사물인터넷 기술을 활용한 여름철 도로 가로공간의 실시간 온도지도 서비스 구현

Ⅰ. 서 론

가로[街路, street]는 사전적 의미에서 시가지(市街地)의 도로(道路)를 지칭하며, 일반적(一般的)으로 교통(交通)안전을 위(爲)하여 차도(車道)와 보도(步道)로 구분(區分)되어 있으며, 가도(街道), 거리, 길이라고 한다.

어원적 측면에서 가로는 포장된(to pave) 이란 의미의 라틴어 “stemeve”에서 유래하였으며 한계가 정해진 표면 즉, 양측에 줄지어 있는 건물들의 확장된 구역에 의해서 특징 지워진 도시 구조의 한 부분을 나타낸다. 즉, 도로 면과 그 도로의 양옆에 열 지어 서 있는 건축물의 입면이 형성하는 3차원적인 공간을 의미한다.

가로공간은 차도와 보행자를 위한 보도로 구성되며 보행자나 때로는 차량이 접근하게 되는 건물의 정면과 맞닿은 배치의 형태라고 정의된다[1].

가로공간의 기능은 가로공간의 기능은 크게 교통기능과 공간기능으로 구분할 수 있다. 즉, 동적 기능과 선적기능으로써의 교통 측면과 정적이며 면적 점적 기능으로써의 공간 측면이다. 교통기능은 통과 적 기능 접근기능 교통 전환 기능 주정차기능으로 구체화 되며 공간기능은 생활 환경기능으로써 가로 활동 기능 연도건 물과의 교류 기능 환경, 도시방재 기능 등이 있으며 공급 처리기능으로써 에너지 정보 상수 등의 공급기능과 폐기물 등의 처리기능으로 세분된다[2].

가로공간에 있어서 환경기능은 도시 복지 및 녹지 정책에 있어서 매우 중요한 요소이며, 기후 변화 등 도시기후 측면에서도 많은 연구가 진행되고 있다. 이 중 도시 열섬 현상 등 도심지의 기온과 가로수 자원과의 연관성은 도시 환경연구에 있어서 핵심 요소로 대두되고 있다[4]. 특히, 여름철의 경우 고온다습한 날씨가 지속되는 경우 도시의 가로공간은 휴양 및 보건 측면에서 주요한 도시공간임으로, 이에 대한 공간적 관리는 필수적이다. 또한 가로공간의 특성상 가로수와 건물 배치 혹은 식물 생육 상태에 따서 특정 공간의 온도 차이가 발생함으로, 이를 도시환경 관리 측면에서 관리하여야 한다. 도시의 가로공간에서 자동차 사용이 많고, 건물의 냉방으로 인해 도시기후 환경적 측면에서는 고온 일 수밖에 없으며 도로포장의 특성으로 인하여 다른 용도의 도시지역보다 열관리가 필요하다.

도로 가로공간에 대해 효율적 열관리를 위하여 공간적인 열 분포를 파악하는 것이 필요로 하며, 이에 대한 대안으로 도시 가로공간에 대한 열 분포를 도면화 작업이 필요하다.

최근 IoT 기술의 발전으로 인해 환경정보 측정을 위한 여러 가지 측정 도구의 개발이 이루어지고 있고 도시 공간에서의 온도측정 등 도시 공간에 대한 환경의 질 측정에 있어서 공간정보와의 융합이 활발히 진행되고 있으며, 측정된 정보를 인터넷을 통하여 위치정보와 연계하여 공간 데이터에 실시간 반영하는 기술들이 시장에서 주목받고 있다. 최근에는 자율주행, 드론 등 정밀하고 신속한 공간정보 측정이 가능하여 기존의 환경이나 기후 관련 공간정보 갱신주기보다 빠르고 정밀한 공간정보의 구축이 요구되고 있다.

