KR102627837B1 - Method and system for risk assessment of alien species using global-scale environmental data and economic loss database - Google Patents
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Abstract
글로벌 스케일의 환경 데이터와 경제적 손실 데이터베이스를 사용하여 외래생물의 위해성을 평가하는 방법 및 시스템에 관한 기술이 개시된다. 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는, 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물 출현확률 예측부와, 경제적 손실 데이터를 고려하여 평가 대상지역의 외래생물 위해성을 산정하는 외래생물 위해성 평가부를 포함한다. 외래생물 출현확률 예측부는 글로벌 스케일의 환경공간정보를 입력받아, 환경 변수인 1단계 독립변수를 추출하고, 추출된 1단계 독립변수로부터 파생된 2단계 독립변수를 생성하고, 생성된 2단계 독립변수를 인공지능 기반 예측 모델에 입력하여 외래생물의 출현 확률을 예측할 수 있다. 인공지능 기반 예측 모델과 데이터베이스를 이용하여 평가 시간 및 비용을 절감하고, 외래생물 위해성에 대한 객관적인 평가가 가능하다. 또한, 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 국가간 평가 결과의 비교가 가능하다. A technology related to a method and system for assessing the risk of alien organisms using global scale environmental data and an economic loss database is disclosed. The device for evaluating the risk of alien organisms includes a prediction unit for the probability of occurrence of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model and an alien organism risk assessment unit that calculates the risk of alien organisms in the evaluation area by considering economic loss data. The alien organism appearance probability prediction unit receives global-scale environmental spatial information, extracts first-stage independent variables that are environmental variables, creates second-stage independent variables derived from the extracted first-stage independent variables, and generates the generated second-stage independent variables. You can predict the probability of appearance of alien organisms by inputting it into an artificial intelligence-based prediction model. Using artificial intelligence-based prediction models and databases, evaluation time and costs can be reduced, and objective evaluation of risks from alien organisms is possible. Additionally, it is possible to compare assessment results between countries using global-scale environmental spatial information.
Description
본 발명은 인공지능을 이용한 데이터처리 기술에 관한 것으로, 특히 인공지능 기반 예측 모델을 이용하여 글로벌 스케일의 환경 데이터로부터 외래생물의 출현 확률을 예측하고, 외래생물의 출현 확률 예측 결과와 경제적 손실 데이터베이스를 연계하여 외래생물별 위해성을 정량적으로 추정할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 기술을 개시한다. The present invention relates to data processing technology using artificial intelligence. In particular, it predicts the probability of appearance of alien organisms from global scale environmental data using an artificial intelligence-based prediction model, and compiles the prediction results of the probability of appearance of alien organisms and an economic loss database. We disclose technology on methods and systems that can quantitatively estimate the risk of each alien organism in conjunction.
외래생물 위해성 평가란 외래생물이 국내 자연환경에 유입될 경우 생태계 정착 또는 교란 가능성을 평가하는 것이다. 국제적으로 외래생물의 유입에 의한 생태계 교란으로 인해 사회적, 생태적 피해 사례가 많이 보고되고 있으므로, 국내에서도 외래생물의 유입을 관리하고, 그 위해성을 평가하고 있다. 환경부 및 환경부 산하 국립생태원은 분류군별 전문가 자문 및 해외자료 등을 검토하여, 위해 우려 외래생물을 주기적으로 새롭게 지정하고 업데이트 하고 있다. Alien organism risk assessment is an assessment of the possibility of establishment or disturbance of the ecosystem if alien organisms are introduced into the domestic natural environment. As many cases of social and ecological damage are reported internationally due to ecosystem disturbance caused by the introduction of alien organisms, the introduction of alien organisms is also managed domestically and their risks are assessed. The Ministry of Environment and the National Institute of Ecology under the Ministry of Environment regularly designate and update new alien organisms of risk by reviewing expert advice and overseas data for each taxon.
국립생태원에서 수행하는 국내 유입 주의 생물에 대한 위해성 평가는 평가 대상종의 침입성, 확산성, 피해사례 및 주변 생태계 영향 등에 대한 자료를 기반으로 수행되고 있다. 따라서 평가 기준에 적합한 정보들을 수집하고, 평가 결과를 획득하기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요되며, 심사과정에서는 다수의 심사 위원들의 주관적인 판단이 개입되어 평가 결과가 부정확할 가능성이 있다. 이러한 방법의 또다른 단점으로는 특정종의 위해성 유무를 판단하지만, 환경 조건이 공간적으로 상이한 개별지역에 대한 위해성 정도를 평가하지는 않는다.The risk assessment of organisms to be cautious of introduction into the country, conducted by the National Institute of Ecology, is based on data on the invasiveness, spread, damage cases, and effects on the surrounding ecosystem of the species being assessed. Therefore, it takes a lot of time and money to collect information suitable for the evaluation criteria and obtain evaluation results, and the subjective judgments of multiple judges are involved in the evaluation process, so the evaluation results may be inaccurate. Another drawback of this method is that although it determines the risk of a specific species, it does not evaluate the degree of risk in individual areas with spatially different environmental conditions.
한편, 외국에서는 설문 조사 방식 및 통계기반 평가 방식을 활용하여 외래생물에 대한 위해성을 평가하는 소프트웨어 도구가 개발된 바 있다. 설문 조사 방식의 예로는 어류 침입 스크리닝 키트(Fish Invasiveness Screening Kit), 유럽 양식업 외래종 위해성 분석 체계(European Non-native Species in Aquaculture Risk Analysis Scheme) 등이 있다. 통계기반 평가 방식의 예로는 분류 및 회귀 트리(Classification & Regression Trees), 확률론적 그래픽 모델(Bayesian network), 회귀분석(Regression analysis) 등이 있다. Meanwhile, in foreign countries, software tools have been developed to evaluate risks to alien organisms using survey methods and statistical-based evaluation methods. Examples of survey methods include the Fish Invasiveness Screening Kit and the European Non-native Species in Aquaculture Risk Analysis Scheme. Examples of statistical-based evaluation methods include Classification & Regression Trees, Bayesian network, and Regression analysis.
설문 조사 방식의 경우, 국내의 평가체계와 유사하게 위해성 평가와 관련된 다양한 질문이 제공되고 추가적으로 응답의 불확실성이 함께 평가에 반영되지만, 평가자의 선행 경험 및 사전 지식으로 인한 주관적 판단이 개입될 수 있어서 평가자간 결과가 불일치하는 문제가 있다. 또한, 통계기반 평가 방식의 경우, 특정 국가에 제한된 환경변수를 사용하여 자국에 대한 평가시 양호한 결과를 얻을 수 있으나, 환경조건이 상이한 국가에서는 사용이 곤란하다. In the case of the survey method, similar to the domestic evaluation system, various questions related to risk assessment are provided and additional uncertainty in the response is reflected in the evaluation, but subjective judgment due to the evaluator's prior experience and prior knowledge may be involved. There is a problem with inconsistent results between characters. In addition, in the case of statistical-based evaluation methods, good results can be obtained when evaluating one's own country by using environmental variables limited to a specific country, but it is difficult to use in countries with different environmental conditions.
2023년 08월 02일 공개된 공개특허 제10-2023-0115128호는 "침입외래종 위해 관리 평가시스템 및 이를 이용한 평가방법"에 관한 것이다. 여기에는 설문항목을 설계하고 생태모델을 적용하여 침입외래종이 생태계 및 사회에 영향을 끼치는 종합적 위해를 평가하기 위한 침입외래종 위해 관리 평가시스템이 개시되어 있다. Publication Patent No. 10-2023-0115128, published on August 2, 2023, relates to “invasive alien species risk management evaluation system and evaluation method using the same.” Here, an invasive alien species risk management evaluation system is disclosed to design survey items and apply an ecological model to evaluate the comprehensive risk that invasive alien species affect the ecosystem and society.
