카르본알아조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 탄소발자국 최소화 장소 및 경로 추천 시스템 개발

영문 : Developing a system that recommends a meeting place and routes to minimize carbon footprint

과제 팀명

카르본알아조

지도교수

이상철 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 신**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 백**

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 안**

서울시립대학교 환경공학부 20**8900** 은**

서론

개발 과제 요약

모임 장소 이동시 발생하는 탄소발자국을 최소화하는 “저탄소 모임 장소 추천” 시스템

모임 장소로 이동하는 “저탄소 대중교통 경로 추천” 시스템

자가용 대신 대중교통 이용 시 “탄소발자국 저감량 가시화”로 사용자의 경각심 도모

단기적으로 개인이 일상생활에서 탄소발자국을 체감하도록 하여 경각심 촉구

장기적으로 탄소발생량을 고려한 저탄소 대중교통 운행 노선 구축에 기여

개발 과제의 배경

기후 변화로 탄소배출량에 대한 관심이 높아짐에 따라 탄소 배출량 감축은 기업 및 정부에서 개인의 문제로 확대되었지만 일상생활에서 배출되는 탄소의 양은 실체적으로 인식하기 어렵다.

◇ 탄소발자국(Carbon Footprint): 개인 또는 단체가 직간접적으로 발생시키는 온실기체의 총량으로, 일상생활에서 사용하는 제품의 원료, 만드는 과정, 사용하고 버려지는 과정에 이르기까지 모든 과정에서 발생하는 이산화탄소를 kg 혹은 우리가 심어야 하는 나무 그루 수로 표시한다.

◇ 2050 탄소중립 선언(‘20.10): 2050년까지 인간 활동에 의한 배출량은 최대로 감소시키고, 흡수량은 최대로 증대하여 순 배출량이 0이 된 상태를 목표로 한다.

◇ 2030 국가 온실가스 감축 목표(NDC): 2050년 탄소중립 달성을 위한 중간목표로, 파리기후변화 협정에 따라 참가국이 스스로 정하는 국가 온실가스 감축 목표이다. 2018년은 우리나라 온실가스 배출 정점으로, 감축 목표 설정을 위한 기준연도로 활용하며, 2030년 온실가스 배출량은 2018년 대비 35% 이상 감축해야 한다.

◇ ESG 경영 추세: ‘저탄소 모임 장소 및 경로 추천 시스템’은 도로 위 탄소 저감 목표는 비재무적 요소인 환경(Environment), 사회(Social), 지배 구조(Governance)를 고려하여 지속가능한 발전을 추구하는 ESG 경영 추세에 부합하며, 장기적으로 교통 분야에서 저탄소 운행 노선 구축에 기여할 수 있다.

◇ 개인 탄소 허용량 규제의 중요성에 대한 근거: 개인 탄소 허용량(PCA: Personal Carbon Allowances) 이란 국가의 감축 목표에 따라 모든 성인에게 균등하게 탄소 허용량(온실가스 배출 허용량)을 정해주는 것으로, 전 세계적으로 동일하게 개인 허용량을 정하는 것이 아니라 국가별 목표에 맞게 허용량을 정하고, 국가 목표에 따라 점차 한도를 줄여 나가야 한다. 저탄소 대중교통 경로를 추천해주는 본 시스템이 개발되면 교통 분야의 개인 탄소 발자국을 인식하기 용이해지고, 나아가 국가적으로 PCA를 적용하는데 도움을 줄 것으로 기대할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

단기목표: 개인이 일상생활에서 탄소발자국을 체감하도록 하여 경각심을 촉구한다.
장기목표: 탄소발자국을 고려한 저탄소 대중교통 운행 노선을 구축하는데 기여한다.

◇ 저탄소 모임 장소 추천: 모임 참여자들이 몇 가지 모임 후보를 가지고 고민할 경우, 모임 장소로 이동시 발생하는 탄소발자국을 최소화하는 모임 장소를 추천한다.

