KR20110098102A - Air quality monitoring system and air quality control system - Google Patents

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KR20110098102A
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Abstract

본 발명은 지하 실내 공기질 모니터링 방법 및 지하 실내 공기질을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템으로서, 실내 변수를 측정하는 실내센서와, 실외 변수를 측정하는 실외센서를 포함하는 복수의 센서와, 상기 복수의 센서에 의한 변수들을 입력변수로 하는 실내 공기질 함수 모듈과, 실외 센서에 의한 측정값을 입력변수로 포함하는 실외 오염도 함수를 포함하며, 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 기준범위에 따라 운전 모드신호를 출력하는 제어부와, 상기 운전모드신호에 따라 실외 공기를 정화하여 실내로 유입시키는 환기모드 또는 실내 공기를 흡입하여 정화한 후 실내로 순환시키는 순환모드로 동작되는 순환모드로 동작되는 공기조화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a method for monitoring underground indoor air quality and a system for controlling underground indoor air quality.
An indoor indoor air quality control system according to the present invention, comprising: a plurality of sensors including an indoor sensor measuring an indoor variable, an outdoor sensor measuring an outdoor variable, and an indoor air quality function module using variables by the plurality of sensors as input variables And an outdoor pollution degree function including a measured value by an outdoor sensor as an input variable, wherein the indoor air quality function value outputs an operation mode signal according to the first air quality reference range, and the outdoor air according to the operation mode signal. It characterized in that it comprises an air conditioning unit which operates in a circulation mode that operates in a circulating mode to purify the ventilation mode or indoor air after inhaling and purifying the indoor air.

Description

지하 실내 공기질 모니터링 방법 및 지하 실내 공기질 제어 시스템{AIR QUALITY MONITORING SYSTEM AND AIR QUALITY CONTROL SYSTEM}Indoor indoor air quality monitoring method and underground indoor air quality control system {AIR QUALITY MONITORING SYSTEM AND AIR QUALITY CONTROL SYSTEM}

본 발명은 지하 실내 공기질 모니터링 방법 및 지하 실내 공기질을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring underground indoor air quality and a system for controlling underground indoor air quality.

대기오염이 심각해지는 오늘날 공기질을 모니터링하고 이를 진단하는 시스템 및 방법은 현대 사회에서 매우 중요한 기술로 부각되고 있다.In today's world, where air pollution becomes severe, systems and methods for monitoring and diagnosing air quality are emerging as critical technologies in modern society.

특히, 지하터미널, 지하쇼핑센터 또는 지하철 역사 등과 같은 특수한 공간의 경우, 한정된 공간 내에 많은 사람들이 운집되어 있고 다른 공간에 비하여 발생된 오염물질이 공간 내부에 그대로 정체되어 있을 가능성이 높기 때문에 이용자의 건강 및 편의를 위하여 공기질을 실시간으로 감시하여 보다 정확하고 간편하게 공기질을 진단할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.In particular, in special spaces such as underground terminals, underground shopping centers, or subway stations, many people are gathered within a limited space, and the contaminants generated in the space are likely to be stagnant inside other spaces. And for the convenience, the situation is required to develop a technology that can more accurately and easily diagnose the air quality by monitoring the air quality in real time.

그러나 오염물질의 양과 농도 변화를 측정하고 이를 종합하여 실시간 오염도를 파악하는 것은 복잡하고 어려운 과정에 속하며, 다양한 상관관계를 가지고 있는 공정변수들로 이루어진 공기질을 정확하고 간편하게 진단하는 것은 쉽지 않다는 문제점이 있었다.However, it is a complicated and difficult process to measure the amount and concentration change of pollutants and aggregate them, and there is a problem that it is not easy to accurately and easily diagnose the air quality composed of process variables having various correlations. .

즉, 종래에는 지하 역사 등과 같은 지하공간의 공기질을 진단하기 위한 방법으로서, 각각의 공정변수마다 유의 구간을 설정하고, 실시간으로 측정되는 변수가 유의 구간을 벗어나는지 여부에 따라 공정 이상유무를 판단하는 단변수 모니터링 기법을 이용한 시스템을 주로 사용하였다.That is, in the related art, as a method for diagnosing air quality in an underground space, such as underground history, a significant section is set for each process variable, and a process abnormality is determined according to whether a variable measured in real time is out of the significant section. The system using univariate monitoring was mainly used.

그러나 이와 같은 종래의 단변수 공기질 모니터링 시스템은 모든 가능한 공정변수의 값을 모두 수집하기 때문에 불필요한 정보까지 수집함으로써 효율성이 떨어질 수 있다는 문제점이 있었으며, 나아가 각 공정변수 간에 긴밀한 상관관계를 가지고 있는 경우에 이를 전혀 고려하지 못한다는 한계점을 가지고 있었다.However, such a conventional short-variable air quality monitoring system collects all possible process variable values, so there is a problem that efficiency may be reduced by collecting unnecessary information, and furthermore, if there is a close correlation between each process variable. There was a limit to not consider at all.

도 1은 2개의 변수를 각각 모니터링하는 단변량 모니터링 시스템에 따라 얻어진 결과와 두 변수의 상관관계를 고려한 다변량 모니터링 시스템에 따라 얻어진 결과를 나타내는 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 두 변수 (y1, y2)는 각각 그림의 수평축(y1)과 수직축(y2)에 표시되어 있고, 모니터링의 상한/하한 설정치가 표시되어 있다.1 is a graph showing the results obtained according to the multivariate monitoring system considering the correlation between the results obtained by the univariate monitoring system for monitoring two variables, respectively. As shown in Fig. 1, the two variables y1 and y2 are displayed on the horizontal axis y1 and the vertical axis y2 of the figure, respectively, and the upper and lower limit setting values of the monitoring are displayed.

즉, 단변량 모니터링 방법은 상한/하한을 가진 직사각형의 모니터링 지역을 가지고 있고, 실제로는 두 개의 변수가 연관이 되어서 도 1에 나타낸 바와 같은 타원형의 모니터링 지역을 가진다.That is, the univariate monitoring method has a rectangular monitoring area having an upper limit and a lower limit, and in reality, two variables are associated with an elliptical monitoring area as shown in FIG. 1.

그러나 이와 같은 단변량 통계 분석을 이용하는 경우, 점 ⓧ 에 해당하는 공기질은 실제 시스템에서는 정상범위인 타원형의 모니터링 지역 밖에 존재하므로 비정상을 나타내지만, 단변량 차트의 경우, 정상범위인 상한/하한치 내에 존재하므로 정상이라고 판명된다. 또한, 점 ◇ 에 해당하는 공기질의 경우, 실제 시스템에서는 정상을 나타내지만, 단변량 차트의 경우, 이상상태로 판명되어 잘못된 결과를 보이게 된다. 이와 같이 어떤 단변량 차트도 효과적으로 비정상 공기질(ⓧ)을 탐지하지 못하고, 실제 공정에서는 정상이지만, 단변량 모니터링 차트에서는 변수들 사이의 관계를 고려하지 못하는바, 비정상으로 탐지된다는 문제가 있었다.However, when using such univariate statistical analysis, the air quality corresponding to point 을 is abnormal because it exists outside the elliptical monitoring area which is the normal range in the actual system, but in the univariate chart, it exists within the upper and lower limits of the normal range. So it turns out to be normal. In addition, in the case of air quality corresponding to point ◇, the actual system shows normal, but in the case of univariate chart, it turns out to be abnormal and shows wrong results. As such, any univariate chart does not effectively detect abnormal air quality and is normal in the actual process, but the univariate monitoring chart does not consider the relationship between variables, and thus has a problem of being detected as abnormal.

따라서 종래 단변량 통계분석을 이용한 공기질 모니터링 시스템은 지하공간에서 측정되는 공정변수 모두를 고려하여야 하기 때문에 감시에 따른 번거로움이 커질 수 있는 동시에 공정변수 간의 상관관계를 고려하지 못한다는 한계성을 가지고 있었다. Therefore, the conventional air quality monitoring system using univariate statistical analysis has to consider all process variables measured in the underground space, which can increase the cumbersome monitoring and does not consider the correlation between process variables.

