KR20230103976A - Method for predicting volume of fine particulate matter in indoor space, program and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 장치가 개시된다. 본 장치는, 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자를 측정하는 센싱부 및 센싱부를 통해 측정된 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하고, 선택된 특징 정보를 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 장치가 제공됨으로써, 실내 공간 초미세먼지 볼륨이 실시간 예측될 수 있으므로, 사용자 편의가 제고될 수 있다.An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space is disclosed. The apparatus selects feature information having a predetermined correlation with fine dust from among a sensing unit that measures one or more particulate matter and environmental factors, and one or more particulate matter and environmental factors measured through the sensing unit, and converts the selected feature information to artificial It may include a control unit that predicts the volume of ultrafine dust in the indoor space after a predetermined time has elapsed by inputting the information to a predictive model learned in advance based on intelligence. By providing this device, since the volume of ultrafine dust in the indoor space can be predicted in real time, user convenience can be improved.
Description
본 개시는 오염 상태 예측 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 방법, 이를 위한 프로그램 및 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to techniques for predicting contamination conditions. More specifically, the present disclosure relates to a method for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space, a program and an apparatus therefor.
먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자성 물질을 말하는 것으로, 미세먼지 발생원은 자연적인 것도 있으나, 일반적으로 보일러나 발전시설 등에서 석탄·석유 등 화석연료를 태울 때 생기는 매연, 자동차 배기가스, 건설현장 등에서 발생하는 날림먼지, 공장 내 분말형태의 원자재, 부자재 취급공정에서의 가루성분, 소각장 연기 등과 같이 인위적인 것이라 할 수 있다. 이렇게 발생된 미세먼지는 대기중을 부유하다가 도로 등에 침적되어 재비산하는 특징을 가지고 있다. Dust refers to particulate matter that floats or is blown down in the air. There are natural sources of fine dust, but in general, soot generated when fossil fuels such as coal and oil are burned in boilers and power generation facilities, vehicle exhaust gas, It can be said to be artificial, such as flying dust from construction sites, raw materials in the form of powder in factories, powder components in the handling process of subsidiary materials, and smoke from incineration plants. Fine dust generated in this way floats in the air and is deposited on roads, etc., and has a characteristic of re-dispersion.
이러한 먼지는 입자의 크기에 따라 50㎛ 이하인 총먼지(TSP, Total Suspended Particles)와 입자크기가 매우 작은 미세먼지(PM, Particulate Matter)로 구분한다. 미세먼지에는 지름이 10㎛보다 작은 미세먼지(이하 PM10)와 지름이 2.5㎛보다 작은 초미세먼지(이하 PM2.5)로 나뉜다. Such dust is classified into Total Suspended Particles (TSP), which is less than 50 μm, and Particulate Matter (PM), which has a very small particle size, depending on the particle size. Fine dust is divided into fine dust with a diameter of less than 10 μm (hereinafter referred to as PM10) and ultrafine dust with a diameter of less than 2.5 μm (hereinafter referred to as PM2.5).
PM10이 사람의 머리카락 지름(50~70㎛)보다 약 1/5~1/7 정도로 작은 크기라면, PM2.5는 머리카락의 약 1/20~1/30에 불과할 정도로 매우 작다. 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작기 때문에 대기 중에 머물러 있다가 호흡기를 거쳐 폐 등에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하여 들어감으로써 건강에 나쁜 영향을 미칠 수도 있다. If PM10 is about 1/5 to 1/7 smaller than the diameter of a human hair (50 to 70㎛), PM2.5 is very small, about 1/20 to 1/30 of a human hair. Since fine dust is so small that it is invisible to the naked eye, it may have a bad effect on health by staying in the air and penetrating the lungs through the respiratory tract or moving into the body along the blood vessels.
세계보건기구(WHO)는 미세먼지(PM10, PM2.5 등)에 대한 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해 왔고, 2013년에는 세계보건기구 산하의 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)에서 미세먼지를 사람에게 발암이 확인된 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였으며, 미세먼지로 인한 호흡기질환, 심혈관질환, 천식 등 건강에 대한 위해성으로 인해 최근 그 관심이 증가하고 있다.The World Health Organization (WHO) has been presenting air quality guidelines for fine dust (PM10, PM2.5, etc.) since 1987, and in 2013, the International Agency for Research on Cancer (IARC) under the World Health Organization ) designated fine dust as a
따라서 이렇게 건강에 위험을 주는 미세먼지가 점점 더 자주 발생하여 기상예보에서도 PM10을 미세먼지로, PM2.5를 초미세먼지로 표현하여 미세먼지에 대한 정보를 제시하고 있다. 하지만 기후를 연속적으로 변하는데 반해 미세먼지에 대한 정보는 빠르게 제시되지 않고, 측정장소도 사람들 개인이 있는 지역과 달라 정확한 정보를 얻지 못하고 있다. Therefore, fine dust that poses a risk to health occurs more and more frequently, and weather forecasts also present information on fine dust by expressing PM10 as fine dust and PM2.5 as ultrafine dust. However, while the climate continuously changes, information on fine dust is not presented quickly, and accurate information is not obtained because the measurement location is different from the area where individual people are located.
미세먼지 정보를 정확하게 파악하고, 미세먼지를 저감시킬 수 있는 방법 및 장치에 관한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 특히 사람, 미세먼지에 약한 노약자나 어린이들이 생활하는 실내 영역에 대하여 미세먼지에 대한 위험을 감소시킬 필요가 있다. A lot of research has been conducted on methods and devices that can accurately identify fine dust information and reduce fine dust, and in particular, the risk of fine dust for indoor areas where people, the elderly and children who are vulnerable to fine dust live. need to reduce
이에, 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨(농도)을 예측하는 방법이 필요하다.Accordingly, a method for predicting the volume (concentration) of ultrafine dust in an indoor space is required.