본 연구의 목적은 도로의 가로공간에 실시간으로 계측되는 온도를 도로 데이터와 융합하여 실시간 도면화하고 이를 웹 서비스로 제공하는 실험 시스템을 구축함으로써, 도시민들의 휴게공간 및 도시환경 자원을 관리하는 데 있어 효용성을 높일 수 있도록 하고자 한다. 이와 같은 기술 발전상과 사회적 요구에 대응하여 IoT 기술을 이용하여 시스템을 구축하고, 실험 대상 지역의 기온을 공간적으로 분석함으로써, 도시환경 구간에 대한 효용성 있는 정보를 제공하고자 한다.

Ⅱ. 관련 동향

도로 공간의 복합적 기능은 도로의 통행 기능과 공간기능 중 후자에 해당한다. 통행 기능은 자동차를 비롯한 교통수단이 주행하는 이동기능과 특정 토지, 건물 등으로 옮겨가는 접근기능으로 나뉜다. 이동기능은 자동차, 자전거, 보행자의 통행 서비스를 의미하고 도로 교통의 안전 확보, 시간과 거리의 단축, 교통혼잡의 완화와 교통비용의 저감을 위한 제반 시설 확충계획을 의미한다. 주로 도로계획과 건설은 이러한 이동기능을 중시해 왔다. 한편 접근기능은 도로 옆의 토지, 건물, 시설물로의 출입 서비스를 의미한다. 지역개발에서의 기반 시설 확충, 생활 기반의 정비 효과를 가져오고 토지이용을 촉진하게 된다. 도로의 공간기능은 공공 공익시설의 수용 공간, 양호한 주거환경 형성, 도시방재 기능의 강화로 구분할 수 있다. 공공시설의 수용은 전기, 전화, 가스, 상하수도, 지하철 등을 도로 상∙하 공간에 설치하는 것이다. 양호한 주거환경은 간선도로가 도시의 골격을 이루고, 녹화, 통풍, 채광 등의 주거환경을 만드는 요소다. 도시방재 기능은 피난로, 소방 활동, 연소 방지를 도모하고 있다. 이처럼 통행수단의 이동과 접근 이외에 도로 자체가 공간적으로 제공하는 서비스를 공간기능이라 할 수 있다.

최근 도로의 공간기능을 강화하여 지역주민과 도로 이용자의 편의성 및 삶의 질 향상을 위한 다양한 활용방안이 적극적으로 검토되고 있다. 즉 기존의 도로 시설에서 공간기능을 중심으로 재활용, 재배치 또는 재배분함으로써 통행 기능을 확보하되, 사람들의 일상적인 도시서비스를 강화하는 전략을 추진하고 있다.

일본의 예를 들면 그림 1과 같이 자동차 주행 공간, 전자 통행요금 지불시스템(ETC), 차량 주행 정보 시스템(VICS) 등 통행 기능 개선 이외에 공간기능 강화를 고려하고 있다. 이는 기존 도로의 평면적인 재배치를 통하여 이용자의 편의성을 향상하는 것이다. 여기에 고려되는 공간기능의 예는 생활도로 구역, 자전거 주행 공간, 도시녹화를 위한 녹음 도로, 보도 옆의 시냇물, 오픈 카페 등이다. 이를 “공공(公共)시설인 도로의 다양한 기능의 복권(復權)”으로 표현하기도 한다.

Fig. 1.

Various spatial functions of Japanese roads

“도로 공간의 복합적 기능”이란 도로가 갖는 본래의 통행 기능 이외에 사람의 통행, 문화∙교류의 장소, 자전거도로, 일상생활의 터전 등과 같은 다양한 공간기능을 의미한다. 기존 도로의 평면적인 공간에 대하여 일정의 통행 기능을 확보하되, 인간과 환경을 중시하는 공간기능을 재배치, 재배분하는 개념으로 도로의 상∙하 공간에 입체적인 건축, 토지이용계획 등)과는 차별화된다. 공간적 범위는 도시 내 도로에 대한 차도, 보도 그리고 보도에 인접한 건물 일부(민간 사유지 포함)를 대상으로 한다. 이처럼 도로 공간의 복합적 기능은 지역주민과 이용자의 일상생활 편의성을 높이기 위해 활성화할 필요가 있다.

