KR102631124B1 - Air pollutant emission calculating system for area source - Google Patents
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Abstract
면 오염원의 외부에서 면 오염원 내부의 대기오염물질 배출량을 산출하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템이 제공된다. 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템은, 면 오염원의 둘레를 따라 배치되는 복수의 지지유니트, 복수의 지지유니트 중 적어도 어느 하나에 배치되는 오염물질센서, 복수의 지지유니트에 분산 배치되며 오염물질센서로 측정되지 않는 표준물질을 생성하여 확산시키는 복수의 표준물질생성모듈, 복수의 지지유니트에 분산 배치되는 복수의 표준물질센서, 복수의 지지유니트에 분산 배치되어 대기유동정보 및 환경정보를 수집하는 복수의 환경센서, 및 대기유동정보, 환경정보, 및 측정된 표준물질 농도로부터 지지유니트로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴을 산출하고, 측정된 오염물질 농도를 기준으로 표준물질의 농도변화패턴에 따라 면 오염원 내부 특정지점의 오염물질 농도를 예측하는 연산을 하는 연산모듈을 포함한다.A system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants is provided, which calculates air pollutant emissions inside the cotton pollutants from outside the cotton pollutants. The air pollutant emission calculation system of the cotton pollution source includes a plurality of support units arranged along the circumference of the cotton pollution source, a pollutant sensor arranged in at least one of the plurality of support units, and a pollutant sensor distributed in the plurality of support units. Multiple standard material generation modules that generate and spread standard materials that cannot be measured, multiple standard material sensors distributed in multiple support units, and multiple standard material sensors distributed in multiple support units to collect atmospheric flow information and environmental information. From the environmental sensors, atmospheric flow information, environmental information, and measured standard substance concentrations, the concentration change pattern of the standard substance that appears according to the change in position on the ground surrounded by the support unit is calculated, and the standard substance is calculated based on the measured pollutant concentration. It includes a calculation module that performs calculations to predict the concentration of pollutants at a specific point inside the cotton pollutant according to the concentration change pattern.
Description
본 발명은 대기오염원에서 배출되는 대기오염물질 배출량을 산출하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 면 오염원 내부로 접근하지 않고, 외부에서 면 오염원 내부의 오염물질 배출량을 정확하게 산출 가능한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for calculating the amount of air pollutants emitted from an air pollution source. More specifically, the present invention relates to a system for calculating the amount of pollutants emitted from an air pollution source. More specifically, the present invention relates to a system for calculating the amount of pollutants emitted from an air pollution source from the outside, without accessing the inside of the cotton source. It is about a pollutant emissions calculation system.
대기오염물질을 생성하는 원천은 지표 상에 다양하게 분포되어 있다. 일반적으로는 점 오염원(point source), 면 오염원(are source), 선 오염원(line source)으로 오염원의 구분이 가능하며 배출형태에 따라 고정 및 이동오염원으로도 구분할 수 있다.Sources that produce air pollutants are diversely distributed on the Earth's surface. In general, pollution sources can be classified into point sources, are sources, and line sources. Depending on the discharge type, they can also be classified into fixed and mobile sources.
면 오염원은 일정지역 안에 위치한 고정오염원일 수 있으며 지표면의 대기오염물질 확산에 직접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 면 오염원의 예는 다양하지만, 이를 테면 축사나 일부 공장(별도 배출구가 없는 개방형일 수 있음)등을 포함할 수 있다. 축사의 경우에는 암모니아가 주된 배출물질일 수 있다.Surface pollution sources may be fixed pollution sources located within a certain area and are known to have a direct impact on the spread of air pollutants on the ground surface. Examples of contamination sources vary, but may include, for example, livestock farms or some factories (which may be open without separate outlets). In livestock housing, ammonia can be the main emission.
이러한 면 오염원들은 대기오염의 원천이므로 지속적인 모니터링의 대상이지만, 여러 가지 이유(사유지침해, 축사 내 가축에 대한 부정적 영향 등)로 오염원 내부에 접근하기 어려운 문제도 생겨나고 있다. 이로 인해 오염원 외부에서 내부 오염물질을 측정해야 하는 상황도 자주 생겨나고 있다.These cotton pollutants are the source of air pollution and are therefore subject to continuous monitoring, but for various reasons (violation of private ownership guidelines, negative effects on livestock in livestock farms, etc.), it is also difficult to access the inside of the pollutants. As a result, situations often arise where internal pollutants must be measured outside the pollutant source.
그러나 면 오염원 내부와 외부 간 오염물질 농도에는 차이가 발생할 수 밖에 없고 간접적인 예측 등에도 한계가 있기 때문에 종래의 일반적인 측정장치(예, 대한민국실용신안 20-0465003등)로는 정확한 배출량 산출이 곤란한 문제가 있었다. 따라서 이에 대한 기술적 대안이 요구되고 있다.However, differences in pollutant concentration between the inside and outside of cotton pollutants are inevitable, and there are limits to indirect predictions, so it is difficult to accurately calculate emissions using conventional general measuring devices (e.g., Korea Utility Model 20-0465003, etc.). there was. Therefore, technological alternatives are required.
한편, 본 발명의 발명자들은 2021년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 정보통신산업진흥원의 지원을 받아 연구(No. S0837-21-1034, 소규모 배출 사업장의 미세먼지 저감을 위한 IoT 모니터링 시스템 개발)를 수행하였다.Meanwhile, the inventors of the present invention received support from the National IT Industry Promotion Agency funded by the government (Ministry of Science and ICT) in 2021 to conduct research (No. S0837-21-1034, Development of an IoT monitoring system for reducing fine dust in small-scale emission workplaces) ) was performed.
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 면 오염원 내부로 접근하지 않고, 외부에서 면 오염원 내부의 오염물질 배출량을 정확하게 산출 가능한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템을 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to solve this problem, and is to provide a system for calculating the air pollutant emissions from cotton pollutants that can accurately calculate the pollutant emissions inside cotton pollutants from the outside without accessing the inside of the cotton pollutants.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명에 의한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템은, 지표상의 일정 면적을 차지하는 면 오염원의 외부에서 상기 면 오염원 내부의 적어도 어느 한 지점에 대한 대기오염물질 배출량을 산출하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템에 있어서, 상기 면 오염원의 둘레를 따라, 서로 이격되어 배치되는 복수의 지지유니트; 복수의 상기 지지유니트 중 적어도 어느 하나에 배치되어 오염물질 농도를 측정하는 오염물질센서; 복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되며, 상기 오염물질센서로 측정되지 않는 표준물질을 생성하여 상기 지지유니트 주변으로 확산시키는 복수의 표준물질생성모듈; 복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되어 상기 표준물질의 농도를 측정하는 복수의 표준물질센서; 복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되어 상기 지지유니트 및 주변의 대기유동정보 및 환경정보를 수집하는 복수의 환경센서; 및 상기 대기유동정보, 상기 환경정보, 및 측정된 상기 표준물질의 농도로부터 상기 지지유니트로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 상기 표준물질의 농도변화패턴을 산출하고, 측정된 상기 오염물질 농도를 기준으로 상기 표준물질의 농도변화패턴에 따라 상기 면 오염원 내부 특정지점의 오염물질 농도를 예측하는 연산을 하는 연산모듈을 포함한다.The system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants according to the present invention calculates the air pollutant emissions from cotton pollutants for at least one point inside the cotton pollutants outside of the cotton pollutants occupying a certain area on the ground. In the emission calculation system, a plurality of support units arranged to be spaced apart from each other along the perimeter of the surface pollution source; a pollutant sensor disposed on at least one of the plurality of support units to measure pollutant concentration; A plurality of standard material generation modules distributed in the plurality of support units and generating standard materials that are not measured by the contaminant sensor and spreading them around the support units; A plurality of standard substance sensors distributed in the plurality of support units to measure the concentration of the standard substance; A plurality of environmental sensors distributed in the plurality of support units to collect atmospheric flow information and environmental information about the support units and their surroundings; And from the atmospheric flow information, the environmental information, and the measured concentration of the standard substance, a pattern of concentration change of the standard substance that appears according to the change in position on the ground surrounded by the support unit is calculated, and the measured concentration of the pollutant is used as the standard. It includes a calculation module that performs a calculation to predict the concentration of pollutants at a specific point inside the cotton pollutant according to the concentration change pattern of the standard substance.
