KR20220078847A - Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases - Google Patents
Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220078847A KR20220078847A KR1020200168041A KR20200168041A KR20220078847A KR 20220078847 A KR20220078847 A KR 20220078847A KR 1020200168041 A KR1020200168041 A KR 1020200168041A KR 20200168041 A KR20200168041 A KR 20200168041A KR 20220078847 A KR20220078847 A KR 20220078847A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gases
- calculating
- concentration
- model
- radiation amount
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 60
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 7
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims description 7
- 238000003062 neural network model Methods 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/08—Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Abstract
실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 방법은 복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들을 준비하는 단계, (b) 상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들을 기초로 복사 전달 모델을 구동하여 모델 복사량을 획득하는 단계, (c) GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 관측된 복사량을 획득하는 단계, (d) 상기 모델 복사량과 상기 관측 복사량의 차이값을 산출하는 단계 및 (e) 상기 차이값이 소정의 임계치 미만일 때까지 상기 (b) 내지 상기 (d)를 반복 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The method for calculating the concentration of a plurality of gases according to an embodiment comprises the steps of preparing reference data representing predetermined characteristics of a plurality of gases, (b) driving a radiation transfer model based on the reference data of the plurality of gases to generate a model radiation amount obtaining, (c) obtaining the observed radiation amount through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS), (d) calculating a difference value between the model radiation amount and the observed radiation amount, and (e) the difference value is It may include repeatedly performing (b) to (d) until it is less than a predetermined threshold.
Description
본 발명은 복수의 기체의 농도 산출 방법 및 복수의 기체의 농도 산출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 기체의 복사 전달 모델을 통한 모델 복사량과 GEMS를 통해 산출된 관측 복사량이 거의 유사한 상태에서의 복수의 기체의 농도를 산출하기 위한, 복수의 기체의 농도 산출 방법 및 복수의 기체의 농도 산출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the concentration of a plurality of gases and an apparatus for calculating the concentration of a plurality of gases, and more particularly, in a state where the model radiation through a radiation transfer model of a plurality of gases and the observed radiation calculated through GEMS are almost similar. The present invention relates to a method for calculating concentrations of a plurality of gases and a device for calculating concentrations of a plurality of gases for calculating concentrations of a plurality of gases.
최근 대기 중 기체상 물질과 에어로졸에 대한 대기 기주 정보 산출을 위해 위성과 지상 및 항공 관측에서 분광계를 활용하는 빈도가 증가하고 있다.Recently, the frequency of using spectrometers in satellite, terrestrial and aerial observations to calculate atmospheric host information on gaseous substances and aerosols in the atmosphere is increasing.
특히, 대기 오염 등의 환경 문제가 전 지구적 이슈로 부상하면서 환경 탑재체를 장착한 정지 궤도 위성의 활약이 갈수록 중요해지고 있다. In particular, as environmental problems such as air pollution have emerged as a global issue, the activity of geostationary orbit satellites equipped with environmental payloads is becoming increasingly important.
종래 기술의 경우, 특정 미량 기체의 농도를 알기 위해서는 동일 파장 대역의 다른 미량 기체의 농도에 대한 가정이 이루어져야 한다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, G1 구간에서 O3의 농도를 산출하기 위해 SO2, NO2의 농도에 대한 가정이 필요하고, G2 구간에서 NO2의 농도를 산출하기 위해 O3의 농도에 대한 가정이 필요하다.In the case of the prior art, in order to know the concentration of a specific trace gas, it is necessary to assume the concentration of other trace gases in the same wavelength band. For example, referring to FIG. 4 , in order to calculate the concentration of O 3 in the G1 section, it is necessary to assume the concentration of SO 2 and NO 2 , and the concentration of O 3 in order to calculate the concentration of NO 2 in the G2 section. An assumption is needed for
즉, 흡수 신호가 가장 큰 기체의 농도를 산출하기 위한 구간 내에서 다른 기체의 농도도 상대적으로 적지 않은 경우, 다른 기체의 농도에 대해 미리 알아야 하는 것이다. 이 때, 다른 기체의 농도에 대한 가정이 잘못 이루어진 경우, 흡수 신호가 가장 큰 기체의 산출 농도에 에러가 발생하게 된다.That is, when the concentration of the other gas is not relatively small within the interval for calculating the concentration of the gas having the largest absorption signal, it is necessary to know the concentration of the other gas in advance. At this time, if the assumption of the concentration of another gas is made wrong, an error occurs in the calculated concentration of the gas having the largest absorption signal.
본 발명의 경우, 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 특정 한 종류의 기체의 농도를 산출하기 보다 복수의 기체의 농도를 동시에 함께 산출하도록 함으로써 다른 기체에 의한 간섭을 최소화하여 위와 같은 잘못된 가정에 의한 에러 발생율을 줄이도록 하는 것을 목적으로 한다.In the case of the present invention, it was derived to solve the above-mentioned problems, and by simultaneously calculating the concentrations of a plurality of gases rather than calculating the concentration of a specific type of gas, interference by other gases is minimized to minimize the above false assumptions. The purpose of this is to reduce the error rate caused by
실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 방법은 (a) 복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들을 준비하는 단계; (b) 상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들을 기초로 복사 전달 모델을 구동하여 모델 복사량을 획득하는 단계; (c) GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 관측된 복사량을 획득하는 단계; (d) 상기 모델 복사량과 상기 관측 복사량의 차이값을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 차이값이 소정의 임계치 미만일 때까지 상기 (b) 내지 상기 (d)를 반복 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for calculating concentrations of a plurality of gases according to an embodiment includes the steps of: (a) preparing reference data indicating predetermined characteristics of the plurality of gases; (b) obtaining a model radiation amount by driving a radiation transfer model based on the reference data of the plurality of gases; (c) acquiring the observed radiation through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS); (d) calculating a difference value between the model radiation amount and the observed radiation amount; and (e) repeating steps (b) to (d) until the difference value is less than a predetermined threshold.
