KR102386914B1 - System for estimating decay rate for agent of biological origin considering quantity of light, wetness and temperature and estimaing method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광량, 습도 및 온도를 이용하여 미지의 지역에서의 생물학 작용제의 소멸율을 예측하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템은 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과, 각각의 환경 조건에서의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 확보하는 측정 유닛; 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 제어 모듈; 및 상기 제어 유닛으로부터 계산된 생물학 작용제 소멸율 값을 전달받아 표시하는 표시 모듈;을 포함한다.The present invention relates to a system and method for predicting the extinction rate of a biological agent in an unknown area using the amount of light, humidity and temperature. a measuring unit for securing temperature, humidity, and light quantity values of two or more environmental conditions and a time-dependent extinction rate of the biological agent in each environmental condition; a control module that receives the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent, and calculates the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method; and a display module receiving and displaying the calculated biological agent extinction rate value from the control unit.
Description
본 발명은 특정 환경 조건에서 생물학적 작용제의 소멸율을 예측하기 위한 시스템 및 그에 적용되는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 국방 기술에 적용 가능한 발명으로서, 화생방 오염 확산 및 피해 예측 모델 중 사건 발생 지역에서의 세균 및 바이러스 농도, 노출량 분포 등을 수치 모의하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method applied thereto for predicting the extinction rate of a biological agent under specific environmental conditions. More specifically, the present invention relates to a method of numerically simulating bacterial and viral concentrations, exposure distribution, etc. in an event area among CBRN contamination spread and damage prediction models as an invention applicable to defense technology.
우리나라와 같은 휴전 국가에서, 전시 상황의 생물학 작용제, 즉 화생방 가스와 같은 공격 무기의 위험성은 익히 알려진 바 있으며, 이에 대처하기 위한 방법들은 군 부대 훈련을 중심으로 다양하게 학습되고 있다. 그러나 생물학 작용제의 위험성에 대해서만 교육되고 있을 뿐, 이를 소멸시키기 위한 기술 또는 이 소멸율을 예측하는 기술에 대해서는 연구 정도가 미진한 수준이었다.In armistice countries such as Korea, the dangers of biological agents in wartime situations, ie, offensive weapons such as CBC gas, are well known, and methods to deal with this are being learned in a variety of ways, centering on military unit training. However, only the dangers of biological agents are being educated, and the level of research on technology to eliminate them or to predict the extinction rate was insufficient.
생물학 작용제의 소멸율은 종래에는 광량에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 왔다. 따라서, 종래에는 소멸율을 예측하는 기존 모델들은 모두 일조량에 대한 함수를 기반으로 하여 구축되어 있었다. 현재 적용되는 군사 기술에 있어서도 화생방 상황에서 생물학 작용제의 소멸 속도는 광량을 변수로 한 조건에 따라서 예측하여 시뮬레이션을 적용하고 있었다.It has been known in the prior art that the extinction rate of biological agents is greatly affected by the amount of light. Therefore, in the prior art, all of the existing models for predicting the extinction rate were built based on a function of the amount of sunlight. Even in the currently applied military technology, simulation was applied by predicting the extinction rate of biological agents in the chemotherapeutic situation according to the condition with the amount of light as a variable.
그러나 생물학 작용제의 소멸율을 광량에만 의존하여 예측하는 것은 오차율이 대단히 높아 실질적인 효용성이 떨어지는 문제가 있었다. 따라서 광량 이외의 요건을 변수로 하여 생물학 작용제의 소멸율을 표현하고 그에 기반하여 예측할 수 있는 방법이 필요로 되고 있었다. However, predicting the extinction rate of a biological agent by relying only on the amount of light has a very high error rate and thus has a problem in that practical utility is lowered. Therefore, there was a need for a method that could express the extinction rate of a biological agent using a factor other than the amount of light as a variable and predict it based on it.
게다가 우리나라의 경우 습도는 최저 50 %(3월, 4월)에서 최대 85 %(7월, 8월)의 수준이다. 기온 또한 낮을 때는 영하 6도에서부터 높을 때는 영상 30도까지 올라가게 된다. 우리나라와 같이 온도 차와 습도 차가 큰 환경에서는 상술한 생물학 작용제의 소멸율 예측 방법이 큰 오차값을 발생시키곤 하였다.Moreover, in Korea, humidity ranges from a minimum of 50% (March and April) to a maximum of 85% (July and August). The temperature also rises from minus 6 degrees Celsius when it is low to 30 degrees Celsius when it is high. In an environment with a large temperature difference and humidity difference as in Korea, the above-described method for predicting the extinction rate of a biological agent used to generate a large error value.
따라서, 우리나라와 같은 환경을 중심으로, 병원성세균이나 바이러스 등을 포함하는 생물학 작용제의 소멸율에 대한 보다 정확한 예측이 요구되고 있었다.Therefore, a more accurate prediction of the extinction rate of biological agents including pathogenic bacteria and viruses, centered on the environment such as Korea, has been required.
본 발명의 목적은 상술한 필요에 부응하고 광량, 온도 및 습도에 대한 함수로 계산할 수 있는 수치모의식을 개발하고 그를 바탕으로 환경에 최적화된 생물학 작용제 소멸율을 예측하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to meet the above needs and to develop a numerical simulation that can be calculated as a function of light quantity, temperature and humidity, and based on it, to provide a system and method for predicting the extinction rate of a biological agent optimized for the environment will be.
본 발명은, 환경 조건에 따라 변수가 많아서 오차율이 높았던 종래의 방법들에 비해, 보다 많은 변수를 이용하여 정확하고 오차가 낮은 확률로 생물학 작용제들의 소멸율을 예측하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to predict the extinction rate of biological agents accurately and with low error probability using more variables compared to the conventional methods in which an error rate is high because there are many variables according to environmental conditions.
