매일안전신문 - 국립환경과학원, AI 기반 현미경 자동 녹조 분석 기술 대청호에 적용

[매일안전신문=이상훈 기자]  

국립환경과학원이 인공지능을 활용해 유해남조류 세포수를 자동으로 산정하는 현미경 기반 녹조 분석 기술을 대청호 조류경보제 운영 지점에 적용한다.

기후에너지환경부 소속 국립환경과학원은 측정·분석기구 제조사인 이솔루션즈와 민관 공동으로 유해남조류 세포수 자동 분석이 가능한 인공지능 기반 신기술을 개발하고, 15일부터 대청호를 대상으로 현장 적용을 시작한다고 밝혔다.

이번 기술은 조류경보제 운영 과정에서 핵심 기준으로 쓰이는 유해남조류 세포수 분석 시간을 줄이기 위해 개발됐다. 현재 유해남조류 세포수 산정은 분석자가 현미경으로 시료 챔버의 격자를 확인하면서 세포를 육안으로 판별하고 수를 세는 방식으로 이뤄진다.

기존 방식은 분석자가 챔버 안의 격자를 이동할 때마다 초점을 맞추고, 조류 종류를 구분한 뒤 세포수를 직접 계산해야 한다. 이에 따라 분석 시간이 길고, 분석자의 숙련도에 따라 결과에 차이가 발생할 수 있다는 현장 부담이 있었다.

▲ 세포수 측정 방법 비교. 기존 수동 현미경 계수(좌), 자동 녹조 분석 장비(우). [기후에너지환경부 제공]

이번에 개발된 자동 분석 기술은 현미경 챔버의 격자 이미지를 장비가 자동 촬영한 뒤, 인공지능 모델이 유해남조류 종류를 판별하고 세포수를 산정하는 방식이다. 국립환경과학원은 이 기술이 현행 수질오염공정시험기준의 식물성플랑크톤 현미경계수법을 그대로 적용하기 때문에 별도 제도 개선 없이 현장 활용이 가능하다고 설명했다.

연구진은 고해상도 유해남조류 이미지 1만5천80장을 확보해 인공지능 학습자료를 구축했다. 해당 자료는 조류경보제 운영 전문가가 직접 판독한 이미지로 구성됐다. 이를 통해 기존 약 4시간이 걸리던 분석 시간을 약 1시간으로 단축했다.

조류경보제는 상수원 등에서 유해남조류가 일정 기준 이상 발생할 경우 단계별 경보를 발령하는 제도다. 유해남조류 세포수는 조류경보제의 주요 판단 항목으로 쓰인다. 상수원 구간에서는 유해남조류 세포수가 2회 연속 기준을 넘을 경우 관심, 경계, 조류 대발생 등 단계별 경보가 발령된다.

유해남조류는 녹조를 일으키는 남조류 가운데 독성물질을 생성하는 것으로 알려진 종류를 말한다. 관리 대상은 마이크로시스티스, 아파니조메논, 아나베나, 오실라토리아 등 4개 속이다. 이번 인공지능 모델은 이들 유해남조류 4개 속의 자동 촬영 이미지를 학습해 시료 이미지에서 유해남조류를 구분하도록 설계됐다.

분석에 사용되는 챔버는 세즈윅-라프터 챔버다. 이 챔버는 길이 50㎜, 폭 20㎜, 깊이 1㎜, 부피 1mL의 유리판 형태 기구로, 시료를 일정한 두께로 펼친 뒤 격자를 기준으로 세포수를 세는 데 사용된다. 기존 수동 방식에서는 분석자가 이 챔버의 격자를 현미경으로 직접 확인해야 했지만, 자동화 장비는 챔버 이미지를 촬영해 분석 절차를 지원한다.

기후에너지환경부는 최근 조류경보 당일 발령 적용 지점을 대청호 등 전국 7곳으로 확대 운영하고 있다. 국립환경과학원은 조류 분석의 신속성과 정확성이 요구되는 상황에서 자동화 기술을 현장에 적용해 조류경보 운영을 지원할 계획이다.

국립환경과학원은 올해 대청호 조류경보제 운영 지점인 회남, 추동, 문의 등 3곳에서 기존 수동 현미경 분석 결과와 신규 자동화 기술의 분석 결과를 비교·검증한다. 이를 통해 현장 적용성을 확인하고 분석자료의 활용 가능성을 점검할 방침이다.

김경현 국립환경과학원 물환경연구부장은 “오랫동안 필요성이 제기되었던 조류 분석 자동화 기술 개발로 유해남조류 분석 시간을 대폭 단축함으로써 녹조 대응의 신속성을 높일 수 있다”며 “이번 기술이 녹조의 과학적 관리 수준을 한 단계 높이는 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

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