02분반 1조 지반지켜조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 지반침하 웹 매핑 서비스(싱크홀 맵) 구축

영문 : Establishment of a ground subsidence web mapping service

과제 팀명

지반 지켜조

지도교수

오희경 교수님

개발기간

2025년 3월 ~ 2025년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2021890023 김현진(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2021890013 김수진

서울시립대학교 환경공학부 2020890026 박가람

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

• 수년간 지반침하 사고는 꾸준히 발생하는 한편, 지하 시설물의 매설 및 노후화는 지속되고 있어 지반침하 사고 발생에 대한 우려는 증가하고 있음.
• 지반침하 사고의 원인 및 분포 등을 분석하기 위해 지반침하 사고 관련 정보를 지도 상에서 제공하는 싱크홀 맵을 구축하고자 함.
• 지반침하 관련 정보를 일반 시민에게도 쉽게 제공함으로써 생활 안전에 기여할 수 있으며, 사고 발생 위험을 예측하고 대응 전략을 수립하는 데에 참고 자료로 활용 가능함.

개발 과제의 배경

• 지반침하 사고의 지속적인 발생

국토교통부에 따르면 2018년 ~ 2024년 11월까지의 지반침하 사고 발생 건수는 총 1,386건에 달하며, 연평균 198건을 기록함(국토교통부, 2024). 따라서 수년간 지반침하가 빈번하게 발생함에 따라 예측 불가한 지반침하 사고에 대한 시민들의 불안감은 커지고 있음. 또한, 2025년 3월 당시 서울 강동구에서 발생한 지반침하로 인해 인명피해가 발생함으로써 지반침하 관련 지도의 필요성은 더욱 부각되었음.

• 지하 시설물의 증가 및 안정성 우려

도심지를 중심으로 지하 개발이 활발한 한편, 상하수관로 등 지하 시설물이 노후화되면서 지반침하 사고의 발생 가능성이 높아지고 있음. 서울연구원에 따르면 2019년 기준 서울시 내 지하 시설물의 총연장은 52,345km를 차지함(서울연구원, 2020). 또한, 2018년 당시 국토교통부에 따르면 전국 지하 시설물의 총연장은 455,159km를 차지함으로써 설치된 지하 시설물에 대한 지속적이고 효율적인 관리의 필요성이 제기됨(국토교통부, 2018).

개발 과제의 목표 및 내용

개발 과제의 목표

• 지속적으로 발생하고 있는 지반침하 사고 관련 정보를 지도 상에서 제공하여 사회 안전에 기여할 수 있는 싱크홀 맵을 구축하고자 함.

개발 과제의 내용

• 지반침하: 지하개발 또는 지하시설물의 이용 및 관리 중에 주변 지반이 내려앉는 현상 (지하안전관리에 대한 특별법 제2조).
• 국토안전관리원에 따르면 2020년 기준 284건, 2021년 기준 142건, 2022년 기준 177건, 2023년 기준 161건의 지반침하 사고가 발생함. 2023년에 발생한 지반침하 사고의 원인으로 하수관로 손상이 42.9%, 다짐 불량이 20.5%, 기타 매설물 손상이 12.4%, 굴착공사 부실이 8.1%를 차지함(국토안전관리원, 2024). 이외에도 상수관로 손상, 기타 매설공사 부실 등 지반침하와 관련된 다양한 원인이 있음.
• 2018년 3월 ~ 2024년 8월까지의 기간 동안 전국에서 발생한 지반침하 사고 데이터를 분석하고, 각 사례를 상하수관로 손상 ∙ 맨홀 손상 ∙ 연약지반 ∙ 타 지하 시설물 손상 등 세부적인 원인으로 분류함으로써 사고 분포를 파악하고자 함. 따라서 이러한 지반침하 사고 관련 정보를 지도상에서 제공하는 싱크홀 맵을 구축하여 일반 시민에게 지반침하 정보를 제공하고자 함.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황
  • 최근 지반침하 예방 및 탐지 기술은 센서 기반 실시간 감지, 영상 기반 탐지, GIS 기반 예측 등 다양한 융복합 기술로 발전하고 있음.
  • AI와 센서 융합을 통한 자동화 지반 상태 분석 기술이 상용화 단계에 진입하고 있음
  • 드론과 열 영상, 적외선, 위성 영상 등 고해상도 원격탐사 기술의 활용 증가하고 있음
  • 스마트 인프라(가로등, 철도 등)와의 융합을 통한 도시 지반 모니터링 사례 확산하고 있음.

