전기전자/정보통신

Nikkei Computer_2021.3.4 특집 요약 (p26~43)

재해 대책 IT의 진화
동일본대지진으로부터 10년

2011년 3월 11일 오후 2시 46분. 도호쿠(東北) 산리쿠(三陸沖) 해역을 진원으로 한 매그니튜드 9.0, 최대 진도 7의 거대 지진이 동일본을 덮쳤다. 도호쿠와 간토(関東) 연안부에 대형 쓰나미가 몰려와 막대한 피해를 초래. 사망자 및 실종자는 무려 2만 2,000명 이상, 건물 피해는 전파·반파 합해 40만 호 이상에 달했다.

도쿄전력 후쿠시마(福島) 제1원자력발전소 사고도 발생해, 지금도 4만명 이상이 장기 피난 생활을 겪고 있다. 동일본대지진과 같은 대규모 자연재해 발생은 불가피하며 정확한 예지 또한 불가능하다. 언젠가는 필연적으로 닥쳐올 대규모 재해. 이에 대비하려면, 일본 사회가 재해에 대한 회복력(복원력)을 높이는 수 밖에 없다. 테크놀로지가 이에 어떻게 기여하고 있는지 재해 대책 IT의 최전선을 소개하겠다.

Part 1. 바다로 뻗어나가는 관측망
비극을 되풀이하지 않는다

동일본대지진 이후 10년, 일본의 지진 관측망은 몰라보게 강화되었다. 수천 km 이상의 해저광케이블로 관측망이 지진이나 해일을 재빠르게 감지한다. 앞으로 닥쳐올 남해 트로프 지진에 대비해 지금도 정비를 계속하고 있다.

2011년 3월 11일에 발생한 동일본 대지진의 사망자·행방불명자가 2만2,000명 이상에 달하는 이유 중 하나로 당시의 지진 관측망이 충분하지 않았던 것을 들 수 있다. 정부는 1995년 1월의 한신(阪神)대지진을 교훈 삼아 육상에서의 지진 관측망을 확충해 왔다.

그러나 2011년 당시, 지진계가 육역(陸域)에 1,490기 있었던 것에 반해 해역에는 45기 밖에 없었다. 일본 열도의 동쪽, 일본 해구 부근에서 발생한 지진의 규모는 진앙지에서 수백km 떨어진 육상의 지진계로 얻은 데이터를 통해 추산해야 했다.

-- 지진 규모를 과소평가해 피해 확대 --
동일본대지진의 비극은 되풀이되어서는 안 된다. 정부는 동일본대지진 이후 해저 지진해일 관측망 정비를 급속히 추진해왔다. 2017년까지 정비한 일본 해구 해저 지진해일 관측망(S-net)은 홋카이도에서 간토(關東)까지 해저에 5,500km의 해저케이블을 깔고 150기의 지진해일 관측장치를 배치했다.

이를 통해 “해역에서 발생한 지진의 규모를 육상의 지진 관측망보다 최대 30초 정도, 해일의 경우에는 최대 20분 정도 빨리 감지할 수 있게 되었다”(방재과학기술연구소의 아오이(青井)해일화산 네트워크센터장).

실제로 2016년 8월 20일 18시경에 산리쿠 해역에서 매그니튜드 6.4의 지진이 발생했을 당시, S-net이 육상 관측망보다 22초 빨리 지진을 감지할 수 있었다고 한다. 해일 발생을 해역에서 신속하게 감지해 육지에 정보를 전송함으로써 신속한 피난 등에 유용하게 이용할 수 있게 되었다.

관측된 데이터는 방재과학기술연구소뿐만 아니라 기상청과도 공유해, 2016년 7월부터 해일 경보, 2019년 6월부터 긴급 지진 속보에 활용하고 있다.

-- 실태는 해저광케이블 --
실제로 해저 지진해일 관측망은 IT업계에서 친숙한 해저광케이블로 구축되어 있다. 구체적으로는 지진계와 해일을 관측하는 수압계를 길이 2m의 금속제 용기에 담아 1개의 관측 유닛으로 만들어 해저광케이블로 엮어서 해저에 설치한다.

