KR20230092435A - Apparatus for monitoring air quality based on satellite and method thereof - Google Patents
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Abstract
위성 기반 대기질 모니터링 장치 및 그 방법이 개시된다.
이 장치에서 데이터 수집부는 위성에서 측정된 대기질 데이터를 수집하고, 지리 정보 시스템으로부터 행정구역 데이터를 수집한다. 전처리부는 데이터 수집부에서 수집된 대기질 데이터에서 구름 영향을 제거한 NO2 데이터를 산출하고, 데이터 수집부에서 수집된 행정구역 데이터로부터 대도시, 수도권 및 공업 지역에 해당하는 행정구역 정보를 추출한다. 데이터 처리부는 전처리부에서 산출된 NO2 데이터에 대해 미리 설정된 스케일링 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출하고, 전처리부에서 추출된 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출한다. 데이터 시각화부는 데이터 처리부에서 산출된 도시별 NO2 농도를 시각화하여 제공한다. 여기서, 위성은 ESA에서 발사된 TROPOMI 위성이며, 데이터 수집부는 TROPOMI 위성의 대기질 데이터를 수집하여 제공하는 ESA 센티넬 허브를 통해 대기질 데이터를 수집한다.A satellite-based air quality monitoring device and method are disclosed.
In this device, the data collection unit collects air quality data measured from satellites and collects administrative district data from a geographic information system. The pre-processing unit calculates NO 2 data from which cloud effects are removed from the air quality data collected by the data collection unit, and extracts administrative district information corresponding to large cities, metropolitan areas, and industrial areas from the administrative district data collected by the data collection unit. The data processing unit multiplies the NO 2 data calculated in the pre-processing unit by a preset scaling factor to calculate the NO 2 concentration to be actually applied, and uses the city information included in the administrative district extracted in the pre-processing unit to calculate the NO 2 concentration for each city. yields The data visualization unit visualizes and provides the NO 2 concentration for each city calculated by the data processing unit. Here, the satellite is a TROPOMI satellite launched by ESA, and the data collection unit collects air quality data through the ESA Sentinel Hub, which collects and provides air quality data from TROPOMI satellites.
Description
본 발명은 위성 기반 대기질 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a satellite-based air quality monitoring device and method.
대류권 내 이산화질소(NO2)는 인간의 건강에 악영향을 주는 주요 대기 오염물질이자 O3의 중요한 전구 물질이다. 이러한 대기 오염 물질의 대기 중 장기간 영향도를 보기에는 시공간적으로 변동이 많은 단점이 있다. 예를 들어 대류권 내 NO2는 오염원 근처에서 쉽게 탐지 가능하지만 금방 사라져버리는 특성이 있다. Nitrogen dioxide (NO 2 ) in the troposphere is a major air pollutant with adverse human health effects and an important precursor of O 3 . There is a disadvantage in that there are many temporal and spatial fluctuations to see the long-term influence of these air pollutants in the atmosphere. For example, NO 2 in the troposphere is easily detectable near pollutants, but quickly disappears.
장기간 NO2를 관측하기 위한 지상 관측소 네트워크는 잘 구축되어 있지만 교외 지역 또는 접근이 어려운 곳까지 NO2 농도를 측정하기에는 한계가 있다. A network of terrestrial stations for long-term NO2 observations is well established, but there are limitations in measuring NO2 concentrations in suburban or inaccessible areas.
한편, 2000년도 초반부터 시작된 위성을 활용한 대류권 NO2 농도 측정은 공간적으로 연속적인 전 지구 규모 NO2 농도 측정을 가능하게 했다. OMI(Ozone Monitoring Instrument), GOME(Global Ozone Monitoring Experiment) 위성은 약 100km의 해상도로 전 지구의 NO2를 관측해왔다. On the other hand, measurements of tropospheric NO 2 concentrations using satellites, which began in the early 2000s, made it possible to measure spatially continuous NO 2 concentrations on a global scale. OMI (Ozone Monitoring Instrument) and GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) satellites have observed NO 2 across the globe with a resolution of about 100 km.
한편, 한국은 공업 지역에서 다양한 오염원에 의해 오염 물질이 배출되고 서울과 같은 대도시에서는 인간 활동에 의해 오염 물질이 배출된다. 따라서, 도시 기반, 특히 공업 지역의 도시 기반으로 오염 물질, 예를 들어 NO2에 대한 모니터링이 필요하다.On the other hand, in Korea, pollutants are emitted by various pollutants in industrial areas, and pollutants are emitted by human activities in large cities such as Seoul. Therefore, there is a need for monitoring for pollutants, eg NO 2 , on an urban basis, especially in industrial areas.