상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들 중 선택된 일부의 입력값을 소정의 상태 변수에 할당하는 단계;를 더 포함하고, 상기 (b)는 상기 소정의 상태 변수에 할당된 상기 입력값을 기초로 상기 복사 전달 모델이 구동되는 것일 수 있다.allocating an input value of a selected part of the reference data of the plurality of gases to a predetermined state variable, wherein (b) is performed based on the input value assigned to the predetermined state variable The radiation transfer model may be driven.
상기 (e)는 상기 참조 데이터들 중 상기 선택된 일부의 다른 입력값을 상기 소정의 상태 변수에 다시 할당하여 수행되는 것일 수 있다.Step (e) may be performed by re-assigning another input value of the selected part of the reference data to the predetermined state variable.
상기 참조 데이터들은 상기 복수의 기체의 지표면 반사도, 지표면으로부터의 고도, 각 기체별 농도, 및 각 기체별 복사량 흡수 정도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The reference data may include at least one of a surface reflectivity of the plurality of gases, an altitude from the surface of the earth, a concentration of each gas, and a radiation amount absorption degree for each gas.
상기 복사 전달 모델은 입력 노드, 은닉 노드, 출력 노드로 구성된 신경망 모델일 수 있고, 상기 (b)는, 상기 소정의 상태 변수에 할당된 상기 입력값을 상기 입력 노드에 입력시키고 상기 출력 노드로부터 상기 모델 복사량을 출력시켜 상기 복사 전달 모델에 대한 추론이 수행되는 것일 수 있다. The copy transfer model may be a neural network model composed of an input node, a hidden node, and an output node, wherein (b) inputs the input value assigned to the predetermined state variable to the input node and receives the input from the output node. Inference on the radiation transfer model may be performed by outputting the model radiation amount.
상기 복수의 기체는 O3, CO2, 에어로졸, SO2, NO2, CH2O로 구성되는 군 중에서 선택되는 적어도 두 개일 수 있다.The plurality of gases are O 3 , CO 2 , aerosol, SO 2 , NO 2 , It may be at least two selected from the group consisting of CH 2 O.
실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 장치는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리;를 포함하고, 상기 프로세서는, 복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들을 준비하고, 상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들을 기초로 복사 전달 모델을 구동하여 모델 복사량을 획득하며, GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 관측된 복사량을 획득하고, 상기 모델 복사량과 상기 관측 복사량의 차이값을 산출하며, 상기 차이값이 소정의 임계치 미만일 때까지 상기 (b) 내지 상기 (d)를 반복 수행할 수 있다.Concentration calculating apparatus of a plurality of gases according to an embodiment includes a processor; and a memory including at least one instruction executable by the processor, wherein the processor prepares reference data representing predetermined characteristics of a plurality of gases, and based on the reference data of the plurality of gases The radiation transfer model is driven to obtain the model radiation, the observed radiation amount is obtained through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS), and a difference value between the model radiation amount and the observed radiation amount is calculated, and the difference value is less than a predetermined threshold. The steps (b) to (d) may be repeated until the
본 발명의 경우, 특정 한 종류의 기체의 농도를 산출하기 보다 복수의 기체의 농도를 동시에 함께 산출하도록 함으로써 다른 기체에 의한 간섭을 최소화하여 에러 발생율이 줄어들게 된다.In the present invention, by simultaneously calculating the concentrations of a plurality of gases rather than calculating the concentrations of one specific type of gas, interference by other gases is minimized, thereby reducing the error occurrence rate.
GEMS의 고 해상도를 이용해 넓은 범위의 파장에 해당하는 복수의 기체의 농도를 산출할 수 있게 되어 보다 정밀도가 향상될 수 있게 된다. By using the high resolution of GEMS, it is possible to calculate the concentration of a plurality of gases corresponding to a wide range of wavelengths, and thus the precision can be further improved.
도 1은 실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 장치의 블록도이다.
도 2는 실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 2와 함께 실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 단일 기체의 농도 산출 방법의 문제점을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 복사 전달 모델을 신경망 모델로 구현한 경우의 모델 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 복수의 기체를 자동 선별하기 위한 신경망 학습을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.1 is a block diagram of an apparatus for calculating concentrations of a plurality of gases according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a method of calculating concentrations of a plurality of gases according to an embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method of calculating concentrations of a plurality of gases according to an embodiment together with FIG. 2 .
4 is a diagram referenced to explain the problem of the method for calculating the concentration of a single gas according to the prior art.
5 is a diagram for explaining the internal configuration of a model when the radiation transfer model according to the embodiment is implemented as a neural network model.
6 is a diagram referenced to explain neural network learning for automatically selecting a plurality of gases according to an embodiment.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents as those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.