본 발명은, 국방상 적용할 수 있는 기술을 개발하기 위한 연장선 상에서, 화생방 가스와 같은 생물학 작용제 소멸율을 광량, 온도, 습도에 대한 함수로 계산할 수 있는 수치모의식을 수립하여 화생방 오염확산 및 피해예측 모델링에 적용하는데 그 목적이 있다.The present invention establishes a numerical simulation that can calculate the extinction rate of a biological agent, such as a chemical agent, as a function of light quantity, temperature, and humidity, on an extension line for developing technology applicable to national defense The purpose is to apply it to modeling.
본 발명의 광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템은, 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과, 각각의 환경 조건에서의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 확보하는 측정 유닛; 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 제어 모듈; 및 상기 제어 모듈로부터 계산된 생물학 작용제 소멸율 값을 전달받아 표시하는 표시 모듈;을 포함한다.The biological agent extinction rate prediction system in consideration of the amount of light, humidity and temperature of the present invention is a measurement to ensure the extinction rate of the biological agent over time in at least two environmental conditions, temperature, humidity, and light value, and each environmental condition unit; a control module that receives the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent, and calculates the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method; and a display module receiving and displaying the calculated biological agent extinction rate value from the control module.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미지의 지역은, 온도, 습도 및 광량 값 중 하나 이상의 값에 대한 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율의 확보된 정보가 없는 지역인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the unknown region may be a region in which there is no secured information on the extinction rate over time of the biological agent with respect to one or more values of temperature, humidity, and light quantity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, 무차원화된 광량, 습도 및 온도 값을 이용하여 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method may be to calculate the extinction rate of the biological agent in an unknown area using the dimensionless value of light, humidity, and temperature.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 유닛으로부터 전달받은 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the constant value of
[수학식 1][Equation 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + Ed = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 방법인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method may be a method using an inverse normalized distance weight (INDW) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식을 이용하는 방법은, 온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및 IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method of using the INDW method includes the steps of normalizing the temperature, humidity, and light quantity values after making them dimensionless; and predicting the extinction rate of an unknown area according to an inverse distance weight method (IDW) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식은, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the INDW method, when temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point secured from the measurement unit The distance between at least two points determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity may be used as a variable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식은 하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the INDW method may predict the extinction rate of an unknown area by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율decayRate: The decay rate with time of the biological agent in the area where the values of temperature, humidity and light quantity obtained from the measurement unit were irradiated
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리distance: When temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit distance between
본 발명의 다른 일 측에 따르는 광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 방법은, 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과, 각각의 환경 조건에서의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 확보하는 단계; 및 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 단계; 를 포함한다.The method for predicting extinction rate of a biological agent in consideration of light quantity, humidity and temperature according to another aspect of the present invention, temperature, humidity and light quantity values of at least two or more environmental conditions, and extinction with time of the biological agent in each environmental condition securing the rate; and calculating the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method by receiving the temperature, humidity, and light quantity values obtained from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent; includes
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확보된 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the constant value of
[수학식 1][Equation 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + Ed = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수.A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 것이고, 온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및 IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method is to use an INDW (Inverse Normalized Distance Weight) method, and comprises the steps of normalizing the temperature, humidity, and light quantity values to dimensionless and then normalizing; and predicting the extinction rate of an unknown area according to an inverse distance weight method (IDW) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 IDW 방식은, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the IDW method, when temperature, humidity, and light amount are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light amount of an unknown area, and a point secured from the measurement unit The distance between at least two points determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity may be used as a variable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 IDW 방식은 하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the IDW method may predict the extinction rate of an unknown area by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율decayRate: The decay rate with time of the biological agent in the area where the values of temperature, humidity and light quantity obtained from the measurement unit were irradiated
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리distance: When temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit distance between
본 발명의 생물학 작용제 소멸율의 예측 시스템 및 방법은, 온도, 습도 및 광량의 값을 종합적으로 고려하여, 해당 지역의 환경에 적합한, 특히 국내와 같이 온도나 습도 조건의 변화 폭이 넓은 환경에서 최적의 생물학 작용제 소멸율의 예측이 가능한 효과가 있다.The system and method for predicting the extinction rate of a biological agent of the present invention are suitable for the local environment, especially in an environment with a wide range of temperature and humidity conditions, such as in Korea, by comprehensively considering the values of temperature, humidity and light quantity It has a predictable effect on the extinction rate of biological agents.
본 발명에 따르면 자연 환경에서 에어로졸 형태로 분사되는 생물시료에 대한 소멸특성을 고려하여, 생물학적으로 영향을 주는 온도, 습도 및 광량과 생물학적 작용제의 특성을 감안하여, 해당 지역에 방문하지 않고도 오차가 적은 수준으로 생물학 작용제의 소멸율을 확인할 수 있다.According to the present invention, in consideration of the extinction characteristics of the biological sample sprayed in the form of aerosol in the natural environment, in consideration of the temperature, humidity and light quantity and the characteristics of biological agents that biologically affect, there is little error without visiting the area. level, it is possible to confirm the extinction rate of the biological agent.
도 1은, 실제 그람음성균의 광량, 온도, 습도에 의한 소멸율 측정 데이터 값(좌)과 본 발명의 일 실시예에 따라서 그람음성균의 소멸율울 모델링한 방법을 통해 예측한 데이터 값(우)을 비교하여 나타낸 그림이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 생물학 작용제의 소멸율을 예측하는 모듈에 따라서, 측정하여 실험한 조건에 대한 테이블 함수(table function) 값을 적용한 예를 나타내는 표이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 생물학 작용제의 소멸율을 예측하는 모듈에 따라서, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 하고, 측적?? 지역의 소멸율 값과, 측정되지 않은 미지의 지역의 소멸율의 값 간의 거리 개념을 나타내는 그림이다.1 is a data value of actual Gram-negative bacteria extinction rate measured by light quantity, temperature, and humidity (left) and a data value predicted through a method of modeling the extinction rate of Gram-negative bacteria according to an embodiment of the present invention (right) This is a comparison picture.