우리나라에서 도로 공간을 활용하는 것은 도로 법 등에서 엄격히 제한됐다. 도로의 점용은 노점, 지하상가, 도로에서 연접 토지와 건물로의 출입 접근 등으로 이는 점용허가를 얻어야 한다. 도로의 상∙하 공간에서의 토지이용이 허용된 것은 입체 도로 제도로써 1999년 도로법에서 도입하였다. 이는 도시 내 간선도로 확충을 위하여 용지비 부담을 경감하고 종전 토지를 보다 효율적으로 활용하는 근거를 마련하였다. 토지의 상∙하 공간 일정 범위에 대해 도로구역을 입체적으로 결정하고 그 이외의 공간에서 건축할 수 있다. 최근 도시재생사업의 입체적 개발방안이 이를 이용한 것으로 볼 수 있다.

2000년대 초반부터 대중교통, 보행환경 개 선, 거주자 우선 주차장 제도 등 대중교통과 보행환경을 우선하는 사업을 서울특별시 등에서 추진하고 있다. 도시 내 과도한 승용차 이용 제한과 도시 환경영향 저감을 위한 대중교통(버스) 전용차로, 차 없는 거리와 자전거도로, 보행자 전용도로와 걷고 싶은 거리 만들기 등이다. 최근 우리나라 도로 공간은 과거 자동차 위주의 도로에서 사람 중심으로 보행환경 개선을 위해 탈바꿈하고 있다.

해외의 경우 도로 교통의 안전 강화, 지속 가능한 교통(environmentally sustainable transport), 교통약자에 대한 장애 없는 도로시설물 관리, 도시재생 전략 등을 중점적으로 추진하고 있다. 먼저 교통 정온화 기법(traffic calming)은 주거지역에서 안전한 통행 확보를 중심으로 차량 통행속도 제한(험프), 도로 폭원의 축소(초커), 도로 굴곡(시케인), 회전교차로(라운드 어바우트), 차도와 보행로의 포장 색깔 구분 등이다.

그림 2와 같이 스마트 성장은 도시의 무질서한 평면적 확산에 대응하고 기존 도시관리 전략의 기법으로 걷기 편리한 커뮤니티 조성, 교통수단 선택의 다양성(승용차에서 대중교통, 자전거와 보행의 녹색교통 등) 등을 주요 정책목표로 설정하고 있다. 한편 지속 가능한 교통의 궁극적 목표인 승용자동차 이용 저감, 환경에 양호한 대중교통수단 이용 촉진 등은 기존 도로 공간의 재배분을 요구하고 있다.

Fig. 2.

America's Smart Growth

지속 가능한 교통에서는 도심 상업지구로의 자동차 진입을 억제하고 도로를 보행자 전용공간으로 재배분하고 있다. 승용차 위주에서 노면전차, 버스 등 대중교통수단을 배치하는 대중교통 중심 지구(transit mall)를 적극적으로 시행하고 있으며, 대중교통과 보행환경 개선사업 그리고 가로 디자인을 정착시키기 위해 비정부 기구인 민간부문의 참여가 활발한 실정이다.

해외 도로 공간기능의 사례를 통하여 우리나라 도로 공간기능 활성화를 위한 시사점은 먼저 대중교통, 보행환경 개선 이외에 지역주민과 통행자를 우선하는 고려 요소를 설정할 필요가 있다. 아름다움은 도시미관, 경관개선과 연계하여 품격 높은 도시환경 특히 도시 주만이 선호하는 전원형의 도로 공간을 구축하여 일상생활에서 쉽게 접하도록 하는 것이다. 도시녹화의 경우 우리나라 공원 면적이 상대적으로 부족하므로 도시 이미지와 환경친화적인 경관 형성을 위하여 가장 쉽게 접근할 수 있다.

