KR20160097933A - 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템 - Google Patents

환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템에 관한 것으로, 기상청에서 제공하는 AWS 측정정보와 UM 기상자료 및 유관기관에서 제공하는 지형정보와 대기 배출량 정보를 가지고 바람장 모델링 및 대기질 모델링을 수행하여 바람의 방향 및 세기에 대한 예측 데이터와 대기 환경 오염원에 대한 예측 대기질 정보를 산출하고, 이를 빅데이터 처리ㆍ분석을 통해 현장환경 복합센서의 실시간 측정값과 비교 분석하여 추출된 패턴 결과에 따라 바람장 모델링과 대기질 모델링 요소를 수정ㆍ보완함으로써 예측값의 정확성을 높일 수 있고, 대기질 모델링 결과 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하고, 이를 시공간 및 시계열적으로 표시하며 외부에 상황전파가 가능하다.

Description

환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템{AIR QUALITY PREDICTION AND MANAGEMENT SYSTEM FOR ENVIRONMENT DISASTER EARLY DETECTION}
본 발명은 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기질 예측 모델링 기법을 통해 환경 대기의 재난, 재해가 발생할 것으로 예상되는 지역을 조기에 감지하여 이를 표시하고 상황전파 할 수 있는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템에 관한 것이다.
지구 온난화 등과 같은 급격한 환경 변화에 능동적 효율적으로 대응하기 위한 대기 환경관리는 전 세계적으로 매우 중요한 화두가 되고 있으며, 특히 대기 오염물질을 다량으로 배출하는 도시 지역, 공업 지역에서의 대기 환경 관리는 쾌적한 대기 환경에서의 인간생활을 위한 필요 조건으로 대두되고 있는 실정이다.
따라서, 근래에는 대기 오염물질을 다량 발생시키는 도시 지역, 공업 지역 등에 대기 관측소들을 설치해 두고, 이들 대기 관측소를 통해 관측된 대기 오염물질의 오염 정도(농도)를 전광판, 방송 매체 등을 경보하는 대기 경보 시스템이 널리 이용되고 있다.
또한, 더 발전하여 환경부의 대기질 측정망 자료와 배출량 자료, 기상청의 기상자료를 활용하여 직접 대기질 감시 모니터링으로부터의 실시간 대기오염도 표출을 통한 미세먼지 및 오존 등의 경보시스템과 대기확산모델링을 이용하여 대상지역 내의 오염물질 배출량, 기상 및 지형조건 등의 오염 영향인자들을 동시에 고려하고 중국과 북한에서 월경하는 오염도까지 예측가능한 종합적 대기질 예ㆍ경보시스템이 구축되어 있다.
이러한 종래의 대기질 예측 및 관리시스템이 도 1에 도시되어있다.
도 1은 한국등록특허 10-1382507호(명칭: 대기질 예측 및 관리 시스템)에 개시되어 있는 기술로, 모델링 기법을 통해 대기질을 예측 및 관리 시스템에 있어서, 기상청에서 제공되는 기상장 모델인 MM5/UM 72시간 예측기상장을 사용하여 대응하는 과거 기상 정보와 현재 기상 정보를 이용하는 모델링을 수행하여 미래 기상 정보를 예측하는 예측기상장 모듈; 상기 예측기상장 모듈의 모델링 자료와 오염물질인 NOx, COx, PM10, PM2.5, SO2, O3의 자료를 수집 및 격자별 배출량 입력자료를 사용하여 배출량 모델링을 수행하는 배출량 자료부, 화학수송모델과 위성데이터를 입력 받아 에어로솔을 모델링하는 에어로솔 역학모델과, 상기 예측기상장모듈과 위성데이터부로부터 데이터를 입력 받아 ADAM2(Asian Dust Aerosol Model 2)를 이용해 황사모델링을 수행하는 자연황사모델과, 상기 에어로솔 역학모델과 상기 자연황사모델의 모델링 자료로 가스농도, 에어로솔 농도, 그리고 먼지 농도를 산출하는 농도산출부와, 상기 농도산출부에서 산출된 각 대기오염물질의 농도를 지역적으로 대기질을 표시하도록 데이터를 이미지함과 동시에 대기질지수를 산출하는 지역별 대기질 모델을 포함하는 대기질 예측 관리모듈; 및 상기 대기질 예측 관리모듈에서 생성된 이미지와 대기질 지수를 기준하여 주의보 또는 경보 영역을 표시하는 디스플레이모듈;을 포함하되,
상기 지역별 대기질 모델은 상기 농도산출부에서 분석된 가스농도와 에어로솔농도, 그리고 먼지농도에 따라 대기질을 전아시아영역의 모델1 과 동아시아영역의 모델2, 한반도영역의 모델3, 그리고 도시규모의 모델4 영역으로 출력하고, 각 오염물질별 3차원 농도 분포와, 특정 지점의 각 오염물질별 시계열 분포, 각 오염물질의 침착량, 그리고 각 오염물질별 연직 적분 농도의 이미지를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그러나 한국등록특허 10-1382507호는 기상청에서 제공하는 UM 72시간 예측기상장을 사용하여 기상장 모델링을 수행하고, 기상장 모델링 자료를 토대로 대기질 모델링을 수행하여 대기질을 예측할 수는 있으나, 대기질 예측 결과의 정확성을 보장할 수 없는 문제가 있다. 대기질 예측 결과의 정확성은 상당히 중요한 요소이기 때문에 반드시 해결해야 할 문제이다.