상기 연산모듈은, 상기 대기유동정보, 상기 환경정보, 및 측정된 상기 표준물질의 농도의 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘으로 학습하여 상기 표준물질의 농도변화패턴을 산출하며, 상기 표준물질의 농도변화패턴은 상기 지표상의 위치변화에 대해 비선형 상관성을 갖는 농도변화패턴을 포함할 수 있다.The calculation module learns the correlation between the atmospheric flow information, the environmental information, and the measured concentration of the standard substance using an artificial intelligence learning algorithm to calculate the concentration change pattern of the standard substance, and the concentration change of the standard substance. The pattern may include a concentration change pattern that has a non-linear correlation with the change in location on the land surface.
복수의 상기 지지유니트는, 상기 면 오염원의 둘레에 불규칙적으로 배치될 수 있다.The plurality of support units may be arranged irregularly around the surface contamination source.
상기 인공지능 학습 알고리즘은 인공신경망 알고리즘을 포함하며, 상기 인공신경망 알고리즘은, 순방향신경망(Feed-forward neural network), 심층신경망(Deep neural network), 및 장단기메모리(long short-term memory) 중의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm includes an artificial neural network algorithm, and the artificial neural network algorithm includes at least one of a feed-forward neural network, a deep neural network, and a long short-term memory. It can contain one.
상기 오염물질센서는 복수로 형성되어 하나의 상기 지지유니트에, 상기 오염물질센서, 상기 표준물질생성모듈, 상기 표준물질센서, 및 상기 환경센서가 적어도 하나씩 배치될 수 있다.The contaminant sensor may be formed in plural, and at least one of the contaminant sensor, the standard substance generation module, the standard substance sensor, and the environmental sensor may be disposed in one of the support units.
상기 지지유니트는, 하나의 상기 표준물질생성모듈이 위치하는 기준플레이트, 및 상기 표준물질생성모듈을 수용 가능한 입방체 형상으로 형성되고 상기 기준플레이트에 연결되어 꼭지점마다 상기 표준물질센서가 배치되는 적어도 하나의 표준물질센서 지지체를 포함할 수 있다.The support unit includes a reference plate on which one of the standard material generation modules is located, and at least one standard material sensor formed at each vertex formed in a cubic shape capable of accommodating the standard material generation module and connected to the reference plate. It may include a reference material sensor support.
상기 표준물질센서 지지체는, 상기 표준물질생성모듈에 대해 중력방향 및 중력과 수직한 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 반복되는 구조를 이룰 수 있다.The standard material sensor support may have a structure that is repeated in at least one of the direction of gravity and the direction perpendicular to gravity with respect to the standard material generation module.
상기 환경센서는, 풍향계, 풍속계, 위치측정기, 및 고도계를 포함할 수 있다.The environmental sensor may include a wind vane, anemometer, position sensor, and altimeter.
상기 환경센서는, 온도계, 습도계, 및 광센서를 더 포함할 수 있다.The environmental sensor may further include a thermometer, a hygrometer, and an optical sensor.
상기 오염물질은 암모니아 및 황화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 표준물질은 일산화탄소 및 산소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The contaminant may include at least one of ammonia and hydrogen sulfide, and the standard material may include at least one of carbon monoxide and oxygen.
본 발명에 의하면, 면 오염원의 외부에 배치되는 장비들로부터 면 오염원 내부에서 발생되는 대기오염물질의 배출량을 보다 정확하게 산출할 수 있다. 따라서 종래 접근이 어려웠던 특정 면 오염원들의 대기오염물질 배출량에 대한 모니터링, 및 해당 면 오염원들에 대한 관리감독 등이 가능해진다. 특히 본 발명은 인공지능에 의한 데이터 분석 및 학습을 통해 종래 예측이 곤란하였던 다양한 상황에서 보다 정확한 배출량의 예측된 값들을 제공함으로써 종래와는 다른 수준의 정확한 대기오염물질 배출량 산출이 가능하다.According to the present invention, it is possible to more accurately calculate the amount of air pollutants generated inside the cotton pollutant from equipment placed outside the cotton pollutant. Therefore, it becomes possible to monitor air pollutant emissions from specific cotton pollutants that were previously difficult to access, and to manage and supervise the pollutants in the area. In particular, the present invention provides more accurate predicted values of emissions in various situations where prediction was difficult in the past through data analysis and learning using artificial intelligence, making it possible to calculate air pollutant emissions at a level different from that of the past.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 배치를 예시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템을 경사가 있는 지표면에 적용한 예를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 연산모듈에 의한 농도변화패턴의 산출과정을 도시한 개념도이다.
도 4는 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 지지유니트의 구조와 그 변형례를 오염물질센서, 표준물질센서, 및 환경센서와 함께 도시한 도면이다.
도 5는 각 지지유니트에서 이루어지는 표준물질의 측정상황을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 복수의 지지유니트가 연동되어 이루어지는 표준물질의 측정상황들을 예시한 도면이다.Figure 1 is a plan view illustrating the arrangement of an air pollutant emission calculation system for cotton pollution sources according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side view showing an example of applying the air pollutant emissions calculation system of Figure 1 to a sloped ground surface.
Figure 3 is a conceptual diagram showing the calculation process of the concentration change pattern by the calculation module of the air pollutant emissions calculation system of Figure 1.
FIG. 4 is a diagram showing the structure of the support unit of the air pollutant emissions calculation system of FIG. 1 and its modification along with a pollutant sensor, a standard material sensor, and an environmental sensor.
Figure 5 is a diagram illustrating the measurement status of standard substances performed in each support unit.
Figures 6 and 7 are diagrams illustrating measurement situations of standard materials in which a plurality of support units are linked.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, and the present embodiments are only provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the invention is merely defined by the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 '면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템'은 '면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출장치'로도 지칭될 수 있다.In this specification, the 'air pollutant emissions calculation system from Myeon pollutants' may also be referred to as 'the air pollutant emissions calculation device from Myeon pollutants.'
이하, 도 1 내지 7을 참조하여 본 발명에 의한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 7, the system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 배치를 예시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템을 경사가 있는 지표면에 적용한 예를 도시한 측면도이다.Figure 1 is a plan view illustrating the arrangement of an air pollutant emission calculation system for surface pollution sources according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows an example of applying the air pollutant emission calculation system of Figure 1 to a sloping ground surface. This is a side view.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템(1)은 면 오염원(S)의 둘레에 배치된 복수의 지지유니트(10)들을 포함한다. 지지유니트(10)들은 면 오염원(S)의 배출량 예측에 필요한 정보들을 (센서들을 통해)수집하고 수집된 정보는 연산모듈(30)로 전송되어 연산된다.Referring to FIG. 1, the air pollutant
각 지지유니트(10)에서 수집되는 정보들에는 오염물질과 유사성이 있는 표준물질에 관한 정보가 포함되어 있다. 수집된 정보는 분석되어 확산에 의해 변동되는 오염물질 농도를 예측할 수 있는 패턴으로 산출된다.The information collected from each
오염물질 농도를 예측할 수 있는 패턴은 표준물질에 관한 정보, 대기유동정보, 및 환경정보 전체가 인공지능 학습 알고리즘으로 학습되어 산출된다. 따라서 종래 분석방법(선형 회귀분석 등)으로 상관성이 명확히 도출되지 않거나 비선형 상관성을 갖는 데이터들(농도와, 지표상의 위치, 풍향, 풍속, 고도, 온도, 습도, 일사량 등)로부터도 유의미한 패턴을 산출하여 정확한 예측에 사용할 수 있다.Patterns that can predict pollutant concentrations are calculated by learning information about standard substances, atmospheric flow information, and environmental information using an artificial intelligence learning algorithm. Therefore, meaningful patterns are generated even from data (concentration, location on the ground, wind direction, wind speed, altitude, temperature, humidity, solar radiation, etc.) for which the correlation is not clearly derived using conventional analysis methods (linear regression analysis, etc.) or have non-linear correlations. So it can be used for accurate predictions.