고령자 등 교통약자, 정보화시대의 첨단기술 수용 등은 우선으로 추진할 필요가 있다. 살고 싶은 도시 만들기, 지속 가능한 교통, 도시 재생기법 등 현재 추진 중인 사업과 연계하여 기존 도로 시설의 가치를 재창출할 필요가 있다. 이 과정에서 추가적인 비용을 들이지 않고, 기존 시설의 리모델링 또는 재배치 관점에서 접근이 필요하다. 궁극적으로 지역주민과 이용자의 의견과 선호하는 기능을 수행 주체와 합의를 통하여 설정하고 세부 시행 과정에서 상호 협력함으로써 지역별로 독특한 문화와 만남의 장소가 형성되어야 할 것이다.

이를 위하여 국가와 지방은 사례지역별로 독창적이고 적극적으로 제도를 활성화해야 할 것이다. 도로 공간의 복합적 기능은 도로, 도시계획, 도시설계 등 관련 계획이 공통된 목표, 즉 삶의 질 향상과 주민 편의성을 증진하기 위해 동시에 추진되어야 할 것이다.

최근 유비쿼터스 컴퓨팅 기술과 무선망 기술 등을 기반으로 하는 ICT 기술은 도시의 패러다임을 한층 더 고도화된 유비쿼터스 도시(사회)로 전환 시키는 역사적인 동인이 될 것으로 전망하고 있다.

U-Street는 유비쿼터스(ubiquitous)와 가로 (Street)의 합성어로 도시 공간 중 ‘길’, 즉 ‘거리’에 Digital Computing 등 IT 첨단 기술력이 적용된 서비스를 제공하는 가로이다. 법령에 따른 U-Street의 정의를 종합해 보면 “공공시설의 가로공간에서의 다양한 유비쿼터스 기술을 적용하여 쾌적한 거리를 제공하고 유비쿼터스 기술을 체험하는 공간 시설로 보행자가 안전하고 쾌적한 거리 이동을 위한 장소”로 정의된다.

U-Street는 도시 내 정보를 수집하고 도시민을 위한 서비스 콘텐츠 계획 또한 시설물과 함께 기술 수준을 반영할 수 있도록 단계별 계획이 필요하며 지속적인 수요를 반영할 수 있도록 콘텐츠 업그레이드가 필요하다. 이는 시설물의 관리 및 운영을 담당하는 통합운영센터의 기능과 통합한 계획으로 공공과 특화 서비스로 구분하여 필수적인 도시서비스와 특화된 도시서비스가 제공될 수 있는 계획이 필요하다.

유비쿼터스 가로환경은 지속성을 지니고 있다. 개발계획과 시설물, 서비스 콘텐츠 계획이 통합적으로 이루어져 지역적 특성을 고려한 지속적인 시스템적 관리가 필요하다. 이를 위해서는 가로 내 조성되는 가로환경시설물, 서비스 콘텐츠를 도시통합운영센터에서 통합적으로 관리하여 시대적 변화에 따른 업그레이드와 유지관리에 통합적 운영이 되어야 한다. 또한 도시의 기반 시설을 활용하여 기존 기반 시설의 기능 업그레이드와 함께 변하지 않는 도시의 인프라가 되고 있다.

Ⅲ. 실험방법

3-1 실험 대상지 선정

본 연구 실험 대상지는 그림 3과 같이 강서구 일대 도로를 기준으로 가양동 일대의 특정 도로 구간을 약 10km 구간을 나누어 실험하였다.

Fig. 3.

Research Area (Seoul Gangseo-gu)

가양동 일대는 한강 유역 근처로 비교적 교통량이 많고 주간선도로가 골고루 배치되어있는 지역이다.

3-2 실험 환경

사물인터넷 기술을 활용한 여름철 도로 가로공간의 실시간 온도지도 서비스 구현 실험을 위해서는 실험 환경구축이 필요하다. 실험 환경구축을 위한 테스트 구성도와 테스트 장비 환경은 아래 그림 4, 표 1과 같다.

Fig. 4.

Test configuration

Table 1.