• 특허조사 및 특허 전략 분석
  • 싱크홀 측정 및 예측 시스템 (2021, 이엔피알)

지중속 수분 함수율, 대지 저항율, 접지저항 측정 및 지표면의 대지 저항율을 지속적으로 측정하여 싱크홀을 측정 및 예측함.

• 지하수 수위 모니터링에 기반한 지반침하 위험 경고 방법 및 지반침하 위험 경고장치 (2018, 건설기술연구원 등)

도심지의 건물 지하 부분, 굴착공사 현장 등과 같은 굴착지의 주변 지반에서 공사 진행 중 나타나는 지하수 수위 변화를 모니터링. 사전에 정한 기준치 이상으로 지하수 수두구배가 급격하게 일어나는 경우에 경고를 발생시킴.

• 적외선 영상 분석을 이용한 싱크홀 탐지시스템 및 이를 이용한 싱크홀 탐지방법 (2019, 인트모션)

지리정보 시스템(GIS)과 전자지도 및 GPS와 같은 위치정보 시스템을 이용하여 싱크홀 발생 가능성이 높을 것을 예상되는 후보 지역을 지도상에 표시하여 탐지경로를 설정. 설정된 경로를 따라 차량으로 이동하며 차량에 설치된 적외선(IR) 카메라를 이용하여 후보 지역에 대해 정밀조사를 수행. 상하수도 배관의 누수 등으로 인한 인공적인 싱크홀 발생을 조기에 발견.

• 위성영상을 이용한 지반 변위의 관리 및 표출 방법 (2024, 국립재난안전연구원)

인공위성에서 촬영한 합성개구레이더(Synthetic Aperture Rader, SAR) 영상을 활용하여 지반이 얼마나 움직였는지(지반 변위)를 정밀하게 분석하고, 효율적으로 화면에 표시. 태양 고도나 기상 조건에 상관없이 고해상도의 영상을 얻을 수 있다.

• 지반침하를 예방하기 위한 하수관거 점검 시스템

촬영 장비를 구비한 작업자가 하수관거 내부로 진입하여 손상 및 파손 부위를 촬영하며 점검. 촬영된 영상을 실시간으로 외부에서 확인하여 지휘 및 감독함.

• 지하 시설물에 대한 3차원 정보 취득이 가능한 지하공간 통합지도 관리 시스템 및 그를 이용한 지하공간 통합지도 관리 방법 (2023, 한국건설기술연구원)

지하 시설물에 대한 3차원 정보 취득이 가능한 지하공간 통합지도 관리 시스템으로, 이동하며 현장의 지하 정보를 탐사하는 현장 탐사장치를 포함. 탐사장치에서 수신한 지표 관통 센싱 이미지를 기반으로 딥러닝 학습모델을 사용하여 3차원 지하 시설물 정보를 구축.

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

• 국토교통부 지하안전정보시스템(JIS)

대한민국에서는 2018년부터 「지하안전법」에 따라 ‘지하안전정보시스템(JIS)’을 운영하고 있음. 이를 통해 전국의 지반침하 사고 정보를 통합 관리하며, 사고 위치, 일자, 원인, 복구 상태 등을 데이터베이스화하여 제공함​. 이 시스템은 웹 GIS 기술과 관계형 DB를 활용하여 전국 지반침하 데이터를 한 곳에 모아두고 있어 정부 부처나 지자체 공무원뿐 아니라 일반 시민도 일정 정보까지 조회할 수 있음.

다만, 지도 형태의 대시보드보다는 목록 및 검색 위주 인터페이스로 구축되어 있어 일반 시민들이 위험 지역을 직관적이고 가시적으로 파악하기에는 한계가 있음.

• 서울시 지반침하 안전 지도

2024년 기준 서울시는 시내 181개 도로를 분석함으로써 땅 꺼짐 위험도를 다섯 등급으로 나눈 지도를 만들었으나, 불필요한 오해를 조성할 수 있다는 이유로 공개하지 않음. 또한, 서울시는 ‘지반침하 안전 지도(우선정비구역도)‘를 지표투과레이더(GPR) 탐사 효율을 높이기 위해 내부 참고용으로만 활용함. 해당 지도가 위험 등급을 나타내는 자료가 아니며, 「국가공간정보기본법」에 의거해 공간정보는 비공개로 처리하고 있음을 밝힘(서울시, 2025).

