ICT 발전트렌드에 대응하는 공간정보의 환경이슈 적용 체계 구축

Abstract

The purpose of this study is to converge various environmental spatial information and advanced ICT (Information and Communication Technology) technology, to develop cases that are instantly applicable to the environmental issues that have recently emerged and ultimately to suggest their efficient utilization by reforming the ways environmental spatial information is utilized. Considering the technical characteristics of the theme of this study ― the convergence and utilization of environmental spatial information and ICT ― this study reviewed the status of established environmental spatial information, relevant cases and previous studies about how ICT is being applied in the area of environment. In addition, text mining analysis, one of the big-data analysis techniques, was performed on domestically-published papers in environmental areas that utilized spatial information and ICT. By doing so, this study attempted a multifaceted analysis to empirically review measures to address environmental issues by using spatial information and ICT. Through the review of early studies and case studies of how environmental spatial information is established, it was found that the environmental spatial information that 22 public agencies (the Ministry of Environment, the Korea National Park Service, the National Institute of Ecology, etc.) have already obtained and can establish going forward accounted for 53.8% of the 837 data types of the entire system, and 74.9% in case of environmental thematic maps. To review the cases and the status of how ICT is used in environmental areas, we divided ICT into 9 categories including green ICT (public and industrial convergence services), big data (big data platforms), and artificial intelligence (AI and cognitive computing). The definition, role and market condition of each ICT was reviewed, and cases in which ICT was directly used in environmental areas in the United Kingdom, Germany, China and South Korea were collected and analyzed. For a meta analysis of the utilization of environmental spatial information and ICT in environmental areas, a text mining technique used to analyze atypical data and natural languages among big data analysis methods was employed. In total, 1,228 domestically-published papers acquired from the NDSL (http://www.ndsl.kr) were analyzed. The results of the text mining analysis are divided into two groups. First, the status of the utilization of environmental spatial information in environmental areas in South Korea was analyzed, and the results showed that the utilization of environmental spatial information has continued to increase from 1996 to 2015. The results of the keyword frequency analysis of the utilization of environmental spatial information showed that the area with the highest frequency rate was “environment in general“ covering agriculture, environmental education, land coverage and others (40.85%). According to the results of keyword time series analysis, for the period between 1996 and 2000 the share of the studies on “climate“ was the highest, but since 2001, the share of the studies on “environment