또한, 대기질 농도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 정확히 감지하여 표시하고, 상황전파를 통해 외부에 알릴 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 기상청의 UM(Unified Model, 통합형 수치예보모델) 기상자료와 별개로 현장에 설치된 복합센서로부터 실시간으로 현장의 기상정보 및 대기 배출량 정보를 수신함으로써, 모델링을 통해 산출된 바람장 정보와 대기질 정보 및 복합센서로부터 수신한 실시간 현장 정보의 빅데이터 처리 및 분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과와 현장환경 복합센서의 실시간 측정값의 비교 분석이 가능하고, 이를 토대로 바람장 모델링과 대기질 모델링 요소의 오차 수정 및 보완이 가능하여 대기질 예측값의 정확도를 높일 수 있는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또한, 한국 지형 및 기후에 맞게 바람장 모델링과 대기질 모델링의 수정 및 보완이 가능하여 한국 지형 및 기후에 더욱 적합한 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또한, 대기질 모델링 결과 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하고, 이를 시공간 및 시계열적으로 표시하며 외부에 상황전파가 가능한 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
또한, 사용자에 의해 기상정보, 지형정보 및 배출량 정보의 입력이 가능하고 이를 통해 유형별 최악의 상황을 시뮬레이션 할 수 있어 급변하는 환경변화에 대비할 수 있는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템은, 현장에 설치된 복합센서로부터 실시간으로 기상정보 및 대기 배출량 정보를 수신하는 현장환경 복합센서 통신부; 기상청에서 제공하는 AWS(Automatic Weather System, 자동기상관측시스템) 측정정보와 UM(Unified Model, 통합형 수치예보모델) 기상자료를 수신하고, 유관기관으로부터 지형정보와 대기 배출량 정보를 수신하는 유관기관 통신부; 상기 현장환경 복합센서 통신부를 통해 수신한 실시간 기상정보 및 대기 배출량정보와 유관기관 통신부를 통해 수신한 AWS 측정정보, UM 기상자료, 지형정보 및 대기 배출량 정보를 각각 기상정보 DB, 지형정보 DB, 배출량정보 DB에 저장하는 데이터 수집 모듈; 상기 기상정보 DB의 AWS 측정정보와 지형정보 DB 자료를 가지고 바람장 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 바람의 방향과 세기를 나타내는 실시간 바람장 정보를 산출하고, 기상정보 DB의 UM 기상자료와 지형정보 DB 자료를 가지고 바람장 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 바람의 방향과 세기를 나타내는 예측 바람장 정보를 산출하는 바람장 예측 모듈; 상기 배출량정보 DB 자료와 실시간 바람장 정보를 가지고 대기질 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 농도를 나타내는 실시간 대기질 정보를 산출하고, 배출량 DB 자료와 예측 바람장 정보를 가지고 대기질 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 농도를 나타내는 예측 대기질 정보를 산출하는 대기질 예측 모듈; 상기 바람장 예측 모듈로부터 실시간 바람장 정보와 예측 바람장 정보를 수신하여 저장하고, 대기질 예측 모듈로부터 실시간 대기질 정보와 예측 대기질 정보를 수신하여 저장하며, 데이터 수집 모듈로부터 현장환경 복합센서 통신부를 통해 수신한 실시간 기상정보 및 대기 배출량정보를 수신하여 저장 후 빅데이터 처리ㆍ분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과와 현장환경 복합센서의 실시간 측정값을 비교 분석하여 추출된 패턴 결과에 따라 상기 바람장 모델링과 대기질 모델링 요소를 수정ㆍ보완하여 바람장 예측 모듈과 대기질 예측 모듈에 반영함으로써 예측값의 정확도를 높이는 예측 검증 모듈; 각 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급을 관리하며, 상기 영역별 실시간 대기질 농도 및 예측 대기질 농도를 기초로 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하는 조기 감지 모듈; 및 상기 조기 감지 모듈에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보를 시공간, 시계열 적으로 표시하고, 감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파하는 대외 제공 모듈을 포함한다.