그러나, 종래 위성의 공간 해상도 기반으로는 한국의 도시나 공업 지역과 같이 보다 세밀화된 지역별 대기질 모니터링, 즉 NO2에 대한 모니터링이 사실상 어렵다.However, based on the spatial resolution of conventional satellites, it is virtually difficult to monitor air quality, that is, NO 2 , in more detailed areas such as cities or industrial areas in Korea.
본 발명은 공간적으로 연속적인 대기 오염 물질의 배출과 확산이 관측될 수 있는 위성 기반 대기질 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a satellite-based air quality monitoring device and method capable of observing spatially continuous emission and diffusion of air pollutants.
상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.In order to achieve the objects of the present invention as described above and realize the characteristic effects of the present invention described later, the characteristic configuration of the present invention is as follows.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대기질 모니터링 장치가 제공되며, 이 장치는,According to one aspect of the present invention, an air quality monitoring device is provided, which includes:
위성 기반으로 대기질을 모니터링하는 장치로서, 상기 위성에서 측정된 대기질 데이터를 수집하고, 지리 정보 시스템으로부터 행정구역 데이터를 수집하는 데이터 수집부, 상기 데이터 수집부에서 수집된 대기질 데이터에서 구름 영향을 제거한 NO2 데이터를 산출하고, 상기 데이터 수집부에서 수집된 행정구역 데이터로부터 대도시, 수도권 및 공업 지역에 해당하는 행정구역 정보를 추출하는 전처리부, 상기 전처리부에서 산출된 NO2 데이터에 대해 미리 설정된 스케일링 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출하고, 상기 전처리부에서 추출된 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출하는 데이터 처리부, 그리고 상기 데이터 처리부에서 산출된 도시별 NO2 농도를 시각화하여 제공하는 데이터 시각화부를 포함한다.An apparatus for monitoring air quality based on a satellite, comprising: a data collection unit that collects air quality data measured by the satellite and administrative area data from a geographic information system; and cloud influence in the air quality data collected by the data collection unit. A pre-processing unit that calculates NO 2 data from which has been removed and extracts administrative area information corresponding to large cities, metropolitan areas, and industrial areas from the administrative area data collected by the data collection unit, and the NO 2 data calculated by the pre-processing unit in advance A data processing unit that multiplies the set scaling factor to calculate the NO 2 concentration to be actually applied, and calculates the NO 2 concentration for each city using the city information included in the administrative district extracted from the pre-processing unit; and It includes a data visualization unit that visualizes and provides NO 2 concentration for each city.
여기서, 상기 위성은 ESA(European Space Agency)에서 발사된 TROPOMI(TROPOspheric Monitoring Instrument) 위성이며, 상기 데이터 수집부는 상기 TROPOMI 위성의 대기질 데이터를 수집하여 제공하는 ESA 센티넬(sentinel) 허브를 통해 상기 대기질 데이터를 수집한다.Here, the satellite is a TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) satellite launched by the European Space Agency (ESA), and the data collection unit collects and provides air quality data of the TROPOMI satellite. Through an ESA sentinel hub, the air quality Collect data.
또한, 상기 데이터 수집부는 상기 지리 정보 시스템으로부터 도시별 정보, 수도권 정보, 공업 지역 정보, 즉 상기 공업 지역에 포함된 공업 도시별 정보를 행정구역 데이터를 수집한다.In addition, the data collection unit collects administrative district data including city-specific information, metropolitan area information, industrial area information, that is, industrial city-specific information included in the industrial area, from the geographic information system.
또한, 상기 전처리부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 대기질 데이터에 포함된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그(quality flag)를 사용하여 미리 설정된 특정 값 이상을 마스킹함으로써 구름 영향을 제거한다.In addition, the pre-processing unit removes the effect of clouds by masking the NO 2 data included in the air quality data collected by the data collection unit using a quality flag to a value equal to or greater than a predetermined value.
또한, 상기 데이터 처리부는 상기 공업 지역의 NO2 농도가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 도시 전체 NO2 평균 농도와 상기 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 사용한 공업 지역 기여율을 산출한다.Further, the data processing unit calculates an industrial area contribution rate using a ratio of the average NO 2 concentration of the entire city to the average NO 2 concentration of the industrial area when the NO 2 concentration of the industrial area is equal to or greater than a preset threshold.
또한, 상기 미리 설정된 임계값은 6×1015 mole/cm2이다.Also, the preset threshold is 6×10 15 mole/cm 2 .
또한, 상기 데이터 시각화부는 전체 도시의 NO2 농도 및 상기 각 도시별 NO2 농도를 대류권 내 NO2 농도 지도로서 시각화하여 제공한다.In addition, the data visualization unit visualizes and provides the NO 2 concentration of all cities and the NO 2 concentration of each city as a NO 2 concentration map in the troposphere.
