KR20120075948A - Method of presumption for quality of water using multiple regression - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법에 관한 것으로, 독립변수 데이터를 이용하여 양식장 등의 수질 환경을 추정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for estimating water quality through multiple regression analysis, and to a method for estimating water quality of aquaculture farms using independent variable data.
양식장 등을 이용하여 어업을 하는 과정에서 수온 염분 등의 수질 환경 정보는 매우 중요하다. 일반적으로는 어업생산자가 생산 현장에서 수조 내에 센서를 설치하고, 수온, 염분 등의 수질 환경 정보를 모니터링하면서 이상이 있을 경우에 조치를 취하게 된다. 그러나 수질 환경 정보를 위해서 모니터링 시스템은 센서를 포함한 장비의 구입 비용 등의 문제점도 있고, 시스템을 지속적으로 수리 및 관리해야 하는 부담감도 있다.
In the process of fisheries using aquaculture farms, water quality information such as water temperature and salinity is very important. Generally, a fishery producer installs a sensor in a tank at a production site and monitors water quality information such as water temperature and salinity and takes action when there is an abnormality. However, the monitoring system has problems such as the purchase cost of equipment including a sensor for water environment information, and there is a burden of continuously repairing and managing the system.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 및 기술 개발의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고가의 비용을 들이지 않고, 수질 환경을 추정할 수 있는 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art and the necessity of technology development, and provides a method for estimating the water environment through multiple regression analysis that can estimate the water environment without expensive costs Has its purpose.
또한, 본 발명은 신뢰도 있는 독립변수를 바탕으로 수질 환경 정보를 추정하는 데에 그 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to estimate the water quality environmental information based on reliable independent variables.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 의한 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법은 수질 환경에 해당하는 독립변수의 자료를 수집하는 단계; 독립변수를 이용하여 다중회귀분석을 수행하는 단계; 및 다중공선성 진단을 수행하는 단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, the method for estimating water quality through multiple regression analysis according to the present invention comprises: collecting data of independent variables corresponding to the water quality environment; Performing a multiple regression analysis using the independent variable; And performing a multicollinearity diagnosis.
독립변수는 수온, 기온, 기압전도도, 염도, 용존 산소량, 클로로필 함유량 중 적어도 두 개 이상일 수 있다.The independent variable may be at least two of water temperature, air temperature, barometric conductivity, salinity, dissolved oxygen content and chlorophyll content.
다중공선성 진단은 분산팽창 지수를 사용하여 평가하며, 분산팽창 지수가 10 이상이면 설명변수가 다중 공선정 문제를 발생한다고 판단하여, 설명변수를 제거하는 것일 수 있다.Multicollinearity diagnosis is evaluated using the dispersion expansion index, and if the dispersion expansion index is 10 or more, it may be determined that the explanatory variable causes a multicollinearity problem, and thus the explanatory variable may be removed.
그리고 수온 예측을 위한 다중회귀분석은 다음의 [수학식1]을 이용할 수 있다. And multiple regression analysis for water temperature prediction can use the following equation (1).
[수학식1] [Equation 1]
양식장 수온= -4.402 + 0.906*발포수온 + 0.198*발포염도Aquaculture water temperature = -4.402 + 0.906 * foaming water temperature + 0.198 * foaming salinity
또한, 용존산소 예측을 위한 다중회귀분석은 다음의 [수학식2]을 이용할 수 있다.In addition, multiple regression analysis for dissolved oxygen prediction can use the following equation (2).
[수학식2]&Quot; (2) "
용존산소량= 15.833 - 0.209*수온 - 0.142*염도Dissolved oxygen = 15.833-0.209 * water temperature-0.142 * salinity
그리고, 용존산소 예측을 위한 다중회귀분석은 다음의 [수학식3]을 이용할 수 있다.In addition, multiple regression analysis for dissolved oxygen prediction may use the following [Equation 3].
[수학식3]&Quot; (3) "
용존산소량= 11.488 - 0.2097*수온
Dissolved oxygen = 11.488-0.2097 * water temperature
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고가의 비용이 소요되는 시스템을 요구하지 않고, 관측소에서 관측되는 신뢰도 있는 독립변수를 이용하여 수질 환경을 추정할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the water quality environment can be estimated using reliable independent variables observed at the station without requiring a costly system.
