사물인터넷(IoT)을 활용한 스마트 물환경관리 방안 및 정책기반 마련 연구

Title
사물인터넷(IoT)을 활용한 스마트 물환경관리 방안 및 정책기반 마련 연구
Authors
한혜진
Co-Author
김종성
Issue Date
2016-10-31
Publisher
한국환경정책·평가연구원
Series/Report No.
연구보고서 : 2016-04
Page
175 p.
URI
http://repository.kei.re.kr/handle/2017.oak/20426
Language
한국어
Keywords
사물인터넷, 물환경관리, IoT, 만물인터넷, ICT, Internet of Things, Smart Water Management, IoT, ICT
Abstract
본 연구는 물환경관리 부문의 사물인터넷 개념 및 활용성에 대한 이해관계 대상자, 특히 정책 결정자의 이해력을 제고하고, 현명하고 효율적인 사물인터넷 도입에 참조점(Reference Point) 역할을 하는데 궁극적 목표를 가지고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 다음과 같은 세부연구목표를 가지고 연구를 수행하였으며, 그 주요 연구결과는 아래와 같다. □ 사물인터넷의 정의(제2장) 본 연구에서 사물인터넷 개념을 설명할 때는 기술적 관점에서 기술하기보다 정보통신 비전공자가 읽어도 쉽게 이해할 수 있는 방향으로, 필수요소 중심으로 기술하였다. 특히, 기존의 물환경관리 영역에서 도입이 시도되었거나 도입했던 정보통신 기술과의 비교 분석을 통해 이 시대에 도입하고자 하는 사물인터넷의 범위를 확정하였다. 사물인터넷은 정보의 생성(예: 센서)과 통신기능이 탑재된 사물-인간-시스템을 모두 네트워크로 연결하여 다양한 분야에서 방대한 실시간 정보를 수집하고, 빅데이터 분석기법을 이용하여 유의미한 정보를 추출·가시화하여 사람과 사물의 상호 간 모니터링, 제어, 최적 대응할 수 있는 지능 환경을 제공하는 IT 기술 및 네트워크 시스템을 총체적으로 의미한다. 본 연구에서는 사물인터넷이 어느 날 갑자기 나타난 새로운 기술개념이 아니라, 이전엔 주창되던 유비쿼터스 컴퓨팅으로부터 진화되었으며, USN(유비쿼터스 센서네트워크), M2M(사물통신), IoE(만물인터넷)가 처음에 정의되고 개념화 되었을 때 설정한 개념과 대동소이하다고 판단하였다. 당시에는 이 개념들이 기술적으로 실현할 여건이 되지 못했기 때문에 현재의 IoT/IoE보다는 제한적인 형태의 서비스가 구축되었거나 결국에는 관념적이고 철학적인 개념으로 남았을 수밖에 없었던 것이다. □ 사물인터넷의 필요성 및 우선도입부문 파악(제2장) 본 연구에서는 낙관적인 사물인터넷에 대한 환상에 근거한 선동적인 도입 입장을 고수하지 않으며, 중간자적 입장에서 물환경관리에서 사물인터넷의 도입 필요성을 객관적으로 평가하고, 확인된 필요성에 근거하여 물환경 부문 중 선별을 통해서 우선적용대상을 파악하였고, 사물인터넷이 이에 적용되었을 때 무엇을 기대할 수 있는지 명시하였다. 물환경관리에서 사물인터넷은 크게 1) 모니터링(Monitoring), 2) 분석(Analysis), 3) 제어(Control)의 부분에서 활용성을 보이는데, 특히, ‘신속성’, ‘가시성’, ‘자율화’, ‘최적화’가 꼭 필요한 대상에 적용하였을 때 최대의 효과 또는 활용성을 가지게 된다. 세부적으로 다음과 같은 5가지의 특성을 가진 부문이 사물인터넷 도입이 우선적으로 필요하다고 판단하였다. ① 예측이 어렵고 그 위험이 커서 신속한 관리가 필요한 경우,(예: 수질오염사고, 유해조류, 친수수질관리), ② 변동성이 크고 최적화가 필요한 대상(예: 강우량에 따라 변동성이 높은 CSO, 강우유출수 관리), ③ 시설이 숨어있거나 분산되어 가시성이 적어 유지관리가 힘든 경우(예: 비점오염저감시설 또는 저영향개발기법 시설관리), ④ 이동성이 크거나 운송시스템이 복잡하거나 혹은 미량이라 오염원 추적이 어려운 경우(예: 미량유해물질, 가축분뇨, 하수처리 미처리 구역의 생활계 오염원, 위탁산업수 관리), ⑤ 멀리 떨어진 곳의 오염원 및 시설 관리(예: 도서산간의 