2020년 5월 6일 LX공간정보아카데미의 스마트시티 인력양성과정에서 강의한 자료입니다. 주로 공간정보의 시각에서 디지털트윈과 스마트시티에 관핸 논의했습니다. 마지막의 사례들은 가이아쓰리디의 mago3D 사례입니다.

1. 공간정보, 디지털트윈, 그리고 스마트시티
- 국내외 스마트시티 환경 분석 -
신상희(shshin@gaia3d.com)
가이아쓰리디㈜
2020년 5월 6일

2. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
공간정보
패러다임 변화

3. 3
정보통신기술과 공간정보기술의 융복합
<Source: Sakong, Hosang(2016), Policy Directions of Spatial Information for Hyper-connected Society>

4. 4
변화의 추세
1990년대 2000년대 2010년대 2020년대?
출처 : 이기준, 2012, “공간정보관련 현안 이슈와 대응전략” 발표 자료를 재구성
> 10km
전문가 사용자
- 도시계획
- 국토건설
> 1km
일반 사용자
- 네비게이션
- 인터넷 지도
> 100m
일반 사용자
- 보행자
- SoLoMo
> ?m
기기?
- 실내?
- Invisible?
사용자 층의 변화 사용자 역할 변화 어떤 변화???

5. 5
변화의 추세
<Source: Steve Liang(2016)>

6. 6
공간의 크기와 사용자 수의 관계
출처: 이기준, 2012, “공간정보관련 현안 이슈와 대응전략” 발표 자료를 재구성
공간의 크기
사용자 수
인구수
도시계획 국토건설네이게이션
인터넷 지도
스마트폰
LBS
Person -> Things
(IoT)
1980
1990
2000
2010 ~
2020

7. 7
위치정보는 IoT 시대의 1등 시민!
<Source: Steve Liang(2016)>
Location is the first class
citizen for IoT!

8. 8
공간정보 갱신 주기의 변화
공간의 크기
갱신주기
좁은 면적
1980
1990
2000
2010 ~
2020
넓은 면적
정적
동적
<Source: Sakong, Hosang(2016), Policy Directions of Spatial Information for Hyper-connected Society>

9. 9
실내외 정적/동적 공간정보 서비스
<Source: Thomas W. Oestreich(2015), “Location, the Next Champion in Analytics”, Gartner Group.

10. 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 +
Update Cycle Static Dynamic
<Source: Sagong, Hosang(2016), ‘Policy Directions of Spatial Information for Hyper-connected Society’ modified>
10
공간정보 패러다임 변화

11. 주요 키워드
11
Live(Real-Time)
Geospatial
Indoor + Outdoor +
Underground
Mapping
Analytics
&
Simulation
Digital
Twin

12. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
Live(Real Time)
Geospatial

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

14. 센서, 센서, 그리고 센서
14
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>

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)
Indoor + Outdoor
CAD/BIM/GIS 융복합

20. CAD/BIM과 GIS의 만남
20

21. CAD vs BIM vs GIS – Indoor + Outdoor
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
34
• 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
36
• 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)
지하공간정보
UGI(Underground Geographic Information)

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. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
분석, 예측, 시뮬레이션

43. 분석, 예측, 시뮬레이션
43

44. 44
분석, 예측, 시뮬레이션

45. 45
분석, 예측, 시뮬레이션

46. 46
분석, 예측, 시뮬레이션
<Source: 스마트 공간정보 기술개발 기획연구>

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

48. 디지털 트윈(Digital Twins)
48<Source: https://www.youtube.com/watch?v=iVS-AuSjpOQ>

49. 디지털 트윈(Digital Twins): 가트너의 2018, 2019년 주목해야 할 10대 기술
<Source: https://gartner.com/SmarterWithGartner> 49

50. 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.
50

51. 사이버물리시스템(Cyber Physical Systems)
51

52. 52
디지털 트윈(Digital Twins)의 연원
Concept: Digital Informational Construct
Vision: Create, Test, Build
➔ 통제된 환경(Controlled Environment)이 가능한 제조업에서 활용 시작

53. 디지털 트윈 사례(SimCity)
53

54. 디지털 트윈 사례(Second Life)
54<Source: https://secondlife.com>

55. 디지털 트윈 사례(Mine Craft)
55<Source: https://www.youtube.com/watch?v=LoNDwLSTOI0>

56. 디지털 트윈 사례(Universe Evolution Recreation)
<Source: 2014년 5월 8일 중앙일보>
<Source: http://www.bbc.com/news/science-environment-27299017>
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 트윈은
새로운 개념인가?

60. 보이지 않는 것의 상상
60
인지 혁명: 존재하지 않는 것에 대한 정보를 전달하는 능력.
허구의 대상을 상상하고 이야기할 수 있는 언어를 사용한 것

61. 아날로그 트윈(Analog Twin) – 라스코 동굴 벽화(Grotte de Lascaux)
61
▪ 프랑스 도르도뉴 지방
▪ 석기 시대 작품 : B.C.E. 15,000 ~ 17,000
▪ 사냥을 위한 지형 지물, 자연 환경 및 동물을 기록한 것으로 추정

62. 아날로그 트윈(Analog Twin) 1단계 – 위치와 객체의 인식
62

63. 아날로그 트윈(Analog Twin) 2단계 – 현상과 정보의 전달
63

64. 1958년 밀 생산 목표:
헥타르 당
4.2t -> 37.5t
중국 전역에서 쌀, 밀, 땅
콩 수확 신기록 경신
모택동:
“인민들은 하루에 밥을
다섯 끼 먹으라!”
중국 공산당:
“농산물을 수출하여 공
업장비와 기술을 수입
하자!＂
결과:
1958년에서 1962년
동안 3,500만~5,000
만 명 굶주림으로 사망
64
아날로그 트윈(Analog Twin) 2단계 – 현실을 있는 그대로 안다는 것의 어려움!

