목 타는 지구촌.. 가뭄 극복을 위한 딥 러닝 기술
숨 쉬기조차 힘든 요즘, 기록적인 불볕더위가 이어지고 있는데요. 세계기상기구에서는 현재 전세계 평균 월별 기온이 14개월 동안 계속해서 최고 기록을 갱신하고 있으며, 올해 지구의 기온이 사상 가장 높은 해가 될 것임을 경고한 바 있습니다.
이처럼 최근 한국을 뒤덮은 폭염 현상은 전세계적으로 나타나고 있는데요. 캘리포니아, 브라질, 호주 등 광범위한 지역에는 극심한 가뭄까지 들어 지역 농민들의 고심이 이만저만 아니라고 합니다. 그래도 한 가지 다행인건, 직접 비를 내리게 할 수는 없지만 가뭄을 겪는 지역사회의 물 보유량을 정확하게 측정함으로써 가뭄을 미리 예측하고 사전에 대비할 수 있는 딥 러닝 기반의 측정 기술이 등장했다는 것입니다^^
캘리포니아, 팔로 알토(Palo Alto)에 본사를 둔 신생기업 오비털 인사이트(Orbital Insight)는 최근 GPU 컴퓨팅을 통해 가속화되는 딥 러닝 시스템을 선보였는데요. 이 시스템은 지구 표면 전체의 물 보유량을 측정하고 이를 끊임 없이 모니터링 하도록 고안되었습니다.
오비털 인사이트의 제품 엔지니어링 부문 부사장 시웨탄크 쿠마르(Shwetank Kumar)는 “가뭄의 심각성을 이해하기 위해서는, 먼저 가뭄의 영향력을 측정할 필요가 있습니다”라고 말합니다. 일단 각 가뭄 위험 지역의 물 보유량을 알게 되면, 물의 사용처 및 절약 방안에 대해 더 효율적으로 판단할 수 있기 때문이죠.
딥 러닝 기반의 물 보유량 탐지 기술
탐사 과정은 미국 지질조사국(USGS)의 지구탐사위성 8호(Landsat 8 satellite)에서 시작되는데요. 이 위성은 16일 주기로 지구 전체의 이미지를 촬영하며, 오비털 인사이트는 이 이미지들의 픽셀 하나하나에 물이 존재하는지 여부를 탐색하는 딥 러닝 신경망(neural network)으로 전송하게 됩니다.
가뭄 동안 최저 수위를 기록한 캘리포니아의 폴솜 호수(Folsom Lake)
빈스 미글리오레(Vince Migliore)가 제공한 이미지
이 기업은 미국 지질조사국의 위성에서 촬영한 수천 개의 이미지 속에 포함된, 수십억 개 이상의 픽셀을 대상으로 자사의 신경망을 훈련시켰습니다. 또한 이 과정에서 아마존 웹서비스 클라우드 호스팅 기반의 엔비디아 GPU 시스템을 통해 이러한 엄청난 양의 연산을 효과적으로 가속화했죠.
오비털 인사이트는 지구 전체의 수자원 보유 수준을 최초로 측정한 기업은 아니지만, 그 딥 러닝 기반의 측정 시스템은 구름의 그림자나 산등성이를 물로 착각하는 기존 기술보다 훨씬 더 높은 정확도를 자랑한다고 하네요.
이에 대해 쿠마르는 “우리의 궁극적인 목표는 완전 자동화된 모니터링 시스템을 개발해 물 표면 영역의 중요한 변화를 측정하는 통계 자료를 매주 업데이트해 제공하는 것입니다” 라고 밝혔답니다.
오비털 인사이트는 가뭄이 극심한 캘리포니아와 이라크의 저수지를 중점 관리 대상으로 딥 러닝 측정 기술을 테스트하고 있으며, 곧 완성된 기술을 공식적으로 발표하기 위해 준비 중입니다.
가뭄을 악화시키는 지구 온난화
비영리 연구기관인 세계자원연구소(WRI: World Resources Institute)에 의하면, 현재 수십억 인구가 물 부족 지역에 살고 있고 2025년까지 약 35억 명이 물 부족을 경험할 것이라고 합니다.
기후 변화 과학을 평가하는 국제그룹인 기후 변화에 관한 정부간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change)에서는 세계의 건조지역과 반 건조지역은 더욱 건조하고 더워질 것이며, 더 자주 가뭄을 겪게 될 가능성이 있다고 강조합니다.
그러나 기후 변화는 이 예측의 일부입니다. 세계자원연구소의 물 팀 연구 분석가인 룻거 호프스트(Rutger Hofste)는 물 수요를 증가시키는 인구 증가와 식생활의 변화 및 농업 확대는 흔히 기후변화 못지 않은 물 부족의 요인으로 작용한다고 말합니다.
그는 “물 부족 문제를 겪는 지역은 전세계적으로 증가하고 있고, 특히 중동, 북아프리카, 호주 등 기존의 취약 지역에서는 더욱 악화되고 있습니다”라고 말합니다. 호프스트는 물이 충분하지 않은 경우 한 국가의 안보 산업이라 할 수 있는 농업의 근간이 흔들릴 수 있으며, 그 결과 사람들은 필요한 식량을 안정적으로 공급 받지 못하게 된다고 덧붙였습니다.
쿠마르에 의하면 오비털 인사이트의 기술은 국가 또는 지역 간의 물 관리 협정을 강화하는데 쓰일 수도 있다고 하는데요. 지구 온난화 속 전세계적인 가뭄을 이겨내기 위한 노력은, 바로 우리 주위에 가용한 물이 얼마나 있는지 아는 것으로부터 시작된답니다! ^^
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계자원연구소의 예측에 의하면 지구 온난화는 건조지역에서 강수량을 감소시켰고 늘어나는 물 수요는 전 세계적으로 물 부족 문제를 증가시킬 것이라고 합니다. 세계자원연구소의 송수로 투영도구(Aqueduct projection tool)에 대한 더 자세한 정보는 웹사이트 https://bit.ly/1KxbEXf에 있습니다.