또한, 상기 바람장 모델링은 사용자가 지정한 크기의 격자별 바람장 특성을 분석하며, 대기질 모델링은 사용자가 지정한 크기의 격자별 대기질 농도를 예측할 수 있다.
또한, 상기 예측 검증 모듈은 상기 현장환경 복합센서 통신부로부터 기상정보 및 대기 배출량 정보를 실시간으로 수집하여 실시간 DB에 저장하고, 바람장 예측 모듈로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 바람장 정보 및 예측 바람장 정보를 수집하여 예측 DB에 저장하고, 대기질 예측 모듈로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 대기질 정보 및 예측 대기질 정보를 수집하여 예측 DB에 저장하는 정보수집부; 상기 실시간 DB와 예측 DB의 정보를 영역별 그리고 시간별로 매핑시키는 실시간/예측 매핑부; 상기 실시간/예측 매핑부에서 매핑된 정보를 기초로 실시간 측정값과 모델링 결과값이 일정 기준이상 차이를 보이는 모델링 결과값에 대해서는 패턴정보를 추출하는 비교/분석부; 상기 비교/분석부에서 추출된 패턴정보에 따라 바람장 모델링을 구성하는 요소와 대기질 모델링을 구성하는 요소를 수정ㆍ보완시 모델링 결과값이 문제가 없는지 여부는 실시간 DB 정보와 비교하여 검증하는 검증부; 및 상기 검증부에서 검증된 바람장 모델링을 구성하는 요소와 대기질 모델링을 구성하는 요소를 바람장 예측 모듈의 바람장 모델과 대기질 예측 모듈의 대기질 모델에 반영하는 모델링 반영부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조기 감지 모듈은 각 대기 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급의 기준을 관리하는 조기 감지 조건부; 및 상기 대기질 예측 모듈의 모델링 결과를 수신하여 영역별 시간에 따른 각 오염원의 대기질 정도가 상기 조기 감지 조건부의 안전등급 기준을 참고할 때 기준치를 넘어설 것으로 판단되면 유해한 수준에 도달할 것으로 판단하는 조기 감지 판단부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조기 감지 모듈은 지형 및 지물 데이터를 기초로 지형 및 지물의 변화상태를 예상하여 상기 조기 감지 조건부의 각 대기 오염원 별 대기질 정도에 따른 안전등급의 기준을 수정하여 반영하는 조기 감지 반영부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조기 감지 판단부는 현장환경 복합센서 통신부를 통해 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 지역의 현장에 설치된 복합센서로 오염원의 대기질 수준을 포함하는 조기 감지 정보를 전송할 수 있다.
또한, 상기 대외 제공 모듈은 상기 조기 감지 모듈에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보 및 재해지역을 포함하는 정보를 시공간, 시계열적으로 표시하는 표시부; 및 감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파하고, 유해물질을 다루는 사업장에 화학물질관리법에 관련된 대기오염의 확산 예측 범위를 제공하는 상황 전파부를 포함할 수 있다.
