KR20230104011A - Method for predicting volume of fine particulate matter using model based on artificial intelligence, program and apparatus therefor - Google Patents

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KR20230104011A
KR20230104011A KR1020220187088A KR20220187088A KR20230104011A KR 20230104011 A KR20230104011 A KR 20230104011A KR 1020220187088 A KR1020220187088 A KR 1020220187088A KR 20220187088 A KR20220187088 A KR 20220187088A KR 20230104011 A KR20230104011 A KR 20230104011A
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Abstract

초미세먼지의 볼륨을 예측하는 장치가 개시된다. 본 장치는, 통신부, 입력부 및 복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집하고, 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하며, 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성하고, 선택된 특징 정보 및 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 장치가 제공됨으로써, 초미세먼지의 볼륨이 시간순으로 예측될 수 있다.An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust is disclosed. The present device collects sensing data of one or more particulate matter and environmental factors using a communication unit, an input unit, and sensors disposed in a plurality of regions, and collects characteristic information having a predetermined correlation between the collected sensing data and ultrafine dust. and generate information on the proximity relationship between sensors based on the distances between sensors disposed in a plurality of regions, input selected feature information and information on the generated proximity relationship to a pre-learned prediction model, and pass a predetermined time It may include a control unit for estimating the volume of ultrafine dust for each of the plurality of areas later. By providing this device, the volume of ultrafine dust can be predicted in chronological order.

Description

인공 지능 기반의 모델을 이용한 초미세먼지의 볼륨 예측 방법, 이를 위한 프로그램 및 장치{METHOD FOR PREDICTING VOLUME OF FINE PARTICULATE MATTER USING MODEL BASED ON ARTIFICIAL INTELLIGENCE, PROGRAM AND APPARATUS THEREFOR}Method for predicting volume of ultrafine dust using artificial intelligence-based model, program and device therefor

본 개시는 오염 상태 예측 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 인공 지능 기반의 모델을 이용하여 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 using an artificial intelligence-based model, and a program and 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 Group 1 carcinogen that has been confirmed to be carcinogenic to humans (Group 1), and interest in it has recently increased due to health risks such as respiratory diseases, cardiovascular diseases, and asthma caused by fine dust.

따라서 이렇게 건강에 위험을 주는 미세먼지가 점점 더 자주 발생하여 기상예보에서도 PM10을 미세먼지로, PM2.5를 초미세먼지로 표현하여 미세먼지에 대한 정보를 제시하고 있다. 하지만 기후가 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.

이에 초미세먼지의 볼륨(농도)를 신속하게 정확하게 예측하는 방법이 필요하다.Therefore, it is necessary to quickly and accurately predict the volume (concentration) of ultrafine dust.

공개특허공보 제10-2021-0081600호 (공개일 : 2021.07.02.)Publication No. 10-2021-0081600 (Publication date: 2021.07.02.)

본 개시에 개시된 실시예는 복수의 지역에서 수집된 센싱 데이터를 이용하여 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 using sensing data collected from a plurality of regions.

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 개시의 일 측면에 따른 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 방법은, 복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집하는 단계; 상기 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하는 단계; 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성하는 단계; 및 상기 선택된 특징 정보 및 상기 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.A method for predicting the volume of ultrafine dust performed by a computing device according to an aspect of the present disclosure for achieving the above-described technical problem is a measurement of one or more particulate matter and environmental factors using sensors disposed in a plurality of regions. Collecting sensing data; selecting characteristic information having a predetermined correlation between the collected sensing data and ultrafine dust; generating information about a proximity relationship between sensors based on distances between sensors disposed in the plurality of regions; and predicting the volume of ultrafine dust for each of the plurality of regions after a predetermined time has elapsed by inputting the selected feature information and information on the generated neighbor relationship into a pre-learned prediction model.

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 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 상기 복수의 지역의 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 중 적어도 하나를 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 or equal to 5.0 μm, wherein the environmental factor is carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), the plurality of regions It may include at least one of temperature, humidity, pressure, wind direction, wind speed, and precipitation.

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 인접 관계에 대한 정보를 생성하는 단계는, 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계를 2차원 매트릭스 기반으로 생성하되, 상기 매트릭스의 각 요소를 0 이상 1 이하로 설정하되, 센서 간의 거리가 기준 거리보다 작은 경우의 인접 거리값을 기준 거리보다 큰 경우의 인접 거리값보다 크게 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In the generating of the information on the proximity relationship, the proximity relationship between the sensors is generated based on the distance between the sensors based on a two-dimensional matrix, and each element of the matrix is set to 0 or more and 1 or less, but the distance between the sensors is the criterion. A step of setting the adjacent distance value when the distance is smaller than the adjacent distance value when the distance is larger than the reference distance.

상기 예측 모델은, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되는 제1 모델; 및 상기 제1 모델의 출력값을 입력받아 어텐션 프로세싱을 통해 상기 제1 모델의 출력값을 변환하도록 학습되는 제2 모델을 포함할 수 있다.The predictive model may include: a first model learned to output time-sequential data by receiving the selected feature information and proximity relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions; and a second model that receives the output value of the first model and is trained to transform the output value of the first model through attention processing.

상기 제1 모델은, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 순방향으로 연산하는 제1 구조 및 역방향으로 연산하는 제2 구조를 포함하며, 상기 제1 구조의 출력값 및 제2 구조의 출력값을 연접(concatenation)하는 구성을 포함할 수 있다.The first model includes a first structure for receiving the selected feature information and neighbor relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions and calculating them in a forward direction and a second structure for calculating them in a reverse direction, wherein the first model includes: It may include a configuration of concatenating the output value of the first structure and the output value of the second structure.

