비가 억수같이 내리던 날, <어린이과학동아> 편집부원들은 집에 갈 생각에 걱정이 이만저만이 아니었어요. 어떻게 해야 집에 무사히 갈 수 있을까요?

통합과학 개념 이해하기

현실 세계를 가상 공간에 구현한다!

디지털 트윈은 실제 도시의 모습을 가상 공간에 3차원으로 정밀하게 구현하는 기술이에요. 특히 재난이나 날씨를 예측할 때 많이 이용돼요. 이를테면 디지털 트윈으로 홍수를 예측해 어디 지역이 범람하는지 미리 파악할 수 있지요. 그런데 디지털 트윈은 어떤 방식으로 작동되는 걸까요?

디지털 트윈의 원리는 총 다섯 단계로 나눠서 설명할 수 있어요. 먼저, 드론이나 인공위성을 이용해 디지털 트윈의 배경이 되는 배경판을 구축해요. 지구 안에서는 드론, 지구 밖에서는 인공위성을 이용해 광범위한 지형 데이터를 분석할 수 있답니다. 두 번째 단계에선 첫 번째 단계보다 조금 더 세부적인 지형 데이터를 수집합니다. 땅과 하천 등에서 강우 센서, 수위 센서, 기상 센서를 이용해요.

먼저, 강우 센서는 떨어지는 빗물을 모아서 강우량을 측정할 수 있어요. 빗방울이 강우 센서 표면에 닿을 때 생기는 전기 신호나 무게 등을 감지해 빗물의 양을 측정할 수 있지요. 이를 통해 비가 시간당 얼마나 내리는지 알 수 있어요. 수위 센서는 하천 등의 수위를 측정하는 센서예요. 센서가 물에 따라 받는 압력을 계산해 수위를 알 수 있습니다. 물의 수위가 높아지면 물의 압력이 세진답니다. 그리고 기상 센서를 통해 기온의 변화와 바람이 부는 양인 풍량 등 다양한 기상 정보를 확인할 수 있습니다.

각 센서를 바탕으로 강우량, 수위, 기상 정보가 측정되면 이 정보는 지도 기반 이미지에 반영됩니다. 이에 따라 디지털 트윈 모델이 구축되는 것이랍니다. 현실의 기상 정보를 채운 가상의 공간이 모니터 속에 펼쳐지는 것이지요. 디지털 트윈으로 예측한 결과는 기상청이나 구청, 시청, 환경부 등 관계 기관에 전달돼요. 정보를 받은 기관들은 해당 데이터를 바탕으로 재난 관련한 대응을 할 수 있어요. 주민들에게 재난 메시지를 발송하는 것처럼 말이에요.

▲GIB, 환경부

환경부가 공개한 디지털 트윈 물 관리 플랫폼.

디지털 트윈이 만들어지는 원리

1. 드론, 인공위성으로 지형 데이터를 분석한다.

2. 강우 센서, 수위 센서, 기상 센서로 기상 정보를 모은다.

3. 각 기상 정보가 지도 기반의 이미지에 반영된다.

4. 디지털 트윈 모델이 완성된다.

5. 정부 기관은 재난 상황을 미리 대처할 수 있다.

통합과학 넓히기

디지털 트윈으로 집중호우 막는다

디지털 트윈은 재난을 막기 위해 다양하게 활용되고 있어요. 환경부는 2025년 4월 24일, 디지털 트윈을 이용한 물 관리 방법을 전국 지방자치단체에 처음으로 공개했어요. 반복되는 집중호우로 인한 피해를 줄이기 위한 조치였지요. 행정안전부가 2025년 2월 발표한 자료에 따르면, 2014년부터 2023년까지 최근 10년간 홍수로 연평균 13명의 사망자와 2579억 원의 재산 피해가 발생했어요. 행정안전부는 “집중호우가 자주 발생해 강 주변 지역에서 홍수량이 증가할 것으로 전망된다”고 우려했습니다.

집중호우로 인해 댐의 수위가 갑자기 초과하거나 하천에 설치된 제방이 무너져 없어지면 큰 피해가 발생할 수 있습니다. 제방은 하천이나 호수, 바닷물이 넘쳐흐르는 것을 막거나 물을 저장하기 위해 흙이나 돌, 콘크리트 등으로 쌓은 구축물을 의미해요. 비와 눈 등이 저수지에 저장되면 댐은 물을 높은 곳에서 낮은 곳으로 떨어뜨려 물 수위를 조절해요. 그러나 집중호우가 발생해 댐 안의 물 수위가 급격하게 높아지면 물이 흘러 넘쳐 인근 주민들이 피해를 입을 수 있어요. 그러니 물의 수위를 조절하는 것이 중요한 것이지요.

이에 따라 환경부는 디지털 트윈을 이용한 재난 예방 계획을 세웠습니다. 현실의 댐과 하천의 정보를 센서로 모아 컴퓨터 속의 가상 공간에 똑같이 구현하는 것이지요. 환경부에 따르면 디지털 트윈을 시스템을 통해 전국 3816개의 하천 전 구간에서 다양한 정보를 얻을 수 있습니다. 디지털 트윈을 사용하면 물의 흐름을 한눈에 분석할 수 있다는 장점이 있어요.

또한, 기상이나 수문 상황을 관측해 홍수 가능성을 미리 예측할 수 있습니다. 수문은 홍수를 방어하거나 물을 관리하는 목적으로 하천이나 댐 등에 설치되는 구조물이에요. 그 밖에도 하천의 수위를 예측해 위험 상황을 실시간으로 확인할 수도 있지요. 하천의 수위가 높아져 제방이 떠내려가는 상황 등을 분석할 수도 있답니다.

▲GIB

방파제와 댐 등을 이용해 물 수위를 조절할 수 있다.

디지털 트윈으로 홍수에 취약한 지역을 미리 파악할 수 있다.

나노세계 도전