본 발명의 일 목적은, 종래의 전문가를 통한 설문조사 방식에 비해 평가 시간 및 비용을 절감하고, 평가자의 주관적 판단을 배제할 수 있는 인공지능 기반 외래생물의 위해성을 평가하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method and system for evaluating the risk of alien organisms based on artificial intelligence that can reduce evaluation time and cost compared to the conventional survey method using experts, and exclude the subjective judgment of the evaluator. will be.
본 발명의 다른 일 목적은, 글로벌 스케일의 환경 정보로부터 외래생물의 출현 확률을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 기반 예측 모델을 제공하는 것이다. Another purpose of the present invention is to provide an artificial intelligence-based prediction model that can quantitatively predict the probability of the appearance of alien organisms from global-scale environmental information.
본 발명의 또 다른 일 목적은, 범용적인 환경공간정보를 이용하여 국가간 평가결과 비교가 가능한 외래생물의 위해성을 평가하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. Another purpose of the present invention is to provide a method and system for evaluating the risk of alien organisms that allows comparison of evaluation results between countries using general-purpose environmental spatial information.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 외래생물의 출현 확률을 예측하는 장치는 입력부와, 권역별 메타 데이터 생성부와, 인공지능 기반 예측 모델과, 출력부를 포함한다. According to one aspect of the proposed invention, a device for predicting the probability of appearance of alien organisms includes an input unit, a metadata generation unit for each region, an artificial intelligence-based prediction model, and an output unit.
입력부는 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받는다. 권역별 메타 데이터 생성부는 상기 환경공간정보로부터 권역별 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 상기 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수를 생성한다. 인공지능 기반 예측 모델은 외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된다. 출력부는 상기 인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 외래생물의 출력 확률을 유역별 외래생물 종별로 정리하여 외부로 출력한다. The input unit receives area information of the area in which the probability of appearance of alien organisms is to be predicted and environmental spatial information related to the area. The region-specific metadata generator extracts first-stage independent variable data, which is an environmental variable for each region, from the environmental spatial information and generates second-stage independent variables derived from the first-stage independent variable data. The artificial intelligence-based prediction model is trained to predict the probability of occurrence of alien organisms using global-scale environmental spatial information consisting of environmental information and alien organism appearance information, including two-stage independent variable data related to the risk of alien organisms. The output unit organizes the output probabilities of alien organisms predicted by the artificial intelligence-based prediction model by alien species by basin and outputs them to the outside.
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 출현 확률을 예측하는 장치에서, 상기 1단계 독립변수 데이터는 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 2단계 독립변수 데이터는 상기 1단계 독립변수 데이터의 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 중 어느 하나 이상을 포함한다. According to an additional aspect, in the device for predicting the probability of appearance of alien organisms, the first stage independent variable data includes any one or more of geology, soil, climate, topography, and land use, and the second stage independent variable data is the Includes one or more of the average, total sum, distance-weighted average, minimum value, and maximum value of the first stage independent variable data.
제안된 발명의 다른 일 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는 외래생물 출현확률 예측부와, 외래생물 위해성 평가부를 포함한다. According to another aspect of the proposed invention, the device for evaluating the risk of alien organisms includes a foreign organism appearance probability prediction unit and an alien organism risk assessment unit.
외래생물 출현확률 예측부는, 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받고, 입력된 환경공간정보로부터 권역별 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 추출된 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성하고, 인공지능 기반 예측 모델에 입력하여 외래생물의 출현 확률을 예측한다. The alien organism appearance probability prediction unit receives regional information and environmental spatial information related to the region in which the probability of exotic organisms is to be predicted, extracts first-stage independent variable data, which are environmental variables for each region, from the input environmental spatial information, and , generate second-stage independent variable data derived from the extracted first-stage independent variable data, and input it into an artificial intelligence-based prediction model to predict the probability of appearance of alien organisms.
외래생물 위해성 평가부는, 상기 외래생물 출현 확률에 경제적 손실을 고려하여 평가 대상지역의 외래생물의 위해성을 산정한다. The alien organism risk assessment department calculates the risk of alien organisms in the area subject to evaluation by considering the economic loss and the probability of the alien organisms appearing.
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는 외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 저장하는 경제적 손실 데이터베이스와, 상기 경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물별 데이터를 조회하는 데이터베이스 연계부를 더 포함한다. According to an additional aspect, the device for evaluating the risk of alien organisms further includes an economic loss database that stores economic loss data caused by alien organisms, and a database linkage unit that searches data for each alien organism from the economic loss database.
제안된 발명의 또 다른 일 양상에 따르면, 외래생물의 출현 확률을 예측하는 모델을 결정하는 방법은, 외래생물의 위해성과 관련된 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 입력받는 단계와, 상기 환경공간정보로부터 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 상기 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 결정하는 단계와, 상기 2 단계 독립변수 데이터와 외래생물 출현 정보를 포함하는 학습용 메타 데이터를 생성하고, 학습용 메타 데이터를 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋으로 나누는 단계와, 인공지능 알고리즘을 구현하는 인공지능 기반 예측 모델 중에서 학습대상 인공지능 기반 예측 모델을 선정하고, 상기 훈련 데이터셋을 선정된 인공지능 기반 예측 모델에 입력하여 종속변수인 외래생물의 출현 확률을 예측하도록 학습대상 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키는 단계와, 학습된 인공지능 기반 예측 모델에 테스트 데이터셋을 입력하여 외래생물 출현 확률을 예측하고, 예측된 값을 테스트 데이터셋의 실제값과 비교하여 학습된 인공지능 기반 예측 모델을 검증하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the proposed invention, a method for determining a model for predicting the probability of occurrence of alien organisms involves receiving global-scale environmental spatial information consisting of environmental information related to the risk of alien organisms and information on the appearance of alien organisms. A step of extracting first-stage independent variable data, which is an environmental variable, from the environmental spatial information, and determining second-stage independent variable data derived from the first-stage independent variable data, and determining the second-stage independent variable data and the appearance of alien organisms. Creating learning metadata containing information, dividing the learning metadata into a training dataset and a test dataset, selecting an artificial intelligence-based prediction model to learn from among the artificial intelligence-based prediction models that implement the artificial intelligence algorithm, Inputting the training data set into the selected artificial intelligence-based prediction model to train a target artificial intelligence-based prediction model to predict the probability of appearance of alien organisms as a dependent variable, and setting a test data set to the learned artificial intelligence-based prediction model It includes the step of predicting the probability of occurrence of alien organisms by inputting and verifying the learned artificial intelligence-based prediction model by comparing the predicted value with the actual value of the test dataset.
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 출현 확률을 예측하는 모델을 결정하는 방법에서, 상기 1단계 독립변수 데이터는 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 중 어느 하나로 분류하고, 상기 2단계 독립변수 데이터는 상기 1단계 독립변수 데이터의 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 중 어느 하나를 이용하여 생성한다. According to an additional aspect, in the method of determining a model for predicting the probability of appearance of alien organisms, the first stage independent variable data is classified into any one of geology, soil, climate, topography, and land use, and the second stage independent variable data is generated using any one of the average, total sum, distance-weighted average, minimum value, and maximum value of the first stage independent variable data.