또한, 사용자에 의해 특정 조건이 설정된 시뮬레이션 기상정보 및 시뮬레이션 지형정보를 상기 바람장 예측 모듈에 전달하여 바람장 모델링을 수행하도록 하고, 시뮬레이션 배출량정보를 상기 대기질 예측 모듈에 전달하여 대기질 모델링을 수행하도록 하는 시뮬레이션 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템에 의하면, 현장에 설치된 복합센서의 실시간 측정 데이터와 비교ㆍ분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과에 대한 검증 및 보정이 가능하여 예측값의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 현장에 설치된 복합센서의 실시간 측정 데이터를 사용함으로써 한국 지형 및 기후에 더욱 적합한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 대기질 모델링 결과 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하고, 이를 시공간 및 시계열적으로 표시하며 외부에 상황전파가 가능하다.
또한, 사용자에 의해 기상정보, 지형정보 및 배출량 정보의 입력이 가능하고 이를 통해 유형별 최악의 상황을 시뮬레이션 할 수 있어 급변하는 환경변화에 대비할 수 있다.
도 1은 종래의 대기질 예측 및 관리 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템의 상세 구성도.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템(1)은 현장환경 복합센서 통신부(10), 유관기관 통신부(20), 데이터 수집 모듈(30), 바람장 예측 모듈(40), 대기질 예측 모듈(50), 예측 검증 모듈(60), 조기 감지 모듈(70) 및 대외 제공 모듈(80)을 포함하며, 시뮬레이션 모듈(90)을 더 포함할 수 있다.
현장환경 복합센서 통신부(10)는 현장에 설치된 복합센서(300)로부터 실시간으로 기상정보(310) 및 대기 배출량 정보(320)를 수신한다. 현장 복합센서(300)는 기상청에서 운영하는 AWS(Automatic Weather System, 자동기상관측시스템)와 별개로 특정 지역에 설치되어 현장의 기상정보와 배출량 정보를 수집하는 센서를 말한다. 기상정보는 온도, 풍향, 풍속, 습도, 기압 및 강수량 등의 정보를 말하며, 배출량 정보는 PM10, PM2.5, CO, O3, NO2, CO2, SO2 등의 오염물질을 말한다.
유관기관 통신부(20)는 유관기관(400)의 서버에 연결되어 기상청에서 제공하는 AWS 측정정보/UM 기상자료(410)를 수신하고, 유관기관(400)으로부터 지형정보(420)와 대기 배출량 정보(430)를 수신한다. AWS 측정정보는 풍향, 풍속, 대기 온도, 습도, 강우량 등의 정보를 포함하며, 매 10분 마다 수신할 수 있다. UM 기상자료는 72시간 예측 기상장을 사용하는 것으로 하며, 매 1시간 마다 수신할 수 있다.
데이터 수집 모듈(30)은 현장환경 복합센서 통신부(10)를 통해 수신한 실시간 기상정보(310) 및 대기 배출량정보(320)와 유관기관 통신부(20)를 통해 수신한 AWS 측정정보/UM 기상자료(410), 지형정보(420) 및 대기 배출량 정보(430)를 각각 기상정보 DB(31), 지형정보 DB(32), 배출량정보 DB(33)에 저장한다.
바람장 예측 모듈(40)은 기상정보 DB(31)의 AWS 측정정보와 지형정보 DB(32) 자료를 가지고 바람장 모델링(41)을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 바람의 방향과 세기를 나타내는 실시간 바람장 정보(43)를 산출하고, 기상정보 DB(31)의 UM 기상자료와 지형정보 DB(32) 자료를 가지고 바람장 모델링(41)을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 바람의 방향과 세기를 나타내는 예측 바람장 정보(44)를 산출한다. 실시간 바람장 정보(43)와 예측 바람장 정보(44)는 모두 바람장 모델링(41)을 통해 나온 예측 데이터이며, 모델링의 입력자료가 AWS 측정정보와 UM 기상자료로 다를 뿐이다. 하기에서 검토할 예측 검증 모듈(60)에서 예측 데이터인 실시간 바람장 정보(43)와 예측 바람장 정보(44)의 결과를 검증할 수 있다.
