있는 유스케이스 가운데 이번에 소개할 디지털 활용은 드론을 이용한 물류의 비행 시뮬레이터 개발이다. Project PLATEAU에서는 이륙과 착륙의 두 지점을 임의로 선택할 경우 비행 경로를 산출할 수 있는지를 확인해보았다. PLATEAU에는 건물 높이의 정보가 있어 드론의 비행 루트 검토에 유효하게 활용할 수 있을 것으로 보인다. 이번 결과는 이것을 검증한 획기적인 사례이다.

드론을 이용한 솔루션 개발은 건설 분야에서도 활발하다. 2022년에는 도시지역 등 사람이 있는 장소에서 드론의 목시외(目視外) 비행이 승인될 전망이다. 사전에 안전 루트를 확보하는 것과 절차의 번거로움을 줄이는 것은 드론의 적용 범위 확대에 크게 기여할 것으로 보인다.

-- 고층빌딩이 많은 도심에서 비행 경로를 사전에 검증 --
드론과 인공지능(AI) 등을 개발하고 있는 A.L.I.Technologies(도쿄)는 도쿄역 주변과 이시카와(石川) 현 가가(加賀) 시에 있는 가타야마즈(片山津)온천 등 2곳에서 3월에 드론 비행 실험을 실시했다.

실험에서는 고층 건물들이 많은 도쿄역 인근 지역에서 안전하고 효율적으로 드론을 비행시키기 위해 3D 도시모델을 이용한 비행 시뮬레이션을 실시했다. 빌딩이 복잡하게 들어선 도심에서 드론이 안전하게 비행하기 위해서는 루트에 근접한 건물 등 장애물들을 꼼꼼히 살펴볼 필요가 있다. 기존 방식으로는 현지 조사에 많은 시간과 비용이 들어 이를 해결하는 것이 드론 물류의 시작을 위한 과제 중 하나였다.

3D 도시모델은 수직·수평 방향의 길이의 정밀도가 높아 비행 시뮬레이션을 실시하기 용이하다. 또한 LOD2 이상의 모델은 비주얼이 뛰어나 드론을 배송에 이용할 경우, 고객과 관계 당국, 운항자 등 간에 비행 경로를 공유하기 쉽다는 장점도 있다.

A.L.I.Technologies는 실험에 맞춰 도심의 건축물을 재현한 3D 도시모델이 도입된 비행 시뮬레이터를 개발했다. 항공법에 따른 자동 공로(空路) 가시화 기능을 통해 3D를 이용한 사전 비행 루트 시뮬레이션과 운항자 트레이닝을 가상 공간에서 실시했다. 현지 조사 공정을 효율화할 수 있는지를 확인한 것이다.

또한 A.L.I.Technologies는 자사의 드론 관제시스템인 C.O.S.M.O.S를 CityGML의 데이터 도입이 가능하도록 개선했다. C.O.S.M.O.S는 드론의 항공 관제를 가능하게 하는 트래픽관리(TMS) 플랫폼으로, 드론의 자동 운용에 필요한 기체의 건전성, 운용의 확실성, 안전성 등을 계획, 감시, 관리하는 기능을 갖추고 있다.

비행 시뮬레이터를 통해 생성된 루트를 C.O.S.M.O.S에 도입하면 드론을 시뮬레이션과 동일한 경로로 비행시킬 수 있다. 사전에 현장 확인을 위해 방문해야 하는 번거로움이 줄어들고, 비행 경로 설정 작업을 줄일 수 있다. 하지만 이번 실험은 어디까지나 3D 도시모델을 이용한 비행 시뮬레이션의 검증으로, 실제로 산출된 루트로 드론이 비행한 것은 한 것은 아니다.

시뮬레이션 절차는 우선 3D 도시모델 안에 드론의 이륙과 착륙 포인트를 설정하고, ‘건물과의 거리를 30m이상 확보한다’라는 규제를 준수하면서 최적의 비행 루트를 산출한다. 도쿄역 주변에서는 임시로 1~2km의 비행 거리를 설정했다.

3D 도시모델에는 건물 높이가 포함되어 있다. “드론의 비행 루트 설정 및 각종 시뮬레이션에는 유용성이 높다”(A.L.I.Technologies)라고 한다. A.L.I.Technologies는 2025년까지 도시 지역에서의 드론 물류 도입을 계획하고 있다.

-- 드론 물류의 부산물, 3D 도시모델 갱신에도 활용 --
드론 물류의 비행 경로 설정과는 별도로 3D 도시모델을 효율적으로 업데이트할 목적으로 드론을 이용할 수 있을지에 대한 검증도 시작되었다. 상공에서 촬영한 사진을 3D 도시모델 갱신에 이용하는 실험이다. A.L.I. Technologies는 56개 도시의 가운데 하나인 가가 시에 협력을 의뢰해 드론 물류의 시험 비행을 하면서 동시에 드론을 통한 사진 측량도 실시했다.

드론이 배송 경로 확인용으로 촬영하는 사진을 측량에도 사용하는 것으로, 드론 물류의 부산물로서 저렴하게 3D 도시 모델을 업데이트하기 위한 데이터 수집 방법으로 이용하는 것이다.

현시점에서는 CityGML가 요구하는 수준에는 못 미치지만, 지도 데이터의 갱신 빈도 향상에는 유효한 레벨인 것을 확인할 수 있었다고 한다. 드론를 통한 사진 측량에 필요한 요건이 갖춰진다면 물류 서비스 제공과 함께 3D 도시모델 업데이트에 필요한 데이터를 수집할 수 있을 것으로 보인다.

다만, 드론 물류의 합리적인 루트 선택과 사진 측량을 위한 비행 경로 결정이 완전히 일치한다고는 할 수 없다. 루트 설정과 기재의 선택, 촬영 방법을 좀더 검토해나갈 필요가 있다는 과제도 실험을 통해 드러났다.

다음 회의 디지털 활용은 방재(防災)의 유스케이스로서 도내에 있는 대형 복합시설 ‘토라노몬(虎ノ門)힐즈’에서의 활용 사례를 다룰 예정이다.

 -- 끝 --

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