이에 대해 전문가들과 시민단체들은 공공안전과 직결된 정보를 비공개로 하는 것은 시민의 알 권리 침해에 해당하며, 재난 예방을 위한 사회적 논의가 필요하다고 주장하고 있음. 특히 최근 도시의 지반 안전에 대한 관심이 급증하고 있어 지반침하 안전 정보의 공개 범위와 방식에 대한 제도적 논의가 시급하다는 지적도 나오고 있음.

• 위험정보 알림 앱 (ETRI K-가드)

한국전자통신연구원(ETRI)이 개발한 ’K-가드‘는 시민 참여형 생활 안전 위험 알림 모바일 앱임. 이 앱의 가장 큰 특징은 사용자가 주변에서 발견한 위험 요소를 사진으로 제보하면 실시간으로 인근 다른 시민들에게 경고를 보내줌. 예를 들어 한 사용자가 길을 가다 싱크홀 발생 장소나 맨홀 파손 등을 발견해 스마트폰으로 촬영해 제보하면 GPS 기반으로 해당 위험 위치가 자동 인식되고 즉시 그 근처를 지나고 있는 보행자들의 휴대폰에 ’해당 지역 통행 주의‘ 알림이 뜨게 됨​. 따라서 이러한 시스템은 전적으로 시민 참여를 통해 이루어지며, 발생하는 사고에 대해 실시간 대응이 가능하다는 장점이 있음. 하지만 당시 시범 서비스로 구축되어 현재로서는 시스템을 사용할 수 없는 것으로 추정됨.

• 마케팅 전략 제시

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

• 정밀한 지반 안정성 평가

지하 개발 또는 지하 시설물 관리 중 발생할 수 있는 지반침하를 하수관로 손상, 연약지반 등의 다양한 원인으로 세분화하여 지도화함으로써 특정 지역의 지반 안정성 평가가 정밀해짐.

• AI 및 센서 융합 기술 활용성

과거 지반침하 사고 데이터를 AI로 학습시켜 예측 모델 고도화가 가능하며, 지하수위 측정 센서 등 실시간 데이터와 결합하여 기술 신뢰성 확보.

• 스마트시티 인프라 연계

도시 관리 시스템, 스마트시티 플랫폼과 연동되어 실시간 모니터링 및 자동 경고 체계로 확장 가능. 교통 체계, 건설 현장, 지하 매설물 관리 시스템 등과의 통합으로 선제적인 도시 안전관리 체계 구축 가능.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

• 지반침하로 인한 사회적 · 경제적 피해 최소화

도로 붕괴, 차량 추락, 인명사고 등 직접적 사고를 예방함으로써 복구 비용, 보험료, 교통체증 등의 간접손실을 대폭 절감. 특히 지하 매설물 밀집 지역이나 인구 밀집 지역의 위험을 사전에 관리함으로써 도시 기능 마비 가능성 감소.

• 생활 안전에 대한 신뢰도 증대

일반 시민에게 공개되는 싱크홀 위험 지도를 통해 사전 경로 우회, 위험지대 인지 등이 실현가능하며, 공공기관의 안전관리 투명성 및 책임성 강화.

• 지하공간 관련 산업 활성화

지하공간 모니터링, 매설물 관리, 스마트 센서 및 AI 분석 기술 관련 산업의 수요 증가로 지자체 및 공공기관, 민간 건설사를 대상으로 한 서비스 시장 창출 가능.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

설계

설계사양

제품의 요구사항

• 사용자 요구사항

• 정보 접근성 – 사용자가 지반침하에 대한 정보에 쉽게 접근할 수 있도록 하여 시스템 사용 장벽을 낮춤.
• 정보 가시성 - 지도 맵핑 결과를 시각적으로 표현하여 사용자가 쉽게 이해할 수 있도록 함.
• 정보 신뢰성 – 데이터를 신뢰할 만한 기관에서 수집하고, 관련 분류 결과가 신뢰 있게 산출될 수 있도록 함.
• 맞춤형 서비스 – 사용자가 희망하는 기능을 제공할 수 있도록 맞춤형 서비스를 제작함.
• 활용성 – 사용자가 일상 생활에서 제품을 활용하고, 관련 기관에서 정책 수립을 하는 데에 참고될 수 있도록 함.

