An analysis of priority of AI-applied for each battlefield function

전장 기능별 AI 적용 우선순위 분석 연구

Abstract

In various fields, efforts to adopt the latest technologies from the 4th Industrial Revolution are ongoing across civilian, government, military, industry, academia, and research sectors. In the defense sector, the Basic Plan for Defense Innovation 4.0 aims to overcome future defense challenges by introducing cutting-edge science and technology to foster a technologically advanced military. The adoption of AI technology in defense ranges from architectural proposals to border systems. However, most research focuses on applying AI to specific weapon systems or exploring ways to utilize AI across the entire defense domain. Unfortunately, there is a lack of research addressing the practical needs of users who operate and use various weapon systems. This study prioritizes AI applications based on user needs for operating a wide range of defense systems. Through expert-targeted Analytic Hierarchy Process(AHP) analysis, we present several service lists for the six major battlefield functions and derive their weights. The results indicate that users prioritize AI adoption for information functions and for analyzing enemy unit location, type, and size.

4차 산업혁명 최신 기술을 도입하려는 노력은 민·관·군·산·학·연 다방면에 걸쳐 지속되고 있다. 국방분야에서도 "국방혁신 4.0 기본계획"을 통하여 첨단과학기술강군 육성을 위해 최신 기술을 도입하여 미래 국방의 도전 과제를 극복하고자 한다. 국방분야에서 AI 기술 도입은 아키텍쳐 제안에서부터 경계시스템에 이르기까지 다양한 분야에서 진행되고있다. 그러나 이러한 노력은 특정한 무기체계에 인공지능 기술을 적용하거나, 국방분야 전반에 걸쳐서 인공지능을 활용하고자 하는 방안에 대한 연구가 대다수이다. 실제 각종 무기체계를 운용하고 사용하는 사용자의 요구(니즈)에 대한 연구는 다소 부족한 실정이다. 본 연구에서는 실제 국방분야의 다양한 체계를 운용할 사용자를 대상으로 AI 적용이 필요한 우선순위를 도출하였다. 전문가를 대상으로 한 AHP 분석을 통해 6대 전장기능과 각 기능별 서비스 목록을 제시하여 가중치를 도출하였다. 그 결과, 사용자는 정보기능과 적 부대 위치·유형·규모 분석 기능에 AI 도입을 우선시함을 확인하였다.

1. 서론

2023년 3월 국방부는 국방혁신 4.0 기본 계획을 발표하였다. 미래 국방의 도전 과제인 비대칭 위협, 동북아의 불안정성, 전쟁 패러다임의 변화, 인구절벽을 극복하기 위해 우리 군의 강점인 첨단 과학기술을 기회로 활용하여 혁신적이 변화를 추구한다는 내용이다.[1] 이 계획에 따르면 우리 군은 국방분야의 첨단과학기술강군을 육성하기 위하여 4차 산업혁명과 관련된 최신 기술인 무인로봇, 빅데이터, 인공지능, 드론 등의 적극적인 도입이 요구되는 실정이다. 이러한 흐름 속에서 4차 산업 혁명 최신 기술의 핵심이라 할 수 있는 인공지능(AI)을 국방 분야에 도입하고자 하는 움직임이 계속되고 있다. 국방기술진흥연구소에서는 미래국방 2030 기술전략에서 국방 AI 기술 로드맵을 통해 국방 분야의 AI 발전 방향을 제시하고 있으며[2] 육·해·공군이 AI 및 빅데이터의 국방활용 정책 및 보안이라는 주제로 합동 세미나[3]를 개최하는 등 다양한 분야에 AI를 도입하고자 노력하고 있다. 국방 AI 기술 로드맵에서는 공통 AI 기술분야와 무기체계, 전력지원체계에 관련된 AI 관련 기술 동향과 국내외 기술 수준 및 발전방향을 분석한 결과를 바탕으로 적용이 예상되는 체계 및 기술, 관련된 연구 과제를 선정하여 로드맵의 형태로 제시하고 있다. 세미나에서는 각 군이 현재 추진하고 있는 AI 정책의 방향과 진행 중인 프로젝트에 대해 공유하였다. 이렇게 현재 진행되는 국방분야의 지능화와 관련된 연구는 특정한 무기체계에 인공지능 기술을 적용하거나, 국방분야 전반에 걸쳐서 인공지능을 활용하고자 하는 방안에 대한 연구가 대다수이다. 실제 각종 무기체계를 운용하고 사용하는 사용자의 요구(니즈)에 대한 연구는 다소 부족한 실정이다[4]. 따라서 AI를 적용하여 지능화된 체계를 운용자가 적극 활용하고, 발전적인 개선방향을 도출하기 위해서는 실제 사용자의 요구를 분석하여 현재의 불편한 점이나 개선이 필요한 부분을 우선적으로 보완해 나갈 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 전장의 6대 기능인 지휘통제, 기동, 정보, 화력, 방호, 작전지속지원에 대한 AI 기술 적용 우선순위 도출을 위하여 각 기능을 쌍대비교하여 가중치를 도출한다. 각 전장기능별로는 인공지능 적용이 필요한 전장기능별 서비스 목록을 바탕으로 각 서비스별 가중치를 도출한다. 분석 방법은 전문가를 대상으로 AHP 분석 기법을 활용한다. 본 연구를 통하여 국방 분야의 각종 플랫폼과 무기체계를 운용하는 사용자가 요구하는 AI 기술의 적용이 필요한 분야를 제시하고자 한다.