또한, 지하 역사의 실내 공기는 실외 공기질에 의해 오염정도등의 영향이 지배적이므로, 실내 공간만의 대기 오염물질을 모니터링하여 그로 인한 정확한 공기조화 방안을 도출해야 하는바, 이를 보완할 수 있는 신뢰성 높은 공기질 모니터링 시스템 및 방법 그리고 공기제어 시스템의 개발이 요구되고 있다.In addition, since indoor air of underground history is dominated by outdoor air quality, the degree of pollution is dominant. Therefore, it is necessary to monitor the air pollutants only in indoor spaces to derive accurate air conditioning methods. Development of air quality monitoring systems and methods and air control systems is required.

본 발명은 상술한 기술개발의 필요성을 충족시키기 위하여 창출된 것으로서, 공정변수의 상관관계를 고려한 일반적인 다변량 분석방법을 이용하여 실외 공기질의 영향을 배제한 상태로 보다 용이하게 실내 공기질을 모니터링할 수 있는 공기질 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created in order to meet the necessity of the above-described technology development, and can easily monitor indoor air quality by excluding the influence of outdoor air quality by using a general multivariate analysis method considering correlation of process variables. Its purpose is to provide a monitoring system and method thereof.

또한, 상기와 같은 방법 및 시스템에 의해 모니터링 된 실내 공간의 공기조화를 제어하기 위한 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object is to provide a system for controlling the air conditioning of the indoor space monitored by the above method and system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지하 실내 공기질 모니터링 방법으로서, 공기질에 대한 공정변수의 측정값을 수집하는 측정 데이터 수집 단계와, 상기 수집된 측정 데이터 중 실외 공기질 영향을 배제하기 위해 데이터를 선별하고, 선별된 데이터로 주성분 분석법에 의해 주요변수를 설정하는 단계와, 상기 설정된 주요변수에 따른 통계적 상한치가 설정된 공기질 모델을 결정하는 모델링 단계와, 상기 측정 데이터와 공기질 모델의 상한치를 비교하여 공기질을 판단하는 공기질 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.As the indoor indoor air quality monitoring method of the present invention for achieving the above object, the measurement data collection step of collecting the measurement value of the process variable for the air quality, and the data to exclude the outdoor air quality influence of the collected measurement data Selecting and setting a main variable by the principal component analysis method using the selected data, a modeling step of determining an air quality model in which a statistical upper limit is set according to the set main variable, and comparing the upper limit of the measured data and the air quality model. Characterized in that it comprises a step of determining the air quality.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 모니터링 방법에 있어서, 상기 공기질을 판단 후, 설정된 주요변수 중 기여도가 큰 원인변수를 선정하는 기여도 분석단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the indoor indoor air quality monitoring method of the present invention, after determining the air quality, characterized in that it further comprises a contribution analysis step of selecting a cause variable having a large contribution from the set main variables.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 모니터링 방법에 있어서, 상기 판단된 공기질에 따른 등급으로 분류하여 표시하는 디스플레이 단계를 더 포함하고, 상기 디스플레이 단계는 페이스 차트 모니터링 기술을 이용하여 공기질을 인간의 얼굴 상태에 매칭하여 표시하는 것을 특징으로 한다.In the underground indoor air quality monitoring method of the present invention, the method may further include a display step of classifying and displaying the air quality according to the determined air quality, wherein the displaying step is performed by using a face chart monitoring technique. Characterized in that the display is characterized.

한편, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템으로서, 실내 변수를 측정하는 실내센서와, 실외 변수를 측정하는 실외센서를 포함하는 복수의 센서와, 상기 복수의 센서에 의한 변수들을 입력변수로 하는 실내 공기질 함수 모듈과, 실외 센서에 의한 측정값을 입력변수로 포함하는 실외 오염도 함수를 포함하며, 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 기준범위에 따라 운전 모드신호를 출력하는 제어부와, 상기 운전모드신호에 따라 실외 공기를 정화하여 실내로 유입시키는 환기모드 또는 실내 공기를 흡입하여 정화한 후 실내로 순환시키는 순환모드로 동작되는 순환모드로 동작되는 공기조화부를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, as the indoor indoor air quality control system of the present invention, a plurality of sensors including an indoor sensor for measuring the indoor variable, an outdoor sensor for measuring the outdoor variable, and the indoor air quality using the variable by the plurality of sensors as an input variable A control module that includes a function module and an outdoor pollution degree function including a measured value by an outdoor sensor as an input variable, wherein the indoor air quality function value outputs an operation mode signal according to a first air quality reference range, and according to the operation mode signal. And an air conditioner operated in a circulation mode operated in a circulation mode in which the outdoor air is purged and introduced into the room or the suction and purification of the indoor air is circulated to the interior.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 상기 제어부는, 상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 범위를 벗어날 경우, 실외 오염도 함수값이 오염도 기준범위를 벗어났으면, 상기 공기 조화부에 순환모드로 동작하도록 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the indoor indoor air quality control system of the present invention, the control unit, if the calculated indoor air quality function value is outside the first air quality range, if the outdoor pollution degree function value is out of the pollution degree reference range, the air conditioning unit And outputs a signal to operate in a cyclic mode.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 상기 제어부는, 상기 계산된 실내 공기질 함수 값이 제1 공기질 범위를 벗어날 경우, 실외 오염도 함수값이 오염도 기준범위 내에 존재하면, 상기 공기조화부에 환기모드로 동작하도록 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the underground indoor air quality control system of the present invention, when the calculated indoor air quality function value is out of the first air quality range, if the outdoor pollution degree function value is within the pollution degree reference range, the air conditioner is ventilated. And outputs a signal to operate in a mode.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 경보 알림부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제2 공기질 기준범위를 벗어날 경우, 상기 실외 공기의 오염도 함수값이 제2 오염도 기준 이내일 경우, 상기 경고 알림부에 실내출입 제한을 알리도록 하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the indoor indoor air quality control system of the present invention, further comprising an alarm notification unit, the control unit, if the calculated indoor air quality function value is outside the second air quality reference range, the pollution degree function value of the outdoor air is a second When the pollution degree is within the standard, it is characterized in that for outputting a signal to notify the indoor access restriction to the warning notification unit.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 상기 복수의 센서는 온도센서, 습도센서, 풍속센서, 실내 PM10, 실내 PM2 . 5을 측정하는 먼지센서, 실외 PM10 을 측정하는 먼지센서와, 유동인구수를 카운트 하기 위한 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the indoor indoor air quality control system of the present invention, the plurality of sensors are a temperature sensor, a humidity sensor, a wind speed sensor, an indoor PM 10 , an indoor PM 2 . And a dust sensor for measuring 5 , a dust sensor for measuring outdoor PM 10 , and a sensor for counting the flow population.

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 상기 실내 센서는 온도센서, 습도센서, 풍속센서, 실내 PM10, 실내 PM2 . 5을 측정하는 먼지센서, 유동인구수를 카운트 하기 위한 감지센서를 포함하고, 상기 실외 센서는 실외 PM10 을 측정하는 먼지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the indoor indoor air quality control system of the present invention, the indoor sensor is a temperature sensor, humidity sensor, wind speed sensor, indoor PM 10 , indoor PM 2 . It includes a dust sensor for measuring 5 , a sensor for counting the flow population, the outdoor sensor is characterized in that it comprises a dust sensor for measuring the outdoor PM 10 .

또한, 본 발명의 지하 실내 공기질 제어 시스템에서, 상기 실내 변수는 온도값, 습도값, 풍속값, 실내 PM10값, 실내 PM2 . 5값, 실내 PM10과 실내 PM2 . 5 의 비율값을 포함하고, 상기 실외 변수는 실외 PM10 값, 실외 PM10 실내 PM10의 비율값을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the indoor indoor air quality control system of the present invention, the indoor variable is a temperature value, humidity value, wind speed value, indoor PM 10 value, indoor PM 2 . 5 values, Indoor PM 10 and Indoor PM 2 . And a ratio value of 5 , wherein the outdoor variable includes an outdoor PM 10 value and an outdoor PM 10 value. Characterized in that it comprises a percentage value of the indoor PM 10 do.

상기와 같은 본 발명은 실내 공기질에 영향을 많이 끼치는 외부 공기질의 영향을 배제하기 때문에 실내 공간의 공기질에 대하여 정확한 모니터링과, 공기질 변동에 따른 원인을 발생시킬 수 있는 변수를 정확하게 찾아낼 수 있는 장점이 있다.As described above, since the present invention excludes the influence of external air quality, which affects the indoor air quality, it is possible to accurately monitor the air quality of the indoor space and to accurately find a variable that may cause a cause due to the air quality fluctuation. have.

