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긴급구조 정밀측위 기술 동향

 안녕하세요, KT 커뮤니케이션코어플랫폼팀 최동욱 입니다.

우리팀에서는 다양한 모바일 디바이스를 기반으로 정밀한 위치정보를 제공하는 기술과 서비스를 개발하고 있습니다. 그 중, 긴급구조 정밀측위 기술에 대한 동향에 대해 간략히 소개해 드리려고 합니다.


Intro

  늦은 가을, 단풍의 계절을 맞아 A씨는 친구들과 가까운 야산으로 등산을 갔다. 평소 운동을 즐겨하던 터라, 큰 준비 없이 가벼운 발걸음으로 가을의 정취를 마음껏 즐기고 있었다. 오후가 되어, 산 정상을 뒤로한 채, 집으로 하산하는 길목에서, 돌부리에 발걸음을 헛디뎌 넘어지게 되었다. 친구들의 부축을 받고 이동을 할 수 없을 정도의 통증이 계속되어 친구인 B씨는 119로 긴급구조 요청 전화를 보냈다. 가까운 지역의 소방서에서 B씨의 휴대전화 위치정보를 확인한 구조요원들은 A씨를 빠르고 신속하게 구조하여, 안전하게 가까운 병원으로 이송하였다.



1. 긴급구조 위치 서비스란?

  긴급구조용 측위시스템은 범죄, 화재, 재난 등의 상황에서 구조요청자의 정확한 위치정보를 긴급구조 기관에 신속하게 제공하기 위해 사용된다 [1]. 112, 119 신고와 같은 위급한 상황에서 구조요청자의 정확한 위치를 파악하기 위해 구조요청자의 휴대전화를 활용한 다양한 측위 기술이 개발되고 상용화 되고 있다. (일반적으로 스마트폰의 위성수신 장치, WiFi 송수신 장치, Cellular 장치 등이 활용 되고 있음)

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그림1. 스마트폰 기반의 위치정보 획득 방식


  긴급구조기관은 위치정보의 보호 및 이용 등에 관한 법률, 제29조 제1항에 의거 위치정보사업자에게 개인위치정보의 제공을 요청할 수 있음.

  • 제29조(긴급구조를 위한 개인위치정보의 이용)① 「재난 및 안전관리 기본법」 제3조제7호에 따른 긴급구조기관(이하 “긴급구조기관”이라 한다)은 급박한 위험으로부터 생명ㆍ신체를 보호하기 위하여 개인위치정보주체, 개인위치정보주체의 배우자, 개인위치정보주체의 2촌 이내의 친족 또는 「민법」 제928조에 따른 미성년후견인(이하 “배우자등”이라 한다)의 긴급구조요청이 있는 경우 긴급구조 상황 여부를 판단하여 위치정보사업자에게 개인위치정보의 제공을 요청할 수 있다.출처 : 국가법령정보센터 위치정보법 [2]


  방송통신위원회는 긴급구조기관 및 경찰관서의 신속하고 정확한 구조 활동을 지원하기 위해 2019년부터 긴급구조 위치정보의 품질을 측정하고, 그 결과를 공개해 이통3사의 긴급구조 정밀측위 기술투자와 품질 향상을 유도하고 있다. 이통3사망 이용 및 기타 단말기의 측위기술(기지국ㆍGPSㆍWi-Fi)에 대해 단말기의 GPS와 Wi-Fi 기능이 “꺼진(Off)”상태에서 긴급상황 발생 시 단말기의 기능을 일시적으로 “켜서(On)” 얼마나 빠르고 정확하게 위치정보를 제공하는지를 측정하여 그 결과를 매년 보도자료로 공개 중.

2. 긴급구조용 위치정보 요구사항

  한국정보통신기술협회(TTA)에서 제ㆍ개정한 긴급구조용 위치정보 시스템 관련 표준은 1) 요구사항, 2)구조, 3)네트워크 시작 위치서비스 인터페이스, 4)단말 시작 위치서비스 인터페이스, 5)시험절차를 포함하고 있다.


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표1. 긴급구조용 위치정보 시스템 관련 표준[5]

 
  긴급구조용 측위시스템 Stage 1: 요구사항(TTAK.KO-06.0401-Part1R2)에는 범죄, 화재, 구조, 구급, 재난 등의 상황에서 긴급구조기관의 신속한 긴급구조활동에 필요한 구조요청자의 정확한 위치정보를 제공하기 위하여, 국내에서 구축되고 있는 측위시스템의 상호운용성과 긴급구조기관에 제공되는 위치정보의 품질이 보장되게 시스템을 구성하고 운영하기 위한 요구사항 등을 정의하고 있다.
  