상기 제2 모델은, 상기 연접된 출력값 중에서 보다 중요한 가중치를 두어 학습시키는 구성을 포함할 수 있다. The second model may include a configuration for learning by placing a more important weight among the concatenated output values.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 개시의 일 측면에 따른 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 장치는, 통신부; 입력부; 및 상기 통신부 또는 입력부를 통해 복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집하고, 상기 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하며, 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성하고, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함할 수 있다.An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust according to an aspect of the present disclosure for achieving the above-described technical problem includes a communication unit; input unit; and collecting sensing data of one or more particulate matter and environmental factors using sensors disposed in a plurality of regions through the communication unit or input unit, and providing characteristic information having a predetermined correlation between the collected sensing data and ultrafine dust. select, generate information about the proximity relationship between sensors based on the distances between sensors disposed in the plurality of regions, and input the selected feature information and information about the generated proximity relationship into a pre-learned predictive model, A control unit for estimating the volume of ultrafine dust for each of the plurality of regions after a predetermined time has elapsed may be included.

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 제어부는, 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계를 2차원 매트릭스 기반으로 생성하되, 상기 매트릭스의 각 요소를 0 이상 1 이하로 설정하되, 센서 간의 거리가 기준 거리보다 작은 경우의 인접 거리값을 기준 거리보다 큰 경우의 인접 거리값보다 크게 설정하도록 구성될 수 있다.The control unit generates an adjacency relationship between sensors based on a distance between sensors based on a two-dimensional matrix, and sets each element of the matrix to 0 or more and 1 or less, but an adjacency distance value when the distance between sensors is smaller than the reference distance. It may be configured to set greater than the adjacent distance value when greater than the reference distance.

상기 예측 모델은, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되는 제1 모델; 및 상기 제1 모델의 출력값을 입력받아 어텐션 프로세싱을 통해 상기 제1 모델의 출력값을 변환하도록 학습되는 제2 모델을 포함할 수 있다.The predictive model may include: a first model learned to output time-sequential data by receiving the selected feature information and proximity relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions; and a second model that receives the output value of the first model and is trained to transform the output value of the first model through attention processing.

상기 제1 모델은, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 순방향으로 연산하는 제1 구조 및 역방향으로 연산하는 제2 구조를 포함하며, 상기 제1 구조의 출력값 및 제2 구조의 출력값을 연접(concatenation)하는 구성을 포함할 수 있다.The first model includes a first structure for receiving the selected feature information and neighbor relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions and calculating them in a forward direction and a second structure for calculating them in a reverse direction, wherein the first model includes: It may include a configuration of concatenating the output value of the first structure and the output value of the second structure.

상기 제2 모델은, 상기 연접된 출력값 중에서 보다 중요한 가중치를 두어 학습시키는 구성을 포함할 수 있다.The second model may include a configuration for learning by placing a more important weight among the concatenated output values.

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, 복수의 지역에서 수집된 센싱 데이터에 기초하여 초미세먼지의 볼륨(농도)이 시간의 흐름에 따라 정확하게 예측될 수 있어서 분석 효율이 향상될 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present disclosure, the volume (concentration) of ultrafine dust can be accurately predicted over time based on sensing data collected from a plurality of regions, so that analysis efficiency 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 초미세먼지 볼륨 예측 장치가 적용되는 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 방법을 나타내는 시퀀스도이다.
도 4는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨을 예측하기 위한 모델을 나타낸다.
도 5는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨을 예측하기 위한 모델의 세부 프로세싱을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram for explaining an environment to which an ultrafine dust volume prediction device according to the present disclosure is applied.
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 according to the present disclosure.
4 shows a model for predicting ultrafine dust volume according to the present disclosure.
5 is a diagram for explaining detailed processing of a model 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 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)가 적용되는 환경을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining an environment to which an ultrafine dust volume prediction apparatus 100 according to the present disclosure is applied.

복수의 지역(AR)은 제1 지역(AR1), 제2 지역(AR2) 및 제3 지역(AR3)을 포함할 수 있다. 복수의 지역(AR)에는 미립자 물질 및 각종 환경 인자를 수집하기 위한 센서 그룹(S1~S3)이 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 지역(AR)은 인천(AR1), 서울(AR2) 및 경기(AR3) 지역을 포함하는 것으로 설명하나, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of regions AR may include a first region AR1 , a second region AR2 , and a third region AR3 . Sensor groups S1 to S3 for collecting particulate matter and various environmental factors may be disposed in the plurality of regions AR. Here, the plurality of regions (AR) will be described as including Incheon (AR1), Seoul (AR2), and Gyeonggi (AR3) regions, but the embodiment is not limited thereto.

복수의 지역(AR)에 배치된 센서그룹(S1~S3)은 각종 사이즈를 갖는 미립자 물질, 환경 인자의 센싱 데이터를 수집할 수 있다. 제1 센서 그룹(S1)은 제1 지역(AR1)에 배치된 복수의 센서(S1a~S1g)를 포함하고, 제2 센서 그룹(S2)은 제2 지역(AR2)에 복수의 센서(S2a~S2d)를 포함하며, 제3 센서 그룹(S3)은 제3 지역(AR3)에 복수의 센서(S3a~S3g)를 포함할 수 있다. 다만, 센서의 개수는 실시예에 따라 다양할 수 있다.The sensor groups S1 to S3 disposed in the plurality of regions AR may collect sensing data of particulate matter having various sizes and environmental factors. The first sensor group S1 includes a plurality of sensors S1a to S1g disposed in the first area AR1, and the second sensor group S2 includes a plurality of sensors S2a to S1g in the second area AR2. S2d), and the third sensor group S3 may include a plurality of sensors S3a to S3g in the third area AR3. However, the number of sensors may vary according to embodiments.