Test equipment

3-3 실험 방법

데이터 측정 시기는 2021년 07월01일 ~ 2021년 07월10일 기준으로 PM 1시 ~ PM 6시까지 이동체에 측정 도구를 부착하여 자동으로 데이터 수집하여 수집된 정보를 도로 구간에 자동으로 실시간 반영하여 도면화한다. 이를 서비스로 구성하기 위하여 도로 구간정보는 새 주소 레이어 중 하나인 도로 중심선 레이어를 활용한다.

도로 중심선 레이어의 역할은 도로 관측구간에 대한 정보를 제공함과 동시에 도로에서 관측되는 지점 정보에 대한 정보의 무결성을 확보하는 역할을 한다. 도로 레이어가 활용됨으로써 관측정보가 생산하는 위치정보의 오류를 판단하는 근거가 되며, 이를 통하여 관측 위치정보의 신뢰성 확보가 가능하다.

본 실험에서는 원활한 데이터 수집이 중요한 요인으로 작용함으로, 전송되는 위치 데이터를 PostgreSQL 데이터베이스로 변환한다. 데이터베이스로 변환하는 이유로 실시간으로 데이터를 갱신할 때 데이터베이스를 기반으로 할 때 다중 업데이트가 쉬우며, 데이터의 다중 사용자에 대한 서비스가 비교적 원활하게 구성할 수 있다.

데이터베이스를 활용하기 위하여 서버용 PC가 필요로 하며 실험용 서버용 PC 안에 PostgreSQL을 설치한 후 POST GIS를 설치한다. POST GIS는 PostgreSQL에서 공간정보를 데이터베이스 안에서 활용하기 위한 확장 프로그램이다. POST GIS는 공간정보를 RDBMS 상에서 구현하기 위한 용도로 사용하며 세부 기능으로 SHP 파일을 데이터베이스 상에서 변환하는 기능과 위치를 기반으로 하는 데이터 검색 및 저장, 수정, 삭제 기능을 제공한다. 본 연구에서는 POST GIS를 사용하여 새 주소 도로명 SHP 파일을 PostgreSQL의 테이블 구조로 변환하며 SHP 파일의 속성과 공간정보가 하나의 테이블 형태로 구성된다. 그리고 측정 도구에서 생성되는 측정 위치와 측정 온도정보를 실시간으로 저장하고 업데이트하는 역할을 한다. 위의 S/W를 통하여 서버용 PC에 공간정보 형태로 도면화가 가능해진다.

본 실험에서의 측정 도구는 라즈베리 파이를 활용하여 온도센서를 추가하여 구성한다. 라즈베리 파이는 영국의 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 재단에서 만든 초소형인 동시에 저가 교육용 컴퓨터이다[7]. 라즈베리 파이에는 기본적으로 인터넷 통신이 쉬우며, 초소형 PC인 까닭에 제작 활용이 손쉽다. 또한, 라즈베리 파이에는 센서 등 여러 가지 IoT 관련 장비와 쉽게 연동할 수 있어 응용범위가 점점 넓어지고 있다. 최근에는 라즈베리 파이에 여러 가지 계측 센서와의 연동을 통하여 그 활용도가 높아지고 있다. 라즈베리 파이에 장착되는 온도센서는 비교적 정교한 MCP 9808 디지털 온도센서를 연동하여 구성한다.

이외에 측정한 위치정보를 계측하기 위하여 GPS 로그를 활용하여 위치정보를 취득한다.

Fig. 5.

temperature measurement tool using raspberry pi

라즈베리 파이에는 인터넷 접속 모뎀이 기기 안에 내장되어 있어, 인터넷을 통한 센서 정보를 송수신하는 것이 쉽다. 본 연구에서는 이를 적극적으로 활용하여 취득되는 위치정보와 온도정보를 인터넷을 통하여 서버에 전달하게 되며, 이 과정에서 데이터를 송신하고 수신하는 역할을 하는 기능을 Python 언어를 통해 구현한다. 또한, 인터넷을 통하여 송수신되는 데이터를 실시간으로 지도화하기 위하여 웹 서버와 클라이언트 프로그램을 구현하였다. 서비스의 안정성 및 활용성을 고려하기 위하여 오픈소스 기반의 GIS 소프트웨어를 활용하였다.