대기질 예측 모듈(50)은 데이터 수집모듈(30)의 배출량정보 DB(33) 자료와 실시간 바람장 정보(43)를 가지고 대기질 모델링(51)을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 농도를 나타내는 실시간 대기질 정보(53)를 산출하고, 배출량정보 DB(33) 자료와 예측 바람장 정보(44)를 가지고 대기질 모델링(51)을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 농도를 나타내는 예측 대기질 정보(54)를 산출한다. 실시간 대기질 정보(53)와 예측 대기질 정보(54)는 모두 대기질 모델링(51)을 통해 나온 예측 데이터이며, 모델링의 입력자료가 실시간 바람장 정보(43)와 예측 바람장 정보(44)로 다를 뿐이다. 하기에서 검토할 예측 검증 모듈(60)에서 예측 데이터인 실시간 대기질 정보(53)와 예측 대기질 정보(54)의 결과를 검증할 수 있다.
바람장 모델링(41)은 사용자가 지정한 크기의 격자별 바람장 특성을 분석하며, 대기질 모델링(51)은 사용자가 지정한 크기의 격자별 대기질 농도를 예측할 수 있다. 즉, 바람장 모델링(41)과 대기질 모델링(51)을 수행하는 영역별 격자의 크기가 고정되어 있는 것이 아니고, 사용자가 시스템에서 임의로 설정이 가능하여, 사용자에 의해 지정된 크기의 격자별 바람장 및 대기질 농도에 대한 예측이 가능하다.
예측 검증 모듈(60)은 바람장 예측 모듈(40)로부터 실시간 바람장 정보(43)와 예측 바람장 정보(44)를 수신하여 저장하고, 대기질 예측 모듈(50)로부터 실시간 대기질 정보(53)와 예측 대기질 정보(54)를 수신하여 저장하며, 데이터 수집 모듈(30)로부터 현장환경 복합센서 통신부(10)를 통해 수신한 실시간 기상정보(310) 및 대기 배출량정보(320)를 수신하여 저장 후 빅데이터 처리ㆍ분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과 데이터와 현장환경 복합센서(300)의 실시간 측정값을 비교 분석하여 추출된 패턴 결과에 따라 바람장 모델링(41)과 대기질 모델링(51) 요소를 수정ㆍ보완하여 바람장 예측 모듈(40)과 대기질 예측 모듈(50)에 반영함으로써 예측값의 정확도를 높인다. 바람장 및 대기질 예측 결과 데이터와 현장환경 복합센서(300)의 실시간 측정값을 비교 분석함으로써 예측값과 실측값 사이에 차이를 보이는 부분에 대해서는 특정 패턴을 추출할 수 있고, 이를 분석함으로써 바람장 모델링(41)과 대기질 모델링(51)의 요소를 수정할 수 있어 예측값의 정확도가 향상된다.
예측 검증 모듈(60)에 대해서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
예측 검증 모듈(60)은 정보수집부(61), 실시간/예측 매핑부(62), 비교/분석부(63), 검증부(64) 및 모델링 반영부(65)를 포함한다.
정보수집부(61)는 현장환경 복합센서 통신부(10)로부터 기상정보(310) 및 대기 배출량 정보(320)를 실시간으로 수집하여 실시간 DB(66)에 저장하고, 바람장 예측 모듈(40)로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 바람장 정보(43) 및 예측 바람장 정보(44)를 수집하여 예측 DB(67)에 저장하고, 대기질 예측 모듈(50)로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 대기질 정보(53) 및 예측 대기질 정보(54)를 수집하여 예측 DB(67)에 저장한다.
실시간/예측 매핑부(62)는 실시간 DB(66)와 예측 DB(67)의 정보를 영역별 그리고 시간별로 매핑시킨다.
비교/분석부(63)는 실시간/예측 매핑부(62)에서 매핑된 정보를 기초로 실시간 측정값과 모델링 결과값이 일정 기준이상 차이를 보이는 모델링 결과값에 대해서는 패턴정보를 추출한다. 시스템에 설정된 기준값 이상의 차이를 보이는 부분에 대해서는 특정 패턴을 추출할 수 있고, 이를 분석함으로써 바람장 모델링(41)과 대기질 모델링(51)의 요소를 수정할 수 있어 예측값의 정확도가 향상된다.