특히, 다변량 통계 분석방법(주성분 분석법)을 통해 실내 공기질을 모니터링 하므로 복잡한 차원의 공기질 변동 변수를 간편하게 체크할 수 있는 효과가 있다.In particular, since indoor air quality is monitored through multivariate statistical analysis (principal component analysis), it is possible to easily check the variable of air quality fluctuations of complex dimensions.

따라서, 지하철 역사, 지하 쇼핑센터, 지하 터미널 등과 같은 공간의 공기질의 상태판단에 폭넓게 적용될 수 있는 잇점이 있다. Therefore, there is an advantage that can be widely applied to the determination of the air quality of the space, such as subway station, underground shopping center, underground terminal.

도 1은 2개의 변수를 각각 모니터링하는 단변량 모니터링 시스템에 따라 얻어진 결과와 두 변수의 상관관계를 고려한 다변량 모니터링 시스템에 따라 얻어진 결과를 나타내는 그래프
도 2 주성분 분석을 기하학적으로 해석한 그래프
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 공기질 모니터링 시스템에서 다변량 통계 모델을 이용한 지하역사 공기질의 통합 모니터링 기술을 나타낸 도면
도 4a 및 도 4b는 지하역사의 승객 수와 공기질의 상관관계를 나타낸 것으로서, 도 4a는 지하역사의 시간에 따른 승객 수를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 지하역사의 시간에 따른 PM10의 농도를 나타낸 그래프
도 5는 X 역 지하 역사의 다변량 공기질 모니터링을 이용한 공기질 분석 결과
도 6은 지하역사의 실내 공기질의 일반적인 다변량 통계 모니터링 분석 결과를 보이는 그래프
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부 공기질의 영향을 배제한 다변량 통계 모니터링 분석 결과를 보이는 그래프
도 8은 인공지능형 클러스터링 기술을 이용한 지하 역사의 공기질 위해성 진단방법을 설명하기 위한 도면
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지하 실내 공기질을 제어하기 위한 시스템을 설명하기 위한 블럭도
1 is a graph showing results obtained according to a multivariate monitoring system in consideration of correlations between two variables and results obtained from a univariate monitoring system monitoring two variables, respectively.
Figure 2 Geometrically interpreted principal component analysis
3 is a view showing the integrated monitoring technology of underground historical air quality using a multivariate statistical model in the air quality monitoring system according to an embodiment of the present invention
4A and 4B show the correlation between the number of passengers in the underground station and the air quality. FIG. 4A is a graph showing the number of passengers according to the time in the underground station. FIG. 4B is a concentration of PM 10 according to the time in the underground station. Graph shown
5 is a result of air quality analysis using multivariate air quality monitoring of the X station underground history
6 is a graph showing the results of a general multivariate statistical monitoring analysis of indoor air quality in underground stations
7 is a graph showing a multivariate statistical monitoring analysis result excluding the influence of external air quality according to an embodiment of the present invention
8 is a view for explaining a method for diagnosing air quality risk in underground history using artificial intelligence clustering technology
9 is a block diagram illustrating a system for controlling indoor indoor air quality according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 지하실내 공기질 모니터링 방법 및 지하실내 공기질 제어시스템에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.Now, the basement air quality monitoring method and the basement air quality control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, and the same or corresponding components are designated by the same reference numerals regardless of the reference numerals. Duplicate explanations may be omitted.

본 실시예에 따른 지하실내 공기질 모니터링 방법은 공정변수의 측정값을 수집하는 데이터 수집에서 시작한다. The air quality monitoring method in the basement according to the present embodiment starts with data collection to collect measured values of process variables.

여기서, 상기 공정변수란 공기질에 영향을 미칠 수 있는 모든 변수를 포괄하는 의미로서, 공기질에 직접 또는 간접적으로 영향을 미칠 수 있는 모든 변수를 포함할 수 있으며, 본 발명에 따른 공정변수가 상기 예시된 것에 제한되는 것은 아니다.Here, the process variable is a meaning encompassing all variables that may affect the air quality, and may include all variables that may directly or indirectly affect the air quality, and the process variables according to the present invention are illustrated above. It is not limited to the thing.

상기와 같은 공정변수는 공기질을 모니터링 하고자 하는 특정한 공간에 설치된 별도의 센서 등에 의하여 측정될 수도 있으며, 사용자가 직접 측정하여 입력할 수도 있으며, 공기질에 영향을 미칠 수 있는 다양한 공정변수의 값을 측정할 수 있는 모든 측정 및 감지 수단이 이에 포함될 수 있다.The above process variable may be measured by a separate sensor installed in a specific space to monitor the air quality, or may be directly input by the user, and may measure values of various process variables that may affect the air quality. All possible measuring and sensing means can be included in this.

또한, 상기 공정변수의 수는 특별히 제한되는 것은 아니며, 공기질을 진단하기 위하여 가능한 모든 공정변수를 고려할 수 있다. In addition, the number of the process variables is not particularly limited, and all possible process variables may be considered to diagnose the air quality.

즉, 공기질에 영향을 미칠 수 있는 모든 공정변수의 측정값을 데이터로 수집하여 공기질 진단에 이용할 수 있다. 상기 공정변수의 측정값은 실시간으로 수집될 수 있으며, 다수의 구역에서 측정한 값의 평균값을 이용하거나 공기질을 판단하기에 적합한 일부 특정구역에서만 측정한 값을 이용하는 것도 가능하다.That is, the measurement values of all process variables that may affect the air quality can be collected and used for the air quality diagnosis. The measured value of the process variable may be collected in real time, it is also possible to use the average value of the value measured in a plurality of zones or to use the value measured only in some specific zones suitable for determining the air quality.

또한, 공정변수의 측정값을 수집함에 있어서, 센서 등에 의하여 감지된 측정값을 데이터신호로 전송 받아 저장할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이용자에 의해 직접 입력 받거나 다른 다양한 데이터 수집방법을 통하여 공정변수의 측정값을 데이터로 수집할 수 있다.In addition, in collecting the measured value of the process variable, it is possible to receive and store the measured value detected by the sensor as a data signal, but is not limited to this, the process variable directly received by the user or through a variety of other data collection methods The measured value of can be collected as data.

한편, 다변량 분석방법이란, 변수들 간의 인과관계를 규명 또는 분석하거나 변수들 간의 상관 관계를 이용하여 변수를 축약하거나 개체들을 분류하는데 관련된 분석방법을 의미한다.Meanwhile, the multivariate analysis method refers to an analysis method related to identifying or analyzing a causal relationship between variables, or using a correlation between variables to reduce a variable or classify objects.

본 발명에 따른 공기질 모니터링 시스템의 주요변수 설정부는 이와 같은 다변량 분석방법에 따라 인과관계를 갖거나 상관 관계를 가지는 다양한 변수들을 주요변수로 새롭게 설정함으로써 각 공정변수의 상관관계 등을 고려하여 보다 효율적인 방법으로 공기질을 모니터링하고, 진단할 수 있다.The main variable setting unit of the air quality monitoring system according to the present invention is a more efficient method by considering the correlation of each process variable by newly setting various variables having causality or correlation as the main variable according to the multivariate analysis method. To monitor and diagnose air quality.

상기 다변량 분석방법에는, 변수들 간의 인과관계를 규명하거나 분석하는 다중 회귀 분석방법 또는 다변량 분산 분석방법 등과, 변수들 간의 상관 관계를 이용하는 주성분 분석방법 또는 요인 분석방법 등이 있다.The multivariate analysis method includes a multiple regression analysis method or a multivariate variance analysis method for identifying or analyzing a causal relationship between variables, and a principal component analysis method or a factor analysis method using correlations between variables.

본 발명에서는 다양한 공정변수들 간의 상관관계가 긴밀하고 큰 공기질을 모니터링하기 위한 것이므로 상기 다변량 분석방법 중에서도, 공기질에 영향을 미칠 수 있는 다양한 공정변수들을 축약하여 보다 낮은 차원으로 간편하고 정확하게 모니터링할 수 있는 변수 축약방법을 이용하는 것이 바람직하며, 변수 축약 방법 중 고차원의 다양한 변수들을 축약시켜 저차원의 새로운 변수에 따라 분석하는 주성분 분석을 이용하는 것이 보다 바람직하다.In the present invention, since the correlation between various process variables is close and to monitor a large air quality, among the multivariate analysis methods, various process variables that may affect air quality can be abbreviated and can be easily and accurately monitored at a lower level. It is preferable to use a variable abbreviation method, and it is more preferable to use a principal component analysis that shortens various variables of a high dimension and analyzes them according to new variables of a low dimension among the variable reduction methods.