 S-net은 홋카이도에서 지바(千葉)현까지 5곳에 마련한 지상국에서 일본 해구 주변까지 해저케이블을 빗살 모양으로 부설. 관측 유닛은 동서로 약 30km, 남북으로 50~605,060km 간격으로 총 150기를 배치했다. 규모 7~7.5급 지진의 진원(震源) 지역에 상당하는 면적에 최소 1개의 관측 포인트가 있는 것이다.

총 길이 5,500km의 해저 광케이블은 6개로 나눠져 있으며 그 양 끝이 지상국에 연결되어 쌍방에 관측 데이터를 지속적으로 송신한다. 만일 지진으로 인해 해저케이블이 절단되거나 지상국이 손상된 경우에도 가동되는 쪽의 케이블이나 지상국을 통해 관측을 지속할 수 있다.

-- 남해 트로프 지진에도 대비 --

Part 2. 견고해진 통신망
재해시의 ‘생명줄’ 확보

휴대폰은 구원·구조 활동이나 피난 생활을 지탱하는 ‘생명줄’과도 같다. 하지만 동일본대지진에서는 기지국의 붕괴, 장시간의 정전, 기지국까지의 전송로 절단 등으로 이동통신사들의 통신 서비스가 일제히 멈춰 섰다.

총무성에 따르면 휴대폰과 PHS는 최대 약 2만 9,000곳의 기지국이 기능을 멈춰, 일반전화는 최대 약 100만 회선이 불통이었다. 이것을 교훈으로 이동통신사들은 ‘연결되는 네트워크’를 유지하는 기술 개발을 추진해왔다.

대표적인 방안 중 하나가 다양한 임시기지국 개발이다. 재해 발생 시에는 육·해·공의 다양한 장소에서 임기응변으로 기지국을 배치해, 통신이 두절된 지역을 영역화한다. 안테나와 파워 앰프 등 기지국을 구성하는 기기의 소형화가 진행되었기 때문에 가능하게 되었다.

예를 들어 소프트뱅크는 2020년 8월 말 상공 100m에서 반경 약 10km 범위에 전파를 전송하는 드론을 언론에 공개했다. 20㎒ 폭의 주파수를 이용해 LTE 방식으로 통신하는 경우, 최대 2,000명 정도의 동시 통화 및 매초 150메가 비트의 데이터 통신이 가능하다고 한다.

개발에 참여한 후지이(藤井) 도쿄공업대학 공학원 특임교수·소프트뱅크 펠로우는 “1개의 기지국을 통째로 하늘에 올려 놓은 것과 같은 것이다”라고 말한다.

원래 소프트뱅크는 기구를 이용한 임시기지국을 개발해 2012년부터 실증 실험을 하고 있었다. 2016년 구마모토(熊本) 지진 때에는 후쿠오카(福岡)현과 구마모토　현의 아소(阿蘇) 방면을 잇는 산간루트에 기구 기지국을 띄워, 전파 상황 개선과 복구지원 활동을 지원했다. 하지만 기구는 현지 도착 후 가스 주입 등의 번거로움이 있어 현지에서 운용 개시까지 6~12시간 정도 소요되는 점이 과제였다.

반면, 드론 기지국은 현지에 도착 후 1시간 이내로 운용할 수 있다. 드론에는 지상에서 전력 케이블로 급전하기 때문에 24시간 연속 비행이 가능하다. 기지국으로서 1주일 정도의 연속 운용을 전망할 수 있다고 한다. 드론 기지국은 NTT 도코모와 KDDI 등이 실용화에 주력하고 있다.

KDDI와 KDDI 종합연구소는 올 1월, 헬리콥터를 재해 시에 휴대폰 기지국으로 이용하는 실증 실험에 성공했다고 발표했다. 약 7kg의 소형 무선 설비를 헬리콥터에 탑재해 상공으로부터 전파를 전송. 소형 설비는 모바일 네트워크와 무선으로 연결되어 있어 멀리 떨어진 곳에 있는 사람과 직접 통화하거나 문자메시지가 가능하다. 또한 조난자 구조 활동에도 도움이 되도록 휴대폰으로부터 발신되는 전파를 포착해 휴대폰 위치를 추정하는 구조도 갖추고 있다.