하수처리장) 이러한 부문에서 사물인터넷 기술을 활용하게 되면 1) 생산성 향상, 비용의 저감, 신규 서비스 창출 등으로 정책들의 효율성이 증가하고, 2) 국민 맞춤형 서비스 제공, 물환경 서비스 품질 향상으로 효과성이 증가되며, 3) 서비스 대상 확대로 국민의 전체적인 후생 증가에 기여할 수 있는 효용성이 증가하면서 정책성과제고의 긍정적인 역할을 할 수 있다는 점에서 사물인터넷을 도입 및 활성화할 당위성이 존재한다. □ 사물인터넷을 활용한 물환경 관리 국내외 사례(제3장) 본 연구에서는 국내외 물환경관리에서 도입된 사물인터넷 사례들을 풍부하게 제공하고 각 사례별로 ‘어떤 문제’를 ‘어떻게’ 해소하고 있는지를 부각하는 방향으로 서술하였다. 물환경관리 정책결정자 설문조사에서 나타난 것처럼, 사물인터넷이 물환경관리에서 어떻게 활용될지에 대한 지식이 없어 사물인터넷의 도입을 고려하지 않았다는 응답자가 다수라는 사실에 따라, 제3장에서 국내외 물환경관리에 사물인터넷 사례를 5가지 유형(행위추적, 향상된 상황인식, 최적·원격운영관리, 최적자원관리, 복합자동관리)별로 제시하였다. □ 사물인터넷을 활용한 스마트 물환경 관리방안(제4장) 국내 정책가들에게 사물인터넷의 활용 방안에 대한 예시를 제시하기 위해, 우선 도입 부문의 사물인터넷의 솔루션을 개론적으로 제시하고 몇몇의 문제들에 대해서는 매우 자세한 시나리오 등을 활용하여 사물인터넷을 활용한 스마트물환경관리 방안을 제시하였다. 본 보고서에서는 부족한 정보에 기존 제도의 성과성이 낮은 대표적인 3가지 제도, “친수관리”, “비점오염저감시설 및 저영향개발기법”, “합류식관거 월류수(CSO)”를 선택해 1) 현황, 2) 문제점, 3) 사물인터넷의 솔루션 순으로 설명하였다. 예를 들어 첫째, 신속한 대응이 필요한 친수환경 관리를 위해 사물인터넷 기술을 활용한 SMARTPooL 시스템을 소개하였고, 둘째, 변동성이 큰 CSO 관리를 위하여 최적화모델인 i-CSO Platform을, 셋째, 분산된 비점오염저감시설 또는 LID 시설의 유지관리를 위해 SMART NPMS 시스템을, 마지막으로, 이동성이 높은 오염원 관리를 위해서는 RFID/센서를 활용한 전자인계 시스템을 제안하였다. □ 국내 사물인터넷을 활용한 스마트 물환경관리 도입여건 분석 및 정책 개선안(제5장) 사물인터넷 서비스의 도입 및 활성화를 위한 국내 여건들을 다각도(정치·사회, 법·제도, 기술)로 분석해 도입장벽을 제거하고 기회를 극대화할 수 있는 전략적 환경정책방안을 마련하였다. ­정치·사회적 장벽 분석 우선 정치·사회적 장벽 분석을 수행하기 위해서 물환경관리 정책결정자를 대상으로 설문조사를 수행하고 정보화 사업에 대한 기존선행연구결과를 분석하여 다음과 같은 문제점을 파악해 개선안을 수립하였다. 첫째, 물환경관리 정책결정자의 사물인터넷에 대한 낮은 인식과 전문성이 가장 큰 장애요인으로 이를 해결하기 위해서는 연구 및 교육 등을 통해 조직의 리더를 포함하여 물환경 조직구성원 사물인터넷의 인식제고 방안을 마련해야 한다. 둘째, 고객 요인 고려에 대한 미비-즉 공급자 관점에서 사물인터넷 도입 정책을 해결하기 위해서는 ① 고객 수요를 만족시키는 사물인터넷 과제 발굴 및 사업화를 위해 클라우드 소싱을 활용한 제품 개발 및 이를 위한 플랫폼 개발 연구를 진행해야 하며, ② 업무 담당자의 요구에 신속히 맞춤형 서비스를 만들 수 있는 One-screen Service 시스템을 구축해야 하며, ③ 타 부처가 중심이 되어 진행되는 사물인터넷 사업은 담당 업무자와 충분한 협의하여 사업개발 해야 하며, 미래창조과학부의 창조비타민과 같은 프로젝트의 물환경 부문의 추가가 필요하다고 파악하였다. 셋째, 정보화 조직과 협력이 부족한 문제에 대해서는 정보화사업 추진 시 정부부처 간 원활한 협력관계 조성 및 부처 간 협력 모범사례에 대한 예산·조직·인사상의 인센티브 부여 등 조직문화와 관행의 혁신을 위한 적극적인 노력이 있어야 할 것이다. ­법·제도적 장벽 분석 법·제도적 장벽을 분석하기 위해서 미래창조과학부와 환경부의 사물인터넷 법·제도·정책 현황을 분석하였다. 