실시예에서, 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 포함할 수 있으며, 직경이 2.5㎛보다 작은 미립자 물질을 초미세먼지(이하 PM2.5)라고 칭할 수 있다.In embodiments, the particulate material has a diameter of less than or equal to 0.1 μm, greater than 0.1 μm and less than or equal to 0.3 μm, greater than 0.3 μm and less than or equal to 0.5 μm, 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 may include particulate matter of less than μm and particulate matter of more than 2.5 μm and less than 5.0 μm, and particulate matter having a diameter of less than 2.5 μm may be referred to as ultrafine dust (hereinafter PM2.5).

실시예에서, 환경 인자는 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 구현 예에 따라서 다양한 환경 인자의 데이터가 수집될 수 있다.In an embodiment, the environmental factor may include at least one of carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), temperature, humidity, pressure, wind direction, wind speed, and precipitation, Depending on the implementation example, data of various environmental factors may be collected.

초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 복수의 지역(AR)에 배치된 각종 센서(S1a~S3g)를 이용하여 수집된 센싱 데이터를 분석할 수 있는데, 수집된 센싱 데이터에 기초하여 소정 시간 경과 후의 해당 지역(AR)의 초미세먼지 볼륨(농도)을 예측할 수 있다.The ultrafine dust volume prediction device 100 may analyze the sensing data collected using various sensors S1a to S3g disposed in a plurality of areas AR. After a predetermined time has elapsed based on the collected sensing data, The volume (concentration) of ultrafine dust in the area (AR) can be predicted.

초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택할 수 있으며, 복수의 지역(AR)에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성할 수 있다.The ultrafine dust volume prediction device 100 may select feature information having a predetermined correlation between the collected sensing data and the ultrafine dust, and based on the distance between the sensors disposed in the plurality of areas (AR), the proximity between the sensors Information about relationships can be created.

초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 선택된 특징 정보 및 생성된 센서 간 인접 관계에 대한 정보에 기초하여 소정 시간 경과 후 복수의 지역 각각(AR1~AR3)에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측할 수 있다. The ultrafine dust volume prediction device 100 can predict the volume of ultrafine dust for each of a plurality of regions (AR1 to AR3) after a predetermined time has elapsed based on the selected feature information and the generated information on the adjacent relationship between the sensors. .

특히, 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 지역 특성을 반영하여 초미세먼지의 볼륨을 예측할 수 있다. 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 중국에서 인천(AR1)으로 황사가 유입되는 경우, 인천(AR1)의 초미세먼지 볼륨을 예측함과 동시에, 다른 지역(AR2, AR3)의 초미세먼지 볼륨을 인천(AR1)과의 인접 관계를 반영하여 시간의 흐름에 따라 예측할 수 있다.In particular, the ultrafine dust volume prediction device 100 may predict the volume of ultrafine dust by reflecting regional characteristics. When yellow dust flows into Incheon (AR1) from China, the ultrafine dust volume prediction device 100 predicts the volume of ultrafine dust in Incheon (AR1) and at the same time, the volume of ultrafine dust in other regions (AR2, AR3). can be predicted over time by reflecting the adjacent relationship with Incheon (AR1).

도 2는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of the ultrafine dust volume prediction device 100 according to the present disclosure.

도 2를 참고하면, 초미세먼지 볼륨 예측 장치(100)는 통신부(110), 입력부(120), 디스플레이(140), 메모리(150) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the ultrafine dust volume prediction device 100 may include a communication unit 110, an input unit 120, a display 140, a memory 150, and a control unit 190.

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 communication unit 110 may include one or more components enabling communication with an external device, for example, a broadcast receiving module, a wired communication module, a wireless communication module, a short-distance communication module, and location information. At least one of the modules may be included.

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 input unit 120 is for inputting image information (or signals), audio information (or signals), data, or information input from a user, and includes at least one of at least one camera, at least one microphone, and a user input unit. can do. Voice data or image data collected by the input unit 120 may be analyzed and processed as a user's control command.

센싱부(미도시)는 포함되지 않는 것으로 설명하나, 센싱부(미도시)가 포함되는 경우, 센싱부(미도시)는 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자를 측정할 수 있으며, 본 장치 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(미도시)는 본 장치와 별도로 구현될 수 있으며, 통신부(110)나 입력부(120)를 통해 센싱 데이터를 수집할 수도 있다.The sensing unit (not shown) is described as not included, but when the sensing unit (not shown) is included, the sensing unit (not shown) may measure one or more particulate matter and environmental factors, and the information in the device, At least one of surrounding environment information surrounding the present device and user information is sensed, and a sensing signal corresponding thereto is generated. Based on these sensing signals, the controller 190 may control driving or operation of the device, or perform data processing, functions, or operations related to an application program installed in the device. In an embodiment, the sensing unit (not shown) may be implemented separately from the present device, and may collect sensing data through the communication unit 110 or the input unit 120.