Figure 1. 저탄소 모임 장소 추천 시스템의 이해를 돕기 위한 그림 예시

◇ 저탄소 대중교통 경로 추천: 모임 참여자들이 대중교통으로 모임 장소까지 이동할 때, 탄소발자국 발생량이 최소화되는 최적 경로를 추천한다.

◇ 탄소발자국 저감량 가시화: 추천된 경로를 자가용 대신 대중교통으로 이동 시 저감할 수 있는 탄소발자국의 양을 가시화하여 사용자의 참여 의지를 촉구한다.

◇ 본 설계 시스템은 Flutter 프레임워크를 이용하여 어플리케이션으로 제작하였다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• State of art

대중교통 경로 추천 알고리즘

◇ 대중교통 경로 추천 알고리즘은 출발 지점과 도착 지점을 잇는 대중교통 경로를 선별하는 알고리즘이며, 현재 Google Maps, 네이버 지도 등의 플랫폼에서 기본적으로 제공하는 서비스이다.

◇ 대중교통 경로 추천 알고리즘은 사용자가 입력한 위치 정보와, GPS를 이용한 출발 지점의 정보, 버스나 지하철의 노선별 시간표 및 현재 위치 정보, 환승 정보 등을 이용한 고도의 알고리즘이다.

◇ 아로정보기술에서는 한국 대중교통 환경에 최적화된 대중교통 길찾기 정보(ODsay)를 제공 중이며, 네이버, 구글, 카카오 등에서 해당 정보를 받아 사용하고 있다.

중간지점 탐색 알고리즘

◇ 중간지점 탐색 알고리즘은 사용자간 최적의 중간지점을 탐색하는 알고리즘으로, 단순히 위치 및 거리 기준 중간지점 뿐만 아니라 사용자의 이동시간, 이동 지하철 역 개수 등을 고려한 방법들이 제시된다.

◇ 거리 및 위치 기반 중간지점을 찾는 방법으로는 사용자들의 좌표 값을 사용자들의 수로 나누고 평균을 구하는 거리 평균을 이용한 방법과 사용자들의 좌표를 2차원상의 점으로 인식하여 삼각형을 만들고, 삼각형의 모양에 따라 원의 무게중심을 사용하여 사용자 간 거리 평균을 구하는 방법이 있다(배혜지 외, 2015).

◇ 더 나아가 허유성 외(2019) 는 그레이엄 스캔(Graham’s Scan) 알고리즘을 기반으로 시간가중치를 적용하였고, 박나은 외(2021) 는 다익스트라 알고리즘 기반의 중간지점 탐색알고리즘을 만들었다.

탄소발자국 계산 알고리즘

◇ 탄소발자국(carbon footprint)은 온실가스 중 이산화탄소 발생량을 나타낸 것이며, 제품 및 서비스의 원료채취, 생산, 수송·유통, 사용, 폐기 등 전 과정에서 발생하는 탄소를 계량적으로 나타낸 지표이다.

◇ 서울연구원(2018) 은 연료와 속도에 따른 경험적 계수와 이동속도를 사용하여 탄소발생량을 계산하였다.

◇ 한국기후환경네트워크, 환경부 등에서 탄소발자국 계산기를 제공하고 있지만, 월·일 평균 이용시간으로 계산하기에 실제 발생한 탄소발자국을 정확히 계산하기 어렵다는 단점이 있다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

(10-2013-0057560) 중간지점의 모임장소 추천 시스템 및 방법

Figure 2. 중간 지점의 모임장소 추천 시스템의 플로우차트

본 시스템은 모임 참석자들의 단말로부터 프로필을 입력 받아 모임 참석자들의 취향과 나이를 고려하고, 모임의 성격에 맞는 모임장소를 추천하는 것을 목적으로 한다. 모임장소 추천 방법은 모임 참석자들의 단말로부터 위치를 입력 받고 상기위치의 중간지점을 검출하는 단계와, 상기 중간지점의 부근에 존재하는 모임장소를 추천하는 단계, 상기 모임장소가 상기 단말에 의해 선택됨에 따라 모임장소의 안내정보를 제공하는 단계를 포함한다. 이를 통해 모임 참석자들은 실시간으로 모임에 대한 정보를 공유하고 프로필 및 위치를 전송하여 중간지점의 모임장소를 선택하며 거리상의 불만을 최소화할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면, 각 모임 참석자들의 음식 기호와 모임의 성격을 고려하여 최적의 모임장소를 찾을 수 있다.

