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도심 속에 들어온 항공 : UAM과 UTM

오수환(Oh, Soohwan)(한서대학교 항공산업공학과 조교수)/suhwan at hanseo.ac.kr/ 2024.05.20

1. 본인의 연구를 소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 항공 특성화 대학인 한서대학교 항공산업공학과에 재직 중인 오수환 교수입니다. 저는 데이터사이언스와 최적화 기법을 활용하여 지속 가능한 항공시스템을 만들기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 최근 진행했던 대표 연구로는 ‘UAM/UTM용 도심공역 설계 및 최적 비행경로 추천 프레임워크 개발’, ‘데이터 기반 항공안전관리’, ‘인공지능 기법을 활용한 공항소음 예측 알고리즘 개발’, ‘교통 소외지역 접근성 개선 연구’가 있습니다.

2. UAM/UTM용 도심공역 설계 및 비행경로 추천 프레임워크를 개발하는 과정에서 어떤 도전 과제가 있었나요? 이를 해결하기 위해 어떤 노력을 기울이고 계시는가요?

본 인터뷰 제목인 ‘도심 속에 들어온 항공 : UAM과 UTM’ 처럼 기존에는 생각하지 못했던 비행기라는 교통수단이 최근 도심 속에 들어오고 있습니다. 그런데 이미 도심에는 사람도 많고 건물도 매우 많습니다. 이에 도심 하늘 위로 항공기가 날아다니면, 기존 도심환경을 구성하고 있었던 사람과 건물 등에 영향을 주거나 받게 됩니다. 여기서 저희 연구진은 사람과 건물, 이 두가지 측면의 영향도를 반영하여 도심에서 항공기가 날아다닐 수 있는 공역을 식별하고 최적 비행경로를 추천하는 프레임워크를 개발하였습니다.

이때 도전 과제는 크게 두 가지가 있었습니다. 첫 번째는 사람들 머리 위로 항공기가 날다가 사람들에게 피해를 줄 수 있는 부분을 정량적으로 측정하여 위험성이 높은 공간은 공역 활용에 제한하는 것입니다. 저희 연구진은 인구 위험을 측정하기 위해 도심 빅데이터를 기반으로 한 시간 단위로 도심 내 특정 공간에 사람이 몇 명이 있는지에 대한 데이터와 건물에 들어갔을 때 보호받을 가능성, 비행기가 떨어질 확률 등을 고려하여 인구 위험이라는 지표를 만들었습니다. 그리고 해당 지표를 기반으로 공역을 평가하고, 특정 위험도를 넘는 공간은 제한하도록 하였습니다.

두 번째 해결해야 할 과제는, 도심에는 높낮이 및 면적이 다른 다양한 건물들이 복잡하게 분포되어 있다는 것입니다. 항공기 입장에서도 복잡한 공간에서 비행을 하기는 어렵습니다. 이에 하늘에 주변 공간 복잡성을 고려해서 공역이 얼마나 가용 가능한지를 보아야 합니다. 이에 저희 연구진은 공역 복잡도 측면에서 특정 공간과 주변 공간을 네트워크 형태로 만들어서 주변 공간까지의 최단 경로가 어떻게 구성되어 있는지 등을 반영한 지표를 만들어서 공역 가용성을 평가하였습니다.

3. 그렇다면, 주로 인구위험과 공역 가용성이라는 두 가지 측면을 고려해서 공역을 평가하셨는데, 이 두 지표가 상반된 결과 보일 때는 어떻게 공역을 평가하셨을까요?