물환경관리에 사물인터넷의 도입을 방해하는 법·제도적 이슈는 크게 새로운 사물인터넷 서비스 도입에 대응하는 환경부에서 법·제도적 규정이 미비한 경우와 사물인터넷 활용 서비스를 기존의 제도에서 금지하는 경우로 나눌 수 있다. 이러한 이슈를 사물인터넷 관련 사업을 도입하려고 할 때를 중심으로 전주기적 관점(계획 수립, 정보 수집, 저장, 이용)면에서 문제점을 살펴 개선안을 도출하였다. 사업계획 수립 시 법·제도적 문제는 대규모 환경기초시설 사업 시 정보화계획이 미비한 면과 스마트 도시 관련 법·제도에 환경부 협력사항이 미비한 면을 파악하였다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위해 200억 이상의 환경기초시설 건설 사업을 수행 시 정보화계획을 수립할 수 있도록 법·제도를 수정하고 스마트 도시와 스마트 물환경관리의 연계를 위해 U-City 도시 종합계획에 물환경관리 서비스를 추가하는 방안과 환경부의 ??4차 정보화 기본계획(2017~2021)???에도 이와 같은 기존 시스템과의 연계 방안에 대한 과제를 포함해야 하는 것을 제시하였다. 정보 수집 시 법·제도적 문제점은 물환경관리 부문에 제한된 관측 및 측정 현황과 확대 관련 제도의 미비, 개인정보보호법 및 보안에 관한 법률에 의해 새로운 사물인터넷 서비스가 제한되는 문제점을 지적하였다. 이러한 문제를 개선하기 위해 물환경 부문에 다양한 비점오염저감시설의 유지 관리를 위한 상시 모니터링 제도 개설, 국고보조사업의 교차준수제도 도입을 통한 목표 측정을 위한 모니터링 제도 개설을 제시하는 등 관측 대상을 확대하는 정책안을 제시하였다. 또한 개인정보보호 및 보안에 관한 법률의 개선방향으로 현재 포괄적으로 정의를 내리는 개인정보보호법은 사물인터넷에서 생성 또는 수집되는 정보가 개인정보에 해당하는지에 대해서 좀 더 유연하게 정의를 내려 보호법을 개선하는 안을 제시하였다. 사물인터넷의 서비스를 이용하고 집행하는 데 가장 큰 문제점은 기존의 물환경관리에서의 경직성에 기인한다. 물환경관리의 대부분의 측정은 ?환경분야 시험·검사 등에 관한 법률?에서 제시하고 있는 수질오염공정법에 따라야 하며, 이러한 경우 사물인터넷의 핵심인 물환경 정보의 실시간 측정이 불가능하며, 이러한 경우 제4장에서 제시한 SMARTPool과 같은 새로운 서비스는 도입될 수가 없다. 이를 해결하기 위해서는 다양한 물환경관리 목적 및 정확한 측정의 필요성 정도에 따라 측정행위를 합리적으로 재분류하여, 과도한 신뢰성을 요구하는 일이 없도록 해야 한다. 특히, 공정시험기준의 적용범위에 행정처분과 상관이 없는 일상적인 상시 측정에 대해서는 예외조항을 두어 탄력적으로 운영해야 한다. 또한, 국가수질측정망과 수질 TMS는 제도적으로 수질오염사고 예방 및 배출허용기준 또는 방류수 수질기준 부합 여부 더 나아가 배출 부과금 산정 등 경직적 목적으로만 활용하는데, 이에 따라 측정값의 더 높은 신뢰도를 요구하게 되고, 복잡한 측정 및 고성능 분석기기만을 요구하여 설치 및 유지관리에 높은 비용이 들고 그 신뢰도를 보장받지 못할 때 가동정지와 낮은 결과 활용도를 보이기 때문에 추가적으로 다양한 목적으로 사용될 수 있는, 사물인터넷 형식의 센서도 국가 혹은 사인인 설치할 수 있도록 확대 정책 마련이 필요하다. ­기술적 장벽 분석 마지막으로 사물인터넷의 기술적인 핵심적인 문제를 해결하기 위해서는 R&D 수행을 통한 다양한 센서의 개발 및 경쟁력 확보, 사물인터넷에 최적화된 네트워크 구축, 통합의사결정 시스템의 개방 플랫폼화를 대안으로 제시하였다. □ 본 연구의 한계점 및 향후 연구 주제 본 연구는 물환경관리라는 맥락에서 사물인터넷의 개념, 활용성, 도입 시 정책적 문제점 대안에 대해서 연구하였다. 시간과 예산의 문제로 향후 재정적인 도입여건 분석연구를 수행하지 못한 한계가 존재한다. 본 연구에서는 매우 광범위한 물환경관리 부문에 대한 사물인터넷 도입에 대한 주제에 대해서 범 부문적으로 간단하게 다루었기 때문에 향후 각 주제에 대한 심도 깊은 연구를 통해 사물인터넷의 도입을 위한 로드맵 수립이 필요할 것이다.