-- 바다에서 접근하는 선박형 기지국 --
-- 광역을 커버하는 신형 기지국 --
-- 해저 케이블 경로 전환 --
-- 실현 가능성이 있는 성층권 통신 --

Part 3. 피해규모를 사전에 예측
재해 발생 전에 구조 시작

디지털 트윈이나 시뮬레이션이 구조나 피난 방식을 바꾸기 시작했다. 지진이나 태풍 등의 재해로 인한 피해의 규모를 다양한 데이터에 근거해 예측. 구조 계획을 신속하게 입안하거나 피난소의 ‘밀집’을 방지하는 것도 가능하게 된다.

일본에서는 머지않아 재난 구호·구조 활동을 실제 재난이 일어나기 이전부터 시작할 수 있게 된다. 일본 국토를 디지털 공간으로 재현한 디지털 트윈이 재해 규모를 사전 또는 발생 직후에 예측해, 최적의 구호·구조 계획을 입안할 수 있게 되었기 때문이다.

디지털 트윈 중 하나가 내각부의 전략적 이노베이션 창조 프로그램(SIP)의 '국가 레질리언스 강화'에서 개발하고 있는 피난·긴급활동지원통합시스템 'CPS4D: Cyber-Physical Synthesis for Disaster Resilience'로 2022년도에 완성될 예정이다.

동일본대지진에서는 부처와 자치체, 민간기업 등 조직을 통한 정보 공유가 불충분해 구호·구조 활동이 지연되었다. “시(市)∙정(町)∙촌(村)의 재해 대책본부는 전화나 팩스를 사용해 정보를 수집, 지도에 메모용지를 붙이는 등 종이서류로 정보를 관리했었다.

이 때문에 다른 지자체에서 온 재해파견의료팀(DMAT) 등 지원부대가 정보를 이용하지 못해 어느 대피소 또는 병원을 찾아야 할지 알 수 없는 상황이 되었다”. 방재과학기술연구소 국가 레지리언스　연구추진센터에서 CPS4D 개발을 총괄하는 우스다(臼田) 연구통괄은 그렇게 회상한다.

-- 시계열 데이터로 디지털트윈 --
이에 정부는 동일본대지진을 교훈 삼아, 재해에 관한 정보를 공유할 수 있는 시스템을 정비해 왔다. 우선 2018년에 가동된 것이 부처와 자치체, 연구기관, 민간기업이 소유한 재해에 관한 정보를 공유할 수 있게 하는 시스템 ‘SIP4D(기반적 방재 정보 유통 네트워크)’이다.

대규모 재해가 발생할 경우, 내각부와 방재과학기술연구소로 구성되는 ‘재해정보집약지원팀(ISUT)’이 SIP4D를 통해 재해에 관한 정보를 일원적으로 파악할 수 있게 되었다.

예를 들어 2018년 9월 홋카이도 이부리(胆振)동부지진에서는 SIP4D로 집약된 대피소 대피자 수 데이터와 휴대폰 기지국의 두절 상황 데이터를 중첩시켜 어느 기지국을 우선적으로 복구시켜야 할지에 대해 결정을 할 수 있게 되었다.

또한 정부는 2018년부터 SIP4D로 수집한 정보를 이용한 디지털 트윈인 CPS4D 개발을 시작했다. CPS4D의 포인트는 “재해에 관한 데이터의 시계열 변화를 파악해, 지금부터 무엇이 일어날까를 시뮬레이션을 통해 예측할 수 있게 되는 것이다”(우스다 연구통괄).

예를 들면 CPS4D를 통해 태풍 발생 시에는 강수량 예측에서 침수 상정 지역을 산출하고, 이를 토대로 각 지자체의 '직원 1인당 이재민 수'를 산출할 수 있게 된다. 이 정보를 이용하면 우선적으로 지원부대를 파견해야 할 지자체가 어디인지 판단할 수 있게 된다.