이러한 본 발명의 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템(1)은 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템(1)은, 지표상의 일정 면적을 차지하는 면 오염원(S)의 외부에서 면 오염원(S) 내부의 적어도 어느 한 지점에 대한 대기오염물질 배출량을 산출하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템(1)에 있어서, 면 오염원(S)의 둘레를 따라, 서로 이격되어 배치되는 복수의 지지유니트(10), 복수의 지지유니트(10) 중 적어도 어느 하나에 배치되어 오염물질 농도를 측정하는 오염물질센서(21), 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되며, 오염물질센서(21)로 측정되지 않는 표준물질을 생성하여 지지유니트(10) 주변으로 확산시키는 복수의 표준물질생성모듈(22), 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되어 표준물질의 농도를 측정하는 복수의 표준물질센서(23), 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되어 지지유니트(10) 및 주변의 대기유동정보 및 환경정보를 수집하는 복수의 환경센서(24), 및 상기 대기유동정보, 상기 환경정보, 및 측정된 상기 표준물질의 농도로부터 지지유니트(10)로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴을 산출하고, 측정된 오염물질 농도를 기준으로 표준물질의 농도변화패턴에 따라 면 오염원(S) 내부 특정지점의 오염물질 농도를 예측하는 연산을 하는 연산모듈(30)을 포함한다.The air pollutant emission calculation system (1) of cotton pollutants according to the present invention is specifically configured as follows. The air pollutant emission calculation system (1) of the cotton pollution source calculates the air pollutant emissions from the outside of the cotton pollution source (S), which occupies a certain area on the ground, to at least one point inside the cotton pollution source (S). In the air pollutant emission calculation system (1), a plurality of support units (10) are disposed spaced apart from each other along the perimeter of the surface pollution source (S), and are disposed on at least one of the plurality of support units (10). A pollutant sensor (21) that measures the concentration of pollutants is dispersed in a plurality of support units (10), and generates standard substances that cannot be measured by the pollutant sensor (21) and spreads them around the support unit (10). A standard material generation module (22), a plurality of standard material sensors (23) distributed in a plurality of support units (10) to measure the concentration of the standard material, and a support unit (23) distributed in a plurality of support units (10). 10) and a plurality of
본 발명의 일 실시예에서 연산모듈(30)은, 대기유동정보, 환경정보, 및 측정된 표준물질 농도의 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘으로 학습하여 표준물질의 농도변화패턴을 산출하며, 표준물질의 농도변화패턴은 지표상의 위치변화에 대해 비선형 상관성을 갖는 농도변화패턴을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 일 실시예에서 오염물질센서(21)는, 복수로 형성되어 하나의 지지유니트(10)에 오염물질센서(21), 표준물질생성모듈(22), 표준물질센서(23), 및 환경센서(24)가 적어도 하나씩 배치될 수 있다. 이하 이러한 본 발명의 일 실시예에 기초하여 본 발명의 구성 및 작용효과 등을 보다 상세히 설명한다.In addition, in one embodiment of the present invention, the
본 발명의 면 오염원(S)은 대기오염원 중에서 지표상에 면으로 나타나는 것을 의미한다. 면 오염원(S)은 지표상의 일정 면적을 차지하는 것으로서 예를 들면, 공장, 축사 등일 수 있다. 본 실시예에서는 축사를 예시로 하여 설명한다.Cotton pollution source (S) of the present invention refers to air pollution sources that appear as cotton on the ground. The surface pollution source (S) occupies a certain area on the ground and may be, for example, a factory or livestock farm. In this embodiment, a livestock farm is used as an example.
면 오염원(S)은 지표상에 형성된 것이므로 지표의 고저가 반영된다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 산지에 형성된 축사 등 여러 경우에 면 오염원(S)은 완전한 평면형태가 아닐 수 있다. 따라서 오염물질 농도 예측 시 지면과 수직한 방향으로의 확산, 고저 차에 의한 습도 및 온도 변화가 미치는 영향 등도 고려할 필요가 있다.Since the surface pollution source (S) is formed on the surface, the elevation of the surface is reflected. That is, as shown in FIG. 2, in many cases, such as livestock farms formed in mountainous areas, the cotton contamination source (S) may not be in a completely flat shape. Therefore, when predicting the concentration of pollutants, it is necessary to consider diffusion in the direction perpendicular to the ground and the effects of changes in humidity and temperature due to elevation differences.
종래에는 면 오염원(S)에 대해 이러한 정밀한 조건들이 고려되지 않았기 때문에, 외부에서 내부 배출량을 예측하더라도 오차가 심하였다. 또한 예측방식도 외부 측정값을 단순 거리비례로 내삽 또는 외삽하는 방식에 불과하였기 때문에 오차가 더욱 심하였다. 본 발명은 이러한 조건들을 모두 데이터화하여 저장, 학습(머신 러닝)하고 학습 결과에 따라 물질확산과 농도변화를 예측하므로, 매우 정확하게 면 오염원(S)의 대기오염물질 배출량을 산출할 수 있다.Since these precise conditions for the cotton pollutant source (S) were not previously considered, errors were severe even when internal emissions were predicted from the outside. In addition, the prediction method was only a method of interpolating or extrapolating external measurements based on simple distance proportions, so the errors were even more severe. The present invention converts all of these conditions into data, stores them, learns them (machine learning), and predicts material diffusion and concentration changes according to the learning results, so it is possible to very accurately calculate the air pollutant emissions from the cotton pollutant (S).