This study aims to be a reference point or a guidebook for the policy- makers, researchers, and practitioners working for the water and environment sector to improve their understanding of what the internet of things(IoT) is, why this technology matters, its potential impacts and opportunities in the context of water and environmental management. This study identifies and prioritize the areas where this new technology, IoT need to be introduced first to the best possible effect. Also, we analyzes the legal, social and technical challenges and opportunities of the adoption of the Internet of Things for water and environmental management sectors in the Republic of Korea. We discusses the main policy issues and options in building capacity to adopt this new technology.

Table Of Contents

제1장 서 론
1. 연구의 배경 및 필요성
가. 사물인터넷: 혁명적 핵심기술로서 부상
나. 물환경관리 부문에서 사물인터넷의 낮은 인식
다. 연구의 필요성 및 방향성
2. 연구 범위 및 주요 연구내용

제2장 사물인터넷 개념, 기능 및 물환경관리 도입 필요성
1. 사물인터넷(IoT)이란?
가. 사물인터넷 정의 및 발전
나. 사물인터넷의 주요 구성 요소
다. 사물인터넷 유사 개념
2. 사물인터넷을 왜 사용해야 하는가?
가. 사물인터넷 기능 및 기대효과: 범 부문
나. 물환경관리의 난제
다. 물환경 관리 내 사물인터넷 우선도입 부문과 기대효과

제3장 유형별 국내외 사물인터넷을 활용한 물환경관리 사례
1. 행위 추적 사례
2. 향상된 상황인식 사례
3. 최적·원격 운영관리 사례
4. 최적 자원관리 사례
5. 복합 자동 시스템 사례

제4장 사물인터넷을 활용한 스마트 물환경관리 방안
1. 부족한 정보에 의해 제도 성과가 부족한 경우
가. 스마트 친수환경 관리 방안
나. 스마트 CSO 관리 방안
다. 스마트 비점오염저감시설 유지관리 방안
라. 사물인터넷을 활용한 이동성이 큰 오염원 관리 방안
2. 정보가 존재하지만 분석하지 못하여 제도의 성과가 부족한 경우
가. 실시간 수질정보 관리현황
나. 문제점 및 개선방안

제5장 국내 사물인터넷을 활용한 스마트 물환경관리 도입 여건 분석 및 정책 개선안
1. 정치·사회적 문제점 및 개선안
2. 법·제도적 문제점 및 개선안
3. 기술적 문제점 및 개선안

제6장 결론 및 제언

참고문헌

Abstract

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