특집 제4차 산업혁명과 국토발전
머리말
최근 정보통신, 인공지능, 생물학 등 여러 부문의 기술이 활발하게 융합되고 있으며, 발전 된 디지털기술을 기반으로 물리적 객체와 디지털 네트워크의 연계가 급속하게 확대되고 있다. 결과적으로 혁신적인 제품 생산 및 서비스 제공이 가능해졌으며, 이로 인해 개인의 삶뿐만 아니라 사회, 경제 및 산업 전반에 걸쳐 시스템 차원의 변화가 진행되고 있다. 이 러한 변화는 그 속도, 범위, 그리고 파급효과가 기존의 산업혁명과 차별성을 보인다는 점 에서 제4차 산업혁명이라고 불린다(Schwab 2016). 이 글에서는 제4차 산업혁명이 교통 운영·관리에 미치는 영향을 ‘C-ITS와 자율주행’, 그리고 ‘공유모빌리티와 통합교통서비 스플랫폼’을 중심으로 논의하고자 한다.
제4차 산업혁명과 교통 분야 혁신기술
제4차 산업혁명으로 인한 첨단 디지털기술과 자동화의 융합은 제품생산 체계를 협력에 기반을 둔 지능적인 방식으로 전환시켰다. 이로 인해 제품생산에 필요한 가상 및 물리적 시스템이 전 세계적으로 상호 협력할 수 있는 체계가 실현되었다. 이렇게 구축된 ‘스마트 공장’은 새로운 개념의 운영 모델을 통해 소비자의 다양한 수요에 부응하는 맞춤형 제품 을 생산할 수 있다(Schwab 2016). 이와 같은 제4차 산업혁명으로 인한 패러다임의 변화 는 제품생산 체계뿐만 아니라 도시, 의료, 교통 등 여러 분야에서 나타나고 있다(<그림 1>
참조).
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김광호 | 국토연구원 책임연구원([email protected])
제4차 산업혁명으로 인한
교통 운영·관리의 변화
제4차 산업혁명은 여러 혁신기술을 통해 교통분야에 영향을 미치게 된다. 이와 관련된 혁신기술의 예는 <표 1>에 제시한 바와 같이 이동형 인터넷, 사물인터넷, 첨단 재료, 자율 주행차량 기술, 실감 있는 인터페이스가 있다. 이러한 혁신기술들의 상호 융합을 통해 다 양한 신규 교통서비스가 창출될 전망이다.
혁신기술이 어떻게 실제 교통서비스로 구 현되는지를 살펴보기 위해 Uber라는 회사 의 사업모델을 예로 들어 보자. Uber는 이 동형 인터넷을 통한 차량위치 추적, 편리하 고 신뢰성 있는 전자결제 프로세스 등을 기 반으로 교통서비스 사업의 혁신을 가져왔 다. 이 회사는 물리적인 자산을 소유한 운 전자와 교통서비스의 수요자를 디지털 플랫 폼을 기반으로 실시간 매칭함으로써 가치를 창출하고 있다. 이러한 사업모델은 디지털 기술의 발전이 교통서비스의 제공자와 소비 자 간의 상호작용 및 상거래에 필요한 한계 비용을 거의 없애는 효과를 가져왔기 때문 에 가능해졌다(Schwab 2016).
<표 1> 교통 분야에 영향을 미치는 주요 혁신기술
구분 개념 및 활용 사례
이동형 인터넷 (Mobile Internet)
• 스마트폰과 태블릿 PC와 같은 이동형 전산 장치와 고속 무선 통신 네트워크의 조합 및 이를 통해 구현되는 애플리케이션
• 통행 중에 이동 경로나 교통수단을 전환하는 데 필요한 실시 간 정보 서비스 제공
사물인터넷 (Internet of Things)
• 물리적인 객체에 탑재된 센서 및 통신 기술을 활용하여 대상 객체를 추적 및 관리할 수 있는 데이터 네트워크 체계
• 교통신호, 가로등과 같은 도로 시설 장비를 원격으로 모니터 링하고 관리하는 데 활용 가능
첨단 재료 (Advanced Materials)
• 반응성을 높이거나, 원하는 수준의 전기적 특성 및 강도를 갖 도록 가공하여 제작된 재료
•내구성이 향상된 재료의 사용으로 도로 유지관리 비용 절감
자율주행차량 기술 (Automated Vehicle
Technology)
• 운전자의 개입이 거의 또는 전혀 없이 도로상에서 차량을 운행하는 기술
• 대여한 카셰어링 차량을 자율주행을 활용하여 반납하는 서 비스
실감 있는 인터페이스 (Immersive Interface)
• 정보의 모니터링 및 입력을 상호작용이 가능한 방식으로 구 현하는 가상현실 환경의 인터페이스
•차량 내 인터페이스를 통해 도로 표지나 단속 정보 제공 자료: Baker, etc. 2016 참조, 저자 작성.