도 1은 본 발명에 의한 수질환경 추정 방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 독립변수 획득 표본 지역의 온도 변화 추이를 나타내는 도면.
도 3은 독립변수 획득 표본 지역의 염도 변화 추이를 나타내는 도면.
도 4는 양식장 온도와 용존산소량을 나타내는 도면.
도 5는 추정된 온도와 실제 온도를 나타내는 도면.
도 6은 추정된 용존산소량과 실제 관측값을 나타내는 도면.1 is a flow chart showing a water quality estimation method according to the present invention.
2 is a graph showing a temperature change trend of an independent variable acquisition sample area.
3 is a graph showing the change in salinity of the independent variable acquisition sample area.
4 shows aquaculture farm temperature and dissolved oxygen content;
5 shows the estimated and actual temperatures.
6 shows the estimated dissolved oxygen and actual observations.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flow chart showing a water quality estimation method through multiple regression analysis according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법은 먼저 수질 환경에 해당하는 독립변수의 자료를 수집한다(S1). 이때 독립변수는 수온, 기온, 기압전도도, 염도, 용존 산소량, 클로로필 함유량 중 적어도 두 개 이상을 포함한다. 이어서, 독립변수를 이용하여 다중회귀분석을 수행한다(S2). 그리고, 다중공선성 진단을 수행한다(S3). 다중공선성 진단은 분산팽창 지수를 사용하여 평가할 수 있다(S4). 이때 분산팽창 지수(Variance Inflation Factor; VIF)가 10 이상이면 설명변수가 다중공선정 문제를 발생한다고 판단하여, 설명변수를 제거한다(S5). 그리고 다중공선성 진단결과 분산팽창 지수가 10을 넘지 않거나, 설명변수를 제거한 이후에는 추정값과 관측값을 비교한다(S7). 이어서 추정값과 관측값의 결과 차이가 크지 않을 경우 수질환경 추정 모델을 수립할 수 있다(S8). 수질환경 추정 모델 수립을 위한 추정값과 관측값의 결과 차이는 사용자에 의해서 설정될 수 있다.Referring to FIG. 1, the method for estimating water quality through multiple regression analysis according to the present invention first collects data of independent variables corresponding to the water quality environment (S1). Independent variables include at least two of water temperature, air temperature, barometric conductivity, salinity, dissolved oxygen content and chlorophyll content. Then, multiple regression analysis is performed using the independent variable (S2). Then, multicollinearity diagnosis is performed (S3). Multicollinearity diagnosis can be evaluated using the dispersion expansion index (S4). In this case, when the variation inflation factor (VIF) is 10 or more, it is determined that the explanatory variable causes a multicollecting problem, and the explanatory variable is removed (S5). After the multicollinearity diagnosis results, the dispersion expansion index does not exceed 10 or after the explanatory variable is removed, the estimated value and the observed value are compared (S7). Subsequently, when the difference between the estimated value and the observed value is not large, a water environment estimation model may be established (S8). The result difference between the estimated value and the observed value for establishing the water quality estimation model may be set by the user.
이러한 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법을 실시예를 통해서 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the water environment estimation method through the multiple regression analysis in more detail through the following examples.
실제 독립변수 자료와 이를 적용한 다중회기분석을 수행하기 위해서 선정한 조사 지역은 전라남도 고흥군 거금도에 위치한 육상 수조식 양식장인 금호수산과 조위 관측소 지역인 여수 오동도, 고흥 발포항을 포함하여 3개 지역이다. 금호수산 양식장은 2008년 11월부터 환경정보 모니터링 시스템 시범 사업 대상 양식장으로 선정되어 센서와 모니터링 시스템을 양식장 내에 설치하여 운영해 오고 있다. 수조 내에 설치된 지능형 센서로부터 수조 환경 정보인 해수 온도, 염도, 용존산소, 클로로필, pH 등이 매분 간격으로 시스템에 축적되어 오고 있다. 발포와 오동도 조위 관측소 데이터는 국립 해양조사원에 요청하여 매 시간당 측정되어진 조위, 풍속, 돌풍, 풍향, 기온, 기압, 전도도, 수온, 염도 데이터를 해양조사원으로부터 받아 본 연구에 이용하였다. The survey areas selected for performing the actual independent variable data and the multi-session analysis were applied to three areas including Geumho Fisheries, a land tank farm in Goheung-gun, Goheung-gun, Jeollanam-do, Yeosu Odongdo, and Joheung Observatory. Since November 2008, Kumho Fishery Farm has been selected as a pilot farm for environmental information monitoring system and has installed sensors and monitoring system in the farm. The water temperature, salinity, dissolved oxygen, chlorophyll, pH, etc., which are the environmental information of the tank, have been accumulated in the system every minute from the intelligent sensor installed in the tank. The foaming and odongdo tidal observatory data were requested from the National Maritime Research Institute, and the tide, wind speed, gust, wind direction, temperature, barometric pressure, conductivity, water temperature, and salinity data measured every hour were used for this study.