2 is a table showing an example of applying a table function value to the measured and tested conditions according to the module for predicting the extinction rate of a biological agent according to an embodiment of the present invention.
3 is, according to the module for predicting the extinction rate of a biological agent according to an embodiment of the present invention, temperature, humidity, and light quantity as three axes, and the measurement ?? It is a figure showing the concept of distance between the value of the extinction rate of an area and the value of the extinction rate of an unknown area that has not been measured.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It should be understood that the embodiments described below are not intended to limit the embodiments, and include all modifications, equivalents, and substitutes thereto.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
생물학작용제의 소멸율은 광량에 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 소멸율을 예측하는 기존 모델은 일조량에 대한 함수로만 이루어져 있었다. 그러나 연구 결과 생물학작용제의 소멸율은 광량에만 영향을 받는 것이 아니라 온도, 습도에도 영향을 받는다는 것을 확인하였다. 따라서 생물학작용제 소멸율을 광량, 온도, 습도에 대한 함수로 계산할 수 있는 표현 방법이 필요함을 인식하고, 본 발명자는 연구 끝에 생물학 작용제의 소멸율을 보다 효과적으로 예측하기 위한 시스템과 방법을 개발하였으며, 그 연구 결과물에 관한 것이다.It is known that the extinction rate of biological agents is greatly affected by the amount of light. Existing models for predicting extinction rates consisted of only a function of the amount of sunlight. However, as a result of the study, it was confirmed that the extinction rate of biological agents was affected not only by the amount of light but also by temperature and humidity. Therefore, recognizing the need for an expression method that can calculate the extinction rate of a biological agent as a function of light quantity, temperature, and humidity, the present inventors developed a system and method for more effectively predicting the extinction rate of a biological agent after research, and the It is about research results.
생물학 작용제는, 그 종류와 상관없이 세균 및/또는 바이러스의 시간별 독성 정도의 변화는 개체수 감소에 대한 값으로서 보편적으로 표현한다. 이러한 표현을 위하여 널리 사용되어 온 수식은 다음과 같다.For biological agents, regardless of their type, the change in the degree of toxicity of bacteria and/or viruses over time is universally expressed as a value for population decline. The formula that has been widely used for this expression is as follows.
Nt : t시간이 흐른 후 개체군 수N t : number of population after t time
N0 : 실험 초기의 개체군 수N 0 : the number of the population at the beginning of the experiment
k : 소멸율k: extinction rate
t : 시간t: time
여기서 소멸율(k)은 지수함수 적인 개체군의 변화 속도를 나타낸다. 종래의 기술에 따르면 실험을 통해서 광량 조건을 변화시켜가며 그 조건에 맞는 소멸율(k) 값을 표현하는 것이 고작이었다. 그러나 이러한 방식은 큰 오차 값을 발생시키곤 하여 문제가 되어 왔다. Here, the extinction rate (k) represents the exponential rate of change in the population. According to the prior art, it was only possible to express the extinction rate (k) value suitable for the condition while changing the light quantity condition through an experiment. However, this method has been a problem because it often generates a large error value.
본 발명자는 생물 에어로졸 환경 챔버를 이용한 실험 결과를 바탕으로 하여, 생물학 작용제의 소멸율을 광량, 온도 및 습도를 이용한 함수로서 나타낼 수 있다는 사실을 확인하고 다음과 같은 발명을 하였다.Based on the experimental results using the biological aerosol environmental chamber, the present inventors confirmed the fact that the extinction rate of the biological agent can be expressed as a function using the amount of light, temperature and humidity, and made the following invention.
본 발명의 광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템은, 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과, 각각의 환경 조건에서의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 확보하는 측정 유닛; 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 제어 모듈; 및 상기 제어 모듈로부터 계산된 생물학 작용제 소멸율 값을 전달받아 표시하는 표시 모듈;을 포함한다.The biological agent extinction rate prediction system in consideration of the amount of light, humidity and temperature of the present invention is a measurement to ensure the extinction rate of the biological agent over time in at least two environmental conditions, temperature, humidity, and light value, and each environmental condition unit; a control module that receives the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent, and calculates the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method; and a display module receiving and displaying the calculated biological agent extinction rate value from the control module.
본 발명의 예측 시스템에 따르면, 측정 유닛에서는 실험할 수 있는 조건의 온도, 습도 및 광량 값에 매칭되는 특정 생물학 작용제의 소멸율을 확보하고, 그를 제어 모듈로 전달한다. 제어 모듈에서는 전달받은 자료를 기반으로 하여, 측정된 바 없는 조건의 온도, 습도 및 광량 값을 가지는 미지의 지역에 대한 해당 생물학 작용제의 소멸율을 계산한다. 그리고, 표시 모듈에서는 제어 모듈에서 계산된 값을 전달받아 사용자에게 알려주도록 표시하는 장치를 포함한다.According to the prediction system of the present invention, the measurement unit secures the extinction rate of a specific biological agent matching the values of temperature, humidity and light quantity of the testable conditions, and transmits it to the control module. Based on the received data, the control module calculates the extinction rate of the corresponding biological agent in an unknown area having unmeasured temperature, humidity, and light intensity values. In addition, the display module includes a device for receiving the calculated value from the control module and displaying it to inform the user.
