AI로 CCTV 분석해 생활권 미세먼지 정보 제공한다

한국건설기술연구원, 영상인식 기반 3차원 미세먼지 정보 구축 기술 개발

정규수 건설연 연구위원팀이 개발한 인공지능(AI)으로 3차원 미세먼지 정보를 추정 및 시각화한 모습. 건설연 제공

서울시에 약 9개월 만에 초미세먼지 주의보가 발령됐다. 대기 정체가 계속되면서 고농도 미세먼지가 11일까지 수도권을 중심으로 이어질 전망인 가운데 인공지능(AI)을 이용해 미세먼지 정보를 추정하는 기술이 나왔다.

한국건설기술연구원은 정규수 미래스마트건설연구본부 연구위원팀이 지방자치단체의 폐쇄회로(CC)TV 인프라를 활용해 인공지능(AI) 영상인식 기반 3차원 미세먼지 정보 구축 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

현재 시민들이 제공받는 미세먼지 정보는 현재 위치로부터 가장 가까운 미세먼지 관측소의 지역단위 정보다. 시민들의 실제 생활권 미세먼지 정보와는 다소 차이가 있다. 일례로 건설연이 위치한 경기도 고양시에서는 5개의 환경부 국가 측정소가 3개 구 44개 동 전역을 담당하고 있다.

더욱 촘촘한 미세먼지 정보 제공을 위해 KT 기지국을 활용한 실시간 미세먼지 측정 앱(애플리케이션)인 에어 맵 코리아(AirMapKorea)를 운영하고 지자체마다 간이측정소를 추가 설치하는 등 노력도 이뤄졌다. 그러나 공간적 특성 및 입지시설 등에 따라 다르게 분포하는 시민 생활권의 미세먼지 정보를 충분히 파악하기에는 역부족이다.

정 연구위원팀은 CCTV 영상 이미지 정보를 분석해 미세먼지 정보를 추정하는 기술을 개발했다. 계절에 영향을 받지 않는 건축물과 인프라 구조물을 이미지 분석 대상으로 삼았다. CCTV의 영상에서 미세먼지 농도에 따라 가시거리와 선명도가 달라진다는 점에서 아이디어를 얻었다.

시각 정보로 미세먼지 농도를 추정하려면 일조량 변화, 그림자, 사각지대, 안개 등도 고려해야 했다. 특히 사각지대와 건물이 없는 하늘에 대해서는 영상 정보를 분석하기 어려웠다. 정 연구위원은 전후좌우의 추정값과 거리, 농도에 가중치를 둬 이런 문제를 해결했다.

또 정확도를 높이기 위해 데이터 세트를 고양시의 국가 측정소 미세먼지 등급별 분포 비율에 맞춰 구축했다. 검증 환경은 실제 환경과 동일하게 구현했다. 습도, 온도, 풍속, 풍향 등과 같은 기상환경 요인과 일조량, 태양의 위치 등과 같은 조도 요인을 포함해 완결성 높은 표준 데이터 세트를 구축했다.

이를 바탕으로 AI 딥러닝 분석을 실시한 결과 개발된 기술의 미세정보 추정치와 실제 국가 측정소의 관측지가 미세먼지 농도 4등급 기준 90% 이상 정확한 것으로 나타났다.

건설연은 지자체 실증 및 기술 고도화를 추진 중이다. CCTV를 모니터링하는 지자체의 스마트도시 통합운영센터를 활용해 다수의 CCTV로부터 미세먼지 농도를 추정하고, 기상정보 제공 시스템을 활용해 3차원의 실시간 미세먼지 정보 제공시스템을 구축하려고 시도하고 있다.

김병석 건설연 원장은 "개발된 AI 미세먼지 정보 구축 기술은 조밀한 시민 생활권 미세먼지 정보 제공을 통해 국민의 안전한 실외활동을 인도할 것"이라며 "기존의 CCTV 인프라를 활용해 비용도 절감할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

맑은날(위)과 미세먼지가 심한 날의 CCTV 영상. 가시거리와 선명도의 차이를 분석하면 미세먼지 정보를 추정할 수 있다. 건설연 제공

[이영애 기자 yalee@donga.com]