그리고, 수질 항목의 데이터는 2009년 1월부터 2010년 7월 까지의 데이터를 이용하였다. 3개 지역의 데이터를 [표 1]과 같이 총 5개 셋으로 분류하여 통계적 분석을 수행하고자 한다. [표 1]에서 A는 금호 양식장, B는 발포 지역, C는 여수 지역을 나타낸다. 그리고, 첫째 데이터 셋은 금호수산 양식장의 수질 환경 정보 특성을 알아보기 위한 것이고, 둘째 데이터 셋은 조위 관측소 측정 항목인 수질 환경의 특성을 살펴보기 위함이고, 셋째 데이터 셋은 3지역간 공통 정보인 수온과 염도 차이 분석을 행하기 위함이다. 넷째 데이터 셋은 근거리 지역인 발포 조위 관측소 데이터를 이용하여 금호수산 양식장의 환경정보를 추정하기 위한 것이다. 다섯째 데이터 셋은 회귀 추정식에 의한 예측치와 실측치를 Plot 하기 위한 데이터 셋으로 구성하였다. In addition, data of water quality items were used from January 2009 to July 2010. We want to perform statistical analysis by classifying data from three regions into five sets as shown in [Table 1]. In [Table 1], A represents Kumho farm, B represents firing area, and C represents Yeosu area. The first data set is to examine the characteristics of the water quality information of the Kumho Fishery Farm, and the second data set is to examine the characteristics of the water quality, which is a measure of the tide station. To do salinity difference analysis. Fourth, the data set is for estimating the environmental information of Kumho Fishery Farm using the bubbling tide station data. Fifth, the data set is composed of data sets for plotting the predicted and measured values by the regression estimation equation.
B : 수온, 기압, 전도도, 풍속, 염도A: water temperature, salinity, pH, dissolved oxygen
B: water temperature, air pressure, conductivity, wind speed, salinity
B : 수온, 염도 A: water temperature, dissolved oxygen
B: water temperature, salinity
2010.7.302010.2.4 ~
2010.7.30
통계 분석을 위한 통계 처리는 대표적인 통계패키지인 SAS 9.2를 이용하여 수행하였다. 금호수산 양식장의 매분 간격으로 측정된 수질 인자 데이터에 대해선 일 평균값을 구하여 분석에 이용하였고 조위 관측소의 매 시간당 측정되어진 데이터에 대해서는 상관분석을 제외한 대부분의 통계 분석 예를 들어 분산분석, 요인분석, 다중회귀 분석, 그리고 예측치 실측치의 PLOT 등에서 조위 관측소 데이터의 일 평균값을 산출하여 분석에 이용하였다. Statistical processing for statistical analysis was performed using SAS 9.2, a representative statistical package. The daily average value of water quality factor data measured every minute at Kumho Fisheries farm was used for analysis. Most of the statistical analysis except the correlation analysis for the data measured every hour at the tidal station, for example, analysis of variance, factor analysis, multiplexing The daily mean value of the tide station data was calculated and used for the regression analysis and the PLOT of the predicted value.