웹 GIS 서버는 Geo-Server를 활용하며 클라이언트는 Open Layer를 활용하여 데이터 시각화에 도입하였으며, 사용자는 웹 브라우저를 통하여 온도정보 시각화가 가능하게 된다.

Ⅳ. 실험 및 적용

4-1 서비스 설계 및 구현

도심지 가로공간의 온도정보를 송수신하여 시각화하기 위해서는 웹 서비스를 개발해야 하며, 이 웹 서비스는 송수신을 위한 API를 개발해야 한다. 송수신 과정에서 위치정보와 속성정보를 동시에 전송하기 위하여 데이터 포맷을 별도로 구성하기보다는 위치정보와 속성정보를 통합해서 구성할 수 있도록 구현한다.

Table 2.

Structure of GeoJSON

Fig. 6.

System Configuration and Data Collection

웹 서비스 기능은 라즈베리 파이로 구성된 IoT 장비에서 수집된 정보를 데이터베이스로 전송하는 부분, 수신된 정보를 데이터베이스로 반영하는 부분, 데이터베이스의 정보를 시각화하는 부분으로 구성한다.

전반적으로, 서비스에 대한 효율적인 구현을 위하여 공통프로토콜을 구성하며, 공통프로토콜은 서비스 기능 간의 데이터와 서비스 기능에 대한 무결성을 확보한다. 이는 웹 서비스 기능 간의 표준적인 데이터 교환 과정을 정의한다.

이 API 데이터 형식은 GeoJSON 형식으로 구성한다. GeoJSON 포맷은 위치정보를 갖는 점을 기반으로 체계적으로 지형을 표현하기 위해 설계된 개방형 공개 표준 형식이다. (rfc4736,1986) 이것은 JSON인 자바스크립트 오브젝트 노테이션(Object Notation)을 사용하는 파일 포맷 혹은 웹 문서 포맷의 형태를 가지는 데이터이다. GeoJSON 포맷의 데이터는 데이터의 용량이 비교적 경량형으로 구성되며, 데이터를 해석하고 읽어드리기가 쉬워서 웹을 기반으로 하는 지리정보 서비스를 구성한다.

GeoJSON 형식으로 전송되는 위치정보와 온도정보를 웹 서버에 내장한 Python 웹 서비스는 데이터베이스의 테이블에 저장될 수 있도록 데이터를 해석하여 저장할 수 있는 구조로 변환하여 저장하는 기능을 한다. 저장된 공간정보는 웹 클라이언트를 통하여 요청하는 도로 가로공간의 온도정보를 공간적으로 표시할 수 있게 된다. 도로 가로공간에 있어서 온도별로 색상을 달리 표시하기 위하여 SLD(Styled Layer Descriptor)를 활용하였다. SLD는 지도 시각화에 해당하는 설정을 정의하는 파일로써 XML(Extensible Markup Language) 형태의 파일구조를 가진다. SLD 파일은 GIS 서비스를 하기 위하여, Geo-Server에 탑재하여 저장된 공간정보의 레이어 컬러, 심볼 등의 설정 정보를 제공한다. 실제 측정된 정보를 시각화하기 위하여 웹 지리정보 서버에서 제공하는 방식은 WMS(Web Mapping Service)와 WFS(Web Feature Service) 두 가지가 있다.

이 두 가지 방식은 OGC(Open Geospatial Consortium)에서 제안하는 인터넷 지리정보 서비스 표준으로 인터넷을 기반으로 한 대부분의 지리정보 S/W들이 필수적으로 채택하고 있는 방식이다. WMS의 경우는 지도 서버로의 공간 데이터 요청을 PNG 나 JPEG 형태의 이미지 파일로 변환하여 서비스하는 방식이다. WFS는 WMS와는 달리 데이터의 요청에 대하여 XML이나 JSON 형태로 데이터를 제공하는 방식으로 제공한다.