구체적으로 들어가기에 앞서, 본 발명은 고정형 다목적 위성에 탑재되기 위한 GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)로부터 산출물을 획득할 수 있다. GEMS 기기는 대기에서 후방 산란된 복사에너지를 측정하고 지구 표면에서 반사된 복사에너지를 측정하도록 설계된 이미징 분광계일 수 있다. Before going into detail, the present invention may obtain a product from a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS) to be mounted on a fixed multi-purpose satellite. The GEMS instrument may be an imaging spectrometer designed to measure backscattered radiation from the atmosphere and reflected radiation from the Earth's surface.
일련의 보정 조립 및 스캔 메커니즘 후, 측정된 GEMS 신호는 슬릿에 초점을 맞추고 분광기로 분산될 수 있다. 분광계는 2차원 전하 결합 소자(CCD)를 사용할 수 있다. 분광기로부터의 신호는 초점면에 이미징되고 계측기 제어 전자 장치를 통과한 이후 호스트 우주선으로 전송되어 지상으로 전송될 수 있다.After a series of calibration assembly and scan mechanisms, the measured GEMS signal can be focused on the slit and dispersed into the spectrometer. The spectrometer may use a two-dimensional charge-coupled device (CCD). The signal from the spectrometer can be imaged at the focal plane, passed through the instrument control electronics, and then sent to the host spacecraft for transmission to the ground.
대기 중의 미량 기체의 양이 너무 적은 경우 내지는 여러 기체가 혼재하여 있는 경우, 본 발명과 같은 상세하고 정확한 분석 및 산출 기법이 요구된다.When the amount of trace gas in the atmosphere is too small or when several gases are mixed, a detailed and accurate analysis and calculation technique such as the present invention is required.
특히, 본 발명의 경우, GEMS의 고 해상도를 이용해 넓은 범위의 파장에 해당하는 복수의 기체의 농도를 함께 산출할 수 있게 되어 보다 정밀도가 향상될 수 있게 된다. In particular, in the case of the present invention, the concentration of a plurality of gases corresponding to a wide range of wavelengths can be calculated together using the high resolution of the GEMS, so that the precision can be further improved.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 장치(1)는 프로세서(10) 및 메모리(20)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1 , the
프로세서(10)는 복수의 기체의 농도 산출 장치(1)의 전반적인 시스템을 제어한다.The
복사 전달 모델(Radiative Transfer Model, 11)은 태양으로부터의 빛이 지구 대기를 투과하고 지표면에서 반사되고 다시 지구 대기를 투과하는 일련의 과정들을 물리적으로 계산하는 모델로, 본 발명의 경우, 기체의 농도 등과 복사량과의 관계를 수식화 한 포워드 모델을 이용할 수 있다. The Radiative Transfer Model (11) is a model that physically calculates a series of processes in which light from the sun passes through the earth's atmosphere, is reflected from the earth's surface, and passes through the earth's atmosphere again. In the present invention, the concentration of gas A forward model that formulates the relationship between light and radiation can be used.
복사 전달 모델(11)은 소프트웨어 모듈을 포함하는 하드웨어 칩 형태로 제작되어 복수의 기체의 농도 산출 장치(1)에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 인공 지능(AI; artificial intelligence)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작되거나, 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 복수의 기체의 농도 산출 장치(1)에 탑재될 수도 있다.The
도 5에 도시한 바와 같이, 복사 전달 모델(11)은 입력 노드, 은닉 노드, 출력 노드로 구성된 신경망 모델일 수 있다.As shown in FIG. 5 , the
복사 전달 모델(11)은 입력 노드와 은닉 노드 사이, 은닉 노드와 출력 노드 사이의 다수의 연관 파라미터(w)를 포함할 수 있다.The
입력층의 각 입력 노드는, 출력층의 각 출력 노드와 완전 연결(fully connected)될 수도 있고, 출력층의 일부 출력 노드와 불완전 연결될 수도 있다. Each input node of the input layer may be fully connected to each output node of the output layer, or may be incompletely connected to some output nodes of the output layer.
입력 노드는 소정의 상태 변수에 할당된 입력값을 은닉 노드로 전달해주는 역할을 한다. 그러면, 은닉 노드에서는 실질적인 추론 연산이 수행된다. 은닉 노드에서 출력 데이터를 생성한 다음에는 출력 노드에서는 출력 데이터를 입력 받아 다시 계산을 수행하여 모델 복사량을 출력하게 된다. 은닉 노드와 출력 노드에서 계산을 수행할 때에는 자신의 노드로 입력되는 입력 데이터에 소정의 연관 파라미터(또는 가중치, w)를 곱하여 받아들여 계산을 수행하게 된다. 그리고 각 노드에서 수행한 계산 결과값을 모두 합(가중합)한 후, 미리 설정된 활성화 함수를 통과시켜 모델 복사량을 출력한다.The input node serves to transfer the input value assigned to a predetermined state variable to the hidden node. Then, the actual reasoning operation is performed in the hidden node. After generating the output data in the hidden node, the output node receives the output data and recalculates it to output the model copy amount. When calculation is performed at the hidden node and the output node, the input data input to the node is multiplied by a predetermined related parameter (or weight, w) and received and the calculation is performed. Then, after summing (weighted sum) all the calculation results performed at each node, it passes through a preset activation function to output the model copy amount.