그리고, 데이터의 상관성이 높은 변수들을 묶어 잠재된 몇 개의 변수를 찾기 위해 조위 관측소 9개 수질 항목에 대해 요인 분석을 수행하고 요인 개수는 각 요인들의 평균 설명력에 해당하는 고유치가 1 이상인 것을 선택하여 요인 개수로 한다. Then, factor analysis is performed on nine water quality items at the tide station to find several potential variables by grouping the highly correlated variables of the data.The number of factors is selected by selecting an eigenvalue corresponding to the mean explanatory power of each factor of 1 or more. Let's count.
[표 2]는 2009년 금호수산 양식장의 수질 통계량을 나타내는 표이다. [Table 2] shows the water quality statistics for the 2009 Kumho Fisheries Farm.
월variable
month
[표 2]에서 보는 바와 같이 수온은 계절적 요인에 의해 1월이 가장 낮고 8월이 가장 높게 나타났다. 어류의 생존에 필요한 용존산소의 농도는 4ppm 이상인데 수온과 반비례 관계에 있는 용존산소는 6.2 이상으로 관측된다. 수소이온농도(pH)는 대부분 pH7.0 이상으로 알칼리성을 나타내고 있다. 다량의 영양염이 유입되는 경우 농도가 높게 나타나는 클로로필 농도의 큰 변동 폭은 없으며 다만, 7월, 10월, 11월, 12월이 다른 달에 비해 조금 높게 관측되었다. N은 관측일로 양식장 수조 청소 및 시스템 정전등의 문제로 5, 6월이 특히 관측일 수가 적어 5, 6월의 대표성은 부족하다.As shown in [Table 2], the water temperature was the lowest in January and the highest in August due to seasonal factors. The concentration of dissolved oxygen required for the survival of fish is more than 4ppm, and dissolved oxygen, which is inversely related to the water temperature, is observed to be 6.2 or more. The hydrogen ion concentration (pH) is alkaline at most pH 7.0 or more. There is no big fluctuation in chlorophyll concentration when the nutrients are introduced in large quantities, but July, October, November, and December were slightly higher than other months. N is an observation day, and problems such as aquaculture tank cleaning and system blackouts are insufficient in May and June due to the lack of observation days.
[표 3]은 계절별 수질 통계량을 나타내는 표이다. [표 3]에서 계절의 분류는 12월,1월,2월은 봄, 3,4,5월은 여름, 6,7,8월은 여름, 9,10,11월은 가을로 분류하였다. 추후 관측소 지역의 계절별 특성과 비교할 수 있다. Table 3 is a table showing seasonal water quality statistics. In Table 3, the seasons were classified as December, January, February in spring, March, April and May in summer, June, July and August in summer, and September, October and November in autumn. This can then be compared with the seasonal characteristics of the station area.
[표 4]는 변수 간 선형 상관성을 알아보기 위해 5개 수질 항목에 대한 상관분석을 실시한 결과이다. [Table 4] shows the results of correlation analysis on five water quality items to determine the linear correlation between variables.
[표 4]를 참조하면, 수온이 용존산소(r=-0.95)와 높은 음의 상관성을 보이는 것을 알 수 있다.Referring to Table 4, it can be seen that the water temperature shows a high negative correlation with the dissolved oxygen (r = -0.95).
[표 5]는 발포 지역의 2009년 1년치 데이터를 기준으로 요인분석한 결과이다. Table 5 shows the results of factor analysis based on the 2009 yearly data for the firing area.
[표 5]를 참조하면, 고유치가 1이상인 것이 선정되어 요인 개수가 3개이다. 요인1에 수온, 기온, 기압, 전도도가 포함되고 단 기압은 다른 변수들과는 반비례관계에 있음을 알 수 있다. 요인2에는 풍속과 돌풍이 포함되고 요인3은 염도가 해당된다.Referring to [Table 5], the eigenvalue is selected to be one or more, and the number of factors is three. Factor 1 includes water temperature, temperature, barometric pressure, and conductivity, and short-term pressure is inversely related to other variables. Factor 2 includes wind speed and gust, and factor 3 is salinity.
[표 6]은 고흥 발포 지역의 환경인자 상관관계를 나타내는 표이다.[Table 6] is a table showing the correlation of environmental factors in Goheung firing area.
