KR101336207B1 - 물질 교환량 분석 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
물질 교환량 분석 방법이 개시된다. 상기 방법은, 대기 중 물질 농도 측정기로부터 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 제1 측정 데이터를 수신하는 단계와; 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하는 단계와; 상기 제1 측정 데이터로부터 상기 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 농도 데이터를 추출하는 단계와; 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하는 단계와; 상기 추출한 농도 데이터 및 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 명세서는 물질 교환량 분석 방법 및 그에 사용되는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산림-대기간에 교환되는 물질을 분석하는 방법 및 그에 사용되는 장치에 관한 것이다.
산업의 고도화, 산업체의 증가에 따른 오염물질의 배출량 증가와 매년 더해가는 화석 연료 사용의 급증 등에 따르는 인위적 배출에 관한 연구는 지속적으로 이루어져 왔으나 산림에서 자연적으로 배출되고 있는 오염전구물질, 특히 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio VOC)이 대기에 미치는 영향에 대해서는 최근에 들어서야 환경 선진국을 중심으로 연구가 활발해지고 있으며 국내에서도 이에 대한 연구의 요구가 높아지고 있다.
생물학적 휘발성 유기화합물은 인체 좋은 영향을 미치는 경우도 있으나 일부 물질은 대기 중에서 광화학 반응을 일으켜 오존과 같은 이차 오염 물질을 만드는 주요 물질로 지목되고 있다.
현재 생물학적 휘발성 유기화합물과 관련한 많은 연구가 진행되고 있지만, 다양한 연구 및 측정장비로부터 도출되는 데이터를 관리, 분석하는 통합적 장치 및 소프트웨어의 부재로 방대한 데이터를 정확하고 신속하게 처리하지 못하고 있어 이에 대한 개선이 요구된다.
따라서, 본 명세서는 산림과 대기간의 물질 교환에 관한 통합적 분석을 제공하는 방법 및 장치를 제안한다. 더 나아가, 그와 관련된 방대한 데이터를 신속 정확하게 처리하고 자료화하는 방법 및 그 장치를 제안한다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면 물질 교환량 분석 방법이 개시된다. 상기 방법은 대기 중 물질 농도 측정기로부터 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 제1 측정 데이터를 수신하는 단계와; 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하는 단계와; 상기 제1 측정 데이터로부터 상기 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 농도 데이터를 추출하는 단계와; 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하는 단계와; 상기 추출한 농도 데이터 및 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 측정 대상 물질은 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)일 수 있다.
상기 상관 관계를 계산하는 단계는 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 시간적으로 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상관 관계를 계산하는 단계는 에디 공분산법(Eddy Covariance Method)을 기반으로 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산하는 단계일 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따르면 물질 교환량 분석 장치가 개시된다. 상기 장치는 대기 중 물질 농도 측정기로부터 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 제1 측정 데이터를 수신하고, 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하는 데이터 수신부와; 상기 제1 측정 데이터로부터 상기 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 농도 데이터를 추출하고, 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하는 데이터 추출부와; 상기 추출한 농도 데이터 및 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산하는 계산부를 포함할 수 있다.
상기 기 설정된 측정 대상 물질은 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)일 수 있다.
상기 계산부는 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 시간적으로 동기화하여 상기 상관 관계를 계산할 수 있다.
상기 계산부는 에디 공분산법(Eddy Covariance Method)을 기반으로 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예에 의하면, 산림과 대기간의 물질 교환에 관한 통합적 분석을 용이하게 수행할 수 있다.
도 1는 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 장치을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 장치을 나타낸 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다. 본 발명의 사상은 첨부된 도면 외에 모든 변경, 균등물 내지 대체물에 까지도 확장되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1는 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 시스템의 개념도이다.
도 1를 참조하면, 상기 분석 시스템은 대기 중 물질 농도 측정기(10), 3차원 풍향 풍속계(20) 및 물질 교환량 분석 장치(100)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 대기 중 물질 농도 측정기(10)는 대기 중의 여러 물질(예컨대, 각종 기체 성분, 휘발성 유기 화합물 등)의 질량, 농도 등을 측정할 수 있다. 또한 상기 측정 결과, 측정 시간, 측정시 온도 및 기타 관련된 데이터를 파일 형태로 외부로 전송할 수 있다. 상기 대기 중 물질 농도 측정기(10)의 한 예로 PTR-MS가 있다.
상기 PTR-MS는 진공상태가 유지된 상태에서 특정한 물질을 선택적으로 통과시켜 당해 물질의 대기중 농도를 분석하는 측정장비로서, National Instrument사의 Labview를 기반으로하는 소프트웨어가 탑재되어 있으며, TDM(Technical Data Management) 파일 형식으로 측정 데이터(Raw Data)를 저장한다. TDM(Technical Data Management) 파일은 National Instrument 사에서 고속의 데이터 처리 및 저장을 목적으로 정의한 파일포맷 형식이며 TDM 자체는 XML언어로 작성된 헤더를 가진 메타파일로 데이터의 제목, 작성자, 시작일, 단위 등 측정데이터 및 관련 속성정보를 담고 있다.
