4차 산업혁명, 스마트시티란?

기획연재⑪ 스마트시티란 미래형 첨단도시

지금 우리 앞에 전개되고 있는 4차 산업혁명의 흐름을 되돌릴 수 없다. 이 혁명이 어디를 향해 갈지, 그 과정에서 우리 삶이 어떻게 바뀔지 궁금하다. 그러나 이런 흐름을 남의 일처럼 지켜볼 수만은 없다. 우리는 새로운 기술을 용기 있게 수용함으로써 경제적 번영과 우리들의 행복을 위하여 할 일이 무엇인가를 알 필요가 있다. 이번 기획에서는 4차 산업혁명의 주요 기술들을 중심으로 일반 시민들이 다소나마 쉽게 이해할 수 있도록 소개하고자 한다. 따라서, 구체적인 내용을 알고 싶은 독자께서는 별도의 참고서적을 참고하기 바란다.<편집자 주>

우리나라는 5G, 사물인터넷, 모바일 관련 세계 최고 수준의 정보통신기술을 보유하고 있다. 2003년 ‘유비쿼터스 시티(U-City)’라는 고유 브랜드를 만들어내며 스마트시티(Smart City) 정책을 지속적으로 추진한 경험도 있다. 그러나 그동안 우리는 사람보다는 기술 위주의 접근을 우선해 왔다. 단순히 도시에 정보통신기술을 접목하면 스마트시티가 된다고 생각했기에 한계가 있을 수밖에 없었다.

정부는 이러한 한계를 교훈 삼아 스마트시티를 ‘사람에 의한, 사람을 위한, 사람을 향하는 도시’로 만들 계획이다. 물론 4차 산업혁명과 혁신성장 선도사업을 통해 개발되는 첨단 기술은 스마트시티를 가능하게 하는 중요 요소다. 하지만 스마트시티가 반드시 최첨단 기술의 집합체가 될 필요는 없다. 우리가 느끼기에 편안하고, 생활하며 꼭 필요한 기술을 유기적으로 융·복합시켜 삶의 질을 높이는 것이 중요하다.

스마트시티 개념

스마트시티는 여러 정보통신기술(ICT) 및 사물인터넷(IoT) 솔루션을 안전한 방식으로 통합하여 도시 자산을 관리하는 도시개발 비전이다.

스마트시티는 사물인터넷, 사이버물리시스템, 빅데이터 솔루션 등 최신 ICT기술을 적용한 스마트플랫폼을 구축, 도시의 자산을 가장 효율적으로 운영하고 안전하고 윤택한 삶을 시민들에게 제공하는 도시를 말한다. 인프라를 효율적으로 관리하며 공공데이터를 수립⋅활용하여 교통, 에너지 등 다양한 도시문제를 해결하고 새로운 가치를 창출하는 것이 목표이다.

ITU(국제전기통신연합, 2015)에 의하면, 스마트시티란 "현재와 미래 세대의 문화적, 경제적, 사회적, 환경적 측면을 동시에 고려하면서 도시 기능의 효율성 및 경쟁력, 삶의 질을 향상시키는 수단들과 ICT를 활용하는 혁신적인 도시를 의미한다"고 제시하고 있다.

우리나라는 스마트도시 조성 및 산업진흥 등에 관한 법률(2017.02.08) 제2조에 ‘도시의 경쟁력과 삶의 질 향상을 위하여 건설⋅건설정보통신기술 등을 융⋅복합하여 건설된 도시개발시설을 바탕으로 다양한 도시 서비스를 제공하는 지속가능한 도시’를 스마트도시라고 정의하고 있다.

도시문제 관리 방식의 변화와 스마트시티

도시문제 발생 시 기존의 도시 관리 방식에서는 신규로 인프라를 건설하거나 인력 등 자원을 추가로 투입하여 문제를 해결하는 방식이 주를 이루었다. 반면에, 스마트시티는 도시 전역에서 정보를 수집하고 이를 분석하여 필요한 곳에 자원을 투입하거나 기존 자원의 효율적 활용을 유도하는 방식으로 문제해결을 한다, 이처럼 스마트시티는 기존의 도시관리 방식과 다르기 때문에 스마트시티 도입시 신중하게 도입할 필요가 있다.