은닉 노드와 출력 노드는 활성화 함수를 갖는다. 활성화 함수는 계단 함수(step function), 부호 함수(sign function), 선형 함수(linear function), 로지스틱 시그모이드 함수(logistic sigmoid function), 하이퍼탄젠트 함수(hyper tangent function), ReLU 함수, 소프트맥스(softmax) 함수 중 어느 하나일 수 있다. 활성화 함수는 통상의 기술자라면 신경망의 학습 방법에 따라 적절히 결정될 수 있다. 신경망은 연관 파라미터(w)를 반복적으로 적절한 값으로 갱신(또는 수정)하는 과정으로 기계 학습한다.Hidden nodes and output nodes have activation functions. Activation functions are a step function, a sign function, a linear function, a logistic sigmoid function, a hyper tangent function, a ReLU function, and a softmax ( softmax) function. An activation function may be appropriately determined by a person skilled in the art according to a learning method of a neural network. Neural networks learn machine learning by repeatedly updating (or modifying) the associated parameter (w) to an appropriate value.
메모리(20)는 프로세서(10)에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어 및 프로세서(10)에 의한 처리 결과를 저장하고, 프로세서(10)는 메모리(20)로부터 명령어를 독출하여 프로그램을 실행할 수 있다.The
도 2는 실시예에 따른 복수의 기체의 농도 산출 방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a method for calculating concentrations of a plurality of gases according to an embodiment.
도 2에 도시한 바와 같이, 프로세서(10)는 복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들을 준비할 수 있다(s210). 실시예에 따르면 복수의 기체는 O3, CO2, 에어로졸, SO2, NO2, CH2O 등으로 구성되는 군 중에서 선택되는 적어도 두 개일 수 있으며, 적어도 두 개의 기체가 미리 선택된 상태에서 도 2의 각 과정을 수행할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the
다른 실시예에 따르면 프로세서(10)는 신경망(neural network)을 기초로 딥 러닝(deep learning)을 통한 비지도 학습을 수행하여 O3, CO2, 에어로졸, SO2, NO2, CH2O 등의 미량 기체로 구성되는 기체들을 소정 개수의 군집으로 자동 분류할 수 있다. 입력 데이터에 대해 신경망이 계산해내기를 바라는 목표 데이터가 정해져 있지 않은 상태에서 비지도 학습을 통해 유사한 입력 데이터에 대해서 분류된 출력 데이터를 획득해낼 수 있다. 이 때, 분류를 위한 군집의 개수는 사용자가 임의로 설정할 수 있으나, 그 개수에 특별히 제한은 없다.According to another embodiment, the
구체적으로, 도 6의 신경망은 입력층의 입력 노드를 통해 미량 기체 정보가 입력되고, 출력층의 출력 노드를 통해 각 군집에 속할 확률값이 출력될 수 있다. 그리고 확률값을 참조하여 특정 군집으로 분류한다. 예를 들어, 특정 기준에 의해 O3 및 CO2 가 제1 군집으로 분류되고, SO2, NO2 가 제2 군집으로 분류되며, 에어로졸, CH2O가 제3 군집으로 분류될 수 있다. 참고로, 특정 기준은 기체의 분자량, 기체가 오염에 미치는 영향도 등이 될 수 있다. 프로세서(10)는 각 군집에 포함된 각 기체들을 본 발명의 복수의 기체로 정의하여 도 2의 각 단계를 수행할 수 있다. Specifically, in the neural network of FIG. 6 , trace gas information may be input through an input node of an input layer, and a probability value belonging to each cluster may be output through an output node of an output layer. Then, it is classified into a specific cluster by referring to the probability value. For example, O 3 and CO 2 may be classified as a first cluster, SO 2 , and NO 2 may be classified as a second cluster, and aerosol and CH 2 O may be classified as a third cluster according to specific criteria. For reference, the specific criterion may be the molecular weight of the gas, the degree of influence of the gas on contamination, and the like. The
파장 대역은 미리 선택된 적어도 두 개의 기체의 흡수량을 파악할 수 있을 정도의 넓은 파장 대역, 바람직하게는 전체 파장 대역으로 설정할 수 있다. 참고로, 본 발명에서 복수의 기체란, 서로 상이한 종류의 기체를 의미한다. The wavelength band may be set to be a wide wavelength band, preferably the entire wavelength band, enough to determine the absorption amounts of at least two preselected gases. For reference, in the present invention, a plurality of gases means different types of gases.
실시예에 따른 복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들은 복수의 기체의 지표면 반사도, 고도 별 복수의 기체의 지표면으로부터의 분포 정보, 각 기체별 농도, 태양 복사의 세기, 위성이 관측하는 지점에서의 태양에 대한 위성의 각도, 기압, 기온, 습도 정보, 특정 온도와 기압 조건에서 기체 한 분자 당 흡수하는 복사량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Reference data representing predetermined characteristics of a plurality of gases according to the embodiment include the surface reflectance of the plurality of gases, distribution information of the plurality of gases by altitude, from the surface of the earth, the concentration of each gas, the intensity of solar radiation, and the point observed by the satellite. It may include at least one of the angle of the satellite with respect to the sun, air pressure, temperature, and humidity information, and the amount of radiation absorbed per molecule of gas at a specific temperature and pressure condition.
본 발명의 경우, 참조 데이터들은 GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 기 산출된 데이터를 이용하거나 또는 외부 장치로부터 수득한 데이터일 수 있다.In the case of the present invention, the reference data may be data obtained from an external device or using data previously calculated through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS).