출처: Vermesan, O. and Friess, P 2014: 69.
병원 최적화
물류 최적화
교통 카메라 교통류
최적화
통신 네트워크
최적화
가정 에너지
관리 스마트
그리드 감응형
저장소
지능화된
의료 장비 통신 연계 응급차량
지능화된 병원 지능화된
도시
지능화된 도로
지능화된 공장
지능화된
전자 서명 자율차량
시스템 Cloud & Services
특집 제4차 산업혁명과 국토발전
C-ITS 및 자율주행차량의 도입
정보통신기술을 교통 운영·관리에 접목한 지능형교통체계(Intelligent Transportation System: ITS)가 1980년대부터 국내·외에서 본격적으로 구축되었다. 이로 인해 버스정 보 제공, 전자요금 징수, 유고 관리 등 다양한 ITS 서비스가 제공되었으며, 결과적으로 해 당 지역의 이동성, 안전 및 환경을 개선하는 긍정적인 효과가 있었다.
최근 디지털기술의 급속한 발전으로 인해 기존의 ITS에서 협력형 시스템인 C-ITS (Cooperative Intelligent Transportation System)로 전환되는 변화가 예상된다. <그림 2>
의 개념도에서 제시한 바와 같이, C-ITS 환경에서는 기존의 차량검지기뿐만 아니라 차량 센서, 개인 통신 단말기 등으로 수집한 자료를 클라우드 데이터베이스를 통해 저장 및 가 공한다. 또한 이렇게 생성된 정보는 도로의 가변 표지판뿐만 아니라 이동통신 단말기, 차 량 탑재 단말기 등을 통해 통행자에게 제공된다.
C-ITS는 기존의 ITS와 비교했을 때 현장장비, 센터, 통신장비 등으로 구성되는 전체적 인 시스템의 틀은 유사하지만, ① 자료의 수집주체와 정보의 표출주체가 다른 경우가 빈 번하게 발생할 수 있고, ② 개방형 통신방식이 요구되며, 이를 위한 자료 및 메시지 교환 표준이 필요하고, ③ 각 장치의 운영 주체가 독립적인 운영 방식을 취하며, 이를 지원하기 위해 분산화된 운영 환경에 적합한 보안 시스템을 필요로 한다는 점에서 차별성을 보인다 (National ITS Architecture Team 2015).
<그림 2> C-ITS의 개념도
출처: Faber, F. and Green, D. 2015: 6.
센터 센터
무선통신
무선통신 무선통신
유선통신
무선통신
측위 (GNSS)
노변 인프라
안전 측면의 보완을 위해 개발된 C-ITS 애플 리케이션의 예는 <표 2>와 같다.
한편 차량기술 분야에서는 ‘자동화’가 핵심 이슈 중에 하나이다. 관련 현황을 살펴보면, 운 전자의 안전 향상을 위한 첨단운전지원시스템 (ADAS)을 통해 차량 간 간격 유지, 차로 유지, 비상 제동 등 낮은 수준의 자동화 서비스는 이 미 상용화되었다. 더 나아가 운전자의 개입이 거의 필요 없는 높은 수준의 자율주행도 가까 운 미래에 상용화될 전망이다. 이러한 자율주 행은 ① 센서 및 카메라 등을 통한 운행 상황의 인지와 알고리즘을 통한 해석, ② 해석된 자료 에 기반을 둔 경로선택, 가·감속 및 조향 등에
대한 계획, ③ 계획된 의사결정을 실행 가능한 명령으로 전환하고 조향장치, 브레이크 등 의 차량제어시스템에 전달하여 실행하는 행위 주기를 통해 구현된다(Anderson 외 2014).
<그림 3> LDM의 계층적 구조
출처: Shimada, etc. 2015: 103.
