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넘쳐나는 재활용 쓰레기, 영상인식 인공지능 기술로 대폭 줄인다
청정기술연구소 친환경융합소재연구부문 최경호 박사-(주)디파인 김대선 대표
생기원 최경호 박사(오른쪽 두 번째)와 ㈜디파인 김대선 대표(왼쪽 첫 번째) 등 관계자들이 스마트 쓰레기 수거시스템 앞에서 포즈를 취하고 있다. ⓒ 한국생산기술연구원
지난 2017년 폐자재를 수입해 가던 중국이 폐플라스틱과 미분류 폐지, 폐금속 등 고체 폐기물 24종의 수입 중단을 선언했다. 이런 상황에서 코로나19 사태가 터지면서 오히려 재활용 쓰레기 배출량이 늘고 있다. 비대면 문화 확산으로 생필품과 식료품 포장·배달이 증가했기 때문이다. 국내 재활용 업체에서는 바르게 분리·배출되지 않은 재활용 쓰레기 수거는 거부하는 실정이다.
이에 따라 국내뿐만 아니라, 세계 각국에서는 쓰레기의 최종 폐기를 줄이고 재활용을 늘리기 위한 다양한 방안을 연구하고 있다. 이를 위해서는 우선 어떤 종류의 쓰레기가 어느 정도의 양으로, 어떤 형태와 성상으로 배출되는지 파악할 필요가 있다. 이렇게 파악된 데이터를 바탕으로 재활용 산업을 육성하는 한편, 폐기물의 최종 처리 방법도 최적화할 수 있기 때문이다.
생기원 최경호 박사는 인공지능 솔루션 기업인 ㈜디파인(대표 김대선)과 함께 ‘영상 기반 인공지능 스마트 수거시스템’을 개발했다.
IP카메라로 쓰레기 종류, 발생량, 위치 등 기본정보 취득해 데이터화…플라스틱 쓰레기도 상세 분류 가능
충청남도 역시 쓰레기 문제를 피해갈 수 없었다. 이번 시스템 개발의 계기가 된 ‘클린 충남을 위한 생활폐기물의 스마트 순환생태계 구축’ 사업은 지역 사회문제인 재활용 쓰레기와 영농 폐비닐 수거문제 해결을 위한 것이었다. 이 사업은 인공지능을 활용해 이들 쓰레기 배출량을 분석하고 분석 데이터를 기반으로 수거 최적화와 효율화를 기하기 위한 것이다. 과학기술정보통신부와 충청남도에서 총 40억 규모의 예산을 배정해 충남테크노파크가 기획관리, 한국생산기술연구원이 총괄기관 역할을 맡아 2018년부터 지역문제 해결형 과학기술 과제로 3년간 연구개발을 진행하고 있다.
클린하우스 형태의 스마트수거 시스템과 영농 폐비닐 통합관리 시스템의 두 가지 형태의 인공지능 시스템 개발과 실증목표를 가지고 있는데, 이 중에 스마트 수거 시스템이 이번에 먼저 보령지역 주택단지를 대상으로 첫 상용화 보급을 시도하게 되었고, 스마트폰 앱 형태로 제공되는 폐비닐 통합시스템도 곧 보급 확산을 추진하게 될 것으로 보인다.
고효율 인공지능 식별기술을 이용해 생활폐기물의 종류와 배출량을 분석함으로써 적기(適期)에 회수할 수 있는 시스템을 개발했다. 악취 등 환경 민원을 최소화하는 데에 중요한 역할을 하고, 수거된 쓰레기를 선별하거나 재활용하는 기업 경영에도 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.
스마트 쓰레기 수거시스템 앞쪽에서 주민이 쓰레기를 투입하면(오른쪽), 뒤쪽에 설치된 IP카메라가 영상을 찍어서 정보를 취득한다(왼쪽). ⓒ 한국생산기술연구원
㈜디파인은 IP카메라(Internet Protocol Camera) 기반의 쓰레기 발생량 데이터 수집을 맡았다. 2017년 창업한 벤처기업으로 인공지능 기반의 공공 서비스에 대한 연구개발을 수행하고 있다. 사람·사물·동물에 대한 탐지, 추적, 상황인지 기술을 기반으로 스마트 클린하우스, 스마트 주차, ASF(아프리카돼지열병) 사전 방역을 위한 멧돼지 탐지 시스템, 영상기반의 유동인구 분석 서비스 등을 연구하고 있다.