(10-2017-0048560) 복수의 사용자들이 모이기 위한 장소를 추천하는 어플리케이션의 동작 방법

Figure 3. 복수의 사용자들이 모이기 위한 장소를 추천하는 어플리케이션의 플로우차트

본 발명은 복수의 사용자들의 출발 위치로부터 거리 및 이동 소요 시간에 따라서 중간 위치를 결정하고, 결정된 중간 위치로부터 모임의 목적에 따라 후보위치들을 결정하여 최근접 후보 위치를 모임 장소로 추천한다. 모임의 참석 인원수, 목적과 복수의 사용자들의 출발 위치들을 입력 받고 화면 상에 출발 위치들을 표시하는 단계, 출발 위치들로부터 거리에 따라 계산되는 중간 위치인 제1 위치를 결정하는 단계, 출발위치들로부터 제1 위치까지 이동하기 위해 소요되는 시간을 각각 계산하고, 계산된 결과를 반영하여 제1 위치를 보상함으로써 출발 위치들로부터 시간에 따라 계산되는 중간 위치인 제2 위치를 결정하는 단계, 화면 상에 마커를 이용하여 제2 위치를 표시하는 단계, 제2 위치가 속한 지역 내에서 모임의 목적에 따라 후보 위치들을 결정하고 후보 위치들 중에서 제2 위치에 가장 근접한 어느 하나를 제3 위치로 선택하는 단계, 화면 상에 또다른 마커를 이용하여 제3 위치를 표시하는 단계 및 출발 위치들로부터 제3 위치까지 이동하기 위한 경로들을 생성하고 화면 상에 경로들을 표시하는 단계를 포함한다.

(10-2021-0112826) 개선된 탄소 배출량 산출 알고리즘을 활용한 맞춤형 저탄소 여행 계획 제공 방법 및 장치

Figure 4. 개선된 탄소 배출량 산출 알고리즘을 활용한 맞춤형 저탄소 여행 계획 제공 방법 및 장치의 플로우차트

본 발명은 저탄소 여행지 데이터베이스에 대해서는 공공 API와 지자체 및 가맹점 네트워크를 이용하고, 여행자의 탄소 배출량 측정에 대해서는 탄소발자국 계산식을 활용하는 여행자 맞춤형 저탄소 여행지 추천 서비스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 저탄소 여행 계획 제공 장치는 가속에 따른 탄소 배출 할증 계수를 적용하여 이동 수단에 따른 탄소 배출량을 결정할 수 있다. 직선 도로의 경우 도로설계 정도에 따라 평균 가속도 값으로 결정될 수 있다. 저탄소 여행 계획 제공 장치는 가속도 구간에 따라 상이한 탄소 배출 할증 계수(k)를 결정하고, 결정된 할증 계수를 반영하여 탄소 배출량을 산정할 수 있다.

특허 전략

◇ 즉각적인 탄소발자국 계산의 차별화 강조 본래 이동에 따른 탄소발자국을 계산하기 위해서는 모임 장소와 이동경로를 결정한 뒤 탄소발자국 계산기를 통해 계산해야 했지만, 본 발명을 통해 이동 장소와 이동 경로(방법)을 결정하는 즉시 탄소발자국을 알 수 있도록 한다. 이를 통해 사용자는 저탄소 이동을 생활화할 수 있고, 일상생활 속에서 탄소 저감을 실시함으로써 탄소중립 2050의 실현에 가담할 수 있다.

◇ 최소 탄소발자국 내 최적 장소·경로 목록화 탄소발자국이 본 설계의 가장 큰 주제이지만, 대중교통 이동의 특성상 이동 시간이나 소요 예산 등의 변수를 고려한 장소·경로를 목록화하여 추천할 수 있도록 한다. 이를 통해 사용자는 최소 탄소발자국 장소·경로 중에서도 본인의 취향에 맞는 방식을 선택할 수 있도록 한다.