[표 6]을 참조하면, 상관분석에서는 수온이 기온(r=0.92)과 양의 상관성, 기압(r=-0.64)과 음의 상관성, 전도도(r=0.84)와 양의 상관성을 나타내고, 기온은 전도도(r=0.76)와 양의 상관, 기압은 전도도(r=-0.52)와 음의 상관성, 풍향은 돌풍(r=0.95)과 양의 상관, 전도도와 염도(r=0.57)는 양의 상관성을 보이는 것을 알 수 있다.Referring to [Table 6], in the correlation analysis, the water temperature indicates a positive correlation with the air temperature (r = 0.92), a negative correlation with the air pressure (r = -0.64), and a positive correlation with the conductivity (r = 0.84). Is positively correlated with silver conductivity (r = 0.76), air pressure is negatively correlated with conductivity (r = -0.52), wind direction is positively correlated with gust (r = 0.95), and conductivity and salinity (r = 0.57) are positive It can be seen that the correlation is shown.
[표 7]은 발포 항과 여수 오동도의 계절별 수질 환경 자료의 평균과 표준편차를 제시한 것이다.Table 7 shows the mean and standard deviation of the seasonal water quality data for the foaming port and Yeosu Odongdo.
1.653.54 ±
1.65
1.652.81 ±
1.65
1.372.79 ±
1.37
1.713.72 ±
1.71
이때, [표 7]에서 B는 발포 지역, C는 여수 지역을 나타낸다. At this time, in [Table 7] B represents the foaming area, C represents the Yeosu area.
매 시간 간격으로 측정된 조위 관측소의 데이터는 조위, 풍속, 돌풍, 풍향, 기온, 기압, 전도도, 수온, 염도의 정보를 가지고 있고 매분 간격으로 측정 기록되는 양식장 수질 환경 정보는 수온, 용존산소, 염도, pH, 클로로필이다. The data of tide station measured every hour have information of tide, wind speed, wind gust, wind direction, temperature, barometric pressure, conductivity, water temperature, salinity. , pH, chlorophyll.
상술한 세 곳의 지역인 금호수산 양식장, 발포 지역 및 여수 지역의 동일 관측 항목은 수온과 염도이므로 3 지역 간 차이 분석을 위해서 일일 평균 수온, 염도를 산출하여 분산 분석에 사용했다. The same observation items in the three areas, Kumho Fishery Farm, Foaming Area, and Yeosu Area, were used for variance analysis.
도 2는 2009년 세 지역간의 수온을 그래프로 표시한 것이고, 도 3은 염도를 그래프로 표시한 것이다. 그리고 도 2 및 도 3에서 각 그래프의 구분선은 각각 2월, 3월, 4월, 5월, 6월, 7월, 8월, 9월, 10월, 11월, 12월 시작일을 표시한다. Figure 2 is a graph showing the water temperature between the three regions in 2009, Figure 3 is a graph showing the salinity. In FIGS. 2 and 3, the dividing lines of the graphs indicate February, March, April, May, June, July, August, September, October, November, and December start dates, respectively.
도 2 및 도 3을 참조하면, 세 지역간 수온 차이는 매우 적고 염도는 차이가 있음을 짐작할 수 있다. 2 and 3, it can be seen that the difference in water temperature between the three regions is very small and the salinity is different.
그리고 [표 8]은 이러한 도 2 및 도 3의 분산 분석을 나타내는 표이다.And Table 8 is a table showing the variance analysis of these FIG. 2 and FIG.
[표 8]의 분산 분석의 결과에서도 유의수준 5%에서 수온은 3지역간 차이가 없음을 알 수 있고 염도는 차이가 있음을 알 수 있다. 특히 여수 오동도는 도시 지역과 근접한 관계로 생활 하수등의 유입으로 염도가 다른 지역에 비해 낮게 나타났다고 볼 수 있다. In the results of the analysis of variance in Table 8, it can be seen that the water temperature does not differ between the three regions at the significance level of 5%, and the salinity is different. Yeosu Odongdo, in particular, has a lower salinity than other regions because of its close proximity to urban areas.
[표 9]는 유의한 차이가 존재한 월에 대해 사후 검정을 실시한 결과이다.Table 9 shows the results of the post test on the months with significant differences.