다만, 본 발명에 따른 공기질 모니터링 시스템이 상기 예시된 다변량 분석방법을 사용한 경우에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적에 따라 공기질에 영향을 미칠 수 있는 다양한 공정변수들의 상관관계 또는 인과관계를 고려하여 보다 간편하고 정확하게 공기질을 모니터링할 수 있도록 새로운 주요 변수를 제공하는 모든 다변량 분석방법들이 이에 포함될 수 있다.However, the air quality monitoring system according to the present invention is not limited to the case of using the above-described multivariate analysis method, and considering the correlation or causal relationship between various process variables that may affect the air quality according to the object of the present invention. This can include all multivariate methods that provide new key parameters for easier and more accurate air quality monitoring.

상기 주성분 분석(principal component analysis; PCA)방법은 기존의 데이터 압축과 정보추출을 목적으로 계량분석화학(chemometrics) 분야에서 개발된 것으로 고차원의 데이터로부터 공분산을 최대화하는 방향으로 변수들의 조합으로 이루어진 주요 직교성분을 구하는 방법이다.The principal component analysis (PCA) method was developed in the field of chemometrics for the purpose of conventional data compression and information extraction, and consists of a combination of variables in the direction of maximizing covariance from high-dimensional data. How to get the ingredients.

즉, 다변량 자료에 존재하는 비정규성(abnormality)이나 이상치(outliers: 측정된 변수들 면에서 다른 개체들과 상이한 개체)를 발견하기 위하여 변수들의 상관 관계를 고려하여 상관관계가 존재하지 않는 새로운 변수에 해당하는 주성분을 구하여 고차원의 데이터를 보다 낮은 차원의 데이터 줄여 통계분석을 보다 용이하게 해주는 분석방법이다.In other words, in order to discover abnormalities or outliers (different from other individuals in terms of measured variables) in multivariate data, considering the correlations of variables, It is an analysis method that makes statistical analysis easier by reducing the data of high dimension by obtaining the corresponding principal component.

도 2는 주성분 분석을 기하학적으로 해석한 그래프로서, 주성분 분석을 이용하는 경우, 3차원 상의 공정변수 데이터를 주성분 분석에 의하여 직교하는 2차원의 주성분으로 변환하므로 데이터의 정보 손실은 최소화하면서 2차원 상에서 용이하게 정보처리와 해석을 할 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 2 is a graph in which the principal component analysis is geometrically analyzed. When the principal component analysis is used, the process variable data of the three-dimensional image is transformed into two-dimensional principal components that are orthogonal to the orthogonal component by the principal component analysis. It can be seen that the information processing and interpretation can be done easily.

나아가, 원 변수의 차원을 줄이기 때문에 모든 공정변수의 데이터를 일일히 모니터링하지 않아도 새로운 주성분에 따라 모니터링함으로써 보다 신속하고 간편하게 공기질을 진단할 수 있으므로 다수의 공정변수들이 서로 높은 상관 관계를 가지고 있는 공기질을 모니터링하는데 있어서 보다 효과적으로 사용될 수 있다.Furthermore, since the dimension of the original variable is reduced, it is possible to diagnose the air quality more quickly and easily by monitoring according to the new principal component without monitoring the data of all process variables daily. It can be used more effectively in monitoring.

즉, 상관관계가 강한 공정변수 데이터의 특성을 이용하여 공정변수의 정보 손실을 최소화하면서 공정변수의 차원을 줄이는 축소모델 공간을 찾고, 이 공간으로 데이터를 투영시킴으로써 차원이 줄어든 주성분을 가지고 보다 효율적으로 공기질을 모니터링할 수 있다.In other words, by using the characteristics of the highly correlated process variable data, we find a reduced model space that reduces the process variable dimension while minimizing the loss of information of the process variable. Air quality can be monitored.

따라서 주성분 분석방법을 이용하는 경우, 주요변수는 공분산이 최대가 되는 공정변수들의 조합으로 이루어진 주성분이 된다.Therefore, when the principal component analysis method is used, the principal variable is the principal component consisting of a combination of process variables with maximum covariance.

여기서, m개의 센서를 통해 측정된 n개의 공정변수 샘플로 이루어진 데이터 행렬 X∈Rn ⅹm은 주성분 분석에 의하여 모델 추정치와 잔차로 분해될 수 있으며, 이는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Here, the data matrix X R n m consisting of n process variable samples measured by m sensors may be decomposed into a model estimate and a residual by principal component analysis, which may be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, T∈Rn ⅹp는 스코어(score)행렬, P∈Rm ⅹp는 로딩(loading)행렬, E∈Rn ⅹm는 잔차(residual)행렬을 나타내며, p는 축소모델 공간의 차원을 나타낸다.Here, T∈R n ⅹp is a score matrix, P∈R m ⅹp is a loading matrix, E∈R n ⅹm is a residual matrix, and p is a dimension of a reduced model space.

따라서 주성분 분석을 통하여 본래의 공정변수의 차원을 보다 간단한 차원으로 축소시킬 수 있는데, 여기서, 상기 주요변수에 따른 통계적 상한치가 설정된 공기질 모델을 수립한다.Therefore, it is possible to reduce the dimension of the original process variable to a simpler dimension through principal component analysis. Here, an air quality model in which a statistical upper limit is set according to the main variable is established.

상기 공기질 모델이란, 공기질을 모니터링하고 진단하기 위하여 공기질을 판단하기 위한 기준이 되는 통계적 상한치가 설정된 모델을 의미하는 것으로서, 전역 모델 및 국지적 모델을 포함하는 것이 바람직하다.The air quality model refers to a model in which a statistical upper limit is set as a standard for determining air quality in order to monitor and diagnose air quality, and preferably includes a global model and a local model.

전역 모델은 주요변수를 통하여 수립된 포괄적인 공기질 모델로서, 공기질에 따라 분류되거나 시간에 따라 별도로 분류되지 않고, 일정 기간 내에 측정된 공기질을 진단한 모델이다. 반면에 상기 전역 모델에서 변화된 자료는 일정한 수의 군집으로 나누어 질 수 있는데, 예를 들면, 일정 지역에 따라 공기질을 다르게 판단하는 국지적 모델로 분류될 수 있다.The global model is a comprehensive air quality model established through major variables. It is a model that diagnoses air quality measured within a certain period of time without being classified according to air quality or separately according to time. On the other hand, the changed data in the global model may be divided into a certain number of clusters, for example, it may be classified as a local model that determines the air quality differently according to a certain region.

각각의 국지적 모델은 해당 영역의 공기질 상태를 모니터하는데 사용되며, 국지적 모델에 따라 진단된 공기질 상태를 전역 모델에서 얻어진 대기 오염상태와 비교하여 가장 근접한 상태를 나타내는 국지적 모델을 선정하여 사용할 수 있다. Each local model is used to monitor the air quality conditions in the area, and the local air model can be used to select the local model that represents the closest state by comparing the air quality condition diagnosed according to the local model with the air pollution obtained from the global model.

수립된 공기질 모델의 통계적 상한치는 하기의 수학식 2와 같이 공기질 정상상태에서 나타날 수 있는 100(1-α)%의 신뢰도를 갖는 통계적 상한치(Upper limit)와 수학식 3과 같이 Q 에 대한 100(1-α)%의 신뢰도를 갖는 통계적 상한치를 설정하게 된다. The statistical upper limit of the established air quality model is 100 (1-α)% of reliability which can be shown in the steady state of air quality as shown in Equation 2 below and 100 (Q) as shown in Equation 3 A statistical upper limit with confidence of 1-α)% is set.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서,

Figure pat00004
이며,
Figure pat00005
는 샘플 공분 행렬의 i 번째 대각원소,
Figure pat00006
는 n이 매우 큰 값을 가질 경우 p 값이 α일 때의 t 값이다. here,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
Is the i-th diagonal element of the sample conjugate matrix,
Figure pat00006
Is the value of t when p is α when n has a very large value.

