디지털 트윈 국토 추진을 위한전략연구

디지털 트윈 국토 추진을 위한 전략연구

(30147) 세종특별자치시 국책연구원로 5 (반곡동) TEL (044) 960-0114 FAX (044) 211-4760

디지털 트윈 국토 추진을 위한 전략연구

A study on the national digital twin implementation strategy

제1장 서론

제2장 디지털 트윈 국토 개념 및 필요성 제3장 국내 현황과 문제점

제4장 국외 동향과 시사점 제5장 디지털 트윈 국토 추진전략 제6장 결론

서기환(연구책임) 국토연구원 연구위원 정예진

국토연구원 연구원 성혜정

국토연구원 부연구위원 홍상기

안양대학교 교수

국토연구원 (Korea Research Institute for Human Settlements) 국토연구원은 국토자원의 효율적인 이용·개발·보전에 관한 정책을 종합적 으로 연구함으로써 국토의 균형발전과 국민생활의 질 향상에 기여하기 위하여 1978년 설립되었다. 설립 이래 지속가능한 국토발전, 개발과 보전의 조화, 주택과 인프라시설 공급을 위한 연구를 수행함으로써 아름다운 국토를 창조하여 국민의 행복을 향상하기 위해 노력해왔다. 국토연구원은 국토개발과 보전뿐만 아니라 국가의 경제 발전과 국민의 삶의 질 개선에도 중요한 역할을 하고 있다.

2021년도 연구보고서 목록

• 감염병 대응을 위한 공간정책 방향

• 감염병의 시공간 확산모형을 활용한 정책시뮬레이션 방법 개발 연구

• 개발이익환수제도 재정비를 통한 균형발전 재원 확충 방안 연구

• 건설공사 적정임금 지급을 위한 정책방안 연구

• 건설산업 경쟁력 강화를 위한 가치사슬 연계 방안

• 건설산업의 공정성 지수개발 연구

• 공유재산 관리 패러다임 전환을 위한 공유재산법 체계 개선 방안

• 광역경제권 혁신거점 육성방안 연구

• 국가 인프라의 효율적 관리를 위한 SAR 영상 활용방향

• 국민체감형 부동산정보 생산 및 제공 기반 구축방안 연구

• 국방분야의 공간정보 수요 특성 분석과 향후 과제

• 국유지 관리체계와 활용사례 국제비교 연구

• 국유지 최유효 활용을 위한 국유재산 개발 법 체계 개선 방안

• 국토환경 분야 한국형 그린뉴딜 ODA 추진방향 연구

• 그린 뉴딜 실현을 위한 저탄소 도로물류 수송체계 도입방안 연구

• 글로벌 교역구조를 고려한 지역경제 분석

• 기후변화 대응을 위한 주택 그린리모델링 추진방안

• 대도시권 광역환승센터 활성화 방안 연구

• 데이터 기반 스마트도시 조성을 위한 개인위치정보 활용방향 연구

• 도시 내 군사시설 현대화 및 민간활용 극대화 방안 연구

• 도시계획 실행력 강화를 위한 생활권계획 도입방안 연구

• 도시쇠퇴지역의 전염병 취약성 평가에 관한 연구

• 도시의 바람 재생을 위한 디지털 트윈 기술 활용방안 연구

• 도시재생사업 활성화를 위한 법체계 개편방안 연구

• 도시취약지역 공공주도 정비에 따른 갈등양상과 정책과제

• 디지털 뉴딜 지원 위한 스마트시티 실증·확산 전략 연구

• 디지털 트윈국토 가치와 추진원칙 연구

• 디지털 트윈국토 추진을 위한 전략연구

• 부동산 공시가격 제도의 개선방향 연구(Ⅱ)

• 빅데이터 기반 도시 모빌리티 패턴 추정 방법론 연구

• 사회·경제 전환기 주거인식 변화에 따른 대응전략 연구

• 생활SOC 공급을 위한 민간투자 추진 방안 연구

• 수도권 도심내 공공주도 주택 공급지역 분석 및 향후 과제

• 시민참여 도시계획 실현을 위한 커뮤니티 보드 도입·운영 방안

• 신규 민자고속도로 제안사업 평가체계 마련 연구

• 아세안 국토·도시 ODA 상생협력 추진방안

• 아세안의 지속가능한 인프라 구축을 위한 협력방안

• 올드 뉴타운(Old New-town) 쇠퇴에 대응한 대안적 접근

• 유동성이 부동산 시장에 미치는 영향 연구

• 자영업자 및 소상공인을 위한 상가정보시스템 구축방안

• 재난재해 대비 긴급공공재의 물류유통 개선방향 연구

• 재정효율성 제고를 위한 주거복지정책 효과분석

• 전자상거래시대 중소중견기업의 글로벌 물류 인프라 구축 방안 연구

• 제3섹터를 활용한 도시형 그린 뉴딜 추진방안

• 주택 공급 효과 진단을 위한 인구 이동 분석 모형 개발 및 활용 방안 연구

• 주택거래 투명성 강화를 위한 제도 개선방안

• 주택시장 순환국면 변화와 가계자산 변동과의 관계 분석 연구

• 지구단위계획 제도 운영실태와 개선과제

• 지식산업센터 현황과 정책과제: 수도권과 비수도권 비교를 중심으로

• 지역개발사업에 대한 지방정부의 재정적 책임성 강화 방안 연구

• 코로나19 시대, 자영업자와 소상공인 지원 방향

• 토지이용규제 제도개선을 위한 유사규제 지역·지구등 분석방법 연구

• 포스트 코로나19 시대 다기능 그린인프라 계획모형 구축방안 연구

• 포스트 코로나시대 주거위기가구 진단 및 대응전략

• 포스트코로나 시대 국토·지역의 변화와 정책적 대응과제

• 포스트코로나 시대의 여건변화에 대응한 국토·도시분야 국제개발협력 추진방향연구

• 해외 주택금융정책 비교 연구

• 혁신도시와 주변지역 연계 실태와 상생발전 전략 연구

• 환경과 조화로운 산지의 그린뉴딜 추진방안 연구

• SOC사업의 사회적 가치 평가체계 구축 연구

서기환, 정예진, 성혜정, 홍상기

디지털 트윈 국토 추진을 위한 전략연구

A study on the national digital twin implementation strategy 기본 |

21-12

기본 21-12

디지털 트윈 국토 추진을 위한 전략연구

A study on the national digital twin implementation strategy

서기환, 정예진, 성혜정, 홍상기

￭ 저자

서기환, 정예진, 성혜정, 홍상기

￭ 연구진

서기환 국토연구원 연구위원(연구책임) 정예진 국토연구원 연구원

성혜정 국토연구원 부연구위원

￭ 외부연구진

홍상기 안양대학교 교수

￭ 연구심의위원

문정호 국토연구원 부원장 김대종 국토연구원 선임연구위원 임은선 국토연구원 선임연구위원 이재용 국토연구원 연구위원 임시영 국토연구원 부연구위원 김민수 대전대학교 교수 최정은 국토교통부 사무관

본 연구보고서의 주요 내용

디지털 트윈 국토와 관련한 국내 현황을 분석, 문제점을 도출하고, 해외 사례에서 도출한 시사점을 바탕으로 디지털 트윈 국토 구현을 위한 방향과 전략 제시

전문가 델파이 조사를 통한 ‘디지털 트윈 국토’ 개념정의, 주요 정책요소 도출, 정책 우선 순위 등을 정하고, 국가 디지털 트윈 인프라 모델의 필요성 검증

디지털 트윈 관련 정부, 지자체, 공공기관의 정책 및 사업 추진현황을 분석하여 가장 큰 문제점으로 거버넌스 체계와 원칙없이 추진되는 사업의 문제점 도출

영국과 호주의 국가 디지털 트윈 정책을 참고하여 시사점을 바탕으로 우리 실정에 맞는 의사결정기구 및 실무전담기관 구성(안) 등 거버넌스 체계 제안

본 연구보고서의 정책제안

디지털 트윈 국토 정책에 요구되는 9개 구성요소(거버넌스, 표준, 데이터, 플랫폼, 연결성, 법제도, 기술개발, 전담 조직, 데이터 보안) 도출 및 NDTI 모델제시

‘디지털 트윈 국토의 구현’ 및 ‘디지털 트윈 국토의 활용 활성화’을 목표로 4대 전략(디지털 트윈 국토 기반조성, 현실/가상세계 연결, 활용 및 개별 트윈 간 연계전략) 제시