  측위시스템 요구사항으로는 측위 기능이 탑재된 단말기, 지원하는 망, 위치정보 생성을 위한 네트워크ㆍ단말 시작 측위 절차, 사용자ㆍ제어 평면 동작 그리고 정밀위치정보 생성을 위한 시스템간의 통신
  
  측위기술 요구사항으로는 단말기반ㆍ단말도움 방식의 지원, 위치정보를 생성하기 위한 기지국ㆍA-GNSSㆍWi-Fiㆍ고도(기압) 측위기술의 지원을 요구하고 있다.         
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 그림2. 긴급구조용 위치정보 요구사항의 예

  위치정보 품질 관련 요구사항은 크게 수평 위치정확도와 수직 위치정보 그리고 응답시간에 대해 요구하고 있으며 상세한 요구사항은 표 2와 같다. 수평 위치정보에 대해서는 A-GNSS, Wi-Fi 기반 측위기술과 같은 정밀측위기술에만 적용(기지국 기반 측위기술 제외), 수직 위치정보에 대한 정확도 요구사항은 추후 유관기관 논의를 통해 정의한다는 예외 조항을 적용하고 있다.
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표2. 긴급구조용 위치정보 품질 요구사항 (TTAK.KO-06.0401-Part1R2)

  긴급구조용 위치정보 품질 요구사항에 기반하여, 방통위는 긴급구조용 위치정보의 품질에 대해 위치기준 충족률, 위치 정확도, 위치 응답시간을 이통3사 대상으로 결과를 발표하고 있다. 다음은 각각 품질측정 평가 지표에 대한 상세 설명이다.
  • 긴급구조 위치기준 충족률: 긴급구조기관의 전체 위치정보 요청 건수 중에서 거리오차 목표(50m)와 위치응답시간 목표(30초)를 동시에 충족하는 위치정보를 수신한 건수의 비율 (단위 : %) 
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  • 위치응답시간: 긴급구조기관이 위치정보를 요청한 시간과 위치정보를 포함하는 응답을 수신한 시간의 차이 (단위 : 초)

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  • 위치정확도: 시험 지점의 실제 위치좌표와 측위된 위치좌표와의 거리오차 값 전체 중, 가장 작은 거리오차로부터 CEP 90인 순위에 해당하는 거리오차 (단위 : m)
    f1o-366dcbca37294f58a2949db84d02fc95-158.jpg그림3. CEP 90의 도식화된 설명[6]

3. 긴급구조용 측위시스템

  긴급구조용 측위시스템은 긴급구조기관(경찰ㆍ소방ㆍ해경)의 위치조회 시스템, 이동통신사의 측위서버, 구조요청자 단말로 구성된다. ‘22년에 개정된 신표준 긴급구조용 측위시스템 Stage 2: 구조(TTAK.KO-06.0401-Part2/R1)에서는 그림 2의 상단에 표시된 해면기압서버(이통사 망 내ㆍ외)와 정밀측위서버(이통사 망 내ㆍ외)가 새롭게 추가 되었다. 

  긴급구조기관 위치조회시스템은 요구조자의 위치정보를 빠르고 신속하게 획득하고, 획득한 위치정보를 활용하여, 각 기관의 SOP를 수행하는 컨트롤타워 역할로서, 요구조자 단말의 위치정보를 개별 측위기술(기지국ㆍA-GNSSㆍWiFi)로 지정하여 요청할 수 있다. 기존의 개별 측위기술보다 정확도가 강화된 복합측위 방식을 활용하는 방안을 긴급구조기관에서 활발하게 논의 중이다.
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그림4. 119 종합상황실[7]
      
  이동통신사 측위서버는 각사에 구현된 측위를 위한 기능의 조합으로 다음의 업무를 수행한다.
  