또한, 상기 데이터 시각화부는 상기 공업 지역 기여율이 산출되는 경우, 상기 공업 지역이 상기 공업 지역이 아닌 다른 도시와 구별되도록 시각화한다.Also, when the industrial area contribution rate is calculated, the data visualization unit visualizes the industrial area to be distinguished from other cities other than the industrial area.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 대기질 모니터링 방법이 제공되며, 이 방법은,According to another aspect of the present invention, an air quality monitoring method is provided, which includes:
대기질 모니터링 장치가 위성 기반으로 대기질을 모니터링하는 방법으로서, 상기 위성에서 측정된 대기질 데이터와 지리 정보 시스템으로부터 행정구역 데이터를 수집하는 단계, 상기 대기질 데이터에서 구름 영향을 제거하여 NO2 데이터를 산출하고, 상기 행정구역 데이터로부터 대도시, 수도권 및 공업 지역에 해당하는 행정구역의 정보를 추출하는 단계, 산출된 NO2 데이터에 대해 미리 설정된 스케일링 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출하는 단계, 상기 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출하는 단계, 그리고 상기 각 도시별 NO2 농도를 시각화하여 제공하는 단계를 포함한다.A satellite-based air quality monitoring method by an air quality monitoring device, comprising: collecting air quality data measured by the satellite and administrative district data from a geographic information system; removing cloud influence from the air quality data to obtain NO 2 data Calculating and extracting information of administrative districts corresponding to large cities, metropolitan areas, and industrial areas from the administrative district data, calculating NO 2 concentration to be actually applied by multiplying the calculated NO 2 data by a preset scaling factor , calculating the NO 2 concentration for each city using city information included in the administrative district, and visualizing and providing the NO 2 concentration for each city.
여기서, 상기 위성은 ESA에서 발사된 TROPOMI 위성이며, 상기 수집하는 단계에서, 상기 TROPOMI 위성의 대기질 데이터를 수집하여 제공하는 ESA 센티넬 허브를 통해 상기 대기질 데이터를 수집한다.Here, the satellite is a TROPOMI satellite launched by ESA, and in the collecting step, the air quality data of the TROPOMI satellite is collected and provided through the ESA sentinel hub.
또한, 상기 도시별 NO2 농도를 산출하는 단계와 상기 시각화하여 제공하는 단계 사이에, 상기 공업 지역의 NO2 농도가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 도시 전체 NO2 평균 농도와 상기 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 사용한 공업 지역 기여율을 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 시각화하여 제공하는 단계에서, 상기 공업 지역 기여율이 산출되는 경우, 상기 공업 지역이 상기 공업 지역이 아닌 다른 도시와 구별되도록 시각화하여 제공한다.In addition, between the step of calculating the NO 2 concentration for each city and the step of visualizing and providing the NO 2 concentration, when the NO 2 concentration in the industrial area is equal to or greater than a preset threshold, the average NO 2 concentration of the entire city and the NO 2 concentration in the industrial area are calculated. Further comprising a step of calculating an industrial area contribution rate using the average concentration ratio, wherein in the visualizing and providing step, when the industrial area contribution rate is calculated, the industrial area is visualized to be distinguished from other cities other than the industrial area. and provide
또한, 상기 추출하는 단계는, 상기 대기질 데이터에 포함된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그를 사용하여 미리 설정된 특정 값 이상을 마스킹함으로써 구름 영향을 제거하는 단계를 포함한다.In addition, the extracting may include removing an influence of clouds by masking a predetermined value or more using a quality flag for the NO 2 data included in the air quality data.
본 발명에 따르면, 높은 활용도가 예상되는 위성 기반 대기질 모니터링 장치 구축에 대한 기반이 마련될 수 있다.According to the present invention, a foundation for building a satellite-based air quality monitoring device that is expected to be highly utilized can be prepared.
또한, 공간적으로 연속적인 대기 오염 물질의 배출과 확산이 관측될 수 있다.In addition, spatially continuous emission and diffusion of air pollutants can be observed.
또한, 대기질 위성 산업 분야 활용도를 재고할 수 있다.In addition, the use of air quality satellite industry can be reconsidered.
또한, 대기질 위성 이외에도 다양한 위성 자료 활용(지표 및 해양 표면 온도)에 대한 기반이 마련될 수 있다.In addition, the basis for using various satellite data (surface and ocean surface temperature) can be prepared in addition to air quality satellites.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전처리부의 구체적인 구성 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 데이터 처리부의 구체적인 구성 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시된 NO2 데이터 산출 및 행정구역 정보 추출 과정의 구체적인 흐름도이다.1 is a schematic configuration diagram of a satellite-based air quality monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of the preprocessing unit shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a detailed block diagram of the data processing unit shown in FIG. 1 .