앞서 선정된 측정 변수들로부터 측정된 새로운 측정값 x에 대하여 수학식 4의 가중 스코어 제곱합과 수학식 5의 잔차 제곱합을 계산하여,The sum of squared weighted scores of Equation 4 and the residual sum of squares of Equation 5 is calculated on the new measured value x measured from the previously selected measurement variables.

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure pat00007
Figure pat00007

[수학식 5][Equation 5]

Figure pat00008
Figure pat00008

와 같이 나타낸다.It is represented as

수학식 2의 공기질 정상상태에서 나타날 수 있는 100(1-α)%의 신뢰도를 갖는 통계적 상한치와 수학식 3의 Q에 대한 100(1-α)%의 신뢰도를 갖는 통계적 상한치와 비교하고, 상한치가 측정값보다 크면 100(1-α)%의 신뢰수준에서 현재의 공정이 정상상태라는 것을 확인 할 수 있다.The upper limit is compared with a statistical upper limit having a confidence level of 100 (1-α)% that can appear in the steady state air quality of Equation 2 and a statistical upper limit having a reliability of 100 (1-α)% of Q in Equation 3. If is greater than the measured value, it can be confirmed that the current process is steady at a confidence level of 100 (1-α)%.

그러나 위의 다변량 통계 모니터링 시스템은 통계 모니터링 모델 개발을 위한 신뢰성 있는 데이터 구축의 중요한 단계가 필요하다. 하지만 앞서 전술한 바와 같이 지하 역사의 실내 공기질은 외부 공기질의 영향을 많이 받기 때문에 이 외부 공기질을 배제하기 위한 기술 개발이 시급하며, 이는 다변량 통계 모니터링 시스템 구축이라는 기술 개발에 앞서 이루어져야 할 목표라 할 수 있다. However, the above multivariate statistical monitoring system requires an important step in building reliable data for developing statistical monitoring models. However, as mentioned above, since indoor air quality in the underground history is heavily influenced by external air quality, it is urgent to develop a technology for excluding this external air quality, which is a goal that must be achieved before the development of a multivariate statistical monitoring system. have.

외부 공기질의 영향을 배제하기 위하여, Kano 등에 의해 제시된 external information 기법을 적용하였다. 공정 변수는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 공정에 크게 영향을 미치는 external 변수와 설정된 external 변수에 의해 영향을 받는 main 변수로 나뉘어 진다. 또 main 변수는 external 변수에 의해 영향을 받는 부분과 받지 않는 부분, 이렇게 두 부분으로 나뉘게 된다. 모니터링 관점에 있어서, 앞서 설정된 external 변수는 결점이나 이상 작동이 아니기 때문에 main 변수에 영향을 미치는 즉, main 변수에 있어서 external 변수에 의해 영향을 받는 부분을 제거해 주어야 한다. 보다 상세하게는 m개의 센서를 통해 얻은 k개의 샘플로 이루어진 데이터 행렬 X∈Rn ⅹm 는 외구 공기질 관련 오염변수와 같은 mg개의 외부 변수와 외부 공기질에 영향을 받는 실내 공기질 오염변수인 mh(m-mg)의 메인 변수로 나뉘게 된다. 즉, 오리지널 데이터 X 는 수학식 6과 같이 H 행렬과 G 행렬로 나뉘게 된다. In order to exclude the influence of external air quality, the external information technique proposed by Kano et al. Was applied. Process variables can be divided into two main categories: external variables that greatly affect the process, and main variables that are affected by the set external variables. The main variable is divided into two parts: one affected by the external variable and one not affected by the external variable. From a monitoring point of view, the external variable that was previously set up is not a fault or anomalous behavior. Therefore, it is necessary to remove the part of the main variable that is affected by the external variable. More specifically, the k samples of the data matrix X∈R n ⅹm is contaminated indoor air quality parameters that are affected by the g m of external variables and external air quality, such as the outer bulb air quality parameters related contamination consisting of sensors obtained through m m h ( mm g ) divided by the main variable. That is, the original data X is divided into an H matrix and a G matrix as shown in Equation 6.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서 H행렬은 메인 변수로 이루어져 있고, G 행렬은 외부 변수에 의한 부분이다. 상기 H행렬은 다시 외부 변수에 의해 영향을 받는 부분과 받지 않는 부분으로 나누는데, 외부 변수에 의해 영향을 받는 부분은 G 부분과 회귀 계수인 C의 곱에 의해 계산된다. 상기 회귀 계수인 C는 하기 수학식 7에 의해 계산되며, 외부 변수에 영향을 받지 않는 부분 E는 수학식 8에 의해 계산된다.Here, the matrix H consists of main variables, and the matrix G is part of an external variable. The H matrix is divided into parts affected by an external variable and parts not affected, and the part affected by the external variable is calculated by multiplying the G part and the regression coefficient C. The regression coefficient C is calculated by Equation 7 below, and the portion E which is not affected by external variables is calculated by Equation 8.

[수학식 7][Equation 7]

C=(GTG)-1GTHC = (G T G) -1 G T H

[수학식 8][Equation 8]

E=H - GCE = H-GC

즉, 메인 데이터 행렬인 H는 GC와 E 부분으로 나뉘게 되고, 여기서 E 부분은 외부 공기질의 영향을 배제한 실내 공기 오염물질 변수들에 관련된 부분이라 할 수 있다. That is, the main data matrix H is divided into GC and E parts, where E part is related to indoor air pollutant parameters excluding the influence of external air quality.

도 3은 외부 공기질의 영향을 배제한 실내 공기질의 통합 모니터링 기술을 간략하게 도시한 것으로서, 외부 공기질의 영향을 미치는 변수들을 배제한 후, 배제된 부분을 다변량 통계 모니터링 기술을 이용하여 현재의 공기질 상태를 규명한다. Figure 3 is a simplified illustration of the integrated monitoring technology of the indoor air quality excluding the influence of the external air quality, after excluding the variables affecting the external air quality, the current part of the air quality is identified using the multivariate statistical monitoring technology do.

한편, 본 발명에 따른 공기질 모니터링 시스템은 공기질의 비정상 상태에 대한 기여도가 큰 원인변수를 선정하는 기여도 분석단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the air quality monitoring system according to the present invention preferably further comprises a contribution analysis step of selecting a cause variable having a high contribution to the abnormal state of the air quality.

즉, 기여도 분석은 공기질을 판단하여 공기질이 비정상으로 나타나는 경우, 공기질의 비정상상태에 기여하는 정도가 큰 원인변수를 파악함으로써 어떤 변수들에 이상이 생겼는지 용이하게 관찰할 수 있도록 해준다. 예를 들면, 공기질이 비정상상태로 판단된 경우, 각 공정변수의 측정값을 확인하여 기설정된 통계적 상한치를 넘어서는 정도가 큰 공정변수를 공기질 오염에 대한 기여도가 큰 원인변수로 선정할 수 있다. 여기서, 통계적 상한치를 넘어서는 정도를 판단하는 기준은 사용자가 임의로 결정할 수 있으며, 각 공정변수에 따라 적절한 범위로 설정할 수 있다.In other words, the contribution analysis makes it easy to observe which variables are abnormal by determining the cause variables that contribute to the abnormal state of the air quality when the air quality is abnormal by judging the air quality. For example, when it is determined that the air quality is abnormal, the measured value of each process variable may be checked and a process variable having a large degree exceeding a predetermined statistical upper limit may be selected as a cause variable having a high contribution to air pollution. Here, the criterion for determining the degree beyond the statistical upper limit can be arbitrarily determined by the user, and can be set to an appropriate range according to each process variable.