in general“ has been on the rise. The results can be attributable to the growing attention to environmental education and the application of environmental technology to areas like “agriculture,” and “environmental education” since 2001. Through keyword correlation analysis, 80 correlation rules were generated in total. The category that generated the most correlation rules among environmental areas was “environment in general (17),” followed by “climate (16),” “biodiversity (11),” “soil quality (11),” “water quality (9),” “air quality (5),” “marine health (5),” “hazardous materials & health care (3),” “waste (2),” and “noise (1).” Second, the status of the utilization of ICT in environmental areas was analyzed. The results showed that, for the period between 1996 and 2015, the largest amount of papers (68) among the 359 collected papers were published in 2012, and the number has gradually increased since then. The results of the keyword frequency analysis of the utilization of ICT showed that the frequency rate of the “environment in general” category was the highest (38.60%). The analysis results of the “environment in general” and “climate” categories were very high, similar to those of the utilization of environmental spatial information mentioned above. According to the results of keyword time series analysis, the share of the studies on “public convergence service” was the highest. The analyzed studies on “public convergence service” roughly covered the concepts and status of the utilization of ICT in medical, national defense, and health care fields. In other words, instead of discussing detailed measures to directly utilize ICT-based technologies in each field, they focused only on setting a conceptual direction for the improvement of such fields through the integration of ICT. Through keyword correlation analysis, 17 correlation rules were generated in the “environment in general” category, followed by “climate (15),” “water quality (9),” “air quality (7),” “biodiversity (4),” “hazardous materials & health care (2),” “man-made disaster (2),” “soil quality (2),” and “marine health (1).” To provide an example of improving the utilization of environmental spatial information by reflecting ICT, the current status of South Korea’s environmental spatial information mentioned above, and the up-do-date status and applicability of ICT were reviewed. First, technology maps were formulated based on the results of the text mining analysis to obtain quantitative results. Among the contents of the technology maps, two key environmental issues (heat wave caused by climate change, and earthquake among natural disasters) were selected. Measures were suggested to address each of the two issues by converging the reviewed environmental spatial information and ICT in this study. A framework for addressing heat wave by tapping into ICT first requires 5 types of environmental spatial information that can be utilized (satellite image, climate change scenario & atmospheric observation data, disaster-related data, water resource data, and environmental statistics & spatial information). Each of the applicable spatial information