4 is a schematic flowchart of a satellite-based air quality monitoring method according to an embodiment of the present invention.
5 is a detailed flowchart of the process of calculating NO 2 data and extracting administrative district information shown in FIG. 4 .
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as “… unit”, “… unit”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software. there is.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령(instructions)을 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다. Devices described in the present invention are composed of hardware including at least one processor, memory device, communication device, and the like, and a program to be executed in combination with the hardware is stored in a designated place. The hardware has the configuration and capability to implement the method of the present invention. The program includes instructions implementing the operating method of the present invention described with reference to the drawings, and implements the present invention in combination with hardware such as a processor and a memory device.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical terms and scientific terms used below have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The terms defined in the dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the currently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a satellite-based air quality monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 장치(100)는 데이터 수집부(110), 전처리부(120), 데이터 처리부(130), 데이터 시각화부(140) 및 저장부(150)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the satellite-based air
데이터 수집부(110)는 위성(200)으로부터 측정된 대기질 데이터를 수집하고, 지리 정보 시스템(Geographic Information System, GIS)(300)으로부터 한국의 행정구역 데이터를 수집한다. 여기서, 위성(200)과 지리 정보 시스템(300) 사이를 점선으로 나타낸 것은 이들의 데이터 전송이 유선은 물론 무선 통신을 통해 수행될 수 있고, 또한 직접 전송은 물론 다양한 형태의 네트워크 또는 서버 장치 등을 통해 전송될 수 있음을 나타내기 위한 것이다.The
구체적으로, 데이터 수집부(110)는 기존의 위성, 예를 들어 OMI(Ozone Monitoring Instrument), GOME(Global Ozone Monitoring Experiment) 위성에 의해 측정되는 해상도보다 더 세밀한 해상도의 대기질, 즉 NO2 측정이 가능한 위성을 사용하여 측정된 NO2 데이터를 수집한다. 예를 들어, 여기에서의 위성은 TROPOMI(TROPOspheric Monitoring Instrument)이며, 이는 최근에 ESA(European Space Agency)에서 발사한 위성으로 종래의 위성들보다 약 10배 나아진 공간 해상도(예를 들어, 3.3km x 5.5km)로 지구를 하루에 한번씩 관측하고 있으며, 발사 이후 다양한 지역에서 자료에 대한 정확도 검증이 완료된 위성이다.Specifically, the
따라서, 데이터 수집부(110)는 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 자료를 전달받는 ESA 센티넬(sentinel) 허브를 통해 한국의 대기질 정보, 즉 NO2 데이터를 포함한 다양한 대기질 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수집부(110)는 API(Application Programming Interface) 프로그래밍을 활용하여 ESA 센티넬 허브로부터 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 NO2 데이터를 수집할 수 있다.Therefore, the
또한, 데이터 수집부(110)는 지리 정보 시스템(300)으로부터 한국의 행정구역 데이터, 예를 들어 행정구역 정보 및 지도 정보를 수집한다. 여기서, 지리 정보 시스템(300)은 전 국토의 지리 공간 정보를 디지털화하여 수치 지도(digital map)로 작성하고 다양한 정보 통신 기술을 통해 재해ㆍ환경ㆍ시설물ㆍ국토공간 관리와 행정 서비스에 활용하고자 하는 첨단 정보 시스템이다. In addition, the
데이터 수집부(110)는 지리 정보 시스템(300)에서 수집되는 행정구역 데이터를 통해 도시별 정보, 수도권 정보, 공업 지역, 즉 공업 지역에 포함된 공업 도시별 정보 등을 알 수 있다.The
전처리부(120)는 데이터 수집부(110)에서 수집된 TROPOMI 위성(200)으로부터 측정된 NO2 데이터로부터 구름 영향을 제거한 NO2 데이터를 산출하고, 지리 정보 시스템(300)에서 수집된 행정구역 데이터로부터 대도시, 예를 들어 수도권과 공업 도시에 해당하는 행정구역 정보를 추출한다.The
예를 들어, 전처리부(120)는 데이터 수집부(110)에서 수집된 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그(quality flag)를 사용하여 특정 값, 예를 들어 0.75 이상인 부분을 마스킹함으로써 구름 영향을 제거할 수 있다. 여기서, 마스킹에 사용된 값은 다양한 형태의 실시 또는 시뮬레이션을 통해 미리 설정될 수 있다.For example, the
