국토해양부의 국토지반정보 DB구축사업은 건설현장에서 발생하는 지반조사성과를 전산화하여 재활용할 수 있도록 DB구축, 시스템 보급, 센터 운영 등을 주요수행사업으로 '00년부터 현재까지 10년 이상 지속적으로 추진되고 있다. '07년부터 "지반조사성과전산화및활용에관한지침"이 국토해양부 훈령으로 제정 시행되면서 건설현장에서 발생하는 지반조사성과에 대한 전산화는 건설사가 직접 입력 제출하고 있다. 지침 시행과 함께 국토해양부에서는 국토지반정보 통합DB센터(한국건설기술연구원) 중심으로 지반정보 유통프로세스를 확립하고 지반정보 생산을 위한 지반정보 입력시스템, 검수 등록을 위한 검수등록시스템, 지반정보 유통을 위한 웹유통시스템으로 구성된 국토지반정보 유통시스템을 구축 운영하고 있다. 보급 활용 중인 국토지반정보 유통시스템에 대하여 지반정보 생산자 및 활용자들의 지속적인 개선요구사항들을 수렴하고 있으며, '11년도 사업을 통하여 사용자 중심의 국토지반정보 유통시스템으로 개선 및 추가개발을 추진하였다. 본 연구에서는 건설현장의 의견을 수렴하여 사용자 중심으로 개선한 국토지반정보 유통시스템의 주요 연구내용을 소개한다.
국토지반정보 DB구축을 위한 국토해양부의 사업은 2007년도의 경우 건설현장에서 자동으로 지반조사성과가 전산화되도록 하는 '지반조사성과전산화및활용에관한지침' 제정 및 시범적용사업이 추진되었으며, 2008년도부터 안정화된 법제도를 기반으로 국토해양부 전 소속기관, 산하기관, 지자체를 대상으로한 본격적인 사업을 추진하였다. 따라서, 본사업으로 추진된 2008년도 사업에서는 국토지반정보 DB구축과 함께 DB활용을 위하여 지반정보시스템을 활용한 이용자 및 지반정보 유통자료를 다운로드하여 직접 활용한 사용자를 대상으로 지반정보 활용도 분석 및 활용향상을 위한 방안을 수립하였다. 본 논문에서는 국토지반정보 DB활용사례조사를 통한 활용도 분석내용과 향후 활용방안에 대한 연구결과를 제시하였다. 활용도 분석결과, 분야별 분석에서는 공사계획 및 예비조사분야에서의 활용도가 39%로 가장 높았으며, 활용성효과별 분석에서는 업무 효율성 증대가 25%로 가장 높게 나왔다. 그리고, 활용분야별 분석에서는 건축 및 토목분야가 95%로 지반정보 활용도가 가장 높았다.
국토해양부(현재 국토교통부)가 2000년부터 현재까지 지속적으로 추진하고 있는 국토지반정보 DB구축사업은 2015년 12월 31일을 기준으로 약 21만 공의 지반정보 DB를 국토지반정보 통합DB센터(2017)를 통하여 제공하고 있다. 2007년 시작된 지하공간정보전산화 초기 사업은 정보의 수집에 초점이 맞추어졌다면, 2013~2014년은 수집된 정보의 정밀 정확도를 검증하는 연구가 진행되었다. 최근 시작된 3차원 지하공간통합지도 구축 사업과 더불어 지반정보를 3차원으로 가시화하고 이 과정에서의 정밀도를 분석할 필요가 대두되었다. 따라서 본 연구에서는 시추정보 정밀도의 검증 및 향상을 위해 ArcGIS에서 제공하는 지구통계학적 기법인 크리깅 기법과 RMSE의 비교 분석 및 검토를 통해 체계적인 3차원 지반정보 구축을 위한 기초 자료를 제시하고자 하였다. 또한 구축된 시추정보 DB의 표고자료 및 DEM 자료를 비교 분석하여 표고 자료의 오차를 검증하였다.