0.0001
0.0001
B
CA
B
C
6.29
4.867.37
6.29
4.86
31
3130
31
31
C
BA
C
B
0.0369
0.0369
A
BA
A
B
30.75
28.0930.83
30.75
28.09
30
3131
30
31
A
CB
A
C
0.0001
0.0001
B
BA
B
B
7.83
7.638.82
7.83
7.63
28
2826
28
28
B
CA
B
C
0.0079
0.0079
A
BA
A
B
29.53
26.4930.08
29.53
26.49
28
2826
28
28
B
CA
B
C
0.002
0.002
B
BA
B
B
9.52
9.4610.26
9.52
9.46
31
3130
31
31
C
BA
C
B
0.0001
0.0001
B
CA
B
C
29.14
28.0131.30
29.14
28.01
30
3131
30
31
A
CB
A
C
0.0600
0.0600
AB
BA
AB
B
24.35
24.1024.46
24.35
24.10
30
3030
30
30
C
AB
C
A
0.0001
0.0001
A
BA
A
B
30.57
27.7931.14
30.57
27.79
30
3030
30
30
A
CB
A
C
0.015
0.015
AB
BA
AB
B
20.32
19.9721.10
20.32
19.97
29
3131
29
31
A
BC
A
B
0.0001
0.0001
B
CA
B
C
30.17
28.6431.51
30.17
28.64
29
3131
29
31
A
CB
A
C
0.0048
0.0048
AB
BA
AB
B
14.80
13.8015.72
14.80
13.80
26
3030
26
30
A
BC
A
B
0.0001
0.0001
A
BA
A
B
31.60
28.6032.13
31.60
28.60
30
2630
30
26
C
AB
C
A
0.0001
0.0001
A
BA
A
B
10.39
8.4510.62
10.39
8.45
31
3115
31
31
C
BA
C
B
0.0001
0.0001
B
CA
B
C
32.09
28.5032.54
32.09
28.50
31
1531
31
15
C
AB
C
A
[표 9]를 참조하면, 세 지역간 월별 비교시 유의수준 5%에서 4, 5, 6 ,7, 8, 9월의 지역별 수온의 차이는 없는 걸로 나타났지만 1, 2, 3, 10, 11, 12월에는 유의한 차이가 존재하였다. 단, 5월과 6월 금호수산의 관측일이 각각 5일, 13일인 관계로 여수와 발포간 수온 차이가 없기에 차이가 없는 걸로 간주하였다. 염도는 월별 분석에서도 3 지역 간 차이가 존재하였고, 발포가 염도가 가장 높고 여수가 제일 낮은 것으로 나타났다. Referring to [Table 9], there was no difference in water temperature by region of 4, 5, 6, 7, 8, and September at the significance level of 5% when comparing the three regions monthly. There was a significant difference in December. However, the observation dates of Kumho Fisheries in May and June were 5 days and 13 days, respectively, so there was no difference in water temperature between Yeosu and firing. Salinity was also different among the three regions in the monthly analysis, and foaming had the highest salinity and the lowest Yeosu.
고흥 발포 조위 관측소의 데이터를 이용하여 근거리 양식장의 수온을 예측하기 위해 [표 5]를 통해 살펴본 요인 분석과 상관분석 결과를 토대로 독립변수를 수온, 풍속, 염도로 하여 다중회귀변수를 수행하였다. 그 결과 F 검정통계량의 p-value 값이 유의수준 0.05보다 작아 수온, 염도, 풍속 중 적어도 하나는 양식장 수온에 영향을 끼치는 것을 알 수 있었다. 그러나 회귀계수의 유의성 검정을 위한 t검정에서 유의수준 0.05에서 유의한 설명변수는 관측소의 수온과 염도 이였다. 이에 따라 풍속을 제외하고 추정한 결과를 살펴보면 [표 10]과 같다.In order to predict the water temperature in the near-farm, using the data from Goheung foam tide station, multiple regression variables were performed using independent variables as water temperature, wind speed, and salinity based on the results of factor analysis and correlation analysis. As a result, it was found that the p-value of the F test statistic was less than the significance level of 0.05, so that at least one of the water temperature, salinity, and wind speed affects the farm water temperature. However, in the t-test for significance test of the regression coefficient, the significant explanatory variables at the significance level of 0.05 were the station temperature and salinity. Accordingly, the results obtained by excluding the wind speed are shown in [Table 10].