첫째, 문제해결방식의 경우 기존의 도시관리 방식은 도시기반시설확대(1:1방식; 교통체증→도로건설)였지만, 스마트시티 방식은 스마트서비스 제공(1:多방식: 교통체증→대중교통 증설)한다. 예를 들면, 교통 혼잡이 있을 경우 기존 도시 대응은 도로확장이나 신규 도로 건설이었다면, 스마트시티 대응은 혼잡한 도로 정보를 실시간으로 제공하여 우회하도록 유도하고, 실시간 교통량에 따른 교통신호를 제어하는 방식이다.

둘째, 대상의 경우 기존의 도시관리 방식은 공급자 중심(정부, 건설사, 기업중심)이었지만, 스마트시티는 시민중심(이용자 수요에 맞는 서비스 제공)이다.

셋째, 구축대상의 경우 기존의 도시관리 방식은 인프라중심(도로, 항만, 건물, 발전소)이었으나, 스마트시티는 서비스중심(스마트폰, 스마트 그리드, 스마트 파킹, 스마트 가로등, 스마트 카)이다.

넷째, 중심공간의 경우 기존의 도시관리 방식은 물리적 공간중심(공간적, 시간적 제약 존재)이었지만, 스마트시티는 사이버공간중심(공간적, 시간적 제약 없음)이다.

다섯째, 도시의 질을 좌우하는 요소의 경우 기존의 도시 관리 방식에서는 도시의 물리적 위치, 물리적 기반이 중요 요소로 제시되었으나, 스마트시티에서는 스마트 서비스가 주된 요소로 작용한다.

여섯째, 플랫폼의 존재 여부인데 기존의 도시관리 방식에서는 스마트 플랫폼이 없으나, 스마트시티에서는 스마트 플랫폼(서비스는 데이터 수집, 무선전자태그, 센서, CCTV 등)이 존재하여야 한다. 또한 분석(빅데이터, Analytics)과 활용(Smart-Trans, 에너지 등)이 이루어져야 한다. 아울러 스마트 플랫폼의 네트워크는 P2P, P2M, M2P, M2M 등 기기와 사람 간 연동이 이루어지도록 설계되어야 한다.

스마트시티의 성장 단계

글로벌 스마트시티 시장은 세계 각국의 스마트시티 프로젝트의 추진과 함께 빠르게 성장하고 있다. 세계 도시 중 인구가 천만 이상인 메가 시티(Mega City)가 2013년 23개에서 2025년 37개로 늘어날 것으로 예상되며, 그 영향으로 스마트시티 시장이 빠르게 성장할 것으로 기대하고 있다.

프로스트 앤 설리반(Frost & Sulivan) 등의 연구 기관들도 스마트시티 시장이 매우 빠른 속도로 성장할 것으로 기대하고 있다. 세계 스마트시티 프로젝트의 약 70%는 에너지⋅교통⋅안전 등 3대 요소에 집중될 것이라고 한다. 또한 전 세계 약 70억 명의 인구 중 35억 명이 도시에 거주하고 있고, 인구 증가율보다 도시 거주율이 더 빠르게 증가하고 있으므로 도심 재생의 필요성으로 인해 스마트시티는 더욱 관심을 받을 것으로 보인다. 일반적으로 알려진 스마트시티의 성장단계는 다음과 같이 3단계로 나누어 소개되고 있다.

첫 번째는 태동기(1996～2002)이다. 이 단계의 스마트시티는 1990년대 중반 디지털 시티의 등장과 함께 태동하였고, AOL(America Online)에 의해 미국에서 처음 시작되었다. 그 이후 1993년 암스테르담, 1996년 헬싱키, 1998년 교토 등 전 세계로 퍼져나갔다. 주로 통신사가 주도하는 시점사업 형태로 추진되었고, 도시 전반을 연결하는 네트워트를 구축하여 시민이 활동하는 가상공간을 조성한 것이었다. 실제로 디지털 시티는 상징적 의미였고, 주로 에코 시티 등의 프로젝트가 주도했다.

