"시장분석부터 작물 생산량 예측까지"...인공위성과 인공지능이 만나면 가능해지는 일은?

SIA, 21일 온라인 행사에서 인공위성과 AI로 기술 개발한 사례 소개인공위성이 제공하는 광범위한 데이터, AI로 신속히 처리시장분석·자연재해·국방·작물 생산량 분석 등 다양하게 사용인공위성 영상은 대용량 데이터, 엔비디아 A100 사용

 

(사진=셔터스톡)

 

인공위성과 인공지능(AI). 두 인공 형제의 만남은 특별하다.

 

인공위성은 국가나 지역에 제한을 받지 않고 광범위한 정보를 수집한다. 우주에서 지구를 촬영하는 만큼 상당한 데이터가 모인다. 지역 단위 규모를 넘어 세계적인 자료를 수집할 수 있다. 해당 데이터를 토대로 지구촌 공통 문제인 환경오염이나 자연재해 등을 분석·예측하는 모델을 개발할 수 있다.

 

AI는 이 방대한 데이터를 신속하고 빠르게 분석한다. 사용자는 AI로부터 방대한 데이터 중 필요한 것만 실시간으로 받아볼 수 있다. 이를 통해 그동안 할 수 없었던 예측과 분석을 할 수 있다.

 

대표 사례가 지구온난화 방지에 사용할 수 있는 AI 기술이다. 미국 스타트업 '파차마(Pachama)'는 지난해 인공위성과 AI, 라이다 등의 기술을 결합해 탄소 데이터 분석 기술을 개발했다. 이 기술은 인공위성과 라이다로 촬영한 전 세계 나무 데이터를 가지고 현재 지구에 있는 나무들이 얼마나 많은 탄소를 흡수하고 있는지를 파악한다. 또 AI를 활용해 나무 나이와 숫자 등을 분석해 미래에는 얼마나 많은 탄소를 흡수할 수 있는지 등을 예측한다. 

 

이 기술은 지구온난화를 방지할 수 있는 기술로 주목받았다. 파차마는 해당 기술을 토대로 기관과 기업으로부터 투자를 받기도 했다.

 

국내에도 인공위성과 AI를 결합한 기술이 개발·적용되고 있다. 2018년에 설립된 국내 스타트업 에스아이에이(SIA)는 21일 온라인으로 '슬기로운 AI 탐구생활' 행사를 열고 인공위성과 AI를 결합해 개발·적용한 기술사례를 소개했다. ▲도시 계획 ▲자연재해 ▲국방 ▲농업 등 적용분야는 다양했다.

 

◆건물과 도로 변화 분석해 시장분석으로 활용

 

인공위성과 AI의 결합은 먼저 시장 분석에 용이하다. 인공위성에서 촬영한 영상을 객체 분석 기술로 건물과 도로 등을 별도로 분석하면 도시 정보를 알 수 있다. 건물과 도로 개수 등을 토대로 시장 상황 예측이 가능하다. 해외에 신규 사업을 추진하는 기업은 굳이 현장을 돌아다니지 않아도 이 기술을 활용해 어느 곳에서 사업을 하면 유리한지를 파악할 수 있다.

 

여기에 AI를 활용한 변화 탐지 기술을 적용하면 시장 분석은 더 정확해진다. 변화 탐지 기술은 두 개 이상 영상을 비교해 시간 순서대로 어떤 변화가 있었는지를 파악하는 기술이다. 과거에는 어떤 건물이 있었고, 지금까지 어떤 변화가 있었는지 등을 분석해 도시 개발속도 등을 예상할 수 있다. 현재 갖춰진 인프라와 더불어 도시 개발 속도와 투자 방향 등을 알 수 있어 정확한 시장 분석이 가능하다.

 

최형욱 SIA 연구팀장은 위성 영상 상의 건물을 분석해 도시와 시장 상황을 알 수 있다고 설명했다. (사진=SIA 온라인 행사 캡쳐)

 

최형욱 SIA 연구팀장은 "접근이 어려운 해외의 경우 해당 기술로 도시 성장과 경제지표 분석이 가능하다"고 말했다. 이어 "과거에는 사람이 위성영상을 분석해 시간이 많이 소요됐지만, 지금은 AI가 실시간으로 필요한 정보를 제공해 빠르고 정확한 분석이 가능해졌다"고 덧붙였다.

 

◆재해 분석과 국가 방어 용도로도 유용

 

인공위성 영상을 AI로 분석하는 기술은 재난재해 분석에도 용이하게 쓰인다. 사람이 직접 가지 못하는 현장의 상황을 파악할 수 있고, 재난 진행 여부를 분석해 대책 수립도 신속히 마련할 수 있다.

 

산불의 경우 처음 화재가 발생한 발화점을 찾는데 용이하다. 또 변화 탐지 기술로 화재 진행 여부를 알 수 있어 어떻게 화재를 진압해야 하는지 등의 계획을 빠르게 세울 수 있다.

 

최형욱 팀장은 "동일본 대지진은 방사능 때문에 사람이 직접 현장이 가지 못하는데 이런 경우 위성영상을 활용하면 대책 마련이 유리하다"고 밝혔다.