지지유니트(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 면 오염원(S)의 둘레를 따라, 복수 개가 서로 이격되어 배치된다. 각각의 지지유니트(10)는 자체로도 물질의 확산 거동을 파악할 수 있는 측정공간을 형성하며 복수 지지유니트(10)들 전체가 면 오염원(S) 둘레에 분산 배치되어 상호 연계되므로 지지유니트(10)들의 연계에 의해 보다 확대된 측정공간도 동시에 형성된다. 따라서 개별 지지유니트(10) 및/또는 복수 지지유니트(10)들로부터 배출량 예측에 필요한 정보들을 효과적으로 수집할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
오염물질센서(21)는 복수의 지지유니트(10) 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는 지지유니트(10)마다 오염물질센서(21)가 각각 배치된 예를 기준으로 설명하지만, 다른 실시예에서는 복수 지지유니트(10) 전체를 서로 연계되어 확장된 측정공간을 이루는 일종의 망 구조로 고려하여 그 중 필요한 지지유니트(10)에만 오염물질센서(21)를 배치하는 것도 가능하다.The
오염물질센서(21)는 타겟인 오염물질을 측정 가능한 다양한 방식으로 형성된다. 예를 들어, 면 오염원(S)이 축사인 경우, 주된 오염물질은 암모니아(NH3), 황화수소(H2S)등일 수 있으며, 오염물질센서(21)는 해당 오염물질을 측정 가능한 센서로 형성될 수 있다. 오염물질센서(21)는 복수의 센서들이 조합되어 있는 것을 배제하지 않으므로 복수 센서의 조합으로 형성되어도 무방하다.The
표준물질생성모듈(22)은 복수 개가 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되며, 오염물질센서(21)로 측정되지 않는 표준물질을 생성하여 지지유니트(10) 주변으로 확산시킨다. 표준물질생성모듈(22) 역시 본 실시예에서는 지지유니트(10)마다 각각 배치된 예를 기준으로 설명하지만, 다른 실시예에서는 복수 지지유니트(10) 전체를 서로 연계되어 확장된 측정공간을 이루는 망 구조로 고려하고 복수의 선택된 지지유니트(10)에 표준물질생성모듈(22)을 배치하는 것도 가능하다.A plurality of standard substance generation modules (22) are distributed and arranged in a plurality of support units (10), and generate standard substances that cannot be measured by the contaminant sensor (21) and spread them around the support unit (10). In this embodiment, the standard
표준물질생성모듈(22)은 표준물질을 생성할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있으므로 구조나 작동방식 등으로 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 기화에 의해 표준물질 입자를 확산시키는 고체물질이 포함된 형태, 용기 내 표준물질 기체가 담긴 형태, 액체로부터 기화시켜 표준물질을 생성하는 형태 등 표준물질에 따라 가능한 여러 형태로 표준물질생성모듈(22)을 구현할 수 있다.Since the standard
표준물질은 표준물질센서로 측정가능한 물질로, 바람직하게는 오염물질센서(21)로는 탐지되지 않는 물질을 사용한다. 따라서 오염물질센서(21)의 불필요한 작동을 유발하지 않고 주변공간으로 확산시킬 수 있다. 또한, 표준물질은 인체나 환경에 미치는 위해도가 적은 것이 바람직하다. 또한, 표준물질은 타겟인 오염물질과 분자량이 유사한 것일수록 바람직하며, 따라서 오염물질에 따라 종류가 상이한 표준물질이 적용될 수도 있다. 예를 들어, 오염물질이 암모니아 및 황화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 경우, 표준물질은 일산화탄소(CO) 및 산소(O2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일산화탄소는 유독성물질이지만 적정 농도로 희석하여 야외의 넓은 공간에 확산시키면 실질적인 피해 없이 표준물질로도 사용이 가능하다. 즉, 물질 자체의 유해성과 관계 없이, 실질적으로 유해성을 피할 수 있다면, 표준물질로 적용 가능하다.The standard substance is a substance that can be measured by a standard substance sensor, and preferably a substance that is not detected by the
만족스러운 표준물질을 찾기 어려운 경우에는, 임의의 물질을 표준물질로 선정하고 오염물질과 선정된 표준물질 사이의 거동 유사성 등을 파악한 후 추가적인 보정을 해주는 것도 가능하다. 예를 들어, 동일조건에서 오염물질과 표준물질을 동일공간에 확산시키고, 각각에 대한 센서로 둘 사이의 거동 차이를 파악하고, 차이를 보정하는 보정계수 등을 산출하여 추가적인 보정을 해 줄 수 있다. 이러한 보정 시에도 인공지능 학습 알고리즘으로 데이터를 학습시켜 서로 간의 차이를 패턴 등으로 도출하고 차이를 제거하는 보정을 하는 것도 얼마든지 가능하다.If it is difficult to find a satisfactory standard material, it is possible to select an arbitrary material as a standard material and make additional corrections after determining the similarity in behavior between the contaminant and the selected standard material. For example, under the same conditions, pollutants and standard materials can be diffused into the same space, the difference in behavior between the two can be identified using sensors for each, and additional corrections can be made by calculating a correction coefficient that corrects the difference. . During such corrections, it is also possible to learn the data using an artificial intelligence learning algorithm to derive the differences between them as patterns and perform corrections to remove the differences.
표준물질센서(23)는 복수 개가 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되어 표준물질 농도를 측정한다. 표준물질센서(23)는 표준물질을 측정할 수 있는 한도 내에서 방식 등이 특별히 제한될 필요는 없다. 특히 표준물질센서(23)는 하나의 지지유니트(10) 상에도 복수 개가 배치될 수 있으며, 후술하는 것처럼 공간 상에 주기적으로 배열되어 표준물질생성모듈(22)을 둘러싸는 구조적 배치를 형성할 수 있다. 지지유니트(10)의 구조적 특징은 후술하여 좀더 상세히 설명한다.A plurality of
환경센서(24)는 복수 개가 복수의 지지유니트(10)에 분산 배치되어, 지지유니트(10) 주변의 대기유동정보 및 환경정보를 수집한다. 환경센서(24) 역시 복수 센서들의 조합으로 형성될 수 있으며, 예를 들면 다음과 같은 장치들의 복합으로 형성될 수 있다.A plurality of
환경센서(24)는 풍향계, 풍속계, 위치측정기, 및 고도계를 포함할 수 있으며, 필요에 따라 온도계, 습도계, 및 광센서를 더 포함할 수 있다. 즉 환경센서(24)는 원하는 환경조건을 측정할 수 있는 다양한 기기들의 조합으로 형성될 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 환경센서(24)는 데이터 통신 등을 통해 국가전산망 등에 연결되어 필요한 환경정보를 제공받는 형태로도 구현이 가능하다. 다만 본 실시예에서는 복수 기기들이 조합된 형태로 설명한다.The
환경센서(24)는, 면 오염원(S) 둘레에 배치된 지지유니트(10) 상에서 측정지역의 대기유동정보를 풍향계 및 풍속계로 수집할 수 있고, 지표상의 위치와 고저에 대한 정보를 위치측정기(예, GPS장치) 및 고도계로 수집할 수 있다. 또한, 온도, 습도, 및 일사량(광량으로부터 측정)에 대한 정보를 온도계, 습도계, 및 광센서로 수집할 수 있다. The
따라서 환경정보는 지표상의 위치와 고저, 및 온도, 습도, 일사량 등 면 오염원(S)이 위치한 지역과 그 주변 환경의 획득 가능한 정보를 대부분 포함할 수 있다. 나열된 외에도 환경정보는 대응하는 측정기 등을 이용하여 필요에 따라 얼마든지 추가될 수 있다.Therefore, environmental information can include most of the obtainable information about the area where the pollutant source (S) is located and its surrounding environment, such as location and elevation on the ground, temperature, humidity, and solar radiation. In addition to what is listed, environmental information can be added as needed using corresponding measuring devices, etc.
연산모듈(30)은, 환경센서(24)로부터 수집된 대기유동정보와 환경정보, 및 표준물질센서(23)로부터 측정된 표준물질 농도로부터, 지지유니트(10)로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴을 산출한다. 또한 연산모듈(30)은 오염물질센서(21)에서 측정된 오염물질 농도를 기준으로, 산출된 표준물질의 농도변화패턴에 따라 면 오염원(S) 내부 특정지점의 오염물질 농도를 예측하는 연산도 병행한다. 연산모듈(30)의 연산과정과 구성을 도 3을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.The
도 3은 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 연산모듈에 의한 농도변화패턴의 산출과정을 도시한 개념도이다.Figure 3 is a conceptual diagram showing the calculation process of the concentration change pattern by the calculation module of the air pollutant emissions calculation system of Figure 1.