본 발명의 경우, 단일 기체가 아닌 GEMS가 관측하는 모든 파장대로부터 확인되는 복수의 기체의 관측 복사량을 이용하여 복수의 기체의 농도를 함께 동시에 산출할 수 있도록 함으로써 다른 기체의 간섭으로 인해 발생하는 오차를 최소화하는 산출물을 획득할 수 있게 된다. 파장대를 어떻게 고르든 발생할 간섭이라면 가능한 상기 간섭을 최대한 고려하여 오차를 최소화하고자 하는 것이 본 발명의 핵심이다. In the present invention, the concentration of a plurality of gases can be simultaneously calculated using the observed radiation of a plurality of gases confirmed from all wavelength bands observed by GEMS rather than a single gas, thereby reducing errors caused by interference of other gases. It is possible to obtain the output that is minimized. It is the core of the present invention to minimize the error by considering the possible interference as much as possible in case of interference that may occur no matter how the wavelength band is selected.
프로세서(10)는 복수의 기체의 참조 데이터들 중 선택된 일부의 입력값을 소정의 상태 변수(state vector)에 할당할 수 있다(s220). 예를 들어, 복사 전달 모델의 반복 연산을 위하여 참조 데이터들 중 중요한 일부 데이터(예> 기체의 농도)의 입력값(예>20ppm)을 상태 변수에 할당한 후, 입력값을 다른값으로 변경하여 상태 변수에 다시 할당하는 과정을 통해 반복 연산을 수행할 수 있다.The
다만, 참조 데이터들 중 하나에 해당하는 입력값 뿐 아니라 적어도 두 개 이상에 해당하는 입력값을 상태 변수들에 할당하는 경우에도 본 발명이 동일/유사하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 기체의 농도 뿐 아니라 특정 온도와 기압 조건에서 기체 한 분자 당 흡수하는 복사량도 상태 변수들에 할당되어 상기 과정을 수행할 수 있다. However, the present invention may be equally/similarly applied to a case in which not only input values corresponding to one of the reference data but also input values corresponding to at least two or more are allocated to state variables. For example, not only the concentration of the gas but also the amount of radiation absorbed per molecule of the gas under specific temperature and atmospheric pressure conditions may be assigned to the state variables to perform the above process.
프로세서(10)는 소정의 상태 변수에 할당된 입력값을 기초로 복사 전달 모델(11)을 구동하여 모델 복사량을 획득하고, 복수의 기체의 GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 산출된 관측 복사량을 획득하여, 모델 복사량과 관측 복사량의 차이값을 산출할 수 있다(s230 내지 s250).The
전술한 바와 같이, 프로세서(10)는 신경망 모델로 구현된 포워드 모델을 이용하여, 포워드 모델의 입력 노드에 소정의 상태 변수에 할당된 입력값을 입력시키고, 출력 노드를 통해 모델 복사량을 출력하는 과정을 통해 포워드 모델에 대한 추론을 수행할 수 있다. 본 발명의 경우, 신경망 모델로 구현된 포워드 모델을 이용함으로써 보다 정확한 출력값을 획득하며 연산 속도가 빨라지게 된다.As described above, the process of the
프로세서(10)는 모델 복사량과 관측 복사량의 차이값이 소정의 임계치 미만인지 여부를 판별하여(s260), 소정의 임계치 미만이 아닌 경우, 소정의 임계치 미만에 도달할 때까지 참조 데이터들 중 선택된 일부(예> 기체의 농도)의 다른 입력값(예>10ppm)을 소정의 상태 변수에 다시 할당한 후(s270), 전술한 s230 내지 s250을 다시 반복 수행할 수 있다. 즉, 모델 복사량과 관측 복사량의 수치가 거의 유사해지도록 상기 과정을 반복 수행할 수 있다.The
소정의 임계치 미만에 도달할 때까지 소정의 상태 변수에 재 할당하는 과정은 하기 수학식 1의 을 최소화하는 과정에 의해 수행될 수 있다.The process of re-assigning to a predetermined state variable until it reaches less than a predetermined threshold is expressed in
수학식 1 : Equation 1:
(비용 함수 : 소정의 상태 변수, : 상태 변수의 초기값, Sa: 모델 에러 공분산 행렬, : 측정 스펙트럼, : 복사 전달 모델 구동 결과의 모델 복사량, : 측정 에러 공분산 행렬, T: Transpose 연산 b: 복사 전달 모델의 입력값 중 상태 변수 이외의 변수) ( cost function : a given state variable, : initial value of state variable, Sa: model error covariance matrix, : measurement spectrum, : Model radiation amount of the radiative transfer model driving result, : Measurement error covariance matrix, T: Transpose operation b: Variables other than state variables among the input values of the radiative transfer model)
모델 에러 공분산 Sa는 xa의 불확실성이라고 생각할 수 있다. 다변수 정규 분포의 식의 분산에 해당한다고 할 수 있다. 예를 들어 상태변수 x=(NO2 농도, O3 농도)^T 와 같이 정의했다면, xa도 원소가 2 개인 벡터가 되고 Sa는 2x2 행렬이 된다. 여기서 Sa의 (1,1) 원소는 NO2 농도의 분산, (2,2) 원소는 O3 농도의 분산이다. NO2와 O3 농도의 초기값으로 어떤 값을 정하더라도 그 값을 무한신뢰할 수는 없기 때문에 분산값으로써 이들의 불확실성을 나타내게 된다. (1,2)항과 (2,1)항은 두 변수 사이의 공분산을 나타낸다.The model error covariance Sa can be thought of as the uncertainty of xa. It can be said that it corresponds to the variance of the equation of the multivariate normal distribution. For example, if the state variable x=(NO 2 concentration, O 3 concentration)^T is defined, then xa becomes a two-element vector and Sa becomes a 2x2 matrix. Here, the (1,1) element of Sa is the dispersion of the NO 2 concentration, and the (2,2) element is the dispersion of the O 3 concentration. Even if any value is set as the initial value of the NO 2 and O 3 concentrations, the values cannot be trusted indefinitely, so their uncertainty is expressed as a variance value. The terms (1,2) and (2,1) represent the covariance between the two variables.