본 개시에 개시된 실시예는 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present disclosure is to provide a method for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space.
본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present disclosure are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시에 일 측면에 따른 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 방법은, 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 초미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 특징 정보를 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.A method for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space performed by a computing device according to an aspect of the present disclosure for achieving the above-described technical problem is a predetermined correlation with ultrafine dust among one or more particulate materials and environmental factors. selecting feature information having a degree; and predicting the volume of ultrafine dust in the indoor space after a predetermined time has elapsed by inputting the selected feature information to a predictive model pre-learned based on artificial intelligence.
상기 하나 이상의 미립자 물질은, 직경이 0.1 μm 이하의 미립자 물질, 0.1 μm 초과 0.3 μm 이하의 미립자 물질, 0.3 μm 초과 0.5 μm 이하의 미립자 물질, 0.5 μm 초과 1.0 μm 이하의 미립자 물질, 1.0 μm 초과 2.5 μm 이하의 미립자 물질 및 2.5 μm 초과 5.0 μm 이하의 미립자 물질을 포함하고, 상기 환경 인자는 상기 실내 공간의 습도와 온도를 포함할 수 있다.The one or more particulate matter has a diameter of less than or equal to 0.1 μm, particulate matter greater than 0.1 μm and less than or equal to 0.3 μm, particulate matter greater than 0.3 μm and less than or equal to 0.5 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than or equal to 1.0 μm, greater than 1.0 μm and less than or equal to 2.5 μm. It includes particulate matter of less than μm and particulate matter of more than 2.5 μm and less than 5.0 μm, and the environmental factor may include humidity and temperature of the indoor space.
상기 특징 정보를 선택하는 단계는, 상기 하나 이상의 미립자 물질과 상기 초미세먼지 사이 및 상기 환경 인자와 상기 초미세먼지 사이의 피어슨 상관 계수를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치 이상인 특징 정보를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The selecting of the feature information may include calculating a Pearson's correlation coefficient between the at least one particulate matter and the ultrafine dust and between the environmental factor and the ultrafine dust; and selecting feature information having a value of the calculated Pearson's correlation coefficient greater than or equal to a predetermined value.
상기 예측 모델은, 제1 네트워크 및 상기 제1 네트워크의 출력값을 반영하는 제2 네트워크를 포함할 수 있다.The predictive model may include a first network and a second network reflecting output values of the first network.
상기 제1 네트워크는, 상기 선택된 특정 정보를 입력받아, 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되며, 상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하도록 학습될 수 있다. The first network receives the selected specific information and learns to output time-sequential data, and the second network receives the output time-sequential data and predicts the volume of ultrafine dust in the indoor space. can be learned to do.
상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 데이터의 이상(anomaly) 상태를 탐지하고 구분하도록 학습될 수 있다.The second network may be trained to receive the output time-sequential data, detect and classify an anomaly state of the data.
상기 제2 네트워크는, 예측의 불확실성을 반영하여 학습될 수 있다.The second network may be learned by reflecting uncertainty of prediction.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시에 일 측면에 따른 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 장치는, 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자를 측정하는 센싱부; 및 상기 센싱부를 통해 측정된 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하고, 상기 선택된 특징 정보를 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present disclosure for achieving the above technical problem An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space includes a sensing unit for measuring one or more particulate matter and environmental factors; and selecting feature information having a predetermined correlation with fine dust among one or more particulate matter and environmental factors measured through the sensing unit, inputting the selected feature information into a pre-learned prediction model based on artificial intelligence, for a predetermined time A control unit for estimating the volume of ultrafine dust in the indoor space after passage may be included.
상기 하나 이상의 미립자 물질은, 직경이 0.1 μm 이하의 미립자 물질, 0.1 μm 초과 0.3 μm 이하의 미립자 물질, 0.3 μm 초과 0.5 μm 이하의 미립자 물질, 0.5 μm 초과 1.0 μm 이하의 미립자 물질, 1.0 μm 초과 2.5 μm 이하의 미립자 물질 및 2.5 μm 초과 5.0 μm 이하의 미립자 물질을 포함하고, 상기 환경 인자는 상기 실내 공간의 습도와 온도를 포함할 수 있다.The one or more particulate matter has a diameter of less than or equal to 0.1 μm, particulate matter greater than 0.1 μm and less than or equal to 0.3 μm, particulate matter greater than 0.3 μm and less than or equal to 0.5 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than or equal to 1.0 μm, greater than 1.0 μm and less than or equal to 2.5 μm. It includes particulate matter of less than μm and particulate matter of more than 2.5 μm and less than 5.0 μm, and the environmental factor may include humidity and temperature of the indoor space.
상기 제어부는, 상기 하나 이상의 미립자 물질과 상기 초미세먼지 사이 및 상기 환경 인자와 상기 초미세먼지 사이의 피어슨 상관 계수를 산출하고, 상기 산출된 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치 이상인 특징 정보를 선택하도록 구성될 수 있다.The control unit calculates Pearson correlation coefficients between the one or more particulate matter and the ultrafine dust and between the environmental factor and the ultrafine dust, and selects feature information having a value of the calculated Pearson correlation coefficient equal to or greater than a predetermined value. can be configured.
상기 예측 모델은, 제1 네트워크 및 상기 제1 네트워크의 출력값을 반영하는 제2 네트워크를 포함할 수 있는데, 상기 제1 네트워크는, 상기 선택된 특정 정보를 입력받아, 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되며, 상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하도록 학습될 수 있다.The predictive model may include a first network and a second network reflecting output values of the first network, wherein the first network receives the selected specific information and learns to output time-series data, The second network may receive the output time-sequential data and learn to predict the volume of ultrafine dust in the indoor space.