우선 연산모듈(30)은 일종의 컴퓨터장치로 형성될 수 있다. 연산모듈(30)에서 수행되는 연산은 하나 또는 둘 이상의 cpu 상에서 실행되는 하나 또는 둘 이상의 연산프로그램에 의할 수 있다. 연산모듈(30)은 지지유니트(10)와는 떨어져서 원격으로 배치될 수 있으나, 지지유니트(10)에 위치한 오염물질센서(21), 표준물질센서(23), 환경센서(24)들과는 유선 또는 무선으로 데이터통신이 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 도 3과 같이 오염물질센서(21), 표준물질센서(23), 환경센서(24) 각각이 수집하여 전송한 데이터들을 알고리즘에 의해 연산할 수 있다.First, the
연산모듈(30)은 특히 인공지능 학습 알고리즘으로 각 센서들이 전송한 데이터를 반복하여 학습한다. 다수 데이터들의 관계를 일종의 패턴으로 파악하고 패턴 학습, 학습된 패턴의 비교 등을 통해 패턴을 분류하는 것도 가능하다. 이러한 인공지능 학습 알고리즘에 의한 기계 학습을 통해서, 연산모듈(30)은 지지유니트(도 1 및 도 2의 10참조)로 둘러싸인 지표(즉, 면 오염원이 위치한 측정공간)상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴을 산출한다.In particular, the
연산모듈(30)의 인공지능 학습 알고리즘은, 입력층과 출력층 사이에 복수의 계산 노드들로 이루어진 은닉층이 적어도 하나 형성된 인공신경망(ANN: Artificial neural network) 알고리즘을 포함하며, 인공신경망 알고리즘은, 순방향신경망(Feed-forward neural network), 심층신경망(Deep neural network), 및 장단기메모리(long short-term memory) 중의 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The artificial intelligence learning algorithm of the
보다 상세히 설명하면, 인공신경망 알고리즘에서 각 층의 노드들은 가중치 부여된 함수들일 수 있다. 이들은 네트워크 형태로 인공적인 뉴런을 구성하며 알고리즘에 따라 이들의 합성에 의한 연산이 수행된다. 데이터는 입력층의 노드들에 입력된 후 이로부터 은닉층에 형성된 복수의 노드들을 거쳐, 출력층의 노드들로 전파되며 연산된다.To explain in more detail, in an artificial neural network algorithm, the nodes of each layer may be weighted functions. These constitute artificial neurons in the form of a network, and calculations are performed through their synthesis according to an algorithm. Data is input to the nodes of the input layer, passes through a plurality of nodes formed in the hidden layer, and is propagated to the nodes of the output layer for calculation.
연산과정에서 노드의 가중치는 역전파법(back propagation) 등에 의해 갱신되어 결과가 최적화되도록 구성될 수 있다. 따라서 연산에 의한 결과로부터 예를 들면, 비선형 상관관계 등 입력데이터간 다양한 상관관계가 나타난 모델링 등이 가능하고, 다수, 다종의 입력데이터에서 종래 손쉽게 파악하기 어려운 데이터간 연관성, 유사성 등도 파악된다. 각 노드나 노드를 합성하거나 노드의 결과를 처리하는 함수 등을 적절히 조정하거나 선택하여, 원하는 종류의 연산을 수행하는 인공신경망을 구성할 수 있다.During the calculation process, the weight of the node can be updated by back propagation, etc. to optimize the result. Therefore, from the results of calculations, for example, modeling that shows various correlations between input data, such as non-linear correlation, is possible, and correlations and similarities between data that are difficult to easily identify in the past from multiple and various types of input data are also identified. By appropriately adjusting or selecting each node or function that synthesizes the nodes or processes the results of the node, an artificial neural network that performs the desired type of operation can be constructed.
순방향신경망, 심층신경망, 장단기메모리는 알려진 인공신경망들 중 하나로 각각 다음과 같은 특징이 있다. 순방향신경망은 예를 들어 근사와 추정에 적합하게 사용될 수 있고, 심층신경망은 딥 러닝을 통해 복잡한 데이터에서 보다 핵심적인 내용을 추출하는 데 효과적일 수 있다. 장단기메모리는 순환신경망(RNN: Recurrent neural network)을 개선시킨 것으로 순환신경망과 같이 시간이 포함된 데이터 처리에 유리하며 순환신경망보다 장기의 데이터를 고려하므로 경로 예측 등에 효과적일 수 있다. Forward neural network, deep neural network, and long-short-term memory are among the known artificial neural networks, and each has the following characteristics. For example, forward neural networks can be used appropriately for approximation and estimation, and deep neural networks can be effective in extracting more core content from complex data through deep learning. Long-short-term memory is an improvement on the recurrent neural network (RNN), and is advantageous for processing data that includes time like a recurrent neural network. Since it considers long-term data rather than a recurrent neural network, it can be effective in path prediction, etc.
연산모듈(30)은 이러한 인공신경망 알고리즘 중 적어도 어느 하나로 면 오염원 둘레에서 수집된 데이터를 학습하여 면 오염원 주변 및/또는 내부까지 지표상의 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴을 산출할 수 있다. 상기한 신경망들에 의해, 학습에는 수집된 데이터에 의한 예측도 포함될 수 있다. 농도변화패턴은, 학습된 데이터들의 조합으로 구성된 것일 수 있으며, 면 오염원 둘레에서 수집한 측정공간에 대한 정보의 총체가 반영되어 있으므로 변동하는 정보(예, 풍향, 풍속 등 대기유동정보 및 온도, 습도, 일사량 등 환경정보)들의 세트에 대응하여 복수로 산출될 수 있다.The
예를 들어, 온도, 습도, 일사량, 및 풍향, 풍속이 특정된 환경조건(환경조건1)에서 지표상의 위치변화에 따른 표준물질의 농도변화분포가 나타난 농도변화패턴(농도변화패턴1)이 산출되면, 온도, 습도, 일사량, 및 풍향, 풍속이 변화된 환경조건(환경조건2)에서는 대응하여 지표상의 위치변화에 따른 표준물질의 농도변화분포가 바뀐 변화된 농도변화패턴(농도변화패턴2)이 산출될 수 있다. 이러한 산출이 데이터 학습과정에서 반복, 갱신될 수 있다. 환경조건의 조합에 따라 무수히 많은 농도변화패턴을 산출, 저장, 및 갱신하면서, 오염물질 배출량 예측 시점의 환경조건과 매칭되는 정확한 농도변화패턴으로 오염물질 배출량을 예측할 수 있다.For example, under environmental conditions (environmental condition 1) where temperature, humidity, solar radiation, wind direction, and wind speed are specified, a concentration change pattern (concentration change pattern 1) showing the concentration change distribution of the standard substance according to the change in location on the ground is calculated. Then, in environmental conditions (environmental condition 2) where temperature, humidity, solar radiation, wind direction, and wind speed have changed, a changed concentration change pattern (concentration change pattern 2) in which the concentration change distribution of the standard substance has changed according to the change in location on the ground is calculated. It can be. These calculations can be repeated and updated during the data learning process. By calculating, storing, and updating countless concentration change patterns according to combinations of environmental conditions, pollutant emissions can be predicted with accurate concentration change patterns that match the environmental conditions at the time of pollutant discharge prediction.
표준물질의 농도변화패턴은 예를 들어, 온도, 습도, 일사량, 풍향, 풍속 등 환경조건이 특정된 상태에서, 지표상에서 위치가 바뀔 때 확산에 의해 바뀌는 농도 변화량 또는 변화비율의 분포가 일종의 맵 형태로 나타난 것일 수도 있다. (전술한 바와 같이 학습은 예측을 포함하므로 농도 변화량 또는 변화비율 분포는 학습과정에서 예측된 데이터도 적어도 부분적으로 포함될 수 있다) 예를 들면, 측정공간(면 오염원이 위치한 지표상의 공간) 내 한 점과 다른 점간 변위에 대응하는 농도변화의 비율이 각 점마다 정의되어 있는 농도변화패턴도 얼마든지 산출 가능하다.The concentration change pattern of a standard substance is, for example, a kind of map that shows the distribution of the concentration change amount or change rate that changes due to diffusion when the location on the ground changes when environmental conditions such as temperature, humidity, solar radiation, wind direction, and wind speed are specified. It may have appeared as . (As mentioned above, learning involves prediction, so the distribution of concentration change or change rate may at least partially include data predicted during the learning process.) For example, one point in the measurement space (the space on the ground where the surface pollution source is located). It is also possible to calculate a concentration change pattern in which the ratio of concentration change corresponding to the displacement between different points is defined for each point.