따라서 상기 기여도 분석에 따라 원인변수를 선정하면, 사용자는 공정상황의 변화 추이를 살펴보면서 정상적인 상태와 비교하여 결론을 도출할 수 있다. 이와 같은 기여도 분석단계를 추가로 포함하는 경우, 공기질의 오염상태에 대한 정확한 결과를 직접적으로 보여주는 것은 아니라도 가능한 원인들에 대한 정보를 제공하기 때문에 공정을 진단하는데 드는 시간과 노력을 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.Therefore, if the cause variable is selected according to the contribution analysis, the user can draw a conclusion by comparing the normal state while looking at the change in the process situation. In addition to this contribution analysis step, it does not directly show accurate results of air quality contamination, but provides information about possible causes, greatly reducing the time and effort involved in diagnosing the process. There is an advantage.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 공기질 모니터링 방법은 공기질에 따른 등급으로 분류하여 표시하는 디스플레이 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 다변량 통계 모니터링 기술과 감성모델을 연계하여 지하철 내 쾌적감을 모델링할 수 있다. 감성은 인간 개개인이 가지고 있는 경험의 구조로서 여러 가지 감성 요소가 복합적으로 조합되고, 하나의 이미지와 합치되어 나타나는 고도의 체험감으로 표현되는 것이므로 공기질과 감성을 연관시키는 데이터의 모델링이 가능하며, 상기 디스플레이 단계는 페이스 차트 모니터링(face chart monitoring)기술을 이용하여 공기질을 인간의 얼굴 상태에 매칭시킬 수 있다. 이와 같이 인간의 얼굴 상태를 통하여 현재의 공기질을 표시하는 경우, 현재의 공기질에 대한 지표관리 및 운전조건을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 이용자에게 편의를 제공할 수 있다.In addition, the air quality monitoring method according to the present invention preferably further includes a display step of classifying and displaying the grade according to the air quality. In other words, it is possible to model the comfort in the subway by linking multivariate statistical monitoring technology and emotion model. Emotion is a structure of experience that each individual has, and it is expressed as a high level of experience that is expressed by combining various emotion elements in combination with one image, so that modeling of data relating to air quality and emotion is possible. The display step may use face chart monitoring technology to match the air quality to the human face condition. As such, when the current air quality is displayed through the human face state, convenience may be provided to the user to more easily grasp the indicator management and the operating conditions for the current air quality.

[실시예][Example]

이하, 하기 실시예를 참고하여 본 발명에 따른 공기질 모니터링 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the air quality monitoring method according to the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기질 모니터링 방법을 이용하여 국내의 X역에서 측정된 대기 오염 데이터를 분석하였다. 상기 대기 오염 데이터는 2007년 10월부터 2008년 4월까지의 약 7개월의 데이터베이스를 형성하고 있으며, 본 실시예에서는 측정변수로서, 7개의 변수(외기 PM10, 온도, 습도, 풍속, 승강장 PM10, 승강장 PM2.5, 승객 수)가 선정되었으며, 본 발명에서는 외부공기질 PM10과 승강장 PM10 ratio 값과 승강장 PM10과 승강장 PM2 .5의 ratio를 포함하여 총 9개의 변수에 대하여 적용하였다.Using the air quality monitoring method according to an embodiment of the present invention was analyzed the air pollution data measured in the domestic X zone. The air pollution data forms a database of about 7 months from October 2007 to April 2008, and in this embodiment, as a measurement variable, seven variables (outside air PM 10 , temperature, humidity, wind speed, platform PM) 10, the landing PM 2.5, number of passengers) has been selected, according to the present invention was applied to a total of 9 variables including the outside air quality PM 10, PM 10 and the landing ratio value and the PM 10 and the landing platform of the ratio PM 2 .5.

도 4는 지하 역사의 다변량 공기질 모니터링의 필요성을 나타내기 위해 승객 수와 공기질 농도와의 상관 관계를 나타낸 것으로 일주일 동안의 시간에 따른 승객 수 변화와 시간에 따른 PM10 농도를 나타낸다. 여기서 보듯이 승객 수와 지하 역사의 공기질(PM10 농도)과는 비슷한 경향성을 파악할 수 있고, 이는 매우 큰 상관 관계가 있음을 알 수 있다. 다른 공기질 농도인 PM2 .5, CO2 , NOx 등도 비슷한 관계를 나타냈다. 이러한 상관 관계로부터 지하 역사의 효율적인 공기질 모니터링은 기존의 단변량 모니터링이 아닌 다변량 모니터링이 필요하다는 것을 알 수 있다.4 PM 10 according to a multivariate air quality passenger to indicate the need for monitoring the number of passengers in accordance with the change in time of a week illustrates the correlation between the concentration of air quality and the time of underground stations Indicates concentration. As you can see, there is a similar trend between the number of passengers and the air quality (PM 10 concentration) in the underground history, which is very correlated. The PM 2 .5 different air quality levels, which showed a similar relationship also CO 2, NOx. These correlations indicate that efficient air quality monitoring in underground stations requires multivariate monitoring rather than traditional univariate monitoring.

도 5는 95% 허용오차 범위의 다변량 모델에 의한 학습데이터의 분산도로서, 약 2/3 이상의 측정치가 모델에 의해 설명이 가능하다. 분산도 또한 스크린 도어 설치 전/후의 국지적 모델의 필요성을 나타내며, 95%의 통계적 상한치가 설정되어 있기 때문에 본 분산도를 이용하여 모니터링이 가능하다. 95% 통계적 상한치인 분산도를 보면, 스크린 도어 설치 전/후의 데이터가 양분되어 위치하는 것을 볼 수 있으며, 95% 통계적 한계치 바깥에 위치하는 점들은 오염된 상태를 나타내는 것으로 확인가능하다.5 is a variance of the training data by the multivariate model in the 95% tolerance range, and about 2/3 or more of the measured values can be explained by the model. Dispersion also indicates the need for a local model before and after the installation of the screen door, and the 95% statistical upper limit is set, allowing monitoring using this dispersion. If you look at the 95% statistical upper limit of dispersion, you can see that the data before and after the installation of the screen door is divided into two, and the points outside the 95% statistical limit indicate a contaminated state.

도 6은 지하 역사의 실내 공기질에 외부 공기질이 미치는 영향을 알아보기 위해 실시한 일반적인 다변량 통계 모니터링 분석 결과의 하나로, 변수들의 상관 관계를 알 수 있고, 이를 이용하여 관리 방안 모색이 가능하다. (a) 스크린 도어 설치 전의 상관 관계를 살펴보면, 온도와 습도 변수가 상관 관계가 높고, 특히, 외기 PM10과 승강장 PM10, PM2 .5 변수의 상관 관계가 매우 깊은 것을 알 수 있다. 그러나 (b)의 스크린 도어 설치 후의 상관 관계를 살펴봤을 때, 스크린 도어의 설치 효과에 의해 외부 공기질과의 상관 관계는 보이지 않으며, 승강장 내의 PM10과 PM2 .5 변수만 상관 관계가 있는 것으로 나타났다. 하지만 흔히 알려진 것과는 다르게, 실내 공기질에 승객들의 거동에 의한 영향은 없는 것으로 나타났다. 6 is one of the results of a general multivariate statistical monitoring analysis conducted to investigate the influence of the outside air quality on the indoor air quality in the underground history. (a) Referring to the correlation pre-screen door installed, a high correlation between the temperature and humidity parameters, in particular, the correlation between the outside air and the landing PM 10 PM 10, PM 2 .5 variable, it can be seen that very deep. However, when examining the correlation after the screen door installation in (b), the correlation with the outside air quality was not shown by the installation effect of the screen door, and only the PM 10 and PM 2.5 variables in the platform showed a correlation . . Contrary to common knowledge, however, there was no influence of passenger behavior on indoor air quality.

그러나, 도 7과 같이 외부 공기질을 배제하였을 경우, 도면상 좌측의 스크린 도어 설치 전의 분석 결과를 살펴보면, 외부 공기질 배제 전의 결과와 마찬가지로, 승강장 PM10과 PM2 .5 변수의 상관 관계가 존재하며, 외부 PM10 변수가 승강장 PM 농도에 영향을 주는 것으로 나타났다. 그러나 도면상 우측의 스크린 도어 설치 후의 분석 결과를 보면, 일반적인 다변량 분석 결과와는 다르게 승강장 PM10과 승강장 PM2 .5 변수의 상관 관계가 존재하며, 승강장의 PM농도는 또한 승객에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. However, referring to the case hayeoteul excluding the external air quality, prior to installation of the screen doors on the drawing left analysis result as shown in FIG. 7, similarly to the result before the external air quality rule, and the correlation between the PM 10 and PM platform 2 .5 variable exists, External PM 10 The variable was shown to affect the platform PM concentration. However, after the screen door installed on the right side on the drawing In the analysis results, the general results of multivariate analysis, and is the correlation between the PM 10 and the landing platform PM 2 .5 variable exists, and otherwise, the concentration PM of the platform is also affected by the passenger Appeared.