본 발명은 종래의 방법들과는 다르게, 온도, 습도 및 광량의 세 가지 변수를 모두 고려하여 미지의 지역에서의 특정 생물학 작용제의 소멸율을 예측할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a system capable of predicting the extinction rate of a specific biological agent in an unknown area in consideration of all three variables of temperature, humidity, and amount of light, unlike conventional methods.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미지의 지역은, 온도, 습도 및 광량 값 중 하나 이상의 값에 대한 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율의 확보된 정보가 없는 지역인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the unknown region may be a region in which there is no secured information on the extinction rate over time of the biological agent with respect to one or more values of temperature, humidity, and light quantity.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, 무차원화된 광량, 습도 및 온도 값을 이용하여 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method may be to calculate the extinction rate of the biological agent in an unknown area using the dimensionless value of light, humidity, and temperature.
본 발명에서 제안하는 하나의 실시예에 따르면, 광량, 온도 및 습도를 단위를 제거한 무차원의 변수로 각각 상정하고, 생물학 작용제의 소멸율을 각각에 대한 2차 함수들의 곱으로서 표현할 수 있다. According to one embodiment proposed by the present invention, it is possible to assume that light quantity, temperature, and humidity are dimensionless variables with units removed, and the extinction rate of the biological agent can be expressed as a product of quadratic functions for each.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 유닛으로부터 전달받은 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the constant value of
[수학식 1][Equation 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + Ed = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants
상술한 수학식 1에 따르면, 광량, 온도 및 습도가 각각 대등한 2차 함수의 변수로서 취급될 수 있다.According to
도 1은, 실제 그람음성균의 광량, 온도, 습도에 의한 소멸율 측정 데이터 값(좌)과 본 발명의 일 실시예에 따라서 그람음성균의 소멸율울 모델링한 방법을 통해 예측한 데이터 값(우)을 비교하여 나타낸 그림이다.1 is an actual gram-negative bacteria extinction rate measurement data value by light quantity, temperature, and humidity (left) and a data value predicted through a method of modeling the extinction rate of Gram-negative bacteria according to an embodiment of the present invention (right) This is a picture for comparison.
도 1의 좌측 그림은, 동일한 축 조건 하에서 광량, 온도 및 습도에 대한 값을 3차원의 각 축으로 삼고, 각 조건에서 측정된 그람음성균의 소멸율을 실제로 측정하여 버블의 크기로 도시한 값이다.The figure on the left of FIG. 1 shows the values of light quantity, temperature, and humidity as each axis in three dimensions under the same axial condition, and the extinction rate of Gram-negative bacteria measured under each condition is actually measured and shown as the size of the bubble. .
도 1의 우측 그림은, 광량, 온도 및 습도에 대한 값(여기서 광량, 온도 및 습도의 값은 실험환경 안에서의 환경조건에 해당)을 3차원의 각 축으로 삼고, 각 조건에서 측정된 소멸율을 바탕으로 상기 수학식 1에 나타난 2차 함수들의 상수들을 결정한 후, 미지의 지역의 광량, 온도 및 습도에 대한 값을 대입하여 결정한 그람음성균의 소멸율에 대한 예측 값을 버블 그래프로 표현한 것이다. In the figure on the right of FIG. 1, values for light quantity, temperature, and humidity (where the values of light quantity, temperature, and humidity correspond to environmental conditions in the experimental environment) are taken as three-dimensional axes, and the extinction rate measured in each condition After determining the constants of the quadratic functions shown in
도 1의 좌측 그림과 도 1의 우측 그림을 비교할 때, 주어진 데이터들에 대해서 모델링한 결과가 상당히 유사함을 확인할 수 있다. 반복해서 다양한 조건들에 대해서 생물학 작용제 소멸율을 예측해 본 결과 그 오차율은 21 %에 불과하였다. 이는 종래의 광량 만을 변수로 하여 소멸율을 예측하였을 때 나타나던 오차율에 비해 현저하게 낮아진 수치인 것이다. 이와 관련해서 후술할 실시예에서 보다 구체적으로 제시하기로 한다.When the left figure of FIG. 1 and the right figure of FIG. 1 are compared, it can be seen that the modeling results for the given data are quite similar. As a result of repeatedly predicting the extinction rate of biological agents under various conditions, the error rate was only 21%. This is a significantly lower number compared to the error rate that appeared when the extinction rate was predicted using only the amount of light as a variable in the prior art. In this regard, it will be presented in more detail in the Examples to be described later.
한편, 본 발명에서 제안하는 다른 하나의 실시예에 따르면, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식에 의하여 생물학 작용제의 소멸율을 예측할 수도 있다. On the other hand, according to another embodiment proposed by the present invention, the extinction rate of the biological agent may be predicted by the INDW (Inverse Normalized Distance Weight) method.
본 발명의 다른 하나의 실시예에 따르면, 광량, 온도 및 습도를 기반으로 특정 생물학 작용제의 소멸율에 대한 측정이 완료된 지역에 대해서는 테이블 함수(table function)으로 소멸율을 산출 가능하도록 데이터를 저장해둘 수 있다. According to another embodiment of the present invention, data is stored so that the extinction rate can be calculated as a table function for an area where the measurement of the extinction rate of a specific biological agent is completed based on the amount of light, temperature, and humidity can
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따르는 생물학 작용제의 소멸율을 예측하는 모듈에 따라서, 측정하여 실험한 조건에 대한 테이블 함수(table function) 값을 적용한 예를 나타내는 표이다.2 is a table showing an example of applying a table function value to the measured and tested conditions according to the module for predicting the extinction rate of a biological agent according to an embodiment of the present invention.
도 2에 나타난 것과 같이, 특정한 광량, 온도 및 습도 조건에 해당되는 생물학 작용제의 소멸율 값을, 앞서 상술한 바 있는 지수함수로 표현되는 수학식 
이 때, 각 실험 조건들(생물학 작용제의 종류, 온도, 습도 및 광량)과 그에 해당하는 소멸율 값을 DB로 만들 수 있다. 추후 실험 조건에 부합되는 소멸율 결과를 요구받게 되면, 예측할 필요 없이 구축된 데이터베이스에서 해당 생물학 작용제의 소멸율 결과를 검색하여 사용자에게 표시할 수 있다.At this time, each experimental condition (type of biological agent, temperature, humidity, and amount of light) and the corresponding extinction rate value may be made into a DB. If the extinction rate result that meets the experimental conditions is later requested, the extinction rate result of the corresponding biological agent can be retrieved from the built database without needing to be predicted and displayed to the user.