따라서 농도변화패턴에 따라서 공간 상의 농도 변화량을 역으로 추적하면 면 오염원 바깥에서 측정한 오염물질 농도값으로부터 면 오염원 내부 특정지점의 오염물질 배출량도 편리하게 예측할 수 있다.Therefore, if you trace the change in concentration in space according to the concentration change pattern, you can conveniently predict the emission of pollutants at a specific point inside the pollutant source from the pollutant concentration value measured outside the pollutant source.
즉, 면 오염원 내부 특정지점의 오염물질의 배출량은, 오염물질센서(21)가 면 오염원 바깥에서 측정한 오염물질 농도를 기준으로, 산출된 표준물질의 농도변화패턴에 따라 예측할 수 있다. 표준물질과 오염물질의 분자량이 거의 유사한 경우, 산출된 표준물질의 농도변화패턴을 오염물질에 그대로 적용하여 면 오염원 내 지점의 오염물질 배출량을 예측할 수 있다. In other words, the emission of pollutants at a specific point inside the cotton pollution source can be predicted according to the concentration change pattern of the standard substance calculated based on the pollutant concentration measured outside the cotton pollution source by the
또한, 전술한 것처럼 오염물질과 표준물질 사이에 차이가 있어 바로 적용이 어려운 경우에는 차이를 제거할 수 있는 보정을 전술한 인공지능 학습 알고리즘 등으로 수행하고 역시 산출된 농도변화패턴을 이용하여 면 오염원 내 오염물질 배출량을 예측할 수 있다.In addition, as described above, if there is a difference between the pollutant and the standard material and it is difficult to apply it right away, correction to remove the difference is performed using the artificial intelligence learning algorithm, etc., and the calculated concentration change pattern is used to determine the pollutant source. I can predict my pollutant emissions.
이상의 농도변화패턴 산출 및 적용방식은 구체적인 상황을 개념적으로 예시한 것이며, 구체적인 적용방식은 지지유니트를 어떻게 활용하는 지에 따라 달라질 수 있다. 전술한 것처럼 각 지지유니트 자체가 물질의 확산 거동을 파악할 수 있는 공간을 형성하므로 각 지지유니트에서 수집한 데이터를 지지유니트 별로 학습시킨 후 복수 지지유니트들의 학습결과를 종합하여 농도변화패턴을 산출하는 것도 가능하며, 또한, 면 오염원 둘레에 분산 배치된 복수 지지유니트들 전체가 (면 오염원까지 포함하는)확대된 측정공간을 형성하는 것으로도 볼 수 있으므로, 복수 지지유니트들 전체에서 수집된 데이터를 한꺼번에 학습시켜 면 오염원이 포함된 전체 공간에 대한 표준물질의 농도변화패턴을 바로 산출하는 것도 가능하다.The above concentration change pattern calculation and application method is a conceptual illustration of a specific situation, and the specific application method may vary depending on how the support unit is used. As mentioned above, each support unit itself forms a space where the diffusion behavior of the material can be identified, so it is also possible to calculate the concentration change pattern by learning the data collected from each support unit for each support unit and then combining the learning results of multiple support units. In addition, since all of the multiple support units distributed around the surface contamination source can be seen as forming an expanded measurement space (including the surface contamination source), data collected from all of the multiple support units can be learned at once. It is also possible to immediately calculate the concentration change pattern of the standard substance for the entire space containing the pollutant.
이하, 지지유니트의 구조를 좀더 상세히 설명한 후, 표준물질의 농도변화패턴 산출 및 적용방식 등을 좀더 구체적으로 예시 설명한다.Below, the structure of the support unit will be described in more detail, and then the calculation and application method of the concentration change pattern of the standard substance will be explained in more detail.
도 4는 도 1의 대기오염물질 배출량 산출시스템의 지지유니트의 구조와 그 변형례를 오염물질센서, 표준물질센서, 및 환경센서와 함께 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing the structure of the support unit of the air pollutant emissions calculation system of FIG. 1 and its modification along with a pollutant sensor, a standard material sensor, and an environmental sensor.
도 4를 참조하면, 지지유니트(10)는 하나의 표준물질생성모듈(22)이 위치하는 기준플레이트(110) 및 표준물질생성모듈(22)을 수용가능한 입방체 형상의 표준물질센서 지지체(120)를 포함한다. 표준물질센서 지지체(120)는 기준플레이트(110)에 연결되며 입방체의 꼭지점마다 표준물질센서(23)가 배치된다. 지지유니트(10)는 표준물질센서 지지체(120)를 적어도 하나 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
모든 표준물질센서 지지체(120)가 기준플레이트(110)와 반드시 직접 연결될 필요는 없지만 적어도 하나는 기준플레이트(110)와 직접 연결된다. 추가된 표준물질센서 지지체(120)는 다른 표준물질센서 지지체(120)에 결합되어 간접적으로 기준플레이트(110)에 연결될 수 있다. 표준물질센서 지지체(120)와 기준플레이트(110)의 연결은 이러한 직, 간접 연결을 포함한다.All reference material sensor supports 120 are not necessarily directly connected to the
표준물질센서 지지체(120)의 한 변은 예를 들어, 미터 단위의 길이를 가질 수 있다. 따라서 도 4의 (a), (b), (c)에 예시된 형태 각각은 수직 및 수평방향으로 수 미터 길이의 입체적인 점유공간을 갖게 된다. 이러한 공간은 표준물질센서 지지체(120)의 꼭지점마다 배치되는 다수의 표준물질센서(23)에 의해 둘러싸여 있으므로, 표준물질생성모듈(22)에서 확산된 표준물질의 농도 변화를 측정하기 매우 유리하다.One side of the standard
표준물질센서 지지체(120)는, 표준물질생성모듈(22)에 대해 중력방향 및 중력과 수직한 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 반복되는 구조를 이룰 수 있다. 그에 따라 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이 수직방향으로 연장된 다층구조인 지지유니트(10-1) 나, 도 4의 (C)와 같이 수직 및 수평방향으로 모두 연장된 복합적 다층구조인 지지유니트(10-2) 등으로 다양하게 변형할 수 있다.The standard
이러한 구조의 지지유니트(10)는 실질적으로 표준물질생성모듈(22)을 상하 좌우로 다수의 표준물질센서(23)가 둘러싸는 구조이기 때문에, 표준물질의 확산경로에 위치한 표준물질센서(23)들로 위치변화에 따른 표준물질의 농도변화를 효과적으로 측정할 수 있다. 표준물질센서 지지체(120)를 반복적으로 다수 연결하거나 변의 길이를 증가시키면, 지지유니트(10)가 점유하는 공간도 확대할 수 있고, (실측되는 공간이 증가하므로)표준물질의 농도변화패턴의 정확도도 향상시킬 수 있다.Since the
지지유니트(10)의 다른 지점에는 오염물질센서(21) 및 환경센서(24)를 배치할 수 있으며, 남은 공간에는 또 다른 센서나 데이터 통신용 기기, 전원 기기와 같은 추가기기(25)도 편리하게 배치할 수 있다. 본 발명의 지지유니트(10)는 자체적으로 이와 같이 공간을 입체적으로 점유하도록 구성되어 있다.The
도 5는 각 지지유니트에서 이루어지는 표준물질의 측정상황을 예시한 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating the measurement status of standard substances performed in each support unit.