2007년 <지반조사 성과 전산화 및 활용에 관한 지침>에 따라 국토지반정보 통합DB센터화 사업이 추진되어 건설현장에 생성되는 지반정보와 관련된 각종 조사, 정보의 효율적인 수집 및 활용을 위하여 시추정보 유통프로세스 사업이 진행되고 있다. 국토지반정보 통합DB센터에 따르면 2014년 6월을 기준으로 약 18만공의 지반정보가 정리되어 있으며 현재에도 지반정보에 대한 데이터베이스 구축이 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 이러한 지반정보 유통프로세스 사업이 시추정보 정밀도에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 현장에서 가장 많이 활용되고 있는 지하수위와 지층심도에 관한 시추정보를 이용하여 정밀도 시계열 분석을 실시하였다. 정밀도 분석은 정규분포와 첨도를 통한 통계학적 방법을 이용하였다. 결과적으로 유통프로세스 사업이 시추정보 정밀도 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며 보다 많은 정보를 바탕으로 다양한 시추정보의 정밀도 검증을 수행할 경우 각 지역에 따른 시추정보 정밀도 평가도 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
막대한 비용을 들여 모든 건설공사에서 시행하는 지반조사의 결과물을 현재는 종이문서 형태로 각 관리주체가 개별적으로 보관하고 있어 재활용과 공유가 거의 이루어지고 있지 않은 실정이다. 이를 데이터베이스화하여 웹을 통해 서비스함으로써 효과적인 저장과 활용을 유도할 수 있다. 그 일환으로 현재 웹 기반의 지반정보 통합 D/B 시스템을 구축, 운영 중에 있다. 현재는 지방국토관리청이나 공사현장과 같이 지반정보가 발생하는 기관 및 현장을 직접 방문하여 지반조사 결과물을 수집한 후 이를 전산화와 검수를 실시해 시스템에 반영을 하는 방식으로 지반정보를 데이터베이스화하고 있지만, 많은 시간과 비용이 소요되고 수집에 한계가 있어 이를 개선하기 위한 자동화시스템의 도입이 검토되고 있다. 지반정보의 수집, 전산화, 검수, 웹서비스의 일련 과정을 보다 자동화시키고, 효과적이며, 수집범위를 획기적으로 넓힐 수 있는 방안으로 웹 기반의 입력자동화 시스템 도입, 지반정보 관리 주체의 직접 입력 지침 마련, 입력 실무자에 대한 권한 부여와 사용자 교육 등에 대한 전략을 본 연구를 통해 모색해 보았다.
국토지반정보 포털시스템에서 관리되는 지반정보는 사람이 직접 PDF 파일을 보고 일일이 타이핑을 해서 구축하고 있기 때문에 인적·시간적 자원 소모가 크며, 정확도 문제가 빈번하게 발생한다. 본 연구에서는 다양한 지반정보 중에서 국내에서 가장 일반적이고 널리 활용되고 있는 시추주상도를 대상으로 인공지능(Artificial Intelligence, AI)을 활용하여 자동 디지털 데이터베이스 구축하는 방안에 대해 제안하였다 우선, 다양한 시추주상도 양식에 대해서도 예외없이 데이터를 자동으로 데이터베이스화 하기 위해서 딥러닝모델 ResNet 34를 이용하여 시추주상도 양식분류를 하였으며, 총 6가지 시추주상도 양식에 대해 이미지 분류를 진행하여 전체 정확도(accuracy)는 99.7, ROC_AUC score는 1.0의 매우 높은 정확도로 시추주상도 양식을 분리할 수 있었다. 이 후, 각각의 양식에 대하여 미세조정(fine-tuning)된 로보틱 처리 자동화 기법을 이용하여 PDF 내 텍스트를 자동으로 읽어 들인 후 시추주상도 내 일반정보, SPT 시험정보 및 지층정보에 대해 데이터를 추출, 분리하여 이 값들을 기존 국토지반정보 포털시스템에서 제공하는 형태와 동일한 형태의 DB로 구축하도록 구현하였다. 최종적으로 기존 국토지반정보 포털시스템에서 제공하는 형태와 동일한 형태로 시추주상도내 정보를 초당 140페이지의 속도로 자동으로 DB화 할 수 있었다.