데이터 처리부(130)는 전처리부(120)에서 구름 영향이 제거된 NO2 데이터에 대해 스케일 인자(scale factor)를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 mole/cm2 농도를 산출하고, 전처리부(120)에서 추출된 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출한다. 여기서, 스케일 인자는 다양한 형태의 실시 또는 시뮬레이션을 통해 미리 설정될 수 있다.The
또한, 데이터 처리부(130)는 각 도시별 NO2 농도 정보에 따라 대도시별, 수도권, 공업 지역별 NO2 평균 농도를 산출한다.In addition, the
또한, 데이터 처리부(130)는 각 도시별 일 평균 및 월 평균 NO2 농도를 산출한다.In addition, the
또한, 데이터 처리부(130)는 공업 지역의 NO2 농도가 임계값, 예를 들어 6×1015 mole/cm2 이상인 경우 도시 전체 NO2 평균 농도와 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 활용한 공업 지역 기여율을 산출한다. 이를 통해 도시 전체의 NO2 농도에 대한 공업 지역의 NO2의 기여를 확인할 수 있다.In addition, the
데이터 시각화부(140)는 데이터 처리부(130)에서 산출된 한국 전체 NO2 농도, 각 도시별 NO2 농도 등의 정보를 한반도 대류권 내 NO2 농도 지도로서 표출하는 데이터 시각화를 제공한다. 또한, 데이터 시각화부(140)는 데이터 처리부(130)에서 공업 지역 기여율이 산출되는 경우, NO2 농도 지도에 대한 공업 지역 기여율의 시각화를 수행할 수 있다. 예를 들어, 데이터 시각화부(140)는 공업 지역 기여율을 표시하는 동시에 해당되는 공업 지역을 공업 지역이 아닌 다른 도시와 구별되도록 색상 등을 통해 시각화할 수 있다.The
저장부(150)는 위성 기반 대기질 모니터링 장치(100)에서 사용되는 각종의 데이터를 저장한다. 예를 들어, 저장부(150)는 데이터 수집부(110)에서 수집된 대기질 데이터와 한국의 행정구역 데이터, 전처리부(120)에서 구름 영향이 제거된 NO2 데이터와 수도권과 공업 도시에 해당하는 행정구역 정보, 데이터 처리부(130)에서 산출된 각 도시별 NO2 농도, 대도시별, 수도권, 공업 지역별 NO2 평균 농도, 각 도시별 일 평균 및 월 평균 NO2 농도, 공업 지역 기여율, NO2 농도 지도 등의 정보를 저장한다.The
도 2는 도 1에 도시된 전처리부(120)의 구체적인 구성 블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the
도 2에 도시된 바와 같이, 전처리부(120)는 구름 영향 제거부(121) 및 행정구역 추출부(122)를 포함한다.As shown in FIG. 2 , the
구름 영향 제거부(121)는 데이터 수집부(110)에서 수집된 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그를 사용하여 특정 값, 예를 들어 0.75 이상인 부분을 마스킹함으로써 구름 영향이 제거된 NO2 데이터를 산출할 수 있다.The cloud
행정구역 추출부(122)는 데이터 수집부(110)에서 수집된 행정구역 데이터에서 대도시, 예를 들어 수도권과 공업 도시에 해당하는 행정구역 정보를 추출한다.The administrative
도 3은 도 1에 도시된 데이터 처리부(130)의 구체적인 구성 블록도이다.FIG. 3 is a detailed block diagram of the
도 3에 도시된 바와 같이, 데이터 처리부(130)는 스케일링부(131), 농도 산출부(132), 평균 농도 산출부(133) 및 기여율 산출부(134)를 포함한다.As shown in FIG. 3 , the
스케일링부(131)는 전처리부(120)에서 구름 영향이 제거된 NO2 데이터에 대해 스케일 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 mole/cm2 농도를 산출한다.The
농도 산출부(132)는 스케일링부(131)에서 산출된 NO2 농도와 전처리부(120)에서 추출된 도시별 행정구역 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출한다.The
평균 농도 산출부(133)는 농도 산출부(132)에서 산출된 각 도시별 NO2 농도를 통해 대도시별, 수도권, 공업 지역별 NO2 평균 농도, 각 도시별 일 평균 및 월 평균 NO2 농도를 산출한다.The average
기여율 산출부(134)는 공업 지역의 NO2 농도가 임계값, 예를 들어 6×1015 mole/cm2 이상인지를 판단하고, 만약 공업 지역의 NO2 농도가 임계값 이상인 것으로 판단되는 경우 도시 전체 NO2 평균 농도와 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 활용한 공업 지역 기여율을 산출한다.The contribution
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a satellite-based air quality monitoring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 방법의 개략적인 흐름도이다. 본 발명의 실시예에 따른 위성 기반 대기질 모니터링 방법은 전술한 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 위성 기반 대기질 모니터링 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.4 is a schematic flowchart of a satellite-based air quality monitoring method according to an embodiment of the present invention. The satellite-based air quality monitoring method according to an embodiment of the present invention may be performed by the satellite-based air
도 4를 참조하면, 먼저 ESA 센티넬(sentinel) 허브를 통해 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 대기질 정보와 지리 정보 시스템(300)으로부터 한국의 행정구역 데이터를 수집한다(S100).Referring to FIG. 4 , first, air quality information measured by the
그 후, 수집된 대기질 정보로부터 구름 영향을 제거한 NO2 데이터를 산출하고, 수집된 행정구역 데이터로부터 도시별, 대도시, 수도권 및 공업 도시별 행정구역 정보를 추출한다(S110).Thereafter, NO 2 data with cloud influence removed is calculated from the collected air quality information, and administrative district information by city, large city, metropolitan area, and industrial city is extracted from the collected administrative district data (S110).