검증부(64)는 비교/분석부(63)에서 추출된 패턴정보에 따라 바람장 모델링(41)을 구성하는 요소와 대기질 모델링(51)을 구성하는 요소를 수정ㆍ보완시 모델링 결과값이 문제가 없는지 여부는 실시간 DB(66) 정보와 비교하여 검증한다.
모델링 반영부(65)는 검증부(64)에서 검증된 바람장 모델링(41)을 구성하는 요소와 대기질 모델링(51)을 구성하는 요소를 바람장 예측 모듈(40)의 바람장 모델(41)과 대기질 예측 모듈(50)의 대기질 모델(51)에 반영한다.
조기 감지 모듈(70)은 각 대기 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급을 관리하며, 영역별 실시간 대기질 농도 및 예측 대기질 농도를 기초로 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지한다. 조기 감지 모듈(70)은 PM10, PM2.5, CO, O3, NO2, CO2, SO2 등의 오염원별 대기질 정보에 따라 안전등급을 관리하며, 영역별, 시간대별 각 오염원의 실시간 및 예측 대기질 농도를 분석하여 일정 시간 이상 관찰시 설정되어 있는 기준치보다 안전등급의 상승률이 높거나, 유해한 수준에 근접하는 안전등급이 지속되는 것으로 판단되는 경우 해당 영역의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 사전에 감지한다.
조기 감지 모듈(70)에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
조기 감지 모듈(70)은 조기 감지 조건부(71), 조기 감지 판단부(72) 및 조기 감지 반영부(73)를 포함한다.
조기 감지 조건부(71)는 각 대기 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급의 기준을 관리한다. 각 대기 오염원별 대기질 정도에 따라 여러 단계의 등급으로 나누어 관리한다. 예를 들어, 안전등급은 오염원별 대기질 정도에 따라 좋음, 보통, 민감, 나쁨, 매우 나쁨, 위험의 여러 단계의 등급으로 관리할 수 있다.
조기 감지 판단부(72)는 대기질 예측 모듈(50)의 모델링 결과를 수신하여 영역별 시간에 따른 각 오염원의 대기질 정도가 조기 감지 조건부(71)의 안전등급 기준을 참고할 때 기준치를 넘어설 것으로 판단되면 유해한 수준에 도달할 것으로 판단한다.
또한, 조기 감지 판단부(72)는 현장환경 복합센서 통신부(10)를 통해 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 지역의 현장에 설치된 복합센서(300)로 오염원의 대기질 수준을 포함하는 조기 감지 정보(330)를 전송한다. 현장에 설치된 복합센서(300)로 대기질 농도의 정도가 유해한 수준에 도달할 것이라는 정보를 전달하여 알림으로써 위험상황을 전파할 수 있다.
조기 감지 반영부(73)는 지형 및 지물 데이터를 기초로 지형 및 지물의 변화상태를 예상하여 조기 감지 조건부(71)의 각 대기 오염원 별 대기질 정도에 따른 안전등급의 기준을 수정하여 반영한다. 예를 들어, 특정 지역의 개발로 인해 건물이 많이 들어서는 경우라면, 해당 지역의 오염원 별 대기질 정도에 따른 안전등급은 더 민감한 수준으로 상향조정 될 것이다. 건물이 많이 들어서게 되면 오염원이 바람에 의해 확산되지 않고 정체하게 되므로 동일 대기질 농도라도 안전등급을 더 유해한 수준으로 상향 조정한다.
대외 제공 모듈(80)은 조기 감지 모듈(70)에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보를 시공간, 시계열 적으로 표시하고, 감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파한다. 사이렌, 문자, 안내방송, SMS 등을 통해 재난재해를 조기에 예보하며, 시각적으로 데이터 분석 및 통계가 가능하다.
구체적으로 대외 제공 모듈(80)은 표시부(81) 및 상황 전파부(82)를 포함한다.
표시부(81)는 조기 감지 모듈(70)에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보 및 재해지역을 포함하는 정보를 시공간, 시계열적으로 표시한다.
상황 전파부(82)는 감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파하고, 유해물질을 다루는 사업장에 화학물질관리법에 관련된 대기오염의 확산 예측 범위를 제공한다.