본 연구에서는 데이터의 갱신이 자주 이루어지고 반영 부분에 대하여 실시간으로 데이터를 처리해야 해서 PNG 나 JPEG 형태의 이미지 처리 방식보다 JSON이나 XML 형태의 텍스트 파일 지리정보서비스인 WFS 서비스가 더 적정하다.

이에, 도로 가로공간에 대한 온도정보표시는 WFS 서비스를 활용하여 구성하였으며, Geo-server를 통하여 WFS 서비스를 구성하였다. 측정 도구에서 전송되는 데이터 포맷이 GeoJSON 이므로 별도의 변환 과정 없이 데이터를 서비스 함으로써 데이터와 시스템의 신뢰도를 높일 수 있었다.

4-2 도로 가로공간 온도지도 적용 결과

실시간으로 계측된 결과를 도면화하기 위하여 IoT 장비와 웹 서버를 통하여 시스템을 구현하였으며, 실측된 구간에서 계측한 위치정보와 온도정보는 1분 단위로 데이터에 저장하였다. 계측과 동시에 전송하는 방안도 고려하였으나, 서버의 부하를 고려하여 전송시간에 간격을 두었다. 도로 라인을 따라 움직이며 측정된 궤적 정보를 실시간으로 웹 서버에 업데이트한 결과를 색상으로 분류하여 나타냈다. 도로 라인에서 궤적을 벗어나는 데이터는 도로 구간에 버퍼링을 100M로 두어 반경에서 벗어나지 않는 데이터를 정상적으로 서버에 전송하였다.

반경에서 벗어나는 데이터가 측정에서 나타나지는 않았으나, 관측이 장시간 진행되는 경우 측정 도구의 과열 및 오류로 인한 측정 온도 데이터가 전체 관측된 170,000개 중 극히 미미한 수준인 3% 수준으로 나타났으며 오류 사례 들은 표 3과 같다.

Table 3.

Example Error

웹 서버로 전송되는 결괏값이 현재의 경향성과 큰 차이를 보이는 경우를 대비하여 통계적으로 이상치를 검출하는 로직을 구현하였다. 서버에서 요청이 오는 데이터를 데이터베이스에 적재한 후 데이터베이스를 검색하여 이상치를 추출하는 방식으로 데이터의 적정성을 확보하였다.

통계적 이상치(outlier)란 일부 자룟값이 대다수의 다른 표본에 비해 매우 크거나 작은 극단적인 값(extreme observation)을 갖는 것을 말한다[3].

이상치를 구하는 통계적 방안은 여러 가지 방안이 존재하며, 본 연구에서는 데이터의 사분위 수를 이용하여 이상치를 제거하는 방식을 취한다. 이상치를 제거하는 부분에 있어서 오류 개수가 전체 관측 데이터에서 2% 미만의 적은 관측 수준임으로 이상치를 제거하는 방식 중에서 가장 간략히 구현할 수 있는 사분위 수 방안을 채택하였다.

이상치가 제거된 상태의 데이터는 데이터베이스 테이블에 자동으로 온도 속성에 업데이트하였다. 업데이트된 속성값을 기준으로 하여 평균 섭씨 19~23℃ 정도로 측정되었다.

이 차이의 원인은 건물 배치에 따른 그림자 형성, 수계와의 인접성과 같은 지형적 특성 요인으로 가로수 배치 및 식재 정도 차이에 따른 도시 열 차폐 효과와 관련이 깊은 식생 요인이 영향을 끼치는 것으로 해석된다[4]. 실제 측정 시 도로가 개방되어 있고 건물과 가로공간의 차폐 효과를 누릴 수 없는 대로변 지역은 상대적으로 온도가 높게 나타나며 강변 인접 지역이나 고층 건물과 가로수가 많이 우거져 음영이 발생하는 지역은 온도가 비교적 낮게 나타난다.

실제 측정한 결과도 이와 같은 내용을 반영하고 있으며, 이를 도면화하였을 때 좀 더 명확하게 규명이 된다.