제안된 발명의 또 다른 일 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 방법은, 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받는 단계와, 입력된 환경공간정보로부터 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 추출된 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성하는 단계와, 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된 인공지능 기반 예측 모델을 이용하여 외래생물의 출현 확률을 예측하는 단계와, 예측된 외래생물 출현 확률에 경제적 손실을 고려하여 평가 대상지역의 외래생물의 위해성을 산정하는 외래생물 위해성 평가 단계를 포함한다. According to another aspect of the proposed invention, the method for evaluating the risk of alien organisms includes the steps of receiving area information of the area in which the probability of appearance of the alien organism is to be predicted and environmental spatial information related to the area, and the input environment Extracting first-stage independent variable data, which is an environmental variable, from spatial information, generating second-stage independent variable data derived from the extracted first-stage independent variable data, and calculating the probability of appearance of alien organisms using global-scale environmental spatial information. Alien organism risk assessment, which involves predicting the probability of occurrence of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model trained to predict, and calculating the risk of alien organisms in the evaluation area by considering economic losses in the predicted probability of occurrence of alien organisms. Includes steps.
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 위해성을 평가하는 방법은, 경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 조회하는 단계를 더 포함한다. According to an additional aspect, the method for assessing the risk of alien organisms further includes the step of querying economic loss data caused by each alien organism from an economic loss database.
제안된 발명에 따른 외래생물의 위해성을 평가하는 방법 및 시스템은 글로벌 스케일의 환경 데이터와 경제적 손실 데이터베이스를 사용하여 정량적으로 평가가 가능하여, 평가 시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 평가자의 주관적 판단을 배제하여 객관적인 평가가 가능하다. The method and system for evaluating the risk of alien organisms according to the proposed invention can be quantitatively evaluated using global-scale environmental data and economic loss database, which not only reduces evaluation time and cost, but also reduces the evaluator's subjective Objective evaluation is possible by excluding judgment.
나아가 제안된 발명은, 전세계 국가의 공간적인 범위를 가지는 범용적인 환경공간정보를 사용한 데이터 기반 모델을 이용하여 국가간 평가결과 비교가 가능하다. Furthermore, the proposed invention enables comparison of evaluation results between countries using a data-based model using universal environmental spatial information with a spatial range of countries around the world.
도 1은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물의 위해성을 평가하는 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델에 사용되는 인공지능 기반 예측 모델을 결정하는 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델에 사용되는 인공지능 기반 예측 모델 중 다층 퍼셉트론 신경망 모델을 나타내는 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델을 학습시키기 위한 전세계 유역별 환경변수 및 종 출현 정보를 결합한 학습용 메타 데이터를 나타내는 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델을 이용하여 국내 유역에 대한 종 출현 정보를 결정하는 권역별 메타 데이터 및 인공지능 기반 예측 모델에서 예측한 종 출현 확률을 나타내는 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물 출현확률 예측모델을 결정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물의 위해성을 평가하는 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 1 is a diagram showing the configuration of a device for evaluating the risk of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
Figure 2 is a configuration diagram showing the configuration of a device for determining an artificial intelligence-based prediction model used in a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a multi-layer perceptron neural network model among artificial intelligence-based prediction models used in a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
Figure 4 is a conceptual diagram showing learning metadata combining environmental variables and species appearance information for each watershed around the world to learn a model for predicting the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
Figure 5 is a conceptual diagram showing the probability of species appearance predicted by regional metadata and artificial intelligence-based prediction model that determines species appearance information for domestic watersheds using an alien species appearance probability prediction model according to an embodiment.
Figure 6 is a flowchart showing a method of determining a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
Figure 7 is a flowchart showing a method for assessing the risk of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 타 실시예의 구성 요소들과 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 기재 내용 혹은 제안된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 명세서에서 모듈 또는 부분은, 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행할 수 있도록 메모리에 저장된 프로그램 명령어의 집합이거나, 이러한 명령들을 수행할 수 있도록 ASIC, FPGA 등의 전자 부품 또는 회로의 집합을 이용하여 구현할 수 있다. 또한, 각 모듈 또는 부분의 동작은 하나 또는 복수의 프로세서 또는 장치에 의해 수행될 수 있다. 동일·유사한 부호가 표시된 구성요소는 동일·유사한 기능을 수행하므로, 설명을 생략할 수 있다. 설명이 생략된 도면부호를 가진 구성요소에 대해서는, 동일·유사한 부호를 가진 구성요소에 대해 앞에서 설명한 내용을 참조할 수 있다. The foregoing and additional aspects are embodied through embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is understood that the components of each embodiment can be combined in various ways within the embodiment or with components of other embodiments as long as there is no other mention or contradiction between them. Based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way, the terms used in this specification and claims have meanings that correspond to the description or proposed technical idea. It must be interpreted as a concept. In this specification, a module or part is a set of program instructions stored in a memory that can be executed on a computer or processor, or can be implemented using a set of electronic components or circuits such as ASIC or FPGA to execute these instructions. Additionally, the operation of each module or part may be performed by one or more processors or devices. Components marked with the same/similar symbols perform the same/similar functions, so descriptions can be omitted. For components with reference symbols whose explanations have been omitted, the content previously described for components with the same or similar symbols can be referred to.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물의 위해성을 평가하는 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. Figure 1 is a diagram showing the configuration of a device for evaluating the risk of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 장치 또는 시스템은, 외래생물 출현확률 예측부(110)와, 외래생물 위해성 평가부(180)를 포함한다. According to one aspect of the proposed invention, a device or system for evaluating the risk of alien organisms includes an alien organism appearance
외래생물 출현확률 예측부(110)는, 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받고, 입력된 환경공간정보로부터 권역별 메타 데이터를 생성하여 인공지능 기반 예측 모델에 입력하여 외래생물의 출현 확률을 예측한다. 예측된 결과는 권역별, 외래생물 종별로 출력할 수 있다. The alien organism appearance
외래생물은 국외로부터 인위적 및 자연적으로 유입된 생물(어류, 식물, 포유류, 양서류, 파충류, 무척추동물 등)을 의미한다. 글로벌 스케일의 환경공간정보는 특정 국가에만 한정적으로 존재하는 자료가 아닌, 국내 및 국외의 각 국가들에서 공통적으로 이용 가능한 환경 데이터를 지칭한다. 환경공간정보는 독립변수인 외래생물의 위해성과 관련된 환경 정보와 종속변수인 외래생물 출현 정보를 포함한다. Exotic organisms refer to organisms (fish, plants, mammals, amphibians, reptiles, invertebrates, etc.) introduced artificially or naturally from abroad. Global-scale environmental spatial information refers to environmental data that is commonly available in each country at home and abroad, rather than data that exists only in certain countries. Environmental spatial information includes environmental information related to the risk of alien organisms, which is an independent variable, and information on the appearance of alien organisms, which is a dependent variable.
