한 추정치에 따르면 따뜻하고 건조한 날씨로 인한 극심한 산불이 전세계 산림을 휩쓸어 작년 한 해 미국 서부에서만 약 200억달러의 피해가 있었습니다.
산불에 대한 이해도를 높이고 확산을 방지하기 위해 NVIDIA와 미국 최대 방산업체 록히드 마틴(Lockheed Martin)은 AI와 디지털 트윈 시뮬레이션을 활용해 미국 농림부와 콜로라도 화재예방통제국(DFPC, Colorado Division of Fire Prevention & Control)과 협력하고 있다고 최근 발표했습니다.
또한 세계 최초로 산불 예측과 대응을 전담하는 AI 기반 연구소를 설립하고 있다고 발표했는데요. 이 연구소는 NVIDIA AI 인프라와 첨단 시각화, 가상 세계 시뮬레이션 플랫폼인 NVIDIA Omniverse 를 활용해 화재의 규모를 처리하고 진행 상황을 예측합니다. 이 시스템은 현실 속 물리적 세계를 정확하게 구축하는 디지털 트윈에서 화재를 재현하면서 화재에 대응하는 최상의 진압 대책을 제안합니다.
올해 현재까지 미국에서 발생한 산불만 650만 에이커 이상에 달했지만, 피해 범위는 그보다 훨씬 광범위한데요. 시베리아를 휩쓴 화재는 그보다 더 많은 지대에 피해를 입혔고, 대형 화재가 지중해 지역과 호주도 휩쓸었습니다.
뉴 실리콘 밸리 랩
실리콘 밸리에 소재한 AI 개발 연구소인 뉴 실리콘 밸리 랩은 화재에 대한 실시간 센서 데이터와 연료 식생, 지형, 바람 등의 데이터 소스를 결합해 화재 확산을 예측하는 엔드-투-엔드 AI 기반 계획 및 조정 플랫폼인 록히드 마틴의 인지 미션 매니저(CMM, Cognitive Mission Manager) 시스템을 갖출 예정입니다. 인지 미션 매니저(CMM)는 대응 시간 단축과 산불 진압, 인도주의적 조치의 효율성 향상을 위해 사고지휘 팀에 행동방침 권고안을 제공합니다.
연구소는 산업계와 사용자가 인지 미션 매니저(CMM) 설계를 위한 인재와 자원을 모으고 NVIDIA Omniverse에서 신속하게 프로토타입을 개발할 수 있는 개방형 협업 공간이 될 것입니다. 록히드 마틴은 수십 명의 응용 엔지니어들과 데이터 사이언티스트들은 물론 응용 AI, 플랫폼 통합, 계획과 감독에 대한 도메인 전문 지식을 제공합니다. NVIDIA는 연구소에서 개발과 모델링, 테스트, 배포 지원을 위해 데이터 분석과 시뮬레이션에 대한 전문 지식을 제공합니다.
데이터를 분석하고 AI 모델을 훈련하기 위해 록히드 마틴은 NVIDIA DGX systems을 사용합니다. 또한 화재를 시각화하고 화재의 확산 상태를 예측하기 위해서 NVIDIA Omniverse Enterprise를 사용하죠.
록히드 마틴의 수석 AI 아키텍트인 샤시 부샨(Shashi Bhushan)은 “록히드 마틴이 NVIDIA 기술을 도입함으로써 소방대원과 주민들의 화재 위험을 줄이며 소방대원이 산불에 더욱 빠르고 효과적으로 대응할 수 있게 지원할 수 있게 됐습니다”라고 전했습니다.
디지털 트윈을 통한 화재 양상 시각화
NVIDIA Omniverse는 화재 양상 분석가들이 현실 속 환경을 구현한 디지털 트윈에서 예측할 수 있게 해줍니다. 록히드 마틴은 실시간 다중 GPU 확장가능 시뮬레이션 플랫폼을 사용해 예측된 화재의 움직임을 시각화하고 디지털 트윈 속에서 구현된 현실 같은 환경 속에서 불의 이동 역학을 분석하는데요. 이 때문에 작업팀은 NVIDIA Omniverse를 여러 분야에서 활용할 수 있죠.
화재통제 업계는 화재 진행 상황을 예측하기 위해 로더멜 표면 화재 확산모델(Rothermel surface fire spread model)로 만든 도구를 주로 사용합니다. 록히드 마틴 팀은 이 모델을 만든 산림청 미줄라 소방과학연구소(Forestry Service Missoula Fire Sciences Lab)와 협력해 AI를 통해 기존 화재전선 예측 방법을 빠르고 정확하게 개선하는 방법을 연구합니다.
