1. 서 론
1.1 연구의 배경
1.2 연구 목적 및 범위
1.3 선행연구 조사
2. 상시계측관리 결과에 의한 주민대피 관리기준
2.1 상시계측관리 정의
2.2 경사계에 따른 주민대피 관리기준
2.3 관리기준의 분석
3. AI(RAG) 기반 상시 계측 모니터링 시스템 개요
3.1 정의
3.2 상시 계측 시스템 성능 비교
3.3 스마트 노출경사계 상시 계측 모니터링 시스템 적용
3.4 스마트 노출경사계 상시 계측 모니터링 시스템 대시보드(예)
4. 급경사지 붕괴 위험지역 주민대피 관리기준 개선(안)
4.1 관리기준 개선(안)
5. 결 론
1. 서 론
1.1 연구의 배경
우리나라는 집중호우가 발생하는 6월부터 10월 사이에 급경사지 붕괴 사고가 자주 일어난다. 이는 인명 피해, 시설물 파괴, 농작물 손실을 유발하여 사회적 파장이 큰 중대재해로 분류된다.
급경사지 재해를 예방하기 위해 상시 계측 모니터링이 도입되었다. 이 시스템은 IoT와 ICT 기술을 융합하여 수동적 관리를 상시·능동적 관리로 전환한다. 이를 통해 인력 중심의 한계를 극복하고 시공간 제약 없는 자동 모니터링이 가능해졌다. 행정안전부는 관련 법률에 따라 ‘급경사지 붕괴 위험 주민대피 관리기준 제정·운영 지침’을 개정하여 상시 계측 시스템을 적극적인 도입에 힘쓰고 있다.
현재의 상시 계측 시스템은 현장에서 계측된 경사계의 각도(°)의 데이터만 분석하여 관심, 주의, 경계, 심각의 4단계 관리기준과 비교하여 안전성을 평가한다. 그러나 현재의 각도(°) 중심의 관리기준은 기울기에 대한 기준이 명확하지 않아 안전성 평가에 대한 신뢰성을 확보하기 어렵다. 중대재해에 대해서 주민들의 생명과 안전을 효율적으로 예지·보전하기 위해서는 급경사지의 안전성 평가 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 명확한 ‘주민대피 관리기준’의 개선이 요구되고 있다.
1.2 연구 목적 및 범위
본 연구의 목적은 급경사지의 위험성을 분석·판단하기 위한 기존 주민대피 관리기준의 적정성을 검토하고, 경사계 계측자료를 활용한 정량적 관리기준을 제시함으로써 안전관리 및 주민대피 판단의 신뢰성을 향상시키는 데 있다.
연구절차 및 범위는 Fig. 1과 Table 1과 같이 「급경사지 붕괴위험지역 주민대피 관리기준 제정·운영 지침」(2021.10)의 지표경사계 및 지중경사계 관리기준을 대상으로 기준각도, 기울기율 및 각속도의 적정성과 상호 관계를 분석하였다. 특히 기준각도 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.7°에 대응하는 기울기율과 기울기비를 정량적으로 산정하였다. 또한 스마트 노출경사계의 시계열 계측자료를 활용하여 기울기 변화의 지속성 및 가속 여부에 대한 변화추세 분석을 검토하였다. 이를 바탕으로 붕괴심도를 사전에 확인하기 어려운 현장을 대상으로 기준각도–기울기율–기울기비–각속도–변화추세를 연계한 관심·주의·경계·심각의 4단계 주민대피 관리기준 개선(안)을 제안하였다.
Table 1.
Research Scope
1.3 선행연구 조사
조기경보 시스템 선행 연구에서는 강우 패턴과 산사태 발생의 상관관계를 통해 경보 정확성을 높이고자 했다(Park, 2008). 그러나 현장 적용 시 센서 네트워크의 유지관리와 데이터 신뢰성 확보에 한계가 지적되었다. 유비쿼터스 기술을 방재 도시에 활용하는 표준 모델 연구도 지속해서 진행되어 왔다(Han, 2008). 또한, 계측 정보를 시스템에 연계하여 사면 붕괴를 실시간으로 예측하는 시스템 개발이 정립된 바 있다(Cheon et al., 2013).