다음, 상기 단계(S110)에서 산출된 구름 영향이 제거된 NO2 데이터에 스케일 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출한다(S120).Next, the actual NO 2 concentration to be applied is calculated by multiplying the NO 2 data calculated in step S110 from which the influence of clouds has been removed by a scale factor (S120).
계속해서, 상기 단계(S120)에서 산출된 NO2 농도에 대해 상기 단계(S110)에서 추출된 도시별 행정구역 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출한다(S130).Continuing, with respect to the NO 2 concentration calculated in step S120, the NO 2 concentration for each city is calculated using the administrative district information for each city extracted in step S110 (S130).
다음, 공업 지역의 NO2 농도가 임계값 이상인지를 판단한다(S140). 여기서, NO2 농도의 임계값은 예를 들어 6×1015 mole/cm2일 수 있다.Next, it is determined whether the concentration of NO 2 in the industrial area is greater than or equal to a threshold value (S140). Here, the threshold value of NO 2 concentration may be, for example, 6×10 15 mole/cm 2 .
만약 공업 지역의 NO2 농도가 임계값 이상인 것으로 판단되는 경우, 도시 전체 NO2 평균 농도와 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 활용한 공업 지역 기여율을 산출한다(S150).If it is determined that the concentration of NO 2 in the industrial area is greater than or equal to the threshold value, the contribution rate of the industrial area is calculated using the ratio of the average concentration of NO 2 in the entire city and the average concentration of NO 2 in the industrial area (S150).
그 후, 상기 단계(S130)에서 산출된 각 도시별 NO2 농도를 시각화한 NO2 농도 지도로서 표시한다(S160). 이 때, 상기 단계(S150)에서 공업 지역 기여율이 산출된 경우에는 공업 지역 기여율을 별도로 시각화하는 동시에 공업 지역에 포함되는 도시에 대한 구별이 가능하도록 하는 시각화도 함께 수행될 수 있다.Then, the NO 2 concentration for each city calculated in step S130 is displayed as a visualized NO 2 concentration map (S160). In this case, when the industrial area contribution rate is calculated in step S150, the industrial area contribution rate may be separately visualized and at the same time, visualization for distinguishing cities included in the industrial area may be performed together.
다음, 도 5를 참조하여 상기 단계(S110)에 대해 구체적으로 설명한다.Next, with reference to FIG. 5, the above step (S110) will be described in detail.
도 5는 도 4에 도시된 NO2 데이터 산출 및 행정구역 정보 추출 과정의 구체적인 흐름도이다.5 is a detailed flowchart of the process of calculating NO 2 data and extracting administrative district information shown in FIG. 4 .
도 5를 참조하면, 상기 단계(S100)에서 수집된 TROPOMI 위성(200)에서 측정된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그를 사용하여 특정 값, 예를 들어 0.75 이상인 부분을 마스킹함으로써 구름 영향이 제거된 NO2 데이터를 산출한다(S111).Referring to FIG. 5, the NO 2 data measured by the
또한, 상기 단계(S100)에서 수집된 행정구역 데이터에서 대도시, 예를 들어 수도권과 공업 도시에 해당하는 행정구역 정보를 추출한다(S112).In addition, administrative district information corresponding to large cities, for example, metropolitan areas and industrial cities, is extracted from the administrative district data collected in step S100 (S112).
전술한 두 단계(S111, S112)는 개별적인 순서를 가지고 수행될 수 있으나 그수행 순서는 상관없으며, 또한 별도의 순서를 갖지 않고 동시에 수행될 수도 있다.The aforementioned two steps (S111 and S112) may be performed in a separate order, but the order of execution is irrelevant, and may also be performed simultaneously without a separate order.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, and may be implemented through programs that realize functions corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the programs are recorded.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. that fall within the scope of the right.