시뮬레이션 모듈(90)은 사용자에 의해 특정 조건이 설정된 시뮬레이션 기상정보(91) 및 시뮬레이션 지형정보(92)를 바람장 예측 모듈(40)에 전달하여 바람장 모델링(41)을 수행하도록 하고, 시뮬레이션 배출량정보(93)를 대기질 예측 모듈(50)에 전달하여 대기질 모델링(51)을 수행하도록 한다. 환경 재난ㆍ재해의 최악의 상황과 새로운 주변환경의 변화를 시뮬레이션 함으로써 조기에 대응할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 현장에 설치된 복합센서의 실시간 측정 데이터와 비교ㆍ분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과에 대한 검증 및 보정이 가능하여 예측값의 정확도를 높일 수 있다.
또한, 현장에 설치된 복합센서의 실시간 측정 데이터를 사용함으로써 한국 지형 및 기후에 더욱 적합한 대기질 예측 및 관리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 대기질 모델링 결과 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하고, 이를 시공간 및 시계열적으로 표시하며 외부에 상황전파가 가능하다.
또한, 사용자에 의해 기상정보, 지형정보 및 배출량 정보의 입력이 가능하고 이를 통해 유형별 최악의 상황을 시뮬레이션 할 수 있어 급변하는 환경변화에 대비할 수 있다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.
1: 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템
10: 현장환경 복합센서 통신부 20: 유관기관 통신부
30: 데이터 수집모듈 40: 바람장 예측 모듈
41: 바람장 모델 50: 대기질 예측 모듈
51: 대기질 모델 60: 예측 검증 모듈
61: 정보 수집부 62: 실시간/예측 매핑부
63: 비교분석부 64: 검증부
65: 모델링 반영부 70: 조기 감지 모듈
71: 조기 감지 조건부 72: 조기 감지 판단부
73: 조기 감지 반영부 80: 대외 제공 모듈
81: 표시부 82: 상황 전파부
90: 시뮬레이션 모듈 300: 현장 복합센서
400: 유관기관

Claims (8)

  1. 현장에 설치된 복합센서로부터 실시간으로 기상정보 및 대기 배출량 정보를 수신하는 현장환경 복합센서 통신부;
    기상청에서 제공하는 AWS(Automatic Weather System, 자동기상관측시스템) 측정정보와 UM(Unified Model, 통합형 수치예보모델) 기상자료를 수신하고, 유관기관으로부터 지형정보와 대기 배출량 정보를 수신하는 유관기관 통신부;
    상기 현장환경 복합센서 통신부를 통해 수신한 실시간 기상정보 및 대기 배출량정보와 유관기관 통신부를 통해 수신한 AWS 측정정보, UM 기상자료, 지형정보 및 대기 배출량 정보를 각각 기상정보 DB, 지형정보 DB, 배출량정보 DB에 저장하는 데이터 수집 모듈;
    상기 기상정보 DB의 AWS 측정정보와 지형정보 DB 자료를 가지고 바람장 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 바람의 방향과 세기를 나타내는 실시간 바람장 정보를 산출하고, 기상정보 DB의 UM 기상자료와 지형정보 DB 자료를 가지고 바람장 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 바람의 방향과 세기를 나타내는 예측 바람장 정보를 산출하는 바람장 예측 모듈;
    상기 배출량정보 DB 자료와 실시간 바람장 정보를 가지고 대기질 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 실시간 농도를 나타내는 실시간 대기질 정보를 산출하고, 배출량정보 DB 자료와 예측 바람장 정보를 가지고 대기질 모델링을 수행하여 3차원 격자 모델링 영역별 예측 농도를 나타내는 예측 대기질 정보를 산출하는 대기질 예측 모듈;
    상기 바람장 예측 모듈로부터 실시간 바람장 정보와 예측 바람장 정보를 수신하여 저장하고, 대기질 예측 모듈로부터 실시간 대기질 정보와 예측 대기질 정보를 수신하여 저장하며, 데이터 수집 모듈로부터 현장환경 복합센서 통신부를 통해 수신한 실시간 기상정보 및 대기 배출량정보를 수신하여 저장 후 빅데이터 처리ㆍ분석을 통해 바람장 및 대기질 예측 결과와 현장환경 복합센서의 실시간 측정값을 비교 분석하여 추출된 패턴 결과에 따라 상기 바람장 모델링과 대기질 모델링 요소를 수정ㆍ보완하여 바람장 예측 모듈과 대기질 예측 모듈에 반영함으로써 예측값의 정확도를 높이는 예측 검증 모듈;