4대 전략을 위한 12개 추진과제(거버넌스, 표준, 데이터, 디지털 트윈국토 Hub, 법제도, 시범사업, 기술개발, 플랫폼 구축, 분석 모형개발, 활용모델 발굴, 데이터 보안, 인력양성) 제시

2030년을 목표로 12개 과제 추진 로드맵 마련

주요 내용 및 정책제안

FINDINGS & SUGGESTIONS

1. 연구의 개요

□ 연구의 배경 및 필요성

∙ 한국판 뉴딜 대표과제에 ‘디지털 트윈’과 ‘SOC 디지털화’가 선정되는 등 디지털 트윈 국토·도시에 대한 구축요구가 지속적으로 증가

∙ 국가 디지털 전환과 안전한 국민 생활을 위한 국가 인프라의 디지털화를 위해

“디지털 트윈 국토” 추진전략과 이행과제 도출 필요

∙ 정부, 지자체, 공공기관은 디지털 트윈 국토·도시 구현을 서두르고 있으나 정책 방향 없는 사업을 추진으로 문제 발생 가능성 증가

∙ 본 연구는 디지털 트윈 국토 관련 기존 정책의 연장선에서 드러난 문제점을 개선 하기 위한 정책 방향 및 전략을 마련하는 것임

□ 연구의 범위 및 방법

∙ (개념 정의) 전문가 자문, 델파이 조사 및 정책 수요자 간담회를 통하여 디지털 트윈 국토 개념, 정책 구성 요소, 요소별 우선순위 도출

∙ (디지털 트윈 국토 필요성) 해외 사례를 중심으로 디지털 트윈 또는 디지털 트윈 국토 도입에 따른 편익 제시

∙ (현황분석) 문헌 및 사례조사를 통해 국내 디지털 트윈 국토 관련 현황과 문제점을 도출하고, 해외 사례에서 시사점을 도출

∙ (정책방향/전략/과제) 국가 차원에서 디지털 트윈 국토 구현을 위한 정책방향, 전략 및 과제제시

요 약

SUMMARY

2. 디지털 트윈 국토 개념 및 필요성

□ 디지털 트윈 vs 디지털 트윈 국토

∙ ‘디지털 트윈’이 기술 용어로서 디지털 트윈을 적용한 모든 도매인을 포괄하는 용어인데 반해 ‘디지털 트윈 국토’는 공간적 관점에서 모든 디지털 트윈을 포괄 하는 개념임

∙ (디지털 트윈) 실제 사물의 물리적 특징을 동일하게 반영한 쌍둥이(Twin)를 3차원 모델로 구현하고, 현실과의 동기화 시뮬레이션을 거쳐 관제·분석 등 해당 사물에 대한 의사결정에 활용하는 기술(관계부처 합동, 2021)

∙ (디지털 트윈 국토) “현실 국토의 자연 및 인공 객체에 대한 데이터를 기반으로 센서가 수집한 현상 데이터를 모니터링, 분석, 시뮬레이션함으로써 현실 국토를 진단, 제어, 예측 및 최적화하기 위한 가상국토”로 스마트 국토·도시의 기반 (서기환 외, 2021)

□ 디지털 트윈 국토 구현 필요성

∙ (경제적 편익) GE(General Electric)와 같은 제조사는 자사제품(66만 개)의 디지털 트윈 구현으로 약 1.2조 원의 비용을 절감

∙ (안전한 국토관리) 데이터 기반 국가 SOC관리는 고장 및 사고 발생 가능성 사전 예측, 국민 생활의 안전을 향상 수단으로 활용

∙ (스마트 국토·도시의 기반) 스마트도시 서비스를 위한 소프트인프라로서 데이터 기반 스마트 국토·도시 실현 가능

3. 국외 동향과 시사점

□ 영국 국가 디지털 트윈(National Digital Twin, NDT)

∙ 영국의 국가 디지털 트윈은 국가인프라 디지털화 과정에서 생성되는 데이터 공유 에서 경제·사회·환경적 혜택을 얻는 것이 목적임

∙ 영국은 국가 디지털 트윈이 각 분야에서 구축된 개별 디지털 트윈들이 연결되고 연합되어 형성되는 것임을 강조

∙ 실무조직(Center for Digital Britain, CDBB)을 구성, 기반연구에서부터 추진 전략 수립, 집행 및 운영까지 체계적인 전략 이행

□ 호주 공간정보기반 디지털 트윈(Spatially Enabled Digital Twins)

∙ 호주의 공간정보기반 국가 디지털 트윈은 공간정보를 기반으로 디지털 트윈들이 결합되어야 함을 강조

∙ 호주 국가디지털 트윈의 최상위 컨트롤 타워는 호주 공간정보위원회(ANZLIC) 이며, 디지털 트윈 개념과 원칙 등을 제시

□ 시사점

∙ 영국과 호주의 국가 디지털트윈은 디지털 트윈기술을 국가 인프라의 디지털화에 도입하여 얻는 성과 체계로 정의

∙ 국가 디지털 트윈(디지틸 트윈 국토)은 단순 플랫폼이나 하나의 디지털 트윈이 아닌 개별 디지털 트윈의 연합체로 인식

∙ 정책 추진을 위해 범정부 컨트롤 타워를 구성, 원칙 및 관련개념을 마련하고, 전략 및 로드맵을 제시하는 등 체계적인 정책을 추진 중

4. 국내 현황과 문제점

□ 국내 정책 현황

∙ (한국판 뉴딜 종합계획) 2020년 7월 정부는 한국판 뉴딜 종합계획을 마련하고 디지털 트윈과 SOC 디지털화를 대표과제로 선정

∙ 한국판 뉴딜 2.0에서는 ‘디지털 융·복합 확산’ 기조를 추가하여 메타버스 등 초연결 신사업 육성 추진을 계획

∙ (디지털 트윈 활성화 전략) 정부는 2021년 9월 디지털 트윈 활성화 전략을 수립, 디지털 트윈 산업 및 시장 활성화와 기술 선도를 위한 전략을 제시

∙ (디지털 트윈국토 추진 로드맵) 국토교통부는 2020년 12월 디지털 트윈국토 추진 로드맵 수립, 내부 정책추진 가이드로 활용

□ 중앙부처 사업 현황

∙ (국토교통부) ‘지상·지하 통합관리 디지털 트윈체계 정보화전략계획(ISP)’,

‘지하시설물 정보 수정·갱신 정보화 전략계획 수립’ 등 정보화 전략을 수립 중

∙ (과학기술정보통신부) 정부 기관이 공모를 통해 디지털 트윈을 활용한 시설물 안전관리 체계 실증을 지원하는 ‘디지털 트윈 공공 선도사업’을 추진 중

□ 국내기술개발 현황

∙ (국토교통기술진흥원) 초대용량 공간정보의 관리와 서비스, 맞춤형 공간 데이터 분석 서비스가 가능한 가상국토 구현 기반 마련을 위해 디지털 라이브 국토정보 기술개발사업을 추진 중

□ 문제점

∙ (거버넌스) 여러 부처, 지자체, 공공기관을 아우르는 최상위 정책결정기구 (컨트롤타워)의 부재로 정책 일관성 결여

∙ (정책, 로드맵, 가이드라인) 3차원 데이터 구축, 데이터의 공유나 연계를 위한 표준 등 정부의 정책방향과 지침 없이 사업을 추진함에 따라 다양한 문제 발생 가능성이 증가

5. 결론 및 향후과제

□ 디지털 트윈 국토 추진방향

∙ 디지털 트윈 국토 구현은 기존 국가공간정보인프라(NSDI) 정책을 토대로 기존 정책의 한계를 넘어서는 정책 모델 제시 필요

∙ 그림 1과 같은 새로운 ‘국가 디지털 트윈 데이터 인프라’ 모델 제시

출처: 저자작성

그림1 | 디지털 트윈 국토 정책 구성 요소

□ 디지털 트윈 국토 추진전략

∙ (디지털 트윈 국토 기반조성 전략) 거버넌스 중심으로 데이터, 표준, 법제도, 플랫폼 등 정책추진 기반 마련

∙ (현실과 가상세계 연결전략) IoT 센서/센서 네트워크, 연결 표준 등 현상 데이터의 수집 및 상호교환 기반 마련

∙ (디지털 트윈 국토 활용 전략) 수집된 데이터를 다양한 방법으로 모니터링·분석·

시뮬레이션함으로써 현실 세계 문제해결, 행정 데이터 연계를 통한 서비스 효율화 및 품질 향상, Net Zero 대응

∙ (개별 트윈 간 연계 전략) 개별 디지털 트윈으로 해결할 수 없는 광역적이고 복합적 문제에 대응을 위한 디지털 트윈 국토 완성

□ 디지털 트윈 국토 추진과제

∙ (거버넌스 및 협력체계 구축) 정부 기관 간 협력과 조정을 할 수 있는 위치에 컨트롤 타워 설치 필요

∙ (3D 데이터 구축) 기술 및 제도, 표준 및 협력체계를 통해 3D 데이터의 구축, 지속적인 갱신과 품질관리, 데이터 공유가 가능한 체계 마련

∙ (데이터 표준) 서로 다른 도메인에서 생산하는 데이터에 접근성, 상호운용성, 재사용성을 확보할 수 있는 기준 마련

∙ (디지털 트윈 국토 Hub 구축) 다양한 관계 기관, 이해관계자, 전문가의 참여와 정보 공유, 논의의 장을 위한 온라인 소통창구 마련

∙ (법제도 제·개정) 단기적인 접근과 중장기 과제로 접근한 법제도의 제정 또는 개정으로 디지털 트윈 국토 추진을 위한 근거 마련 필요

∙ (시범사업) 디지털 트윈국토 구현 과정에 발생 가능한 문제점과 고려 사항을 구체적으로 파악하기 위하여 다양한 시범사업 필요

∙ (로드맵) 일관성 있는 정책추진을 위한 로드맵 및 기술개발을 위한 별도의 로드맵 마련 필요

∙ (디지털 트윈 국토 플랫폼) 국토 전반에 대한 분석, 시뮬레이션 등 정책 수립이나 문제해결을 위한 목적으로 개발 필요

∙ (분석모형 개발) 3D 데이터와 플랫폼의 구축으로 현실 세계의 문제 해결을 위해 목적에 맞는 다양한 분석 모형이나 기술개발 필요

∙ (활용모델 발굴) 3D 데이터와 플랫폼 구측에 시간과 비용이 많이 소요되는 만틈 최대한 활용하기 위해 다양한 활용모델 발굴 필요

∙ (데이터 보안 및 개인정보보호) 개인(위치)정보의 노출 가능성이 이 높아짐에 따라 개인(위치)정보의 익명화(anonymization)나 가명화(pseudonymization)를 통한 대응 방안 마련 필요

∙ (인력양성) 대상과 목적에 따른 기술교육 및 인력양성 필요

출처: 저자작성

그림2 | 디지털 트윈 국토 추진 목표, 전략 및 과제(안)

차 례

CONTENTS

주요 내용 및 정책제안··· ⅲ 요 약··· ⅴ

제1장 서론

1. 연구 배경 및 목적 ··· 3 2. 연구 범위 및 방법 ··· 6 3. 선행연구 검토 및 차별성 ··· 10

제2장 디지털 트윈 국토 개념 및 필요성

1. 디지털 트윈 개념 ··· 15 2. 디지털 트윈 국토 개념 ··· 20 3. 왜, 디지털 트윈 국토인가? ··· 25

제3장 국내 현황과 문제점

1. 디지털 트윈 국토 관련 국내 현황 ··· 31 2. 국내 현황에 따른 문제점 ··· 48

제4장 국외 동향과 시사점

1. 디지털 트윈 국토 관련 국외 정책 동향 ··· 55

2. 디지털 트윈 관련 국외 기술 및 표준 동향 ··· 70

3. 국외 동향에 따른 시사점 ··· 82

제5장 디지털 트윈 국토 추진전략 1. 디지털 트윈 국토 추진방향 ··· 87

2. 디지털 트윈 국토 추진전략 ··· 94

제6장 결론 1. 결과 및 정책제언 ··· 113

2. 연구의 한계와 향후 과제 ··· 115

참고문헌··· 117

SUMMARY··· 123

부 록··· 125

기본 21-12

디지털 트윈 국토 추진을 위한 전략연구

차 례

CONTENTS

<표 1-1> 선행연구 요약 및 차별성 ··· 11

<표 2-1> 국토·도시 디지털 트윈에 대한 표현과 주요 내용 ··· 21

<표 2-2> 디지털 트윈 국토 구성 요소 ··· 24

<표 3-1> 사업유형 별 선정 결과 ··· 40

<표 3-2> S-MAP 기본지도 구축현황 ··· 44

<표 3-3> 핵심기술 개발내용 ··· 46

<표 3-4> 1핵심 과제 주요 내용 ··· 47

<표 3-5> 국토교통과학기술진흥원 디지털 트윈 관련 사업 중복 내용 ··· 51

<표 4-1> 영국 NDT의 Gemini 원칙 ··· 59

<표 4-2> 영국 디지털 트윈 실무 스트림 ··· 60

<표 4-3> ANZLIC의 디지털 트윈 성숙도 모델 ··· 67

<표 4-4> 디지털 트윈 성공적 추진을 위한 6개 기반영역 ··· 69

<표 4-5> 디지털 트윈 국토 요소기술 ··· 71

<표 4-6> 디지털 트윈 국토 관련 기술 수준 ··· 72

<표 4-7> 디지털 트윈 국토 관련 기술 표준 요약 ··· 78

<표 5-1> 국내·외 현황에 기반한 전략 캔버스 ··· 90

<표 5-2> ERRC 실행 프레임워크 ··· 91

<표 5-3> 과제 도출을 위한 프레임워크 ··· 92

<표 5-4> 디지털 트윈국토 참조 모델 표준 개발을 위한 RM-ODP 분석 결과 ··· 99

<표 5-5> 디지털 트윈 국토의 3단계 데이터 모델 체계 ··· 100

<표 5-6> 국가공간정보 기본법 개정(안) ··· 104

<표 5-7> 국가공간정보 기본법 시행령 개정(안) ··· 105

표차례

LIST OF TABLES

<그림 1-1> 연구흐름도 ··· 9

<그림 2-1> PLM에서 제시한 디지털 트윈 개념 ··· 16

<그림 2-2> 가트너(Gartner)의 2018년 ‘Hyper Cycle’ ··· 17

<그림 2-3> 가트너의 디지털 트윈 구현 단계 ··· 19

<그림 2-4> 디지털 트윈 국토의 구성 및 연계구조 ··· 22

<그림 2-5> GE의 Digital Twin 도입에 따른 가치 ··· 25

<그림 3-1> 디지털 트윈 활성화 전략 ··· 34

<그림 3-2> 지하시설물 정보 수정·갱신 정보화전략 목표 ··· 36

<그림 3-3> 과학기술정보통신부 디지털트윈 공공선도 사업 ··· 39

<그림 3-4> 3차원 공간정보구축을 위한 정보화전략계획 ··· 41

<그림 3-5> 행복청 디지털 트윈 플랫폼(1단계) 주요화면 ··· 42

<그림 3-6> 세종시 도시행정 디지털 트윈의 주요 기능 ··· 43

<그림 3-7> 디지털 트윈 활성화 전략 거버넌스(안) ··· 50

<그림 4-1> Digital Built Britain을 위한 비전 ··· 56

<그림 4-2> 영국의 국가 디지털 트윈 정보프레임워크 추진을 위한 로드맵 ··· 60

<그림 4-3> 정보관리프레임워크 통합아키텍처(IA)의 요소 ··· 62

<그림 4-4> 통찰력 향상을 위한 공간정보기반 디지털 트윈 ··· 65

<그림 4-5> ANZLIC의 기반 공간데이터 프레임워크(Foundation Spatial Data Framework) ·· 66

<그림 4-6> ANZLIC의 디지털 트윈 원칙 ··· 68

<그림 4-7> ABAB의 디지털 트윈, 스마트 시티 그리고 스마트 인프라 ··· 70

<그림 4-8> CityGML의 세밀도 수준(LoD) 예시 ··· 74

<그림 4-9> IndoorGML을 활용한 Google Earth 3D의 실내 네비게이션 예시 ··· 75

<그림 4-10> webgl 기반 harp.gl의 3D map ··· 77

<그림 4-11> GeoBIM의 건축데이터 구축 접근방향 ··· 79

<그림 4-12> 언리얼 엔진으로 구현한 Virtual Helsinki ··· 81

<그림 5-1> 디지털 트윈 국토 구현 단계 ··· 88

그림차례

LIST OF FIGURES

차 례

CONTENTS

<그림 5-2> 디지털 트윈 국토 정책 구성 요소 ··· 93

<그림 5-3> 디지털 트윈 국토 추진 목표 및 전략(안) ··· 94

<그림 5-4> 디지털 트윈 국토 추진 목표, 전략 및 과제(안) ··· 95

<그림 5-5> 디지털 트윈 국토 추진체계(안) ··· 96

<그림 5-6> 디지털 트윈국토 공간정보표준 개발 로드맵(안) ··· 100

<그림 5-7> CDBB의 DT Hub (예시) ··· 102

<그림 5-8> 디지털 트윈 국토 추진 로드맵 ··· 110

그림차례

LIST OF FIGURES

용어 및 약어 설 명 국가공간정보인프라

(National Spatial Data Infrastructure, NSDI)

∙ 전자지도에 지형, 건물, 도로, 지하시설물 등 모든 국토정보를 표준화하여 나타낸 것으로 사이버 국토의 근간

디지털 트윈 (DigitalTwin)

∙ 현실 세계의 객체에 대한 3차원 디지털 모델로, 가상 세계(컴퓨팅 환경)에 구현된 디지털 모델을 이용해 현실 세계의 객체 정보를 수집·분석하고, 미래를 예측하는 등 현실 세계의 객체를 제어하도록 고안된 기술이자 정보인프라

렌더링 (Rendering)

∙ 컴퓨터프로그램을 사용하여 모델 또는 이들을 모아놓은 장면인 씬(Scene) 파일로부터 이미지 영상을 만들어내는 과정(가시화과정)

블록체인 (BlockChain)

∙ 관리 대상 데이터를 ‘블록’이라고 하는 소규모 데이터들이 P2P 방식을 기반으로 생성된 체인 형태의 연결고리 기반 분산 데이터 저장 환경에 저장하여 누구라도 임의로 수정할 수 없고 누구나 변경의 결과를 열람할 수 있는 분산 컴퓨팅 기술 기반의 원장 관리 기술

생애주기 관리 (Product Lifecycle Management, PLM)

∙ 제품의 전 생명 주기를 통해 제품의 관련된 정보와 프로세스를 관리하는 것

센싱 데이터

(Sensing Data) ∙ IoT sensor와 Network를 통해 수집된 현상 데이터

엣지 컴퓨팅 (Edge Computing)

∙ 사용자 또는 데이터 소스의 물리적인 위치 또는 가까운 곳에서 컴퓨팅을 수행하여 대기 시간을 줄이고 대역폭을 절약하는 방식

정보관리프레임워크 (Information Management

Framework)

∙ CDBB에서 제시한 국가디지털트윈의 공통기반으로, 디지털 트윈의 연결되는 방식이 보안을 보장하고 자산과 시스템의 탄력성을 높이기 위해 디지털 트윈이 통신할 수 있는 공통언어

클라우드 컴퓨팅

(Cloud Computing) ∙ 가상 저장 공간 또는 가상화된 컴퓨터의 시스템 리소스(IT 리소스)를 제공하는 것

용어 및 약어

TERMS and ABBREVIATIONS

차 례

CONTENTS

용어 및 약어 설 명

BIM (Building Information

Modeling)

∙ 평면(2D)방식의 건축설계를 입체적(3D)으로 구현하고, 건축물 공사에 투입되는 자재 및 설비의 수량과 공정 등의 각 정보를 설계 단계부터 반영하는 기술

CDBB (Center for Digital

Built Britain)

∙ 영국의 스마트 인프라와 국가디지털트윈의 추진을 위한 전담조직

CityGML (City Geography Markup Language)

∙ 도시의 3차원적 모델을 제공하기 위하여 실외와 실내에 대한 3차원 객체모델을 정의한 표준

GeoBIM (Geospatial Building

Information Modeling)

∙ BIM에 좌표체계가 부여된 것

IFC (Industry Foundation

Class)

∙ IFC는 건설 또는 설비관리 산업 분야의 다양한 참여자가 사용하는 소프트웨어 애플리케이션 간에 교환·공유되는 BIM(Building Information Model) 데이터의 공개 국제 표준

IndoorGML (Indoor Geography Markup Language)

∙ 실내공간정보 표준이 가지고 있는 단점을 보완하기 위하여 정의된 표준

ISO (International Organization for Standardization)

∙ 국제표준기구. 지리정보표준으로 프로파일, 메타데이터 인코딩 등과 관련된 표준 채택

LandXML (Land Extensible Markup Language)

∙ 측량, DTM, 선형, 횡단 객체를 엔지니어링이 가능한 정도로 표현한 정보 모델

LOD

(Levels of Detail) ∙ 3D 객체에 대한 정밀도와 최소객체의 수준

용어 및 약어

TERMS and ABBREVIATIONS

용어 및 약어 설 명 MMS

(Mobile Mapping System)

∙ 레이저 스캐너와 카메라를 사용하여 대상 물체를 조사함으로써 고정밀 3차원 지도를 쉽게 생성하는 기술

OGC (Open Geospatial

Consortium)

∙ 공간정보 국제 표준화 기구로 CityGML을 3차원 도시 모델을 위한 표준으로 채택

RM-ODP (Reference Model of

Open Distributed Processing)

∙ 이해 관계자의 요구사항을 전사(Enterprise), 정보(Information), 전산(Computational), 공학 (Engineering) 및 기술(Technical) 관점으로 분석하고 시스템 설계에 대한 지침을 제시하기 위한 모델

W3C (World Wide Web

Consortium)

∙ 웹표준개발 국제 표준 조직. 웹에서 구현되는 지리적위치정보에 관한 표준 제시

WebGL (Web Graphics

Library)

∙ HTML5 기술 중 하나인 WebGL은 웹 브라우저에서 인터랙티브한 3D 그래픽을 사용할 수 있도록 제공해 주는 라이브러리

XML (Extensible Markup

Language)

∙ 문자 기반의 마크업 언어(text-based markup language)로, 데이터를 저장하고 전달함

차 례

CONTENTS

용어 및 약어 설 명

Artificial Intelligence, A·I

(인공지능)

∙ 지능을 갖고 있는 기능을 갖춘 컴퓨터 시스템이며, 인간의 지능을 기계 등에 인공적으로 시연 (구현)한 것

Augmented Reality, AR (증강현실)

∙ 현실정보를 베이스로 가상의 추가정보를 제공하는 기술

Building SMART International, BSI (건축정보화기구)

∙ 건설산업에서 사용되는 소프트웨어 응용프로그램 간의 정보 교환을 개선하는 것을 목표로 하는 국제 조직

Digital Surface Model, DSM (수치표면모델)

∙ 수치표면자료를 이용하여 격자 형태로 제작한 지형모형

Digital Terrain Data, DTM (수치지면자료)

∙ 수치표면자료에서 인공지물 및 식생 등과 같이 표면의 높이가 지면의 높이와 다른 지표 피복물에 해당하는 점자료를 제거한 점자료

eXtended Reality, XR

(확장현실) ∙ AR+VR+MR 기술. 미래의 새로운 기술도 포괄하는 의미로 사용 Gemini Principles

(쌍둥이원칙)

∙ 국가 디지털 트윈의 개발과 지속적인 진화에 대한 사회적 합의를 위해 CDBB에서 제시한 기본원칙

Internet of Things sensor, IoT sensor (사물인터넷 센서)

∙ 실세계와 디지털 세계를 연결하는 장치로 실세계 객체에 부착하여 현상 데이터를 실시간으로 수집하는 사물인터넷 장치

Internet of Things, IoT (사물인터넷)

∙ 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술

∙ 무선통신을 통해 각종 사물을 연결

Mixed Reality, MR

(혼합현실) ∙ AR과 VR의 혼합기술. 가상과 현실정보를 결합해 융합시키는 공간을 만드는 기술 Sensoring Data

(센싱데이터) ∙ IoT sensor와 Network를 통해 수집된 현상 데이터

용어 및 약어

TERMS and ABBREVIATIONS

용어 및 약어 설 명 Social Overhead

Capital, SOC (사회간접자본)

∙ 경제 활동이나 일상생활을 원활하게 하기 위해 간접적으로 필요한 시설(도로·항만·철도 등)

Virtual Reality, VR

(증강현실) ∙ 컴퓨터와 연결된 장치를 통해 가상현실 체험하는 기술

.3DS ∙ 오토데스크 3ds 맥스의 3D 모델링, 애니메이션, 렌더링 소프트웨어에서 사용되는 파일 포맷

5G ∙ 5세대 이동 통신은 2018년부터 채용되는 무선 네트워크 기술이다. 26, 28, 38, 60 GHz 등에서 작동하는 밀리미터파 주파수를 이용하는 통신

6G ∙ 6세대 이동 통신은 5세대 이동 통신 이후의 표준 무선통신 기술

Autodesk ∙ 아키텍처, 공학, 제조, 미디어, 엔터테인먼트의 이용을 위해 2차원, 3차원 디자인 소프트웨어에 초점을 맞춘 미국의 다국적 기업

HTML5 ∙ HTML5는 기존 텍스트와 하이퍼링크만 표시하던 HTML이 멀티미디어 등 다양한 애플리케이션 까지 표현·제공하도록 진화한 웹 프로그래밍 언어

CHAPTER 1

1. 연구 배경 및 목적 ··· 3 2. 연구 범위 및 방법 ··· 6 3. 선행연구 검토 및 차별성 ··· 10

서론

01 서론

전 세계적으로 500개 이상의 도시에서 디지털 트윈을 도입할 전망(ABI Research, 2019)과 함께 한국 정부도 한국판 뉴딜을 통해 디지털 혁신을 추진하는 중이다. 이미 국내 많은 도시들과 공공기관에서 디지털 트윈을 적용하는 사업들을 발주하고 있으나 정부는 국가 차원의 정책방향을 제시하지 못하고 있다. 본 연구는 국토의 디지털화를 위해 우리 정부에 필요한 정책 방향과 전략을 제시하는 것을 목적으로 문헌조사, 전문가 자문 및 델파이조사, 협동연구 등을 수행하여 범정부 차원의 전략을 제시하고자 한다.

1. 연구 배경 및 목적

1) 연구 배경

가트너는 2017년부터 3년간 10대 미래기술의 하나로 디지털 트윈을 선정하였다¹⁾. 디지털 트윈은 2010년대 중반부터 제조업을 중심으로 다양한 분야에 급속히 확산되고 있다. 디지털 트윈을 국토·도시에 적용하기 시작한 것은 2010년대 중반부터이며, 대 부분 사례는 디지털 트윈을 도시에 적용하기 위한 시범사업이나 연구로 추진되었다.

국가 단위에서 디지털 트윈을 가장 먼저 적용한 곳은 싱가포르이다. 싱가포르는 상 용 3차원 플랫폼²⁾을 이용해 2018년까지 1차 사업을 완료하였다. 영국도 2017년부터

1) https://www.gartner.com/smarterwithgartner/gartner-top-10-strategic-technology-trends-for-2019 (2021년 3월 4일 접속)

2) 다쏘 시스템(Dassault Systemes)의 3D EXPERIENCE 플랫폼 활용

(https://www.3ds.com/insights/customer-stories/virtual-singapore, 2021년 3월 4일 접속)

국가 인프라위원회(National Infrastructure Commission, NIC)를 중심으로 국가 디지 털 트윈(National Digital Twin) 프로그램을 추진 중이다. 영국은 국가 인프라위원회 산하에 디지털 빌트 브리튼 센터(Center for Digtial Built Britain, CDBB)를 설립하 고, 여러 해에 걸쳐 다양한 관련 연구와 시범사업을 축적해 나가고 있다. 글로벌 기술 자문회사인 ABI Research³⁾에 따르면 2025년까지 전 세계 500개 이상의 도시에서 디 지털 트윈을 도입할 것으로 전망하고 있다.

한편, 우리나라는 구조적 저성장과 양극화에 대응하고, 코로나19로 인한 경제위기 극복을 위해 “한국판 뉴딜”을 추진하고 있다.⁴⁾ 한국판 뉴딜의 10대 대표과제에 ‘디지 털 트윈’과 ‘국민안전 SOC 디지털화’가 선정되어 안전하고 효율적인 인프라 관리, 새 로운 일자리 창출을 통한 고용 증대 등 경제 전반을 디지털 혁신으로 변혁하고자 한다.

우리 정부는 이와 관련해 ’25년까지 총사업비 16.6조 원을 투입할 예정이다.

이러한 배경 하에 우리나라도 디지털 트윈을 국토와 도시에 적용하고자 하는 시도가 증가하고 있다. 가까운 미래에 전국 광역시·도를 비롯한 기초자치단체에서 앞 다투어 디지털 트윈을 도입할 가능성이 그 만큼 높아지고 있다. 서울특별시는 이미 도시행정 서비스나 도시계획 및 경관 심의에 서울시의 디지털 트윈 플랫폼인 S-Map을 활용하기 시작하였다. 세종과 부산, 전주, 수도권 3기 신도시에서도 스마트도시의 정보인프라로 서 디지털 트윈 구축을 위한 시범사업이나 마스터 플랜 수립이 추진되었다. 한국국토 정보공사는 전국을 대상으로 하는 디지털 트윈 플랫폼을 독자적으로 구축하고 있다.

그러나, 국토·도시에 적용할 디지털 트윈에 관한 연구는 아직 걸음마 단계에 머물러 있다. 지자체와 공공기관에서 관련 사업들이 증가하고 있으나, 정부는 국가 차원의 정 책 방향과 전략을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 이는 과거 국가공간정보사업을 비 롯한 행정 정보화 사업의 초기 추진과정에서 경험한 사업중복(예: 데이터 중복 생산, 시스템 및 플랫폼 중복 개발 등)과 그로 인한 예산 낭비 등 비효율을 초래할 가능성이

3) https://www.abiresearch.com/press/transformative-urban-digital-twin-and-city-modeling -deployments-exceed-500-2025/ (2021년 3월 4일 접속)

4) 관계부처 합동. 2020. 한국판 뉴딜 종합계획.

있음을 의미한다. 이미 일부 정부 기관과 공공기관이 추진하는 사업들에서 중복투자로 판단되는 사업들이 관측되고 있다.⁵⁾

이에 2021년 9월 과학기술정보통신부는 관계부처 합동으로 “디지털 트윈 활성화 전 략”을 발표하며 기술과 산업 중심의 전략을 제시하였으나, ‘디지털 트윈 국토’라는 공 공 영역의 소프트 인프라 구현에 필요한 전략은 충분히 담아내지 못하고 있다. 따라서 국가 디지털 전환 기반 마련과 안전한 국민 생활을 위한 핵심 국가 인프라의 디지털화 와 스마트도시 실현의 기반으로써 “디지털 트윈 국토” 추진을 위한 범정부 차원의 전략 과 이행과제의 도출이 필요하다.

2) 연구목적

이 연구는 세계적 디지털 전환 트렌드와 정부의 디지털 뉴딜 사업 추진으로 변화가 요구되는 국토의 디지털화를 위해 우리 정부에 필요한 정책 방향과 전략마련에 목적이 있다. 3차원 공간 데이터, IoT, 빅데이터, AI, 클라우드 기반 플랫폼 등 4차 산업혁명 기술의 집약체인 디지털 트윈은 기존의 정보인프라에서 경험할 수 없었던 새로운 경험 과 변화를 가져올 것이다. 이러한 디지털 트윈 기술을 국토·도시에 적용하는 것은 기존 제조업이나 다른 분야의 디지털 트윈 적용과는 비교할 수 없을 정도로 구현 대상이나 구축 및 관리 주체가 복잡하고 다양해 국가의 정책 방향과 전략 제시가 절실하다.

따라서 이 연구에서 제시하고자 하는 목적을 구체적으로 살펴보면, 첫째, 디지털 트 윈 국토 구현을 위한 기본원칙을 제시해 범정부 차원에서 추진할 정책의 방향성을 제시 하고자 한다. 둘째, 디지털 트윈 국토 구축을 위한 정부 차원의 접근(top-down)과 지 자체 차원의 접근(bottom-up) 전략을 거버넌스, 데이터 표준, 데이터 및 플랫폼 구 축·갱신의 대상과 범위, 데이터 구축 및 관리의 주체, 제도 등의 측면에서 추진전략과 세부 과제를 도출하고자 한다.

5) 53페이지 참고

2. 연구 범위 및 방법

1) 연구 범위

이 연구는 “한국판 뉴딜”과 코로나 19로 촉발된 디지털 대전환의 시대에 국토의 디 지털화를 실현하기 위한 정부의 추진전략을 수립을 목적으로 한다. 이를 위해 ‘디지털 트윈 국토’가 무엇인지 개념을 정의하고, 디지털 트윈 국토 추진의 당위성과 우리나라의 디지털 트윈 국토 관련 현황, 문제점 등을 살펴보고, 해외 사례를 통해 시사점을 도출, 국가 차원에서 디지털 트윈 국토 추진을 위한 기본(정책)방향과 틀(framework), 그리고 전략제시를 연구의 내용 범위로 설정하였다.

특히, 디지털 트윈 국토의 실현은 범정부 차원에서 접근해야 하는 만큼 부처를 넘어 선 거버넌스 체계의 구성, 기능과 역할을 제시하고자 한다는 측면에서 공간적 범위는 국토 전체를 대상으로 하고 있다. 이를 위해 기존에 서기환 등(2020)이 수행한 “가상 국토 구현을 위한 디지털트윈 정책방향” 연구의 연장선에서 시간적 범위를 2030년으 로 정하고, 단계적 추진전략을 제시하고자 하였다.

2) 연구 방법

(1) 문헌 및 사례조사

국토를 대상으로 디지털 트윈을 구현할 때 요구되는 기술 요소에는 어떤 것들이 있 는지 3차원 데이터 및 플랫폼 구축, BIM, IoT 등 관련 기술 동향을 파악하고, 현재 우리나라의 관련 정책 현황과 기술 수준, 문제점 등을 문헌 및 사례에서 살펴보고자 하였다.

‘디지털 트윈 국토’의 개념 및 구성 요소 등을 도출하기 위해 다양한 디지털 트윈 개념을 살펴보고, 우리나라에 적합한 ‘디지털 트윈 국토’ 개념 및 구성 요소를 도출하 고자 했다. 특히, 디지털 트윈 국토에 관한 정책을 추진 중인 외국 사례와 문헌을 통해

해외 국가들은 어떤 이유에서 디지털 트윈 국도를 정책으로 도입하고 있는지 그 이유와 도입과정에서의 정책 시사점을 도출하였다.

(2) 전문가 자문, 델파이 조사 및 정책 수요자 간담회

디지털 트윈 국토에 관한 정책을 추진할 때 필요한 개념과 정책 구성 요소, 요소별 시급성에 대해 관·산·학·연의 전문가들로부터 의견을 수렴하기 위해 전문가 델파이 조 사(Delphi Method)를 활용하였다. 관·산·학·연 전문가 총 65인을 대상으로 조사를 수 행하였으며, 회수된 43인의 답변 중 중복응답 등으로 통계에 반영할 수 없는 2인의 설문 결과를 제외한 41명의 답변 결과를 분석하였다⁶⁾.

디지털 트윈을 도입한 지자체와 개발기술을 보유한 기업의 전문가들로부터 기술현황 과 사업추진에 따른 문제점, 중앙정부에 대한 요구사항 등 정책 수요 및 전략도출을 위해 여러 차례의 기술 세미나와 정책간담회를 개최하였다. 범정부 거버넌스 구축 및 운영 전략 마련을 위해 중앙부처 내 디지털 트윈 관련 정책 담당자와 다양한 경로의 면담 또는 간담회를 통해 의견을 수렴하였다. 이 밖에도 관련 법제도 제·개정 방향 등 에 대해 정책 수요자 면담과 전문가 자문을 통해 전략 및 과제 도출을 시도하였다.

(3) 협동 연구

디지털 트윈 국토의 주요 정책 구성 요소인 3차원 데이터 표준에 관한 전략도출을 위 해 표준화 전문가와 협동연구(원고청탁)를 수행하고, 주요 실행과제를 도출한다.

6) 설문지 구성은 <부록> 1를 참고하고, 설문조사 결과는 <부록> 2를 참고.

3) 연구흐름도

이 연구는 <그림 1-1>과 같이 우리나라에 적합한 디지털 트윈 국토 구현 전략을 마 련하기 위해 국토·도시에 디지털 트윈을 적용한 해외 여러 국가의 정책과 기술 동향에 서 시사점을 도출하고, 이와 더불어 국내의 정책추진 현황, 관련 사업 추진현황, 기술 개발 현황을 통해 우리나라의 디지털 트윈 국토 추진의 문제점과 개선사항 등을 조사하 였다.

해외와 국내의 정책 및 기술 동향에서 도출한 시사점을 바탕으로 디지털 트윈 국토 추진을 위한 기본방향과 전략 및 과제 도출을 위한 프레임워크를 제시하고, 전문가 자 문 및 관련자 면담 조사를 통해 범정부 거버넌스와 지자체(수요자) 중심의 추진전략 및 과제를 제시하고자 한다.

자료: 저자작성

그림 1-1 | 연구흐름도

3. 선행연구 검토 및 차별성

1) 선행연구 현황

사공호상 등(2017)은 4차 산업혁명과 지능정보사회에 대응하기 위해 차세대 공간정 보의 개념과 모델을 정립하고, 정책추진을 위한 전략을 제시하였다. 디지털 트윈을 공 간에 구현한다는 의미에서 Digital Twin Space(DTS)라는 신조어도 제시하였다. 특 히, 미래 공간정보 발전을 인문학적 관점, 공간 데이터의 관점, ICT와 공간정보 융합 관점 등 다양한 관점에서 전망을 제시하였다. 디지털 트윈 공간(DTS) 구현을 위해 데 이터, 기술개발, 서비스 측면에서 각각 4개, 5개, 2개의 전략을 제시하고, DTS 452 전략이라 명명하였다.

박소현 등(2019)은 디지털 트윈 국토에서 가장 큰 비중을 차지하는 3차원 데이터 모델인 3차원 건축물 구현을 위해 BIM과 3차원 GIS 표준 데이터 간 연계방안 제시를 위한 연구를 수행하였다. 3차원 건축물에 대한 BIM 국제 표준인 IFC(Industry Foundation Classes)와 GIS 국제 표준인 CityGML을 연계할 수 있는 프레임워크를 제 시하여 디지털 트윈 국토 구축을 효과적으로 추진하기 위한 연구를 시도한 바 있다.

서기환 등(2020)은 가상국토 구현을 위한 디지털 트윈 정책방향 연구에서 정부의 디지털 트윈 구축을 위한 정책 방향과 제도개선 방향을 각각 제시하였다. 서기환 등 (2020)의 연구는 본 연구를 선행해 디지털 트윈 국토 구축을 위해 정부의 정책은 어떤 부분에 중점을 두어야 하는지 또, 더 심도 있게 연구되어야 할 정책에는 어떤 것이 있 는지 제시하고, 기존의 법령을 단기 및 중장기로 나누어 어떻게 개선해야 할 것인지 방향을 제시하고 있다.

2) 연구의 차별성

선행연구가 디지털 트윈 구현에 요구되는 부문에 대한 연구들인데 반해, 이 연구는 선행연구의 성과를 포괄해 국가 차원에서 요구되는 정책 요소를 도출하고, 정책수행에 필요한 전략과 과제를 제시하고자 했다는 측면에서 차별성이 있다. 특히, 사공호상 외 (2017)와 서기환 외(2020)가 수행한 연구와는 방향성은 같으나 기존 연구가 개념적 수준에 머물렀다면 이 연구는 구체적인 이행과제를 제시하고자 했다는 측면에서 차별 성이 있다(<표 1-1> 참고).

구 분 선행연구와의 차별성

연구목적 연구방법 주요 연구내용

주요

선행 연구

1

∙ 과제명: 지능정보사회에 대응한 차세대 국가공간정보 전략 연구

∙ 연구자: 사공호상 외 (2017)

∙ 연구목적: 4차산업혁명과 지능정보사 회에 대응하기 위한 차세대 공간정보 개념과 모델 정립 및 추진을 위한 전략 제시

∙ 문헌 조사 및 사례 조사

∙ 국제세미나, 자문회의, 기술기업 인터뷰 등

∙ 지능정보사회의 공간정보

∙ 인문학, 공간정보, ICT 관점의 미래 공간정보 발전 전망

∙ 공간정보 발전방향과 ‘디지털 트윈 공간’ 개념 구상

∙ DTS 452 요소별 추진전략

2

∙ 과제명: 디지털트윈 구현을 위한 BIM 프레임워크 활용 방안

∙ 연구자: 박소현 외 (2019)

∙ 연구목적: 건축물의 BIM 데이터와 CityGML 정보 연계를 통한 디지털트윈 구축 활용 방안 제시

∙ BIM, GIS 데이터, CityGML 데이터 및 기술 분석

∙ BIM 활용 프레임워크 제시

∙ 디지털 트윈 기술동향 분석

∙ 디지털 트윈 구축 시 BIM과 GIS 데 이터를 각각의 표준에 기반해 연계 할 수 있도록 LOD 별 전환 프레임워 크를 제시

3

∙ 과제명: 가상국토 구현을 위한 디지털 트윈 정책방향

∙ 연구자: 서기환 외 (2020)

∙ 연구목적: 디지털트윈의 완성을 위한 정책 방향 및 법제도 개선 방안 제시

∙ 해외사례 조사 및 검토

∙ 법제도 현황 조사

∙ 정책방안 및 법제도 개선 방안 제시

∙ 국외의 디지털트윈 정책 및 구축 사례 조사

∙ 디지털트윈과 관련된 우리나라의 법률 검토 및 현황 조사

∙ 우리나라 디지털트윈 구축을 위한 정책 방안 제시 및 법제도 개선 방안 도출

본연구 ∙ 디지털트윈국토 구축을 위한 거버넌스 구성방안 및 중장기 추진 전략 수립

∙ 문헌조사

∙ 국내외 사례조사 및 분석

∙ 전문가 포럼/자문회의

∙ 영국 디지털 빌트 브리튼과 협업:

영국 CDBB의 교훈(Lessons Learned)

∙ 국내외 디지털트윈국토/도시 구축사 례와 시사점

∙ DT국토 추진을 위한 원칙과 틀(프레 임워크) 설정

∙ 단계별 거버넌스 구성 방안 및 역할 배분, 중장기 추진전략 및 과제 도출

자료: 저자 작성

표 1-1 | 선행연구 요약 및 차별성

CHAPTER 2

1. 디지털 트윈 개념 ··· 15 2. 디지털 트윈 국토 개념 ··· 20 3. 왜, 디지털 트윈 국토인가? ··· 25

디지털 트윈 국토 개념

및 필요성

02 디지털 트윈 국토 개념 및 필요성

‘디지털 트윈’과 ‘디지털 트윈 국토’는 관점에 따라 대상과 범위의 차이가 있을 수 있다. ‘디지털 트윈’이 기술 용어로서 디지털 트윈을 적용한 도메인을 모두 포괄하는 용어라면 ‘디지털 트윈 국토’

는 공간적 관점에서 모든 디지털 트윈을 포괄하는 개념이라 할 수 있다. 본 연구에서는 디지털 트윈 국토에 대해 “자연 및 인공환경에 대한 디지털 재현으로 국토를 구성하는 개별 디지털 트윈들 의 연합(Federation)에 의해 구현된 가상국토”로 정의하며, 디지털 트윈 국토를 통해 국토관리의 효율성 증대와 경제적 편익을 얻을 수 있으며, 안전하고 스마트한 국토·도시의 인프라가 될 것으로 내다보았다.

1. 디지털 트윈 개념

1) 다양한 개념 정의

현대적 개념의 디지털 트윈은 플로리다 공대의 마이클 그리브스 교수가 제조업 제품 의 생애주기 관리(Product Lifecycle Management, PLM)에 관한 개념을 정립한 것이 시초로 알려져 있다¹⁾. 그는 디지털 트윈을 ‘미시적 원자 단위에서 거시적 기하학 구조 에 이르기까지 잠재적 또는 실제 물리적 제품을 완전히 설명하는 가상정보구조의 집합

1) 미항공우주국(NASA)은 마이클 그리브스(Michael Grieves) 교수가 PLM 개념을 주장하기 전인 1970년 Apollo 13호의 달 탐사 임무 지원을 위해 물리적 트윈을 만들어 지구귀환에 필요한 시뮬레이션을 수행한 바 있으며, 이를 최초의 디지털 트윈 적용이라 보는 견해도 있다(Michael Grieves. 2016).

체’라고 정의하였다²⁾. <그림 2-1>과 같이 실세계 제품과 똑같은 가상 모델을 제작해 실세계 객체와 데이터를 주고받으며, 객체를 모니터링하고, 시뮬레이션과 예측을 통해 제품을 제어하고, 관리를 최적화한다는 개념이다.

출처: Michael Grieves. 2016. Origins of the Digital Twin Concept. page 1. (Michael Grieves 2001. 재인용) 그림 2-1 | PLM에서 제시한 디지털 트윈 개념

제너럴일렉트릭(GE)은 디지털 트윈을 ‘비즈니스 가치 제공을 위해 실시간 분석을 통해 감지, 예방, 예측 및 최적화를 하도록 설계된 물리적 자산, 시스템 또는 프로세스 의 소프트웨어 표현(representation)’으로 정의³⁾하였다. 가트너(Gartner)는 디지털 트윈을 ‘실제 엔티티(entity) 또는 시스템(system)의 디지털 표현이며 디지털 트윈의 구현은 고유한 물리적 개체, 프로세스, 조직, 사람 또는 기타 추상화를 미러링하는 캡 슐화된 소프트웨어 체계 또는 모델⁴⁾’로 정의하였다. 그리고 새로운 기술에 대한 시장

2) Michael Grieves. 2016. Origins of the Digital Twin Concept. p. 2.

3) https://www.ge.com/digital/blog/what-digital-twin (2021년 2월 10일 접속)

4) https://www.gartner.com/en/information-technology/glossary/digital-twin#: (2021년 2월 10일 접속)

의 기대를 예측하는 ‘Hyper Cycle’을 통해 디지털 트윈이 2018년에 이미 ‘기대의 정 점(Peak of Inflated Expextations)’에 위치했다고 주장한 바 있다(<그림 2-2> 참고).

출처: https://www.gartner.com/en/newsroom/press-releases/2018-08-20-gartner-identifies-five- emerging-technology-trends-that-will-blur-the-lines-between-human-and-machine (2021년 3월 10일 접속)

그림 2-2 | 가트너(Gartner)의 2018년 ‘Hyper Cycle’

컨설팅기업 딜로이트(Deloitte)는 디지털 트윈을 ‘사업실적의 최적화에 도움을 주는 물리적 물체나 프로세스의 과거와 현재 활동이 기록된 진화하는 디지털 프로필’로 정 의하였다. 여러 차원에 걸친 대규모의 누적된 실시간, 실세계 데이터 측정값을 바탕으 로 물체나 프로세스에 대해 진화하는 디지털 프로필을 만들어 시스템 성능에 대한 인사 이트를 얻거나 제품설계 또는 제조공정의 변경과 같은 물리적 대응을 수행하는 것을 디지털 트윈으로 보았다⁵⁾.

5) Aaron Parrott, Lane Warshaw. 2019. Deloitte Anjin Review. No.9. p.64.

국내에서는 사공호상 외(2017)가 3차원 모델링을 통해 물리적 자산의 형태나 프로 세스를 디지털로 복제하는 것을 디지털 트윈이라고 하며, 모양, 위치, 움직임, 상태 등 동작을 포함한다고 정의⁶⁾하였다. 이 연구에서는 스마트사회를 위한 공간정보의 목 표 상으로 ‘디지털 트윈 공간(Digital Twin Space)’이라는 신조어를 제시하였다.

DTS는 현실 세계의 물리적 환경과 똑같은 가상환경으로 물리적 환경과 연계된 각종 데이터를 이용하여 현실 세계를 모니터링해 문제를 분석하고 동시에 해결방안을 모색 하여 현실 세계에 반영하는 것이라고 주장하였다.

이 밖에도 서기환 등(2021)은 “디지털 트윈(Digital Twin)은 현실 세계의 물리적 객체에 대한 디지털 복제(Digital Replica)로서, 가상세계에 구현된 디지털 객체를 통 해 현실 세계에 대한 정보를 수집, 분석, 제어하도록 고안된 4차 산업혁명 기술의 집합 체라고 정의”하였다.

2) 디지털 트윈 vs 3차원 데이터

앞서 기술한 디지털 트윈에 대한 정의는 도메인에 따라 표현을 달리하고 있으나, 실 세계와 디지털(가상) 세계가 연결되고, 데이터를 기반으로 실세계의 모니터링, 분석, 최적화, 예측 등을 통해 기존의 방식을 혁신한다는 측면에서 맥락을 같이하고 있다.

특히, 디지털 트윈의 다양한 정의에는 공통적으로 현실 세계의 모사 또는 복제를 언급 하고 있다. 즉, 현실 세계의 객체, 프로세스, 시스템을 복제하여 현상을 실감나게 관측 하고, 제어하기 위해 3차원 데이터 모델로 구현이 필요하다는 것이다. 그렇다면 기존 의 3차원 데이터 모델(예: 3Ds Max, BIM, 3D GIS data 등)과 디지털 트윈은 어떤 차이가 있을까?

CDBB는 제미니 원칙에서 “디지털 트윈과 다른 디지털 모델을 구분하는 것은 물리적 트윈과 디지털 트윈의 연결성(connection)에 있다”고 설명하였다⁷⁾. ABAB(Australasian

6) 사공호상 외. 2017. 지능정보사회에 대응한 차세대 국가공간정보 전략 연구. 국토연구원. p.요약11.

7) CDBB. 2018. The Gemini Principles: Guiding values for the national digital twin and information management framework. p.10.

BIM Advisory Board)는 CDBB의 설명에 더해 물리적 트윈과 디지털 트윈 사이의 양 방향 데이터 교환(bidirectional exchange of data) 여부가 디지털 트윈과 일반 3차원 데이터 모델과의 차이점이라 보았다⁸⁾. 다시 말해 3차원 데이터 모델은 디지털 트윈을 구성하는 하나의 요소로 디지털 트윈의 개념에 포함된다.

가트너는 이러한 차이점을 디지털 트윈의 구현을 위한 3단계 모델에서 나타내고 있 다. <그림 2-3>과 같이 1단계는 현실 객체를 3차원으로 복제 및 가시화하여, 현실 객 체의 특성에 기반해 간단한 시뮬레이션이 가능한 단계이다. 2단계는 IoT 센서를 이용 해 현실 객체의 상태정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 단계이다. 앞서 CDBB와 ABAB가 디지털 트윈과 3차원 데이터의 차이점으로 설명한 연결성(connection)과 양 방향 데이터의 교환(bidirectional exchange of data)이 가능한 단계이다. 3단계에 와 서야 AI를 비롯한 고급 분석 및 시뮬레이션 기능을 이용해 예측 및 최적화하는 단계로 디지털 트윈이 완성되는 단계이다.

출처: Gatner. 2016. Use the IoT Platform Reference Model to Plan Your IoT business solutions. LGCNS 블로그 재인용. https://blog.lgcns.com/1864 (2021년 5월 10일 접속)

그림 2-3 | 가트너의 디지털 트윈 구현 단계

8) ABAB. 2021. Digital Twins An ABAB position paper. p.6.

2. 디지털 트윈 국토 개념

1) 디지털 트윈 국토·도시 표현 방식

디지털 트윈 국토의 개념 정의에 앞서 일부에서 제기되는 디지털 트윈 국토의 표현 에 대한 논란에 대응하기 위해 각국의 정부와 기업 등이 국토·도시의 디지털 트윈을 어떻게 표현하는지 살펴보았다.

EU는 Horizon 2020 연구혁신 프로그램(research and innovation programme)의 일환으로 유럽 전역을 디지털 트윈 도시로 구현하고자 Digital Urban European Twins (DUET) initiative⁹⁾를 발족하였다. DUET initiative는 도시의 디지털화를 디지털 도시 트윈(Digital Urban Twin) 또는 도시 디지털 트윈(Urban Digtial Twin)이라고 표현하 고, 유럽 3개 도시(Flenders, Athens, Pilsen)를 선정하여 도시별 특색을 달리한 파일 럿 프로젝트를 수행 중이다. 싱가포르와 서울시는 각각의 국토와 도시를 디지털 트윈으 로 구축하고, 이를 가상 싱가포르(Virtual Singapore)¹⁰⁾와 가상 서울(Virtual Seou l)¹¹⁾이라고 명명하였다.

영국은 국가 인프라(SOC)의 디지털화를 ‘국가 디지털 트윈(National Digital Twin, NDT)’이라고 명명하였다. 영국의 ‘국가 디지털 트윈’은 국가 인프라 중심의 인공환경 과 자연환경(Natural and Built Environment)를 주요 대상으로 하고 있다는 점에서 본 연구의 ‘디지털 트윈 국토’와 내용상 가장 유사하다¹²⁾¹³⁾. 호주도 전 국토를 디지 털 트윈으로 구현하기 위해 영국의 사례를 참조해 그들만의 전략을 제시하고 있다. 호 주는 국가 디지털 트윈을 ‘공간정보기반 디지털 트윈’(Spatially Enabled Digital

9) https://oascities.org/three-key-challenges-towards-digital-twin-adoption-at-scale/#:~:text=A%20 Digital%20Twin%20is%2C%20simply,that%20this%20is%20nothing%20new. (2021년 3월 10일 접속) 10) https://www.geospatial.sg/gw/virtual-singapore (2021년 3월 10일 접속)

11) https://smart.seoul.go.kr/board/25/70/board_view.do (2021년 3월 10일 접속)

12) 본 연구에서 ‘디지털 트윈 국토’라는 우리말 표현이 내용상 영국의 ‘국가 디지털 트윈(National Digital Twin)’과 매우 유사해 영문 표기는 ‘National Digital Twin’으로 표현하였다. 다만, 우리말의 어감(nuance) 차이 때문에

‘디지털 트윈 국토’라는 한글 표현이 국토교통부만의 정책으로 받아들여지지 않기를 바란다.

13) NIC. 2017. Data for the Public Good. p.3.

Twins)이라 명명하고, 공간정보 정책 수립기관이 담당하고 있다¹⁴⁾.디지털 트윈 솔루 션을 보유한 벤틀리시스템과 마이크로소프트는 각 기업의 솔루션을 도시에 적용할 때, 디지털 트윈 시티(Digital Twin City, Digital Twin for City) 또는 시티 디지털 트윈 (City Digital Twin)라고 표현하고 있다¹⁵⁾.

우리나라는 2021년 9월 국가 전략으로 과학기술정보통신부가 여러 부처의 디지털 트윈 사업을 포괄하는 “디지털 트윈 활성화 전략”을 공개하였으며, 국토교통부는 “디 지털 트윈 국토 추진 로드맵(2020.12)”을 마련하면서 “디지털 트윈 국토”라는 표현을 사용하고 있다. 국토·도시를 대상으로 디지털 트윈을 구현할 때 사용하는 표현과 용어 는 다양하지만, 구현 목적과 대상, 주요 내용은 <표 2-1>과 같이 대동소이하다.

구분 표현 주요 내용

싱가포르 Virtual Singapore ∙ 객체기반 3차원 국토 데이터 구축

∙ 플랫폼 기반의 분석 및 활용모델 서울시 Virtual Seoul

(S-Map)

∙ 서울시 전체를 3차원으로 구축하고, 다양한 행정 데이터와 연계해 디지털 트윈 기반 서비스 발굴 중

영국 National Digital Twin ∙ 국가 인프라(SOC) 중심 디지털화

∙ 다양한 개별 디지털 트윈의 연합(federation)을 통한 국가 디지털 트윈 실현

호주/

뉴질랜드

Spatially Enabled Digital Twins

∙ 공간정보(위치/장소)가 디지털 트윈 구현을 위한 기반

∙ 영국 NDT를 참조, 디지털 트윈 대상으로 건조 및 자연환경을 포괄함

∙ 호주는 디지털 트윈을 “물리적 개체에 대한 역동적이고 데이터 기반의 다차원적 디지털 복제(replicas)”로 정의

대한민국 정부

디지털 트윈 활성화 전략 (관계부처 합동)

∙ 디지털 트윈 총괄 부처로서 관계부처 디지털 트윈 관련 사업을 포괄하여 디지털 트윈 활성화 전략을 마련

※ 초기에는 전략 명을 ‘국가 디지털 트윈 전략’이라고 하였음 디지털 트윈 국토

(국토부)

∙ 국토부 내부 디지털 트윈 관련 사업(지상/지하/실내)을 포괄, 별도의 DT 정보화 전략계획 수립 중

EU DUET Digital Urban Twin Urban Digital Twin

∙ EU 소속 3개 도시(Flenders, Athens, Pilsen)를 선정하여 도시별 특색을 달리한 파일럿 프로젝트 수행

벤틀리/

MS

Digital Twin City City Digital Twin

∙ 벤트리와 MS는 전략적 협력을 통해 도시 단위의 디지털 트윈 솔루션을 제공

자료: 분문 내용 저자 정리

표 2-1 | 국토·도시 디지털 트윈에 대한 표현과 주요 내용

14) ANZLIC. 2019. Principles for Spatially Enabled Digital Twins of the Built and Natural Environment in Australia. p.7.

15) https://cities-today.com/bentley-systems-and-microsoft-team-up-on-digital-twins/ (2021년 3월 10일 접속)