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디지털 트윈, 스마트 시티, 그리고 오픈소스

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2019년 11월 20일 스마트시티 부산 포럼에서 발표한 자료입니다. 디지털 트윈은 자연과 세계를 이해하려는 인류의 오랜 노력의 산물이라는 점, 필연적으로 현실과 가상의 '동치'라는 문제가 발생한다는 점, 그리고 디지털 트윈이 과연 복잡계인 사회에 적용될 수 있는가 등에 대해 자문했습니다. 뒤의 상당 부분은 저희 회사(가이아쓰리디)가 개발하고 있는 오픈소스 기반의 디지털 트윈 플랫폼 mago3D에 관한 소개입니다. 참고하시기 바랍니다.

Published in: Technology
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디지털 트윈, 스마트 시티, 그리고 오픈소스

  1. 1. 디지털 트윈, 스마트시티, 그리고 오픈소스 신상희(shshin@gaia3d.com) 가이아쓰리디㈜ 2019년 11월 20일 <2019년 11월 세미나>
  2. 2. 디지털 트윈(Digital Twins) 디지털 트윈(Digital Twins) Digital twin is a virtual representation of a physical object or system across its lifecycle, using real-time data to enable understanding, learning and reasoning. 2
  3. 3. Concept: Digital Informational Construct Vision: Create, Test, Build 3 디지털 트윈(Digital Twins)
  4. 4. 디지털 트윈의 단계(Digital Twin Levels) <Source: https://blog.lgcns.com/1864 > 4
  5. 5. 아날로그 트윈(Analog Twin) 1단계 – 위치와 객체의 인식 5
  6. 6. 아날로그 트윈(Analog Twin) 2단계 – 현상과 정보의 전달 6
  7. 7. 1958년 밀 생산 목표: 헥타르 당 4.2t -> 37.5t 중국 전역에서 쌀, 밀, 땅 콩 수확 신기록 경신 모택동: “인민들은 하루에 밥을 다섯 끼 먹으라!” 중국 공산당: “농산물을 수출하여 공 업장비와 기술을 수입 하자!" 결과: 1958년에서 1962년 동안 3,500만~5,000 만 명 굶주림으로 사망 7 아날로그 트윈(Analog Twin) 2단계 – 현실을 있는 그대로 안다는 것의 어려움!
  8. 8. 8 아날로그 트윈(Analog Twin) 3단계 – 분석과 예측 정보의 축약과 추상화 “동치: 두 묘사 사이에 모든 관계를 보존하는 대응성이 있는 경우” by Max Tegmark
  9. 9. 디지털 트윈 사례 <Source: https://www.youtube.com/watch?v=u7DqoX9PrnY> 9
  10. 10. 디지털 트윈 사례 <Source: 2014년 5월 8일 중앙일보> <Source: http://www.bbc.com/news/science-environment-27299017> 10
  11. 11. 디지털 트윈 시장 성장 – 향후 7년 간 10배 성장 예상 11<Source: Managing change and culture to enable the shift towards smart built environment, Jakub Wachocki>
  12. 12. 스마트 시티 12 “ Cities are about people. So, Smart Cities should also be about people. And we should ask people, what kind of city do you want to live in? ” - Catherine Rooney, Bristol Gov.
  13. 13. 스마트 시티 13<Source: 스마트도시와 신도시의 개발, LH공사, 임홍상>
  14. 14. 디지털 트윈 기반 스마트 시티의 등장 14
  15. 15. 도시 관리에 확산되는 디지털 트윈 기술 <Source: https://www.smartcitiesworld.net/special-reports/special-reports/the-rise-of-digital-twins-in-smart-cities> 15
  16. 16. 디지털 트윈 기반 스마트 시티 구축 사업 <Source: 2019년 스마트시티 시범도시(세종, 부산) 디지털트윈 마스터플랜 수립 및 시범시스템 구축용역 제안요청서, LX공사> 16
  17. 17. 국가 차원의 디지털 트윈 구축 계획(영국) 17 Building Locale Neighborhood City Region Nation <Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/national-digital-twin-programme, and Jeremy Morley>
  18. 18. 스마트 시티 디지털 인프라스트럭쳐 <Source: KAIST, 여화수> 18
  19. 19. 19 사이버물리시스템(Cyber Physical Systems)
  20. 20. 20 디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 개념적 모델 <Source: https://www.cdbb.cam.ac.uk/system/files/documents/TheGeminiPrinciples.pdf>
  21. 21. 21 디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 <Source: ITU Focus Group on Smart Sustainable Cities>
  22. 22. 22 디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 <Source: ISO/IEC JTC1/WG11> Stakeholders Vision & Outcomes Business Process Framework Knowledge Management Framework Engineering Framework
  23. 23. 23 디지털 트윈 기반 스마트 시티 플랫폼 <Source: OGC Smart Cities Spatial Information Framework>
  24. 24. 24 현실과 디지털 트윈의 동치와 복잡계(Chaos) 문제 <현실> <디지털 트윈> 1 1 N N 1 N 1 N
  25. 25. 마고(MAGO) 대지의 여신 혹은 지신할미
  26. 26. mago3D의 역사 2014 오픈소스 국가R&D로 시작 2016 Live 3D Geo-Platform Alpha 버전 발표 2017 GeoBIM 플랫폼 버전1.0 발표 2018 디지털 트윈 플랫폼으로 브랜딩 상업화 성공 2019 버전2.0 발표 26
  27. 27. 배경 – 공간정보 분야 패러다임 변화 <Source: Steve Liang(2016)> 27