따라서, 외부 공기질을 배제하지 않은 경우와 배제한 경우의 결과가 다르게 나타났으며 그 분석 결과는 외부 공기질을 배제하였을 경우, 그 상관관계가 더 정확하게 나타나 지하 역사의 실내 공기질 모니터링의 정확한 관리 방안을 도출할 수 있다. 따라서, 도 8과 같이 상기 모니터링 정보를 이용하여 현재 운전상태에 적합한 제어 법칙을 유도하는데 이용할 수 있을 것으로 사료된다. 이 방법은 공정 모니터링 정보와 인공지능 기술에 기초하여 현재 운전 상태에 가장 적합한 제어 방법을 유도하는 관리 제어기술의 개발로서, 통계 공간상의 상태를 다변량 클러스터링 기법을 이용하여 급격한 공정 이상 및 이상의 종류를 진단할 수 있는 방법론에 적극적으로 활용할 수 있다. 앞서 전술한 본 발명의 효과로 공기질을 관리하는 운전자, 지하철 및 지하 역사, 터널을 이용하는 승객들에게 현재의 지하철 공기질을 실시간으로 정확하게 전달하는 편의를 제공함으로써, 지하철 이용 승객들에게 안전과 신뢰감을 안겨줄 수 있을 것으로 사료된다. Therefore, the results of the case of not excluding outside air quality differed from those of excluding outside air quality, and the results of the analysis showed that the correlation was more accurate when the outside air quality was excluded, resulting in accurate management of indoor air quality monitoring in underground history. Can be. Therefore, it can be used to derive a control law suitable for the current driving state using the monitoring information as shown in FIG. This method is the development of management control technology that derives the best control method for the current operating state based on process monitoring information and artificial intelligence technology. It diagnoses abrupt process abnormalities and kinds of abnormal conditions using multivariate clustering techniques in statistical space conditions. It can be actively used in methodologies that can be done. By providing the convenience of delivering the current subway air quality in real time to the driver, the subway and underground history, and the passengers who manage the air quality by the above-described effect of the present invention, to provide safety and confidence to the passengers using the subway It is believed to be able.

한편, 본 발명의 실시예로서 도 9와 같은 지하실내 공기질 제어 시스템이 개시된다.Meanwhile, as an embodiment of the present invention, the air quality control system in the basement as shown in FIG. 9 is disclosed.

본 실시예에 따른 지하 실내 공기질 제어 시스템은 실내 변수를 측정하는 실내센서인 온도센서(110), 습도센서(120), 풍속센서(130), 실내 PM10, 실내 PM2 .5를 측정하는 먼지센서(140, 150), 유동인구 카운터(170)와, 실외센서로서 실외 PM10을 측정하는 먼지센서(160)와, 상기 복수의 센서 및 센싱 데이터간 비율을 입력변수로 하는 실내 공기질 함수 계산모듈 및 실외 센서(160)에 의한 측정값을 입력변수로 하는 실외 오염도 함수 계산모듈을 갖고 있으며 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 기준범위에 따라 후술하는 공기조화부(400)의 운전 모드 신호를 출력하는 제어부(200)와, 상기 제어부(200)의 운전모드 신호에 따라 환기모드 또는 순환모드로 동작되는 공기 조화부(400)를 포함한다. 상기 공기조화부(400)의 운전모드인 환기 모드는 실외 공기를 정화하여 실내로 유입하는 모드이며, 순환모드는 실내 공기를 흡입하여 정화한 후 실내로 순환시키는 모드이다.Underground air quality control system according to this embodiment is for measuring the dust temperature sensor 110, humidity sensor 120, a wind speed sensor 130, an indoor PM 10, PM 2 .5 indoor room sensor for measuring the indoor variable Sensor 140, 150, flow population counter 170, dust sensor 160 for measuring the outdoor PM 10 as an outdoor sensor, and indoor air quality function calculation module using the ratio between the plurality of sensors and the sensing data as input variables And an outdoor pollution function calculation module using the measured value by the outdoor sensor 160 as an input variable, and outputting an operation mode signal of the air conditioner 400 to be described later according to the first air quality reference range. The controller 200 and the air conditioner 400 operated in the ventilation mode or the circulation mode according to the operation mode signal of the controller 200. The ventilation mode, which is an operation mode of the air conditioner 400, is a mode in which outdoor air is purged and introduced into the room, and a circulation mode is a mode in which indoor air is sucked and purified to circulate into the room.

또한, 본 실시예의 지하 실내 공기질 제어 시스템은 상기 제어부(200)의 신호를 입력받아 외부로 소리 및/또는 디스플레이로 표시하기 위한 경보 알림부(300)를 더 포함한다.In addition, the indoor indoor air quality control system of the present embodiment further includes an alarm notification unit 300 for receiving a signal from the control unit 200 to display the sound and / or display to the outside.

상기 제어부(200)의 실내 공기질 함수 계산모듈은 상기 실내센서의 측정값과 실내 PM10과 실내 PM2 . 5 의 비율값을 더 입력변수로 하며, 상기 실외 오염도 함수 계산모듈은 실외센서의 측정값과 실외 PM10 실내 PM10의 비율값을 더 입력변수로 한다.The indoor air quality function calculation module of the controller 200 includes the measured values of the indoor sensors, indoor PM 10 and indoor PM 2 . The ratio of 5 is used as an input variable, and the outdoor pollution function calculation module determines the measured value of the outdoor sensor and the outdoor PM 10 and The ratio value of the indoor PM 10 is used as an input variable.

상기와 같은 각각의 함수 계산모듈은 각 입력변수에 대하여 1차 선형 결합의 형태로 표현됨이 가능하다. 상기 각 입력변수에 대해서는 개별의 계수가 가중될 수 있으며, 각 계수는 측정장소, 계절, 실내공간의 면적등의 다양한 상황조건에 따라 달라짐이 가능하다. 따라서, 상기 각각의 함수 계산모듈에 의해 실내 공기질 값과 실외 오염도 값은 단일의 지표로 산출이 가능하게 되는 것이다.Each function calculation module as described above may be expressed in the form of a linear linear combination for each input variable. Individual coefficients may be weighted for each input variable, and each coefficient may vary depending on various situation conditions such as a measurement location, a season, and an area of an indoor space. Therefore, the indoor air quality value and the outdoor pollution degree value can be calculated as a single index by the respective function calculation modules.

상기 제어부(200)는 상기 각각의 함수 계산모듈에 의해 산출된 값을 이용하여 상기 공기조화부(400)와 경보 알림부(300)를 제어하게 되는데, 상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 범위를 벗어난 경우에 실외 오염도 함수값을 확인하고, 오염도 기준범위를 벗어 났으면, 실내공기를 정화하여 순환하도록 하는 제어신호를 공기 조화부(400)에 출력하게 된다. 즉, 실내 공기의 질이 좋지 않은 경우에 실외 공기 또한 오염도가 높게 되면 실내 공기를 내부적으로 정화하여 다시 순환하도록 하게 하는 것이다.The control unit 200 controls the air conditioner 400 and the alarm notification unit 300 using the values calculated by the respective function calculation modules, wherein the calculated indoor air quality function value is the first air quality. If it is out of the range, the outdoor pollution degree function value is checked, and if the pollution degree is outside the reference range, the control signal for purifying and circulating indoor air is output to the air conditioner 400. In other words, if the indoor air quality is not good, if the outdoor air also has a high degree of pollution, the indoor air is purged internally to be circulated again.

또한, 제어부(200)는 상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 범위를 벗어난 경우에 실외 오염도 함수값을 확인하고 오염도가 기준범위내에 존재하면 실외 공기를 실내로 유입하도록 하는 제어신호를 공기 조화부(400)에 출력하게 된다. 즉, 실내 공기의 질이 좋지 않은 경우에 실외 공기의 상태가 양호한 경우(오염도 기준범위에 속하는 경우)에 실외공기를 정화하여 실내로 환기시키도록 하는 것이다.In addition, the control unit 200 checks the outdoor pollution degree function value when the calculated indoor air quality function value is outside the first air quality range, and controls the air conditioning control signal to introduce outdoor air into the room when the pollution degree is within the reference range. The output to the unit 400. That is, when the quality of indoor air is not good, when the outdoor air is in good condition (contamination degree falls within the reference range), outdoor air is purged and ventilated to the room.