 

이 기술은 국가 방어에도 유사하게 쓰인다. 인접국가의 주요 시설물과 무기가 어떻게 움직이고 이동했는지 등을 분석해 경계태세를 강화할 수 있다. 북한의 탱크나 자주포가 국가경계선 가까이 이동하거나 잠수함이 사라졌는지 등을 파악해 대책을 마련하는 식이다.

구자명 SIA 책임연구원은 위성에 찍힌 적군의 주요 무기 변화를 AI가 실시간으로 분석해 경계태세를 강화할 수 있다고 밝혔다. (사진=SIA 온라인 행사 캡쳐)

 

구자명 SIA 책임연구원은 "(해당 기술은) 위성으로 찍힌 적군의 변화 여부를 AI가 실시간으로 탐지하고 관리자에게 알려줘 신속히 경계태세를 강화할 수 있다"고 설명했다. 이어 "첩보 영화처럼 사람의 얼굴은 해상도 문제로 상세히 파악되진 않지만, 건물과 차량은 정확히 파악되므로 국방 강화에 해당 기술을 유용하게 사용할 수 있다"고 덧붙였다.

 

◆작물 생산량 분석에도 사용

 

해당 기술은 국가와 지역별로 어떤 작물을 경작하고 있는지를 파악하는 데에도 쓰인다. 위성에서 찍힌 영상으로 전 세계에 경작지가 얼마나 있고, 어떤 작물이 심어져 있는지 등을 알 수 있다. 어떤 지역에서 어떤 작물을 많이 경작했는지 등을 파악해 공급이 많은 작물은 심지 않고, 수요가 높은 작물만 심어 수요와 공급을 맞출 수 있다.

 

정도영 SIA 선임연구원은 "작물 생산량 예측은 농부 개인뿐 아니라 국가적으로도 중요한 문제"라며 "특정 작물이 전 세계적으로 얼마나 많이 경작되는지 등을 파악하면 수요와 공급 문제를 해결할 수 있다"고 설명했다.

 

인공위성 영상을 AI로 분석하면 가뭄도 미리 파악할 수 있다. 작물이 물이 부족할 때 발생하는 그린리스(식물의 파릇파릇함이 줄어드는 현상)가 얼마만큼 발생하면 가뭄이 되는지를 AI에 학습시키면 된다. AI는 위성영상에 찍힌 모든 식물을 분석해 어느 지역에 가뭄 가능성이 있는지를 실시간으로 사용자에게 알려준다.

 

정 선임 연구원은 "전 세계 지역을 촬영하는 인공위성 영상을 AI가 분석하면 어느 국가와 지역에 가뭄 가능성이 있는지를 알 수 있다"면서 "특정한 식물을 심은 곳의 가뭄 현상이 예상되면 그 식물을 다른 곳에서 경작해 수요와 공급을 맞추는 일도 가능해진다"고 설명했다.

 

◆인공위성에서 촬영한 영상은 대규모 데이터, 엔비디아 A100으로 처리

 

인공위성을 찍은 영상을 일일이 분석하는 일은 쉽지 않다. 가장 큰 문제는 위성영상이 대용량 데이터라는 점이다. 위성영상은 해상도가 2만 픽셀이 넘어간다. 한 번에 처리하는 것은 불가능에 가깝다.

 

구자명 책임연구원은 "위성 원본 영상은 한 번에 메모리에 올릴 수 없어 분할해야 하는데 한 영상을 분할하게 되면 3400개의 패치 영상이 생긴다"며 "한 패치 영상을 1초에 처리한다고 쳐도 하루에 객체를 탐지할 수 있는 양은 얼마 되지 않는다"고 지적했다.

 

이 문제를 해결하기 위해 SIA 연구원들은 대용량 메모리를 신속하게 처리할 수 있는 반도체 칩이 필요하다고 주장했다. 또 현재 엔비디아 A100 그래픽처리장치(GPU)를 활용해 이 문제를 해결하고 있다고 밝혔다.

 

엔비디아 A100 GPU는 AI 및 고성능 컴퓨팅을 위한 강력한 가속 서버 플랫폼이다. 이전 세대보다 최대 20배 향상된 성능을 제공하며, 요구에 따라 최대 7개의 독립된 GPU 인스턴스로 분할해 사용할 수 있다.

 

정도영 선임연구원은 "엔비디아 A100은 대용량 메모리를 신속히 병렬 처리해 위성영상 분석에 유리하다"고 평가했다.

 

SIA는 AI 기반 위성·항공 영상분석 전문 기업이다. 국내외 위성 사업을 진행하고 있는 쎄트렉아이의 자회사다. 위성에서 촬영한 영상을 AI로 분석해 정보를 제공하는 역할을 하고 있다. 지난해 미국 국방부가 개최한 인공위성을 활용한 AI 처리 관련 경진대회(DIU’s xView2 – Assessing Building Damage)에서 세계 5위를 달성한 바 있다.

 

AI타임스 김동원 기자 goodtuna@aitimes.com

 

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