V2V 좌회전 지원 대상차량이 교차로에 진입할 때 반대편에서 차량이 접근 해오는 경우 좌회전 금지 경고 제공
긴급 전자 제동등
대상차량의 전방에 있으나 바로 앞은 아닌 곳에 위치한 V2V 장착차량이 급감속한 경우, 제동등(brake light)을 통 해 대상차량의 운전자에게 경고를 제공
V2I
정지 표지 위반 경고
운전자가 다가올 정지 표지를 위반할 수 있다는 경고 서 비스를 현재 차량 속도 및 정지 표지까지의 거리에 근 거하여 제공
철도 건널목 위반 경고
철도 건널목에서 철도 차량의 교차 및 접근에 대비하여 정지하라는 경고 제공
지점 기상 정보 경고
독립적인 기상 시스템을 사용하여 운전자에게 악천후에 관한 경고 제공
초과 규격 차량 경고
터널, 교량 등 시야확보가 어려운 구간에 근접했을 때 초 과 규격 차량이 존재하면, 운전자에게 경고
감속 구간 경고
감속구간(예: 학교구간, 작업구간 등)에서의 속도제한 및 기하구조 변화를 감안하여 대상 차량의 속도가 높을 때 해당 운전자에게 경고
출처: FHWA 2013 참조, 저자 작성.
타입4: 매우 동적 자료 (차량, 보행자)
주변 차량
신호 현시
교통 표지 해당 차량
교통 혼잡
이정물 보행자
도로 결빙
지도 타입3: 가변적인 동적 자료
(혼잡, 신호 현시)
타입2: 가변적인 정적 자료 (노변 인프라)
타입1: 영구적인 정적 자료 (지도 자료)
특집 제4차 산업혁명과 국토발전
C-ITS 또는 자율주행서비스를 효과적으로 제공하기 위해서는 개 별 차량에 대한 정확한 측위를 지원 하는 정밀 전자도로지도가 요구된 다. 또한 각 차량이 센서를 통해 도 로 환경 및 교통 운영에 관한 실시 간 정보를 수집하고, 이렇게 수집 된 정보를 클라우드 데이터베이스 에 전송하는 과정이 필요하다. 이런 방식으로 관련 차량들과 도로 인프 라가 차량 센서 기반의 동적 정보를 공유함으로써 도로교통 전반의 이 동성 및 안전을 향상시킬 수 있다.
이를 위해 동적인 교통상황 및 기 상정보를 도로 기하구조 위주의 정 적인 정보와 연계하여 통합적으로 관리하기 위한 플랫폼이 요구된다.
예를 들면, 유럽의 C-ITS 시범사 업을 통해 개발된 Local Dynamic Map(LDM)은 <그림 3>과 같이 계 층적 구조를 채택하여 다양한 지도 정보를 효율적으로 연계하기 위한 데이터 저장소의 역할을 담당한다.
제4차 산업혁명의 활성화로 인
해 <그림 4>에서 제시한 바와 같이 차량 분야에서도 여러 신규 기술의 융합이 두드러질 전망이다. 예를 들면, C-ITS와 자율주행 기술이 접목되어 협력형 자율주행(Connected Automated Vehicles) 방식으로 차량이 운영될 가능성이 높다. 개별적인 차량의 센서기 술만으로는 시·공간적으로 떨어져 있는 위험요소에 예방적으로 대응하기에는 한계가 있 으므로 C-ITS를 통한 안전 측면의 보완이 필요하기 때문이다. 또한 C-ITS 및 자율주행 기능을 탑재한 첨단 차량은 교통정보 검색, 카셰어링 등 스마트모빌리티 서비스 이외에도 오락 활동, 전자 금융 등을 위한 차량 인포테인먼트 서비스를 제공하여 운전자에게 만족 도 높은 운전 경험을 선사할 것으로 예상된다.
<그림 4> 차량 기반의 기술 융합 및 제공 서비스
출처: Baker, etc. 2016: 15 그림 참조, 저자 작성.
