스마트시티 국가시범도시 부산 추진단 전문가 포럼에서 발표한 자료입니다. 최근의 공간정보 동향을 중심으로 디지털트윈과 스마트시티의 구현과 관련한 경험과 생각을 공유했습니다.

1. 공간정보, 디지털 트윈
그리고 스마트 시티
신상희(shshin@gaia3d.com)
가이아쓰리디㈜
2020년 6월 18일
스마트시티 국가시범도시 부산
도시 플랫폼 전문가 포럼(2차)

2. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
공간정보 동향 전망

3. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
“GIS community has been experiencing revolutionary changes
in the ways of collecting, processing, analyzing, and visualizing
spatiotemporal data, especially GIS data of large volume, high
speed, and huge varieties.”
<Source: https://gis.usc.edu/blog/predictions-for-the-gis-industry-opportunities-technologies-and-students/>

4. <Source: https://csengineermag.com/crucial-geospatial-technology-trends-in-future/>
1. Miniaturization of Sensors
2. Consistent Accessibility of EO Information
3. Geospatial AI or Geo.AI
4. BIM
5. Autonomous Vehicles
6. Mapping as a Service
7. Smart Cities
8. Drones

5. <Source: “Key Trends that Shapes Location Intelligence”, INSPIRE Workshop 2020, Gartner>

6. <Source: https://www.gov.uk/government/publications/unlocking-the-power-of-locationthe-uks-geospatial-strategy>

7. <Source: https://www.gov.uk/government/publications/unlocking-the-power-of-locationthe-uks-geospatial-strategy>

8. Current Future
Concept Object Information Context Awareness
Data Consumer Prosumer/DIY
User Person Things
Visualization Real World Digital Twin
Application Base Map Key Factor for Fusion
Driving Entity Public Sector Private Sector
Space Outdoor
Indoor + Outdoor
+Underground …
Update Cycle Static Dynamic
<Source: Sagong, Hosang(2016), ‘Policy Directions of Spatial Information for Hyper-connected Society’ modified>

9. AutoDesk의 전망

10. Live(Real-Time)
Geospatial
AEC(CAD/BIM)
+
Geospatial
Expansion of
Geospatial Coverage
(Indoor, Underground, Space,
Seafloor…)
Analytics, Simulation,
&
Visualization
Digital
Twin

11. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
(준)실시간 공간정보
Live(Real Time) Geospatial

12. 센서, 센서, 그리고 센서
12
감각 기관
기억
지능
IoT(Internet of Things)
Big Data
A. I.
Smartizen(10Bn) Smart Devices(100Bn) Smart Sensor(100Tn)
<Source: 이상훈(2016), ‘ICT 기술 파도와 4차 산업혁명’을 수정, 재편집>

13. (준)실시간적 공간정보 생산
13<Source: 스마트 공간정보 기술개발 기획연구>

14. (준)실시간적 공간정보 갱신
14<Source: https://newsroom.intel.com/articles/why-how-making-hd-maps-automated-vehicles/#gs.7zi2a4>

15. (준)실시간적 공간정보 처리
15

16. (준)실시간적 공간정보 서비스
16
“CFD(Computational Fluid Dynamics): Modeling and predicting air quality, pollution modeling”

17. 17
데이터 폭발의 시대(Era of Data Explosion)
위치 + 객체 + 현상
Point Cloud + Realistic Mesh + Sensor +
Semantic Model + Volumetric Data + Live Data +
Visualization + Simulation + IoT + Analytics +
…

18. 병목 현상
Point
Cloud
Drone
Images
IoT
CAD
Live
Data
Satellite
Images
Autonomous
Cars
GIS
BIM
CityGML
Bottle Neck!

19. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
CAD/BIM/GIS 융복합
Geospatial BIM

20. CAD/BIM과 GIS의 만남
20

21. CAD/BIM vs GIS
21
VS
<CAD>
<BIM>
<GIS>

22. CAD/BIM 분야 특성
22
CAD/BIM 분야 특성
1. 특별한 SW가 필요 - CAD/BIM 데이터에 접근하거나
가시화하기가 어려움
2. 독점적이고 폐쇄적인 기술
3. 공간적 맥락과 약한 결합

23. 공간정보 분야 특성
23
Geospatial
분야 특성
1. 특별한 SW 없이 웹 상에서 서비스하는 게 일상화
2. 활성화된 오픈소스 프로젝트와 표준화(OGC)
3. 실외 공간을 주로 다룸

24. GeoBIM 개념의 등장
24
BIM/CAD GeoSpatial
GeoBIM
• 미시적
• 설계
• 적지 선정
• 자산 관리
• 공정 관리
• 안전 관리
• 에너지 관리
• 패러메트릭(Parametric) 모델
• 거시적
• 도시 계획
• 스마트시티
• 실내외 공간 모니터링
• 소방/방재
• 에너지 관리
• 비상 계획
• 서피스(Surface) 모델

25. CAD/BIM/GIS의 이상적 통합 모습
GIS
CityGML
GeospatialInformation
GISStandards
IFC
BIM
OutdoorModel
IndoorModel
BIMStandards
Construction
DrawingsInfo.
In/Outdoor
GIModel
(GeospatialInformation
Model)
25

26. GeoBIM의 기대 효과
26
• 건축, 토목 분야의 계획, 설계, 시공 단계에 효율적
으로 공간정보 제공
• 광역적 기간 시설 건설 시 BIM 사용 효율성 증대
• 지역적, 국가적 차원의 시설물 관리 용이
• 빠르게 변화하는 건물, 인공구조물 등을 생애주기
측면에서 추적하고 관리
• BIM 데이터를 재활용함으로써 스마트시티
등의 3차원 모델 구축 비용 및 시간 절감
• 스마트시티 등의 도시 관리 분야에서 건물
부터 지구, 시 단위까지 통합적 관리
• 각 시설물의 생애주기에 맞춘 다양한 수준의 공간
분석과 시뮬레이션
• 디지털 트윈의 기본 정보 중 하나로 활용
<Source : F. Noardo 외, 2019, EUROSDR GEOBIM PROJECT A STUDY IN EUROPE ON HOW TO USE THE POTENTIALS OF BIM AND GEO DATA IN PRACTICE>

27. EuroSDR(유럽 국가지도제작기구 협회)의 GeoBIM 연구
27
<Source : http://www.eurosdr.net/research/current>
<Source : https://3d.bk.tudelft.nl/projects/eurosdr-geobim/>
The spatial data research interests of European
countries are represented through the membership
in EuroSDR of national organisations from their
production and research sectors.

28. 표준화 기구들의 통합을 위한 활동(IDBE)
28
“… to increase interoperability between the
geospatial and built environment domains,
specifically through coordination of standards
development… “

29. 표준화 기구들의 통합을 위한 활동(IDBE)
29
<Source: https://www.ogc.org/pressroom/pressreleases/3187>

30. 산업계의 시도들
30

31. 오픈소스 진영의 도전
31

32. 쉽지 않은 도전 – 정보의 손실
32
ADE
(Application Domain Extension)
<Source : Filip Biljecki, 2019, Extending CityGML for IFC-sourced 3D city models>

33. 쉽지 않은 도전 – 서로 다른 언어
33
ត ើអ្នកកំពុងនិយាយអ្វី?మీరు దేని గురించి
మాట్లా డుతున్నారు?
• 다양한 전문용어와 약어
• 동일한 용어에 대한 다른 이해
• BIM/CAD의 속성 정보 통합의 어려움
• 자신의 분야에 대한 자부심
BIM/CAD GeoSpatial

34. 쉽지 않은 도전 – 음악 없는 MP3 플레이어
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• 당신이 평생 동안 본 BIM 데이터의 개수는?
• BIM/CAD로 된 데이터가 많을까? 아니면, 그냥 종이도면이 많을까?
• BIM/CAD 소유자들은 자신들의 데이터 공유에 비우호적
• 3차원 데이터를 구축하는데 많은 비용이 들지만, BIM/CAD 데이터 구축은 그 이상의 비용이 소요됨

35. 쉽지 않은 도전 – 표준!
35
• BIM/CAD 분야는 산업계 전반적으로 표준 활용이 저조
“왜 Revit 파일을 IFC로 변환해서 드려야 하죠?”
“정부가 시켜서 어쩔 수 없이 IFC나 CityGML로 납품하죠.”
• 포맷 변환 과정에서 설계 데이터의 도형/속성 정보가 손실되는 경우가 많음
• 산업계 고객들은 설계 소프트웨어의 자체 포맷을 선호
• 포맷 변환은 고객이나 사용자에게 부담으로 작용

