“기상·기후 AI 솔루션으로 극복하는 기후 위기”

“기상·기후 AI 솔루션으로 극복하는 기후 위기”

기후 데이터 불균형으로 초래되는 통계의 역설.
위성영상과 에스아이에이의 AI 솔루션이 그 해답을 제시한다.

그림 1 Vladimir Ryabinin, Assistant Director-General of the Intergovernmental Oceanographic Commission UNESCO

“There is little lie, big lie, and statistics. So, statistic doesn’t help when it comes to non-stationary data series. And in climatology it has always been a problem of attributing extreme events, is it because of the climate change[...]?”

<Vladimir Ryabinin, Assisstant Director-General of the Intergovernmental Oceanographic Commission UNESCO at COP 28-AI/ML solutions for Climate Change Innovation Factory>

12월 2일 COP 28에서 개최된 ‘AI/ML solutions for Climate Change Innovation Factory’에서 블라디미르 라야비닌 유네스코 사무총장 보좌관이 일반화되지 않는 기후 데이터 통계의 역설을 지적하며 연설의 포문을 열었다.

유네스코는 이러한 데이터 불균형으로 초래되는 기상기후 낙후 지역 등 전 지구적인 문제를 인공지능을 통해 솔루션을 찾고자 이번 챌린지를 개최하였고, 그 대표로 에스아이에이의 기상 기후 예측 AI 솔루션을 통해 혁신 사례의 답을 찾음을 언급하였다.

그림 2 COP 28 현장에서 에스아이에이 기상&middot;기후 AI 솔루션을 발표하고 있는 전태균 에스아이에이 대표이사

<모두를 위한 조기 경보(Early Warning for All)의 중요성> 

기후 변화는 오랜 기간동안 통계적으로 유의한 수준의 기후 평균상태 또는 변동성의 변화를 나타낸다. 사회와 대기, 해양, 빙하, 생태계 등 자연계에 영향을 미치고 다른 환경적, 사회적 요인들과 상호 작용을 하고 있다. 즉 기후변화는 자연적이거나 인공적으로 발생한 기후의 변화가 자연과 사회 시스템에 미치는 영향을 의미한다. 

만약 기후 변화로 인한 자연 재해가 일어나기 전 어떤 행동을 해야 할 지 알 수 있다면 어떨까? 이러한 조기 경보는 인명 피해의 30%를 줄이는데 기여하고, 재해 지역의 복구를 위한 발 빠른 대응을 도와준다. 하지만 여전히 전 세계의 50% 정도는 조기 경보에 대한 정보를 얻을 수 없어 아프리카, 동남아시아, 태평양 도서국가 등은 재난 재해의 피해를 직격탄으로 맞아야 하는 실정이다. 피해 규모를 최소화하고, 정보의 격차를 줄이기 위해 에스아이에이가 UN의 모두를 위한 조기 경보(Early Warning for All) 이니셔티브에 기여하는 솔루션을 소개했다.

그림 3 UN 모두를 위한 조기 경보(Early Warning for All) (출처: UN ITU)

<데이터 불균형으로 야기되는 기후 위기>

기후 변화 예측을 위해 주기적으로 수집되는 데이터를 통한 양상 파악이 중요한데, 아쉽게도 우리는 데이터의 불균형 속에 살고있다. 기상 기후 정보는 주로 기상 레이더 망이 설치된 지역의 데이터를 통해 우리의 실생활에 조기 경보나 날씨 정보 등으로 다가오고 있다. 여기서 우리가 놓치기 쉬운 고정관념은 전 세계 모두가 평등한 정보를 제공받고 있을 것이란 추측이다. 기상 레이더는 설치와 유지보수에 큰 비용이 발생하고, 이로 인해 개발도상국 등에서는 설치가 어려운 것이 현실이다. 레이더가 설치되지 않은 지역은 정확한 조기 경보와 날씨 정보를 받기 어려워 기후 변화를 사전에 대비할 수 있는 역량이 현저히 낮다.

그림 4 기상 레이더로 관측이 가능한 지역과 그렇지 못한 지역을 도식화한 사진 (Source: Saltikoff, Elena, et al. "An overview of using weather radar for climatological studies: successes, challenges, and potential." Bulletin of the American Meteorological Society (2019))

기상 기후 데이터 불균형 한계를 극복하기 위해, 위성영상 데이터와 인공지능을 통한 예측 기술을 그 대안으로 제시한다. 위성영상은 전 세계를 촬영하고, 2km 수준의 고해상도 영상을 제공하고 수 분 수준의 데이터가 계속해서 제공되고 있다. 이렇게 촬영된 위성영상 데이터는 테라바이트(Terabyte) 수준으로 쌓여 인간의 힘으로는 분석하기 어렵다. 여기서 에스아이에이의 인공지능 솔루션이 빛을 발한다.

그림 5 각 대륙별 기상위성영상의 종류와 실제 기상위성영상 데이터 전 지구 맵

<기후 위기 대응을 위한 예측-모니터링-복구 통합 솔루션>

에스아이에이는 기후 위기에 대응하기 위한 ‘영향 기반 예측 기상 기후 AI 솔루션’의 구체적인 방향을(Impact-based forecasting with Weather Intelligence AI Solution) 소개했다. 기상 위성 데이터를 기반으로 구름의 이동을 예측하는 ‘GeoCloud’ 솔루션과, 강수에 대한 정확한 모니터링을 제공하는 ‘GeoRain’ 솔루션을 통해 태풍 경로 예측에 대한 기초 정보를 제공할 로드맵을 구체적으로 설명하며 어느 정도의 강수량이 얼마만큼 지속될 지 등 홍수에 영향을 주는 피해 측정까지 예측, 모니터링, 복구의 통합 솔루션을 제시했다.