한편, 실험되지 않은 다양한 조건(광량, 온도 및 습도)에 대한 특정 생물학 작용제의 소멸율에 대해서는 INDW 방식을 적용하여, 기 측정된 지역의 생물학 작용제의 소멸율 값을 이용하여 예측할 수 있다.On the other hand, the extinction rate of a specific biological agent for various conditions (amount of light, temperature, and humidity) that have not been tested can be predicted using the value of the extinction rate of a biological agent in a previously measured area by applying the INDW method.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 생물학 작용제의 소멸율을 예측하는 모듈에 따라서, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 하고, 측적?? 지역의 소멸율 값과, 측정되지 않은 미지의 지역의 소멸율의 값 간의 거리 개념을 나타내는 그림이다.3 is, according to the module for predicting the extinction rate of a biological agent according to an embodiment of the present invention, temperature, humidity, and light quantity as three axes, and the measurement ?? It is a figure showing the concept of distance between the value of the extinction rate of an area and the value of the extinction rate of an unknown area that has not been measured.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 방법인 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method may be a method using an inverse normalized distance weight (INDW) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식을 이용하는 방법은, 온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및 IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the method of using the INDW method includes the steps of normalizing the temperature, humidity, and light quantity values after making them dimensionless; and predicting the extinction rate of an unknown area according to an inverse distance weight method (IDW) method.
본 발명의 일 실시예에서 실험하지 않은 조건들에 대해서는 Inverse normalized distance weight method(INDW)를 사용하여 산출함으로써 소멸율을 예측할 수 있다. 일 예에 따르면 광량, 습도, 온도를 최대값으로 나눠서 무차원화하여 normalize를 한 후에 inverse distance weight method를 사용할 수 있다.For conditions not tested in an embodiment of the present invention, the extinction rate may be predicted by calculating using the inverse normalized distance weight method (INDW). According to an example, the inverse distance weight method may be used after normalizing by dividing the amount of light, humidity, and temperature by maximum values to make them dimensionless.
도 3을 참고하여 설명해 보면, 미지의 지역에서의 소멸율 k 값은, 광량, 온도 및습도를 기준으로 하는 세 축 상에서, 기 측정된 지역의 광량, 온도 및 습도 값을 기준으로 결정한 위치들을 기준하여 계산할 수 있다. 이 때, 기 측정된 지역의 소멸율 값 k1 내지 k4 및, 측정하고자 하는 미지의 지역의 위치(광량, 온도 및 습도 값을 기준한 축 상의 위치)와 기 측정된 위치 간의 거리 r1 내지 r4 를 이용하여, 미지의 지역의 소멸율 값 k를 예측할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the extinction rate k value in an unknown area is based on positions determined based on the light amount, temperature, and humidity values of the previously measured area on three axes based on light amount, temperature, and humidity. can be calculated by At this time, the extinction rate values k 1 to k 4 of the pre-measured area and the distance r 1 to the previously measured location of the unknown area to be measured (position on the axis based on the light quantity, temperature, and humidity values) Using r 4 , the extinction rate value k of an unknown area can be predicted.
그에 이용되는 식은 하기와 같다.The formula used therefor is as follows.
본 발명의 상기 방식에 따르면, 무차원화된 광량, 습도 및 온도가 각 축이 된다. 측정되지 않은 광량, 습도 및 온도 조건을 가지는 미지의 지역 대해서 사용자가 해당 생물학 작용제의 소멸율을 요청하게 되면, 인근 위치(유사한 광량, 습도 및 온도 값을 가지는 위치)의 소멸율 값들로부터의 상대 거리를 계산할 수 있다. 위의 식에 적용하여서 사용자가 요청한 조건에서의 소멸율을 추출한다. According to the above method of the present invention, the dimensionless amount of light, humidity, and temperature are each axis. When the user requests the extinction rate of the biological agent for an unknown area with unmeasured light intensity, humidity and temperature conditions, the relative distance from the extinction rate values of nearby locations (locations with similar light intensity, humidity, and temperature values) can be calculated. By applying the above formula, the extinction rate under the conditions requested by the user is extracted.
본 발명의 일 실시예에 따라 위의 식을 사용할 경우, 가까이 있는 소멸율이 더 큰 양으로 영향을 끼치게 되고 멀리 있는 소멸률이 더 적게 영향을 끼치게 된다.When the above equation is used according to an embodiment of the present invention, a near extinction rate has a greater effect and a distant extinction rate has a smaller effect.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식은, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the INDW method, when temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point secured from the measurement unit The distance between at least two points determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity may be used as a variable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 INDW 방식은 하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the INDW method may predict the extinction rate of an unknown area by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율decayRate: The decay rate with time of the biological agent in the area where the values of temperature, humidity and light quantity obtained from the measurement unit were irradiated
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리distance: When temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit distance between
한편, 본 발명의 다른 일 측에 따르면, 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 방법을 제시한다.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a method for predicting the extinction rate of a biological agent is provided.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 방법은, 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과, 각각의 환경 조건에서의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 확보하는 단계; 및 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 단계; 를 포함한다.The method for predicting extinction rate of a biological agent in consideration of light quantity, humidity and temperature according to another aspect of the present invention, temperature, humidity and light quantity values of at least two or more environmental conditions, and extinction with time of the biological agent in each environmental condition securing the rate; and calculating the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method by receiving the temperature, humidity, and light quantity values obtained from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent; includes
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 확보된 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the constant value of
[수학식 1][Equation 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + Ed = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수.A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학적 방법은, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 것이고, 온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및 IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the mathematical method is to use an INDW (Inverse Normalized Distance Weight) method, and comprises the steps of normalizing the temperature, humidity, and light quantity values to dimensionless and then normalizing; and predicting the extinction rate of an unknown area according to an inverse distance weight method (IDW) method.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 IDW 방식은, 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the IDW method, when temperature, humidity, and light amount are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light amount of an unknown area, and a point secured from the measurement unit The distance between at least two points determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity may be used as a variable.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 IDW 방식은 하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the IDW method may predict the extinction rate of an unknown area by Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율decayRate: The decay rate with time of the biological agent in the area where the values of temperature, humidity and light quantity obtained from the measurement unit were irradiated
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리distance: When temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit distance between
실시예Example
본 발명에서 제안한 생물학 작용제의 소멸율 측정방법과 관련하여 본 발명자는 다음과 같은 환경 챔버 장비를 제작하여 실험하였다.In relation to the method for measuring the extinction rate of a biological agent proposed in the present invention, the present inventors manufactured and tested the following environmental chamber equipment.