상기와 같은, 센싱부는 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), 풍향 감지 센서, 풍속 감지 센서, 강수 센서, 가스(가령, 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2)) 감지를 위한 가스 센서, 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 sensing unit includes an environmental sensor (eg, a barometer, a hygrometer, a thermometer, a radiation detection sensor, a heat detection sensor, and a gas detection sensor), a chemical sensor (eg, a healthcare sensor, a biometric sensor). recognition sensor, etc.), proximity sensor, illumination sensor, touch sensor, acceleration sensor, magnetic sensor, gravity sensor (G-sensor), gyroscope Sensors (gyroscope sensor), motion sensor (motion sensor), RGB sensor, infrared sensor (IR sensor), fingerprint recognition sensor (finger scan sensor), ultrasonic sensor (ultrasonic sensor), optical sensor (e.g. (e.g., camera), wind direction sensor, wind speed sensor, precipitation sensor, gas sensor for detecting gases (eg, carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 )), microphone may include at least one of them. Meanwhile, the present device may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.

디스플레이(130)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 display 130 may implement a touch screen by forming a mutual layer structure or integrally with the touch sensor. Such a touch screen may function as a user input unit providing an input interface between the device and the user, and may provide an output interface between the device and the user.

디스플레이(130)는 본 장치에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이(130)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 display 130 displays (outputs) information processed by the present device. For example, the display 130 may display execution screen information of an application program (for example, an application) running in the present device, or UI (User Interface) and GUI (Graphic User Interface) information according to such execution screen information. can

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 memory 150 may store data supporting various functions of the device and programs for operation of the control unit, and may store input/output data (eg, music files, still images, moving images, etc.) , a plurality of application programs (application programs or applications) running in the present device, data for the operation of the present device, and instructions can be stored. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication.

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 memory 150 may be a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, a silicon disk drive type, or a multimedia card micro type. micro type), card type memory (eg SD or XD memory, etc.), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable EEPROM (EEPROM) It may include a storage medium of at least one type of a programmable read-only memory (PROM), a programmable read-only memory (PROM), a magnetic memory, a magnetic disk, and an optical disk. In addition, the memory is separate from the present device, but may be a database connected by wire or wireless.

메모리(150)는 예측 모델을 저장할 수 있다. 예측 모델은 미리 학습된 모델일 수 있으며, 학습 중에도 메모리(150)에 저장될 수 있다.The memory 150 may store a predictive model. The predictive model may be a pre-learned model, and may be stored in the memory 150 even during learning.

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 control unit 190 includes a memory for storing data for an algorithm or a program for reproducing the algorithm for controlling the operation of components in the present device, and at least one processor for performing the above-described operation using the data stored in the memory ( not shown) may be implemented. In this case, the memory and the processor may be implemented as separate chips. Alternatively, the memory and the processor may be implemented as a single chip.

또한, 제어부(190)는 이하의 도 3 내지 도 5에서 설명되는 본 개시에 따른 다양한 실시예들을 본 장치 상에서 구현하기 위하여, 위에서 살펴본 구성요소들을 중 어느 하나 또는 복수를 조합하여 제어할 수 있다. In addition, the control unit 190 may control any one or a combination of the components described above in order to implement various embodiments according to the present disclosure described in FIGS. 3 to 5 below on the present device.

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 초미세먼지 볼륨 예측 방법을 나타내는 시퀀스도이고, 도 4는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨을 예측하기 위한 모델을 나타내며, 도 5는 본 개시에 따른 초미세먼지 볼륨을 예측하기 위한 모델의 세부 프로세싱을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 설명하면서 필요 부분을 도 4 및 도 5를 함께 참고하여 설명하기로 한다.3 is a sequence diagram showing a method for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure, FIG. 4 shows a model for predicting the volume of ultrafine dust according to the present disclosure, and FIG. 5 shows the volume of ultrafine dust according to the present disclosure. It is a diagram for explaining detailed processing of a model for prediction. While describing FIG. 3, necessary parts will be described with reference to FIGS. 4 and 5 together.

제어부(190)는 복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집할 수 있다(S310).The controller 190 may collect sensing data of one or more particulate matter and environmental factors using sensors disposed in a plurality of regions (S310).

제어부(190)는 복수의 지역 각각에서 다양한 사이즈를 갖는 미립자 물질(PM0.3, PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM5.0 및 PM10 등)의 볼륨(농도)에 대한 센싱 데이터를 수집할 수 있으며, 복수의 지역 각각에서 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 중 적어도 하나를 포함하는 환경 인자의 센싱 데이터를 수집할 수 있다.The controller 190 receives sensing data for the volume (concentration) of particulate matter (PM0.3, PM0.5, PM1.0, PM2.5, PM5.0, PM10, etc.) having various sizes in each of a plurality of regions. It can be collected, and includes at least one of carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), temperature, humidity, pressure, wind direction, wind speed and precipitation in each of a plurality of regions. Sensing data of environmental factors can be collected.

제어부(190)는, S310 단계 이후, 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택할 수 있다(S320).After step S310, the controller 190 may select feature information having a predetermined degree of correlation between the collected sensing data and ultrafine dust (S320).

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 controller 190 may apply Pearson's correlation coefficient for each item as shown in Equation [1] below in order to check the correlation between ultrafine dust (PM2.5) and collected data.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, r 은 피어슨 상관 계수이고, 상관 정도를 나타내는 값으로 -1 에서 1까지의 값이 산출될 수 있고, xi 및 yi 는 데이터 셋의 값이며,

Figure pat00002
Figure pat00003
는 값의 평균일 수 있다. 즉, 비교되는 두 항목 간의 상관 관계가 피어슨 상관 계수에 의해 결정될 수 있다.Here, r is the Pearson correlation coefficient, a value representing the degree of correlation, from -1 to 1 can be calculated, x i and y i are values of the data set,
Figure pat00002
and
Figure pat00003
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.