또한 코로나19의 감염 시뮬레이션과 피난소의 밀도 시뮬레이션을 거듭함으로써 피난소의 밀도가 높아지지 않는 피난 계획을 입안할 수 있게 될 전망이다.

-- 슈퍼컴퓨터로 쓰나미 피해 예측 --
또 하나의 디지털 트윈은 내각부가 2018년에 운용을 시작한 ‘해일 침수 피해 추정 시스템’이다. 지진이 발생하면 기상청이 발표하는 지진 규모 정보와 함께 국토지리원이 육상에 설치한 전자기준점 GPS 위치정보 변화 등을 토대로 지진 발생 해저의 단층을 추정. 그리고 단층과 해수의 움직임을 물리 시뮬레이션을 통해 연안부 해일의 침수 피해를 지진 발생으로부터 30분 이내에 추산한다.

Part 4. 위성, 드론, SNS의 기술 향상
피해 상황 신속하게 파악

상공에서 촬영한 영상으로 피해 상황을 확인하는 기술도 10년 전에 비해 월등히 발전했다. 재해 발생 후 수 일 걸리던 확인작업이 몇 시간 수준으로 단축되었다. 관측 위성이나 드론의 진화, SNS 분석 기술의 향상이 그 배경에 있다.

건물이나 도로, 통신회선, 송전망 등 인프라의 재해 상황을 확인하기 위해서는 10년 전에는 재해 발생으로부터 수 일이 걸렸다. 하지만 현재는 관측 위성이나 드론 활용을 통해 수 시간 정도까지 단축되었다.

NTT동일본은 2020년 10월부터 통신회선의 재해 상황을 위성 화상과 AI(인공 지능)를 이용해 빠르면 반나절 만에 파악할 수 있는 태세를 갖췄다. NTT데이터가 제공하는 위성 화상을 활용한 재해 상황 파악 솔루션을 이용한다.

태풍이나 지진 등이 발생하면 NTT데이터가 관측 위성을 운영하는 사업자에게 NTT동일본의 중요한 통신 회선이 있는 지역을 촬영하도록 의뢰. 촬영한 최신 위성 영상과 미리 촬영한 위성 영상을 AI가 비교해 침수지역이나 토사붕괴 지역을 특정한다. 미리 촬영한 위성 영상에는 NTT데이터와 리모트센싱기술센터가 공동으로 제공하는 고정밀 디지털 지도 서비스 AW3D를 이용한다.

기존에는 위성으로 특정 구역을 촬영하려면 위성 회사에 사전에 촬영을 예약할 필요가 있어 촬영 완료까지 한 달이 소요되기도 했다. NTT 데이터는 2020년 4월부터 미국의 맥서테크놀로지(MAXR)와 제휴해, MAXR의 관측 위성에 촬영 지시를 직접 낼 수 있다. 이를 통해 촬영 구역 지정에서 촬영 완료까지의 시간을 30시간 정도까지 단축했다.

태풍 등 기상재해의 경우 재해 지역을 사전에 예측할 수 있다. 태풍이 오기 전에 촬영지역을 지정하고 태풍 통과 직후 위성 영상을 촬영하도록 설정해 두면 수해 발생 최단 반나절 만에 피해상황을 파악할 수 있다는 계산이다.

위성 영상이 풍부하게 유통되면서 디지털 지도인 AW3D의 해상도도 2014년 10m에서 2019년에는 50cm까지 개선되었다. 디지털 지도의 해상도 향상으로 AI를 통해 피해 상황의 자동 파악이 가능해졌다.

-- 재해 발생 2시간 만에 위성영상 촬영 --
-- 드론으로 피난로 체크 --
-- SNS를 통해 재해 장소 특정 --

Part 5. 손해보험 업무, 10년 동안 크게 변화
‘구원의 손길’을 보다 빠르게

재해 대응에 있어서의 테크놀로지의 활용은 민간기업에서도 추진되고 있다. 대표적인 예가 이재민을 금전적 측면에서 지원하는 손해보험회사. 그 업무는 10년 동안에 크게 달라졌다. 클라우드 및 AI의 활용으로 ‘구원의 손길’을 보다 빠르게 보낼 수 있게 되었다.