상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 데이터의 이상(anomaly) 상태를 탐지하고 구분하도록 학습될 수 있으며, 예측의 불확실성을 반영하여 학습될 수 있다.The second network may be trained to receive the output time-sequential data, detect and classify an anomaly state of the data, and may be trained to reflect the uncertainty of prediction.
이 외에도, 본 개시를 구현하기 위한 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 더 제공될 수 있다.In addition to this, a computer program stored in a computer readable recording medium for execution to implement the present disclosure may be further provided.
이 외에도, 본 개시를 구현하기 위한 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공될 수 있다.In addition to this, a computer readable recording medium recording a computer program for executing a method for implementing the present disclosure may be further provided.
본 개시의 전술한 과제 해결 수단에 의하면, 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨(농도)이 시간의 흐름에 따라 정확하게 예측될 수 있어서, 사용자 편의가 제고될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present disclosure, the volume (concentration) of ultrafine dust in an indoor space can be accurately predicted over time, so that user convenience can be improved.
본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 개시에 따른 초미세먼지의 볼륨을 예측하기 위한 환경을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따른 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨 예측 방법을 나타내는 시퀀스도이다.
도 4 내지 도 10은 본 개시에 따른 초미세먼지의 볼륨 예측 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.1 is a diagram for schematically explaining an environment for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure.
2 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure.
3 is a sequence diagram illustrating a method for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space according to the present disclosure.
4 to 10 are drawings for explaining in detail a method for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure.
본 개시 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 개시가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다. Like reference numbers designate like elements throughout this disclosure. The present disclosure does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the present disclosure belongs is omitted. The term 'unit, module, member, or block' used in the specification may be implemented as software or hardware, and according to embodiments, a plurality of 'units, modules, members, or blocks' may be implemented as one component, It is also possible that one 'part, module, member, block' includes a plurality of components.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being directly connected but also the case of being indirectly connected, and indirect connection includes being connected through a wireless communication network. do.
또한 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.In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. Terms such as first and second are used to distinguish one component from another, and the components are not limited by the aforementioned terms.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. In each step, the identification code is used for convenience of description, and the identification code does not explain the order of each step, and each step may be performed in a different order from the specified order unless a specific order is clearly described in context. there is.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 개시의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, the working principle and embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에서 '본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치'는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 제공할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치는, 컴퓨터, 서버 장치 및 휴대용 단말기를 모두 포함하거나, 또는 어느 하나의 형태가 될 수 있다.In this specification, the 'ultrafine dust volume prediction device according to the present disclosure' includes all various devices capable of providing results to users by performing calculation processing. For example, the device for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure may include a computer, a server device, and a portable terminal, or may be in any one form.
여기에서, 상기 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop), 태블릿 PC, 슬레이트 PC 등을 포함할 수 있다.Here, the computer may include, for example, a laptop computer, a desktop computer, a laptop computer, a tablet PC, a slate PC, and the like equipped with a web browser.
상기 서버 장치는 외부 장치와 통신을 수행하여 정보를 처리하는 서버로써, 애플리케이션 서버, 컴퓨팅 서버, 데이터베이스 서버, 파일 서버, 게임 서버, 메일 서버, 프록시 서버 및 웹 서버 등을 포함할 수 있다.The server device is a server that processes information by communicating with an external device, and may include an application server, a computing server, a database server, a file server, a game server, a mail server, a proxy server, and a web server.
상기 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), WiBro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트 폰(Smart Phone) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치와 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD) 등과 같은 웨어러블 장치를 포함할 수 있다.The portable terminal is, for example, a wireless communication device that ensures portability and mobility, and includes a Personal Communication System (PCS), a Global System for Mobile communications (GSM), a Personal Digital Cellular (PDC), a Personal Handyphone System (PHS), and a PDA. (Personal Digital Assistant), IMT (International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA (Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA (W-Code Division Multiple Access), WiBro (Wireless Broadband Internet) terminal, smart phone ) and wearable devices such as watches, rings, bracelets, anklets, necklaces, glasses, contact lenses, or head-mounted-devices (HMDs). can include
도 1은 본 개시에 따른 초미세먼지의 볼륨을 예측하기 위한 환경(1000)을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating an
초미세먼지의 볼륨을 예측하기 위한 환경(1000)은 각종 장소(PL, 가령, 빌딩, 공장, 가정 등)의 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨(volume)을 예측하기 위한 환경일 수 있다.The
여기서, 초미세먼지는 직경이 2.5 μm 이하(가령, 0.1 μm 초과 2.5 μm 이하)인 미립자 물질일 수 있으나, 실시 예에 따라서는 다양한 사이즈의 미립자 물질을 포함할 수 있다. 초미세먼지는 PM2.5 라고도 기재될 수 있다.Here, ultrafine dust may be particulate matter having a diameter of 2.5 μm or less (eg, greater than 0.1 μm and less than 2.5 μm), but may include particulate matter of various sizes according to embodiments. Ultrafine dust can also be described as PM2.5.