상기 3차원 풍향 풍속계(20)는 풍향 및 풍속을 3차원적으로 측정하며, 5Hz 이상의 초고속으로 측정이 수행될 수 있다. 예컨대 북향, 서향, 연직 방향의 풍향 및 풍속을 측정할 수 있다. 또한 상기 3차원 풍향 풍속계(20)는 측정한 풍향 및 풍속 데이터를 파일 형태로 외부로 전송할 수 있다. 일 예로 상기 풍향 및 풍속 데이터는 쉼표로 구분된 텍스트 파일인 CSV format으로 구성되어 상용 소프트웨어를 통해 그 내용 및 구성을 확인할 수 있다.
상기 물질 교환량 분석 장치(100)는 상기 대기 중 물질 농도 측정기(10) 및 상기 3차원 풍향 풍속계(20)의 측정 데이터를 기초로 산림-대기간 물질 교환량을 분석할 수 있다. 즉, 대기 중 물질 농도 측정기(10) 및 3차원 풍향 풍속계(20)가 산림 지역에 설치되면, 상기 물질 교환량 분석 장치(100)는 상기 대기 중 물질 농도 측정기(10) 및 상기 3차원 풍향 풍속계(20)로부터 측정 데이터를 수신하고, 수신한 데이터 중에서 기 설정된 측정 항목(예컨대, B-VOC)에 대한 데이터를 추출하여 각 데이터 간의 상관 관계를 계산함으로써, 산림-대기간 물질 교환량을 분석할 수 있는 기초 자료를 제공할 수 있다.
상기 물질 교환량을 분석에 대한 더 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여기술한다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에 따른 물질 교환량 분석 장치는 대기 중 물질 농도 측정기 및 3차원 풍향 풍속계의 측정 데이터을 기초로 산림-대기간 물질 교환량을 분석할 수 있다.
상기 분석 장치는 대기 중 물질 농도 측정기로부터 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 측정 데이터(제1 측정 데이터)를 수신하고(S211), 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 측정 데이터(제2 측정 데이터)를 수신한다(S212). 상기 측정 대상 물질은 예를 들어 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)에 해당되는 물질(이소프렌, 모노터핀, 세스퀴터핀 등)일 수 있다
이때 상기 제1 측정 데이터는 측정 시각, 기 설정된 측정 대상 물질의 농도(concentration), 측정기 상태 등에 대한 데이터를 포함한다. 또한 상기 제2 측정 데이터는 측정 시각, 수직/수평/연직 방향의 풍향 및 풍속, 기온 등의 데이터를 포함한다.
상기 제1 측정 데이터 및 상기 제2 측정 데이터를 수신한 상기 분석 장치는, 상기 제1 측정 데이터로부터 상기 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 농도 데이터를 추출하고(S221), 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출한다(S222).
다음으로 상기 분석 장치는, 상기 추출한 농도 데이터 및 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산한다(S230). 이때 상기 상관 관계는 에디 공분산법을 기초로 하여 연산될 수 있다.
상기의 과정을 통하여 연직 풍속과 대기 중 물질, 특히 BVOC방출량과 오존 생성간의 상관도를 용이하게 파악할 수 있다. 예를 들어 특정 시간 구간 동안 대기 중 특정 물질의 농도 변화량과 같은 시간에서 연직 풍속/풍향의 변화 추이를 함께 분석하면, 양자간의 상관 관계를 파악할 수 있고, 측정 지역이 산림이라면 산림과 대기 간에 특정 물질(B-VOC 등)이 어떤 경향으로 교환되는 지 알 수 있게 된다. 또한 측정 장비로부터 수신하는 측정 데이터의 시간 정보를 통해 낮/밤 또는 계절 변화에 따라 물질 교환 추이도 알 수 있다. 종래에는 이러한 개별 측정 장비의 데이터를 통합적으로 분석할 수 있는 툴이 미비하여 상기와 같은 분석에 곤란함이 있었다.
한편, 상기 분석 장치는 상기 계산된 상관 관계를 표 또는 그래프 형태로 디스플레이하여 물질 교환량 분석에 유용한 자료를 제공할 수 있다.
한편, 본 명세서의 분석 장치는 서로 다른 고도에서 대기 중 물질 농도를 측정할 수 있다. 도 1의 첨탑을 참고하여 보면, 대기 중 물질 농도 측정기로 서로 다른 고도에서 채취한 대기가 유입될 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 서로 다른 고도에서 채취한 대기에 포함된 물질량을 상기에 서술한 과정을 통해 분석함으로써, 고도 별 농도 데이터(물질량) 및 풍향 풍속간의 상관관계를 더 산출할 수 있다.