공급자 측면의 기술 첨단운전지원시스템(ADAS)
인간-기계 인터페이스(HMI) 인포테인먼트
연결성, 전산 및 클라우드 기반 지원 서비스 소비자 서비스
(디지털, 클라우드 기반)
스마트 모빌리티 서비스
기타 서비스 (차량 내 제공)
통행: 호텔, 항공, 철도 등 로봇 택시 서비스
라이드셰어링 카셰어링 차량 대여
광고 서비스: 건강, 교육, 전자금융 등
통신, 친목도모 매체, 협력 상거래, 결재 콘텐츠(비디오, 음악 등)
Connected Car 패키지
안전 자율
주행
차량관리 특성 소비자 특성
상업적 특성 Connected Car
특성 및 서비스 경계가
유동적임
소비자 서비스를 가능하게 함
량위치추적 기술, 모바일 전자결제 서비스 등으로 인해 카셰어링의 이용이 편리해지고, 동적인 라이드셰어링도 가능해졌다. 또한 공유경제에 대한 사회 전반의 긍정적인 인식과 수요 증가는 공유모빌리티의 활성화에 긍정적인 요인으로 작용하고 있다. 예를 들면, 전 기차 기반의 카셰어링, 수요 맞춤형(on-demand) 라이드셰어링 등의 공유모빌리티 서비 스는 통행자에게 환경친화적이고, 비용 효과적인 교통수단으로 인식되고 있다. 더 나아가 향후 자율주행차량의 상용화는 값비싼 고급 차량기술을 저비용으로 이용하려는 공유모빌 리티의 새로운 수요층을 형성할 것
으로 전망된다.
한편 공유경제의 확산과 디지털기 술의 발전에 힘입어 교통수단 간 연 계(multi-modal)를 지향하는 통합교 통서비스플랫폼이 활성화될 것으로 예상된다. 그 대표적인 예인 Mobility as a Service(MaaS)는 통행자 개개 인의 수요에 부응할 수 있도록 카셰 어링, 버스, 택시 등 여러 교통서비스 를 통합하여 제공하는 모빌리티 솔루 션이다. MaaS는 정액제 기반의 서비 스패키지 형태로 도입됨으로써 소비 자로 하여금 통행의 기점에서 종점까 지 교통수단의 조합을 편리하게 선택 할 수 있도록 지원할 수 있다. MaaS 의 산업생태계에서는 소비자, MasS 제공자, 데이터 제공자, 교통 운영자 가 주요 이해관계자로서 <표 3>에 제 시된 역할을 담당하게 된다(Datson 2016).
<그림 5>의 개념도는 위에서 언급 한 MaaS의 이해관계자가 어떻게 상
<표 3> MasS의 이해관계자
이해관계자 역할
소비자 MasS 서비스를 구매하여 소비함
MasS 제공자 소비자의 수요를 충족하기 위해 MasS의 가치 제안(value proposition) 을 설계하여 제공함
자료 제공자 교통 운영자 및 MasS 제공자의 자료 및 정보 공유 요구사항을 충족시키 기 위한 서비스를 제공함
교통 운영자 대중교통 및 개인 교통, 도로 용량, 주차 공간, 전기차 충전소, ITS 인프라 등의 교통 자산 및 서비스를 제공함
출처: Datson 2016: 14.
<그림 5> MaaS의 가치 사슬(value chain) 개념도
출처: Datson 2016: 15.
MaaS 고객
MaaS 제공자
자료 제공자
교통운영자 디지털 및 사업 모델 검증
디지털 및 사업 모델 검증
디지털 및 사업 모델 검증 서비스
요구사항
서비스 제공
정보 요구사항
시사점 도출 및 실행
자료
요구사항 자료 전송
특집 제4차 산업혁명과 국토발전
호작용을 하며 가치를 창출하는지를 보여준다. MaaS는 한 개의 디지털 플랫폼을 통해 여 러 교통운영 서비스들을 통합함으로써 ① 상이한 모빌리티 서비스를 묶어서 패키지로 제 공하기 때문에 해당 서비스를 담당하는 교통 운영자로 하여금 고객들의 모빌리티 패키지 에 가급적 많이 포함되도록 노력하게 하는 동기부여 효과가 있으며, ② 승객들의 모빌리티 요구사항에 대한 정보를 교통운영자들이 상호 공유하도록 지원함으로써, 교통서비스 개선 에 기여할 수 있다(Datson 2016).