먼저 공역을 설계 및 관리하는 입장에서는 어떤 지표를 우선순위에 두는지에 따라서 의사결정이 달라질 수 있습니다. 안전, 여기서는 인구위험을 보다 중요시한다면 인구위험에 가중치를 두어 공역을 활용할 것입니다. 효율성, 여기서는 공역 가용성을 보다 중요시한다면 공역 가용성에 가중치를 두어 공역을 활용할 것입니다. 저희 연구진은 이와 같은 상황에서 사용자의 선호도를 반영해 두 가지 지표를 단일 지표로 합치고 이를 기반으로 파레토 최적해를 찾는 과정을 수행하였습니다. 기존 파레토 최적화는 단일 최적 해를 찾는 데 집중했다고 한다면, 본 연구에서는 파레토 순위/선택 알고리즘을 활용해서 특정 수준 이상의 값을 가지는 공역을 활용하는 방식으로 항공기가 비행할 수 있는 공간들을 식별했습니다. 이를 통해, 사용자 선호도, 시간대 및 공간적 위치에 따른 활용 가능한 공역과 해당 공역 내 최적 비행경로를 제안할 수 있었습니다.

4. UAM과 UTM의 실용화를 위해서 여러 가지 해결되어야 할 문제들이 있을 것 같습니다. 예를 들어, 규제 및 정책 환경, 기술 혁신 등이 필요하지 않을까요? 어떤 문제가 가장 먼저 해결되어야 하는 지, 이를 해결하기 위해 어떤 노력이 필요하다고 생각하시나요?

최근 몇 년간 UAM/UTM과 관련되어 정부, 연구기관뿐 아니라 산업계에서도 각 분야에서 활발한 연구개발을 매우 잘 수행하고 있어, 기술이나 정책적인 부분에서 현재 일정 수준 이상 준비되어 있다고 생각합니다. 다만, 아직 고민이 더욱 필요한 부분은 새로운 교통수단 도입에 대한 사회적 수용성이 아닐까 싶습니다. 사람들이 새로운 교통수단이 도입되는 것을 받아들일 수 있는지가 중요하다고 생각하는데, 여기서 가장 중요한 요인 중 하나는 ‘안전’이 아닐까 싶습니다. 더해서 항공기가 건물 옆을 지나가고 있을 때 사진/동영상 촬영 등을 한다면 건물에서 생활하는 사람들 입장에서는 거부감이 들 수 있습니다. 이러한 프라이버시 이슈도 매우 중요한 사안입니다. 사회적 수용성 외로 또 중요한 문제는 ATM/UAM/UTM 간 상호 호환성 문제입니다. UAM 항공기가 이착륙할 때 UTM 공역에 진입해야 하는 경우가 생기고, ATM 항공기가 이착륙할 때 UAM/UTM 공역에 진입해야 하는 경우가 생길 수 있습니다. 이에 서로 다른 교통수단 간 협력적인 교통관리를 통해 안전한 운항을 할 수 있도록 해야 한다고 생각합니다.

5. 산업계인 한국공항공사 항공산업연구원과 학계인 한서대학교에서는 산업적인 측면과 학술적인 측면에서 연구 주제 및 방향이 서로 다를 것 같습니다. 먼저 한국공항공사 항공산업연구원에서는 어떤 연구를 수행하셨을까요? 그때 연구하셨던 주제나 방향이 한서대학교에서 하는 연구와 연결되는 부분이 있으신가요?

한국공항공사 항공산업연구원에서 연구과제를 기획할 때 가장 중요한 사항은 실무부서의 요청과 의견입니다. 그렇다 보니 정말로 현장에서 해결이 필요한 문제를 풀 수 있는 기회가 많습니다. 다만 그렇기 때문에 다소 학문적인 연구보다는 구체적인 실제적인 문제를 풀게 되는 경우가 많았습니다. 재직 당시 수행했던 대표적인 연구 주제로는 ‘공항소음관리’와 ‘교통 소외지역 접근성 개선’이 있습니다. 공항소음과 관련된 연구로 김포공항 소음 총량을 어떻게 설정해야 하는지에 대한 연구, 공항소음 대책사업 재원 조달을 어떻게 해야 하는지에 대한 정책적 연구가 있었습니다. 해당 연구를 진행하면서 연구자로서 가장 뜻깊었던 경험은 실무자들과 함께 문제에 대해서 고민하고 논의하는 과정에서 학술적인 의미도 있으면서 산업적인 측면에서 기여할 수 있는 연구 아이디어를 얻을 수 있었다는 것입니다. 덕분에 한서대학교에 와서도 해당 연구 주제를 실무자들과 교류하면서 고민하고 활발히 진행하고 있습니다.

교통 소외지역 접근성 개선과 관련된 연구를 시작하게 된 계기는 한국공항공사 재직시절 참여했던 ‘콜롬비아 군소 공항 투자 및 관리를 위한 항공교통 정책’ 연구 과제였습니다. 해당 연구 과제는 콜롬비아의 항공교통 정책에 대한 제언과 관련되어 있었지만, 이를 진행하면서 우리나라처럼 육상교통체계가 잘 발달하지 않은 곳에서는 교통 접근성이 낙후된 지역에 대한 접근성 개선에 있어 항공이 주요한 교통수단이 될 수 있을 것이라는 아이디어를 얻게 되었습니다. 왜냐하면 도로, 철도 등 육상교통 인프라 구축에는 천문학적인 비용이 소요되게 되는데 항공은 공항과 공항을 연결하는 데 소요되는 비용이 상대적으로 적기 때문입니다. 이에 항공 및 UAM이 이와 같은 문제를 해결하는 데 큰 역할을 할 수 있겠다는 생각이 들었고 현재 이 아이디어에 기반하여 울릉도에 공항이 건설되고 나서 개설되는 항공 노선에 따라 울릉도 주민들의 교통 접근성이 어느 정도 개선되는지 측정하는 메트릭을 개발하고 이를 기반으로 최적의 항공노선을 어떻게 설정하는 게 좋을지에 대한 연구를 학교에 와서도 지속해서 수행하고 있습니다.

6. 연구자로 길을 걸어오시면서 많은 분으로부터 영향을 받았을 것으로 생각됩니다. 어떤 연구자들로부터 어떤 영향을 받았는지 궁금합니다.

먼저, 학부 은사님이신 한국항공대학교 백호종 교수님은 제가 연구자로서 길을 걷고 성장하는데 가장 큰 영향을 주신 연구자입니다. 학부 시절 백호종 교수님의 수업을 들었을 때, 교수님께서는 누구보다 정말 행복한 표정으로 시뮬레이션을 수행하는 과정과 결과에 관해 설명해 주셨습니다. 그 당시 저는 대체 뭐가 재미있길래 저런 표정을 지으시면서 설명을 해주시는 걸까 라는 생각을 하면서 연구하는 게 정말 재미가 있나 라는 생각을 처음 하게 되었습니다. 이를 계기로 교수님의 다른 수업들도 수강하면서 자연스럽게 대학원 진학을 꿈꾸게 되었습니다. 더해서, 교수님께서는 저에게 연구자로서 길을 가게 된다면 항상 논문을 읽는 시간을 만들어야만 한다고 조언을 주셨습니다. 이에 가끔은 지키지 못할 때도 있지만 벌써 10년째 매주 금요일 오전에는 논문을 찾아보고 읽는 시간을 가지고 있습니다. 그 덕분에 어느덧 최신 연구 트렌드를 누구보다 잘 알게 되었고 연구자로서 현재 제가 가진 가장 큰 무기가 되었습니다.

두 번째로, 지도 교수님이신 카이스트 윤윤진 교수님입니다. 연구 중심 대학인 카이스트로 대학원 과정을 진학하여 적응하는 데 정말 힘들었던 시기가 있었습니다. 정말 뛰어난 주변 친구들과 비교해서 부단히 열심히 노력함에도 불구하고 저만 뒤처지는 느낌이 있었으며, 연구자로 성장하기에 제가 가진 자질이 매우 부족한 게 아닌가 고민하던 시기였습니다. 그때 지도교수님을 찾아가서 더 이상 학위 과정을 진행하지 않고 그만두고자 한다고 말씀을 드렸었습니다. 저는 사실 제가 적응을 잘 못하고 있었다 보니 교수님께서도 아쉽지만, 다른 길을 찾는 것도 좋은 선택이라고 말씀을 주실 것 이라고 생각했습니다. 그런데 교수님께서는 제가 지금은 조금 어려움을 겪고 있지만 충분히 잘할 수 있는 능력이 있으니 조금 더 버텨봤으면 좋겠다고 이야기해 주셨습니다. 교수님 말씀 덕분에 그 시기에 그만두지 않고 버텼고 어쩌다 보니 지금 학교에서 학생들을 가르치고 있지 않나 싶습니다. 더해서 졸업 전 교수님께서 저에게 해 주셨던 가장 중요한 말씀이 있습니다. 교수님께서 말씀하시길 이제 졸업하고 나면 주변에서 오박사님 의견이 맞습니다 라는 피드백만 듣게 될 것이라고 이야기 하셨습니다. 왜냐하면 박사 학위를 가지고 사회에 나가면 해당 분야에서 전문가로서 보이기 때문이라고 하셨습니다. 그런데 그렇기 때문에 더욱이 경계하고 스스로를 돌아봐야 한다고 말씀하시면서, 연구자로서 논문을 쓰는 일을 멈추지 말기를 요청하셨습니다. 논문을 쓰고 리비전을 하는 과정 등은 사실 double-blind이기 때문에 제가 한 연구 결과물에 대해서 가감 없는 피드백을 받을 수 있는 유일한 기회이니 앞으로 어떤 자리에 가더라도 계속 정진할 수 있을 것이라는 말씀이었습니다. 이에 학위과정 때처럼 많은 시간을 할애하여 논문을 쓰는 일을 하지는 못하지만, 조금이라도 계속 연구를 하고 논문을 쓰는 일을 지속해서 하고 있습니다.

7. 연구 활동을 통해 느끼신 점, 자부심, 보람 등에 대해 이야기해 주실 수 있을까요?

정말 감사하게도 박사학위를 취득하고 나서, 학교에 오기 전에 한국공항공사에서 선임연구원으로 실무를 경험할 기회가 있었습니다. 이 덕분에 항공산업에 실재하는 문제들을 실무자들과 함께, 어떤 문제를 푸는 것이 정말로 항공산업 발전에 도움이 될 수 있는지에 대한 고민을 많이 할 수 있었습니다. 이 과정에서 연구자로서 실무자들이 어려움을 겪고 있는 문제에 대해서 같이 고민하고 해결 방안을 제안하거나 했을 때, 실무자들이 이를 통해 도움을 얻어갈 때면 정말 큰 보람이 되곤 했습니다.

그리고 얼마 전에 감사한 기회로 국토교통부 항공교통 안전세미나에 연사로 초청된 바 있습니다. 컴퓨터 앞에 앉아서 데이터 분석을 하다 보면 데이터 분석 결과를 통해서 현업에서 고생하시는 분들이 이룩한 성과를 확인할 때가 있습니다. 대표적으로 제가 살펴봤던 데이터 중에서 대한민국의 항공사고 발생률과 관련된 데이터가 있습니다. 1990년대부터 2010년대까지 항공사고 발생률을 데이터사이언스 기법을 기반으로 분석하여 패턴을 살펴보게 되면, 2002년에 어떠한 구조적 변화가 발생했습니다. 저에게 2002년은 사실 월드컵이 있었던 해이지만 항공 분야에서 우리나라는 2002년 미국연방항공청의 항공안전등급을 2등급을 받은 안타까운 해이기도 했습니다. 이를 계기로 각 분야에서 정말 많은 실무자가 노력하고 고생한 덕분에 현재 우리나라는 안전과 관련된 측면에서 아주 높은 점수를 받고 1등급을 유지하고 있습니다. 데이터도 이러한 그들의 노고가 있음을 이야기해 주고 있는데, 이를 발표 등을 통해서 직접 말씀드릴 기회가 없었습니다. 최근 세미나에서 해당 발표를 하였을 때, 정말 오랜 시간 항공산업 분야에서 일을 하셨던 전문가들이 고개를 끄덕이면서 회상하고 이야기를 나누는 모습을 보면서 저도 기쁜 마음이 들었습니다.

8. 현재 운영하고 계시는 한서대학교 항공산업공학과 SAS (Sustainable Aviation Systems) 연구실에 관해서 설명 부탁드리고, 교육자로서 가지신 철학이 궁금합니다.

