디지털 트윈(Digital Twin)이란? 정의/응용 분야/국내외 사례/전망

4차 산업 혁명 시대, 스마트시티를 이끄는 디지털 트윈 기술

오늘은 도시 환경 계획 분야에서 새로운 트렌드로 주목받고 있는 '디지털 트윈'에 대해 알아보자. 일단 이름부터 생소한데, 어떠한 의미인지, 그리고 구체적으로 어떻게 응용될 수 있고, 미래 전망이 어떠한지 간단히 소개하겠다.

1. 정의

디지털 트윈이란, "제품, 기계 또는 전체 프로세스의 완전한 디지털 컴퓨터 기반 복제본"을 의미한다(Michael Grieves, 2002). 먼저 실제로 존재하는 물리적 자산을 온라인 가상 환경으로 동일하게 구현한다. 가상 환경은 단순히 겉모습만 유사한 것이 아니라 물리적 자산과 동일한 수치, 위치 정보를 갖고 있고 2D가 아닌 3D 실사로 구현된다. 물리적 자산에서 실시간으로 데이터를 전송하여 가상 환경에서도 실제 환경에서의 데이터를 계속 받는다. 정말 말 그대로 현실 세계의 Digital Twin을 만드는 것이다.

*디지털 트윈을 구성하는 기술 요소 : IoT(사물인터넷), 센서, 빅데이터, AI, 클라우드, 식별자, 제어, 신호, 3D 공간 시각화 등 (접목 분야/서비스에 따라 기술 요소는 달라질 수 있음)

2. 디지털 트윈 기술이 주목 받는 이유? 

디지털 트윈 기술의 장점은 다음과 같다.

• 사용자가 실시간 데이터를 기반으로 자산, 제품, 시스템 및 프로세스에 대한 변화와 영향을 사전에 시뮬레이션하고 테스트할 수 있는 안전한 가상 환경 제공 -> 제품/서비스 분석, 도시환경 분석, 연구자들의 테스트 베드 가능
• 문제를 사전에 예측, 식별, 조기 개입할 수 있음 -> 비용 절감
• 다양한 시나리오에 대한 시뮬레이션을 통해 문제 발생 전에 실수를 예방할 수 있음 -> 능동적 미래 대처

예를 들어, 도시 계획을 00 00 하게 했을 때 바람길이 어떻게 변할지, 집중호우 시 홍수 수위가 어떻게 될지 현실에서 직접 테스트할 수 없다. 그런데 만약 3D 가상공간 모델링을 통해 실제 도시와 똑같은 건물, 교통, 지형, 수목 등의 데이터를 기반으로 가상공간을 만든다면? 안전한 테스트를 통해 사전에 재해를 예방하고, 과학적이고 효과적인 정책 의사결정을 할 수 있다. 또한, 앞으로 어떻게 변화할지 3D로 시각화해서 보여주기 때문에 학계 연구자가 아닌 정책결정자, 실무자, 일반 시민들에게도 쉽게 정보를 이해시키고 전달할 수 있다.

바람길, 열섬현상, 산사태, 홍수 등을 디지털 트윈에서 시뮬레션하고 예방할 수 있다.

도시, 대형 공원, 도로 등을 개발할 때 미래 변화를 예측하고 시각화할 수 있다.

3. 응용 분야

• 제조업, 항공, 스마트시티 : 요즘 잘 활용되고 있는 분야
• 자율주행차, 건설, 재해 : 상대적으로 시작 단계인 분야

국내 대기업, 정보 통신 관련 공기업 등에서 제품 분석 및 평가, 기술 개선을 위해 많이 활용하고 있다.

4. 국내외 사례

4-1. 해외 사례

① 싱가포르

• Viritual Singapore를 통해 도시 내 모든 시설과 구조물을 3차원 디지털 트윈으로 구현
• 도시 전체의 3D 모델링과 시각화를 통해 다양한 도시 공간 현상 분석 -> 정책 추진과 의사 결정, 환경 분석, 연구자를 위한 테스트 베드, 공공 커뮤니티 협업

② 영국

• 국가 인프라위원회(British National Infrastructure Commission, NIC)에서 데이터 공유, 인프라 가치 및 사회적 편익 향상을 목표로 국가 디지털트윈(National Digital Twin)을 권고, 추진 중

이외에 MIT Media Lab, Cambridge Centre for Smart Infrastructure, The Centre for Advanced Spatial Analysis에서 디지털트윈과 관련된 공간 분석 및 시뮬레이션 방법론에 대해 활발하게 연구 중이다.

4-2. 국내 사례

① V-World: 공간정보산업진흥원이 운영하는 공간정보 오픈 플랫폼

• 타 공간정보 플랫폼과 다르게 영상지도, 행정경계, 배경지도 등의 2차원 공간정보 외에 3차원 공간정보도 제공
• V World 3D 세밀도: 객체 정밀도가 상이한 건축물과 교통시설 데이터, DEM 기반 정형 정보 제공

② 서울시: 3D 기반 Virtual Seoul 구축 사업 시행 중

Virtual Seoul이란?

• "서울을 3D 가상공간에 동일하게 구현하고, 도시계획, 도시환경, 도시안전과 관련된 변화를 사전에 예측하여 과학적인 정책 대응이 가능하도록 하는 첨단 시스템"
• 활용 분야: 도시계획, 기후환경, 건축설계, 재난 안전 등

5. 전망

2018년 Market Research Future의 세계 디지털트윈 시장 전망에 따르면 2016년 18억 달러 규모에서 2023년까지 약 157억 달러 규모로 연 평균 37%의 성장률을 예상했다. (최근 시장 전망은 못 찾았다)

 

*출처

1. 서기환, & 오창화. (2020). 가상국토 구현을 위한 디지털트윈 정책방향. 세종: 국토연구원.
2. 스마트서울 포털
3. 이인수. (2021). 디지털트윈에서 공간정보 역할에 관한 연구. 한국산학기술학회 논문지, 22(3), 268-278