초미세먼지의 볼륨을 예측하기 위한 환경(1000)은 하나 이상의 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)를 포함할 수 있는데, 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 특정 장소(PL)의 실내 공간에서 각종 센서(Se)를 이용하여 사이즈별 미립자 물질의 농도(볼륨)을 측정할 수 있다.The
초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 미립자 물질 및 환경 인자의 데이터를 수집할 수 있으며(P1), 수집된 데이터에서 특징 정보를 선택할 수 있다(P2).The ultrafine dust
초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 수집된 데이터 중에서 초미세먼지 발생과 상관 관계가 있는 특징 정보를 선택할 수 있다. 특징 정보는 수집된 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 초미세먼지 발생과 상관 관계가 있는 정보일 수 있다.The ultrafine dust
초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 선택된 특징 정보를 예측 모델(EM)에 입력하여, 실내 공간에서 초미세먼지의 농도(볼륨)를 예측할 수 있다(P3).The ultrafine dust
도 2는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(130), 디스플레이(140), 메모리(150) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram showing the configuration of the ultrafine dust
상기 구성요소들 중 통신부(110)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 방송 수신 모듈, 유선통신 모듈, 무선통신 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Among the components, the
입력부(120)는 영상 정보(또는 신호), 오디오 정보(또는 신호), 데이터, 또는 사용자로부터 입력되는 정보의 입력을 위한 것으로서, 적어도 하나의 카메라, 적어도 하나의 마이크로폰 및 사용자 입력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.The
센싱부(130)는 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자를 측정할 수 있으며, 본 장치의 내 정보, 본 장치를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하고, 이에 대응하는 센싱 신호를 발생시킨다. 제어부(190)는 이러한 센싱 신호에 기초하여, 본 장치의 구동 또는 동작을 제어하거나, 본 장치에 설치된 응용 프로그램과 관련된 데이터 처리, 기능 또는 동작을 수행 할 수 있다. 실시 예에서, 센싱부(130)는 본 장치와 별도로 구현될 수 있으며, 통신부(110)나 입력부(120)를 통해 센싱 데이터를 수집할 수도 있다.The
상기와 같은, 센싱부(130)는 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 중 적어도 하나를 포함함), 화학 센서(예를 들어, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등), 근접센서(proximity sensor), 조도 센서(illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라), 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 장치는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
As described above, the
디스플레이(140)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 본 장치와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부로써 기능함과 동시에, 본 장치와 사용자 간에 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.The
디스플레이(140)는 본 장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이(140)는 본 장치에서 구동되는 응용 프로그램(일 예로, 어플리케이션)의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다. The
메모리(150)는 본 장치의 다양한 기능을 지원하는 데이터와, 제어부의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 입/출력되는 데이터들(예를 들어, 음악 파일, 정지영상, 동영상 등)을 저장할 있고, 본 장치에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 본 장치의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. The
이러한, 메모리(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는 본 장치와는 분리되어 있으나, 유선 또는 무선으로 연결된 데이터베이스가 될 수도 있다.The
메모리(150)는 예측 모델(EM)을 저장할 수 있다. 예측 모델(EM)은 미리 학습된 모델일 수 있으며, 학습 중에도 메모리(150)에 저장될 수 있다.The
제어부(190)는 본 장치 내의 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리, 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.The
또한, 제어부(190)는 이하의 도 3 내지 도 10에서 설명되는 본 개시에 따른 다양한 실시 예들을 본 장치 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다. In addition, the
도 2에 도시된 구성 요소들의 성능에 대응하여 적어도 하나의 구성요소가 추가되거나 삭제될 수 있다. 또한, 구성 요소들의 상호 위치는 시스템의 성능 또는 구조에 대응하여 변경될 수 있다는 것은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 이해될 것이다.At least one component may be added or deleted corresponding to the performance of the components shown in FIG. 2 . In addition, it will be easily understood by those skilled in the art that the mutual positions of the components may be changed corresponding to the performance or structure of the system.
한편, 도 2에서 도시된 각각의 구성요소는 소프트웨어 및/또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 및 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. Meanwhile, each component shown in FIG. 2 means software and/or hardware components such as a Field Programmable Gate Array (FPGA) and Application Specific Integrated Circuit (ASIC).
도 3은 본 개시에 따른 실내 공간에서 초미세먼지의 볼륨 예측 방법을 나타내는 시퀀스도이다. 도 4 내지 도 10은 본 개시에 따른 초미세먼지의 볼륨 예측 방법을 설명하기 위한 도면들인데, 구체적으로, 도 4는 본 개시에 따른 소정의 실내 공간에서 수일 동안 수집된 센싱 데이터를 예시적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 개시에 따른 센싱되는 초미세먼지(PM2.5)와 소정의 상관 관계를 형성하는 특징 정보를 선택하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 개시에 따른 예측 모델(EM)을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 7(a) 내지 도 10(b)는 본 개시에 따른 예측 모델(EM)의 성능을 다른 예측 모델과 비교하여 설명하기 위한 도면들이다. 도 3을 설명하면서 필요한 부분에서 함께 참조하기로 한다.3 is a sequence diagram illustrating a method for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space according to the present disclosure. 4 to 10 are diagrams for explaining a method for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure. Specifically, FIG. 4 exemplarily shows sensing data collected for several days in a predetermined indoor space according to the present disclosure. 5 is a diagram for explaining a method for selecting feature information forming a predetermined correlation with ultrafine dust (PM2.5) sensed according to the present disclosure, and FIG. 6 is a diagram according to the present disclosure. 7(a) to 10(b) are diagrams for explaining the performance of the predictive model (EM) according to the present disclosure in comparison with other predictive models. While describing FIG. 3 , reference will be made together where necessary.