100: 위성 기반 대기질 모니터링 장치
110 : 데이터 수집부
120 : 전처리부
130 : 데이터 처리부
140 : 데이터 시각화부
150 : 저장부
200 : TROPOMI 위성
300 : 지리 정보 시스템
121 : 구름 영향 제거부
122 : 행정구역 추출부
131 : 스케일링부
132 : 농도 산출부
133 : 평균 농도 산출부
134 : 기여율 산출부100: satellite-based air quality monitoring device
110: data collection unit
120: pre-processing unit
130: data processing unit
140: data visualization unit
150: storage unit
200: TROPOMI satellite
300: geographic information system
121: cloud influence removal unit
122: administrative district extraction unit
131: scaling unit
132: concentration calculation unit
133: average concentration calculation unit
134: contribution rate calculation unit
Claims (12)
상기 위성에서 측정된 대기질 데이터를 수집하고, 지리 정보 시스템으로부터 행정구역 데이터를 수집하는 데이터 수집부,
상기 데이터 수집부에서 수집된 대기질 데이터에서 구름 영향을 제거한 NO2 데이터를 산출하고, 상기 데이터 수집부에서 수집된 행정구역 데이터로부터 대도시, 수도권 및 공업 지역에 해당하는 행정구역 정보를 추출하는 전처리부,
상기 전처리부에서 산출된 NO2 데이터에 대해 미리 설정된 스케일링 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출하고, 상기 전처리부에서 추출된 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출하는 데이터 처리부, 그리고
상기 데이터 처리부에서 산출된 도시별 NO2 농도를 시각화하여 제공하는 데이터 시각화부
를 포함하는 대기질 모니터링 장치.As a satellite-based air quality monitoring device,
A data collection unit that collects air quality data measured by the satellite and collects administrative district data from a geographic information system;
A pre-processing unit that calculates NO 2 data from which cloud effects are removed from the air quality data collected by the data collection unit, and extracts administrative area information corresponding to large cities, metropolitan areas, and industrial areas from administrative area data collected by the data collection unit. ,
The NO 2 data calculated by the pre-processing unit is multiplied by a preset scaling factor to calculate the NO 2 concentration to be actually applied, and the NO 2 concentration for each city is calculated using the city information included in the administrative district extracted by the pre-processing unit. a data processing unit that calculates; and
Data visualization unit for visualizing and providing the NO 2 concentration for each city calculated by the data processing unit
Air quality monitoring device comprising a.
상기 위성은 ESA(European Space Agency)에서 발사된 TROPOMI(TROPOspheric Monitoring Instrument) 위성이며,
상기 데이터 수집부는 상기 TROPOMI 위성의 대기질 데이터를 수집하여 제공하는 ESA 센티넬(sentinel) 허브를 통해 상기 대기질 데이터를 수집하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 1,
The satellite is a TROPOMI (TROPOspheric Monitoring Instrument) satellite launched by ESA (European Space Agency),
The data collection unit collects the air quality data through an ESA sentinel hub that collects and provides air quality data of the TROPOMI satellite.
air quality monitoring device.
상기 데이터 수집부는 상기 지리 정보 시스템으로부터 도시별 정보, 수도권 정보, 공업 지역 정보, 즉 상기 공업 지역에 포함된 공업 도시별 정보를 행정구역 데이터를 수집하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 2,
The data collection unit collects administrative district data including city-specific information, metropolitan area information, industrial area information, that is, industrial city-specific information included in the industrial area, from the geographic information system.
air quality monitoring device.
상기 전처리부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 대기질 데이터에 포함된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그(quality flag)를 사용하여 미리 설정된 특정 값 이상을 마스킹함으로써 구름 영향을 제거하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 1,
The pre-processing unit removes the influence of clouds by masking a predetermined value or more using a quality flag for the NO 2 data included in the air quality data collected by the data collection unit,
air quality monitoring device.
상기 데이터 처리부는 상기 공업 지역의 NO2 농도가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 도시 전체 NO2 평균 농도와 상기 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 사용한 공업 지역 기여율을 산출하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 1,
The data processing unit calculates an industrial area contribution rate using a ratio of an average NO 2 concentration in the entire city and an average NO 2 concentration in the industrial area when the NO 2 concentration in the industrial area is equal to or greater than a preset threshold.
air quality monitoring device.
상기 미리 설정된 임계값은 6×1015 mole/cm2인,
대기질 모니터링 장치.According to claim 5,
The preset threshold is 6 × 10 15 mole / cm 2 ,
air quality monitoring device.
상기 데이터 시각화부는 전체 도시의 NO2 농도 및 상기 각 도시별 NO2 농도를 대류권 내 NO2 농도 지도로서 시각화하여 제공하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 5,
The data visualization unit visualizes and provides the NO 2 concentration of all cities and the NO 2 concentration of each city as a NO 2 concentration map in the troposphere,
air quality monitoring device.