한편, 제어부(200)는 상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제2 공기질 기준범위를 벗어나고, 실외 공기의 오염도 함수값이 제2 오염도 기준 이내일 경우에는 상기 경고 알림부(300)를 통해 실내로의 출입을 제한하는 경고 메시지를 출력하게 됨으로서 실내 및 실외 공기질 상태에 따라 실내출입을 제한하도록 함도 가능하다.On the other hand, if the calculated indoor air quality function value is outside the second air quality reference range, and the pollution degree function value of the outdoor air is within the second pollution degree standard, the control unit 200 enters the interior through the warning notification unit 300. By outputting a warning message to restrict access, it is possible to restrict access to indoors according to indoor and outdoor air quality conditions.

상기 제1 공기질 범위 및 제1 오염도 범위는 상기 공기조화부(400)를 구동제어하기 위한 기준범위이며, 제2 공기질 범위 및 제2 오염도 범위는 각각 경보 알림부(300)를 통해 실내 출입제한 등을 수행하기 위한 기준범위로서 상기 제1 및 제2 값은 각각 상이하도록 설정함이 바람직하다.The first air quality range and the first pollution degree range are reference ranges for driving control of the air conditioner 400, and the second air quality range and the second pollution degree range are respectively limited to indoor access through the alarm notification unit 300. Preferably, the first and second values are set to be different from each other as a reference range for performing the operation.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.

200 ; 제어부 300 ; 경보 알림부
400 ; 공기 조화부
200; Control unit 300; Alarm notification unit
400; Air conditioner

Claims (10)

지하 실내 공기질 모니터링 방법으로서,
공기질에 대한 공정변수의 측정값을 수집하는 측정 데이터 수집 단계와,
상기 수집된 측정 데이터 중 실외 공기질 영향을 배제하기 위해 데이터를 선별하고, 선별된 데이터로 주성분 분석법에 의해 주요변수를 설정하는 단계와,
상기 설정된 주요변수에 따른 통계적 상한치가 설정된 공기질 모델을 결정하는 모델링 단계와,
상기 측정 데이터와 공기질 모델의 상한치를 비교하여 공기질을 판단하는 공기질 판단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기질 모니터링 방법.
As underground indoor air quality monitoring method,
A measurement data collection step of collecting measurement values of process variables for air quality;
Selecting data to exclude the influence of outdoor air quality among the collected measurement data, and setting main variables by the principal component analysis method using the selected data;
A modeling step of determining an air quality model in which a statistical upper limit is set according to the set main variable;
And an air quality determining step of determining air quality by comparing the measured data with an upper limit value of the air quality model.
제1항에 있어서,
상기 공기질을 판단 후, 설정된 주요변수 중 기여도가 큰 원인변수를 선정하는 기여도 분석단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기질 모니터링 방법.
The method of claim 1,
And a contribution analysis step of selecting a cause variable having a large contribution from the set main variables after determining the air quality.
제1항에 있어서,
상기 판단된 공기질에 따른 등급으로 분류하여 표시하는 디스플레이 단계를 더 포함하고,
상기 디스플레이 단계는 페이스 차트 모니터링 기술을 이용하여 공기질을 인간의 얼굴 상태에 매칭하여 표시하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기질 모니터링 방법.
The method of claim 1,
The method may further include a display step of classifying and displaying the grade according to the determined air quality.
The displaying step is the indoor indoor air quality monitoring method, characterized in that by using a face chart monitoring technology to match the air quality to the human face.
지하 실내 공기제어 시스템으로서,
실내 변수를 측정하는 실내센서와, 실외 변수를 측정하는 실외센서를 포함하는 복수의 센서와,
상기 복수의 센서에 의한 변수들을 입력변수로 하는 실내 공기질 함수 계산모듈과, 실외 센서에 의한 측정값을 입력변수로 포함하는 실외 오염도 함수 계산모듈을 포함하며, 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 기준범위에 따라 운전 모드신호를 출력하는 제어부와,
상기 운전모드신호에 따라 실외 공기를 정화하여 실내로 유입시키는 환기모드 또는 실내 공기를 흡입하여 정화한 후 실내로 순환시키는 순환모드로 동작되는 순환모드로 동작되는 공기조화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
As underground indoor air control system,
A plurality of sensors including an indoor sensor measuring an indoor variable, an outdoor sensor measuring an outdoor variable,
An indoor air quality function calculation module using the variables of the plurality of sensors as input variables, and an outdoor pollution function calculation module including the measured value by the outdoor sensor as an input variable, wherein the indoor air quality function value is the first air quality reference range. A control unit for outputting a driving mode signal according to
Underground characterized in that it comprises an air conditioning unit operated in a circulation mode that operates in a circulation mode for purifying the outdoor air to enter the indoors by purifying the outdoor air in accordance with the operation mode signal or by inhaling and purifying indoor air. Indoor air control system.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제1 공기질 범위를 벗어날 경우,
실외 오염도 함수값이 제1 오염도 기준범위를 벗어났으면, 상기 공기 조화부에 순환모드로 동작하도록 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
The method of claim 4, wherein
The control unit,
If the calculated indoor air quality function value is out of the first air quality range,
If the outdoor pollution degree function value is out of the first pollution degree reference range, the indoor indoor air control system, characterized in that for outputting a signal to operate in the circulation mode in the air conditioning unit.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 계산된 실내 공기질 함수 값이 제1 공기질 범위를 벗어날 경우,
실외 오염도 함수값이 제1 오염도 기준범위 내에 존재하면, 상기 공기조화부에 환기모드로 동작하도록 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
The method of claim 4, wherein
The control unit,
If the calculated indoor air quality function value is out of the first air quality range,
And when the outdoor pollution degree function value is within the first pollution degree reference range, outputting a signal to operate in the ventilation mode to the air conditioning unit.
제4항에 있어서,
경보 알림부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 계산된 실내 공기질 함수값이 제2 공기질 기준범위를 벗어날 경우,
상기 실외 공기의 오염도 함수값이 제2 오염도 기준 이내일 경우, 상기 경고 알림부에 실내출입 제한을 알리도록 하는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
The method of claim 4, wherein
Further includes an alarm notification unit,
The control unit,
If the calculated indoor air quality function value is outside the second air quality reference range,
The indoor indoor air control system, when the pollution degree function value of the outdoor air is within a second pollution degree standard, outputting a signal for notifying indoor access restriction to the warning notification unit.
제4항에 있어서,
상기 복수의 센서는
온도센서, 습도센서, 풍속센서, 실내 PM10, 실내 PM2 . 5을 측정하는 먼지센서, 실외 PM10 을 측정하는 먼지센서와, 유동인구수를 카운트 하기 위한 감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
The method of claim 4, wherein
The plurality of sensors
Temperature sensor, humidity sensor, wind speed sensor, indoor PM 10 , indoor PM 2 . An indoor indoor air control system, comprising: a dust sensor for measuring 5 , a dust sensor for measuring outdoor PM 10 , and a sensing sensor for counting the flow population.
제8항에 있어서,
상기 실내 센서는 온도센서, 습도센서, 풍속센서, 실내 PM10, 실내 PM2 . 5을 측정하는 먼지센서, 유동인구수를 카운트 하기 위한 감지센서를 포함하고,
상기 실외 센서는 실외 PM10 을 측정하는 먼지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
The method of claim 8,
The indoor sensor is a temperature sensor, humidity sensor, wind speed sensor, indoor PM 10 , indoor PM 2 . Dust sensor for measuring 5 , detection sensor for counting the floating population,
The outdoor sensor is an indoor indoor air control system, characterized in that it comprises a dust sensor for measuring the outdoor PM 10 .
제9항에 있어서,
상기 실내 변수는 온도값, 습도값, 풍속값, 실내 PM10값, 실내 PM2 . 5값, 실내 PM10과 실내 PM2 . 5 의 비율값을 포함하고,
상기 실외 변수는 실외 PM10 값, 실외 PM10 실내 PM10의 비율값을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하 실내 공기제어 시스템.
10. The method of claim 9,
The indoor variable is a temperature value, a humidity value, a wind speed value, an indoor PM 10 value, an indoor PM 2 . 5 values, Indoor PM 10 and Indoor PM 2 . Contains a ratio value of 5 ,
The outdoor variable includes an outdoor PM 10 value and an outdoor PM 10 value. Characterized in that it comprises a percentage value of the indoor PM 10 Underground indoor air control system.
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