  1. 요청받은 요구조자의 이동통신사 가입여부 확인

  2. 측위를 위한 단말 프로파일 정보 확인

  3. 요청받은 측위기술에 대한 위치정보 획득

  4. 획득한 요구조자의 좌표정보를 주소정보로 변환

  5. 긴급구조기관에 요구조자 정보 전송

  요청받은 측위기술을 이용하여 요구조자의 위치정보를 획득함에 있어, 활용되는 측위기술(기지국ㆍA-GNSSㆍWiFiㆍ고도)에 대해서는 4절 긴급구조 측위기술에서 더 상세히 알아보겠다. 긴급구조라는 특수한 환경에서 단말의 위치정보를 활용하기 위한 위치기능의 On/Off에 대해서는 5절 긴급구조 단말기술에서 살펴보겠다. 최근 갱신된 표준의 수직위치정보 요구사항에 따라, 이동통신사 측위서버는 각각의 방식으로 수직위치정보를 획득하는 시스템을 준비 중이다. 보편적으로 많이 활용되는 스마트폰의 기압센서를 이용한 방법이 단말 제조사와 함께 활발히 논의되고 있다.


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그림5. 긴급구조용 측위시스템의 구현 참조모델 (TTAK.KO-06.0401-Part1R2)

4. 긴급구조 정밀측위 기술

  A-GNSS(Assisted-Global Navigation Satellite System)는 단말의 위성측위 시작 속도를 향상시키고, TTFF(Time To First Fix)를 줄이기 위한 위성 기반 위치 획득 체계이다. A-GNSS는 대부분의 위성수신기가 내장된 휴대전화, 스마트폰 또는 사물인터넷(Internet of Things)단말에 탑재되어 있으며, 우리나라의 긴급구조용 위치정보 중, 정밀측위 기술의 근간이 되는 측위 방식이다. 실외환경에서 수미터~수십미터의 위치정확도를 보장하는 기술로 휴대용 단말의 성능을 개선하기 위해, 측위서버는 도움정보를 단말에 제공하거나, 단말이 측위서버로 제공한 위성수신 정보를 기반으로 단말의 최종 위치를 결정한다.
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그림6. A-GNSS 개념도[8]
      
  최근 RTK 기술이 활발하게 다양한 산업군의 단말(차량, 농기계, 관제장치 등)에 도입됨에 따라 스마트폰에도 기존 A-GNSS 기술을 한층 더 강화하여 정확도를 개선시키는 움직임이 활발하게 일어나고 있다. 3GPP Rel.16에서는 정밀위성측위 기술을 지원하기 위한 PPP-RTK 인터페이스 규격을 정의하고 있다. 국내에서도 커넥티드카, 자율주행차량의 정밀측위 성능을 보장하기 위해 다양한 RTK관련 기술 및 플랫폼이 상용화되고 있으며, 이런 기술을 스마트폰으로 확대하는 기술개발 및 기능검증이 활발하게 진행 중이다.
   
  3GPP Positioning methods 중, ETSI TS 138 305 V16.1.0 [9] allow the UE to compute its position with a better accuracy; RTK corrections (for N-RTK) and GNSS physical models (for SSR/PPP) are obtained via NG-RAN so the UE can use these assistance data, together with its own measurements, i.e., code and carrier phase measurements, to enable computation of a position with a high accuracy
  실내에 설치된 Wi-Fi AP의 시설물 설치 위치정보를 활용한 WPS는 지난 10년간 가장 범용적으로 실내 또는 밀집 도심에서 정확한 위치정보를 제공하기 위한 기술로 활용되어 왔다. 특히 사용자 기여를 통한 데이터를 수집하고 가공/정제하는 Crowd-sourcing 기술의 발전과 AI/ML(Artificial Intelligence/Machine Learning)기반의 학습 기술이 산업계에 빠르게 확산됨에 따라, 기존보다 더 정확한 시설물 설치 위치정보 추정할 수 있게 되었다. 최근 실내에서 더 정확한 위치정보를 활용하기 위해 특수 목적으로 설치한 BLE(Bluetooth Low Energy)등을 활용하여 측위하는 기술도 긴급구조용 측위 표준에 반영되었다. 또한 스마트폰 단말기에 UWB(Ultra Wide Band)장치의 탑재가 확대됨에 따라, 향후, ToA 등을 활용한 센티미터급 실내 정밀측위 기술도 긴급구조용 위치정보에 활용될 가능성이 열려 있다.