65. 65
아날로그 트윈(Analog Twin) 3단계 – 분석과 예측
정보의 축약과 추상화
“동치: 두 묘사 사이에 모든 관계를 보존하는 대응성이 있는 경우”
by Max Tegmark

66. 66
그럼에도 디지털(!) 트윈인 것은?
<Source: https://cmte.ieee.org/futuredirections/2019/01/26/digital-transformation-flanking-bits-to-atoms/>

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

68. 스마트 시티
68
“
Cities are about people.
So, Smart Cities should also be about people.
And we should ask people, what kind of city do you
want to live in?
”
- Catherine Rooney, Bristol Gov.

69. 스마트 시티
69<Source: 스마트도시와 신도시의 개발, LH공사, 임홍상>

70. 사이버물리시스템과 스마트 시티
70

71. 사이버물리시스템과 스마트 시티
71

72. 디지털 트윈 기반 스마트 시티의 등장
72

73. 도시 관리에 확산되는 디지털 트윈 기술
<Source: https://www.smartcitiesworld.net/special-reports/special-reports/the-rise-of-digital-twins-in-smart-cities>
73

74. 디지털 트윈 기반 스마트 시티 구축 사업
<Source: 2019년 스마트시티 시범도시(세종, 부산) 디지털트윈 마스터플랜 수립 및 시범시스템 구축용역 제안요청서, LX공사> 74

75. 국가 차원의 디지털 트윈 구축 계획(영국)
75
Building Locale Neighborhood City Region Nation
<Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/national-digital-twin-programme, and Jeremy Morley>

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

77. 스마트 시티 디지털 인프라스트럭쳐
<Source: KAIST, 여화수> 77

78. 디지털 트윈 – 기회와 위험 요소
78
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>

79. 79
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 개념적 모델
<Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/system/files/documents/TheGeminiPrinciples.pdf>

80. 80
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: ITU Focus Group on Smart Sustainable Cities>

81. 81
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: ISO/IEC JTC1/WG11>
Stakeholders
Vision & Outcomes
Business Process Framework
Knowledge Management Framework
Engineering Framework

82. 82
디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼
<Source: OGC Smart Cities Spatial Information Framework>

83. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
디지털 트윈은
만병통치약일까?

84. 84
현실과 디지털 트윈의 동치문제
<현실> <디지털 트윈>
1
1
N
N
1
N
1
N

85. 85
복잡계(Chaos) 문제
질문: 자율주행 전기차는 도로의 교통량을 증가시킬까? 감소시킬까?

86. 86
Level of Degree 문제
궁극의 디지털 트윈은
원자와 분자 수준까지
모델링 하는 것.
그런데, 가능한가?
가능하다면 의미가 있는가?

87. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels)
사례 소개

88. 마고(MAGO)
대지의 여신
혹은
지신할미
http://mago3d.net

89. HTML5를 지원하는 웹 브라우저에서 구동
구현 결과: 웹 브라우저에서 구동
89

90. 구현 결과: BIM과의 통합
하나의 플랫폼에서 실내(BIM)와 실외(GIS) 자료의 통합
Scene from indoor to outdoor through windows Scene from outdoor to indoor through windows
90

91. 구현 결과: MEP와 통합
초대형 MEP 자료의 가시화 성공
91

92. 구현 결과: AEC의 통합
고정밀, 대용량 AEC 자료와 3D GIS를 웹 상에서 동시에 가시화
92

93. 대용량 OGC CityGML과 3D GIS를 웹 상에서 동시에 가시화
구현 결과: OGC CityGML 가시화
93

94. 대용량 점군 자료와 3D GIS 동시 가시화
구현 결과: 점군(Point Cloud) 가시화
94

95. OGC Web Processing Service 통합 사례
구현 결과: OGC WPS(Web Processing Service)와 손쉬운 통합
95

96. APIs are supported for developing application
systems(currently 29 APIs) moving/rotating
a full building
moving objects &
viewing attributes registration/monitoring/search of issues
구현 결과: 다양한 OpenAPI 제공
96

97. 실제 사례: 조선업
Yards
Cranes
Office Buildings
Factories
Docks
BlocksShips
Smart Welding Machine Virtual Yard on Web Browser!
1,500 EA25 EA250 EA75 EA
25 EA
15,000 EA 1,700 EA
3 EA
• Project Name: Ship Building Process Management System
• 3D Models in Service
97

98. 실제 사례: 조선업
98

99. 실제 사례: 조선업
99

100. 실제 사례: 조선업
100

101. 실제 사례: 서울시 자율주행차 관제시스템
101

102. • 프로젝트: 3차원 기반 세종기지 시설물 관리시스템
실제 사례: BIM 기반 시설물 관리시스템
102

103. 실제 사례: 일본 AIST
103

104. 23
실제 사례: 점군(Point Cloud) 가시화

105. 실제 사례: 바람길 표시
105

106. 실제 사례: 바람길 표시
106

107. 실제 사례: 바람장 표시
107

108. 실제 사례: 전철 노선 및 전철역

109. 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> 109
National Digital Twin

110. 110
시사점
• 목적에 맞는 정확도와 정밀도 데이터 구축 및 활용 필요
• CAD/BIM/GIS 같은 데이터 뿐만 아니라 Point Cloud, Mesh, Geo-Media 같이 새롭게 등장하는
다종다기한 센서, 데이터의 통합 필요
• 디지털 트윈이 만병통치약이 아님
• 상호운용성 확보를 위한 표준이 매우 중요 – 포맷이나 최소한 인터페이스 표준
• 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

111. 111
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.”

112. 감사합니다.
33
신상희 shshin@gaia3d.com