is being produced and managed by public agencies including the National Geographic Information Institute, the Korea Meteorological Administration, the Ministry of Environment, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, and the Korea Environment Institute (KEI). Based on the information, it is possible to reform the current heat wave alert service for the public into a more detailed and consumer-centered alert service by utilizing content-based green ICT such as “public convergence service,” “artificial intelligence cognitive computing,” and “big data platform.” A framework to address earthquake by utilizing ICT also requires the same 5 types, in addition to information on seismic center and magnitude, and environmental infrastructure. Each of the applicable spatial information is produced and managed by public agencies such as the National Geographic Information Institute, the Korea Meteorological Administration, the Ministry of Environment, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, the Korea Expressway Corporation and the Korea Environment Corporation. By utilizing content-based green ICT such as “public convergence service,” “artificial intelligence cognitive computing,” and “big-data platform” based on the information, the current earthquake alert service can be improved to include real-time alert system, information distribution through various media, AI-based system to handle civil complaints, and social infrastructure damage estimation. Policy recommendations were made from two perspectives. The first is the necessity of R&D on the convergence of ICT and environmental areas. Early studies only focused on the concept and possibility of the utilization and application of ICT rather than discussing cases of direct application. There is almost no case where ICT was directly applied to address large-scale environmental issues. In other words, environmental spatial information needs to be established according to the purpose of each case, and to converge ICT in the right place at the right time. By doing so, a proactive response system should be established to address the issues that continue to occur due to climate change and natural disasters. The second is the necessity of pursuing R&D on convergence across agencies. For the convergence of ICT and environmental areas, it is essential to facilitate cooperation between the public agencies that establish environmental spatial information and those that develop ICT. Thus, cross-organizational collaboration is needed to promote actual cooperation and to address environmental issues through efficient R&D and the distribution of research results.

본 연구는 다양한 환경공간정보와 발전하는 ICT(Information and Communications Technologies) 기술을 융합하여 최근 발현하는 환경이슈에 즉시 적용할 수 있는 사례 발굴 및 기존 환경공간정보의 활용을 재구성하여 효율적인 활용 방안 제시를 연구 목적으로 한다. 환경공간정보와 ICT 기술의 융합·활용이라는 연구주제의 기술적 특성을 고려하여, 환경공간정보의 구축 현황과 ICT 기술의 환경 분야 활용 사례에 대한 선행연구 및 관련 사례에 대한 고찰을 수행하였다. 더불어 환경공간정보와 ICT 기술을 활용한 국내 환경 관련 연구논문을 대상으로 빅데이터 분석기법 중 하나인 텍스트 마이닝 분석을 실시함으로써 환경공간정보와 ICT 기술의 융합 활용을 통한 환경이슈 대응 방안을 실증적으로 검토하는 다면적인 분석을 시도하였다. 