초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)의 제어부(190)는 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 초미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택할 수 있다(S310).The
제어부(190)는 실내 공간에서 센싱부(130)를 통해 다양한 사이즈를 갖는 미립자 물질(PM0.3, PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM5.0 및 PM10 등)의 볼륨(농도)를 측정할 수 있으며, 실내 공간에서 센싱부(130)를 통해 온도, 습도 등의 환경 인자를 측정할 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.The
실시 예에서, 제어부(190)는 센싱부(130)의 데이터를 통신부(110)를 통해 수집할 수 있는데, MODBUS RTU 통신에 기반하여 해당 데이터를 수집할 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.In an embodiment, the
도 4를 참고하면, 제어부(190)는 특정 실내 공간의 온도, 습도, 각종 사이즈의 미립자 물질(PM0.3, PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM5.0)의 데이터를 수집할 수 있다. 8일 간(하루가 86,400 초) 수집된 수집데이터는 항목별로 약 70만 개일 수 있으며, 해당 실내 공간에서 온도는 20 도에서 26 도까지 수집될 수 있으며, 습도는 10 % 에서 50% 까지 수집될 수 있다. 또한, 제어부(190)는 미립자 물질의 볼륨(농도) 데이터를 수집할 수 있는데, 미립자 물질은 직경이 0.3 μm 이하(PM0.3), 직경이 0.3 초과 μm 0.5 μm 이하(PM0.5), 직경이 0.5 초과 μm 1.0 μm 이하(PM1.0), 직경이 1.0 초과 μm 2.5 μm 이하(PM2.5), 직경이 2.5 초과 μm 5.0 μm 이하(PM5.0) 등의 미립자 물질을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
제어부(190)는 초미세먼지(PM2.5) 및 수집데이터 사이의 상관도를 확인하기 위해, 아래 식 [1]과 같이 피어슨 상관 계수를 항목별로 적용할 수 있다. The
[식 1][Equation 1]
여기서, r 은 피어슨 상관 계수이고, xi 및 yi 는 데이터 셋의 값이며, 및 는 값의 평균일 수 있다. 즉, 비교되는 두 항목 간의 상관 관계가 피어슨 상관 계수에 의해 결정될 수 있다.where r is the Pearson correlation coefficient, x i and y i are the values of the data set, and may be the average of the values. That is, a correlation between two items to be compared may be determined by a Pearson correlation coefficient.
도 5를 참고하면, lag1, lag2 수집 데이터는 초미세먼지(PM2.5)와 동일 데이터이나 소정 시간 만큼 쉬프트된 데이터 셋(set)일 수 있다.Referring to FIG. 5 , collected data lag1 and lag2 may be the same data as ultrafine dust (PM2.5), but shifted by a predetermined time.
피어슨 상관 계수는, 초미세먼지(PM2.5)와 온도 사이에는 0.39, 초미세먼지(PM2.5)와 습도 사이에는 -0.24, 초미세먼지(PM2.5)와 미립자 물질(PM0.3) 사이에는 0.11, 초미세먼지(PM2.5)와 미립자 물질(PM0.5) 사이에는 0.88, 초미세먼지(PM2.5)와 미립자 물질(PM1.0) 사이에는 0.94, 초미세먼지(PM2.5)와 초미세먼지(PM2.5) 사이에는 1, 초미세먼지(PM2.5)와 미립자 물질(PM5.0) 사이에는 0.9, 초미세먼지(PM2.5)와 lag1, 2 사이에는 1로 산출될 수 있다.The Pearson correlation coefficient was 0.39 between ultrafine particulate matter (PM2.5) and temperature, -0.24 between ultrafine particulate matter (PM2.5) and humidity, and ultrafine particulate matter (PM2.5) and particulate matter (PM0.3). 0.11 between ultrafine dust (PM2.5) and particulate matter (PM0.5), 0.88 between ultrafine dust (PM2.5) and particulate matter (PM1.0), 0.94, and ultrafine dust (PM2. 5) and ultrafine dust (PM2.5) 1, between ultrafine dust (PM2.5) and particulate matter (PM5.0) 0.9, between ultrafine dust (PM2.5) and lag1, 2 1 can be calculated as
제어부(190)는 하나 이상의 미립자 물질과 초미세먼지(PM2.5) 사이 및 환경 인자(온도, 습도 등)와 초미세먼지(PM2.5) 사이의 피어슨 상관 계수를 산출하고, 산출된 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치 이상인 특징 정보를 선택할 수 있다.The
선택적 실시 예로, 제어부(190)는 양의 상관 관계의 경우, 0.5 이상의 피어슨 상관 계수를 가진 특징 정보를 선택할 수 있으며, 음의 상관 관계의 경우, -0.5 이하의 피어슨 상관 계수를 가진 특징 정보를 선택할 수 있다. 이에, 제어부(190)는 해당 상관 계수에 해당되는 PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM5.0, lag1, lag2 등의 미립자 물질을 특징 정보로 선택할 수 있다.As an optional embodiment, the
선택적 실시 예로, 제어부(190)는 수집된 데이터의 종류가 15 종류를 초과하는 경우, 피어슨 상관 계수를 산출한 후, 산출된 피어슨 상관 계수에 대응하는 특징 정보의 개수를 특정 종류 개수(가령 8개) 이하로 선택할 수 있다. 가령, 제어부(190)는 15 종류 중에서 10 종류 이상 피어슨 상관 계수가 0.5 이상 또는 -0.5 이하 이더라도 양의 상관 관계 및 음의 상관 관계에서 상관도에 기반하여 오름차순 또는 내림차순으로 정렬한 후, 8 종류까지만 특징 정보를 선택할 수 있다.As an optional embodiment, when the types of collected data exceed 15 types, the
도 6를 참고하면, 예측 모델(EM)은 제1 네트워크(N1) 및 제1 네트워크(N1)의 출력값을 반영하는 제2 네트워크(N2)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the predictive model EM may include a first network N1 and a second network N2 reflecting output values of the first network N1.