한서대학교 항공산업공학과 SAS (Sustainable Aviation Systems) 연구실은 항공산업의 지속가능성을 도모하기 위한 여러 가지 문제를 데이터사이언스와 최적화 기법 등 산업공학 기법을 활용하여 해결하고자 하는 연구실입니다. 안전, 소음 및 환경처럼 항공산업의 지속가능성과 직접 연결되는 분야들뿐 아니라 항공기 지연/결항 등 항공시스템의 비정상 상황에 대한 관리를 위한 연구들도 수행하고 있습니다.

저는 교육자로서 학생들의 지적 호기심을 불러일으키는 역할을 하는 것을 가장 큰 목표로 삼고 있습니다. 제가 느끼기에 다소 어렵지 않은 내용이라고 할지라도 학생들의 눈높이에 맞춰서 설명을 하지 못한다면, 학생들은 해당 분야에 대한 지적 호기심을 가지기가 힘들어집니다. 지적 호기심을 갖지 못한다면 해당 분야에 대해서 지속적인 관심을 가지지는 못하겠죠. 그렇기 때문에 수업뿐 아니라 연구 미팅을 하면서 학생들과 상호작용을 하면서 학생들이 해당 과목 및 분야에 대한 관심을 불러일으키도록 하는 것에 가장 주안점을 두고 학생들을 양성하기 위한 노력을 부단히 하고 있습니다.

9. 가르치고 있는 학생 또는 항공산업 분야에 종사하려는 후배들에게 어떤 조언을 해 주시겠습니까? 더해서 마지막으로 하고 싶으신 말씀이 있을까요?

요즘은 단편적인 지식 및 정보와 관련된 것은 잠깐 시간을 내어 인터넷을 키고 검색을 하면 대부분 찾을 수 있습니다. 그러나 이러한 지식 및 정보들을 연결하고 자신만의 견해와 철학을 통해 해석할 수 있는 능력은 쉽게 길러지지 않는다고 생각합니다. 이에, 다른 분야도 마찬가지겠지만, 최신 항공산업 트렌드를 지속해서 찾아보고 파악해서 항공산업에 대한 이해도를 높여 여러 사안에 대한 본인만의 견해와 철학을 만드셨으면 좋겠습니다.

더해서 연구원으로, 교수로 항공산업 분야에서 일을 하면서 느끼는 것 중 하나가 항공산업 분야에서 실무를 하고 계시는 전문가들이 정부, 공항공사, 항공사 등에 정말 많이 계신다는 것입니다. 각 분야에서 전문가들이 밤낮으로 노력해 주시는 덕분에 어쩌면 국내 항공시스템이 세계 최고의 안전 수준을 유지하고 있는 게 아닌가 생각이 듭니다. 이 자리를 빌려 그분들께 감사의 인사를 드리고 싶습니다.

* 오수환 교수의 최근 대표 논문

[1] Oh, S., & Yoon, Y. (2024). Urban drone operations: A data-centric and comprehensive assessment of urban airspace with a Pareto-based approach. Transportation Research Part A: Policy and Practice, 182, 104034.

[2] Oh, S., & Cho, J. (2023). Comparative Analysis of Aviation Occurrence Patterns among Three Northeast Asian Countries: South Korea, China and Japan. KSCE Journal of Civil Engineering, 27(11), 4897-4905.

[3] Oh, S., & Yoon, Y. (2022). Data-driven risk analysis of unmanned aircraft system operations considering spatiotemporal characteristics of population distribution. Transportation Research Interdisciplinary Perspectives, 16, 100732.

[4] Oh, S., Kim, S., & Yoon, Y. (2020). An Analysis of Runway Accident Precursors Based on Latent Class Model. KSCE Journal of Civil Engineering, 24(9), 2784-2793.

[5] Kim, S., Lee, J., Oh, S., & Yoon, Y. (2019). Assessment of the volcanic hazard of Mt. Paektu explosion to international air traffic using South Korean airspace. Natural Hazards, 96, 647-667.

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Sustainable Aviation
Aviation Safety
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