이 회사는 영상 인식기술을 이용해 쓰레기의 종류와 부피 및 무게 등의 기본 정보를 취득하고, 이를 세부 분류할 수 있는 딥 러닝 기술을 개발했다. 카메라에서 취득된 영상이 와이파이 등 인터넷을 이용해 송신되면 이 영상을 실시간으로 저장하는 한편, 이를 학습하고 분석해 판단하고, 과거 학습된 이력을 바탕으로 더욱 상세하게 분석해 데이터분석 서버로 보내게 된다. 쓰레기가 배출되면 배출된 쓰레기의 사진이 찍히고, 사진마다 라벨링이 이뤄진다. 사진이 확보될수록 쓰레기 정보의 정확도는 기하급수적으로 올라가게 된다.
연구진에 따르면 쓰레기를 종이, 플라스틱, 비닐, 캔, 병, 기타 쓰레기 등으로 분류할 경우 가장 많이 나오는 것이 플라스틱이다. 이번 개발에서도 플라스틱을 PE, PP, PS 등 재질별로 더 정교하게 분류하는 기술을 지속적으로 고도화하고 있다.
생기원, 지도와 현황 정보 모은 ‘클린충남시스템’ 홈페이지‧앱 연동…설계‧가동‧운영 일체 전담
생기원은 수거‧선별‧재활용 기업이 이번에 개발된 시스템을 도입하고 접속해 관련 정보를 더욱 효과적으로 활용할 수 있도록 지원한다. 이를 위해 생기원은 스마트수거시스템의 총괄관리 홈페이지인 ‘클린충남시스템’을 만들고, 이를 휴대폰 앱과 연동했다.
‘클린충남시스템(http://godtest3.godhosting.net)’에서는 수거 지도와 현황 정보 등을 한 눈에 확인할 수 있다. 통합 시스템을 가동하고 데이터베이스 구축 테이블을 설계하고 시험 가동하는 등 모든 과정을 생기원이 맡았다. 정부와 타 지자체가 해당 시스템을 모두 도입한다면, 쓰레기 관련 전국 단위 종합모니터링 시스템이 완비된다는 것이 최 박사의 설명이다.
“생기원 추진 과제의 최종 서비스 모델은 바로 ‘스마트 클린 하우스’에서 시작해 ‘스마트 폐기물 수거 서비스’로 나아가는 것입니다. 각종 쓰레기의 세부 정보가 아직 부족해 쓰레기장에서 버리는 사람의 협조가 필요하지만, 센서와 CCTV 등을 통해 취득된 정보를 분석해 재가공하면 폐기물을 수거하고 처리하는 데에 시간이 훨씬 덜 들 것입니다. 인력과 비용 등 행정자원을 재배치하는 데에도 큰 도움이 되겠죠. 이것이 전국으로 확산된다면 효율이 더 높아질 겁니다.”
생기원 최경호 박사가 클린충남시스템의 전체 모형에 대해 설명하고 있다. ⓒ 한국생산기술연구원
㈜디파인 김대선 대표 역시 이와 같은 스마트 수거시스템이 농촌과 도시를 막론하고 꼭 필요하다고 강조했다.
“실제로 지역이나 상권에 따라 폐기물의 양과 종류는 매우 다양합니다. 병이나 캔이 많이 나온다면 주점이나 식당이 많은 곳임을 알 수 있고, 농업용 폐비닐이 많이 배출된다면 농업 지역이라는 것을 알 수 있죠. 박스가 많은 곳에는 대단지 아파트나 택배 회사 등이 있을 것입니다. 현재 충남 천안 일원에서 실증 시험을 진행하고 있고, 지역뿐만 아니라 계절이나 특정 사건 사고 등 다양한 변수 요인을 모두 통계 처리하는 작업이 진행되고 있습니다. 이번에 공개한 시스템은 생활 폐기물 스마트 순환 생태계 구축 과제의 ‘1호 사업’입니다.”
생활폐기물 분야 세계 시장은 2020년 약 618조의 시장 규모에 도달할 것으로 예상되는 거대한 시장이다. 이에 따라 세계적으로 폐기물 처리에 관한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 반면 대부분의 국내 폐기물 수거 업체와 재활용 업체 등은 영세한 규모로 운영되고 있으며, 수거 현황과 개선점을 파악하기 어려운 산업 구조가 형성되어 있다. 이번에 개발된 기술이 일정 수준 이상으로 첨단화되면 이러한 산업 구조를 개선하고, 최적 수거/재활용을 실현할 수 있다는 것이 연구진과 참여 기업들의 의견이다.
딥러닝 기반 인공지능 기술 ‘스마트 클린 시스템’ 비용 절감 효과 커…유류비·정비비만 40% 이상↓
최 박사와 김 대표는 이번 시스템이 전체적으로 완성될 경우 기존 클린 시스템에 비하면 약 30~40%의 비용 절감 효과가 있다고 설명했다.
디파인 김대선 대표가 스마트 수거 시스템에 대해 설명하고 있다. ⓒ 한국생산기술연구원
딥러닝 기반 인공지능기술을 활용하는 만큼, 쓰레기 정보의 정확도는 시간이 갈수록 높아지고 그에 따라 분류도 점점 더 자세하게 이뤄진다. 폐기물의 배출량 등을 실시간으로 분석해 거점별, 시기별 통계에 따라 수거시간, 배차 간격, 인력운영, 수거거점 신설 등을 과학적으로 결정할 수도 있다. 수거를 위한 방문 전에 시스템에 접속해 수거 업무를 파악하면 인력의 근무환경도 개선할 수 있다.
최 박사는 “쓰레기의 정확한 발생량 데이터에 기반한 최적 수거는 수거차의 운영 효율화를 기할 수 있다. 수거차 유류비, 유지보수비의 획기적인 예산 절감뿐만 아니라 쾌적한 도시 환경 유지, 수거차의 운행 감소에 따른 이산화탄소 발생량 저하 등 장점이 많다”고 설명했다.
김 대표도 “2020 건설표준품셈에 의한 유류비 및 정비비 산출표를 기준으로 2.5톤 수거차 1대가 7시간의 운행에서 4시간 운행으로 줄어들 경우 연간 유류비 및 정비비의 43%가 절감되는 효과가 발생한다”고 덧붙였다.
소재 분석을 바탕으로 재활용 현장에 적용할 기술이나 저비용 고효율 재생공정 응용기술을 개발하는 데에도 도움이 된다. 재활용 기업도 플라스틱 종류를 세분화해 수거해 오면 공장 분류에 쓰이는 인력과 비용을 줄일 수 있어 경영에 큰 도움이 된다.
이번 기술은 앞서 언급한 대로 지난 2018년 충청남도가 과기정통부 공모 사업에 제안해 성사되면서 개발된 것이다. 충남도는 상가밀집지역 및 관광지 생활폐기물, 농촌지역 영농폐비닐로 인한 환경오염 문제가 증가하면서 이를 해소하기 위한 방안으로 이 같은 기술을 제안했다.
최 박사는 “요일, 계절, 종류 등 다양한 변수가 고려되지 않은 현재의 수거 시스템은 정기적으로 방문하는 이외의 대안이 없지만, 데이터베이스화가 일정 수준 이상 확립된다면 출동 횟수나 차량의 적재량 등을 조절할 수 있기 때문에 비용 차이가 크다”며 “영상을 기반으로 분석해 쓰레기장 주변의 청결도 등도 파악할 수 있다”고 말했다.
김 대표는 “지역의 사회적 기업과 협의해, 수거 전에 클린하우스 시설을 지원하는 인력을 고용하는 방안도 협의 중”이라며 “정보를 최초로 수집하는 단계여서 주민들이 ‘수동’으로 수거를 진행하는 아쉬움은 있지만, 정보가 어느 정도 축적되면 컨베이어 벨트와 센서 등을 도입해 더욱 편리한 시스템을 도입할 것”이라고 밝혔다.
김 대표는 “현재 각 지자체 교육청과 함께 아파트 단지나 학교 등에 브랜드 라벨을 인식할 수 있는 쓰레기 정보 취득 장치를 설치하겠다”며 “이렇게 하면 청소년들에 대한 교육을 겸해 시스템 보급 전에도 플라스틱 등 다양한 폐기물 정보를 수거 기업 등에 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.
최 박사는 “플라스틱 폐기물의 화학 조성 등에 관한 정보를 제공하다가 이번 사업에 참여하게 된 것”이라며 “앞으로도 해당 과제를 포함해 환경과 안전 등 시민의 생활과 관련된 연구의 기반을 조성하고 연구 결과를 확산시키는 데에 힘을 쏟겠다.”고 말했다.