대형 손해보험사들이 이재민에게 보험금을 지급하는 데 필요한 시간은 10년 전에 비해 크게 단축되었다. 이전에는 재해 발생 후 보험금 지불까지 수십 일은 소요되었지만 최근에는 최단 수 일까지 단축되었다. 또한 그 시간을 48시간 이내로 줄이려는 노력도 추진되고 있다.

가장 큰 변화를 가져온 것은 클라우드 활용에 의한 업무 프로세스의 전자화이다. 동일본대지진 당시 지진에 관한 보험금 지급 업무의 대부분은 종이나 수작업, 전화, 우편에 의존, 거의 시스템화 되어 있지 않았다.

2011년 3월 11일에 동일본에서 대지진이 발생하자, 손해보험회사들은 도쿄나 센다이(仙台)에 재해 대책실을 마련해 직원과 외부의 조사 감정인 등 수백 명이 회의실에서 수작업으로 작업했다. 고객으로부터 접수된 사고 보고 내용과 조사 결과를 종이에 기록해 고객의 계약서 사본과 함께 고객 별로 홀더에 정리하는 등 종이 베이스로 작업을 진행했다.

이런 작업이 지금은 클라우드를 통해 시스템화되었다. MS&AD인슈어런스그룹 홀딩스 산하의 미쓰이스미토모해상과 아이오이 닛세이동화손해보험은 2020년 9월, 사고 접수로부터 보험금 지불까지의 고객 대응을 클라우드 상의 데이터베이스로 관리하는 ‘자연재해 공정 관리 시스템’(DPC)의 운용을 그룹 차원에서 시작했다.

손해보험재팬도 클라우드 상에서 광역 재해 시의 사안 관리나 데이터 집계·리포트 작성 등이 가능한 시스템을 2019년 6월에 가동. 도쿄해상일동화재보험은 사고 대응에 관한 정보를 일원적으로 관리하는 ‘GNet’을 2013년에 본격 가동하고 있다.

-- 피해 추정 시, 최단 48시간 만에 지급 --
-- 이미지를 통해 피해 추정 맵 작성 --
-- 드론으로 건물 파손 조사 --

Part 6. 방재뿐만 아니라 일상에서도 활용

최신 테크놀로지를 활용한 방재·감재(減災)로의 대응이 확산되는 반면, 문제점도 있다. 평상시에는 사용하지 않는 시스템은 만일의 경우 기능하지 않을 우려가 있는 것이다. 시민이나 민간기업이 일상에서 활용하는 시스템에 방재 시스템을 포함시킬 필요가 있다.

현재, 재해 대응을 목적으로 여러 정부기관이나 지자체가 드론의 도입을 추진하고 있다. 드론 개발 스타트업인 센신로보틱스는 앞서 거론한 에히메(愛媛) 현 이외에도 소방청과 미에(三重) 현, 센다이 시 등에 드론 도입을 지원했다. 센신로보틱스의 기타무라(北村) 사장은 일본의 ‘방재 드론’의 문제점도 지적한다.

드론은 일상적으로 사용하지 않으면 재난이 발생했을 때 기능을 하지 못할 가능성이 있다. “배터리가 노화되어 있거나 기체에 불량이 발생하는 경우가 있기 때문이다”(기타무라 사장).

아무리 뛰어난 재해 대응 테크놀로지라도 재해가 발생했을 때에 사용할 수 없다면 의미가 없다. 드론의 경우 조종하거나 운항을 관리할 수 있는 인력을 키워야 하고 기체는 평소에 유지∙관리를 해야 한다. 드론 자체는 비싸지 않더라도 운용을 포함하면 상당한 비용이 발생한다. 자치체들에게 비용 확보는 용이하지 않기 때문에 “실증 실험을 중지하는 자치체도 많다”(기타무라 사장)고 한다.

-- 일상 업무에서 드론 활용이 필수적 --
-- 주민과의 접점이 중요 --

 -- 끝 --

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