  28. 28. Current Future Concept Object Information Context Awareness Data Consumer Prosumer/DIY User Person Things Visualization Real World Digital Twin Application Base Map Key Factor for Fusion Driving Entity Public Sector Private Sector Space Outdoor Indoor + Outdoor + Update Cycle Static Dynamic <Source: Sagong, Hosang(2016), ‘Policy Directions of Spatial Information for Hyper-connected Society’ modified> 배경 – 공간정보 분야 패러다임 변화 28
  29. 29. BIM과 GIS의 만남(GeoBIM) GIS CityGML GeospatialInformation GISStandards IFC BIM OutdoorModel IndoorModel BIMStandards Construction DrawingsInfo. In/Outdoor GIModel (GeospatialInformation Model) 29
  30. 30. BIM과 GIS의 만남(GeoBIM) 30
  31. 31. 디지털 트윈 플랫폼으로 전환!
  32. 32. 32 데이터 폭발의 시대(Era of Data Explosion) 위치 + 객체 + 현상 Point Cloud + Realistic Mesh + Sensor + Semantic Model + Volumetric Data + Live Data + Visualization + Simulation + IoT + Analytics + …
  33. 33. 병목 현상 Point Cloud Drone Images IoT CAD Live Data Satellite Images Autonomous Cars GIS BIM CityGML Bottle Neck!
  34. 34. mago3D 개요 mago3D is a platform for … Visualizing massive and complex 3D objects including BIM on a web browser 1 Seamless integration of BIM/AEC and 3D GIS in a single space2 Web based collaborative issue/process management4 ‘Digital Twin’ that can create parallel worlds in a virtual reality with numerous IoT, sensor data 3 = 3D + Web + Open Source 34
  35. 35. mago3D 아키텍처 mago3D.JS Cesium/WWW Client internet Web Server WAS F4DStorage mago Content Management DataBase F4D Converter 3 main cores of mago3D 35
  36. 36. HTML5를 지원하는 웹 브라우저에서 구동 구현 결과: 웹 브라우저만 있으면 다 됩니다! 36
  37. 37. 구현 결과: BIM과의 통합 하나의 플랫폼에서 실내(BIM)와 실외(GIS) 자료의 통합 Scene from indoor to outdoor through windows Scene from outdoor to indoor through windows 37
  38. 38. 구현 결과: MEP와 통합 초대형 MEP 자료의 가시화 성공 38
  39. 39. 구현 결과: AEC의 통합 고정밀, 대용량 AEC 자료와 3D GIS를 웹 상에서 동시에 가시화 39
  40. 40. 대용량 OGC CityGML과 3D GIS를 웹 상에서 동시에 가시화 구현 결과: OGC CityGML 가시화 40
  41. 41. 대용량 점군 자료와 3D GIS 동시 가시화 구현 결과: 점군(Point Cloud) 가시화 41
  42. 42. OGC Web Processing Service 통합 사례 구현 결과: OGC WPS(Web Processing Service)와 손쉬운 통합 42
  43. 43. APIs are supported for developing application systems(currently 29 APIs) moving/rotating a full building moving objects & viewing attributes registration/monitoring/search of issues 구현 결과: 다양한 OpenAPI 제공 43
  44. 44. 실제 사례: 조선업 Yards Cranes Office Buildings Factories Docks BlocksShips Smart Welding Machine Virtual Yard on Web Browser! 1,500 EA25 EA250 EA75 EA 25 EA 15,000 EA 1,700 EA 3 EA • Project Name: Ship Building Process Management System • 3D Models in Service 44
  45. 45. 실제 사례: 조선업 45
  46. 46. 실제 사례: 서울시 자율주행차 관제시스템 46
  47. 47. • 프로젝트: 3차원 기반 세종기지 시설물 관리시스템 실제 사례: BIM 기반 시설물 관리시스템 47
  48. 48. 실제 사례: 일본 AIST 48
  49. 49. 23 실제 사례: 점군(Point Cloud) 가시화
  50. 50. 실제 사례: 바람길 표시 50
  51. 51. 실제 사례: 전철 노선 및 전철역
  52. 52. 느낀 점 • 목적에 맞는 정확도와 정밀도 데이터 활용 및 구축 필요 • 3D 데이터와 디지털 트윈이 만병통치약이 아님 • 상호운용성 확보를 위한 표준이 매우 중요 – 포맷이나 최소한 인터페이스 표준 • CAD/BIM/GIS 등의 디지털 트윈 근간 데이터의 생애주기를 이해할 필요 • 기존 2D 데이터와 융복합하면서 분석, 시뮬레이션을 수행할 수 있는 범용 기술이 필요함 • CAD/BIM/GIS 같이 잘 알려진 데이터 뿐만 아니라 Point Cloud, Mesh, Geo-Media 같이 비정형으 로 수집되는 다종다기한 데이터에 관한 통합과 활용 고민 필요 • 디지털 트윈의 진정한 가치는 타 시스템과 연동될 때 발휘됨 – 도형정보 가시화가 전부가 아님 • 도시라는 복잡계에 디지털 트윈은 과연 어떤 답을 줄 수 있을 것인가? 결국, 현장에 답이 있음. 52
  53. 53. 분석 시뮬레이션 가시화 mago3D의 미래 정적/ 동적 지상 / 지하 실내/ 실외 객체/ 현상 다출처/ 이기종 센서 <Source: https://www.arcweb.com/ja/node/149 수정> 53
  54. 54. 더 많은 정보가 필요하신 분은 http://mago3d.net 를 방문해 주세요. mago3D의 모든 소스코드는 https://github.com/Gaia3D/mago3d 에 있습니다. 감사합니다. 33 신상희 shshin@gaia3d.com 본 발표의 많은 부분은 국토교통부 국토공간정보연구사업의 연구비 지원(과제번호:19NSIP-B080778-06)에 의해 연구되었습니다.

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