외래생물의 출현 확률은 인공지능 기반 예측 모델(140)에 의해 결정된다. 인공지능 기반 예측 모델(140)은 환경공간정보에서 추출된 독립변수로부터 종속변수인 외래생물의 출현 확률을 결정한다. 인공지능 기반 예측 모델은 다양한 분류 알고리즘을 이용하여 구현할 수 있고, 그 알고리즘 중에는 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron; MLP), 합성곱신경망(Convolution Neural Network; CNN) 등이 있다. The probability of appearance of alien organisms is determined by an artificial intelligence-based prediction model (140). The artificial intelligence-based
인공지능 기반 예측 모델(140)은 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된다. 인공지능 기반 예측 모델은 학습용 메타 데이터를 이용하여 학습된다. 학습용 메타 데이터는 환경공간정보에서 파생된 2단계 독립변수 데이터와 외래생물 출현 정보를 포함하여 생성할 수 있다. The artificial intelligence-based
2단계 독립변수 데이터를 생성하기 위하여, 우선 환경공간정보로부터 1단계 독립변수인 환경 변수를 추출한다. 그리고 1단계 독립변수 데이터에 각종 통계 지표를 적용하여 2단계 독립변수를 생성할 수 있다. 외래생물 출현 정보는 2단계 독립변수 데이터를 생성한 해당 권역에 특정 외래생물 종이 출현하였는지 여부에 대한 데이터로 생성할 수 있다. To generate second-stage independent variable data, environmental variables, which are first-stage independent variables, are first extracted from environmental spatial information. In addition, a second-stage independent variable can be created by applying various statistical indicators to the first-stage independent variable data. Information on the appearance of alien species can be generated as data on whether a specific species of alien species has appeared in the area where the second-stage independent variable data was created.
1단계 독립변수는 환경공간정보로부터 유형별로 구분한 자료로부터, 예를 들어, 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 등과 같이 구성할 수 있다. 2단계 독립변수는 인공지능 기반 예측 모델에 사용하기 위해 1단계 독립변수에서 파생된 독립변수들이다.
2단계 독립변수는 인공지능 기반 예측 모델(140)에 입력하기 위한 변수로, 1단계 독립변수를 보다 세분화하여 분류하여 설정하거나, 1단계 독립변수들에 다양한 통계 지표를 적용하여 파생시킬 수 있다. 예를 들어, 1단계 독립변수인 기후에 대해 보다 세분화된 강수, 온도 등을 2단계 독립변수로 설정할 수 있다. 또한, 독립변수에 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 등 다양한 통계 지표를 적용하여 2단계 독립변수를 추가로 설정할 수 있다. The second-stage independent variable is a variable to be input into the artificial intelligence-based
생성된 학습용 메타 데이터는 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋으로 나눌 수 있다. 예를 들어 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋을 80 : 20 의 비율로 나눌 수 있다. 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋을 나누는 비율은 70 : 30 과 같이 사용자의 선택으로 변경할 수 있다. 훈련 데이터셋은 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키기 위해 사용되고, 학습 데이터셋은 인공지능 기반 예측 모델을 검증하기 위해 사용된다. The generated learning metadata can be divided into a training dataset and a test dataset. For example, you can split the training dataset and test dataset in a ratio of 80:20. The dividing ratio between the training dataset and the test dataset can be changed by the user's choice, such as 70:30. The training dataset is used to learn the artificial intelligence-based prediction model, and the learning dataset is used to verify the artificial intelligence-based prediction model.
학습용 메타 데이터를 이용하여 학습된 인공지능 기반 예측 모델(140)에 권역별 메타 데이터를 입력하여 각 권역별 외래생물의 출현 확률을 예측할 수 있다. 이때, 권역별 메타 데이터는 학습용 메타 데이터와 동일한 2단계 독립변수를 사용하여야 한다. The probability of appearance of alien organisms in each region can be predicted by inputting region-specific metadata into the artificial intelligence-based
외래생물 위해성 평가부(180)는, 외래생물 출현확률 예측부(110)에서 출력된 개별적인 외래생물별 외래생물 출현 확률에 경제적 손실을 고려하여 평가 대상지역의 외래생물의 위해성을 산정한다. 예를 들어, 외래생물의 위해성은 외래생물 출현 확률에 경제적 손실을 곱하여 결정할 수 있다. 구체적으로, 특정 유역 A에서의 외래생물 종 B의 위해성은 다음 수학식 1을 이용하여 구할 수 있다. The alien organism
[수학식 1][Equation 1]
종 B 위해성 = 종 B 출현 확률 × 면적당 손실비용(USD/km2) × 유역 A 면적Species B risk = Species B occurrence probability × loss cost per area (USD/km 2 ) × basin A area
여기에서 종 B 출현 확률은 외래생물 출현확률 예측부(110)에서 결정된 외래 생물 B의 출현 확률이고, 면적당 손실비용은 유역의 표면적에 대한 외래종 출현시 손실비용으로 데이터베이스에 저장된 자료이고, 유역 면적은 해당 권역의 유역 A의 표면적이다. Here, the probability of occurrence of species B is the probability of appearance of alien organism B determined by the alien organism appearance
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는, 외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 저장하는 경제적 손실 데이터베이스(170)와, 상기 경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물별 데이터를 조회하는 데이터베이스 연계부(미도시)를 더 포함한다. 예를 들어, 경제적 손실 데이터베이스(170)에는 외래생물 종별 면적당 경제적 손실 비용에 대한 데이터를 저장할 수 있다. According to an additional aspect, the device for evaluating the risk of alien organisms includes an
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는, 외래 생물에 대해 지역별 위해성을 비교하는 지역별 위해성 비교부(190)를 더 포함할 수 있다. 외래생물의 위해성을 평가하는 장치는 특정 국가에 제한적인 환경변수가 아닌 글로벌 환경공간정보 데이터를 이용하므로, 지역별 위해성 비교부(190)에서 외래생물의 위해성에 대한 평가 결과를 지역별, 국가별로 비교할 수 있다. According to an additional aspect, the device for evaluating the risk of exotic organisms may further include a regional
추가적인 양상에 따르면, 외래생물 출현확률 예측부(110)는, 입력부(120)와, 권역별 메타 데이터 생성부(130)와, 인공지능 기반 예측 모델(140)과, 출력부(150)를 포함한다. According to an additional aspect, the alien organism appearance
입력부(120)는, 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받는다. The
권역별 메타 데이터 생성부(130)는, 상기 환경공간정보로부터 권역별 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 상기 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성한다. 권역별 메타 데이터 생성부(130)는 환경공간정보를 각 권역의 공간정보에 매칭하여 권역별 환경변수를 추출한다. 예를 들어, 각 권역에 속하는 공간정보를 가진 환경공간정보를 평균하여 해당 권역의 1단계 독립변수 데이터를 추출할 수 있다. The region-
권역별 메타 데이터 생성부(130)는 환경변수에 해당하는 2단계 독립변수 데이터와, 권역의 표면적을 포함하는 권역정보를 결합하여 권역별 메타 데이터를 생성한다. 생성된 권역별 메타 데이터는 인공지능 기반 예측 모델(140)로 전달한다. 2단계 독립변수 데이터는 인공지능 기반 예측 모델(140)의 학습에 사용된 2단계 독립변수 데이터와 동일한 필드(field)로 구성된다. The region-
인공지능 기반 예측 모델(140)은, 외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된다. 인공지능 기반 예측 모델에는 상기 권역별 메타 데이터가 입력된다. The artificial intelligence-based
출력부(150)는, 상기 인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 외래생물의 출력 확률을 외부로 출력한다. 출력부(150)는 예측된 외래생물의 출력 확률을 권역별 외래생물 종별로 정리하여 외부로 출력할 수 있다. The