이러한 지지유니트(10)의 구조를 이용하여 우선적으로, 도 5와 같이 지지유니트(10)가 점유하는 공간 내에서 표준물질생성모듈(22)이 생성한 표준물질이 어떻게 확산되고 농도가 변화되는지 측정할 수 있다. 표준물질은 도 5의 (a)처럼 평면 상에서 바뀌는 바람(W)방향으로 더 많이 확산되므로, 표준물질센서(23)들은 표준물질생성모듈(22)과 (입방체 형상의 표준물질 지지체에 의해) 대략 동일간격으로 떨어져 있더라도 서로 다른 농도값(A, B, C, D)을 검출할 수 있다.Using the structure of the
마찬가지로, 표준물질은 도 5의 (b)와 같이 측면 상에서 바뀌는 바람(W) 방향으로도 더 많이 확산된다. 따라서 표준물질센서(23)들은 표준물질생성모듈(22)과 상하방향으로 대략 동일간격 떨어져 있더라도 역시 서로 다른 농도값(A, B, A', B', A", B")을 검출할 수 있다. Likewise, the standard material diffuses more in the direction of the wind (W), which changes on the side, as shown in Figure 5 (b). Therefore, the
이와 같이 표준물질센서(23)들은 표준물질생성모듈(22) 둘레에서 입체적으로 농도변화를 검출할 수 있다. 측정된 농도값들은 측정시 환경센서(24)가 수집한 대기유동정보(풍향 및 풍속) 및 환경정보(지표상의 위치, 고도, 온도, 습도, 일사량 등)와 함께 연산모듈(도 1 내지 도 3의 30참조)로 전송되어 학습된다. 반복되는 데이터 수집, 전송, 및 학습과정을 통해서, 연산모듈(30)은 각 표준물질센서(23)가 배치된 지점뿐만 아니라 표준물질센서(23) 사이의 지점 등 학습을 통해 예측이 가능한 지점의 농도변화들도 함께 산출할 수 있다. 이를 통해 표준물질의 농도변화분포가 산출될 수 있다.In this way, the
이러한 표준물질의 농도변화분포는 서로 다른 복수의 지지유니트(10) 각각에서 수집된 정보에 의해 개별적으로 산출된 후 서로 종합될 수 있다. 모든 지지유니트(10)들은 면 오염원의 둘레에 인접하고 있으므로, 이와 같이 지지유니트(10)들에 대해 산출된 표준물질의 농도변화분포를 지지유니트(10)로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴으로 환산 적용할 수 있다. 이러한 경우에는 예를 들어, 지지유니트(10)의 거리단위를 거리비례를 통해 면 오염원 내부의 확대된 거리단위로 환산시켜 오염물질의 농도를 예측하는 데 사용할 수 있다.The concentration change distribution of these standard substances can be individually calculated using information collected from each of a plurality of
도 6 및 도 7은 복수의 지지유니트가 연동되어 이루어지는 표준물질의 측정상황들을 예시한 도면이다.Figures 6 and 7 are diagrams illustrating measurement situations of standard materials in which a plurality of support units are linked.
한편 농도변화패턴은 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 면 오염원(S) 둘레에 분산 배치된 복수 지지유니트(10)들 전체를 한꺼번에 활용하여 산출될 수도 있다.Meanwhile, the concentration change pattern may be calculated by utilizing all of the plurality of
복수 지지유니트(10)들은 확장된 공간에 서로 떨어져 있기 때문에, 공간 상에서 보다 넓게 형성되는 대기유동(도시된 바람(W)방향을 따라 면 오염원을 연속적으로 가로지는 유선으로 생각할 수 있다)을 복수 지지유니트(10)들로부터 예측해 볼 수 있다. 예를 들면, 각 지지유니트(10)들을 면 오염원(S)을 둘러싸는 전체공간의 한 점으로 보고, 바람방향은 서로 인접한 점들을 통과할 때 방향이 급격히 변하지 않는 일반적인 상황을 가정하면 데이터학습을 통해 면 오염원(S)을 통과하는 대기유동의 예측도 가능하다. 전술한 것처럼 학습은 예측을 포함하므로 풍향 및 풍속 데이터의 반복된 학습을 통해 측정되지 않은 면 오염원(S) 내부의 유동방향도 예측될 수 있다.Since the plurality of
이와 같이 면 오염원을 통과하는 대기유동이 예측 가능하므로, 각 지지유니트(10)에서 전송된 표준물질센서(23)들의 농도값의 변화를 한꺼번에 학습시키면, 복수 지지유니트(10)들로 둘러싸인 면 오염원(S)과 그 주변 전체가 단일한 측정공간으로 학습되어 해당 전체공간에 대해 면 오염원(S)을 가로지르는 대기유동에 의해 발생되는 표준물질의 농도변화분포가 바로 산출될 수도 있다.Since the atmospheric flow passing through the surface pollution source is predictable in this way, if the changes in the concentration values of the
즉 복수 지지유니트(10)들 전체가 서로 다른 바람(W)에 의해 각 방향으로 더 많이 확산되는 표준물질센서(23)들의 농도값들을 측정하고, 농도측정값은 측정시 대기유동정보(풍향 및 풍속) 및 환경정보(지표상의 위치, 고도, 온도, 습도, 위치 일사량 등)와 함께 연산모듈(도 1 내지 도 3의 30참조)로 전송되어 한꺼번에 학습될 수 있다. That is, all of the plurality of
(각 지지유니트 들에서 확산의 차이에 의해 서로 다르게 나타나는 표준물질의 농도측정값들은 각각 A1~D1, A2~D2, A3~D3로 표시되었으며 이는 도7도 같다)(The concentration measurements of standard substances that appear different due to differences in diffusion in each support unit are indicated as A1~D1, A2~D2, and A3~D3, respectively, and are the same as Figure 7.)
이러한 농도변화패턴 산출방식은 실질적으로 전술한 지지유니트(10)로 점유된 공간에 대한 학습방식과도 크게 다르지 않다. 단지 지지유니트가 점유한 공간이 면 오염원이 분포한 전공간으로, 지지유니트의 점유공간을 둘러싸는 표준물질센서가 면 오염원을 둘러싸는 복수의 지지유니트로 각각 대응하여 바뀐 정도로 볼 수도 있다. This concentration change pattern calculation method is not substantially different from the learning method for the space occupied by the
따라서 데이터 학습을 통해 지지유니트(10)들이 배치되지 않은 지역(면 오염원 내부 지역을 포함함)의 표준물질 농도변화분포도 예측하여 산출할 수 있고, 확장된 공간 전체에 대해 산출된 표준물질의 농도변화분포를 지지유니트(10)로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 표준물질의 농도변화패턴으로 바로 적용할 수도 있다.Therefore, through data learning, it is possible to predict and calculate the concentration change distribution of standard substances in areas where the
이처럼 표준물질의 농도변화패턴이 산출되면 역시 면 오염원(S) 내부 특정지점에 대한 오염물질 농도는 면 오염원(S) 둘레에서 측정한 오염물질 농도로부터 역산하여 바로 예측할 수 있다.If the concentration change pattern of the standard substance is calculated in this way, the pollutant concentration at a specific point inside the cotton pollutant (S) can be directly predicted by backcalculating from the pollutant concentration measured around the cotton pollutant (S).