2. 국방분야 AI 적용 선행연구

이스라엘과 하마스 전쟁을 보면 인공지능을 기반으로 표적 생성을 자동화하여 수많은 데이터를 처리한 후에 실시간으로 타겟을 추천하고, 드론 영상이나 감청정보, 행동 패턴 등을 모니터링한 정보를 바탕으로 자동으로 공격 목표를 산출하는 등 AI는 전쟁의 패러다임을 변화시키고 있다. 이제 인공지능은 확장된 전장영역과 확대된 작전지역, 더 빨라진 작전템포를 아우르기 위해 최단 시간내에 판단과 결심, 시행을 빠르고 정확히 예측해 나가고 있다.

이런 환경 속에서 육군은 AI 기반의 첨단과학기술군 육성이라는 비전을 제시하여 육군의 역량을 결집하고, 선택과 집중, 필수 데이터 구축, 제도적 지원, 실감과 확산이라는 5대 전략을 실천해가고 있다. 해군도 AI 기반 해군 전 임무영역혁신을 위해 전 임무영역에 걸친 AI 적용 소요를 창출하고, 데이터 관리 인프라 구축과 인재 양성 및 제도 개선에 힘쓰고 있다. 공군은 AI 군사화를 통한 강력한 미래 항공우주력 건설을 목표로 AI 소요 중점을 발굴하고, 산·학·연 협력 체계를 구축 및 발전시키며, AI 군사화를 위한 기반 환경 구축으로 도전 요인을 극복하기 위해 30개 과제를 추진 중이다.

이번 장에서는 국방분야에 AI를 어떻게 적용할 것인지에 대한 기존 연구를 살펴보고, 앞으로 AI를 적용해 가기 위해 고려해야 할 사항에 대해 제시한다. 아래의 <표 1>은 그동안 진행된 여러 가지 국방분야 AI와 관련된 연구 중 국방분야의 AI 도입과 관련된 연구과제를 선별하여 정리하였다. 표에서 제시한 연구를 보면 특정한 무기체계에 이미 개발되었거나 적용이 완료된 AI 기술을 적용하거나, 국방분야 전반에 걸쳐 인공지능을 활용하고자 하는 방안을 제시하는 연구가 대다수이다.