• 제품의 기능사항

• 데이터 시각화 – 지반침하 총 1,395건의 사고 위치 및 정보를 지도에 시각화함.
• 대시보드 구성 – 일자, 규모, 원인 등 사고 관련 정보를 결과 대시보드에 구성함.
• 기능(필터링) 최적화 – 사고 발생 연도, 원인, 지역 등으로 구분하여 사용자가 관련 정보를 파악할 수 있는 기능을 제공함.
• 사용자 위치 반영 – 사용자의 현 위치에서 인근에 발생한 지반침하 정보를 파악할 수 있도록 함.
• 항목 업데이트 – 사용자가 지속적으로 제품을 활용할 수 있도록 데이터를 업데이트함.

설계 사양

개념설계안

이론적 계산 및 시뮬레이션

상세설계 내용

• 본 시스템은 전국 지반침하 사고 데이터를 시각화하고 시민에게 안전 정보를 제공하기 위한 웹 기반 싱크홀 지도(Sinkhole Map)임. React를 기반으로 한 프론트엔드 환경과 Leaflet.js 기반 지도 라이브러리를 통해 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하며, 사고 데이터를 실시간으로 필터링하고 시각적으로 탐색할 수 있도록 설계함.
• 사용자는 연도, 사고 원인, 지역, 키워드 등을 기준으로 사고 정보를 필터링할 수 있으며, 지도 위 마커 클릭을 통해 사고 상세 정보를 확인할 수 있음. 사고 위치는 카테고리별로 색상이 구분된 핀 마커로 표시되며, 마커 선택 시 오른쪽 대시보드에 사고 주소, 일자, 발생 규모 등이 요약됨. 또한, 지도 우측 상단에는 레이어 전환 기능이 포함되어 있어 OpenStreetMap, 위성지도, Google 지도 등 다양한 지도 스타일을 선택할 수 있음.
• 또한, 지역별 노후 하수관 비율 데이터를 기반으로 각 시의 행정 경계에 색상을 입히는 단계 구분도(choropleth map) 기능이 구현되어 있으며, 이를 통해 사고 위험도가 높은 지역을 시각적으로 파악할 수 있음. 모든 필터링된 사고 목록은 CSV 및 Excel 형식으로 다운로드가 가능하여 정책 분석이나 행정 업무에 활용될 수 있음.
• 본 시스템은 클라이언트에서 데이터 파일(CSV, GeoJSON 등)을 직접 불러오고 처리하는 방식으로 구축되었으며, 향후 API 연동을 통한 실시간 데이터 반영, 사용자 위치 기반 서비스, 예측 모델과의 통합 등으로 확장이 가능함.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

내용 파일:지반지켜조 포스터.pdf

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

• 기술적 완성도 면에서 분류에 대한 시각화, 필터링, 대시보드를 완벽하게 수행하여 만점으로 평가함.
• 데이터의 신뢰성 면에서는 분류에 대한 것은 딥러닝 학습을 통해 일관성 분석을 하였을 때 높은 점수를 받았지만 geocoding을 하는 과정에서 주소에 대한 불확실성이 조금 있어 20점으로 평가함.
• 활용성 면에서는 아직 베타 버전으로 데이터 업데이트를 위해서는 코드 수정과 엑셀 파일에 업데이트를 해야하는 약간의 어려움이 있어 접근성이 조금 떨어진다고 판단하여 19점으로 평가함.
• 원인별 지역별 구분까지는 모두 완료하였으나 노후 관로에 대한 비율은 데이터의 부족으로 조금 부족한 점이 많이 보여 17점으로 평가하였음.

• 총점: 81점으로 본 작품을 평가함.

향후계획

• 네비게이션과 연동 후 길을 지나갈 때 사용자에게 상습 발생 구역에 대한 안내
• 씽크홀 발생시 사용자들의 신고를 통한 실시간 업데이트 기능
• 자주 발생하는 원인에 대해 분석 후 이에 대한 싱크홀 예측 기능 탑재 (상습 발생 원인에 대한 데이터 부족으로 본 프로젝트에서는 진행 못함)
• 조금 더 사용자에 다가갈 수 있는 친숙한 디자인의 홈페이지 제작

특허 출원 내용

내용