두 번째는 성장기(2003～2011)이다. 이 단계의 스마트시티는 가상과 현실 공간을 융합하는 전면적 도시 정보화로 전환된다는 차이점이 있다. 우리나라는 2003년 유시티(U-City)를 계기로 본격적인 기술주도형 스마트시티가 등장했다. 1단계의 디지털 시티가 온라인상에서 부분적인 도시 정보화였다면, 2008년 이후부터는 IBM, 시스코 등의 글로벌 기업이 스마트시티에 참여했고, 유럽에서는 오픈 이노베이션을 통해 리빙랩(living lab: 문제가 발생했을 때 사용자가 직접 나서서 현장을 중심으로 해결해 나가는 사용자 참여형 프로그램, 일명 우리마을의 실험) 등 새로운 도시혁신 모델이 등장했다.

세 번째는 확산 및 고도화기((2012～현재)이다. 이 단계는 2012년 이후 플랫폼, 데이터 분석 등의 기술발전과 개도국의 도시개발 수요가 결합하여 스마트시티가 전 세계로 빠르게 확산한 시기이다.

스마트시티의 구성요소

스마트시티의 구성요소는 크게 인프라, 데이터, 서비스 및 제도 부문으로 구분할 수 있으며 각 부문별로 7개의 세부요소가 포함된다.(KB금융지주경영연구소)

인프라 부문은 스마트시티 구축을 위한 물리적⋅기술적 요소로 관련 기술과 서비스를 적용할 수 있는 도시인프라(스마트시티 관련 기술 및 서비스 등을 적용할 수 있는 도시 하드웨어, 스마트시티는 소프트웨어 중심의 사업이지만 도시 하드웨어의 발전도 필요), ICT인프라(도시 전체를 연결할 수 있는 유⋅무선 통신인프라, 과거에는 사람과 컴퓨터의 연결이 주된 목적이었지만 스마트시티에서는 사물 간 연결이 핵심), 공간정보인프라(지리정보, 3D지도, GPS 등 위치측정 인프라, 인공위성, 디지털 콘텐츠의 공간정보화, 현실공간과 사이버공간 융합을 위해 공간정보가 핵심플랫폼으로 등장, 공장정보 이용자가 사람에서 사물로 변화)가 포함된다.

데이터 부문은 새로운 도시서비스를 개발⋅운영하는데 필요한 데이터의 생산과 공유(생산된 데이터의 자유로운 공유와 활용 지원, 좁은 의미의 스마트시티 플랫폼으로 볼 수 있으며 도시 내 스마트시티 리더들의 주도적 역할이 필요)에 관한 영역으로 IoT기술(CCTV를 비롯한 각종 센서를 통해 정보를 수집하고 도시내 각종 인프라와 사물을 네트워크로 연결, 스마트시티 구축 사업에서 가장 시장 규모가 크고 많은 투자가 필요한 영역, 특정 부문에 대해 개별적으로 사업을 추진할 수 있어 점진적 투자확대 가능)이 핵심적인 요소를 이룬다.

서비스부문은 실제 도시서비스를 제공하는 영역으로 데이터 활용을 위한 알고리즘과 신뢰할 수 있는 서비스(데이터를 처리⋅분석하는 알고리즘을 바탕으로 한 도시서비스, 실제 활용이 가능한 정보의 높은 품질과 신뢰성 확보가 관건), 사회적⋅제도적 기반이 되는 도시혁신(도시문제 해결을 위한 아이디어와 새로운 서비스가 가능하도록 하는 제도 및 사회적 환경) 요소가 포함된다.

스마트시티 기본 기술 및 플랫폼 진화과정

스마트시티는 에너지, 교통, 환경, 상하수도, 행정, 의료, 교육 분야 등 시설 및 서비스를 효율적으로 관리하는 데에 중점을 두고 있다. 따라서 스마트시티 구현을 위한 기반기술로는 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터 분석, 네트워킹, 정보보안 기술 등 다양한 기술의 융합 및 활용이 필요하다. 그러나 스마트시티가 구현되면 해커들의 사이버 공격이 가중될 것이라는 우려가 꾸준히 제기되고 있어, 보안에 대한 논의는 계속될 것으로 보인다.