상기 데이터 시각화부는 상기 공업 지역 기여율이 산출되는 경우, 상기 공업 지역이 상기 공업 지역이 아닌 다른 도시와 구별되도록 시각화하는,
대기질 모니터링 장치.According to claim 7,
The data visualization unit visualizes the industrial area to be distinguished from other cities other than the industrial area when the industrial area contribution rate is calculated.
air quality monitoring device.
상기 위성에서 측정된 대기질 데이터와 지리 정보 시스템으로부터 행정구역 데이터를 수집하는 단계,
상기 대기질 데이터에서 구름 영향을 제거하여 NO2 데이터를 산출하고, 상기 행정구역 데이터로부터 대도시, 수도권 및 공업 지역에 해당하는 행정구역의 정보를 추출하는 단계,
산출된 NO2 데이터에 대해 미리 설정된 스케일링 인자를 곱하여 실질적으로 적용될 NO2 농도를 산출하는 단계,
상기 행정구역에 포함된 도시 정보를 사용하여 각 도시별 NO2 농도를 산출하는 단계, 그리고
상기 각 도시별 NO2 농도를 시각화하여 제공하는 단계
를 포함하는 대기질 모니터링 방법.As a method for an air quality monitoring device to monitor air quality based on a satellite,
Collecting air quality data measured by the satellite and administrative district data from a geographic information system;
Calculating NO 2 data by removing cloud influence from the air quality data, and extracting information of administrative districts corresponding to large cities, metropolitan areas, and industrial areas from the administrative district data;
Calculating a NO 2 concentration to be substantially applied by multiplying the calculated NO 2 data by a preset scaling factor;
Calculating NO 2 concentration for each city using the city information included in the administrative district, and
Visualizing and providing the NO 2 concentration for each city
Air quality monitoring method comprising a.
상기 위성은 ESA에서 발사된 TROPOMI 위성이며,
상기 수집하는 단계에서, 상기 TROPOMI 위성의 대기질 데이터를 수집하여 제공하는 ESA 센티넬 허브를 통해 상기 대기질 데이터를 수집하는,
대기질 모니터링 방법.According to claim 9,
The satellite is a TROPOMI satellite launched by ESA,
In the collecting step, the air quality data is collected through the ESA Sentinel Hub, which collects and provides air quality data of the TROPOMI satellites.
How to monitor air quality.
상기 도시별 NO2 농도를 산출하는 단계와 상기 시각화하여 제공하는 단계 사이에,
상기 공업 지역의 NO2 농도가 미리 설정된 임계값 이상인 경우, 도시 전체 NO2 평균 농도와 상기 공업 지역의 NO2 평균 농도의 비를 사용한 공업 지역 기여율을 산출하는 단계
를 더 포함하고,
상기 시각화하여 제공하는 단계에서, 상기 공업 지역 기여율이 산출되는 경우, 상기 공업 지역이 상기 공업 지역이 아닌 다른 도시와 구별되도록 시각화하여 제공하는,
대기질 모니터링 방법.According to claim 9,
Between the step of calculating the NO 2 concentration for each city and the step of visualizing and providing,
calculating an industrial area contribution rate using a ratio of an average NO 2 concentration in the entire city and an average NO 2 concentration in the industrial area when the NO 2 concentration in the industrial area is equal to or greater than a preset threshold;
Including more,
In the step of visualizing and providing, when the industrial area contribution rate is calculated, visualizing and providing the industrial area to be distinguished from other cities other than the industrial area,
How to monitor air quality.
상기 추출하는 단계는,
상기 대기질 데이터에 포함된 NO2 데이터에 대해 품질 플래그를 사용하여 미리 설정된 특정 값 이상을 마스킹함으로써 구름 영향을 제거하는 단계
를 포함하는, 대기질 모니터링 방법.
According to claim 11,
The extraction step is
Removing a cloud effect by masking a predetermined value or more using a quality flag for NO 2 data included in the air quality data
Including, air quality monitoring method.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| KR1020210181817A KR20230092435A (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Apparatus for monitoring air quality based on satellite and method thereof |
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| KR (1) | KR20230092435A (en) |
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|---|---|---|---|---|
| CN117269081A (en) * | 2023-11-20 | 2023-12-22 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | Carbon flux monitoring method and carbon flux monitoring system for greenhouse gases |
| CN117390971A (en) * | 2023-12-08 | 2024-01-12 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | Method and system for estimating NO2 concentration based on heating season |
-
2021
- 2021-12-17 KR KR1020210181817A patent/KR20230092435A/en unknown
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| CN117269081B (en) * | 2023-11-20 | 2024-03-15 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | Carbon flux monitoring method and carbon flux monitoring system for greenhouse gases |
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