◇ 탄소발자국 저감량 명료화 최소 탄소발자국 장소·경로를 이용함으로써 경감한 탄소발자국을 화석연료 자가용 이용 시 발생했을 탄소발자국과 비교하여 명료하게 보여주도록 한다. 이를 통해 탄소발자국 양에 대한 모호함이나 심리적 거리감을 낮출 수 있도록 하고, 사용자가 탄소발자국을 줄이는 것에 스스로 의의를 부여할 수 있도록 한다.

◇ 전기 버스 실시간 위치 이용 가능성 전기 버스의 실시간 위치에 대한 정보 API가 제공되지 않아 본 설계에서는 구현하지 못하였지만, 이후 전기 버스 실시간 위치 API가 제공된다면 본 설계를 더욱 발전시킬 수 있다. 현재 운행중인 버스의 경우, 전기연료 버스가 일부 운행되고 있으며 점차 그 수가 확대되고 있다. 전기 버스에서 발생하는 이산화탄소의 양이 0에 가까우므로, 실시간 위치를 알 수 있다면 최대한 전기 버스를 탈 수 있도록 유도할 수 있다. 이는 전기 버스에 대한 관심과 수요에 직결되며, 자연스레 전기 버스, 전기 택시 등의 발달에 기여할 수 있다.

• 기술 로드맵

Figure 5. 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

위밋플레이스

◇ 위밋플레이스는 복수의 사용자의 위치정보와 이동방법 정보를 받아 사용자들의 디바이스에 중간지점을 추천하는 시스템이다. 설정된 장소 근처의 맛집, 카페 등 시설에 대한 정보를 제공하며, 각 사용자의 위치정보를 공유하도록 하여 사용자 간의 위치를 서로 파악할 수 있도록 하였다.

◇ 위밋플레이스를 실제로 이용한 사용자들의 후기를 종합해본 결과, 본 설계에 비교한 위밋플레이스의 장점은 '자가용 지원', '추천 위치 근처의 시설 안내'로 요약할 수 있다. 반면 위밋플레이스의 단점은 '위치정보 사용 동의를 위한 과한 팝업', '추천 장소 및 경로의 단일화', '대중교통 이용 시 노선·경로 미안내’ 인것으로 파악하였다.

◇ 따라서 본 설계에서는 '저탄소 이동 생활화'의 목표에 부합하도록, 대중이 쉽게 접근하고 이용할 수 있도록 비회원제로 설정하며, 추천 장소에 따른 경로를 목록화하여 사용자가 다양한 선택을 할 수 있도록 한다. 더불어 대중교통 기준의 경로 추천으로 자가용을 보유하지 않은 사용자의 유입을 유도하고, 위밋플레이스와 차별화한다. 다만 회원정보를 요구하지 않으므로, 다중 사용자 간의 의사소통이나 장소 결정에 대한 투표 등은 본 설계에서 제외하도록 한다.

◇ 구글 플레이스토어, 앱스토어에 '중간지점찾기', '더치- 더 완벽한 위치찾기' 등 모임장소 추천 어플리케이션이 등록되어 있지만, 활용성과 대중성을 모두 가진 경쟁제품은 '위밋플레이스'가 유일하였다.

구글맵 저탄소 경로

◇ 2021년 6월 출시된 구글맵 저탄소 경로 안내 서비스는 탄소 배출량이 가장 낮은 이동경로를 제공한다. 경사, 교통 혼잡도, 차량 속도 등의 정보를 기반으로 연료를 가장 효율적으로 사용할 수 있는 경로가 추천되며, 이와 동시에 다른 이동경로와 이동 시간, 연료 사용량을 비교 제시한다. 다만, 아직 한국에 도입되지 않았다.

◇ 교통분야 탄소배출량 감축 목적 및 타 이동방법과 탄소배출량을 비교 제시하여 사용자의 저탄소 경로 선택을 유도함은 본 설계와 유사하다. 하지만 본 설계의 주목적은 탄소배출량이 최소화되는 모임장소를 추천하는 것으로 이동 경로를 추천하는 구글맵의 서비스와는 차별화된다.