해외의 경우 미국은 USGS 산사태 재해 프로그램을 운영 중이며, 대만은 국가과학기술프로그램(NCDR)을 통해 위험성을 평가하고 있다. 유럽 역시 사면 재해 예방 모니터링 기법을 공유하고 있다(Senneset et al., 2005). 국내는 「급경사지 재해예방에 관한 법률」에 의거하여 행정안전부 주도로 주민대피 관리기준 지침을 제정·운영하고 있다(NEMA, 2013). 아울러, 인접 구조물 및 지하 개발로 인한 급경사지의 변동성에 대응하기 위해 건축물 정기점검 가이드라인과 지하안전평가 표준 매뉴얼 등 유관 부처의 안전 기준도 강화되는 추세이다(MOLIT, 2020a, 2020b). 사면 및 옹벽 구조물의 객관적인 결함 판단을 위해서는 정밀안전진단 세부 지침의 평가 체계를 준용하고 있다(MLTM and KISC, 2010).
2. 상시계측관리 결과에 의한 주민대피 관리기준
2.1 상시계측관리 정의
상시계측관리란 급경사지 붕괴위험지역 지반의 침하·활동·전도 및 붕괴 등으로 위치 변화를 사전에 감지하기 위하여 지속적인 계측(計測) 및 자료관리를 말한다(「급경사지 재해예방에 관한 법률」 제8조 및 같은 법 시행령 제4조).
2.2 경사계에 따른 주민대피 관리기준
지표변위계와 지표경사계, 지중경사계의 관리단계별 전체 비교표는 Table 2와 같다.
Table 2.
Comparative Table of Management Thresholds by Level
2.3 관리기준의 분석
2.3.1 지표경사계 관리기준 분석
1) 지표경사계와 지중경사계는 시간 단위에서 차이가 크게 나타난다. 지표경사계에서 관심과 주의
평가 기준인 0.04°/min을 하루 단위로 단순 환산하면 0.04 × 1,440 = 57.6°/day 이나 지중경사계의 주의 기준은 0.1°/day입니다. 지표경사계의 주의 단계 기준인 0.04°/min은 1분 동안 0.04°의 각도 변화를 의미한다. 현장에 설치된 경사계는 센서 자체의 반복 오차 외에도 온도, 강우, 진동, 센서의 미세 움직임, 지표의 국부적인 변형 등이 포함될 수 있어 0.04°/min을 단순히 ‘1분 전 측정값과 현재값의 차이가 0.04° 이상인가?’로만 적용하는 것은 다향성(Polynomial) 기반의 진행성 평가 취지를 충분히 반영하지 못할 가능성이 있다.
또한, 지표변위계와 지중경사계에는 누적변위 개념이 있는데, 제시된 지표경사계 기준에는 누적 각변위 기준이 없다. 지표변위계는 ‘속도 + 누적변위’, 지중경사계는 ‘각속도 + 누적 각변위’ 인데 지표경사계는 각속도만 제시되어 있다. 이 차이를 장기 모니터링에서 본다면 작은 기울기 변화가 장기간 지속되지만 순간 각속도는 항상 0.04°/min보다 작다면, 각속도 기준만으로는 누적된 위험 상태를 충분히 표현하기 어려울 것이다. 반대로 강풍이나 순간적인 충격으로 1분간 0.04°를 넘었다가 즉시 원상복귀 한다면, 실제 붕괴 진행이 아닌데도 관리단계가 상승할 가능성이 있다
2) 분석결과 및 제안
현행 주민대피 권고기준에서 지표변위계는 단·장기 변위속도와 누적변위를 병행하여 평가하고, 지중경사계 역시 누적 각변위와 일 단위 각속도를 함께 적용하는 반면, 지표경사계는 분 단위 각속도를 중심으로 관리기준이 설정되어 있다. 지표경사계의 각속도 기준은 급격한 변형을 조기에 감지하는 데 유리하나, 0.04°/min과 같은 미소 각속도 영역에서는 계측기의 반복정밀도와 현장 노이즈의 영향을 받을 수 있으며, 장기간에 걸쳐 누적되는 완만한 변형을 평가하는 데 한계가 있을 수 있다. 따라서 관리기준은 기울기(기울기율)과 변위 속도(mm/day, mm/7day), 그리고 향후 변위 추세를 병행하여 평가하는 방향으로 보완할 필요가 있다. 이렇게 하면 현재 얼마나 기울어졌는지, 얼마나 빠르게 기울어지고 있는지, 그 변화가 지속·가속되고 있는지를 동시에 판단할 수 있다.