스마트시티는 기본적으로 플랫폼이 중요한 기술이다. 초창기에는 스마트시티 플랫폼을 도시통합플랫폼이라고 불렀고, 주로 도시의 시설물들을 통합하던 차원에서 점차 인공지능 기반의 스마트시티 플랫폼으로 진화하고 있다. 그래서 그 진화 과정을 4가지로 분류해 본다.

2000년대 초반부터 추진했던 제1세대 도시통합플랫폼은 CCTV를 통한 무단 쓰레기 투기, 주차단속 등 공공목적의 감시기능 위주였다면, 2010년경부터 추진되던 제2세대 도시통합플랫폼은 CCTV로부터 데이터 수집을 통해 관리자 등에게 핸드폰을 통한 알림 등 관리자 편의성을 위한 기능이 많았다.

2014년부터 추진되던 제3세대 도시통합플랫폼은 CCTV와 다양한 센서 기반으로 데이터를 수집하여 표출하고 부서 간 경계를 허물면서, 관리를 다양화하고 복합기능 카메라를 통해 위급 시 단일 카메라 역할을 할 수 있는 형태로 개발되었다.

그러나 최근 4차산업혁명 이후인 제4세대 도시통합플랫폼은 IoT기반의 센서와 데이터 수집, 빅데이터 처리, 인공지능 분석 및 머신러링기술 등이 복합적으로 어우러지면서 데이터, 디바이스, 서비스 관리자가 아닌 지능형 도시조절기능, 예측기술 등 인공지능 기술의 화려함으로 더욱 인간적인 휴머니티가 강조된 도시통합플랫폼으로 진화하고 있다. 스마트시티의 플랫폼은 스마트도시에서 거의 무한한 양의 정보를 수집할 수 있고, 이로부터 운영비용을 절감하고 삶의 질을 향상시키면서 지역사회가 보다 효율적으로 운영되도록 지원하는 모델이다. 여기서는 교통, 물, 폭풍우 흐름 관리 및 조명에 중점을 두어 지역사회가 투자 수익을 창출할 수 있는 가장 빠른 기회를 제공하는 지리적-물리적 소셜 네트워크를 구축하고 도시간 인프라 가치를 포착함으로써 도시는 최적의 운영, 재무 및 사회적 성과를 제공하는 스마트시티 솔루션을 신속하게 구축하는데 목표를 두고 있다.

제4세대 도시통합플랫폼은 단순한 시설물통합이나 데이터 수집뿐 아니라 인공지능분석을 통한 예측을 통해 도로의 차량과 연결하여 수집된 데이터로부터 적절한 행동을 할 수 있는 모델로 진화하는 것이다. 즉, 연결(connected)방식으로 도시 내 모든 사물을 연결하고 관리하는 형태이다.

그밖에 스마트시티는 클라우드 기반 서비스, 사물인터넷(IoT), 실제 사용자 인터페이스, 스마트 폰 사용 및 스마트 미터, 센서 및 RFID((Radio-Frequency Identification : 전자태그) 네트워크, 시맨틱웹(Semantic Web:　컴퓨터가 사람을 대신하여 정보를 읽고 이해하고 가공하여 새로운 정보를 만들어 낼 수 있도록, 이해하기 쉬운 의미를 가진 차세대 지능형 웹) 기반의 보다 정확한 커뮤니케이션을 촉진하는 새로운 인터넷 기술, 집단행동 및 공동 문제 해결에 대한 새로운 방식이 활용되어져야 한다.