회귀 모형의 적합성은 F-검정과 결정계수(R2)로 검정한 결과 유의수준 0.05보다 F=11167.8(p<.001)이 작아 회귀식이 유의한 것으로 나타났다. 또한 결정계수 값도 1에 가까워 회귀모형이 전체 변량의 대부분을 설명하고 있다고 추정할 수 있다. 회귀 계수에 대한 t검정 결과에서도 유의하고 VIF 값이 1에 가까워 다중 공선성 영향이 없다고 할 수 있다. 표준화 회귀 계수 값에 의해 수온이 1.014로 전체 회귀 모형의 대부분을 설명하고 있음을 알 수 있다. The regression model was found to be significant because F = 11167.8 (p <.001) was smaller than the significance level of 0.05 as a result of the F-test and the coefficient of determination (R 2 ). In addition, the value of the coefficient of determination is close to 1, and it can be estimated that the regression model accounts for most of the entire variance. The t-test on the regression coefficients is also significant and the VIF value is close to 1, indicating no multicollinear effects. The standardized regression coefficient values indicate that the water temperature is 1.014, which explains most of the overall regression model.
따라서 다중 회귀 분석을 통한 양식장 수온 예측을 위한 회귀식은 다음의 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.Therefore, the regression equation for farm water temperature prediction through multiple regression analysis can be expressed as Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
양식장수온 = -4.402 + 0.906 * 발포 수온 + 0.198 * 발포염도Aquaculture Water Temperature = -4.402 + 0.906 * Foaming Water Temperature + 0.198 * Foaming Salt
그리고 [표 11]은 pH, 염도, 용존산소량을 위한 회귀 모형식이다.And Table 11 is a regression model for pH, salinity, dissolved oxygen.
이때, pH, 염도는 결정 계수 값이 매우 낮아 회귀 모형식이 적절하지 않지만 용존산소를 위한 다른 회귀식인 [수학식 2]는 결정계수 89% 수준에서 회귀직선 관계에 있다. In this case, pH and salinity are very low, so the regression model is not appropriate, but [2], which is another regression equation for dissolved oxygen, has a linear regression relationship at the 89% crystallinity.
[수학식 2][Equation 2]
용존 산소량= 15.833- 0.209 *수온 -0.142*염도Dissolved oxygen = 15.833- 0.209 * water temperature -0.142 * salinity
따라서 고흥 조위 관측소 데이터를 이용하여 양식장 수질정보를 추정할수 있는 것은 수온, 용존산소 임을 알 수 있다. 즉, 2009년도 금호수산 측정 데이터를 이용한 용존 산소 추정에서는 다음과 같은 회귀식인 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.Therefore, it is known that the water temperature and dissolved oxygen can be used to estimate the water quality information of farms using Goheung tide station data. That is, in the estimation of the dissolved oxygen using the 2009 Kumho Fisheries measurement data, it can be expressed as the following regression equation [Equation 3].
양식장 용존산소 = 11.488 - 0.2097 * 양식장 수온Aquaculture Dissolved Oxygen = 11.488-0.2097 * Aquaculture Water Temperature
[수학식 3]을 바탕으로 양식장 수온과 용존산소의 상관관계를 살펴보면 도 4와 같다.Based on Equation 3, the correlation between the farm water temperature and dissolved oxygen is shown in FIG. 4.
도 4를 참조하면, 결정계수 96% 수준에서 회귀직선 관계에 있어서, [수학식 3]의 용존산소 회귀식은 [수학식 2]의 용존산소 회귀식보다 관측치가 직선에 더 몰려 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, in the regression linear relationship at the level of 96% of the coefficient of determination, the dissolved oxygen regression equation of [Equation 3] can be seen that the observed values are concentrated in a straight line than the dissolved oxygen regression equation of [Equation 2]. .