2.3.2 지중경사계 관리기준 분석
1) 관리기준의 누적 각변위(°)를 보면 각도와 기울기율의 대응 관계가 Table 3과 같이 오차가 발생하여 기준의 정량적 일관성이 저하될 수 있다.
Table 3.
Conversion Table: Angle to Slope Rate
2) 분석결과 및 제안
현행 지중경사계 주민대피 권고기준에서는 누적 각변위와 이에 대응하는 기울기율을 근사값(≒)으로 제시하고 있으나, 누적 각변위 0.9°는 기울기율 약 1.57%에 해당하여 제시된 약 2%H와 약 21.5%의 상대적인 차이가 발생한다. 주민대피 임계값을 기반으로 관리단계를 분석, 판단하고, 관리 기준에 따라 실시간 대피 조치를 취해야 하는 상황에서 이러한 관리기준의 불일치가 판정 결과의 일관성에 영향을 미칠 수 있으므로, 관리기준을 명확히 정의할 필요가 있다.
3. AI(RAG) 기반 상시 계측 모니터링 시스템 개요
3.1 정의
AI(RAG, Retrieval-Augmented Generation) 기반 상시 계측 모니터링 시스템은 현장 센서의 실시간 계측 데이터와 법령·기술 지침·설계도서, 과거사고 이력 등을 지식 베이스로 연계하여 지반 및 시설물의 안전성을 지능형으로 분석하는 시스템을 말한다. AI(RAG) 기반 상시계측 모니터링은 수신되는 최신 데이터와 관련된 법적·기술적 근거를 정밀하게 검색·분석하여 신뢰성 높은 리포트와 대안을 생성한다. 또한 임계값 도달 전 예비 알람 구간(Buffer Zone)을 설정하여 단말기의 측정 오차와 강우, 강풍, 진동, 환경 등의 노이즈를 반영하여 환각현상(Hallucination) 방지하고, 평균변위속도를 계산하여 예비적, 확률적 관리 등급을 부여하여 사면 및 구조물에 대해서 선제적으로 위험에 대응을 하도록 한다. 또한 AI의 정량적 판단과 관련 전문가의 교차 검증을 결합하면 분석 정확도와 피드백 루프를 극대화할 수 있으며, 전문가급 정밀 리포트를 자동 발행, 저장 기능은 안전관리의 효율성을 높이고 법적 책임 방어력을 확보할 수 있다. Fig. 2는 AI(RAG) 기반 상시 계측 모니터링 시스템 구조이다.
3.2 상시 계측 시스템 성능 비교
시중에서 상용화된 상시 계측이 가능한 경사계는 2축형(X-Y)과 3축형(X-Y-Z)이 있다. 2축형과 3축형의 평가 항목별 장·단점 비교는 Table 4와 같다.
Table 4.