그림 6 에스아이에이의 기상기후 솔루션 로드맵

구체적인 솔루션을 하나씩 살펴보자. ‘GeoCloud’는 미래 프레임을 예측하여 구름의 이동을 예측하는 솔루션이다. 생성되는 구름들이 얼마나 위협적으로 진화하고, 어떤 지역에 영향을 미칠지 결정하는데 기여한다.

그림 7 에스아이에이의 GeoCloud 솔루션, 기존 위성영상 데이터와 예측치 이미지 비교

다음으로 강수량 모니터링 서비스인 ‘GeoRain’은 지구 관측 데이터와 인공지능을 혼합한 강수 모니터링 결과를 보여준다. 해당 솔루션은 레이더 시스템이 없는 국가와 레이더 시스템 장비를 배치하기 어려운 해양 지역에도 강수 정보를 제공하는데 기여한다. 현재 ‘GeoRain’은 10분 이내의 정지궤도 위성영상을 기반으로 2km의 공간 해상도를 제공하고, 해상도를 더욱 향상시키는 초해상화 솔루션 SuperX 기술을 사용하여 더욱 높은 공간 해상도를 제공하고자 한다.

그림 8 에스아이에이의 GeoRain 솔루션 모니터링 결과 이미지

즉 GeoCloud와 GeoRain을 활용해 종합적으로 해상에서 태풍이 접근하고 있고, 경로를 예측하고, 그 경로를 따라 강수량이 어떻게 발달하고 있는지를 알 수 있을 것이다. 이 서비스는 내년 상반기 OVISION earth(오비전 어스) 플랫폼에 탑재되어 제약 없는 기상 기후 정보 제공이 현실화될 예정이다.

그림 9 2023년 5월 22일~25일 태풍 마와르 경로에 대한 모니터링 결과 이미지

<기후 변화가 불러온 대재앙 리비아 대홍수... “예측할 수 있었다”> 

지난 9월 일어난 안타까운 리비아 대홍수 사례를 기억하는가. 사망자가 약 2만 명에 이른 대형 재난으로 전 세계를 안타깝게 만들었고, 아름답던 도시를 황무지로 변하게 만들었다. 리비아 또한 기상 레이더가 설치되어 있지 않은 지역으로 홍수에 대한 사전 대응이 어려웠고, 이는 조기 경보에 대한 선제적 조치가 시급함을 다시금 일깨워 주었다. 이러한 도움이 필요한 지역에 예측 솔루션을 제공하여 효과적인 대응 방안을 모색할 수 있도록 도와주는 것이 중요하다.

그림 10 위성영상으로 확인한 리비아 대홍수 재해 전, 후 사진 (출처: 구글 어스 프로)

아래 이미지는 리비아 홍수가 일어난 당시의 데이터를 확보하여 GeoRain 솔루션을 적용한 결과값이다. 레이더 센서가 없는 리비아에서도 이런 결과를 낼 수 있다는 것은 에스아이에이의 모델이 전 지구적으로 확대할 수 있다는 것을 증명하고 기상위성이 도달하는 곳이라면 정확한 기상 정보 제공으로 사전 대응을 할 수 있다는 큰 시사점을 제공한다.

그림 11 리비아 대홍수 당시 기상위성 데이터에 GeoRain 솔루션을 적용한 결과 이미지, 당시 집중된 강수량에 대해 빨간색으로 확인되고 있다.

<기상기후 AI 솔루션을 통한 기후 위기 극복 제시> 

에스아이에이는 전 세계 모든 인류에게 공평한 기후 위기 조기 경보를 위해 위성영상과 AI 솔루션을 통해 기후 위기를 극복하고자 한다. 정보의 격차로 인해 고통받는 인류를 최소화하고, 발 빠른 피해 복구에 대응하여 자산의 손실을 최대로 줄이는데 기여하고자 한다. 이번 챌린지 우승이 발판이 되어 기후 정보에 대한 평등한 접근을 보장하고, 국제 사회에 정보를 제공하여 함께 사회적 책임을 통합하는데 기여하고자 한다.

그림 12 유네스코로부터 발급받은 우승자 증서 (좌) 블라디미르 유네스코 사무총장 보좌관 (우) 전태균 에스아이에이 대표이사

<저해상도 위성영상 가치를 높이는 초해상화 기술 'SuperX'> 

에스아이에이는 미국 민간위성 기업 플래닛, 막사 등과 전략적 솔루션 파트너십 체결을 진행하며 민간위성역량을 끌어 올릴 수 있는 가치를 입증했다. 생성형 AI 기반 위성영상 품질을 높일 수 있는 기술 개발인 SuperX 서비스화에 성공하여 위성영상 데이터의 해상도와 분석 가치를 끌어올리는데 기여했다. 해상도가 낮지만 넓은 영역을 촬영할 수 있는 데이터를 더욱 가치 있게 사용할 수 있게 하고, 이를 통해 저해상도 영상 또한 AI 분석에 활용할 수 있는 새로운 판로를 모색했다. 해상도는 AI 인식률을 결정하는 주요한 요소로 낮은 해상도의 위성 영상을 분석 가능한 데이터로 탈바꿈시켜 지구 관측에서 얻는 정보를 선제적으로 확인할 수 있는 환경을 만드는 데 기여하고 있다.

그림 13 저해상도 위성영상 가치를 높이는 초해상화 기술 'SuperX'

 

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