<표 1> 국방분야에 AI 적용 관련 연구 현황

AI 적용과 관련된 주요 연구 내용을 살펴보면, 기술 수용 모델을 활용하여 입력되는 각종 첩보를 정해진 규칙에 대입하여 새로운 군사지식을 추론하는 기능을 구현하거나, 인공지능 기술을 적용하기 위해서 전체적인 머신러닝 과정에 대한 아키텍처를 제안하고 있다. 전장 상황 인식을 위해 수집한 전장 지식을 바탕으로 자동으로 연관 질의를 생성하거나, 지휘관을 보조하기 위한 프로토타입 제시하기도 하고, AI를 도입하여 활용하면서 신뢰도를 향상시키기 위해서 AI의 설명능력 도입하여 활용하는 방안을 제시하였다. 전문가를 대상으로 델파이 설문 분석을 통해 인공지능 적용이 필요한 서비스 목록을 분석하였고, 영상정보를 분석하여 이벤트를 추적하는 지능형 경게시스템의 설계 방안도 제시하고 있다. 이러한 연구 분야는 주로 AI와 관련된 구축 방향을 보여주거나 활용가능한 다양한 방안을 제시하고 있으며, 민간에서 활용하고 있는 기개발된 분야를 군에 맞게 도입하는 방향으로 연구되고 있다.

AI 적용과 관련된 선행 연구와 더불어 국방기술진흥연구소에서는 미래국방 2030 기술전략을 통해 AI 기술로드맵을 제시하였다[11]. 로드맵에서 AI 기술은 민간에서 주도하는 신기술의 영역으로 선행연구와 같이 주로 AI 기술 위주로 접근하기 때문에 국방에서의 실질적인 활용이 가능한지에 대한 연구의 필요성을 언급하고 있다. 또한 국방 AI 기능의 발전단계를 1단계로 감시·정찰·경계체계와 같은 인식지능(사실 인식)을 거쳐 자율주행, 유무인복합, 군집드론 등의 판단지능(관계 유추)인 2단계를 통하여 지휘통제체계를 활용한 결심지능(행동 도출)단계인 3단계로 확대하여 완성된다고 본다.

지금까지 국방분야 AI 적용과 관련된 연구와 AI 로드맵에 대해 살펴보았다. 이러한 내용을 바탕으로 다음 장에서는 국방분야에 AI 적용을 위해 사용자의 요구 분석을 위한 설문과 AHP 분석 결과를 제시한다.

3. AHP 계층 구조 및 전문가 선정

3.1 AHP 계층 구조

전장기능은 전장에서의 전력 발휘 효과를 극대화시키기 위해 필요한 군사적인 역할과 활동을 의미한다. 이러한 전장기능은 지휘통제, 기동, 정보, 화력, 방호, 작전지속지원의 6가지로 구분된다. 지휘통제는 ‘지휘관이 부대의 임무 달성을 위하여 예속 및 배속된 전력에 대해 권한과 지시를 행사하는 행위’, 기동은 ‘적에 비하여 보다 유리한 위치에 부대, 물자 또는 화력을 이동시키는 것’, 정보는 ‘외국이나 해외 지역에 대한 가용 첩보의 수집, 처리, 통합, 분석, 평가, 해석을 통해 도출된 산물’ 또는 ‘관찰, 조사, 분석, 이해 등을 통해 획득한 적에 대한 정보와 지식’, 화력은 ‘살상 및 비살상 무기체계에 의해서 전술 항공, 육군 항공, 포병, 함포, 기타 특정 화기로부터 적에게 투사되는 사격량이나 타격 능력’, 방호는 ‘적의 지상 관측, 직사화력 그리고 기습 공격을 방지할 목적으로 이동 중이거나 정지한 규모가 큰 부대의 측방, 전방 혹은 후방에서 작전하는 것’, 작전지속지원은 ‘군사적 목표 달성을 위하여 전투 활동을 위해 요망되는 수준과 기간을 유지해 주는 능력으로서 군사작전을 지원하기 위하여 필요한 부대(병력), 물자 및 소모품을 제공하고 유지하는 기능’으로 정의되어 있다.[12] 이러한 6대 전장기능을 AHP 분석의 제1수준의 기준으로 하여 사용자가 어느 기능에 AI의 적용을 우선시하는지를 쌍대비교한다.