Comparison of Monitoring Performance of Measuring Instruments
3.3 스마트 노출경사계 상시 계측 모니터링 시스템 적용
상시 계측 모니터링 시스템에서 요구되는 성능은, 실시간(상시) 자동화, 관련 근거기반에 기반한 위험도 분석 및 평가에 대한 신뢰도, 예지(예측 트렌트), 분석 메시지, 전문가와 소통, 알람 관리 이력, 관련 근거 제시, 보고서 출력 지원 및 저장 기능 등이다. Table 4. 상시 계측 시스템의 성능을 비교한 결과 2.3 관리기준의 분석에 의한 제안 사항을 반영할 수 있는 모니터링 방법으로는 스마트 노출경사계를 이용한 상시 계측 모니터링 방식이 적정하다.
3.4 스마트 노출경사계 상시 계측 모니터링 시스템 대시보드(예)
Fig. 3은 스마트 노출경사계의 상시 계측 모니터링 시스템 대시보드 적용 예를 나타낸다. 실시간 계측자료를 기반으로 기울기, 평균 변위속도 및 관리단계를 분석하고, 예측·트렌드 분석을 통해 변화의 지속성 및 가속 여부를 확인할 수 있도록 구성하였다. 이를 통해 급경사지의 현재 상태–진행속도–변화추세를 종합적으로 모니터링할 수 있다.
4. 급경사지 붕괴 위험지역 주민대피 관리기준 개선(안)
4.1 관리기준 개선(안)
기존 관리기준은 지중경사계의 누적 각변위에 대해 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.7°를 제시하면서 각각 약 0.5%H, 1%H, 2%H, 3%H의 기울기율로 병기하고 있으나, 일부 관리단계에서 각도와 기울기율 간의 수학적 대응관계에 차이가 나타난다. 특히 0.9°는 실제 기울기율 약 1.571%에 해당하므로 기존의 약 2%H와 차이가 발생한다.
이에 본 연구에서는 기존 관리기준의 관리단계별 기준각도인 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.7°는 유지하되, 각 기준각도에 대응하는 기울기율과 기울기비를 삼각함수에 의해 정량적으로 산정하여 관리기준의 일관성을 확보하였다. 또한 급경사지의 붕괴심도를 사전에 확인하기 어려운 현장조건을 고려하여 변위량으로 환산하기 위한 임의의 붕괴심도를 적용하지 않고, 경사계에서 직접 측정할 수 있는 기준각도, 기울기율, 기울기비 및 각속도를 중심으로 관리기준을 구성하였다. 아울러 단순한 기울기 상태뿐만 아니라 시간에 따른 각도 변화와 그 지속성 및 가속 여부를 함께 고려할 수 있도록 변화추세를 평가항목에 포함하였다. 이에 따라 급경사지의 변형상태와 진행성을 함께 평가할 수 있도록 관심, 주의, 경계, 위험의 4단계 관리기준을 Table 5와 같이 제안하였다.
Table 5.
Proposed Improvement of Resident Evacuation Criteria for Steep Slopes - Unidentified Collapse Depth Type
5. 결 론
본 연구에서는 급경사지 붕괴위험지역의 주민대피 관리기준 중 경사계에 의한 관리기준을 검토하고, 현장 계측자료를 기반으로 보다 정량적이고 일관된 관리기준을 제시하고자 하였다.
기존 지중경사계 관리기준은 관리단계별 누적 각변위를 관심 0.3°, 주의 0.6°, 경계 0.9°, 심각 1.7°로 제시하면서 각각 약 0.5%H, 1%H, 2%H, 3%H의 기울기율을 병기하고 있다. 그러나 각도와 기울기율의 수학적 관계를 검토한 결과, 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.7°에 대응하는 실제 기울기율은 각각 약 0.524%, 1.047%, 1.571%, 2.968%로 산정되었다. 특히 경계단계의 0.9°는 약 1.571%에 해당하여 기존에 제시된 약 2%H와 정량적인 차이가 발생하는 것으로 분석되었다.