제1 네트워크(N1)는, 선택된 특정 정보를 입력받아, 시계열적 데이터를 출력하도록 학습될 수 있으며, 시계열적 데이터 특징 및 이전 데이터의 특징이 반영되게 하는 LSTM(long short term memory) 기반의 네트워크일 수 있다.The first network (N1) can be learned to output time-series data by receiving selected specific information, and reflect the characteristics of time-series data and previous data. It is a long short term memory (LSTM)-based network. can
제1 네트워크(N1)는 입력 데이터(X1~Xn)를 순차적으로 입력받아, 시계열적 데이터(XBNN 1~XBNN n)를 출력할 수 있다. 제1 네트워크(N1)는 초미세먼지가 디폴트 농도를 갖는 시점부터 소정 시간이 경과하였는지에 대한 정보를 학습에 사용하여, 실내 공간의 초미세먼지의 농도가 디폴트 시점부터 얼마나 변경되는지 확인할 수 있다. 여기서, 디폴트 농도(볼륨)란 장소의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있는데, 가령, 청정실의 경우라면 초미세먼지가 소정 수치 이하인 경우라고 할 수 있으며, 공장, 일반 가정집 등에서도 디폴트 농도는 장소에 따라 다르게 설정될 수 있다.The first network N1 may sequentially receive input data (X 1 to X n ) and output time-sequential data (X BNN 1 to X BNN n ). The first network N1 may check how much the concentration of ultrafine dust in the indoor space changes from the default time point by using information on whether a predetermined time has elapsed since the time when the ultrafine dust has a default concentration. Here, the default concentration (volume) can be set differently depending on the characteristics of the place. For example, in the case of a clean room, it can be said that the ultrafine dust is below a predetermined value. may be set differently.
제2 네트워크(N2)는, 제1 네트워크(N1)에서 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하도록 학습될 수 있다. 제2 네트워크(N2)는 예측의 불확실성을 반영하여 학습될 수 있으며, 베이지안 뉴럴 네트워크(BNN, bayesian neural network)로 구현될 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.The second network N2 may receive time-sequential data output from the first network N1 and learn to predict the volume of ultrafine dust in the indoor space. The second network N2 may be learned by reflecting uncertainty of prediction and may be implemented as a Bayesian neural network (BNN), but the embodiment is not limited thereto.
제2 네트워크(N2)는 제1 네트워크(N1)의 출력 데이터(XBNN 1~XBNN n)를 입력받아 연산을 수행할 수 있다. 제2 네트워크(N2)는 입력레이어(i), 히든레이어(j) 및 출력레이어(k)를 포함할 수 있다.The second network N2 may perform an operation by receiving output data (X BNN 1 to X BNN n ) of the first network N1 . The second network N2 may include an input layer (i), a hidden layer (j), and an output layer (k).
여기서, 입력레이어(i) 및 히든레이어(j) 사이 및 히든레이어(j) 및 출력레이어(k) 사이에는 노드 간 연결마다 가중치 및 바이어스가 연산에 사용될 수 있다.Here, weights and biases may be used for calculation for each connection between nodes between the input layer (i) and the hidden layer (j) and between the hidden layer (j) and the output layer (k).
아래 식 2를 참고하면, 입력레이어(i) 및 히든 레이어(j) 사이의 가중치가 (가령, UC1, UC2)이고, 바이어스가 이며, 히든 레이어(j) 및 출력 레이어(k) 사이의 가중치가 (가령, UC3, UC4)이고, 바이어스를 라고 할 수 있다.Referring to
[식 2][Equation 2]
는 입력레이어(i) 및 히든 레이어(j) 사이의 가중치의 총합이고, 는 히든 레이어(j) 및 출력레이어(k) 사이의 가중치의 총합일 수 있다. 각 변수(,,,)는 정규분포를 따르고 정규분포에서 샘플링될 수 있으며, 가중치(,)는 정규분포에서 샘플링될 수 있다. is the sum of the weights between the input layer (i) and the hidden layer (j), may be the sum of weights between the hidden layer (j) and the output layer (k). Each variable ( , , , ) follows a normal distribution and can be sampled from a normal distribution, and the weights ( , ) can be sampled from a normal distribution.
각 가중치는 아래 [식 3]에 의해 확률적 분포 기반으로 산출될 수 있다.Each weight can be calculated based on a stochastic distribution by [Equation 3] below.
[식 3][Equation 3]
제어부(190)는 확률적 분포 기반으로 각 가중치를 산출할 수 있으므로, 예측의 불확실성을 반영하여 예측 모델을 학습시킬 수 있다. 제어부(190)는 확률적인 이상(anomaly) 및/또는 비이상(not anomaly)을 최종적으로 결정하기 위해 상기 식 3을 사용할 수 있다. 즉, 제어부(190)는 레이블 정보를 포함하여, 제1 네트워크를 학습시킨 후, 학습된 출력값을 입력받아, 해당 출력값에 기초하여, 이상 및/도는 비이상을 베이지안 뉴럴 네트워크(BNN)를 이용하여 결정할 수 있다. Since the
제어부(190)는 수집되는 소정 시점의 데이터에 대응하는 레이블 데이터를 이용하여, 소정 시점의 데이터가 레이블 데이터 대비 이상 상태인지 비이상 상태인지 탐지하고, 데이터를 분류할 수 있다.The
상기 [식 3]에서, 사전 확률() 및 우도 함수(,likelihood function)는 아래 [식 4]에 따라 산출될 수 있다. 사전 확률()은 새로운 데이터(D) 를 관찰하기 전에 미리 인식하고 있는 사전 분포일 수 있으며, 는 각 변수(,,,)를 나타내고, L은 제2 네트워크(N2)의 파라미터 개수를 나타내고, N 은 학습 데이터수를 나타내고, yn은 nth 데이터의 출력값, f(x)n 은 nth 데이터의 모델 출력값을 나타낼 수 있다.In [Equation 3], the prior probability ( ) and the likelihood function ( ,likelihood function) can be calculated according to [Equation 4] below. prior probability ( ) may be a prior distribution that is recognized in advance before observing new data (D), is each variable ( , , , ), L represents the number of parameters of the second network N2, N represents the number of training data, y n represents the output value of nth data, and f(x) n represents the model output value of nth data.
[식 4][Equation 4]
, ,
또한, 는 적분식이고, 초기 입력값이 제1 네트워크(N1)를 통해 출력되는 값이므로, 연산이 어려울 수 있으므로, VI(variational inference) 기반으로 적분식의 값을 근사화하는 방법으로 산출할 수 있다.also, Is an integral equation, and since the initial input value is a value output through the first network N1, it may be difficult to calculate, so it can be calculated by approximating the value of the integral equation based on VI (variational inference).
