분석과 IoT로 홍수를 예측 및 관리하는 스마트 도시

SAS, Microsoft와 협업하여 홍수로부터 시민을 보호하고, 환경친화적인 개발을 이끄는 캐리(Cary) 시

좋은 이웃, 최상급 학군, 풍부한 공원을 찾아 많은 이들이 노스캐롤라이나 주(州)의 소도시 캐리로 모여들고 있습니다. 지난 25년간 캐리의 인구는 3배 이상 증가하여 현재 17만 5천 명에 이릅니다. 이러한 거주 인구 유입은 신규 주택 건설, 쇼핑몰, 비즈니스, 엔터테인트먼트의 호황으로 이어지고 있습니다.

인구가 계속 증가함에 따라, 소도시의 매력을 지닌 이 스마트 시티에는 지역사회를 위해 최첨단 기술을 적극 사용하는 팀이 있습니다. 사물인터넷(IoT) 을 활용하여 홍수로부터 시민을 더 안전하게 보호하고, 신규 개발 프로젝트가 홍수를 유발하지 않도록 검토하고, 하천이 흐르는 지역 유역을 보호합니다.

캐리 시의 CIO 니콜 레이문도 코흘린(Nicole Raimundo Coughlin)은 “우리는 캐리 시가 모든 이가 살고, 일하고, 즐기고 싶어하는 곳이 되길 바랍니다.”라며 “스마트 시티와 IoT 기술은 지방 자치단체가 도시를 운영하는 방식의 미래를 주도할 것입니다. 아울러 캐리가 데이터를 도시 운영에 활용하는 혁신적인 커뮤니티의 일원이 되어 정말 기쁩니다."라고 말합니다.

사후 대응에서 사전 예측으로 변화

주차장, 보도, 건물 등 불침투성 지표면을 따라 흐르는 우수는 이 지역에서 중요한 역할을 합니다. 스마트 도시 및 IT 프로젝트 매니저인 테리 예이츠(Terry Yates)는 "캐리는 두 개의 강이 모이는 유역의 상부에 위치하고 있습니다. 따라서 우리 지역에 내리는 폭우는 다른 지역사회에도 영향을 줍니다. 이는 빗물을 처리하는 우수 계획이 우리 시는 물론, 인근 지역 시민들에게도 영향을 준다는 의미입니다."라고 말합니다.

전통적으로 홍수에 대한 캐리의 대응은 수동적이었으며 사후에 대응하는 방식이었습니다. IT 프로젝트 매니저인 예이츠는 "IoT 센서를 도입하기 전에는 시민들이 센서 역할을 대신했습니다. 하지만 지자체에서는 시민들이 신고하기 전에 어떤 일이 발생하는지 먼저 알고 있어야 합니다."라고 말합니다.

CIO인 레이문도 코흘린은 "폭풍이 몰아치는 동안, 강 수위나 수위 상승 속도에 대한 가시성이 없었습니다. 이런 역학 관계를 살펴볼 기술도 없었죠. 보통은 시민들에게서 홍수 발생을 알려주는 전화를 받았죠. 그리고 나서야 공공업체나 공공 안전 요원을 현장에 파견하여 비상 상황에 대처하기 위해 바리케이드를 치고, 도로를 폐쇄하고, 교통을 정리합니다."라고 덧붙였습니다.

그는 홍수 우발 지역의 경우 지역 사회를 보호할 더 강력한 방법이 있어야 한다는 것을 알고 있었습니다. "캐리 시는 혁신적인 도시 솔루션의 리더로 평가받고 있습니다. 우리는 스마트 기술과 데이터를 사용하여 도시 운영을 최적화하고 더 나은 삶을 위해 노력하고 있습니다. 지금이야말로 홍수 예측과 관리에 기술을 적용할 순간이라고 판단했습니다."