  긴급구조기관 위치조회시스템은 요구조자의 정밀위치정보를 획득하기 위해, 이동통신사에 단말의 GPS 또는 Wi-Fi 측위기술 방법으로 위치정보를 획득할 것을 요청한다. 최근 복합측위 기술의 발전으로, 위치정보를 이용하는 긴급구조기관이 GPS또는 Wi-Fi와 같이 기술을 특정하지 않고 이동통신사가 추정할 수 있는 측위기술을 조합 또는 융합하여 최적의 위치정보를 생성해 내는 기술을 상용화했다. 긴급구조기관 위치조회 시스템도 기존의 특정기술을 한정하여 위치정보를 요청하는 방식에서 복합측위 방식으로 전환하여 위치정보를 활용하는 방안을 활발하게 검토 중이며, 빠른 상용화가 예상된다.
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그림7. 실내외 복합측위[12]
         
  최근 기압센서를 탑재하고 출시되는 스마트폰이 점차 증가하고 있다. 미연방통신위원회(Federal Communications Commission)도 긴급구조를 위해 스마트폰의 기압센서를 활용한 수직 위치정보를 제공할 것을 요구하고 있으며, 국내 긴급구조용 측위시스템 표준에서도 ’22년부터 수직 위치정보에 대한 시스템 기능요구사항 인터페이스 표준이 개정되었다. 이동통신사 및 연구기관에서 스마트폰 기압센서를 활용한 수직 위치정보 제공에 대한 다양한 연구개발 및 기술 상용화가 진행되고 있으며, 스마트폰 제조사에서도 관련 기술 지원을 위해 다양한 협력관계를 유지하고 있다. 아직은 기압센서를 활용한 수직 위치정보 제공에 대한 기술개발 수준에 머물러 있지만, 긴급구조에 활용 가능한 수준으로 품질이 확보될 수 있도록 다양한 연구개발이 진행 중이다.


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그림8. KT 정밀측위기반 서비스

5. 긴급구조 단말 기술

  긴급구조 위치정보를 제공하기 위해 단말기에 탑재된 GPS, Wi-Fi, Cellular, BLE, 기압센서, 모션센서 등 다양한 기술을 활용한다. 그 중, 긴급구조라는 특수한 환경에서 다양한 기술을 작동(On) 시키기 위한 별도의 규격이 사전 탑재되어야 한다. 특히 실종, 납치 등과 같은 특수한 환경에서 요구조자가 직접 스마트폰 조작이 불가할 때, 긴급구조용 측위시스템 Stage 3: 네트워크 시작 위치서비스 인터페이스 (TTAK.KO-06.0401-Part3/R1)를 활용하여 요구조자의 정밀 위치정보를 획득할 수 있다.

  기존의 네트워크 시작 위치서비스는 이동통신사마다 자제의 규격을 이용하여 구현이 되었지만, ‘22년 개정된 긴급구조용 측위시스템 규격에는 Data SMS(Short Message Service) 메시지의 특정 Application Port를 사용할 것을 정의하고 있다.  
   
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표3. WPP 인터페이스 MIR 메시지의 Application Port 구성

  네트워크 시작 위치 서비스 인터페이스 표준이 확산된다면 긴급구조 정밀측위 기능을 제공하는 단말 인터페이스가 일원화 되어 이동통신사의 망에 종속적이지 않은 보편적인 정밀측위 기술이 제공되는 이점이 있다. 방송통신위원회는 향후 국내에 출시되는 단말에 제도적인 가이드를 제시하여 긴급구조용 측위시스템 표준이 더 널리 확대될 수 있도록 준비하고 있다.

6. KT Cloud Native 기반 위치플랫폼

  스마트폰의 A-GNSS, Wi-Fi, 기지국 측위 등 기존 측위 기술 외에도 저전력 블루투스, 기압 센서 등 측위 정확도를 높이기 위한 기술이 지속적으로연구 개발되고 있다. 특히 두 가지 이상의 측위 자원을 결합하는 멀티소스를 이용한 복합측위 기술의 본격적인 상용화는 긴급구조용 위치정보 서비스의 품질을 빠르게 향상시킬 것이다. KT는 멀티소스를 이용한 Cloud Native 복합측위 플랫폼 상용화의 가속화를 위해 다양한 측위 기술을 연구 개발하고 있다.

  KT가 추진하는 Cloud Native기반 Application Modernisation은 기존의 독립 구축된 시스템에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있다.

  1. 확장성: 클라우드 환경에서는 애플리케이션의 수요에 따라 리소스를 유연하게 조정할 수 있어 필요할 때 서버를 추가하거나 필요하지 않을 때 리소스를 줄일 수 있어 비용 효율적이다.

  2. 유연성: 클라우드 기반 시스템은 다양한 서비스와 도구를 통합할 수 있어 새로운 기능을 추가하거나 기존 시스템을 쉽게 확장할 수 있다.

  3. 자동화 및 DevOps 지원: 클라우드 플랫폼은 지속적인 Continuous Integration (CI) / Continuous Deployment (CD) 파이프라인, 자동화된 테스트 및 배포 기능을 지원하여 개발 및 배포 속도를 높인다.