본 시험에 사용된 환경챔버 장비는 자연 환경 조건에서 조사되는태양광 파장 범위(400 nm 이하)를 고려하여, 생물학적 시료에 영향을 주는 이 범위의 조사 강도가 다른 파장 영역대에 비해 상대적으로 크게 조사될 수 있도록 제작한 장비이다. The environmental chamber equipment used in this test, considering the wavelength range of sunlight (400 nm or less) irradiated under natural environmental conditions, the irradiation intensity in this range affecting biological samples is relatively large compared to other wavelength ranges It is a device designed to be
또한, 정확한 시험 환경 조건을 유지시키기 위해 예비 환경 챔버를 연동하여 챔버 내에서 온도 및 습도 조절을 가능하게 하였다. In addition, it was possible to control the temperature and humidity in the chamber by interlocking the preliminary environmental chamber in order to maintain accurate test environment conditions.
환경 챔버 장비는 챔버를 중심으로 위쪽으로는 광 조건을 모사하기 위한 Xenon lamp 를 위치시키고, 아래쪽으로 습도 조절을 위한 제습 장치를 구비시켰다. 생물학적 작용제의 개체 발생 및 개체 수를 측정하기 위한 장치 그리고 시료 포집을 할 수 있는 장치를 연결하도록 설계 하였다. 그리고 상술한 모든 장치들을 S/W 제어 장치를 통해 제어 하였다. As for the environmental chamber equipment, a Xenon lamp for simulating light conditions was placed upwards around the chamber, and a dehumidifying device was provided for humidity control downwards. It was designed to connect a device for measuring the ontogenesis and population of a biological agent and a device for sample collection. And all the above-mentioned devices were controlled through the S/W control device.
환경 챔버 장비 내에서 생물학 작용제의 소멸율 측정은 다음과 같은 단계를 거쳐 실험하였다.The measurement of the extinction rate of biological agents in the environmental chamber equipment was tested through the following steps.
소멸 특성 시험 환경 조건Extinction Characteristics Test Environmental Conditions
소멸 특성 시험을 수행하기 위한 환경 조건은 온도(10, 25, 45 ℃), 습도(30, 60, 90 %), 광량(dark, 20 and 40 W/m2, 300-400 nm) 등 총 27가지 조건으로 결정하였다.The environmental conditions for performing the extinction characteristic test are a total of 27 including temperature (10, 25, 45 ℃), humidity (30, 60, 90 %), and light intensity (dark, 20 and 40 W/m 2 , 300-400 nm). It was decided by several conditions.
환경 챔버 cleaningenvironmental chamber cleaning
액상 시료를 발생하기 전, 챔버의 inlet, outlet valve를 열고 fan을 가동하여 HEPA filter를 통해 챔버 안 공기가 순환되도록 하였다. spectropan 장비를 사용하여 챔버 안 입자수가 최소화 되도록 모니터링 하면서 약 10-30분간 순환시켰다. 입자수가 최소화 되었다고 판단되면, 시료 발생 준비를 하였다.Before generating the liquid sample, the inlet and outlet valves of the chamber were opened and the fan was operated to circulate the air in the chamber through the HEPA filter. It was circulated for about 10-30 minutes while monitoring to minimize the number of particles in the chamber using a spectropan device. When it was determined that the number of particles was minimized, a sample generation was prepared.
액상 에어로졸 입자 발생(생물학적 작용제 시료 발생)Liquid aerosol particle generation (biological agent sample generation)
챔버 cleaning 이 끝나면, 입자 발생 전후의 변화량을 측정하기 위해 준비된 액상 시료의 무게를 측정하였다. 액상 시료는 종류에 따라 희석하여 최소 정량인 10 ml 또는 20 ml 되도록 준비하였다. Collision nebulizer를 통해 압축된 공기를 25 liter/minute (L/min) 되도록 하여 챔버 내에 약 10분간 에어로졸을 발생시켰다. 입자 발생시, 환경 인자인 온도 및 습도 조절에 신경 쓰도록 하였다.After chamber cleaning, the weight of the prepared liquid sample was measured to measure the amount of change before and after particle generation. The liquid sample was diluted according to the type and prepared to be the minimum amount of 10 ml or 20 ml. The compressed air through the collision nebulizer was 25 liter/minute (L/min) to generate an aerosol in the chamber for about 10 minutes. When generating particles, attention was paid to temperature and humidity control, which are environmental factors.
시료 포집sample collection
SKC biosampler는 생물 에어로졸 및 생물학적으로 불활화된 공기유래 입자를 포집하여 분석하기 위한 장비이다. TSI flow meter를 사용하여 펌프 포집 유속을 12 L/min으로 조정하였다. SKC biosampler에 각 작용제에 맞게 멸균 증류수 또는 buffer 20 ml을 넣었다. 환경 챔버에 분산된 시료는 1분 동안 포집을 하며, 0에서 20분까지 5분 간격으로 포집하였다. SKC biosampler is an equipment for collecting and analyzing biological aerosols and biologically inactivated air-derived particles. The pump collection flow rate was adjusted to 12 L/min using a TSI flow meter. Sterile distilled water or 20 ml of buffer was added to the SKC biosampler for each agent. The samples dispersed in the environmental chamber were collected for 1 minute, and collected at 5 minute intervals from 0 to 20 minutes.
시료 및 측정값 분석Sample and Measured Value Analysis
포집된 시료는 분석을 위해 1 ml을 취하여, counting 에 사용하였다. 챔버 내 1 liter에 포함된 세포수를 측정하기 위해 배양 후 얻어진 값에 포집액 용량 비와 공기량 용량 비를 환산하여 최종 값을 구하고, 시간 별 소멸율을 계산하였다. 입자 측정값은 시험 장비에서 측정된 입자 수이며 이론값은 100 liter 챔버에서 포집 시간당 12 L/min으로 포집하였을 경우의 이론적인 감소값을 분석하였다. 측정값 보정은 측정값에서 이론적인 감소값을 보정하여 시료 포집에 의한 입자의 감소를 보정한 값으로 분석하였다. 1 ml of the collected sample was taken for analysis and used for counting. To measure the number of cells contained in 1 liter in the chamber, the final value was obtained by converting the collection solution volume ratio and the air volume volume ratio to the value obtained after incubation, and the extinction rate was calculated by time. The particle measurement value is the number of particles measured in the test equipment, and the theoretical value is the theoretical reduction value when collecting 12 L/min per collection time in a 100 liter chamber. The measured value correction was analyzed as a value corrected for the reduction of particles due to sample collection by correcting the theoretical decrease in the measured value.
상술한 과정을 통하여 본 발명자는 하기 수학식 1에 따른 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학적 작용제 소멸율을 예측하였다.Through the above-described process, the present inventors determined a constant value according to
[수학식 1][Equation 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + Ed = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수.A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants.
하기는 그에 따른 결과를 제시하였다.The results are presented below.
실험실 값을 통하여 확보한 상수 값Constant values obtained through laboratory values
미지 영역의 환경 조건에서 수학식 1을 통한 예측 값과 실측 값의 비교Comparison of predicted values and measured values through
상술한 것과 같이, 온도, 습도 및 빛의 세 가지 조건으로 수학식 1에 의해 상수 값들을 결정한 후, 결정된 함수 식을 이용하여 미지의 영역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하였다. 그 결과 실제 해당 조건에서의 생물학 작용제의 소멸율과 큰 오차가 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. As described above, constant values were determined by
또한, 상술한 과정을 통하여 본 발명자는 도 1과 같은 테이블 함수 값들을 도출하였고, 측정된 값들을 기반하여, 수학식 1과 같은 이차 함수를 이용한 생물학 작용제의 소멸율 예측하는 시스템 및 방법과, 도 2 및 도 3과 같은 INDW 방식으로 수학식 2와 같은 식을 이용하여 생물학적 소멸율 값을 예측하는 시스템 및 방법을 도출하였다.In addition, through the above-described process, the present inventors derived table function values as shown in FIG. 1, and based on the measured values, a system and method for predicting the extinction rate of a biological agent using a quadratic function such as
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, even if the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components are combined or combined in a form different from the described method, or replaced or substituted by other components or equivalents Appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (13)
상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 제어 모듈; 및
상기 제어 모듈로부터 계산된 생물학 작용제 소멸율 값을 전달받아 표시하는 표시 모듈;을 포함하고,
상기 수학적 방법은,
무차원화된 광량, 습도 및 온도 값을 이용하여 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하고,
상기 수학적 방법은,
INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 방법이고,
상기 INDW 방식을 이용하는 방법은,
온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및
IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하고,
상기 측정 유닛으로부터 전달받은 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템:
[수학식 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수.
a measurement unit configured to obtain temperature, humidity, and light quantity values of at least two or more environmental conditions and a time-dependent extinction rate of the biological agent in each environmental condition;
a control module that receives the temperature, humidity, and light quantity values secured from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent, and calculates the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method; and
Including; a display module for receiving and displaying the biological agent extinction rate value calculated from the control module;
The mathematical method is
Calculate the extinction rate of a biological agent in an unknown area using the dimensionless values of light, humidity and temperature;
The mathematical method is
It is a method using the Inverse Normalized Distance Weight (INDW) method,
The method of using the INDW method is,
Normalizing the temperature, humidity, and light quantity values after making them dimensionless; and
Predicting the extinction rate of the unknown area according to the IDW (Inverse Distance Weight method) method; including,
The constant value of the following Equation 1 is determined using the temperature, humidity, and light quantity values received from the measurement unit and the extinction rate according to time of the biological agent, and the biological agent disappears in an unknown area using the equation determined therefrom predicting the rate,
Biological agent extinction rate prediction system taking into account light quantity, humidity and temperature:
[Equation 1]
d = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants.
상기 미지의 지역은, 온도, 습도 및 광량 값 중 하나 이상의 값에 대한 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율의 확보된 정보가 없는 지역인 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템.
According to claim 1,
The unknown area is an area in which there is no secured information on the extinction rate over time of the biological agent with respect to one or more values of temperature, humidity, and light quantity,
Biological agent extinction rate prediction system considering light quantity, humidity and temperature.
상기 INDW 방식은,
온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때,
미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템.
According to claim 1,
The INDW method is
When temperature, humidity and light quantity are three axes,
Using as a variable the distance between a point determined according to the values of temperature, humidity and amount of light in an unknown area and at least two points determined according to the values of temperature, humidity and amount of light secured from the measurement unit as a variable,
Biological agent extinction rate prediction system considering light quantity, humidity and temperature.