그림 7과 같이 실시간으로 측정된 결과를 도면으로 도식화하였을 때 앞서 측정 결과대로 공간적 온도가 낮은 구간과 높은 구간이 지형적 요인과 자연 환경적 요인에 따라 달라짐을 알 수 있다.

Fig. 7.

Visualization of Temperature Conditions by Roadway Street Space

관측 시간을 기준으로 지도는 관측지점을 따라 자동으로 1분 간격으로 갱신되면서 도시 가로공간의 열 환경과 온도가 모니터링 가능하였으며, 서버 점검을 위한 정지 이외에 비정상적인 정지는 이루어지지 않았다. 한편 시각화 측면에서 보았을 때 데이터를 색상으로 구분하여 나타냄으로써 사용자에게 명시적으로 도로 구간별 실시간 기후정보 제공이 가능하다.

시각화 시 Geo-Server의 SLD를 통하여 기온 속성의 최대/최솟값을 기준으로 시원한 지역, 중간지역, 더운 지역으로 시각화하였다. 사용자는 이를 통하여 여름철의 특정 도로 구간에 온도정보와 함께 휴식 및 도보 구간에 대한 정보 판독이 가능하다.

Ⅴ. 결 론

도시 가로공간은 주요한 도로 교통 시설물인 동시에 도시의 휴양 자원이다. 도로 구간에서 기후 및 열을 효율적으로 관리하기 위하여 공간 데이터화가 필요하며, 도시 열과 온도를 계측된 결과를 실시간 반영하는 기술이 필요로 한다.

실시간 계측 및 데이터 결과 반영에 대한 방안으로 IoT 장비와 GIS를 연동하여 실시간으로 도면화하는 실험을 하였다. 이 실험을 위하여 강서구의 가양동 일대 도로 구간을 대상 지역으로 정하고 계측된 온도정보를 반영할 수 있도록 IoT H/W와 웹 서비스를 구현하였다. IoT 장비를 통하여 실시간으로 온도와 계측된 위치를 반영하기 위한 웹 서비스를 구현하여 도로 구간 온도를 공간상으로 표현하였다.

이를 실제 서비스로 개방한다면 도시 및 교통정책 측면과 도시민 및 운전자 등의 여름 쉼터 제공 등 휴양 적 측면에서 중요한 데이터로서의 활용할 수 있다.

도시 및 교통 측면에서는 도로 구간 및 가로공간에서 발생한 열을 모니터링함으로써, 교통량 관리 및 도시 가로수 확충 등 환경방제 사업에 있어, 의사결정 도구로 활용할 수 있다[5]. 휴양 적 측면에서는 기후 변화로 인하여 여름철 무더위가 더욱더 심화하는 시점에서 도시 가로공간은 교통시설임과 동시에 주요한 도시 휴양 자원이다. 무더운 여름철 비교적 시원한 공간을 제공함으로써 운전자들과 도시민들에게 쾌적한 휴식 공간 제공이 가능하다[6]. 또한, 이와 같은 서비스의 활용을 통하여 도로 및 교통 시설물 배치 및 확충에 있어서 최적화할 수 있는 배치를 지원할 수 있으며, 휴양 적 측면에서도 도시민들에게 잠재적인 휴식 공간을 제공하는 역할이 가능하다.

본 연구의 한계점은 제한된 지역에서 서비스를 구축하였으므로, 대상지를 넓혔을 때 정상적인 계측 여부를 실험해야 할 필요성이 있으며, 여러 제약 사항으로 인하여 이동체에서 테스트하였으나, 좀 더 많은 센서를 실제 실험 공간에 고정된 위치에서 지속해서 계측하는 실험을 하여야 한다.

앞으로는 온도정보 이외에 습도, 기압, 풍속 등을 전반적으로 계측하고 빅데이터 분석 방법을 적용하여 계절 변화에 따른 도시 가로공간의 전반적인 환경을 체크 할 수 있도록 연구를 진행하여야 한다.

References

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