해외 스마트시티 현황

IoT 기상정보 시스템 프로젝트 ‘AoT(The Array of Things)’

미국은 연방정부 스마트시티 정책, 스마트 그리드와 의료 정보화에 집중하고 있다. 중앙정부를 중심으로 스마트시티 시행계획을 추진하고 있는 EU 및 아시아 국가들과는 달리 에너지⋅의료분야 외에는 지자체 및 민간 기업에 위임하고 있는 것이 특징이다. 각 주 정부는 자체적인 스마트시티 프로젝트를 추진 중이다. 시카고는 스마트폰 연동 자전거 공유 시스템 ‘다비(DIVVY)’, IoT 기상정보 시스템 프로젝트 ‘AoT(The Array of Things)’, 빅데이터 기반 의사결정 지원시스템 등의 프로젝트를 추진하고 있다. 또 보스턴은 도시 인프라 개선을 위해 교통부분에 ICT를 활용하고 있다. 그 외 안전 영역에서는 뉴욕 경찰청 등이 빅데이터 기반의 통합범죄 정보 분석 시스템을 도입하였다. LA, 뉴욕, 보스턴, 워싱턴DC 등의 70여 개 도시에서 총성을 감지하고 발포위치를 찾아내는 ‘ShotSpotter’ 솔루션을 도입 중이다.

유럽연합(EU)은 스마트시티 관련 혁신 지원을 위해 ‘The Euripean Innovation Partnership on Smart Cities and Communities (EIP-SCC)’를 2011년 출범했다. 이후 도시 교통, 오픈데이터, 비즈니스모델, 금융, 정책, 에너지 등 다양한 영역의 프로젝트를 진행하고 있다. 2014년 기준 32개 국가의 2,500명의 파트너가 350개 프로젝트를 진행하고 있다. 이러한 흐름에 따라 유럽 내 주요 도시들도 자체적인 스마트시티 구축 노력을 강화하고 있다. 2013년 9월 공개된 런던시의 ‘스마트 런던 플랜’이 대표 사례이며, 런던은 오픈 데이터, 디지털 R&D 지원, 네트워크(커뮤니티) 구축, 기반시설 첨단화, 공공 데이터 공유 확대 등의 프로젝트를 추진할 계획이다. 그 외에도 독일은 인더스트리 4.0을 통해 사물인터넷을 통한 제조업 생산성 30% 향상을 추진하고 있고, 프랑스(니스), 스페인(바르셀로나), 네덜란드(암스테르담) 그리고 스웨덴(스톡홀름) 등도 스마트시티 프로젝트를 시행 중이다. 또한 커넥티드 단말기의 보급 확대, 통신기술의 진화, 클라우드 컴퓨팅 대두 등 ICT기술의 진화 추세 등으로 미래 새로운 차원의 시장가치를 창출할 것으로 전망된다.

일본은 에너지 안보와 재난복구 등에 집중하는 것이 스마트시티의 특징이다. 2011년 동일본 대지진 이후 스마트시티 프로젝트 추진을 본격화했고, 국가적인 에너지 안보 위기 상황을 스마트 그리도 중심의 에너지 인프라 스마트화 정책을 통해 극복하는 것이 주요 목표였다.

중국은 지방정부가 개별적으로 추진해 오던 스마트 시티 정책을 2013년부터 중앙정부가 직접 관리하기 시작했다. 최근 ‘2014～2020 국가 신형도시화 계획’을 발표했다. 이 계획에 의해 2015년까지 약 90조 원의 투자와 함께 320개 스마트시티를 구축할 예정이다. 클라우드 컴퓨팅을 비롯한 첨단 ICT 기술을 결합해 도시 주요 시설과 공공기능을 네트워크화한 미래형 첨단도시를 구축 중이다.

국내 스마트시티 현황

우리나라는 2008년 이후 은평, 동탄, 판교 등 신규 U-시티를 시작으로 U시티법(2008)이 제정되었지만, 이후 소강상태에 빠졌다가 2017년에 약칭 ‘스마트시티법’으로 변경되어 새로운 변화를 시도하고 있다. 2017년 8월 현재 스마트시티 건설사업 지구는 준공 27개 지구, 추진 중인 25개 지구로 총 52개 지구이다. 그런데 이들 대부분이 기존도시가 아니라 신도시 중심이고, 정부가 사실상 사업 주체로 나서고 있다는 점이 원래의 의미를 퇴색시키고 있는 듯 하다. 민관 협력을 중시하는 미국과 대조적이라 할 수 있다.