이론적으로는 이렇듯 분산과 공분산 값으로 공분산 행렬을 구성해야 하지만 실제로 이들 분산과 공분산의 참값을 알 수 없기 때문에 경험적으로 행렬을 구성하게 된다. 예를들어 m개의 파장에 대한 관측값을 이용한다면 측정 스펙트럼 y는 1 x m 크기의 벡터가 되고 Se는 m x m 크기의 행렬이 된다. Se 행렬의 (i,i) 원소는 i 번째 파장의 관측 복사량의 분산값(불확실성)이고 (i,j) 원소는 i 번째 파장 관측값과 j 번째 파장 관측값 사이의 공분산이다. 상기 행렬의 대각선 성분은 일반적으로 위성 관측 주체에서 공표하는 관측 노이즈 값을 이용하고 대각선 성분이 아닌 값들은 0으로 가정하게 된다. Theoretically, the covariance matrix should be constructed with the variance and covariance values, but in practice, the matrix is constructed empirically because the true values of these variances and covariances cannot be known. For example, if observation values for m wavelengths are used, the measurement spectrum y becomes a 1 x m vector and Se becomes a m x m matrix. The element (i,i) of the Se matrix is the variance (uncertainty) of the observed radiation at the i-th wavelength and the element (i,j) is the covariance between the observation at the i-th wavelength and the observation at the j-th wavelength. The diagonal component of the matrix generally uses an observation noise value announced by a satellite observing entity, and values other than the diagonal component are assumed to be zero.
또한, 상기 참조 데이터들 중 상기 선택된 일부의 다른 입력값은 하기 수학식 2에 의해 산출될 수 있다.In addition, other input values of the selected part of the reference data may be calculated by
수학식 2: Equation 2:
( i번째 반복 단계에서의 상태 변수, : i+1번째 반복 단계에서의 상태 변수, : Levenberg-Marquardt 방정식 매개 변수, : i번째 반복 단계에서의 자코비안 행렬()) ( the state variable at the ith iteration step, : the state variable in the i+1th iteration step, : parameters of the Levenberg-Marquardt equation, : Jacobian matrix at the ith iteration step ( )))
감마값은 경험적으로 정한다. 감마값이 크면 클수록 xi 항에 더하는 값이 작아지므로 매 단계마다의 x 변화량이 작아지게 된다. 감마값이 너무 작아 x 변화량이 너무 커지면 x 값이 비현실적인 값(예: 음의 농도값)을 가질 수 있고, 감마값이 너무 크면 x 변화량이 너무 작아 수렴에 도달하기까지 많은 단계를 거쳐야 한다. The gamma value is determined empirically. The larger the gamma value is, the smaller the value added to the xi term becomes, so the amount of change in x at each step becomes smaller. If the gamma value is too small and the change in x is too large, the x value may have an unrealistic value (eg, a negative concentration value). If the gamma value is too large, the change in x is too small and many steps must be taken to reach convergence.
자코비안 행렬은 3차원 행렬이다. 자코비안 행렬의 (i,j,k) 원소는 i 번째 단계에서 j 번째 상태 변수의 변화에 따른 k 번째 파장의 모델 복사량의 변화이다. 모델 복사량이 상태 변수의 각 요소에 대해 어느 정도 민감한지를 나타내는 변수이다.A Jacobian matrix is a three-dimensional matrix. The (i,j,k) element of the Jacobian matrix is the change in the model radiation amount of the k-th wavelength according to the change of the j-th state variable in the i-th step. A variable indicating how sensitive the model radiation amount is to each element of the state variable.
그리고, 상기 반복 수행을 통해 소정의 임계치 미만에 도달한 것으로 판단한 경우, 참조 데이터들 중 선택된 일부의 마지막 다른 입력값을 최종 산출값으로 출력하여 사용자에게 제공할 수 있다(s280).In addition, when it is determined that less than the predetermined threshold is reached through the repetition, another input value of a selected part of the reference data may be output as a final calculated value and provided to the user (s280).
즉, 모델 복사량과 관측 복사량이 거의 유사해진 상태에서의 상태 변수에 할당된 마지막 다른 입력값을 최종 산출값으로 사용자에게 제공할 수 있다. That is, the last input value assigned to the state variable in a state in which the model radiation amount and the observed radiation amount are almost similar may be provided to the user as a final output value.
도 3은 도 2에서 전술한 과정을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.3 is a block diagram illustrating the process described above in FIG. 2 .
도 2의 s210은 도 3의 s310 및 s311에 의해 참조되고, s220은 s320에 의해 참조되며, s230은 s330과 s340에 의해 참조되고, s240은 s350과 s340에 의해 참조되고, s250 내지 s270은 s360에 의해 참조되며, s280은 s370에 의해 참조될 수 있다. s210 of FIG. 2 is referenced by s310 and s311 of FIG. 3, s220 is referenced by s320, s230 is referenced by s330 and s340, s240 is referenced by s350 and s340, and s250 to s270 are referenced by s360. , and s280 may be referenced by s370.