36. 쉽지 않은 도전 – 데이터 생애주기에 대한 이해
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• 고객에게 받은 BIM/CAD 파일은 거의
대부분 최종본이 아님
• 수많은 버전의 BIM/CAD가 존재
• CAD/BIM은 생애주기에 따라 지속적으로
수정, 갱신
BIM/CAD
Format
IFC CityGML
활용
서비스
• 당신의 고객도 어느 파일이 최종본인지
모르는 경우가 많음
• BIM/CAD 데이터가 깨끗할 것(!)이라는
기대를 버릴 것 – 소위 Dark Data!

37. 쉽지 않은 도전 – 시각화
37
• 대용량 BIM/CAD 데이터의 시각화는 여전히 도전적 과제
• 많은 고객들은 예쁜(!) 시각화를 바람
• 예쁜 시각화를 만족시켜주면 이제 고객들은 뭔가 다른 기능을 원하기 시작함
• 궁극적으로 3차원 분석, 3차원 시뮬레이션 등을 희망

38. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
공간정보의 확장
Expansion of Geospatial Coverage

39. 지하공간정보(UGI: Underground Geographic Information)의 부상
39

40. 지하공간정보(UGI: Underground Geographic Information)의 부상
40

41. 지하공간정보(UGI: Underground Geographic Information)의 부상
41
<고양 온수관 파열>
<KT 통신구 화재>

42. 실내공간정보(Indoor GIS) – OGC IndoorGML
42

43. 실내공간정보(Indoor GIS) – Apple IMDF
43<Source: https://www.ogc.org/standards/requests/202> <Source: https://register.apple.com/resources/imdf/>

44. 실내공간정보(Indoor GIS) – GPS vs IPS
44
Global Positioning System Vs. Indoor Positioning System

45. 실내공간정보(Indoor GIS) – OGC 3D IoT Pilot Project
45

46. 우주와 해양
46

47. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
분석, 시뮬레이션, 가시화
Analytics, Simulation, Visualization

48. 분석, 시뮬레이션, 가시화
48

49. 분석, 시뮬레이션, 가시화
49
<Source: Helosinky 3D+ Digital Twins of a City>

50. 50
분석, 시뮬레이션, 가시화

51. 51
분석, 시뮬레이션, 가시화
<Source: https://www.omnisci.com/news/skyhook-chooses-omnisci-to-support-mobility-indexing-in-next-phase-of-covid-19-response

52. 52<Source: 스마트 공간정보 기술개발 기획연구>
분석, 시뮬레이션, 가시화

53. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
디지털 트윈?

54. 디지털 트윈(Digital Twins)
<Source: https://www.pbctoday.co.uk/news/bim-news/digital-twin-4-0/64519/>
Digital Twin
A realistic digital representation of assets, processes or systems in the built or
natural environment. The complexity of that representation, and degree of
connectedness, varies depending on maturity.
54

55. 55
디지털 트윈(Digital Twins)의 연원
Concept: Digital Informational Construct
Vision: Create, Test, Build
➔ 통제된 환경(Controlled Environment)이 가능한 제조업에서 활용 시작

56. 사이버물리시스템(Cyber Physical Systems)
56

57. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
57
Element Defining principle Outline usage
0 Reality capture As-built survey
1 2D map/system or
3D model
Design/asset
optimisation and
coordination
2 Static data,
metadata and BIM
Stage 2
4D/5D simulation
3 Real-time data Operational
efficiency
4 Two-way data
integration and
interaction
Remote and
immersive operations
5 Autonomous
operations and
maintenance
Self-governance,
oversight and
transparency
<Source: https://theiet.org/digital-twins>
<Source: https://blog.lgcns.com/1864 >

58. 디지털 트윈 시장 성장 – 향후 7년 간 10배 성장 예상
58<Source: Managing change and culture to enable the shift towards smart built environment, Jakub Wachocki>

59. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
디지털 트윈의
도시관리로 확장?

60. 디지털 트윈 기반 스마트 시티의 등장
60

61. 사이버물리시스템과 스마트 시티
61

62. 사이버물리시스템과 스마트 시티
62

63. 도시 관리에 확산되는 디지털 트윈 기술
<Source: https://www.smartcitiesworld.net/special-reports/special-reports/the-rise-of-digital-twins-in-smart-cities>
63

64. 디지털 트윈 기반 스마트 시티 구축 사업
<Source: 2019년 스마트시티 시범도시(세종, 부산) 디지털트윈 마스터플랜 수립 및 시범시스템 구축용역 제안요청서, LX공사> 64

65. 국가 차원의 디지털 트윈 구축 계획(영국)
65
Building Locale Neighborhood City Region Nation
<Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/national-digital-twin-programme, and Jeremy Morley>

66. 국가 차원의 디지털 트윈 구축 계획(영국)
66<Source: https://www.youtube.com/watch?v=ChCNcLY6tKA>

67. UK National Digital Twin Programme Gemini 원칙
<Source: The approach to delivering a National Digital Twin for the United Kingdom> 67

68. 스마트 시티 디지털 인프라스트럭쳐
<Source: KAIST, 여화수> 68

69. 디지털 트윈 – 기회와 위험 요소
69
기회 위험요소
• 건축 및 운영 비용 감소 • 사이버 보안 문제
• 보다 효율적인 각종 설계 • 과대 홍보와 과도한 기대
• 장단기 효율성 및 생산성
향상
• 시스템의 복잡도에 따라
증가하는 디지털 트윈 구
축과 관리 비용
• 각종 자산 상태에 대한 더
나은 이해
• 미흡한 표준화와 산업계
협력
• 가상공간에서 시뮬레이션
혹은 리허설을 해 봄으로
써 사전 위험 요소 파악 및
갈등 비용 저감
• 부족한 인력
• 협력 증진 • 공통 용어와 지식의 부재
<Source: IET, Digital twins for the built environment>

70. 70
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 개념적 모델
<Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/system/files/documents/TheGeminiPrinciples.pdf>

71. 71
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: Helsinki 3D+ Digital Twins of a City>

72. 72
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: ITU Focus Group on Smart Sustainable Cities>

73. 73
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: ISO/IEC JTC1/WG11>
Stakeholders
Vision & Outcomes
Business Process Framework
Knowledge Management Framework
Engineering Framework

74. 74
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: OGC Smart Cities Spatial Information Framework>

75. 분석
시뮬레이션
가시화
National Digital Twin의 미래
정적/
동적
지상 / 지하
실내/
실외
객체/
현상
다출처/
이기종 센서
<Source: https://www.arcweb.com/ja/node/149 수정> 75
National Digital Twin

76. 76
시사점
• 가지 않은 길을 가는 두려움과 흥분이 뒤섞여 있는 상태. 여러 분야에서 나름의 노력과 실패를 거듭하는 중
• 디지털 트윈과 스마트 시티가 만병통치약이 아님
• 기술적 관점에서 상호운용성 확보를 위한 표준이 매우 중요 – 포맷이나 최소한 인터페이스 표준(레고
블록!)
• 데이터의 생애주기를 이해하고 이에 따른 활용 방안 모색 필요
• 디지털 트윈 구축은 긴 여정. 지치지 않고 각 단계별 성과물과 가치에 집중할 필요
• 정부, 산업계, 학계, 연구계의 협력과 소통이 중요
• 디지털 트윈의 진정한 가치는 다른 영역과 연동될 때 발휘됨 – 개별 산업 위주 관점에서 벗어나 국가적,
통합적 정책과 통찰 필요
• 그럼에도 산업현장과 사회는 Digital Transformation을 통해 디지털 트윈 세상으로 급속히 이동 중

77. 77
나오며…
<Source: https://www.ordnancesurvey.co.uk/business-government/innovation/happens/articles-ehs/smart-cities-digital-technologies>
“Despite the futuristic images the term conjures, a “smart city”
is merely a well-managed city aided by digital technologies.
One of the primary challenges in achieving success for smart
cities, and the reason many initiatives have failed to make it
past the pilot stage, is that they have been driven by a focus on
implementing the technology rather than achieving the end
policy goal, such as improving access to education, or better
transport links.”

78. 감사합니다.
33
신상희 shshin@gaia3d.com