우리의 목표 중 하나는 분석 과 IoT로 강력한 상황 파악 능력을 갖추는 것이었습니다. 홍수 예측 솔루션을 적용하기 전에는 도시의 데이터가 여러 개의 다른 시스템에 흩어져 존재했습니다. 예이츠는 "명확한 정보를 얻을 수 없었기 때문에 여러 시스템을 오가며 수동으로 일일이 대응을 조정해야 했습니다. 자동화된 것은 아무것도 없었죠."라고 전합니다.

캐리 시에서는 데이터 사일로를 제거하여 부서 및 의사 결정자가 전에는 볼 수 없었던 방대한 정보에 대한 폭넓은 시야를 확보하고 싶었습니다.

"사후 대응에서 사전 예방, 그리고 궁극적으로는 예측으로 전환할 수 있는 확장 가능한 솔루션이 필요했습니다. 홍수 상황에서는 시간이 가장 중요합니다. 승용차가 물에 휩쓸리는 데는 1초도 걸리지 않죠. 홍수 예측 시스템은 지역사회의 안전에 중점을 두고 있습니다."라고 레이문도 코흘린은 말합니다.

최적의 솔루션을 탄생시킨 SAS와 Microsoft의 협업

캐리 시는 새로운 홍수 예측 솔루션을 계획하기 위해 SAS 와 Microsoft의 대표를 만났습니다. "기술 파트너들과 소통하며 보안, 프로세스, 통합, 데이터 캡처 등 필요한 모든 것을 파악하기 위해 정부 지자체 공간을 연구소로 이용했습니다. 이 대규모 협업은 함께 모든 것을 해결하며 서로가 성장하는 윈윈의 기회였으며, 이제껏 한 것 중에 최고의 결정이었습니다."라고 레이문도 코흘린은 말합니다.

이를 통해 캐리 시는 미래에 대한 확고한 비전을 얻었으며 Microsoft Azure IoT 기반의 SAS 홍수 예측 및 대응 솔루션을 구축했습니다.

예이츠는 "다양한 시스템에 흩어져 있는 데이터를 한곳에 통합하여 전체적인 뷰를 갖는다는 것은 대단한 일입니다. 원하는 정보를 찾기 위해 누군가에게 묻거나, 엑셀 스프레드시트를 뒤지거나, 여러 시스템을 오가며 복잡하게 찾지 않아도 됩니다. 모든 데이터를 한곳에 통합하고, 모든 것을 함께 살피고 분석하는 능력은 우리 시가 이룬 주목할 만한 성과입니다."라고 합니다.

이 솔루션은 타운의 클라우드 우선 전략에 기반한 것입니다. 예이츠 씨는 “클라우드를 사용하면 현장 근무 인력이 필요한 정보를 곧바로 얻을 수 있게 됩니다"라며, “또한 온프레미스 설치에서는 진행하기가 까다로웠던 아키텍처 변경 작업이 훨씬 빠르고 간편해집니다”라고 덧붙입니다.

라이문도 코글린 씨는 “SAS 및 Microsoft가 단순한 기술 공급업체이기보다 우리가 하는 일에 관심을 가진 진정한 파트너로서, 캐리 시가 추구하는 비전이 이 지역과 그 주변에 미치게 될 영향까지 이해하고 있기 때문에, 두 회사와 긴밀한 관계를 유지할 수 있어서 행운이라고 생각합니다”라며, “캐리 시에게 이는 드림팀입니다”라고 전합니다.

분석 및 IoT 실행

우수 담당 부서(Stormwater Division)는 SAS Analytics for IoT에 의지하는 주요 부서 중 하나입니다. 이 부서의 직원은 태양열로 작동하는 무선 센서가 측정한 수면의 깊이와 높이, 현재의 유수와 강우량에 관한 데이터를 받습니다. 센서에서 수집된 데이터는 클라우드에 업로드되고, 기상 데이터와 결합됩니다. 그런 후에 해당 부서는 데이터를 분석하고 공공사업, 공공 안전, IT 등 다른 부서와 정보를 공유합니다.

