영국은 지난 1월 18일, 환경과학 분야에서 디지털 트윈 기술의 잠재력을 활용할 5개의 혁신 프로젝트를 발표하였다. 이 프로젝트는 TWINE(Twining Capability for the Natural Environment) 프로그램*의 일환으로, 기상청과 자연환경연구위원회(NERC)가 조달한 자금 중 총 280만 파운드를 공유하게 된다.
디지털 트윈은 현실의 원본과 실시간으로 동일하게 보이고 동일하게 움직이는 물리적 자산, 프로세스, 시스템 또는 환경의 동적 가상 복사본을 의미한다. 움직임과 이벤트를 전례 없는 정확도로 모델링할 수 있어서, 현실 세계와 동일한 조건의 가상 환경에서 실험할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 디지털 트윈 파일럿 프로젝트는 지구 관측 데이터와 새로운 디지털 트윈 기술을 사용한 연구가 기후 변화, 생물 다양성 및 생태계, 자연 재해를 포함한 우선순위 영역에서 환경 과학을 어떻게 변화시킬 수 있는지 보여줄 것으로 기대된다.
5개 프로젝트는 앞으로 최장 15개월 동안 진행될 예정이며 구체적인 내용은 다음과 같다.
1) 지구 관측 및 모델링 프레임워크를 해양디지털 트윈으로 동기화(Synchronising Earth observation and modelling frameworks towards a digital twin ocean, SyncED-Ocean)
플리머스 해양연구소(Plymouth Marine Laboratory)가 주관하는 프로젝트로서 이 프로젝트는 최적화된 가상 해안 해양 생태계를 해양 시스템 모델에 동화하기 위해 위성 지구 관측 및 해양 자율 로봇의 데이터를 결합하는 디지털 트윈 파일럿 시험기를 구축하는 것을 목표로 한다. 이는 유해 조류의 급격한 발생(HABs)과 이러한 발생이 영국 해안 지역의 해양 산소 농도에 끼치는 영향에 대한 예측도를 크게 개선하는 데 활용된다. HABs와 해양 산소농도는 해양환경, 생물 다양성 및 생산성에 심각한 위협을 초래하는 경우가 많으므로 예측도의 개선은 중요한 의미가 있다.
2) 일기 예보를 보강할 해양 모델에 대한 해양 글라이더 관측(MAS-DT)
국립 해양학 센터(National Oceanography Center)가 주도하는 동 프로젝트는 해양 글라이더 관측을 최적화하여 해양 모델에 대한 영향을 극대화하는 디지털 트윈을 개발함으로서 NERC의 우선순위 연구와 일기 예보에 기여할 목적으로 출범하였다. 시연용 디지털 트윈은 지구 관측과 지하 해양 글라이더 데이터 및 운영 해양 모델을 결합하게 된다. 사용자 인터페이스 내에 4차원 그림을 통해 결과가 나타나게 되며 연구자들은 이를 통해 유용성을 극대화하기 위한 해양 글라이더 관찰을 계획할 수 있다.
3) 위성 및 현장 관측 네트워크의 가상 통합(Virtual integration of satellite and in-situ observation networks, VISION)
국립대기과학센터와 캠브리지 대학교가 주도하는 동 프로젝트는 미래 기후 예측의 신뢰도를 강화하기 위해 모델과 관측의 통합을 개선하는 도구과 새로운 시각화를 제공한다. 또한 FAAM Airborne Laboratory의 대기 연구 항공기의 운항 비행을 개선하기 위한 디지털 트윈도 함께 개발한다. 프로젝트는 비행 계획을 개선하여 해당 연구항공기의 연구목표를 달성하는 데 필요한 비행 횟수를 줄이는 것을 과제로 한다. 대기 모델러, 연구자, 소프트웨어 엔지니어 및 위성 전문가로 구성된 다분야 팀들이 연구 항공기의 탄소 배출량을 줄이기 위한 새로운 프레임워크를 구축할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
4) Hull 과 동 요크셔 지역의 수해 위험 예측 (FLOODTWIN)
헐대학교(University of Hull)가 주관하는 동 프로젝트는 홍수와 같은 물관련 재해의 영향을 많이 받는 지역인 Hull과 동 요크셔 지역의 수해위험 예측 및 의사결정을 돕는 디지털 트윈 구축을 추진한다. 피해 범위가 큰 재해인 홍수에 대한 디지털 트윈을 통해 이해관계자는 다양한 관리 방법을 시도하고 시나리오 분석을 수행할 수 있게 되어 이러한 피해를 줄일 수 있는 대책을 마련할 수 있다. 새로운 접근 방식은 여러 부문의 협력으로 디지털 트윈을 공동 제작하고, 데이터 통합 및 관련된 물리적 프로세스 측면에서 수문학과 홍수라는 보다 복잡한 환경 생태계 중 하나에 대응하게 해 줄 수 있을 것으로 전망된다.
5) 파도 위험에 대한 경보시스템 (SPLASH)
플리머스 대학교가 주관하는 동 프로젝트는 파도 위험을 예측하는 해안 경보 시스템을 구축하기 위하여 파도의 디지털 트윈을 구축한다. 이는 월파(wave overtopping)에 대한 전문적인 측정과 함께 지구 관측을 통해 해안 파도장을 분석하는 방법을 확립할 것으로 기대되고 있다. 이러한 성과를 기반으로 바람, 조수, 해안 보호 및 너울과 같은 프로세스가 지역 전체에서 어떻게 상호 작용하여 해안 파도의 위험성에 영향을 주는지에 대해 이해도를 향상시킬 수 있으며, 더 나아가 파도 재해 빈도의 향후 변화도 예측하도록 해준다. 궁극적인 목표는 기상 및 기후 연구를 변환하고, 영국의 운영 위험 관리에 대한 탄력성을 제고하는 것이다.
* TWINE 프로그램은 2022년 11월에 발표된 2억 파운드 규모의 ‘지구 관측 투자 패키지(EOIP)’ 포트폴리오를 기반으로 수립되었다. 동 프로그램은 ① 환경, 관측 및 전산 과학 분야에서 영국의 선도적 위치를 활용하고 여러 분야 협력으로 환경 문제를 해결하기 위한 디지털 트윈 기술의 가치, ② 이벤트에 대한 이해, 모델링 및 예측을 개선하고, 향후 의사 결정에 정보를 제공하며, 다양한 시나리오 및 개입의 영향을 테스트하여 환경 개선에 대한 더 나은 결정에의 기여 ③ 높은 수준의 학습 교차 수정과 현재 및 미래 활동과의 상호 운용성을 위한 설계에 중점을 두고 환경 과학을 위한 일관되고 지속적인 디지털 트윈 환경의 기반 구축을 목표로 하여 추진된다.