상기 고도 별 농도 데이터(물질량) 및 풍향 풍속간의 상관관계 분석을 위하여 본 명세서의 분석 장치는 대기 중 물질 농도 측정기의 측정 데이터와 해당 측정 시간대에 해당하는 첨탑(Flux Tower)의 운전 데이터를 비교하고, 측정 시간대 별로 비교 결과를 저장 및 출력할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시예에 따른 물질 교환량 분석 장치을 나타낸 블록도이다.
본 명세서에 따른 물질 교환량 분석 장치(100)는 도 2에서 설명한 방법을 사용하여 대기 중 물질 농도 측정기 및 3차원 풍향 풍속계의 측정 데이터을 기초로 산림-대기간 물질 교환량을 분석할 수 있다.
상기 물질 교환량 분석 장치(100)는 데이터 수신부(101), 데이터 추출부(102) 및 계산부(103)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 분석 결과를 표시할 수 있도록 구비된 표시부, 데이터 및 분석 결과를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 수신부(101)는 대기 중 물질 농도 측정기로부터 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 제1 측정 데이터를 수신하고, 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하도록 구비된다. 상기 기 설정된 측정 대상 물질은 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)일 수 있다. 이때 상기 제1 측정 데이터는 측정 시각, 기 설정된 측정 대상 물질의 농도(concentration), 측정기 상태 등에 대한 데이터를 포함한다. 또한 상기 제2 측정 데이터는 측정 시각, 수직/수평/연직 방향의 풍향 및 풍속, 기온, 습도, 기압 등의 데이터를 포함한다.
상기 데이터 추출부(102)는 상기 제1 측정 데이터로부터 상기 기 설정된 측정 대상 물질에 대한 농도 데이터를 추출하고, 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하도록 구비된다.
상기 계산부(103)는 상기 추출한 농도 데이터 및 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산하도록 구비된다. 이때 상기 계산부(103)는 상기 계산부는 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 시간적으로 동기화하여 상기 상관 관계를 계산할 수 있다. 또한 상기 계산부(103)는 에디 공분산법(Eddy Covariance Method)을 기반으로 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터간의 상관 관계를 계산할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.
Claims (9)
- 대기 중 물질 농도 측정기로부터 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)에 대한 제1 측정 데이터를 수신하는 단계;
3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하는 단계;
상기 제1 측정 데이터로부터 상기 생물학적 휘발성 유기화합물에 대한 농도 데이터를 추출하는 단계;
상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하는 단계;
특정 시간 구간 동안 상기 추출한 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터의 변화 추이를 분석하고, 에디 공분산법(Eddy Covariance Method)을 기반으로 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터 간의 상관 관계를 계산하는 단계를 포함하되,
상기 생물학적 휘발성 유기화합물은 이소프렌, 모노터핀, 세스퀴터핀 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 물질 교환량 분석 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 대기 중 물질 농도 측정기로부터 생물학적 휘발성 유기화합물(Bio Volatile Organic Compound, B-VOC)에 대한 제1 측정 데이터를 수신하고, 3차원 풍향 풍속계로부터 풍향 및 풍속과 관련된 제2 측정 데이터를 수신하는 데이터 수신부;
상기 제1 측정 데이터로부터 상기 생물학적 휘발성 유기화합물에 대한 농도 데이터를 추출하고, 상기 제2 측정 데이터로부터 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 및
특정 시간 구간 동안 상기 추출한 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터의 변화 추이를 분석하고, 에디 공분산법(Eddy Covariance Method)을 기반으로 상기 농도 데이터 및 상기 연직 방향의 풍향 및 풍속 데이터 간의 상관 관계를 계산하는 계산부를 포함하되,
상기 생물학적 휘발성 유기화합물은 이소프렌, 모노터핀, 세스퀴터핀 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 물질 교환량 분석 장치. - 삭제
- 삭제
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- 제1항에 따른 방법의 각 단계를 수행하는 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체.
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|---|---|---|---|---|
| JP3148695U (ja) * | 2008-12-10 | 2009-02-26 | 公立大学法人大阪府立大学 | ガスフラックス測定装置 |
| JP4317728B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2009-08-19 | 三菱重工業株式会社 | ガス濃度フラックス計測装置 |
| KR20110077040A (ko) * | 2009-12-30 | 2011-07-07 | 건국대학교 산학협력단 | 상세규모 대기질 관리 시스템 및 운영방법 |
| KR101191862B1 (ko) | 2010-09-29 | 2012-10-16 | 부경대학교 산학협력단 | 갯벌 조간대의 열 환경 관측시스템 및 그 방법 |
-
2013
- 2013-02-14 KR KR1020130015931A patent/KR101336207B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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