이에 본 연구에서는 기존 관리체계와의 연속성을 고려하여 관리단계별 기준각도인 0.3°, 0.6°, 0.9°, 1.7°는 유지하면서, 각 기준각도에 대응하는 기울기율과 기울기비를 삼각함수에 의해 정량적으로 산정하였다. 그 결과 기울기율은 각각 0.524%, 1.047%, 1.571%, 2.968%, 기울기비는 각각 약 1/191, 1/95.5, 1/63.7, 1/33.7로 산정되어 기준각도–기울기율–기울기비 간의 수학적 일관성을 확보하였다.
또한 실제 급경사지에서는 붕괴심도를 사전에 정확하게 확인하기 어려운 경우가 많다는 점을 고려하여, 임의의 붕괴심도를 가정하여 변위량으로 환산하기보다는 경사계에서 직접 측정되는 기준각도와 각속도, 그리고 이와 연계되는 기울기율, 기울기비 및 변화추세를 이용하는 붕괴심도 미확인형 관리기준을 제안하였다. 이를 통해 현재의 기울기 상태뿐만 아니라 시간에 따른 변형의 진행속도와 지속성 및 가속 여부를 함께 평가할 수 있도록 하였다.
특히 본 연구에 적용한 스마트 노출경사계 모니터링 시스템은 계측된 기울기 데이터를 지속적으로 축적하고, 예측·트렌드 분석을 통해 시간에 따른 기울기 변화의 방향성, 지속성 및 증가·가속 추세를 분석할 수 있다. 따라서 특정 시점의 측정값이 관리기준을 초과하였는지만 판단하는 단순 임계값 방식에서 나아가, 연속적인 시계열 계측자료를 이용하여 변형이 일시적인 변동인지, 동일 방향으로 지속되는 진행성 변형인지, 또는 변화속도가 증가하는 가속성 변형인지를 분석하는 데 활용할 수 있다. 이러한 시계열 기반 추세분석은 자동 경사계 자료에서 유의한 가속 시점을 식별하는 연구 및 실시간 경사각·경사속도를 이용한 사면 조기경보 연구의 방향과도 부합한다.
이에 따라 제안된 관리기준에서는 기준각도를 사면의 현재 변형상태, 각속도를 변형의 진행속도, 예측·트렌드 분석에 의한 변화추세를 변형의 지속성 및 가속성을 판단하는 지표로 활용할 수 있다. 즉, 단일 계측값에 의한 위험단계 판정에서 벗어나 상시 계측 도입 목적인 ‘현재 상태–진행속도–변화추세’의 3개 요소를 종합적으로 분석하는 관리체계로 개선함으로써 주민대피 판단의 객관성과 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
또한 관심, 주의, 경계, 심각의 4단계 관리기준을 정량화하고 실시간 계측자료와 연계함으로써, 서버에서 계측값을 자동 분석하여 관리단계를 판정하고 지속 또는 가속되는 이상 변화가 확인될 경우 상위 관리단계로 전환하거나 관리자에게 선제적으로 위험정보를 제공하는 시스템으로 발전시킬 수 있다. 이러한 관리체계는 급경사지 조기경보시스템의 구축·운영 방향 및 급경사지 관리 실무편람에서 제시하는 상시계측과 단계별 대응체계와도 부합한다(MOIS, 2022, 2025). 최근 연구에서도 고빈도 IoT 사면계측 자료와 변위·속도 등의 운동학적 정보를 결합한 시계열 분석이 단순 임계값 방식보다 조기경보의 운용 신뢰성을 높일 가능성이 보고되고 있다.
다만 본 연구에서 제안한 관리기준과 예측·트렌드 분석의 현장 적용성을 확보하기 위해서는 다양한 지질조건, 사면형태 및 강우조건에서 장기간의 계측자료를 축적하고 실제 사면변형 및 붕괴사례와 비교·검증할 필요가 있다. 또한 경사계의 분해능, 정확도, 반복정밀도 및 현장 측정오차가 관리단계와 추세판정에 미치는 영향을 분석하여 각 관리단계에 요구되는 계측기의 최소 성능과 추세분석을 위한 적정 측정주기 및 판정조건을 정립하는 후속 연구가 필요하다.