제어부(190)는 초미세먼지 및 각 변수(가령, 각종 사이즈를 갖는 미립자 물질 및 환경 인자)의 피어슨 상관 계수의 값이 소정 수치(가령, +0.5 이상 또는 -0.5 이하)인 경우, 이를 특징 정보로 선택할 수 있다. When the value of the Pearson's correlation coefficient of ultrafine dust and each variable (eg, particulate matter having various sizes and environmental factors) is a predetermined value (eg, +0.5 or more or -0.5 or less), the controller 190 converts it to characteristic information can be selected with

이에, 제어부(190)는 피어슨 상관 계수의 값에 따라 상술한 각종 사이즈를 갖는 미립자 물질 및/또는 환경 인자 중 하나 이상의 변수를 특징 정보로 선택할 수 있다. 제어부(190)는 변수 모두를 특징 정보로 선택할 수도 있으며, 몇몇 변수를 특징 정보로 선택할 수도 있다.Accordingly, the controller 190 may select one or more variables among the above-described particulate matter having various sizes and/or environmental factors as characteristic information according to the value of the Pearson's correlation coefficient. The controller 190 may select all variables as feature information or select some variables as feature information.

제어부(190)는 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성할 수 있다(S330). 실시 예에서, S320 단계 및 S330 단계는 서로 순서를 다르게 하여 수행될 수 있다.The controller 190 may generate information about a proximity relationship between sensors based on distances between sensors disposed in a plurality of regions (S330). In an embodiment, steps S320 and S330 may be performed in a different order.

제어부(190)는 센서 간의 인접 관계를 2차원 매트릭스 기반으로 생성할 수 있는데, 각 센서 사이의 거리를 0 이상 1 이하의 값으로 치환하여 매트릭스의 각 요소값으로 설정할 수 있다. 가령, 제어부(190)는 센서 간 인접 관계를 나타내는 2차원 매트릭스에 대해 i, j 번째 요소는 센서 i 와 센서 j 의 인접 관계를 나타낼 수 있다.The control unit 190 may generate an adjacency relationship between sensors based on a two-dimensional matrix. The distance between each sensor may be replaced with a value of 0 or more and 1 or less to set each element value of the matrix. For example, the control unit 190 may indicate the proximity relationship between sensor i and sensor j in the i and j th elements of the two-dimensional matrix representing the proximity relationship between sensors.

제어부(190)는 센서 간의 거리가 기준 거리보다 작은 경우의 인접 거리값을 기준 거리보다 큰 경우의 인접 거리값보다 크게 설정할 수 있다. 제어부(190)는 기준 거리를 설정할 수 있는데, 특정 센서를 기준으로 기준 거리보다 멀리 배치된 센서를 거리 비율에 따라 0에 가깝게 설정(가령, 0 내지 0.25 사이)할 수 있으며, 기준 거리보다 가깝게 배치된 센서를 거리 비율에 따라 1에 가깝게 설정(가령, 0.75 내지 1 사이)할 수 있으며, 동일 센서 사이의 거리에 대해서는 요소값을 1로 설정할 수 있다. The controller 190 may set an adjacent distance value when the distance between sensors is smaller than the reference distance to be greater than an adjacent distance value when the sensor distance is larger than the reference distance. The controller 190 may set a reference distance. Based on a specific sensor, a sensor disposed farther than the reference distance may be set closer to 0 (for example, between 0 and 0.25) according to a distance ratio, and may be placed closer than the reference distance. The sensor may be set close to 1 (for example, between 0.75 and 1) according to the distance ratio, and the element value may be set to 1 for the distance between the same sensors.

특정 i번째 센서를 기준으로 설명하면, 제어부(190)는 기준 거리보다 멀리 배치된 센서의 경우, 특정 i번째 센서와 가까울수록 0.25(상한값)에 가깝게 설정하고, 특정 i 번째와 멀리 배치될수록 0(하한값)에 가깝게 설정할 수 있다. 또한, 제어부(190)는 기준 거리보다 가깝게 배치된 센서의 경우, 특정 i번째 센서와 가까울수록 1(상한값)에 가깝게 설정하고, 특정 i번째 센서와 멀리 배치될수록 0.75(하한값)에 가깝게 설정될 수 있다. 즉, 센서 사이의 거리 비율에 따라서 서로 다른 값이 설정될 수 있다.Referring to the specific i-th sensor, the control unit 190 sets it closer to 0.25 (upper limit value) as it is closer to the specific i-th sensor in the case of a sensor disposed farther than the reference distance, and sets it to 0 ( lower limit) can be set close to. In addition, in the case of a sensor disposed closer than the reference distance, the control unit 190 sets it closer to 1 (upper limit value) as it is closer to the specific i-th sensor, and sets it closer to 0.75 (lower limit value) as it is disposed farther from the specific i-th sensor. there is. That is, different values may be set according to the distance ratio between the sensors.

실시예에서, 제어부(190)는 센서 간의 거리를 모두 산출한 후에 센서마다 공통적으로 적용되는 기준 거리를 실시간 조정해가면서, 기준 거리보다 멀리 배치된 인접 관계의 요소수를 기준 거리보다 가깝게 배치된 인접 관계의 요소수보다 작게 설정할 수 있다. 기준 거리보다 가깝게 배치된 인접 관계가 보다 중요하게 반영되게 하기 위함이며, 인접 관계의 매트릭스는 예측 모델의 연산에서 가중치 산정에 반영될 수 있다.In an embodiment, the control unit 190 adjusts the reference distance commonly applied to each sensor in real time after calculating all the distances between the sensors, and calculates the number of elements of the adjacent relationship disposed further than the reference distance to the adjacent elements disposed closer than the reference distance. It can be set smaller than the number of elements in the relationship. This is to reflect the adjacent relationship closer than the reference distance more importantly, and the matrix of the adjacent relationship may be reflected in weight calculation in the calculation of the predictive model.