실시예의 변형에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 장치 또는 시스템은 하나 이상의 프로세서와 상기 프로세서를 구동시키는 명령어가 저장된 메모리를 포함한다. 외래생물 출현확률 예측부(110)와 외래생물 위해성 평가부(180)는 하나의 프로세서에 의해 구현될 수도 있으나, 각각 별개의 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 즉, 외래생물 출현확률 예측부는, 외래생물의 출현 확률을 예측하는 장치로 독립적으로 사용될 수 있다. According to a variation of the embodiment, an apparatus or system for assessing the risk of alien organisms includes one or more processors and a memory storing instructions for driving the processors. The alien organism appearance
추가적인 양상에 따르면, 상기 외래생물의 출현 확률을 예측하는 장치(110)에서, 상기 1단계 독립변수 데이터는 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 2단계 독립변수 데이터는 상기 1단계 독립변수 데이터의 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 중 어느 하나 이상을 포함한다. According to an additional aspect, in the
도 2는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델에 사용되는 인공지능 기반 예측 모델을 결정하는 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. Figure 2 is a configuration diagram showing the configuration of a device for determining an artificial intelligence-based prediction model used in a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
제안된 발명의 다른 일 양상에 따르면, 외래생물 출현확률 예측부(110)에 사용되는 인공지능 기반 예측 모델을 결정하는 외래생물 출현확률 예측모델 결정장치(210)는, 입력부(220)와, 학습용 메타 데이터 생성부(230)와, 인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)와, 출력부(250)와, 제어부(260)를 포함한다. According to another aspect of the proposed invention, the alien organism appearance probability prediction
입력부(220), 학습용 메타 데이터 생성부(230), 인공지능 기반 예측 모델 학습부(240), 및 출력부(250)의 구성은, 도 1의 외래생물 출현확률 예측부(110)의 입력부(120), 권역별 메타 데이터 생성부(130), 인공지능 기반 예측 모델(140), 및 출력부(150)에 대응하는 구성으로, 생략된 내용은 도 1의 대응되는 구성의 설명을 참조할 수 있다. The configuration of the
입력부(220)는 외래생물의 위해성과 관련된 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 입력받는다. The
제어부(260)는 인공지능 기반 예측 모델을 선택하고, 선택된 인공지능 기반 예측 모델에 입력하기 위한 2단계 독립변수를 선택한다. 제어부(260)는 학습용 메타 데이터 생성부(230)를 제어하여 학습용 메타 데이터를 생성시킨다. The
학습용 메타 데이터 생성부(230)는 환경공간정보로부터 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 상기 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성하여 결정한다. 학습용 메타 데이터 생성부(230)는 유역의 표면적을 포함하는 유역정보, 해당 유역의 2 단계 독립변수 데이터, 및 해당 유역의 외래생물 출현 정보를 결합하여 학습용 메타 데이터를 생성한다. 학습용 메타 데이터는 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키기 위한 훈련 데이터셋과 학습된 인공지능 기반 예측 모델의 성능을 검증하기 위한 테스트 데이터셋으로 미리 분리하는 것이 바람직하다. 예를 들어 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋을 80 : 20 의 비율로 나눌 수 있다. The learning
제어부(260)는 학습용 메타 데이터를 인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)로 전달하여 선택된 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키고, 학습된 인공지능 기반 예측 모델이 외래생물 출현 확률을 정확히 예측하는지 검증한다. The
인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)는 인공지능 기반 예측 모델에 훈련 데이터셋을 입력하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습시킨다. 학습된 인공지능 기반 예측 모델에 테스트 데이터셋의 데이터를 입력하여 인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 외래생물 출현 확률을 구한다. 예측된 외래생물 출현 확률을 실제값인 외래생물 출현 정보와 비교하고, 비교 결과를 출력부(250)를 통해서 출력한다. The artificial intelligence-based prediction
제어부(260)는 출력된 외래생물 출현에 대한 비교 결과가 미리 정해진 검증 목표를 만족시키는 경우, 학습된 인공지능 기반 예측 모델을 외래생물 출현확률 예측부(110)에서 사용할 인공지능 기반 예측 모델(140)로 결정한다. 비교 결과가 미리 정해진 검증 목표를 만족시키지 못하는 경우, 인공지능 기반 예측 모델의 파라미터를 변경하는 등으로 인공지능 기반 예측 모델을 변경한 후, 상기 과정들을 반복하여 검증 목표를 만족시키는 인공지능 기반 예측 모델을 결정할 수 있다. 예를 들어, 인공지능 기반 예측 모델은 다층 퍼셉트론(Multi-Layer Perceptron; MLP)을 이용한 심층 신경망 모델로 구성할 수 있다. If the output comparison result for the appearance of alien organisms satisfies a predetermined verification goal, the
도 3은 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델에 사용되는 인공지능 기반 예측 모델 중 다층 퍼셉트론 신경망 모델을 나타내는 개념도이다. Figure 3 is a conceptual diagram showing a multi-layer perceptron neural network model among artificial intelligence-based prediction models used in a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
제어부(260)는 은닉층의 개수와 입력 노드 및 각 은닉층의 뉴런 개수를 변경하여 검증 목표에 적합한 인공지능 기반 예측 모델을 결정할 수 있다. 이 경우 은닉층 및 각 층의 뉴런 개수를 변경하여 학습시킴으로써 검증 목표에 부합하는 인공지능 기반 예측 모델을 결정할 수 있다. The
도 3을 참조하면, 외래생물 출현확률 예측모델에 사용되도록 학습된 다층 퍼셉트론(MLP) 신경망은, 322개의 입력 노드와 4개의 은닉층으로 구성될 수 있다. 각 층의 아래쪽에 각 층의 노드(뉴런) 수가 표시되어 있다. Referring to FIG. 3, the multilayer perceptron (MLP) neural network learned to be used in the prediction model for the probability of occurrence of alien organisms may be composed of 322 input nodes and 4 hidden layers. The number of nodes (neurons) in each layer is displayed at the bottom of each layer.
인공지능 기반 예측 모델은 다층 퍼셉트론(MLP) 신경망 이외에도, 합성곱신경망(CNN), 심층신뢰망(Deep Belief Network; DBN), 자기조직화맵(Self-Organizing Map; SOM), 앙상블 모델 등의 분류 알고리즘을 사용할 수 있다. In addition to the multi-layer perceptron (MLP) neural network, artificial intelligence-based prediction models include classification algorithms such as convolutional neural network (CNN), deep belief network (DBN), self-organizing map (SOM), and ensemble models. can be used.
제어부(260)는 검증 목표에 부합되는 인공지능 기반 예측 모델을 결정하기 위해, 인공지능 기반 예측 모델 파라미터 변경 외에도, 인공지능 기반 예측 모델에 입력되는 학습용 메타 데이터의 2단계 독립변수의 종류 및 개수를 변경할 수 있다. In order to determine an artificial intelligence-based prediction model that meets the verification goal, the
2단계 독립변수로는 유역의 월별 최저 온도 평균(Average of Monthly minimum temperature), 월별 최고 온도 평균(Average of Monthly maximum temperature), 월별 강수량 합계(Sum of Monthly upstream precipitation), 월별 최저 온도 거리 가중 평균(Distance weighted average of Monthly minimum temperature), 월별 최고 온도 거리 가중 평균(Distance weighted average of Monthly maximum temperature), 월별 강수량 거리 가중 합계(Distance weighted sum of Monthly upstream precipitation) 등을 사용할 수 있다. 제어부는 이러한 입력 변수들을 바꾸어 입력하는 과정을 반복하여, 검증 목표에 적합한 인공지능 기반 예측 모델을 결정할 수 있다. The second stage independent variables are the average of monthly minimum temperature in the basin, average of monthly maximum temperature, Sum of Monthly upstream precipitation, and distance-weighted average of monthly minimum temperature ( Distance weighted average of Monthly minimum temperature, Distance weighted average of Monthly maximum temperature, Distance weighted sum of Monthly upstream precipitation, etc. can be used. The control unit can repeat the process of changing and inputting these input variables to determine an artificial intelligence-based prediction model suitable for the verification goal.