환경공간정보 구축 현황에 대한 선행연구 및 사례를 검토한 결과, 총 22개 기관(환경부, 국립공원관리공단, 국립생태원 등)에서 보유한 환경공간정보와 향후 환경공간정보로 구축 가능한 자료는 전체 시스템의 제공자료 837개 중 53.8%, 환경주제도의 경우에는 전체의 74.9%인 것으로 분석되었다. ICT 기술의 환경 분야 활용 사례 및 현황과 관련해서는 ICT 기술과 환경 분야에 직접 활용한 9건의 사례를 정리하였다. 분석된 ICT 기술은 그린 ICT(공공 및 산업융합 서비스, 빅데이터(빅데이터플랫폼), 인공지능(인공지능·인지컴퓨팅) 등이 해당된다. 각각의 ICT 기술에 대하여 정의, 역할, 시장동향과 영국, 독일, 중국 및 국내에서 ICT 기술이 환경 부문에 활용되는 직접적 사례를 조사·정리하였다. 환경공간정보 및 ICT 기술의 환경 분야 활용 메타분석에서는 빅데이터 분석방법 중 비정형 데이터 및 자연어 분석방법인 텍스트 마이닝 방법을 활용하였다. 분석에 활용된 문헌자료는 NDSL(http://www.ndsl.kr)을 통하여 획득한 국내논문으로, 총 1,228편을 대상으로 하였다. 텍스트 마이닝을 통한 분석결과는 크게 2가지로 구분된다. 첫째 국내 환경공간정보 환경 분야 활용현황 분석으로 조사 시작 시점인 1996년부터 2015년까지 환경공간정보의 활용이 지속적으로 증가하고 있었다. 환경공간정보 환경 분야 활용현황 결과 중 키워드 빈도 분석에서는 농업, 환경교육, 토지피복 등 환경 분야의 일반적 내용을 포괄적으로 포함하는 ‘환경 일반’이 40.85%로 가장 높았다. 키워드 시계열 분석에서는 1996년부터 2000년까지는 ‘기후’에 대한 연구 비중이 높았으나, 2001년부터는 ‘환경 일반’에 대한 연구가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 이는 2001년 이후 ‘농업’, ‘환경 교육’ 등과 같은 환경기술 적용과 환경 교육 등에 관심이 높아진 것과 연관 지을 수 있다. 키워드 연관규칙 분석에서는 총 80개의 연관규칙이 생성되었다. 환경 분야에서 가장 많은 연관규칙을 나타낸 것은 ‘환경 일반’으로 17개의 규칙을 보였으며, 그 외에 ‘기후’ 16개, ‘생물다양성’ 11개, ‘토양’ 11개, ‘수질’ 9개, ‘대기’ 5개, ‘해양’ 5개, ‘유해물질 및 보건’ 3개, ‘쓰레기’ 2개, ‘소음’ 1개의 연관규칙이 생성되었다. 둘째, ICT 신기술 환경 분야 활용현황 분석으로, 1996년부터 2015년까지의 연구논문 발간을 분석하면 총 359건 중 2012년이 68건으로 가장 많은 논문이 발간된 것으로 분석되었으며, 점차 증가하는 추세로 사료된다. 환경 분야 활용현황 분석 결과 중 키워드 빈도 분석에서는 ‘환경 일반’이 38.60%로 가장 높았다. ‘환경 일반’과 ‘기후’ 분야는 앞서 제시된 환경공간정보 환경 활용 분야의 분석결과와 유사하게 매우 높은 비율을 차지하였다. 키워드 시계열 분석에서는 ‘공공융합 서비스’가 가장 높은 시계열 변화를 나타내고 있었다. 공공융합서비스는 구체적으로 의료, 국방 보건복지 등 각 부분의 ICT 활용을 개략적으로 나타내는 개념적, 현황적 성격이 강하다. 즉, 각 부문에서 직접적인 ICT 기술의 활용보다는 개념적으로 ICT 기술의 접목을 통하여 개선되는 방향 설정의 연구가 주류를 이루고 있는 것으로 사료된다. 키워드 연관규칙 분석에서는 ‘환경 일반’으로 17개의 규칙을 보였으며, 그 외에 ‘기후’ 15개, ‘수질’ 9개, ‘대기’ 7개, ‘생물다양성’ 4개, ‘유해물질 및 보건’ 2개, ‘인적재해’ 2개, ‘토양’ 2개, ‘해양’ 1개의 연관규칙이 생성되었다. ICT 기술을 반영한 환경공간정보 활용 재구성 예시에서는 전술된 국내 환경공간정보의 실제 현황, ICT 기술의 최신성 및 적용 가능성을 검토하였다. 정량적 결과 도출을 위하여 우선 텍스트 마이닝 결과를 기반으로 기술지도를 작성하였다. 기술지도 내용 중 현재 환경이슈 에서 주요한 2개 부분(기후변화에 의한 폭염 및 자연재해 중 지진)을 선정하였다. 선정된 2개 부분 각각에 대하여 본 연구를 통하여 조사된 환경공간정보와 ICT 기술을 융합하여 현재 이슈를 해결하는 방안을 제시하였다. 폭염에 ICT를 활용한 환경이슈 적용 체계는 우선적으로 환경공간정보 활용 가능 항목 5개(위성사진, 기후변화 시나리오 및 대기 관측 자료, 재난재해 관련 자료, 수자원 현황 자료 및 환경통계 공간정보)가 필요하다. 각각의 활용 가능 환경공간정보는 국토지리정보원, 기상청, 환경부, 국토교통부 및 KEI 등에서 생산 및 관리하고 있다. 이들 정보를 바탕으로 ICT 기술 중 그린 ICT에 해당하는 콘텐츠 기반의 ‘공공융합 서비스’, ‘인공지능인지 컴퓨팅’, ‘빅데이터플랫폼’ 등의 기술을 활용하여 기존의 전 국민을 대상으로 폭염 정보를 제공하던 것을 보다 정밀한 정보 수요자 중심으로 개편할 수 있다. 지진에 ICT를 활용한 환경이슈 적용 체계에서 환경공간정보 활용 가능 항목 5개는 전술된 폭염의 경우와 유사하지만, 지진진원지 자료, 지진강도 자료 및 환경기초 시설물 등 사회기반시설에 대한 자료가 추가되었다. 각각의 활용 가능 환경공간정보는 국토지리정보원, 기상청, 환경부, 국토교통부, 도로공사 및 환경관리공단 등에서 생산 및 관리하고 있다. 이들 정보를 바탕으로 ICT 기술 중 그린 ICT에 해당하는 콘텐츠 기반의 ‘공공융합 서비스’, ‘인공지능인지 컴퓨팅’, ‘빅데이터플랫폼’ 등의 기술을 활용하여 기존의 전 국민을 대상으로 지진 발생 시 경보 정보의 실시간 제공, 다양한 매체를 활용한 정보 제공, 대국민 민원에 대한 인공지능 기반 대응, 사회기반시설의 피해 예상 분석 등을 개선할 수 있다. 정책제언에 대한 검토는 두 가지 관점에서 이루어졌다. 첫째는 ICT 기술 및 환경 부문 융합 연구개발의 필요성이다. 현재까지 ICT 기술에 대하여 직접적인 적용 사례보다는 개념적 또는 기술 활용·응용의 가능성을 타진하는 정도에 한정되고 있으며, 실제 대규모 환경이슈를 해결하기 위한 직접적 기술 적용 사례는 매우 드문 형편이다. 즉, 각각의 목적에 부합되는 환경공간정보 구축과 최신 ICT 기술이 적재적소에 융합되어야 한다. 이를 통하여 기후변화 및 자연재해 등에 의하여 지속적으로 발현되는 환경이슈에 적극적 대응 체계를 구축하여야 한다. 둘째, 범부처 융합 연구 개발의 필요성이다. ‘ICT 기술 및 환경 부문 융합 연구 개발’을 위해서는 환경공간정보 구축 기관, ICT 기술 개발 기관 등의 협력이 중요하다. 실질적 협력의 수행과 효율적 연구 개발 및 연구 성과 확산을 통한 환경이슈 해결을 위한 범부처 차원의 협의가 필요하다.