이에, 는 아래 [식 6]으로 대체될 수 있다.Therefore, can be replaced by [Equation 6] below.
[식 6][Equation 6]
, ,
여기서, Q는 근사화를 위한 확률 함수일 수 있다. Q는 접근하기 쉬운 정규 분포와 같은 확률 분포를 따를 수 있다. F는 결과값이며, 는 근사화 연산을 위해 필요한 파라미터일 수 있다.Here, Q may be a probability function for approximation. Q may follow a probability distribution such as an accessible normal distribution. F is the result value, may be a parameter required for an approximation operation.
도 7(a) 및 도 7(b)는 본 개시에 따른 예측 모델(EM)을 이용하여 특정 실내 공간에서 1 시간 후 초미세먼지 볼륨 예측을 다른 알고리즘과 비교하여 나타낸 결과 그래프를 나타낸다.7(a) and 7(b) show result graphs showing ultrafine dust volume prediction after 1 hour in a specific indoor space compared with other algorithms using the predictive model (EM) according to the present disclosure.
본 개시에 따른 예측 모델(EM)의 RMSE(root mean square error)를 참고하면, 다른 알고리즘에 비해 본 개시에 따른 예측 모델(EM)의 예측 정확도가 가장 우수하다고 할 수 있다.Referring to the root mean square error (RMSE) of the predictive model (EM) according to the present disclosure, it can be said that the predictive accuracy of the predictive model (EM) according to the present disclosure is the best compared to other algorithms.
도 8(a) 및 도 8(b)는 본 개시에 따른 예측 모델(EM)을 이용하여 특정 실내 공간에서 2 시간 후 초미세먼지 볼륨 예측을 다른 알고리즘과 비교하여 나타낸 결과 그래프를 나타내며, 도 9는 본 개시에 따른 예측 모델(EM)의 성능을 다른 알고리즘과 비교하여 설명한 표이다.8(a) and 8(b) show result graphs showing ultrafine dust volume prediction after 2 hours in a specific indoor space compared with other algorithms using the prediction model (EM) according to the present disclosure, and FIG. 9 Is a table explaining the performance of the predictive model (EM) according to the present disclosure compared to other algorithms.
제어부(190)는 모델 평가를 위해, MSE(mean square error), RMSE, MAE(mean absoute error), MAPE(mean absolute percentage error), R2(coefficient of determination) 등을 사용할 수 있다. 본 개시에 따른 예측 모델(EM)의 예측 정확도가 가장 높으며, 정확도도 가장 높게 확인될 수 있다.For model evaluation, the
도 10(a) 및 도 10(b)는 본 개시에 따른 예측 모델(EM)을 이용하여 특정 실내 공간에서 3 시간 후 초미세먼지 볼륨 예측을 다른 알고리즘과 비교하여 나타낸 결과 그래프를 나타낸다.10(a) and 10(b) show result graphs showing ultrafine dust volume prediction after 3 hours in a specific indoor space compared with other algorithms using the prediction model (EM) according to the present disclosure.
도 7(a) 내지 도 10(b)를 참고하면, 본 개시에 따른 예측 모델(EM)에 의해 특정 실내 공간의 초미세먼지 볼륨이 실시간으로 측정될 수 있어서, 실내 환경 오염에 대비한 계획이 설정될 수 있으며, 사용자 편의가 제고될 수 있다.7(a) to 10(b), the volume of ultrafine dust in a specific indoor space can be measured in real time by the predictive model (EM) according to the present disclosure, so that a plan to prepare for indoor environmental pollution is made. It can be set, and user convenience can be improved.
본 개시에 따른 예측 모델(EM)을 적용하는 경우, 다른 알고리즘을 적용할 때보다 초미세먼지의 예측 성능 및 정확도가 가장 높은 것이 확인될 수 있다. When the prediction model (EM) according to the present disclosure is applied, it can be confirmed that the prediction performance and accuracy of ultrafine dust are the highest than when other algorithms are applied.
한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.Meanwhile, the disclosed embodiments may be implemented in the form of a recording medium storing instructions executable by a computer. Instructions may be stored in the form of program codes, and when executed by a processor, create program modules to perform operations of the disclosed embodiments. The recording medium may be implemented as a computer-readable recording medium.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. Computer-readable recording media include all types of recording media in which instructions that can be decoded by a computer are stored. For example, there may be read only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic tape, magnetic disk, flash memory, optical data storage device, and the like.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 개시가 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.As above, the disclosed embodiments have been described with reference to the accompanying drawings. Those skilled in the art to which the present disclosure pertains will understand that the present disclosure may be implemented in a form different from the disclosed embodiments without changing the technical spirit or essential features of the present disclosure. The disclosed embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.
100 : 초미세먼지 볼륨 예측 장치,
190 : 제어부.100: Ultrafine dust volume prediction device,
190: control unit.
Claims (11)
하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 초미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 특징 정보를 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 단계를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.As a method of predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space performed by a computing device,
selecting characteristic information having a predetermined correlation with ultrafine dust from among one or more particulate matter and environmental factors; and
Predicting the volume of ultrafine dust in the indoor space after a predetermined period of time by inputting the selected feature information into a prediction model pre-learned based on artificial intelligence.