이상 설명된 실시 형태는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. The embodiments described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
컴퓨터로 판독가능한 기록매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 실행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of the computer-readable recording medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and DVD, and a magneto-optical medium such as a floppy disk. optical media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to act as one or more software modules for carrying out the processing according to the present invention, and vice versa.
본 명세서의 양상들은 전체적으로 하드웨어, 전체적으로 소프트웨어 (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함 함) 또는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현 된 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현 된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.Aspects herein may take the form of a computer program product embodied on one or more computer readable media embodied in hardware entirely, software entirely (including firmware, resident software, microcode, etc.) or computer readable program code. .
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. described in the above embodiments are included in one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
Claims (10)
(b) 상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들을 기초로 복사 전달 모델을 구동하여 모델 복사량을 획득하는 단계;
(c) GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 관측된 복사량을 획득하는 단계;
(d) 상기 모델 복사량과 상기 관측 복사량의 차이값을 산출하는 단계; 및
(e) 상기 차이값이 소정의 임계치 미만일 때까지 상기 (b) 내지 상기 (d)를 반복 수행하는 단계;를 포함하는,
복수의 기체의 농도 산출 방법.(a) preparing reference data representing predetermined characteristics of a plurality of gases;
(b) obtaining a model radiation amount by driving a radiation transfer model based on the reference data of the plurality of gases;
(c) acquiring the observed radiation through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS);
(d) calculating a difference value between the model radiation amount and the observed radiation amount; and
(e) repeating (b) to (d) until the difference value is less than a predetermined threshold;
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들 중 선택된 일부의 입력값을 소정의 상태 변수에 할당하는 단계;를 더 포함하고,
상기 (b)는 상기 소정의 상태 변수에 할당된 상기 입력값을 기초로 상기 복사 전달 모델이 구동되는 것인,
복수의 기체의 농도 산출 방법.The method of claim 1,
Allocating an input value of a selected part of the reference data of the plurality of gases to a predetermined state variable;
In (b), the radiative transfer model is driven based on the input value assigned to the predetermined state variable.
A method of calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 (e)는 상기 참조 데이터들 중 상기 선택된 일부의 다른 입력값을 상기 소정의 상태 변수에 다시 할당하여 수행되는 것인,
복수의 기체의 농도 산출 방법.3. The method of claim 2,
wherein (e) is performed by re-assigning another input value of the selected part of the reference data to the predetermined state variable,
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 참조 데이터들은 상기 복수의 기체의 지표면 반사도, 지표면으로부터의 고도, 각 기체별 농도, 및 각 기체별 복사량 흡수 정도 중 적어도 하나를 포함하는,
복수의 기체의 농도 산출 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The reference data includes at least one of a surface reflectivity of the plurality of gases, an altitude from the surface of the earth, a concentration for each gas, and a radiation amount absorption degree for each gas,
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 (e)는 하기 식의 을 최소화하는 과정에 의해 수행되는,
( : 소정의 상태 변수, : 상태 변수의 초기값, Sa: 모델 에러 공분산 행렬, : 측정 스펙트럼, : 복사 전달 모델 구동 결과의 모델 복사량, : 측정 에러 공분산 행렬, T: Transpose 연산 b: 복사 전달 모델의 입력값 중 상태 변수 이외의 변수)
복수의 기체의 농도 산출 방법.4. The method of claim 3,
The (e) is of the formula is carried out by a process that minimizes
( : a given state variable, : initial value of state variable, Sa: model error covariance matrix, : measurement spectrum, : Model radiation amount of the radiative transfer model driving result, : Measurement error covariance matrix, T: Transpose operation b: Variables other than state variables among the input values of the radiative transfer model)
A method of calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 (e)의 상기 참조 데이터들 중 상기 선택된 일부의 다른 입력값은 하기 수식에 의해 산출되는,
( i번째 반복 단계에서의 상태 변수, : i+1번째 반복 단계에서의 상태 변수, : Levenberg-Marquardt 방정식 매개 변수, : i번째 반복 단계에서의 자코비안 행렬())
복수의 기체의 농도 산출 방법.6. The method of claim 5,
Other input values of the selected part of the reference data of (e) are calculated by the following formula,
( the state variable at the ith iteration step, : the state variable in the i+1th iteration step, : parameters of the Levenberg-Marquardt equation, : Jacobian matrix at the ith iteration step ( )))
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 복사 전달 모델은 입력 노드, 은닉 노드, 출력 노드로 구성된 신경망 모델이고,
상기 (b)는,
상기 소정의 상태 변수에 할당된 상기 입력값을 상기 입력 노드에 입력시키고 상기 출력 노드로부터 상기 모델 복사량을 출력시켜 상기 복사 전달 모델에 대한 추론이 수행되는 것인,
복수의 기체의 농도 산출 방법.3. The method of claim 2,
The copy transfer model is a neural network model consisting of an input node, a hidden node, and an output node,
The (b) is,
Inference on the radiation transfer model is performed by inputting the input value assigned to the predetermined state variable to the input node and outputting the model radiation amount from the output node,
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 복수의 기체는 O3, CO2, 에어로졸, SO2, NO2, CH2O로 구성되는 군 중에서 선택되는 적어도 두 개인,
복수의 기체의 농도 산출 방법.The method of claim 1,
The plurality of gases is at least two selected from the group consisting of O 3 , CO 2, aerosol, SO 2 , NO 2, CH 2 O,
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 복수의 기체는 상기 O3, CO2, 에어로졸, SO2, NO2, CH2O로 구성되는 군이 신경망을 통해 분류되어 특정 군집에 포함되는 것인,
복수의 기체의 농도 산출 방법.9. The method of claim 8,
The plurality of gases is the O 3 , CO 2, aerosol, SO 2 , NO 2, CH 2 O is classified through a neural network to be included in a specific group,
A method for calculating the concentration of a plurality of gases.