도 4는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델을 학습시키기 위한 전세계 유역별 환경변수 및 종 출현 정보를 결합한 학습용 메타 데이터를 나타내는 개념도이다. Figure 4 is a conceptual diagram showing learning metadata combining environmental variables and species appearance information for each watershed around the world to learn a model for predicting the probability of occurrence of alien organisms according to an embodiment.
외래생물 출현확률 예측모델 결정부(210)의 인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)에 입력되는 학습용 메타 데이터는 유역정보, 환경변수, 종 출현 정보를 포함한다. 유역정보는 해당 유역의 이름(N)과, 해당 유역의 면적(S) 등을 포함할 수 있다. 유역의 면적(S) 정보는 외래생물 출현확률 예측부(110)에서 수학식 1을 이용하여 외래생물 종의 위해성을 계산하는 경우 사용될 수 있다. The learning metadata input to the artificial intelligence-based prediction
환경변수는 유역의 월별 최저 온도 평균, 월별 최고 온도 평균, 월별 강수량 합계, 월별 최저 온도 거리 가중 평균, 월별 최고 온도 거리 가중 평균, 월별 강수량 거리 가중 합계 등을 사용할 수 있다. 도 4를 참조하면, 1월의 월별 최저 온도 평균이 C1_1 열에 표시되어 있고, 1월의 월별 최고 온도 평균이 C2_1 열에 표시되어 있다. 온도는 화씨(℉)로 표시되어 있다. 2월에서 12월까지의 월별 최저 온도 평균과 월별 최고 온도 평균은 생략되어 있다. 이 밖에도 월별 강수량 합계, 월별 최저 온도 거리 가중 평균, 월별 최고 온도 거리 가중 평균 등의 환경변수에 대한 데이터를 2 단계 독립변수에 대한 데이터로 결정하여, 도 4와 같이 메타 데이터에 결합할 수 있다. Environmental variables can be used as the basin's monthly minimum temperature average, monthly maximum temperature average, monthly precipitation sum, monthly minimum temperature distance-weighted average, monthly maximum temperature distance-weighted average, and monthly precipitation distance-weighted sum. Referring to Figure 4, the monthly minimum temperature average for January is displayed in column C1_1, and the monthly maximum temperature average for January is displayed in column C2_1. Temperature is displayed in degrees Fahrenheit (℉). The monthly minimum temperature average and monthly maximum temperature average from February to December are omitted. In addition, data on environmental variables such as monthly precipitation total, monthly minimum temperature distance-weighted average, and monthly maximum temperature distance-weighted average can be determined as data for the second-level independent variables and combined with metadata as shown in FIG. 4.
종 출현 정보는 해당 유역에서 해당 종이 출현하였는지 여부를 나타낸다. 도 4를 참조하면, E1, E2 등은 각각의 종을 나타낸다. 예를 들어 E1은 회색청어(Alsoa pseudoharengus) 종을 나타내고, E2는 아메리카청어(Alsoa sapidissima) 종을 나타낼 수 있다. 도 4를 참조하면, 그 값이 1인 경우 해당 유역에서 해당 종이 출현한 경우를 나타낸다. 즉, E1 종은 Alabama 유역과 Delaware 유역에서 출현하였고, E2 종은 Alsek 유역, Cedar 유역, Chehalis 유역에서 출현하였다. Species occurrence information indicates whether the species appears in the watershed. Referring to Figure 4, E1, E2, etc. represent respective species. For example, E1 may represent the gray herring (Alsoa pseudoharengus) species, and E2 may represent the American herring (Alsoa sapidissima) species. Referring to Figure 4, if the value is 1, it indicates that the species appeared in the corresponding watershed. That is, species E1 appeared in the Alabama and Delaware basins, and species E2 appeared in the Alsek, Cedar, and Chehalis basins.
도 4의 학습용 메타 데이터를 이용하여 인공지능 기반 예측 모델을 학습하는 경우, 종 출현 정보를 라벨로 하여, 특정 유역의 특정 종 출현 확률을 출력하도록, 인공지능 기반 예측 모델을 지도학습시킬 수 있다. When learning an artificial intelligence-based prediction model using the learning metadata of FIG. 4, the artificial intelligence-based prediction model can be supervised to output the probability of occurrence of a specific species in a specific watershed using species appearance information as a label.
도 5는 일 실시예에 따른 외래생물 출현확률 예측모델을 이용하여 국내 유역에 대한 종 출현 정보를 결정하는 권역별 메타 데이터 및 인공지능 기반 예측 모델에서 예측한 종 출현 확률을 나타내는 개념도이다. Figure 5 is a conceptual diagram showing the probability of species appearance predicted by regional metadata and artificial intelligence-based prediction model that determines species appearance information for domestic watersheds using an alien species appearance probability prediction model according to an embodiment.
도 5의 (a)는 외래생물 출현확률 예측부(110)의 인공지능 기반 예측 모델(140)에 입력되는 권역별 메타 데이터를 나타내고, 도 5의 (b)는 외래생물 출현확률 예측부(110)에서 출력하는 권역별 종 출현 확률을 나타내는 데이터이다. Figure 5(a) shows regional metadata input to the artificial intelligence-based
도 5의 (a)를 참조하면, 2단계 독립변수 생성부(130)는 2단계 독립변수를 포함하는 환경변수들과, 유역의 표면적을 포함하는 유역정보, 및 종 출현 여부에 대한 정보를 포함하는 데이터들을 포함하는 메타데이터를 생성하여, 인공지능 기반 예측 모델로 전달한다. 이때, 유역 정보와 환경변수는 인공지능 기반 예측 모델의 학습에 사용한 메타 데이터와 동일한 구조를 가진다. 종 출현 정보는 인공지능 기반 예측 모델에 의해 결정되기 때문에, 인공지능 기반 예측 모델에 전달되지 않는다. Referring to (a) of FIG. 5, the second-stage independent
도 5의 (b)를 참조하면, 인공지능 기반 예측 모델(140)에서 예측한 결과는 각 유역에 대한 각 종의 출현 확률로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 한강서울 권역에 대한 E1종의 출현 확률은 1.14E-34 이고, E2종의 출현 확률은 6.91E-14 이다. 그리고, 충주댐 권역에 대한 E1종의 출현 확률은 3.72E-22 이고, E2종의 출현 확률은 7.47E-08 이다. 도 5의 (b)에서는 충주댐에서 E2종(아메리카청어)이 출현할 확률이 7.47E-08 로 가장 높은 것을 알 수 있다. Referring to (b) of FIG. 5, the results predicted by the artificial intelligence-based
이하에서는 앞에서 설명한 장치들이 수행하는 방법들에 대해 설명한다. 중복을 피하기 위해 생략된 부분은, 앞의 장치에 관한 설명을 참조할 수 있다.Below, the methods performed by the devices described above will be described. For parts omitted to avoid duplication, refer to the description of the previous device.
도 6은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물 출현확률 예측모델을 결정하는 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 6 is a flowchart showing a method of determining a prediction model for the probability of occurrence of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
제안된 발명의 또 다른 일 양상에 따르면, 외래생물 출현확률 예측모델 결정부(210)에서 수행하는 외래생물의 출현 확률을 예측하는 인공지능 기반 예측 모델을 결정하는 방법은, 다음과 같이 수행된다. According to another aspect of the proposed invention, the method of determining an artificial intelligence-based prediction model for predicting the probability of occurrence of alien organisms performed by the alien organism appearance probability prediction
먼저, 입력부(220)를 통해, 외래생물의 위해성과 관련된 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 입력받는다(S620). First, global-scale environmental spatial information consisting of environmental information related to the risk of alien organisms and information on the appearance of alien organisms is input through the input unit 220 (S620).
다음으로, 학습용 메타 데이터 생성부(230)는, 입력된 환경공간정보로부터 환경 변수인 1단계 독립변수를 추출하고, 1단계 독립변수로부터 파생된 2단계 독립변수를 결정한다. 그리고, 2 단계 독립변수 데이터와 외래생물 출현 정보를 포함하는 학습용 메타 데이터를 생성한다(S630). 학습용 메타 데이터는 훈련 데이터셋과 테스트 데이터셋으로 나눌 수 있다. Next, the learning
그리고, 제어부(260)는, 인공지능 알고리즘을 구현하는 인공지능 기반 예측 모델 중에서 학습대상 인공지능 기반 예측 모델을 선정하고, 인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)가 학습용 메타 데이터를 이용하여 선정된 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키도록 한다(S640). Then, the
인공지능 기반 예측 모델 학습부(240)는 상기 훈련 데이터셋을 선정된 인공지능 기반 예측 모델에 입력하여 종속변수인 외래생물의 출현 확률을 예측하도록 학습대상 인공지능 기반 예측 모델을 학습시킨다. 그리고 학습된 인공지능 기반 예측 모델에 테스트 데이터셋을 입력하여 외래생물 출현 확률 예측값을 구한다(S650). The artificial intelligence-based prediction
제어부(260)는 학습된 인공지능 기반 예측 모델에서 구한 외래생물 출현 확률 예측값과 테스트 데이터셋의 실제값을 비교하여 학습된 인공지능 기반 예측 모델의 성능을 검증한다(S655). 분류기반 인공지능 기반 예측 모델의 성능은 예를 들어, 정확도(accuracy), 정밀도(precision), 재현율(recall), 위양성률(fall-out) 등의 지표를 이용하여 검증할 수 있다. 검증 결과 학습된 인공지능 기반 예측 모델의 성능이 검증 목표를 달성하지 못한 경우, 인공지능 기반 예측 모델 선정 단계(S640)로 돌아가서, 새로운 인공지능 기반 예측 모델을 선정하고 선정된 인공지능 기반 예측 모델을 학습시키는 과정을 반복한다. The
검증 결과 학습된 인공지능 기반 예측 모델의 성능이 검증 목표를 만족하는 경우, 학습된 인공지능 기반 예측 모델을 외래생물 출현 확률 예측 모델에 사용할 인공지능 기반 예측 모델로 결정한다(S660). 결정된 인공지능 기반 예측 모델은 외래생물의 위해성을 평가하는 장치에서 외래생물 출현확률을 예측하기 위하여 사용될 수 있다. As a result of the verification, if the performance of the learned artificial intelligence-based prediction model satisfies the verification goal, the learned artificial intelligence-based prediction model is determined as the artificial intelligence-based prediction model to be used in the probability prediction model for the appearance of alien organisms (S660). The determined artificial intelligence-based prediction model can be used to predict the probability of appearance of alien organisms in a device that evaluates the risk of alien organisms.
도 7은 일 실시예에 따른 인공지능 기반 예측 모델을 이용한 외래생물의 위해성을 평가하는 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 7 is a flowchart showing a method for assessing the risk of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model according to an embodiment.
제안된 발명의 또 다른 일 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 장치에서, 외래생물의 출현 확률을 예측하는 인공지능 기반 예측 모델을 이용하여 외래생물의 위해성을 평가하는 방법은, 다음과 같이 수행할 수 있다. According to another aspect of the proposed invention, in a device for assessing the risk of alien organisms, a method of assessing the risk of alien organisms using an artificial intelligence-based prediction model that predicts the probability of appearance of alien organisms is as follows: It can be done.
먼저, 입력부(120)는, 외래생물의 출현 확률을 예측하려는 권역의 권역정보 및 해당 권역과 관련된 환경공간정보를 입력받는다(S720). First, the
그리고, 권역별 메타 데이터 생성부(130)는, 입력된 환경공간정보로부터 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 추출된 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성한다. 이때, 권역별 환경변수를 추출하기 위해 환경공간정보를 각 권역의 공간정보에 매칭하여 권역별 환경변수를 추출한다. 예를 들어, 각 권역에 속하는 공간정보를 가진 환경공간정보를 평균하여 해당 권역의 1단계 독립변수 데이터를 추출할 수 있다. 그리고, 생성된 2단계 독립변수 데이터를 권역정보와 결합하여 권역별 메타 데이터를 결정한다(S730). 권역별 메타 데이터는 인공지능 기반 예측 모델(140)로 전달된다. Then, the
글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된 인공지능 기반 예측 모델(140)은, 상기 권역별 메타 데이터를 입력받아서 권역별 외래생물의 출현 확률을 예측한다(S750). The artificial intelligence-based
외래생물 위해성 평가부(180)는, 예측된 외래생물 출현 확률에 경제적 손실을 고려하여 평가 대상지역의 외래생물의 위해성을 산정하여 평가한다(S780). The alien organism
추가적인 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 방법은, 경제적 손실 데이터베이스(170)를 연계하는 단계(S770)를 더 포함할 수 있다. 경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 조회하여 평가대상지역의 외래생물 위해성에 반영할 수 있다. According to an additional aspect, the method of assessing the risk of alien organisms may further include a step (S770) of linking the
추가적인 양상에 따르면, 외래생물의 위해성을 평가하는 방법은, 외래 생물에 대해 지역별 위해성을 비교하는 단계(S790)를 더 포함할 수 있다. 외래생물의 출현 확률을 예측하는 장치의 인공지능 기반 예측 모델은 글로벌 환경공간정보 데이터를 이용하여 외래생물의 출현 확률을 산출하므로, 지역별 위해성 비교부(190)는 국가가 서로 다른 지역에 대해서도 외래생물의 위해성을 비교할 수 있다. According to an additional aspect, the method of assessing the risk of alien organisms may further include a step (S790) of comparing the risks of alien organisms by region. The artificial intelligence-based prediction model of the device that predicts the probability of appearance of alien organisms calculates the probability of appearance of alien organisms using global environmental spatial information data, so the regional risk comparison unit (190) The risks can be compared.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다. In the above, the present invention has been described through embodiments with reference to the attached drawings, but it is not limited thereto, and should be interpreted to encompass various modifications that can be easily derived by those skilled in the art. The claims are intended to cover these variations.
110 : 외래생물 출현확률 예측부
120 : 입력부
130 : 권역별 메타 데이터 생성부
140 : 인공지능 기반 예측 모델
150 : 출력부
170 : 경제적 손실 데이터베이스
180 : 외래생물 위해성 평가부
190 : 지역별 위해성 비교부110: Foreign organism appearance probability prediction unit
120: input unit
130: Regional metadata generation unit
140: Artificial intelligence-based prediction model
150: output unit
170: Economic loss database
180: Alien organism risk assessment department
190: Regional risk comparison department
Claims (8)
상기 환경공간정보로부터 권역별 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 상기 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성하는 권역별 메타 데이터 생성부;
외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습되는 인공지능 기반 예측 모델;
상기 인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 외래생물의 출력 확률을 권역별 외래생물 종별로 정리하여 외부로 출력하는 출력부; 및
상기 인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 각 권역별 외래생물 종의 출현 확률과 경제적 손실에 기초하여 평가 대상지역의 각 권역별 외래생물 종의 위해성을 산정하는 외래생물 위해성 평가부;
를 포함하고,
상기 인공지능 기반 예측 모델은,
외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 각 권역별 환경 정보 및 각 권역의 외래생물 종의 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여, 입력되는 권역의 환경 정보에 대해 외래생물 종이 각 권역에서 출현될 확률을 예측하도록 학습되는 심층 신경망;을 포함하고,
상기 외래생물 위해성 평가부는,
상기 인공지능 기반 예측 모델에서 예측한 각 권역에서 종 B가 출현할 확률을 이용하여 각 권역에 속하는 유역 A에서의 외래생물 종 B의 위해성을 다음 수학식 1로 구하는,
외래생물의 출현 확률을 예측하고 위해성을 평가하는 장치.