이 부서의 매니저인 맷 플린(Matt Flynn)은 "IoT 파일럿 프로젝트는 캐리 시내 월넛 크리크 워터셰드(Walnut Creek Watershed)에 적용되었습니다. 여러 곳에 우량계와 유수 센서를 설치하였으며, 이제는 모델링과 그 결과로 제시된 제안을 비교하며 실제 어떤 일이 발생하는지 파악할 수 있습니다."라고 말합니다.

캐리 시는 센서, Azure Maps Weather 예측 데이터, SAS SAS Event Stream Processing을 활용하여 하천 수위 상승에 대한 상황 판단력을 높이고, 홍수 발생 가능성이 높은 위치를 더 잘 예측하고, 한 단계 진화된 경고 전달, 자동화를 통한 비상 대응 개선 등을 이룰 것으로 기대하고 있습니다.

플린은 "우량계는 폭풍이 발생할 때 얼마나 변동성이 큰지 알려줍니다. 한 지역과 다른 지역을 비교하며 비가 얼마나 많이 오는지 파악할 수 있습니다. 스트림 센서는 물 흐름에 대한 정보를 제공하죠. 이러한 정보를 기반으로 사실을 확인한 다음에는 모델링으로 돌아가서, ‘이것이 원래 모델이 예측한 것인지 아니면, 또 다른 결과를 제공하는 새로운 정보가 있는지’ 등을 질문합니다."라고 설명합니다.

모델은 동적인 속성을 지니고 있습니다. 지속적으로 새로운 정보를 수신하여 현장에서 실제로 무슨 일이 발생하고 있는지, 그리고 그에 대한 개선 방법을 파악할 수 있게 합니다. 직원들은 집중적으로 살펴볼 특정 영역을 정확히 짚어낼 수도 있습니다.

캐리 시는 예측 분석을 통해 예전에 발생한 일과 그 이유를 학습하는 것에서 한발 더 나아가, 향후에 발생 가능한 홍수에 대비할 수 있는 인사이트도 얻고 있습니다. 직원은 데이터, 통계 알고리즘, 머신 러닝 기술을 활용하여 데이터를 기반으로 미래에 일어날 상황을 파악하여 사전에 경고를 보낼 수 있습니다.

그리고 SAS Visual Analytics는 지리적 상황을 고려한 분석을 위해 위치 데이터와 기존 데이터를 통합하여 인터랙티브 대시보드, 리포트, 비즈니스 인텔리전스, 분석을 제공합니다. 현장 근무자는 모바일 디바이스를 사용하여 ‘우수 IoT 대시보드’에 접근할 수 있습니다. 이처럼 사무실에 있지 않더라도 필요한 정보를 어디서나 쉽게 확인할 수 있습니다.

레이문도 코흘린은 "시각 정보는 쉽게 이해할 수 있기 때문에 특히 중요합니다. 데이터 과학자가 아닌 누구라도 결과를 이해할 수 있죠. 방대한 데이터를 파헤치는 노력이나 무언가를 찾을 필요가 없습니다. 실제 상태를 이미지로 바로 볼 수 있죠."라고 설명합니다.

캐리 시는 Microsoft Azure IoT Hub를 사용하여 센서 데이터를 가져오고, 이를 SAS Viya기반의 SAS 솔루션에 연결했습니다. 레이문도는 "그로 인해 시스템의 모든 데이터를 실시간으로 볼 수 있으며, 특정 센서를 더욱 안정적인 위치로 이동하는 등 조정이 필요한 부분도 알 수 있습니다. Azure IoT 플랫폼의 확장성은 우리 아키텍처에서 필수 구성 요소가 되었으며, SAS는 실시간 및 과거 데이터 모두에서 인사이트를 제공하는 업계 최고의 분석을 제공했습니다."라고 말합니다.

신뢰성이 높은 데이터 스트리밍으로 캐리 시는 홍수의 실제적인 영향을 보다 정확하게 예측할 수 있습니다. 다른 위치에서 다양한 양의 비가 내릴 경우 주택, 기업, 도로, 구조물 등이 영향을 받는 시점을 파악할 수 있습니다. 모델링을 통해 직원은 더 나은 실행을 준비하고 계획할 수 있습니다.