    각 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급을 관리하며, 상기 영역별 실시간 대기질 농도 및 예측 대기질 농도를 기초로 각 오염원의 대기질 정도가 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 영역을 사전에 감지하는 조기 감지 모듈; 및
    상기 조기 감지 모듈에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보를 시공간, 시계열 적으로 표시하고, 감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파하는 대외 제공 모듈을 포함하는 것을 특징으로 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바람장 모델링은 사용자가 지정한 크기의 격자별 바람장 특성을 분석하며, 대기질 모델링은 사용자가 지정한 크기의 격자별 대기질 농도를 예측하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예측 검증 모듈은
    상기 현장환경 복합센서 통신부로부터 기상정보 및 대기 배출량 정보를 실시간으로 수집하여 실시간 DB에 저장하고, 바람장 예측 모듈로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 바람장 정보 및 예측 바람장 정보를 수집하여 예측 DB에 저장하고, 대기질 예측 모듈로부터 모델링 결과 데이터인 실시간 대기질 정보 및 예측 대기질 정보를 수집하여 예측 DB에 저장하는 정보수집부;
    상기 실시간 DB와 예측 DB의 정보를 영역별 그리고 시간별로 매핑시키는 실시간/예측 매핑부;
    상기 실시간/예측 매핑부에서 매핑된 정보를 기초로 실시간 측정값과 모델링 결과값이 일정 기준이상 차이를 보이는 모델링 결과값에 대해서는 패턴정보를 추출하는 비교/분석부;
    상기 비교/분석부에서 추출된 패턴정보에 따라 바람장 모델링을 구성하는 요소와 대기질 모델링을 구성하는 요소를 수정ㆍ보완시 모델링 결과값이 문제가 없는지 여부는 실시간 DB 정보와 비교하여 검증하는 검증부; 및
    상기 검증부에서 검증된 바람장 모델링을 구성하는 요소와 대기질 모델링을 구성하는 요소를 바람장 예측 모듈의 바람장 모델과 대기질 예측 모듈의 대기질 모델에 반영하는 모델링 반영부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조기 감지 모듈은
    각 대기 오염원별 대기질 정도에 따라 안전등급의 기준을 관리하는 조기 감지 조건부; 및
    상기 대기질 예측 모듈의 모델링 결과를 수신하여 영역별 시간에 따른 각 오염원의 대기질 정도가 상기 조기 감지 조건부의 안전등급 기준을 참고할 때 기준치를 넘어설 것으로 판단되면 유해한 수준에 도달할 것으로 판단하는 조기 감지 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조기 감지 모듈은
    지형 및 지물 데이터를 기초로 지형 및 지물의 변화상태를 예상하여 상기 조기 감지 조건부의 각 대기 오염원 별 대기질 정도에 따른 안전등급의 기준을 수정하여 반영하는 조기 감지 반영부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 조기 감지 판단부는 현장환경 복합센서 통신부를 통해 유해한 수준에 도달할 것으로 판단되는 지역의 현장에 설치된 복합센서로 오염원의 대기질 수준을 포함하는 조기 감지 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 대외 제공 모듈은
    상기 조기 감지 모듈에서 감지된 영역을 반영한 대기질 정보 및 재해지역을 포함하는 정보를 시공간, 시계열적으로 표시하는 표시부; 및
    감지된 영역의 대기질 정도가 임계치를 초과시 유, 무선 통신수단을 통해 상황 전파하고, 유해물질을 다루는 사업장에 화학물질관리법에 관련된 대기오염의 확산 예측 범위를 제공하는 상황 전파부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    사용자에 의해 특정 조건이 설정된 시뮬레이션 기상정보 및 시뮬레이션 지형정보를 상기 바람장 예측 모듈에 전달하여 바람장 모델링을 수행하도록 하고, 시뮬레이션 배출량정보를 상기 대기질 예측 모듈에 전달하여 대기질 모델링을 수행하도록 하는 시뮬레이션 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 재난, 재해 조기감지를 위한 대기질 예측 및 관리 시스템.
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