지지유니트(10)들은 환경센서(24)에 포함된 위치측정기(GPS등)에 의해 지표상의 위치나 상대거리 등이 정확하게 알려져 있으므로, 이들을 정확히 등간격으로 배치할 필요는 없다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 비정형적 형상의 면 오염원(S-1) 둘레에도 지지유니트(10)들을 원하는 위치에 자유롭게 배치하여 측정할 수 있다.Since the positions and relative distances of the
복수의 지지유니트(10)는 면 오염원(S)의 둘레에 이와 같이 불규칙적으로 배치될 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 각각 개별적으로 데이터를 수집하여 개별 점유공간에 대한 농도변화분포 등의 산출도 가능하므로, 얼마든지 개별 배치하여 사용할 수 있다. 즉 측정공간의 바람(W)방향 등을 고려하여 확산이 더 많이 일어나는 쪽으로 지지유니트(10)의 개수를 추가하여 측정하는 것도 얼마든지 가능하다. Not only can the plurality of
이러한 방식으로 복수의 지지유니트(10)를 다양한 형태의 면 오염원(S) 둘레에 배치하여 오염원(S) 내부 특정 지점의 오염물질 농도를 산출할 수 있다.In this way, by arranging a plurality of
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
1: 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템
10: 지지유니트 21: 오염물질센서
22: 표준물질생성모듈 23: 표준물질센서
24: 환경센서 25: 추가기기
30: 연산모듈 110: 기준플레이트
120: 표준물질센서 지지체
S: 면 오염원 W: 바람 1: Calculation system for air pollutant emissions from pollutants in Myeon
10: Support unit 21: Pollutant sensor
22: Standard material generation module 23: Standard material sensor
24: Environmental sensor 25: Additional device
30: calculation module 110: reference plate
120: Standard material sensor support
S: Cotton Pollution source W: Wind
Claims (10)
상기 면 오염원의 둘레를 따라, 서로 이격되어 배치되는 복수의 지지유니트;
복수의 상기 지지유니트 중 적어도 어느 하나에 배치되어 오염물질 농도를 측정하는 오염물질센서;
복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되며, 상기 오염물질센서로 측정되지 않는 표준물질을 생성하여 상기 지지유니트 주변으로 확산시키는 복수의 표준물질생성모듈;
복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되어 상기 표준물질의 농도를 측정하는 복수의 표준물질센서;
복수의 상기 지지유니트에 분산 배치되어 상기 지지유니트 및 주변의 대기유동정보 및 환경정보를 수집하는 복수의 환경센서; 및
상기 대기유동정보, 상기 환경정보, 및 측정된 상기 표준물질의 농도로부터 상기 지지유니트로 둘러싸인 지표상에서 위치변화에 따라 나타나는 상기 표준물질의 농도변화패턴을 산출하고,
측정된 상기 오염물질 농도를 기준으로 상기 표준물질의 농도변화패턴에 따라 상기 면 오염원 내부 특정지점의 오염물질 농도를 예측하는 연산을 하는 연산모듈을 포함하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.In the air pollutant emission calculation system for cotton pollutants that calculates the air pollutant emissions for at least one point inside the cotton pollution source outside of the cotton pollution source occupying a certain area on the ground,
A plurality of support units arranged to be spaced apart from each other along the perimeter of the surface contamination source;
a pollutant sensor disposed on at least one of the plurality of support units to measure pollutant concentration;
A plurality of standard material generation modules distributed in the plurality of support units and generating standard materials that are not measured by the contaminant sensor and spreading them around the support units;
A plurality of standard substance sensors distributed in the plurality of support units to measure the concentration of the standard substance;
A plurality of environmental sensors distributed in the plurality of support units to collect atmospheric flow information and environmental information about the support units and their surroundings; and
From the atmospheric flow information, the environmental information, and the measured concentration of the standard substance, a concentration change pattern of the standard substance that appears according to the change in position on the ground surrounded by the support unit is calculated,
An air pollutant emission calculation system of a cotton pollutant source including an operation module that performs a calculation to predict the pollutant concentration at a specific point inside the cotton pollutant source according to the concentration change pattern of the standard substance based on the measured pollutant concentration.
상기 연산모듈은, 상기 대기유동정보, 상기 환경정보, 및 측정된 상기 표준물질의 농도의 상관관계를 인공지능 학습 알고리즘으로 학습하여 상기 표준물질의 농도변화패턴을 산출하며, 상기 표준물질의 농도변화패턴은 상기 지표상의 위치변화에 대해 비선형 상관성을 갖는 농도변화패턴을 포함하는, 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to paragraph 1,
The calculation module learns the correlation between the atmospheric flow information, the environmental information, and the measured concentration of the standard substance using an artificial intelligence learning algorithm to calculate the concentration change pattern of the standard substance, and the concentration change of the standard substance. The pattern is a system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants, including a concentration change pattern with a non-linear correlation with the change in location on the land surface.
복수의 상기 지지유니트는, 상기 면 오염원의 둘레에 불규칙적으로 배치되는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to paragraph 2,
A system for calculating air pollutant emissions from a cotton pollutant source, wherein the plurality of support units are irregularly arranged around the cotton pollutant source.
상기 인공지능 학습 알고리즘은 인공신경망 알고리즘을 포함하며, 상기 인공신경망 알고리즘은, 순방향신경망(Feed-forward neural network), 심층신경망(Deep neural network), 및 장단기메모리(long short-term memory) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to paragraph 2,
The artificial intelligence learning algorithm includes an artificial neural network algorithm, and the artificial neural network algorithm includes at least one of a feed-forward neural network, a deep neural network, and a long short-term memory. A system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants, including one.
상기 오염물질센서는 복수로 형성되어 하나의 상기 지지유니트에, 상기 오염물질센서, 상기 표준물질생성모듈, 상기 표준물질센서, 및 상기 환경센서가 적어도 하나씩 배치되는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to paragraph 1,
The pollutant sensor is formed in plural, and at least one pollutant sensor, the standard material generation module, the standard material sensor, and the environmental sensor are disposed in one of the support units. An air pollutant emission calculation system of a pollutant source. .
상기 지지유니트는, 하나의 상기 표준물질생성모듈이 위치하는 기준플레이트, 및 상기 표준물질생성모듈을 수용 가능한 입방체 형상으로 형성되고 상기 기준플레이트에 연결되어 꼭지점마다 상기 표준물질센서가 배치되는 적어도 하나의 표준물질센서 지지체를 포함하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to clause 5,
The support unit includes a reference plate on which one of the standard material generation modules is located, and at least one standard material sensor formed at each vertex formed in a cubic shape capable of accommodating the standard material generation module and connected to the reference plate. Air pollutant emission calculation system from cotton pollutants including standard material sensor support.
상기 표준물질센서 지지체는, 상기 표준물질생성모듈에 대해 중력방향 및 중력과 수직한 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 반복되는 구조를 이루는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to clause 6,
The standard material sensor support is a surface pollutant emission calculation system that has a structure that is repeated in at least one of the direction of gravity and the direction perpendicular to gravity with respect to the standard material generation module.
상기 환경센서는, 풍향계, 풍속계, 위치측정기, 및 고도계를 포함하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to clause 5,
The environmental sensor is a system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants, including a wind vane, an anemometer, a position measurer, and an altimeter.
상기 환경센서는, 온도계, 습도계, 및 광센서를 더 포함하는 면오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to clause 8,
The environmental sensor is a system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants, further comprising a thermometer, a hygrometer, and an optical sensor.
상기 오염물질은 암모니아 및 황화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 표준물질은 일산화탄소 및 산소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 면 오염원의 대기오염물질 배출량 산출시스템.According to paragraph 1,
The pollutant includes at least one of ammonia and hydrogen sulfide, and the standard material includes at least one of carbon monoxide and oxygen. A system for calculating air pollutant emissions from cotton pollutants.
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