제2수준으로는 인공지능 적용이 필요한 서비스 목록과 관련된 2건의 선행연구 결과를 활용하였다. (그림 1)은 인공지능 적용이 필요한 전장기능별 서비스 목록을 제시하고 있다. 총 22개의 기준으로 각 기능별로는 지휘통제기능 5개, 기동기능 4개, 정보기능 3개, 화력기능 3개, 방호기능 3개, 작전지속지원기능 4개의 기준을 선정하였다. 이 기준은 전장기능별 서비스에 따른 인공지능 적용 방안 연구[13]을 통해 도출한 20개의 목록과 지상군 지능형 지휘통제체계를 위한 사용자 요구 기반의 인공지능 적용 서비스 목록 연구[4]에서 설문을 통해 제시한 27개의 목록 중 중복되는 항목을 제외한 결과이다.

(그림 1) AHP 분석을 위한 계층구조 트리[4][13]

3.2 전문가 선정

AHP 분석을 위한 설문조사는 지휘관과 참모, 교관 및 연구직 종사자 등 총 17명을 대상으로 실시하였다. 설문결과를 분석하여 AHP 분석의 일관성 비율(CR, Consistency Ratio)이 0.1 이하인 경우만 문제가 없는 것으로 인정하여[14] 분석 결과를 도출하는데 활용하였다. 설문 대상자는 관련분야에서 10년 이상 근무하였거나 국방분야에서 5년 이상 근무한 인원을 대상으로 제 병과 및 분야에 근무한 경험이 풍부한 전문가이다. 설문을 분석한 결과, 일관성 기준 0.1 이하로 답변한 인원은 설문 대상자 총 17명 중 12명(전체 설문자의 70.6%)으로 분포는 <표 2>와 같다 본 연구에서는 12명의 연구결과를 활용하여 전장기능별 서비스 목록을 분석한다.

<표 2> 전문가 대상 분포

4. AHP 분석 결과

이번 장에서는 3장에서 제시한 인공지능 적용이 필요한 전장기능별 서비스 목록을 활용하여, 전문가 대상 설문 결과를 AHP 분석기법을 활용하여 각 전장기능 및 서비스 목록별 가중치를 도출하였다.

AHP 분석은 1단계로 6대 전장기능에 대한 우선순위를 결정하기 위하여 각 기능의 가중치를 계산한다. 2단계로 각 전장기능에 해당하는 서비스 목록의 상대적 중요도를 결정하기 위해 서비스 목록별 가중치를 계산하였다.

6대 전장기능을 쌍대비교한 1단계 분석 결과 총 12명의 응답을 바탕으로 산출한 가중치의 평균 순위는 지휘통제 > 정보 > 작전지속지원 > 화력 > 기동 > 방호이다. 가중치가 가장 높은 지휘통제와 다음인 정보와의 차이는 0.08로 상대적으로 다른 기능보다 AI 도입이 더 우선되어야 한다고 볼 수 있다. <표 3>은 1단계 분석 결과로 전장기능별 가중치를 정리한 표이다.

<표 3> 1단계 분석 결과

2단계로 각 기능별 서비스 목록을 분석한 결과 지휘통제기능에서는 공통작전상황도 생성 지능화 서비스가, 기동에서는 통합 전투력 운용 방안 추천이, 정보에서는 적 부대 위치·유형·규모 분석이 화력은 임무 부대 선정 우선순위 판단이, 방호기능은 사이버 위협 관리 및 대응이, 작전지속지원분야에서는 부대별 손실 및 지속 가능 시간 예측이 가장 우선시해야 할 목록으로 도출되었다.