도 5는 상술한 바와 같이 독립변수를 바탕으로 추정된 회귀식인 [수학식 1]을 바탕으로 수온과 용존산소 값을 추정한 것을 나타내는 도면이다. 도 5에서 붉은색이 회귀식에 의한 추정값이고, 검은색이 실제 관측된 수온을 나타낸다. FIG. 5 is a diagram illustrating estimation of water temperature and dissolved oxygen value based on Equation 1, which is a regression equation estimated based on an independent variable as described above. In FIG. 5, red is an estimated value by a regression equation, and black is an actual observed water temperature.
그리고 도 6은 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 바탕으로 추정한 용존산소량을 나타내는 도면이다. 도 6에서 붉은색은 [수학식 2]를 바탕으로 추정한 용존산소량이고, 녹색은 [수학식 3]을 바탕으로 추정한 용존산소량을 나타낸다.6 is a view showing the dissolved oxygen amount estimated based on [Equation 2] and [Equation 3]. In FIG. 6, the red color indicates dissolved oxygen amount estimated based on [Equation 2], and the green color indicates dissolved oxygen amount estimated based on [Equation 3].
도 5 및 도 6을 참조하면, 수온 추정값을 이용한 [수학식 3]의 용존산소 추정값인 녹색 데이터와 [수학식 2]에 의해 추정된 붉은색 데이터는 거의 유사함을 알 수 있다. 즉, 양식장 용존산소 예측을 위해서 [수학식 3]을 이용한 수질환경예측 방법이 적합한 것을 알 수 있다.5 and 6, it can be seen that the green data, which is the dissolved oxygen estimate of Equation 3 using the water temperature estimate, and the red data estimated by Equation 2 are almost similar. That is, it can be seen that the water environment prediction method using Equation 3 is suitable for predicting dissolved oxygen in aquaculture farms.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Changes and corrections will be possible.
Claims (6)
상기 독립변수를 이용하여 다중회귀분석을 수행하는 단계; 및
다중공선성 진단을 수행하는 단계;를 포함하는 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법.
Collecting data of independent variables corresponding to the water environment;
Performing a multiple regression analysis using the independent variable; And
A method of estimating water quality through multiple regression analysis, comprising: performing a multicollinearity diagnosis.
상기 독립변수는 수온, 기온, 기압전도도, 염도, 용존 산소량, 클로로필 함유량 중 적어도 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법.
The method of claim 1,
The independent variable is at least two or more of water temperature, air temperature, barometric conductivity, salinity, dissolved oxygen content, chlorophyll content, water environment estimation method through multiple regression analysis.
상기 다중공선성 진단은 분산팽창 지수를 사용하여 평가하며, 상기 분산팽창 지수가 10 이상이면 설명변수가 다중 공선정 문제를 발생한다고 판단하여, 상기 설명변수를 제거하는 것을 특징으로 하는 다중회귀분석을 통한 수질 환경 추정 방법.
The method of claim 1,
The multicollinearity diagnosis is evaluated by using a variance expansion index, and when the variance expansion index is 10 or more, it is determined that the explanatory variable causes a multicollinearity problem, and the multivariate regression analysis is performed. Method of estimating water quality through water.
수온 예측을 위한 상기 다중회귀분석은 다음의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는 수질 환경 추정 방법.
(수학식)
양식장 수온= -4.402 + 0.906*발포수온 + 0.198*발포염도
The method of claim 1,
The multiple regression analysis for water temperature prediction is characterized by using the following equation.
(Mathematical formula)
Aquaculture water temperature = -4.402 + 0.906 * foaming water temperature + 0.198 * foaming salinity
용존산소 예측을 위한 상기 다중회귀분석은 다음의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는 수질 환경 추정 방법.
(수학식)
용존산소량= 15.833 - 0.209*수온 - 0.142*염도
The method of claim 1.
The multiple regression analysis for the prediction of dissolved oxygen uses the following equation.
(Mathematical formula)
Dissolved oxygen = 15.833-0.209 * water temperature-0.142 * salinity
용존산소 예측을 위한 상기 다중회귀분석은 다음의 수학식을 이용하는 것을 특징으로 하는 수질 환경 추정 방법.
(수학식)
용존산소량= 11.488 - 0.2097*수온
The method of claim 1,
The multiple regression analysis for the prediction of dissolved oxygen uses the following equation.
(Mathematical formula)
Dissolved oxygen = 11.488-0.2097 * water temperature
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E601 | Decision to refuse application |