머신 러닝을 통한 유수 모니터링

캐리 시는 홍수 예측과 관리에서 인공 지능(AI) 의 역할을 탐색하는 초기 단계에 있지만, 직원들은 이미 몇 가지 가능성을 발견했습니다.

예이츠는 "현재 AI 사용의 초기 단계에 있으며, 이로 인해 적지 않은 발전을 이루고 있습니다. 머신 러닝 활용의 한 가지 예를 들자면 비가 내릴 때인데요. 센서가 상태 변화를 한 번 감지하고 나면 사람이 개입하지 않아도 데이터를 더 신속하게 전송하기 시작합니다."라고 말합니다.

AI는 센서에서 발생한 문제를 감지할 때도 중요한 역할을 합니다. "배터리 및 전력 수준을 모니터링하는 피드백 루프를 갖추고 있으며, 이 시스템 역시 지속적인 학습이 이루어지고 있습니다. 이상이 감지되면 작업 주문 관리 시스템에 데이터를 전송하여 담당자가 살펴보도록 할 수 있습니다. 이는 물의 흐름을 시각화하고, 실제로 무슨 일이 벌어지고 있는지 파악하는 능력을 갖추는 것이 중요한 이유를 보여주기도 합니다."라고 예이츠는 말합니다.

시민과 환경을 위한 더 나은 미래 설계

우수는 거주자, 건물, 도로에만 영향을 미치지 않습니다. 환경에도 심각한 결과를 가져올 수 있습니다. 하수도와 도랑으로 유입되는 우수는 잔해와 퇴적물, 박테리아, 화학물질과 함께 주변의 하천과 강, 호수로 흘러 들어갑니다. 그로 인해 수질이 나빠지고 수중 생태계에 악영향을 주게 됩니다.

플린은 "우수 관리는 공학과 비공학적인 면을 함께 고려해야 하는 분야입니다. 개발 결정을 할 때, 하류에 홍수를 일으키거나 악화시킬 수 있는 지역은 배제하고 수질 이슈가 없는 지역을 선택합니다."라고 설명합니다.

우수 담당 부서는 월넛 크리크에 적용한 프로젝트를 캐리 시 모든 유역으로 확대하여 실행할 예정입니다. 이 프로젝트의 다음 단계는 우량계와 유수 센서를 스위프트 크리크(Swift Creek)에 설치하는 것입니다. 플린은 "스위프트 크리크에서 또 다른 이야기가 펼쳐질 것입니다. 이곳에서 데이터가 어떤 정보를 보여줄지 기대가 됩니다."라고 말합니다.

캐리 시는 시민과 환경을 보살피는 데 큰 자부심을 갖고 있으며, 이제는 홍수 위험에서 시민과 환경을 모두 보호하는 더 나은 위치에 있습니다.

"SAS Analytics for IoT의 가장 큰 장점은 시의회가 지역사회의 더 큰 이익을 위한 의사 결정을 내릴 수 있도록 지원하고, 의사 결정의 논리를 투명하게 보여준다는 것입니다."라고 플린은 말합니다.

"데이터는 새로운 지역 및 사업을 개발할 때 특정 장소를 선택하거나 피하는 이유, 생태 통로를 조성하기 위해 특정 지역의 부동산을 구매한 이유 등을 확인하는 데 도움이 됩니다. 궁극적으로 SAS는 신뢰성을 제공하며, 이는 지방 정부에도 매우 유용합니다."

이웃의 행복을 배려하는 혁신

도시관리사무소 이사인 다나 위드마(Danna Widmar)는 시민에게 도움을 제공하는 다른 팀들과 함께 우수 담당 부서를 이끌고 있습니다. 이들 팀에서는 분석을 이용하여 도시에 긍정적인 영향을 주는 차별화된 실행을 검토하고, 재평가하고, 결정합니다. 분석은 또한 시민들에게 신뢰할 수 있는 정보를 제공하며, 시민은 정보에 기반하여 자신의 주택과 재산, 웰빙에 관한 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

위드마는 "우리 시가 대자연을 통제할 수는 없습니다. 하지만 현장에서 발생하는 위기 상황에서 시민을 돕기 위해, 할 수 있는 모든 것을 할 것입니다. 홍수는 불확실성을 만들고, 그 불확실성은 지역 시민이 감내해야 하는 무거운 짐이 됩니다. 그 무거운 짐을 해결하기 위해 우리가 존재합니다."라고 말합니다.