제어부(190)는, S330 단계 이후, 선택된 특징 정보 및 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측할 수 있다(S340).After step S330, the control unit 190 may predict the volume of ultrafine dust for each of a plurality of regions after a predetermined time has elapsed by inputting the selected feature information and information on the generated neighbor relationship into a pre-learned prediction model. (S340).

도 4를 참고하면, 제어부(190)는 ST1 단계에서 데이터를 입력받을 수 있으며, 입력 데이터는 아래와 같이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the controller 190 may receive data in step ST1, and the input data may be formed as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, N은 샘플수, l은 타임 기간(n은 배치된 센서의 수, c 는 특징 차원)일 수 있다. N은 5000, l 은 4(n 은 수십 내지 수백, 특징 차원은 상술한 미립자 물질 및 환경 인자의 개수)일 수 있다. 이때 특징 차원의 경우(c), 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 물질, 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 상기 복수의 지역의 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 등을 모두 포함하는 경우, 16 개일 수 있으나, 상술한 초미세먼지와의 상관 관계에 따라 개수는 달라질 수 있다.Here, N may be the number of samples, l may be a time period (n is the number of deployed sensors, and c is a feature dimension). N may be 5000, l may be 4 (n is tens to hundreds, and the feature dimension is the number of particulate matter and environmental factors described above). At this time, in the case of feature dimension (c), particulate matter with a diameter of less than 0.1 μm, particulate matter greater than 0.1 μm and less than 0.3 μm, particulate matter greater than 0.3 μm and less than 0.5 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than 1.0 μm, particulate matter greater than 0.5 μm and less than 1.0 μm, 1.0 μm Particulate matter greater than 2.5 μm and less than or equal to 2.5 μm and less than or equal to 5.0 μm, carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), temperature, humidity, In the case of including pressure, wind direction, wind speed, and precipitation, the number may be 16, but the number may vary depending on the correlation with the above-mentioned ultrafine dust.

제어부(190)는 상술한 바와 같이 센서 간 인접 관계를 생성할 수 있으며(ST2), 선택된 특징 정보 및 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되는 제1 모델을 적용할 수 있다(ST3).As described above, the control unit 190 may create a proximity relationship between sensors (ST2), and learn to output time-sequential data by receiving selected feature information and proximity relationship information according to distances between sensors disposed in a plurality of regions. A first model may be applied (ST3).

제1 모델은 선택된 특징 정보 및 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 순방향으로 연산하는 제1 구조(Forward LSTM) 및 역방향으로 연산하는 제2 구조(Backward LSTM)를 포함하며, 상기 제1 구조의 출력값 및 제2 구조의 출력값을 연접(concatenation)하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 구조를 통해 처음과 마지막의 LSTM 의 연산값이 모두 반영될 수 있으므로, 시간에 따른 초미세먼지의 볼륨이 정확하게 예측될 수 있다.The first model includes a first structure (Forward LSTM) that receives selected feature information and adjacent relationship information according to distances between sensors disposed in a plurality of regions and calculates them in a forward direction and a second structure (Backward LSTM) that calculates them in a reverse direction. and may be configured to concatenate the output value of the first structure and the output value of the second structure. Since both the first and last LSTM operation values can be reflected through the first and second structures, the volume of ultrafine dust over time can be accurately predicted.

여기서, LSTM(long short term memory)의 각 게이트(input gate, forget gate, output gate)에는 센서 간 거리에 따른 인접 관계의 가중치(

Figure pat00005
,
Figure pat00006
)가 weight 로 반영될 수 있다. 여기서, 가중치는 상술한 센서 간 인접 관계가 숫자 그대로 반영될 수 있다. 이때, 센서 간 거리가 기준 거리 내의 요소값이 보다 중요하게 연산될 수 있다. 기준 거리 밖의 요소값의 경우 0에 가까우므로, 연산에 영향이 적을 수 있다.Here, each gate (input gate, forget gate, output gate) of LSTM (long short term memory) has a weight (weight of adjacency relationship according to the distance between sensors)
Figure pat00005
,
Figure pat00006
) can be reflected as the weight. Here, the weight may reflect the above-described proximity relationship between sensors as a number. At this time, the distance between the sensors may be calculated as more important than the element value within the reference distance. Since element values outside the reference distance are close to 0, the calculation may be less affected.

구체적으로, 아래 [식 2]를 참고하면, input node(

Figure pat00007
), input gate(
Figure pat00008
), forget gate(
Figure pat00009
), output gate(
Figure pat00010
)에 센서 간 인접 관계가 weight 로 반영될 수 있는데, input node(
Figure pat00011
)는 t 시점의 입력 데이터, 가중치, 은닉 데이터, 제어 변수, 바이어스 등에 대한 시그모이드 함수를 이용하여 산출될 수 있으며, input gate(
Figure pat00012
), forget gate(
Figure pat00013
), output gate(
Figure pat00014
) 도 아래 식과 같이 유사하게 산출될 수 있다.
Figure pat00015
는 element-wise hyperbolic tangent linear activation function 일 수 있다.Specifically, referring to [Equation 2] below, the input node (
Figure pat00007
), input gate(
Figure pat00008
), forget gate(
Figure pat00009
), output gate(
Figure pat00010
), the proximity relationship between sensors can be reflected as weight, and the input node (
Figure pat00011
) can be calculated using a sigmoid function for the input data, weights, hidden data, control variables, biases, etc. at time t, and the input gate (
Figure pat00012
), forget gate(
Figure pat00013
), output gate(
Figure pat00014
) can also be similarly calculated as in the equation below.
Figure pat00015
may be an element-wise hyperbolic tangent linear activation function.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00016
Figure pat00016

Figure pat00017
Figure pat00017

제어부(190)는 ST4 단계에서 제2 모델을 적용할 수 있는데, 제2 모델은 제1 모델의 출력값을 입력받아 어텐션 프로세싱을 통해 상기 입력값을 변환하도록 학습되어 적용될 수 있다. 이 경우, 제2 모델은 연접된 출력값 중에서 보다 중요한 가중치를 두어 학습시키는 구조를 포함할 수 있다.The controller 190 may apply the second model in step ST4, and the second model may be applied after receiving the output value of the first model to transform the input value through attention processing. In this case, the second model may include a structure for learning by placing a more important weight among concatenated output values.