◇ 단, 해당 서비스가 한국도로환경을 반영하여 도입된다면 본 설계의 확장 시 자가용 이동경로 옵션의 추가를 용이하게 할 것으로 기대된다.

• 마케팅 전략 제시

본 설계 작품의 SWOT 분석을 통해 내,외부적 강점과 약점을 파악하고, 마케팅 전략을 수립하였다.

Table 1. 설계 작품의 SWOT 분석

S/O 전략(강점을 살려 기회를 잡는 전략

사용자 중심의 예방적/자의적 탄소발자국 저감 활동이 저탄소 시대의 흐름에 적합하며, 이는 기업이 자의적으로 탄소를 저감하는 ESG 경영과 같은 탄소중립 트렌드가 될 수 있다.

W/O 전략(약점을 보완하여 기회를 잡는 전략)

저탄소화에 대한 관심과 노력을 이미지/메시지 등을 통해 독려하여 본 시스템을 이용한 탄소 저감의 가치를 어필하고, 나아가 개인적 차원의 탄소저감 활동을 지원하도록 한다.

S/T 전략(강점을 살려 위협을 극복하는 전략)

본 시스템의 주 목적은 ‘이동경로 개선을 통한 개인의 탄소발자국 최소화’로, 타 장소/경로 추천 어플리케이션과의 차별적 특성을 강조한다.

W/T 전략(약점을 보완하여 위협을 돌파하는 전략)

환경 인식이 낮은 사용자에게 동기부여를 통해 탄소 저감 활동에 대한 중요성을 인지시키고, 사용자의 단기적 탄소발자국 감축이 장기 목표인 탄소중립에 미칠 영향을 정량적으로 설명한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

저탄소 대중교통 DB 구축

자가용 경로 이용 시 사용 연료, 차량의 크기, 도로의 혼잡도, 제한 속도 등 차량과 도로의 특성을 고려하여 탄소배출량을 대략적으로 예측할 수 있지만, 대중교통의 경우 유사한 각 차량의 특성과 고정된 시간표로 탄소배출량의 차이를 예측하기 어렵다. 본 설계에서 반복되는 저탄소 대중교통 추천 루트를 분석한다면 저탄소 대중교통 경로 DB를 구축할 수 있을 것이다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

저탄소 중심의 대중교통 시스템 구축

현 대중교통 계획에서 주 고려사항은 사용자의 수요와 편의성이다. 기후변화 트랜드에 따라 탄소중립을 위한 방안을 논의하고 있지만 뚜렷한 변화는 전기차의 도입이 전부인 실정이다. 본 설계의 시스템이 활성화되어 이용자들의 대중교통 수단 및 노선 선택에 탄소배출량이 결정적 선택 요인 된다면, 대중교통계획 시 탄소저감 노선 구축 및 운행 대수 설정 등 저탄소 중심의 대중교통 시스템이 구축될 수 있을 것이다.

환경친화적 서비스 개발

본 설계는 모임장소 추천으로 개인에게 실용적인 기능을 제공함과 더불어 탄소배출량 저감이라는 사회적 가치를 실현시키고자 한다. 이와 같이 기능과 친환경의 접목이 대중화된다면, 어플리케이션의 개발 추세 또한 환경친화적 가치를 고려하게 될 것이며, 서비스의 lifecycle에서 사용자의 사용 단계가 아닌 개발 단계에서 환경친화적 가치를 구현할 수 있을 것이다.

구성원 및 추진체계

◇ 신효정(조장): 기능 및 시나리오 정리 / 대중교통 경로 추천 알고리즘 조사 / B/C 분석

◇ 백주은: 기능 및 시나리오 정리 / 소프트웨어 개발 / 부가기능 검토 및 오류 수정

◇ 안태휘: 기능 및 시나리오 정리 / 플로우차트 작성 / 중간지점 탐색 알고리즘 조사 / 공익성 분석

◇ 은종운: 기능 및 시나리오 정리 / 탄소발자국 계산 알고리즘 조사 / 발전사항 구체화

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용