이 특별 프로젝트팀은 데이터 분석과 공감, 실행을 통합하여 홍수와 우수로 인해 시민들이 겪는 어려움을 파악하고자 노력합니다.

위드마는 이렇게 말합니다. "현장에서 동적 모델을 구축하고 IoT 기기를 사용하면, 실제로 무슨 일이 일어날지 더 확실히 예측할 수 있습니다. 이는 우리와 캐리 시민 모두에게 중요합니다. 현실적으로 홍수를 막을 방법은 없습니다. 우리가 할 수 있는 일은 홍수의 영향을 줄이는 것이죠. 이 일이 쉽지 않다는 것도 알고 있습니다. 시민들이 중요하게 생각하는 관점을 이해하는 것이 필요합니다. 시와 시민이 함께 협력한다면 지역사회와 이곳을 고향으로 여기는 분들에게 도움이 되는 해법을 효과적으로 찾을 수 있습니다."

홍수의 영향력은 단순한 청소나 보수 이상으로 매우 넓습니다. 홍수는 심각한 정신적 상처를 입히기도 합니다. 위드마는 “만약 집이나 재산이 홍수로 피해를 입었다면 생각할 것이 너무 많습니다. 신체적 후유증은 물론, 소중한 것들을 잃은 스트레스와 슬픔으로 괴로워하게 됩니다.”라며, 다음과 같이 덧붙입니다.

"우리가 하는 일은 분석이 중심이 되기 때문에 객관적이며 감정에 휘둘리지 않고 결정을 내릴 수 있습니다. 홍수를 완전히 막는 것은 어렵겠지만, 데이터를 사용하면 지역사회 구성원의 삶의 질을 개선할 수 있습니다. 데이터 중심으로 의사 결정이나 실행이 이루어지고, 이를 뒷받침할 분석 자료가 있다면 시의회와 시민들에게도 이해하게 됩니다."

인근 도시로 영향력을 넓히는 분석의 가치

이 작은 도시의 분석은 다른 지역으로까지 확대되고 있습니다. 캐리 시는 노스캐롤라이나 주의 비상 관리 시스템을 비롯하여, 북동쪽에 자리한 웨이크 카운티(Wake County), 노스캐롤라이나 주의 주도인 롤리 시(City of Raleigh), 그리고 에이펙스(Apex), 모리스빌(Morrisville), 홀리 스프링스(Holly Springs) 타운 등 여러 지역 파트너들과 센서 데이터를 공유하고 있습니다.

레이문도 코흘린은 "폭우 범람은 캐리와 노스캐롤라이나만의 문제가 아닌, 세계적인 문제입니다. 우리는 홍수 대응 방식에 많은 고민을 거듭하며 계획을 세웠습니다. 그리고 지역사회가 분석과 IOT를 활용하여 홍수에 더 잘 준비하고 대응하는 방법을 보여주었으며, 우리의 작업과 결과를 다른 도시 및 주와 공유하는 뿌듯한 기회까지 얻었습니다."라고 설명합니다.

캐리 시 직원들은 자신의 업무에 연연하지 않고 지역사회의 안전과 웰빙이라는 공통된 우선 과제를 공유합니다. "SAS와 Microsoft IoT 솔루션의 통합으로 신뢰할 수 있는 데이터와 이를 쉽게 해석하는 툴을 가지게 되었습니다. 이는 홍수와 관련하여 최선의 의사결정을 내리고, 시민을 더 잘 보호할 수 있도록 도움을 줍니다. 우리는 단순히 숫자 분석이 아닌 가족과 친구, 이웃을 보살피고 있습니다."라고 레이문도 코흘린은 말합니다.