상기 하나 이상의 미립자 물질은, 직경이 0.1 μm 이하의 미립자 물질, 0.1 μm 초과 0.3 μm 이하의 미립자 물질, 0.3 μm 초과 0.5 μm 이하의 미립자 물질, 0.5 μm 초과 1.0 μm 이하의 미립자 물질, 1.0 μm 초과 2.5 μm 이하의 미립자 물질 및 2.5 μm 초과 5.0 μm 이하의 미립자 물질을 포함하고, 상기 환경 인자는 상기 실내 공간의 습도와 온도를 포함하며,
상기 특징 정보를 선택하는 단계는,
상기 하나 이상의 미립자 물질과 상기 초미세먼지 사이 및 상기 환경 인자와 상기 초미세먼지 사이의 피어슨 상관 계수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치 이상인 특징 정보를 선택하는 단계를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.According to claim 1,
The one or more particulate matter has a diameter of less than or equal to 0.1 μm, particulate matter greater than 0.1 μm and less than or equal to 0.3 μm, particulate matter greater than 0.3 μm and less than or equal to 0.5 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than or equal to 1.0 μm, greater than 1.0 μm and less than or equal to 2.5 μm. particulate matter of less than μm and particulate matter of greater than 2.5 μm and less than or equal to 5.0 μm, wherein the environmental factors include humidity and temperature of the indoor space;
The step of selecting the feature information,
calculating Pearson's correlation coefficients between the one or more particulate matter and the ultrafine dust and between the environmental factor and the ultrafine dust; and
A method for predicting the volume of ultrafine dust comprising the step of selecting feature information having a value of the calculated Pearson's correlation coefficient equal to or greater than a predetermined value.
상기 예측 모델은,
제1 네트워크 및 상기 제1 네트워크의 출력값을 반영하는 제2 네트워크를 포함하며,
상기 제1 네트워크는, 상기 선택된 특정 정보를 입력받아, 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되며,
상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하도록 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.According to claim 2,
The predictive model,
A first network and a second network reflecting output values of the first network,
The first network receives the selected specific information and learns to output time-series data,
The second network receives the outputted time-sequential data and learns to predict the volume of ultrafine dust in the indoor space.
상기 제2 네트워크는,
상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 데이터의 이상(anomaly) 상태를 탐지하고 구분하도록 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.According to claim 3,
The second network,
A method for predicting the volume of ultrafine dust that receives the output time-series data and learns to detect and classify an anomaly state of the data.
상기 제2 네트워크는,
예측의 불확실성을 반영하여 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법According to claim 4,
The second network,
A method for predicting the volume of ultrafine dust that is learned by reflecting the uncertainty of prediction
하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자를 측정하는 센싱부; 및
상기 센싱부를 통해 측정된 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자 중에서 미세먼지와 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하고, 상기 선택된 특징 정보를 인공지능 기반으로 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.As a device for predicting the volume of ultrafine dust in an indoor space,
a sensing unit for measuring one or more particulate matter and environmental factors; and
Characteristic information having a predetermined correlation with fine dust is selected from among one or more particulate matter and environmental factors measured through the sensing unit, and the selected characteristic information is input into a pre-learned prediction model based on artificial intelligence, and a predetermined time elapses. Ultrafine dust volume prediction device comprising a control unit for predicting the volume of ultrafine dust in the indoor space after.
상기 하나 이상의 미립자 물질은, 직경이 0.1 μm 이하의 미립자 물질, 0.1 μm 초과 0.3 μm 이하의 미립자 물질, 0.3 μm 초과 0.5 μm 이하의 미립자 물질, 0.5 μm 초과 1.0 μm 이하의 미립자 물질, 1.0 μm 초과 2.5 μm 이하의 미립자 물질 및 2.5 μm 초과 5.0 μm 이하의 미립자 물질을 포함하고, 상기 환경 인자는 상기 실내 공간의 습도와 온도를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 하나 이상의 미립자 물질과 상기 초미세먼지 사이 및 상기 환경 인자와 상기 초미세먼지 사이의 피어슨 상관 계수를 산출하고, 상기 산출된 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치 이상인 특징 정보를 선택하도록 구성되는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.According to claim 7,
The one or more particulate matter has a diameter of less than or equal to 0.1 μm, particulate matter greater than 0.1 μm and less than or equal to 0.3 μm, particulate matter greater than 0.3 μm and less than or equal to 0.5 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than or equal to 1.0 μm, greater than 1.0 μm and less than or equal to 2.5 μm. particulate matter of less than μm and particulate matter of greater than 2.5 μm and less than or equal to 5.0 μm, wherein the environmental factors include humidity and temperature of the indoor space;
The control unit,
A second configured to calculate a Pearson correlation coefficient between the one or more particulate matter and the ultrafine dust and between the environmental factor and the ultrafine dust, and select feature information for which the value of the calculated Pearson correlation coefficient is equal to or greater than a predetermined value. Fine dust volume prediction device.
상기 예측 모델은,
제1 네트워크 및 상기 제1 네트워크의 출력값을 반영하는 제2 네트워크를 포함하며,
상기 제1 네트워크는, 상기 선택된 특정 정보를 입력받아, 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되며,
상기 제2 네트워크는, 상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 상기 실내 공간의 초미세먼지의 볼륨을 예측하도록 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.According to claim 8,
The predictive model,
A first network and a second network reflecting output values of the first network,
The first network receives the selected specific information and learns to output time-series data,
The second network receives the outputted time-sequential data and learns to predict the volume of ultrafine dust in the indoor space.
상기 제2 네트워크는,
상기 출력된 시계열적 데이터를 입력받아, 데이터의 이상(anomaly) 상태를 탐지하고 구분하도록 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.According to claim 9,
The second network,
An ultrafine dust volume prediction device that receives the output time-series data and learns to detect and classify an anomaly state of the data.
상기 제2 네트워크는,
예측의 불확실성을 반영하여 학습되는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.According to claim 10,
The second network,
A device for predicting the volume of ultrafine dust that is learned by reflecting the uncertainty of the prediction.
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KR20210081600A (en) | 2019-12-24 | 2021-07-02 | 이세라 | AI System Air cleaner to control indoor air quality(IAQ) of electric railcar inside and platform and underground tunnel in subway |
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