  4. 신기술 구현의 용이성: 클라우드는 인공지능(AI), 머신러닝(ML), 빅데이터 분석과 같은 최신 기술을 쉽게 도입할 수 있는 환경을 제공한다.


  이를 통해 긴급구조용 위치정보 서비스의 기술 변화에 빠르게 대응하고, 측위 품질을 향상시키며, 상용화 시 운영 효율을 높일 수 있다. KT는 더 나은 위치정보 제공을 목표로 2010년부터 2022년까지 10년에 걸쳐 사일로(Silo)로 개발 및 상용화한 위치기반서비스 플랫폼을 Application Modernisation하기 위해 측위 엔진을 포함한 전체 플랫폼의 Cloud Native 개발 프로젝트를 2023년 하반기부터 착수하여 2024년 하반기 상용화를 완료했다. 특히, 멀티소스 정보를 활용한 Cloud Native 복합측위 플랫폼으로의 전환은 지속적으로 연구개발 중인 긴급구조용 정밀 측위 기술의 CI/CD를 통해 상용 환경에서 실제 구조 활동에 도움이 되는 품질 개선속도를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

  그림 9는 KT가 개발한 Cloud Native 복합측위 플랫폼의 전과 후를 보여준다. 그림 9의 왼쪽은 로케이션 매니저, 기지국 및 Wi-Fi 측위, GNSS 측위로 구성된 기존의 시스템으로 Monolithic Architecture이다. 더 빠르고 정확한 위치 정보를 얻기 위해 연구 개발한 제품을 상용화하기 위해서는 독립적인 엔진이나 플랫폼을 새롭게 구축해 기존 운영 환경에서 기존 플랫폼과 직접 연동해야 한다. 이러한 상용화는 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에 빠른 기술 변화에 대응하기 어렵다. 그림 9의 오른쪽은 기존의 Silo화된 모든 기능을 하나의 플랫폼에 포함하는 Micro Service Architecture를 설명한 것으로, 소프트웨어 모듈, 특히 CORE-PDE 부분만 추가하거나 수정하여 다양한 측위 기술을 즉시 상용화 및 관리할 수 있는 CI/CD를 확보할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 기압보조 데이터 기반 하이브리드 측위 기술도 Barometric PDE라는 소프트웨어 모듈로 적용되어 기존 측위 기능과 복합적으로 동작하도록 구성되어 있다. 
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그림9. Silo to cloud-native hybrid positioning platform architecture[15]


Outro

  국민의 안전을 책임지는 긴급구조용 위치정보 시스템의 최신 표준 및 업계 동향에 대해 알아보았다. 긴급구조 기관에서 활용 중인 위치정보 조회 시스템은 종래의 측위방식을 한정하는 요청에서 복합측위 위치정보를 요청하는 방식으로 고도화를 검토 중이며, 이동통신사는 긴급구조 측위시스템에 복합측위 기술 제공을 위한 다양한 연구개발 및 상용화를 준비 중이다. 특히 정밀측위 기술 표준화 중, 단말 인터페이스 표준화를 통해 USIM(Universal Subscriber Identity Module)이동 단말, 자급제 출시 단말 등, 긴급구조 위치정보 제공에 제약을 받을 수 있는 사각지대를 해소 함으로써 긴급구조용 위치정보의 획득 및 활용에 만전을 기할 것으로 예상된다.
  최근, 정밀 위성측위 기술로 활용도가 확대되고 있는 RTK 기술을 긴급구조용 위치정보에 확산하는 기술적 검토도 활발하게 이뤄지고 있다. 특히 긴급구조 SOP 시간을 획기적으로 단축하고 골든타임을 확보하는데 필수인 수직 위치정보에 대해서도 스마트폰 기압센서를 활용한 방법에 대해 적극적인 논의가 일어나고 있다. 향후, 다양한 기술이 긴급구조용 정밀측위 시스템에서 활용될 것이라 예상된다.


(본고는 필자가 2023년 11월에 KISA에 기고한 ‘긴급구조용 위치정보 시스템 동향’을 바탕으로 작성하였습니다 [16].)


Reference




최동욱

LBS플랫폼, 긴급구조 정밀측위에 관심이 많은 Positioning Engineer 입니다

- TTA PG904 LBS시스템 의장

- 국립전파연구소 방송통신표준심의회 전문위원

- 항법시스템학회 JPNT 편집위원