도 5를 참고하면, 제2 모델은 연접된 출력값(h1~hj) 중에서 보다 높은 가중치를 부여하기 위해 어텐션 weight(

Figure pat00018
)를 설정하여 보다 높은 가중치를 차등적으로 할당하며, 어텐션 wight와 연접된 출력값을 반영한 시그마 연산에 의해 컨텍스트 벡터(ci)를 산출함으로써, 학습될 출력값(h1~hj) 중 결과에 영향을 크게 미치는 연접된 출력값을 강조할 수 있다. 제2 모델은 최종적으로 소정 시간 경과 후의 미세먼지의 볼륨(농도)를 산출할 수 있다.Referring to FIG . 5, the second model uses an attention weight (
Figure pat00018
) is set to assign higher weights differentially, and the context vector (c i ) is calculated by sigma operation reflecting the output values concatenated with the attention wight, thereby affecting the result among the output values (h 1 to h j ) to be learned. It is possible to emphasize concatenated output values that greatly affect . The second model may finally calculate the volume (concentration) of fine dust after a predetermined time has elapsed.

제어부(190)는 예측 모델을 통해 시간의 흐름에 따른 초미세먼지의 농도를 지역별 영향을 고려하여 산출할 수 있다. 가령, 중국의 황사가 국내로 유입하는 경우, 제어부(190)는 인천의 초미세먼지의 볼륨이 높다가, 시간의 흐름에 따라 서울/경기 방향으로 초미세먼지의 볼륨이 커지는 경우, 이를 황사에 의한 초미세먼지 볼륨 변화로 인식할 수 있다.The controller 190 may calculate the concentration of ultrafine dust over time through a predictive model in consideration of regional influences. For example, when yellow dust from China flows into Korea, the control unit 190 determines that the volume of ultrafine dust in Incheon is high and the volume of ultrafine dust increases in the direction of Seoul/Gyeonggi over time. It can be recognized as a change in the volume of ultrafine dust by

이 경우, 제어부(190)는 초미세먼지가 인천에서 급격히 증가한 경우, 초미세먼지 농도가 상대적으로 낮은 경기/서울의 통신 단말에 알람 형태로 메시지를 전달할 수 있다. In this case, the controller 190 may deliver a message in the form of an alarm to a communication terminal in Gyeonggi/Seoul where the concentration of ultrafine dust is relatively low when ultrafine dust rapidly increases in Incheon.

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 (13)

컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 방법으로서,
복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집하는 단계;
상기 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하는 단계;
상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성하는 단계; 및
상기 선택된 특징 정보 및 상기 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 단계를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.
As a method for predicting the volume of ultrafine dust performed by a computing device,
collecting sensing data of one or more particulate matter and environmental factors using sensors disposed in a plurality of regions;
selecting characteristic information having a predetermined correlation between the collected sensing data and ultrafine dust;
generating information about a proximity relationship between sensors based on distances between sensors disposed in the plurality of regions; and
Predicting the volume of ultrafine dust for each of the plurality of regions after a predetermined time has elapsed by inputting the selected feature information and information on the generated neighbor relationship into a pre-learned prediction model, Volume forecasting method.
제1항에 있어서,
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 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 상기 복수의 지역의 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 중 적어도 하나를 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. It includes particulate matter of less than μm and particulate matter of more than 2.5 μm and less than or equal to 5.0 μm, wherein the environmental factor is carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), the plurality of regions Includes at least one of temperature, humidity, pressure, wind direction, wind speed and precipitation of,
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.
제2항에 있어서,
상기 인접 관계에 대한 정보를 생성하는 단계는,
센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계를 2차원 매트릭스 기반으로 생성하되, 상기 매트릭스의 각 요소를 0 이상 1 이하로 설정하되, 센서 간의 거리가 기준 거리보다 작은 경우의 인접 거리값을 기준 거리보다 큰 경우의 인접 거리값보다 크게 설정하는 단계를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.
According to claim 2,
Generating information on the adjacency relationship,
An adjacency relationship between sensors is generated based on a two-dimensional matrix based on the distance between sensors, and each element of the matrix is set to 0 or more and 1 or less, but when the distance between sensors is smaller than the reference distance, the adjacency distance value is less than the reference distance. A method for predicting the volume of ultrafine dust, comprising the step of setting a larger value than the adjacent distance value in the case of a large case.
제3항에 있어서,
상기 예측 모델은,
상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되는 제1 모델; 및
상기 제1 모델의 출력값을 입력받아 어텐션 프로세싱을 통해 상기 제1 모델의 출력값을 변환하도록 학습되는 제2 모델을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.
According to claim 3,
The predictive model,
a first model learned to output time-sequential data by receiving the selected feature information and proximity relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions; and
A method for predicting the volume of ultrafine dust comprising a second model that receives an output value of the first model and is trained to transform the output value of the first model through attention processing.
제4항에 있어서,
상기 제1 모델은,
상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 순방향으로 연산하는 제1 구조 및 역방향으로 연산하는 제2 구조를 포함하며, 상기 제1 구조의 출력값 및 제2 구조의 출력값을 연접(concatenation)하는 구성을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.
According to claim 4,
The first model,
a first structure for receiving the selected feature information and adjacent relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions and calculating them in a forward direction; and a second structure for calculating them in a reverse direction, wherein output values of the first structure and a second structure are calculated. A method for predicting the volume of ultrafine dust, including a configuration of concatenating the output values of the two structures.
제5항에 있어서,
상기 제2 모델은,
상기 연접된 출력값 중에서 보다 중요한 가중치를 두어 학습시키는 구성을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 방법.
According to claim 5,
The second model,
A method for predicting the volume of ultrafine dust, including a configuration for learning with a more important weight among the concatenated output values.
하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, 초미세먼지 볼륨 예측 프로그램.Combined with a computer, which is hardware, and stored in a medium to execute the method of any one of claims 1 to 6, ultrafine dust volume prediction program. 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 장치로서,
통신부; 입력부; 및
상기 통신부 또는 입력부를 통해 복수의 지역에 배치된 센서를 이용하여 하나 이상의 미립자 물질 및 환경 인자의 센싱 데이터를 수집하고, 상기 수집된 센싱 데이터 및 초미세먼지 간 소정의 상관도를 갖는 특징 정보를 선택하며, 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계에 대한 정보를 생성하고, 상기 선택된 특징 정보 및 상기 생성된 인접 관계에 대한 정보를 미리 학습된 예측 모델에 입력하여, 소정 시간 경과 후의 상기 복수의 지역 각각에 대한 초미세먼지의 볼륨을 예측하는 제어부를 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.
As a device for predicting the volume of ultrafine dust,
communications department; input unit; and
One or more sensing data of particulate matter and environmental factors are collected using sensors disposed in a plurality of regions through the communication unit or input unit, and feature information having a predetermined correlation between the collected sensing data and ultrafine dust is selected. And, based on the distances between the sensors disposed in the plurality of regions, information on the proximity relationship between the sensors is generated, and the selected feature information and information on the generated proximity relationship are input to a pre-learned prediction model to determine a predetermined An apparatus for predicting volume of ultrafine dust comprising a control unit for predicting the volume of ultrafine dust for each of the plurality of regions after a lapse of time.
제8항에 있어서,
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 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 오존(O3), 이산화황(SO2), 상기 복수의 지역의 온도, 습도, 압력, 풍향, 풍속 및 강수량 중 적어도 하나를 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 8,
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 or equal to 5.0 μm, wherein the environmental factor is carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO 2 ), ozone (O 3 ), sulfur dioxide (SO 2 ), the plurality of regions Includes at least one of temperature, humidity, pressure, wind direction, wind speed and precipitation of,
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.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
센서 간의 거리에 기초하여 센서 간 인접 관계를 2차원 매트릭스 기반으로 생성하되, 상기 매트릭스의 각 요소를 0 이상 1 이하로 설정하되, 센서 간의 거리가 기준 거리보다 작은 경우의 인접 거리값을 기준 거리보다 큰 경우의 인접 거리값보다 크게 설정하도록 구성되는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.
According to claim 9,
The control unit,
An adjacency relationship between sensors is generated based on a two-dimensional matrix based on the distance between sensors, and each element of the matrix is set to 0 or more and 1 or less, but when the distance between sensors is smaller than the reference distance, the adjacency distance value is less than the reference distance. An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust configured to be set larger than the adjacent distance value in the case of a large case.
제10항에 있어서,
상기 예측 모델은,
상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 시계열적 데이터를 출력하도록 학습되는 제1 모델; 및
상기 제1 모델의 출력값을 입력받아 어텐션 프로세싱을 통해 상기 제1 모델의 출력값을 변환하도록 학습되는 제2 모델을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.
According to claim 10,
The predictive model,
a first model learned to output time-sequential data by receiving the selected feature information and proximity relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions; and
An apparatus for predicting volume of ultrafine dust comprising a second model that receives an output value of the first model and is trained to transform the output value of the first model through attention processing.
제11항에 있어서,
상기 제1 모델은,
상기 선택된 특징 정보 및 상기 복수의 지역에 배치된 센서 간의 거리에 따른 인접 관계 정보를 입력받아 순방향으로 연산하는 제1 구조 및 역방향으로 연산하는 제2 구조를 포함하며, 상기 제1 구조의 출력값 및 제2 구조의 출력값을 연접(concatenation)하는 구성을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.
According to claim 11,
The first model,
a first structure for receiving the selected feature information and adjacent relationship information according to distances between sensors disposed in the plurality of regions and calculating them in a forward direction; and a second structure for calculating them in a reverse direction, wherein output values of the first structure and a second structure are calculated. An apparatus for predicting the volume of ultrafine dust, including a configuration for concatenating the output values of the two structures.
제12항에 있어서,
상기 제2 모델은,
상기 연접된 출력값 중에서 보다 중요한 가중치를 두어 학습시키는 구성을 포함하는, 초미세먼지 볼륨 예측 장치.
According to claim 12,
The second model,
Ultrafine dust volume prediction device comprising a configuration for learning by placing a more important weight among the concatenated output values.
KR1020220187088A 2021-12-31 2022-12-28 Method for predicting volume of fine particulate matter using model based on artificial intelligence, program and apparatus therefor KR20230104011A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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