[수학식 1]
종 B 위해성 = 종 B 출현 확률 × 면적당 손실비용(USD/km2) × 유역 A 면적An input unit that receives area information of the area in which the probability of appearance of alien organisms is to be predicted and environmental spatial information related to the area;
a region-specific metadata generator that extracts first-stage independent variable data, which is an environmental variable for each region, from the environmental spatial information, and generates second-stage independent variable data derived from the first-stage independent variable data;
An artificial intelligence-based prediction model that is learned to predict the probability of the appearance of alien organisms using global-scale environmental spatial information consisting of environmental information and alien organism appearance information, including two-stage independent variable data related to the risk of alien organisms;
An output unit that organizes the output probabilities of alien organisms predicted in the artificial intelligence-based prediction model by alien species by region and outputs them to the outside; and
An alien species risk assessment unit that calculates the risk of alien species in each region of the evaluation area based on the probability of occurrence of alien species in each region and economic loss predicted in the artificial intelligence-based prediction model;
Including,
The artificial intelligence-based prediction model is,
Using global-scale environmental spatial information consisting of environmental information for each region including second-stage independent variable data related to the risk of alien organisms and information on the appearance of alien species in each region, the environmental information of the input region is It includes a deep neural network that is learned to predict the probability that biological species will appear in each region,
The foreign organism risk assessment department,
Using the probability of species B appearing in each area predicted by the artificial intelligence-based prediction model, the risk of alien species B in watershed A belonging to each area is calculated using the following equation 1,
A device that predicts the probability of appearance of alien organisms and assesses their risk.
[Equation 1]
Species B risk = Species B occurrence probability × loss cost per area (USD/km 2 ) × basin A area
상기 1단계 독립변수 데이터는, 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 중 어느 하나 이상을 포함하고,
상기 2단계 독립변수 데이터는, 상기 1단계 독립변수 데이터의 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 중 어느 하나 이상을 포함하는,
외래생물의 출현 확률을 예측하고 위해성을 평가하는 장치. According to claim 1,
The first stage independent variable data includes one or more of geology, soil, climate, topography, and land use,
The second stage independent variable data includes one or more of the average, total sum, distance weighted average, minimum value, and maximum value of the first stage independent variable data,
A device that predicts the probability of appearance of alien organisms and assesses their risk.
외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 저장하는 경제적 손실 데이터베이스; 및
상기 경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물별 데이터를 조회하는 데이터베이스 연계부;를 더 포함하는,
외래생물의 출현 확률을 예측하고 위해성을 평가하는 장치. According to claim 1,
An economic loss database that stores economic loss data caused by invasive species; and
Further comprising a database linkage unit that searches data for each exotic organism from the economic loss database,
A device that predicts the probability of appearance of alien organisms and assesses their risk.
입력된 환경공간정보로부터 권역별 환경 변수인 1단계 독립변수 데이터를 추출하고, 추출된 1단계 독립변수 데이터로부터 파생된 2단계 독립변수 데이터를 생성하는 단계;
외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 환경 정보 및 외래생물 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여 외래생물 출현 확률을 예측하도록 학습된 인공지능 기반 예측 모델을 이용하여 외래생물의 출현 확률을 예측하는 단계;
인공지능 기반 예측 모델에서 예측된 각 권역별 외래생물 종의 출현 확률과 경제적 손실에 기초하여 평가 대상지역의 각 권역별 외래생물 종의 위해성을 산정하는 외래생물 위해성 평가 단계; 및
외래생물의 위해성과 관련된 2단계 독립변수 데이터를 포함하는 각 권역별 환경 정보 및 각 권역의 외래생물 종의 출현 정보로 구성된 글로벌 스케일의 환경공간정보를 이용하여, 입력되는 권역의 환경 정보에 대해 외래생물 종이 각 권역에서 출현될 확률을 예측하도록 학습시킨 심층 신경망을 인공지능 기반 예측 모델로 결정하는 단계;를 포함하고,
상기 외래생물 위해성 평가 단계는,
인공지능 기반 예측 모델에서 예측한 각 권역에서 종 B가 출현할 확률을 이용하여 각 권역에 속하는 유역 A에서의 외래생물 종 B의 위해성을 다음 수학식 1로 구하는 단계;를 포함하는,
외래생물의 출현 확률을 예측하고 위해성을 평가하는 방법.
[수학식 1]
종 B 위해성 = 종 B 출현 확률 × 면적당 손실비용(USD/km2) × 유역 A 면적A step of receiving regional information of the area in which the probability of appearance of alien organisms is to be predicted and environmental spatial information related to the area;
extracting first-stage independent variable data, which are regional environmental variables, from the input environmental spatial information, and generating second-stage independent variable data derived from the extracted first-stage independent variable data;
Using an artificial intelligence-based prediction model learned to predict the probability of the appearance of alien organisms using global-scale environmental spatial information consisting of environmental information and alien organism appearance information, including two-stage independent variable data related to the risk of alien organisms, Predicting the probability of appearance of a creature;
An alien species risk assessment step in which the risk of alien species in each area of the evaluation area is calculated based on the probability of occurrence of alien species in each area and the economic loss predicted in the artificial intelligence-based prediction model; and
Using global-scale environmental spatial information consisting of environmental information for each region including second-stage independent variable data related to the risk of alien organisms and information on the appearance of alien species in each region, the environmental information of the input region is Including a step of determining the deep neural network trained to predict the probability of biological species appearing in each region as an artificial intelligence-based prediction model,
The alien organism risk assessment step is,
Comprising: calculating the risk of alien species B in watershed A belonging to each region using the probability of species B appearing in each region predicted by an artificial intelligence-based prediction model using Equation 1 below,
A method of predicting the probability of appearance of alien organisms and assessing risk.
[Equation 1]
Species B risk = Species B occurrence probability × loss cost per area (USD/km 2 ) × basin A area
상기 1단계 독립변수 데이터는, 지질, 토양, 기후, 지형, 토지이용 중 어느 하나로 분류되고,
상기 2단계 독립변수 데이터는, 상기 1단계 독립변수 데이터의 평균, 총합, 거리 가중치 평균, 최소값, 최대값 중 어느 하나를 이용하여 생성되는,
외래생물의 출현 확률을 예측하는 모델을 결정하는 방법. According to claim 5,
The first stage independent variable data is classified into one of geology, soil, climate, topography, and land use,
The second stage independent variable data is generated using any one of the average, total sum, distance weighted average, minimum value, and maximum value of the first stage independent variable data,
How to determine a model that predicts the probability of occurrence of exotic organisms.
경제적 손실 데이터베이스로부터 각 외래생물에 의한 경제적 손실 데이터를 조회하는 단계;를 더 포함하는,
외래생물의 출현 확률을 예측하고 위해성을 평가하는 방법. According to claim 5,
Further comprising: retrieving economic loss data caused by each alien organism from the economic loss database,
A method of predicting the probability of appearance of alien organisms and assessing risk.
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