2단계의 가중치와 1단계의 가중치를 바탕으로 최종 가중치를 계산한 결과는 <표 4>와 같다. 각 기능별로 가장 중요하다고 식별된 서비스 목록 중에서도 적 부대 위치·유형·규모 분석과 공통작전상황도 생성 지능화, 적의 주방어지역 공격방향 분석, 주요자산 우선순위 도출, 부대별 손실 및 지속 가능 시간 예측이 총 22개의 서비스 목록 중 AI 기술의 우선 도입이 필요한 5개 분야로 식별되었다.

<표 4> AHP 분석 결과

AHP 분석 결과를 통해 사용자가 요구하는 AI기술 도입은 주로 실시간 전투지휘를 위해 반드시 필요한 적에 관한 정보 분석이 최우선적임을 알 수 있다. 이어서 아군의 전투 상황 공유 및 전장가시화를 위한 지휘통제 중 공통작전상황도가 다음이며, 이어서 적의 공격에 대응하기 위해 가용한 주요 자산에 대한 우선 순위 도출이 뒤를 잇는다. 즉, 사용자는 실시간 전투 지휘를 보장하기 위해 선견(先見), 선결(先決), 선타(先打)의 템포를 더욱 빠르고 정확하게 해야 한다. 이는 전장 정보의 빠르고 정확한 수집 및 처리, 인접 및 예하부대와 정보를 실시간으로 공유하고, 적을 정확하게 타격하기 위한 자산을 판단하는 분야의 지능화에 우선순위를 두어야 한다고 볼 수 있다.

5. 결론

본 논문에서는 국방분야에 효율적으로 AI 기술을 도입하기 위하여 실제 다양한 국방체계를 운용하는 사용자의 요구 우선순위를 분석하였다. 선행연구에서 제시한 인공지능 적용이 필요한 전장기능별 서비스 목록에 AHP분석기법을 적용하여 각 기능별 서비스 목록을 쌍대비교하였다. 이를 통하여 AI기술을 도입 및 운용하게 될 사용자의 요구를 가중치로 산출하였다. 가중치 산출 결과를 분석해 보면 사용자는 전투의 실시간 지휘를 위해 반드시 필요한 적에 대한 정보와 전장 정보 공유, 대응 자산 판단을 최우선으로 고려한다는 점을 추론할 수 있다.

이러한 분석 결과는 첨단과학기술강군을 육성하겠다는 국방부의 기조를 적극적으로 실현해야 함을 뒷받침한다. 4차 산업혁명의 핵심 기술(AICBM, AI, Cloud, Bigdata, Mobile)의 하나인 AI기술을 효율적으로 도입하여 우리 군의 한정된 자원과 예산, 인력 부족의 한계를 반드시 극복해야 한다. 따라서 본 연구에서 분석한 AI 기술 도입과 관련된 사용자의 요구 우선순위를 고려하여 정보분야에서부터 AI와 관련된 연구개발이 이루어진다면 개발자와 더불어 사용자의 업무 효율도 증대시킬 수 있을 것이다. 국방 AI 기능 발전단계의 시작점이 감시정찰체계의 인식기능 지능화인 것도 정보분야에서부터 AI 기술 도입이 우선되어야 한다는 점을 뒷받침한다.

이번 연구를 통해 국방분야에 AI 기술을 적용하는 과정에서 사용자가 우선적으로 적용해야 한다고 생각하는 기능과 서비스에 우선순위를 분석하여 제시하였다. 각 항목은 6대 전장기능과 기능별 서비스 목록을 한정하여 전문가로부터 의견을 수렴한 결과를 바탕으로 진행하였다. 향후에는 인공지능 알고리즘 적용시 실효성 검증을 위하여 다양한 측면에서 기준을 검토하고, 아키텍처 기반을 분석하는 등의 추가적인 연구가 필요할 것이다. 또한 분석 결과에서 제시한 적, 전장 정보와 대응 자산 판단 등 사용자의 니즈가 구현될 C4I체계의 신뢰성 확보도 선행되어야 한다. 따라서 네트워크 영역의 보안에 대한 인식과 AI 도입 방안 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.