NVIDIA Omniverse를 통해 록히드 마틴 팀은 로더멜 모델과 인지 미션 매니저(CMM) 알고리즘이 화재를 예측하는 방법을 나타낼 뿐만 아니라 실제 데이터를 사용해 과거에 발생한 화재를 재현하면서 새로운 AI 모델의 훈련, 개발, 평가를 가속화합니다. 이를 통해 두 모델의 예측 결과를 서로 비교해 과거의 화재 진행 양상을 동시에 비교할 수 있습니다.
또한 NVIDIA Omniverse는 긴급 대원, 운영대원, 엔지니어들이 자신들이 수행한 진압 활동이 미치는 영향을 평가할 수 있도록 몰입형 디지털 트윈 환경을 제공합니다.
샤시 부샨은 “Omniverse로 현실감 넘치는 디지털 환경을 보여주는 가상 세계를 만들 수 있습니다. 이 가상 세계에서 지형, 경사, 바람 등 화재에 영향을 주는 요소와 화재를 시각화할 수 있습니다. 머지 않아 가상 애셋을 Omniverse 현장에 투입하여 합성 데이터를 생성할 수 있을 것입니다. 또한 Omniverse 시뮬레이션은 소방 대응책을 모색하기 위해 AI 기반 모델을 추가로 만들 수 있는 기반이 될 것입니다”라고 말했습니다.
인지 미션 매니저(CMM) 시스템을 연구하고 있는 록히드 마틴 엔지니어들은 이 기술을 항공기 콕핏에 통합해 화재 예측과 진압을 위한 행동 방침을 실시간으로 제공하는 것을 목표로 삼고 있습니다.
미국 중앙정부와 콜로라도주 소방청과의 협력
첨단기술로 임야 화재 연구 작업을 수행 중인 몬태나(Montana) 주의 미국 농무부(USDA) 산림청 미줄라 화재 과학 연구소는 화재 분석과 시뮬레이션 지원을 위해 응용 프로그램, 데이터, 소프트웨어와 제품을 제공해오고 있는데요. 연구소는 로더멜 표면 화재 확산모델을 사용해 FARSITE 산불 확산과 성상 예측 도구를 개발했습니다. 또한 록히드 마틴 팀에 화재 성상과 과거 데이터에 대한 핵심적인 전문지식을 제공했습니다.
록히드 마틴과 NVIDIA가 개발 중인 인지 미션 매니저(CMM)의 AI 기술 파트너이자 초기 사용자인 콜로라도 화재예방통제국(DFPC)은 전문지식, 사용자 경험과 피드백, 실시간 데이터 수집과의 플랫폼 통합 기능을 제공합니다. 록히드 마틴 팀은 멀티미션 항공기(Multi-Mission Aircraft) 프로그램 팀과 함께 작업에 참여해 데이터를 맵핑하는 멀티미션 항공기로부터 직접 콜로라도에서 일어나는 화재 데이터를 수집합니다. 또한 콜로라도 화재는 NVIDIA Omniverse를 통한 시각화 모델링에 쓰일 과거의 화재 데이터를 제공합니다. 이번 파트너십으로 록히드 마틴 엔지니어들은 인지 미션 매니저(CMM)을 통해 항공기에서 실시간으로 관측한 산불에서 실시간으로 데이터를 처리하고 예측할 수 있어 기내 소방대원들의 진압작업을 지원할 수 있게 되었습니다.
록히드 마틴과 NVIDIA는 인지 미션 매니저(CMM)을 개발하고 발전시키기 위해 실제 세상과 디지털 트윈 환경 속에서 계속 협력해 나갈 계획입니다. 언젠가는 무인 항공기가 갑자기 발생한 산불 진압에 신속하게 대응할 수 있을 것입니다.
온라인으로 진행된 NVIDIA GTC2021에서 인지 미션 매니저(CMM) 팀은 NVIDIA Omniverse가 전통적인 방법에 기초한 화재 이동 예측과 비교해 CMM 시스템의 알고리즘에서 어떻게 활용되는지에 대해 공개했습니다. 자세한 내용은 GTC 세션에서 확인하세요.
아래에서 NVIDIA 창립자 겸 CEO 젠슨 황(Jensen Huang)의 GTC 2021 키노트를 시청해보세요!