현재 국토해양부에서 구축 및 제공 중인 지반정보는 전 국토를 대상으로 약 10만 공 정도이다. 그러나 지반정보 DB가 2차원적인 기능으로 제공되고 있기 때문에 지반의 해석 및 설계 업무에서의 활용성이 부족하다는 지적이 제기되었다. 본 연구에서는 지반정보의 효과적인 활용을 위하여 3차원 공간정보 기술기반의 지반정보 활용시스템을 개발하였다. 먼저, 부산광역시의 만덕과 동래의 일부 지역을 대상으로 지반정보 활용시스템을 적용하였다. 또한, 10명의 지반정보 관련 전문가들로부터 설문조사 및 의견수렴을 시행하여 시스템의 적용성을 검토하였다. 본 연구를 통하여 3차원 기반의 사용자 중심의 지반정보 활용시스템을 개발할 수 있었으며, 적용성 검토 수행을 통하여 활용 가능성을 충분히 확인할 수 있었다.
최근 대도심지를 중심으로 지반침하, 지반함몰 등 지하공간에서의 안전사고가 빈번히 발생하고 있다. 이에 정부차원에서의 다양한 대응방안을 마련하고 있으며, 이의 일환으로 지하공간통합지도 구축을 추진 중에 있다. 3차원 지반정보는 지하공간통합지도의 핵심 구성요소이며, "지하안전관리에 관한 특별법"에 따라 의무화된 지하안전영향평가의 주요 데이터로 활용된다. 3차원 지반정보의 구축 방법은 지하공간통합지도 구축 기본계획 수립 시 도출되고 국토지반정보 통합DB센터에서 지속적인 구축을 추진하고 있으나, 정확성, 효율성, 활용성을 고려한 구체적인 방안 도출이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 지하안전관리 지원을 위해 3차원 지반정보의 정확성, 활용성, 구축 효율성을 고려한 구축 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 국토지반정보 포털시스템에서 보유한 시추정보와 지반정보 구축 소프트웨어인 MVS, MakeJiban을 활용하여 표고와 지층 기반의 구축 높이 정확도를 비교하였다. 종합적인 분석결과 정확성, 활용성, 효율성 측면에서 원표고 기반의 전체 지층 일괄 구축이 가장 적합한 것으로 판단되었다. 향후, 본 연구결과를 바탕으로 일괄성 있는 3차원 지반정보 구축을 추진할 계획이다.
국토지반정보 포털시스템이 구축된 지반정보는 최근 설계, 시공, 지하안전관리, 재해재난 평가 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그러나 전국적으로 기 구축된 약 30여만공의 지반정보는 누락되거나 잘못된 정보를 다수 포함하고 있어 데이터 활용시 신뢰도를 확보하기가 어렵다. 따라서 분석 데이터의 신뢰도를 확보하기 위해서는 지반정보를 활용하기 전 단계에서 지반정보의 정제(품질관리)가 반드시 필요하다. 본 연구에서는 딥러닝 기법 중 하나인 인공신경망 기법을 활용하여 지반정보를 자동으로 품질관리 하는 방안에 대하여 제안하였다. 특히, 가장 일반적으로 사용되는 정보인 표준관입시험 결과와 지층정보를 이용하여 지반정보의 이상치를 탐지하였다. 서울시 지반정보 데이터를 이용하여 분석하였으며, 검증데이터에 대한 오분류 비율은 5.4%로 확인되었다. 신경망 모델에서 이상치 분류된 데이터만을 추후에 검사함으로써 효율적으로 이상치를 탐지할 수 있을 것으로 기대된다.
지반정보DB는 NGIS 2단계 기본계획의 하나인 ‘지하지리정보’구축 시 프레임이 되는 정보로써 건설교통부는 '00년부터 전 국토를 대상으로 DB화하는 사업을 추진하고 있다. 그러나 이러한 정보가 지반의 개괄적인 상태파악에만 목적이 있을 뿐, 보유한 공학정보를 이용하여 지반해석과 상세설계에는 활용하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 지반정보 DB에서 공간정보와 시추 및 공학시험정보를 실시간으로 불러들이고, 정의한 알고리즘에 따라 토공량 산정, 지지력 산정, 침하량산정, 연약지반 평가, 액상화 평가를 수행하는 GIS Client를 개발하였다. 사용자는 Client로 지도상에서 구간 및 각종정보를 입력할 수 있으며, 그 결과를 수치 혹은 평면도 형태로 제공받을 수 있다. 본 연구를 통해 지반정보 DB 수요를 건설계획 및 설계 등 실무 전반으로 넓힐 수 있으리라 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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