상기 INDW 방식은
하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 시스템:
[수학식 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수
decayRate: 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 상기 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리.
The method of claim 1,
The INDW method is
To predict the extinction rate of the unknown area by the following Equation 2,
Biological agent extinction rate prediction system taking into account light quantity, humidity and temperature:
[Equation 2]
k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: The decay rate with time of the biological agent in the area where the values of temperature, humidity and light quantity obtained from the measurement unit were irradiated
distance: When temperature, humidity, and light quantity are three axes, a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area, and a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity secured from the measurement unit distance between them.
온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 전달받아 수학적 방법에 의해 미지의 지역에서의 생물학 작용제 소멸율을 계산하는 단계; 를 포함하고,
상기 수학적 방법은, INDW(Inverse Normalized Distance Weight) 방식을 이용하는 것이고,
온도, 습도 및 광량 값을 무차원화한 후 노말라이즈(Normalize) 하는 단계; 및
IDW(Inverse Distance Weight method) 방식에 따라서 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 단계;를 포함하고,
상기 확보된 적어도 둘 이상의 환경 조건의 온도, 습도 및 광량 값과 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율을 이용하여 하기의 수학식 1의 상수 값을 결정하고, 그로부터 결정된 수학식을 이용하여 미지의 지역의 생물학 작용제 소멸율을 예측하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 방법:
[수학식 1]
d = A * (B + B1 * light + B2 * light2) * (C + C1 * temperature + C2 * temperature2) * (D + D1 * humidity + D2 * humidity2) + E
d: 소멸율, light: 광량, temperature: 온도, humidity: 습도
A, B, B1, B2, C, C1, C2, D, D1, D2, E : 상수.
securing temperature, humidity, and light intensity values of at least two or more environmental conditions, and an extinction rate with time of the biological agent in each environmental condition; and
calculating the extinction rate of the biological agent in an unknown area by a mathematical method by receiving the temperature, humidity, and light quantity values and the extinction rate with time of the biological agent; including,
The mathematical method is to use an INDW (Inverse Normalized Distance Weight) method,
Normalizing the temperature, humidity, and light quantity values after making them dimensionless; and
Predicting the extinction rate of the unknown area according to the IDW (Inverse Distance Weight method) method; including,
Determine the constant value of Equation 1 below using the temperature, humidity, and light quantity values of the secured at least two or more environmental conditions and the extinction rate according to time of the biological agent, and using the equation determined therefrom, predicting the rate of extinction of a biological agent,
A method of predicting the extinction rate of a biological agent taking into account light, humidity, and temperature:
[Equation 1]
d = A * (B + B 1 * light + B 2 * light 2 ) * (C + C 1 * temperature + C 2 * temperature 2 ) * (D + D 1 * humidity + D 2 * humidity 2 ) + E
d: extinction rate, light: amount of light, temperature: temperature, humidity: humidity
A, B, B 1 , B 2 , C, C 1 , C 2 , D, D 1 , D 2 , E : constants.
상기 IDW 방식은,
온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때,
미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 적어도 둘 이상의 지점 간의 거리를 변수로 이용하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 방법.
10. The method of claim 9,
The IDW method is
When temperature, humidity and light quantity are three axes,
Using as a variable the distance between a point determined according to the values of temperature, humidity and light quantity of an unknown area and at least two or more points determined according to the values of temperature, humidity and light quantity secured from the measurement unit,
A method of predicting the extinction rate of a biological agent considering light intensity, humidity and temperature.
상기 IDW 방식은
하기의 수학식 2에 의해 미지의 지역의 소멸율을 예측하는 것인,
광량, 습도 및 온도를 고려한 생물학 작용제 소멸율 예측 방법:
[수학식 2]
k = 미지의 지역의 소멸 상수
decayRate: 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값이 조사된 지역의 생물학 작용제의 시간에 따른 소멸율
distance: 온도, 습도 및 광량을 세 축으로 할 때, 미지의 지역의 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점과, 측정 유닛으로부터 확보된 온도, 습도 및 광량의 값에 따라 결정되는 지점 간의 거리.
10. The method of claim 9,
The IDW method is
To predict the extinction rate of the unknown area by the following Equation 2,
A method of predicting the extinction rate of a biological agent taking into account light, humidity, and temperature:
[Equation 2]
k = annihilation constant of the unknown region
decayRate: The rate of decay over time of a biological agent in the area investigated for the values of temperature, humidity and light intensity obtained from the measurement unit.
distance: When the temperature, humidity, and light quantity are three axes, between a point determined according to the values of temperature, humidity, and light quantity in an unknown area and a point determined according to the values of temperature, humidity and light quantity secured from the measurement unit Street.
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|---|---|---|---|
| KR1020190046719A KR102386914B1 (en) | 2019-04-22 | 2019-04-22 | System for estimating decay rate for agent of biological origin considering quantity of light, wetness and temperature and estimaing method for the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200123620A KR20200123620A (en) | 2020-10-30 |
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-
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Joseph P. Wood et al., Environmental Persistence of Bacillus anthracis and Bacillus subtilis Spores, PLOS ONE Vol.10, e0138083(2015.09.15.)* |
| Ryan Sinclair et al., Persistence of Category A Select Agents in the Environment, Appl. Environ. Microbiol. Vol.74, pp555-563(2008.02.)* |
| Shamia Hoque et al., Development of ANN based metamodels for inactivation of anthrax spores in ventilated spaces using computational fluid dynamics, J. Air&Waste Manage. Assoc. Vol.61, pp968(2011)* |
| Shifen Cheng et al., A Two-Step Method for Missing Spatio-Temporal Data Reconstruction, ISPRS Int. J. Geo-Inf. Vol.6, 187(2017.06.23.)* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200123620A (en) | 2020-10-30 |
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