맺음말
본문에서 논의한 바와 같이 제4차 산업혁명의 도래와 더불어 신규 교통서비스가 여러 혁 신기술의 융합을 기반으로 개발·운영되기 시작했다. C-ITS, 자율주행, MaaS의 예에서 알 수 있는 바와 같이 신규 교통서비스의 활성화를 위해서는 비용 효과적인 빅데이터 관 리 및 분석이 필수적이다. 주목할 점은 신규 교통서비스를 위해 수집되는 차량 상태, 통행 자 행태 등에 관한 방대한 양의 정보를 공공 부문의 교통관리 기관이 전담하여 관리하는 데에는 한계가 있다는 것이다. 이를 감안하여 민간 부문의 전문성 및 인프라를 적극적으 로 활용하는 교통정보 관리방식을 확대할 필요가 있다. 이와 같은 패러다임 변화를 위해 서는 신규 교통서비스를 도입함에 있어 민-관 협력을 통해 사회의 편익을 증대하는 동시 에 민간 부문이 수익을 창출할 수 있는 비즈니스모델을 구축할 필요가 있다. 또한 민간 부 문에서 제공하는 정보 및 서비스의 공공성 확보를 위한 평가·관리 시스템도 함께 마련해 야 한다.
제4차 산업혁명의 기술 환경에서는 기초 자료의 수집주체와 최종 정보의 활용주체가 다른 경우가 기존보다 더 빈번하게 발생하게 된다. 또한 하나의 디지털 플랫폼을 통해 교 통서비스가 의료, 오락 등 타 분야의 서비스와 통합되어 제공되는 경우(예: 차량 인포테인 먼트)도 점차 확대될 것이 예상된다. 이런 도전적인 운영·관리 환경에 부응하여 신규 교 통서비스를 성공적으로 시행하기 위해서는 다양한 분야의 관련 기관 간 정보 및 서비스 협력체계를 구축하는 것이 필수적이다.
제4차 산업혁명으로 인해 교통 운영·관리를 개선할 수 있는 혁신기술이 폭넓게 활용 될 수 있는 여건이 조성되었다. 하지만 교통 분야의 혁신기술이 지속가능한 교통체계의 필요조건은 될 수 있어도 충분조건은 아니라는 것을 주지해야 한다. 특히 형평성이 높은 교통체계를 구현하기 위해서는 사회 구성원들의 다양한 요구사항을 수렴하여 신규 교통 서비스의 계획 및 시행에 반영할 필요가 있다. 또한 혁신기술을 활용하여 교통 운영·관 리를 도입함에 있어 노령인구의 증가, 만성적인 저성장 등 우리 사회가 직면한 여러 과제
참고문헌
Anderson, J. M., Kalra, M., Stanley, K. D., Sorensen, P., Samaras C. and Oluwatola, O. A. 2014. Autonomous Vehicle Technology: A guide for policymakers. Santa Monica, CA: RAND Corporation.
Baker, E. H., Crusius, D., Fischer, M., Gerling, W., Gnanaserakan, K., Kerstan, H., Kuhnert, F., Kusber, J., Mohs, J., Schulte, M., Seyffert, J., Stephan, J. and Warnke, T. 2016. Connected Car Report 2016: Opportunities, Risk, and Turmoil on the Road to Autonomous Vehicles. London: PricewaterhouseCoopers(PWC).
Baker, R., Wagner, J., Miller, M., Pritchard, G. and Manser, M. 2016. Disruptive Technologies and Transportation.
Texas: Texas A&M Transportation Institute.
Datson, J. 2016. Mobility as a Service: Exploring the Opportunity for Mobility as a Service in the UK. Milton Keynes:
Transport Systems Catapult.
ERTICO. 2015. Guide about Technologies for Future C-ITS Service Scenarios. Brussels: ERTICO.
Faber, F. and Green, D. 2015. Concept of Operations for C-ITS Core Functions. Sydney: Austroads Ltd.
FHWA. 2013. Vehicle-to-Infrastructure(V2I) Safety Applications: Concept of Operations Documents. Final Report.
Washington, DC: FHWA. FHWA-JPO-13-060.
National ITS Architecture Team. 2015. A Primer on the Connected Vehicle Environment. Washington, DC: National ITS Architecture Team.
Schwab, K. 2016. The Fourth Industrial Revolution. Geneva: World Economic Forum.
Shimada, H., Yamaguchi, A., Takada, H. and Sato, K. 2015. Implementation and Evaluation of Local Dynamic Map in Safety Driving Systems. Journal of Transportation Technologies 5, no.2: 102-112.
Vermesan, O. and Friess, P. 2014. Internet of Things-From Research and Innovation to Market Deployment.
Denmark: River Publishers.