스마트시티 산업측면에서는 수출산업으로 육성하려고 했으나 몇 가지 서비스 위주였고, 시범사업 종료와 함께 더는 진전이 없었다. 정교한 스마트시티 설계가 부족했다고 할 수 있다. 그러나 2018 미국 라스베가스에서 개최된 CES전시회에서 우리 기업들이 보인 성과는 매우 좋다는 리포트도 있다.

이처럼 국내 스마트시티 추진사례는 정부 주도적이긴 하지만, 최근 IoT, 빅데이터 기술의 발전과 시장의 성장과 함께 스마트시티 시장이 다시 주목받고 있다. 이는 미래창조과학부의 ‘사물인터넷 기본계획’과도 연관되어 있다. 스마트시티는 사물 인터넷과 빅데이터 활용을 통한 도시 구현으로 귀결되고 있기 때문이다.

스마트시티를 위한 거버넌스

스마트시티의 궁극적인 성패는 거버넌스에 달려 있다. 스마트혁명은 개방, 참여, 공유, 협력이라는 가치를 강조하고 있으며, 여러 분야가 융⋅복합되고 있기 때문에 개별 부문의 대응만으로는 경쟁력 확보가 취약할 수밖에 없다. 즉, 스마트시티의 지속 가능한 발전을 위해서는 정치, 경제, 사회적으로 어떻게 협력하고 어떤 거버넌스의 조직과 체계를 어떻게 구축할 것인가가 중요하다. 공공과 민간 그리고 시민의 공동 참여와 협력을 통한 스마트시티의 거버넌스가 스마트시티 성패의 최대 관건이라 할 수 있다.

스마트시티의 미래

스마트시티가 가져올 변화로는 자원의 효율적 활용을 통한 비용절감, 도시서비스의 향상과 삶의 질 개선, 도시의 생산성과 지속가능성 향상을 들 수 있다. 스마트시티는 에너지, 물과 같은 자원 소비, 신규 인프라 건설 등에 따른 비용과 함께 범죄, 의료, 행정, 복지 등 사회적 비용을 획기적으로 절감하는데 기여할 것으로 기대되고 있다.

실례로 아랍에미리트(UAE) 아부다비에 건설되고 있는 신도시 마스다르시티(Masdar City)는 스마트시티 기술을 바탕으로 아부다비 평균 대비 에너지 소비는 50% 이하, 물 사용은 40% 이하로 절감되었다고 한다. 스마트시티는 도시의 모든 정보가 모이고 공유되는 플랫폼의 역할을 하게 되며 신규 기능과 서비스를 유연하게 수용하는 것이 가능해져 시민들의 삶의 질을 제고하는 동시에 도시의 생산성 향상과 일자리 창출에도 기여할 것으로 기대되고 있다.

스마트시티는 미래의 화두이며 지속해서 성장할 것은 너무나 분명하다. 스마트시티 플랫폼은 단순히 도시를 관리하는 정도가 아니라 스마트시티를 실현하는 기술이 될 것이다. 물론 이를 구현할 수 있는 인공지능기술도 함께 개발되어야 할 것이다. 인공지능은 90% 이상이 데이터에 의해 성패가 좌우되므로 스마트시티도 결국 데이터에 달려 있다고 볼 수 있다. 어떻게 하면 데이터를 효율적으로 모을 수 있을 것인가가 스마트시티 성패의 요체라고 할 수 있다. 이는 ‘연결’이 해결해 줄 수 있다. 연결을 통한 데이터 수집, 이것이 인공지능의 기본 소스가 될 것이며, 이것이 스마트시티의 실현기반을 마련하게 될 것이다. 즉, 스마트시티를 잘 실현하기 위한 스마트시티 플랫폼은 데이터 기반으로 개발이 되어야 할 것이며, 기술중심보다는 사람 중심으로 활용되어져야 할 것이다.