상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리;를 포함하고,
상기 프로세서는,
복수의 기체의 소정의 특성을 나타내는 참조 데이터들을 준비하고, 상기 복수의 기체의 상기 참조 데이터들을 기초로 복사 전달 모델을 구동하여 모델 복사량을 획득하며, GEMS(Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer)를 통해 관측된 복사량을 획득하고, 상기 모델 복사량과 상기 관측 복사량의 차이값을 산출하며, 상기 차이값이 소정의 임계치 미만일 때까지 상기 (b) 내지 상기 (d)를 반복 수행하는,
복수의 기체의 농도 산출 장치.processor; and
Including; a memory including at least one instruction executable by the processor;
The processor is
Prepare reference data representing predetermined characteristics of a plurality of gases, drive a radiation transfer model based on the reference data of the plurality of gases to obtain a model radiation amount, and radiation amount observed through a Geostationary Environmental Monitoring Spectrometer (GEMS) , calculating the difference between the model radiation amount and the observed radiation amount, and repeatedly performing (b) to (d) until the difference value is less than a predetermined threshold,
A device for calculating the concentration of a plurality of gases.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200168041A KR102432241B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200168041A KR102432241B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220078847A true KR20220078847A (en) | 2022-06-13 |
KR102432241B1 KR102432241B1 (en) | 2022-08-26 |
Family
ID=81984149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200168041A KR102432241B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102432241B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180066824A (en) * | 2016-12-09 | 2018-06-19 | 삼성전자주식회사 | Electronic device and controlling method thereof |
KR20180097353A (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 국방과학연구소 | Method for quantification of level of pollution using infrared spectrometry |
KR20180099356A (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-05 | 부경대학교 산학협력단 | System and the method for producing vertical profile of atmospheric trace gas using multiple wavelength |
KR101968087B1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-04-11 | 대한민국 | Apparatus for retrieving column amounts of ozone and nitrogen dioxide in the air using observation data of hyperspectral imaging sensor |
-
2020
- 2020-12-04 KR KR1020200168041A patent/KR102432241B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180066824A (en) * | 2016-12-09 | 2018-06-19 | 삼성전자주식회사 | Electronic device and controlling method thereof |
KR20180097353A (en) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 국방과학연구소 | Method for quantification of level of pollution using infrared spectrometry |
KR20180099356A (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-05 | 부경대학교 산학협력단 | System and the method for producing vertical profile of atmospheric trace gas using multiple wavelength |
KR101968087B1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-04-11 | 대한민국 | Apparatus for retrieving column amounts of ozone and nitrogen dioxide in the air using observation data of hyperspectral imaging sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102432241B1 (en) | 2022-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pal et al. | Assessment of the effectiveness of support vector machines for hyperspectral data | |
RU2503938C2 (en) | Method and device of frequency data analysis | |
Efremenko et al. | Volcanic SO2 plume height retrieval from UV sensors using a full-physics inverse learning machine algorithm | |
Pfreundschuh et al. | A neural network approach to estimating a posteriori distributions of Bayesian retrieval problems | |
Blackwell | Neural network Jacobian analysis for high-resolution profiling of the atmosphere | |
Sabih et al. | Utilizing explainable AI for quantization and pruning of deep neural networks | |
Kaminski et al. | Reviews and syntheses: Flying the satellite into your model: on the role of observation operators in constraining models of the Earth system and the carbon cycle | |
Candela et al. | Planetary robotic exploration driven by science hypotheses for geologic mapping | |
Chen et al. | Exact and heuristic methods for observing task-oriented satellite cluster agent team formation | |
Alam et al. | Radio frequency interference detection for smap radiometer using convolutional neural networks | |
EP1058879B1 (en) | Measurement system | |
KR102432241B1 (en) | Method for calculating the concentration of a plurality of gases and a device for calculating the concentration of a plurality of gases | |
CN110703764A (en) | Method for planning optimal position of movable guide star of adaptive optical system in real time | |
CN114295585A (en) | Multi-view-field ocean laser radar data regularization inversion method based on analytical model | |
Bom et al. | Deep learning in wide-field surveys: Fast analysis of strong lenses in ground-based cosmic experiments | |
Felt et al. | Fast ocean front detection using deep learning edge detection models | |
CN116189796A (en) | Machine learning-based satellite-borne short wave infrared CO 2 Column concentration estimation method | |
Kemp et al. | Real-Time Radiological Source Term Estimation for Multiple Sources in Cluttered Environments | |
Nicolae et al. | Independent retrieval of aerosol type from lidar | |
Hayman et al. | Global Estimation of Range Resolved Thermodynamic Profiles from MicroPulse Differential Absorption Lidar | |
Stringer et al. | Causality-aware machine learning for path correction | |
Cagliari | Novel methods to extract cosmological information from galaxy redshift surveys | |
Luchetta | Automatic generation of the optimum threshold for parameter weighted pruning in multiple heterogeneous output neural networks | |
Huang et al. | A Prediction Method of Electromagnetic Environment Effects for UAV LiDAR Detection System | |
Przylucki et al. | An analysis of self-organization process for data classification in multisensor systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |