실험 설계의 평가 방법: Custom Design을 중심으로 반응인자 최적화 및 Criteria 해석
[MSAD] Presentation - PARTICULATE MATTER EFFECT INDEX SYSTEM
1. 미세먼지 배출원 관리사업을 위한
미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS) 제안
PARTICULATE MATTER EFFECT INDEX SYSTEM
20162338 홍준택
20182849 조현아
20170630 고민섭
20170947 이준희
2. 목차
1. Statement of Purpose
2. Context Diagram
3. DFD – Level 0 Diagram
4. DFD – Level 1 Diagram
5. Activity Diagram
6. Event List
7. Process Specification
8. ERD(Entity-Relationship Diagram)
9. Class Diagram
10.Prototype
• Appendix: System Output & Reference
2
3. • 미세먼지 관리 현황 – 관련기관 및 사업 현황
◦ 미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법(미세먼지법) 시행
◦ 목적: 미세먼지 및 미세먼지 생성물질의 배출을 저감하고 그 발생을 지속적으로 관리함으로써,
국민건강에 미치는 위해 예방 및 대기환경을 적정 관리 보전하여 쾌적한 생활환경 조성
◦ 2018년 7월 국회 의결, 2019년 2월 시행
◦ 한국환경공단(K-ECO) 2019년 총 사업비 중 대기 관련 사업비 비율은 10.9%(275억 원)
◦ 대기 자동 측정망 운영관리
◦ 대기 총량 관리
◦ 굴뚝 TMS 운영관리(CleanSYS)
1. Statement of Purpose
3
4. • 미세먼지 관리 현황 – 문제점
◦ 굴뚝원격감시체계의 대상은 전체 공장의 1.1%에 불과
◦ 고정식 미세먼지 측정소 부족
◦ 미세먼지 배출원의 영향력을 객관적으로 평가하기 위한 방법론 부재
1. Statement of Purpose
4
5. • 본 시스템은 기존의 고정식 미세먼지 측정 정보와 이동측정차량·드론을 활용한 이동식
미세먼지 측정 정보를 통합하여 통합 미세먼지 현황 정보를 생성하고,
• 전국 공단 위치 및 업종, 주거지역 위치 정보 및 통합 미세먼지 현황 정보를 통합하여
공단별 미세먼지 배출 영향도 정보를 생성하고,
• 위 정보를 행정구역 구획 정보와 통합하여 행정구역별 미세먼지 배출원 영향도 정보를
생성하고,
• 생성된 3가지 정보를 spreadsheet 및 지도 형태로 제공하여,
• 시민들에게 상세한 전국 미세먼지 관련 정보를 제공하고,
• 관련 정부 부처에는 공단별∙행정구역별 미세먼지 관리 사업을 위한 객관적 지료를 제공
하며,
• 또한 신규 미세먼지 집중관리 사업장 선정에 도움이 되는 근거를 제공한다.
1. Statement of Purpose
5
6. 2. Context Diagram
6
에어코리아
(Air Korea)
이동측정차량 및
드론 정보 API
공간정보오픈플랫폼
시민
고정식 미세먼지 측정 정보
공단별 위치 및 업종 정보
이동식 미세먼지
측정 정보
통합 미세먼지 현황
수치 및 지도
통합 정보 지도
주거지역 위치 정보
행정구역 구획 정보 지도 정보
PEIS
0
드론 모니터링
결과 정보
모니터링 대상
위치 정보
환경부 및
한국 환경 공단
7. 1. External entity 정보 – 에어코리아(Air Korea)
◦ 환경부 실시간 대기오염도측정, 대기질, 미세먼지, 오존, 황사 등 대기오염도 및 미세
먼지 예보 실시간 제공
◦ 측정망 종류: 도기대기, 도로변대기, 국가배경농도, 교외대기 측정망
◦ 측정항목: 먼지(PM10, PM2.5), SO2, NO2, CO, O3 등등
2. Context Diagram
7
8. 2. External entity 정보 – 이동측정차량 및 드론 정보 API
◦ 이동측정차량
◦ 차량에 실시간 대기질 분석장비를 장착하여 대기오염지역의 현황 파악 및 고농도 지역 선정
◦ 시료채취 및 전처리 과정없이 VOCs, 지정악취물질 등 유해대기오염물질을 ppt(1/1조) 단위로
정량분석 가능
◦ OGI(Optical Gas Imaging) 드론
◦ 휘발성유기화합물질(VOCs) 등 가스상물질의 촬영이 가능한 광학 카메라(Optical Gas Imaging)
를 장착한 드론
◦ “2019년 2월 19일, 무인항공기(이하 드론)를 활용한 ‘미세먼지 감시(드론 추적)팀’을 발족하고,
미세먼지 불법 배출사업장에 총력 대응한다.”
2. Context Diagram
8
9. 3. External entity 정보 – 공간정보오픈플랫폼
◦ GIS를 통해 용지 범위, 상세 및 용도 정보를 제공
◦ 지도 및 경계 정보
2. Context Diagram
9지도 출처: 공간정보 오픈플랫폼
10. 3. External entity 정보 – 공간정보오픈플랫폼
◦ GIS를 통해 용지 범위, 상세 및 용도 정보를 제공
◦ 산업단지 지역 정보
2. Context Diagram
10지도 출처: 공간정보 오픈플랫폼
11. 3. External entity 정보 – 공간정보오픈플랫폼
◦ GIS를 통해 용지 범위, 상세 및 용도 정보를 제공
◦ 주거지역 정보
2. Context Diagram
11지도 출처: 공간정보 오픈플랫폼
13. 4. DFD - Level 1 Diagram
13
Process 2.0 공단별 인근 주거지역 정보 추출
주거지역 중심점
및 면적 도출
2.1
공단 인근 주거지역 선정
2.3
주거지역 위치 및 면적 정보
공단 및 인근 주거지역 정보
공단별 위치 및 업종 정보
주거지역 정보
공단 중심점
및 영향권 도출
2.2
공단 정보
14. 4. DFD - Level 1 Diagram
14
Process 3.0 CPEI 도출
통합 미세먼지 현황 정보
공단 인근 주거지역
평균 미세먼지
측정량 계산
3.1
CPEI 도출
3.2
공단별 인근 주거지역 위치 정보
공단 인근 주거지역
평균 미세먼지 정보
공단별 CPEI 정보공단별 인근 주거지역 면적 정보
15. 4. DFD - Level 1 Diagram
15
Process 5.0 미세먼지 발생원 모니터링
공단별, 행정구역별
모니터링 필요 여부 판별
5.1
공단별 CPEI 정보
행정구역별 DPEI 정보 모니터링 위치 선정
5.2
판별 정보
기준값 정보
드론 모니터링
결과 생성
5.3
모니터링 필요 여부
기준값 학습
5.4
드론 모니터링
결과 정보
이동식 미세먼지
측정 정보
모니터링 대상
위치 정보
드론 모니터링 결과 정보
16. 4. DFD - Level 1 Diagram
16
Process 6.0 통합 정보 생성
통합 미세먼지 현황
도식 layer 생성
6.1
통합 지도 화면 생성
6.5
통합 미세먼지 현황 정보
통합 지도 화면
행정구역별 DPEI
도식 layer
공단별 CPEI
도식 layer 생성
6.2
공단별 CPEI 정보
행정구역별 DPEI
도식 layer 생성
6.3
행정구역별 DPEI 정보
통합 index table 생성
6.4
지도 정보
공단별 CPEI
도식 layer
통합 미세먼지 현황
도식 layer
통합 index table
드론 모니터링
결과 table 생성
6.6 드론 모니터링
결과 table
드론 모니터링
결과 정보
17. 5. Activity Diagram
17
공단, 행정구역
모니터링
필요 여부 판별
고정식 미세먼지
측정정보 변경 확인
이동식 미세먼지
측정정보 변경 확인
미세먼지 통합 정보
생성
공단별 위치 및 업종
정보 변경 확인
주거지역 위치 및
면적 정보 변경 확인
공단 중심점 및
영향권 도출
주거지역 중심점 및
면적 도출
공단 인근 주거지역
선정
공단 인근 주거지역
평균 미세먼지
측정량 계산
CPEI 도출
행정구역 구획 정보
변경 확인
DPEI 도출
지도 정보 변경 확인
고정식 미세먼지
측정정보 변경 확인
이동식 미세먼지
측정정보 변경 확인
고정식 미세먼지
측정정보 변경 확인
통합 지도 화면 생성
통합 index table
생성
모니터링 위치 선정
드론 모니터링 및
모니터링 결과 생성
모니터링 필요 여부
기준값 학습
모니터링 필요 여부
기준값 업데이트
18. 6. Event List
18
Event Description
미세먼지
측정 정보 통합
고정식 미세먼지 측정 정보 입력 고정식 미세먼지 측정 정보를 입력한다.
이동식 미세먼지 측정 정보 입력 이동식 미세먼지 측정 정보를 입력한다.
미세먼지 측정 정보 통합
고정식 미세먼지 측정 정보와, 이동식 미세먼지 측정 정보를 통합하여 통합 미세먼
지 현황 정보를 생성한다.
공단 인근
주거지역
정보 추출
공단별 위치 및 업종 정보 입력 전국 공단별 위치 및 업종 정보를 입력한다.
주거 지역 위치 및 면적 정보 입력 전국 주거 지역 위치 및 면적 정보를 입력한다.
주거지역 중심점 및 면적 도출 주거 지역 위치 및 면적 정보로부터 주거지역 중심정 및 면적을 도출한다.
공단 중심점 및 영향권 도출 공단별 위치 및 업종 정보로부터 공단 중심적 및 영향권을 도출한다.
공단 인근 주거지역 선정 주거지역 정보와 공단 정보로부터 공단별 인근 주거지역을 선정한다.
공단별 미세먼지
배출 영향도(CPEI)
공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 측정량 계산
통합 미세먼지 현황 정보와 공단별 인근 주거지역 정보로부터 공단별 인근 주거지
역 평균 미세먼지 측정량을 계산한다.
공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI) 도출
공단별 미세먼지 배출 정보와 공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 측정량으로부터
공식을 통해 공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI)를 도출한다.
행정구역별 미세먼지
배출원 영향도(DPEI)
행정구역 구획 정보 입력 행정구역 구획 정보를 입력한다.
행정구역별 미세먼지 배출원 영향도(DPEI) 도출
행정구역 구획 정보와 공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI)로부터 공식을 통해 행정
구역별 미세먼지 배출원 영향도(DPEI)를 도출한다.
미세먼지 발생원
모니터링
공단별, 행정구역별 모니터링 필요 여부 판별
공단별 CPEI와 행정구역별 DPEI를 기준값과 비교하여 각 공단과 행정구역에 모니터
링이 필요한지 판별한다.
모니터링 위치 선정 모니터링 필요 여부 판별 정보를 대상으로 드론으로 모니터링할 위치를 선정한다.
드론 모니터링 결과 생성 이동식 미세먼지 측정 정보로부터 드론 모니터링 결과를 추출하여 생성한다.
모니터링 필요 여부 기준값 학습 드론 모니터링 결과 정보로부터 모니터링 필요 여부를 판별할 기준값을 학습시킨다.
통합 정보 생성
지도 정보 입력 지도 정보를 입력한다.
통합 미세먼지 현황, 공단별 CPEI, 행정구역별 DPEI
도식 layer 생성
지도 정보와 통합 미세먼지 현황 정보, 공단별 CPEI 정보, 행정구역별 DPEI 정보로부
터 각 도식 layer를 생성한다.
통합 지도 화면 생성 지도 정보와 각 도식 layer로부터 통합 지도 화면을 생성한다.
19. 1. Process 2.1
7. Process Specification
19
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 주거지역 중심점 및 면적 도출 2.1
작성자 고 민 섭 작성일 2019-05-24
1. Polygon으로 된 주거지역 위치 정보를 토대로 주거지역의 중심점을 도출하고 기존 정보에 더해
저장한다.
1) Polygon으로 된 주거지역 위치 정보를 입력
2) 각 포인트의 위도의 산술평균 계산
3) 각 포인트의 경도의 산술평균 계산
4) (위도의 산술평균, 경도의 산술평균)인 중심점을 기존 정보에 추가해 저장
2. Polygon으로 된 주거지역 위치 정보를 토대로 주거지역의 면적을 계산하여 기존 정보에 더해
저장한다.
1) 주거지역 위치 정보 Polygon의 볼록, 오목 여부를 판단
2) Polygon으로 된 주거지역 위치 정보를 삼각형으로 분할
3) 외적을 통해 각 삼각형의 면적 계산
4) 분할된 삼각형의 면적 통합
5) 계산된 주거지역 면적 정보를 기존 정보에 추가해 저장
20. 2. Process 2.2
7. Process Specification
20
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 공단 중심점 및 영향권 도출 2.2
작성자 고 민 섭 작성일 2019-05-24
1. Polygon으로 된 공단 위치 정보를 토대로 공단 중심점을 도출하고 기존 데이터에 더해 저장한
다.
1) Polygon으로 된 공단 위치 정보를 입력
2) 각 포인트의 위도의 산술평균 계산
3) 각 포인트의 경도의 산술평균 계산
4) (위도의 산술평균, 경도의 산술평균)인 공단 중심점을 기존 데이터에 추가해 저장
2. Polygon으로 된 공단 위치 정보를 토대로 공단의 면적을 도출하고 도출된 중심점과 통합해 공
단 영향권을 도출하고 저장한다.
1) 공단 위치 정보 Polygon의 각 Point에서 기준 거리(예: 2km) 반경의 원 생성
2) 각 Point의 원이 만드는 영역에 공단 영역을 더해 공단 영향권을 Polygon으로 도출
3) 도출한 공단 영향권 정보를 기존 데이터에 추가해 저장
21. 3. Process 2.3
7. Process Specification
21
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 공단 인근 주거지역 선정 2.3
작성자 고 민 섭 작성일 2019-05-24
1. 공단 인근 주거지역을 선정한다.
1) 공단 정보 입력
2) 주거지역 정보 입력
3) 중심점이 공단 영향권에 속하는 주거지역 추출
4) 추출된 주거지역의 공단 영향권에 속하는 주거지역의 면적 계산
5) 추출된 주거지역의 영향 비율=(공단 영향권에 속하는 면적/전체 면적) 계산
6) 영향 비율이 0.5가 넘는 주거지역 추출
2. 추출된 인근 주거지역 ID을 공단 ID와 통합하여 공단 및 인근 주거지역 정보로 저장한다.
1) 공단 ID에 추출된 인근 주거지역 ID를 통합하여 공단 및 인근 주거지역 정보로 저장
22. 4. Process 3.1
7. Process Specification
22
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 측정량 계산 3.1
작성자 조 현 아 작성일 2019-05-24
1. 공단별 인근 주거지역 위치 정보를 토대로 해당 공단 인근 주거지역의 범위 안에 있는 미세먼지
측정량들을 각각 추출한다.
1) 통합 미세먼지 현황 정보 입력
2) 공단별 인근 주거지역 위치 정보 입력
3) 통합 미세먼지 현황 정보와 공단별 인근 주거지역 위치 정보의 위치 정보 매핑
4) 해당 공단 인근 주거지역의 범위 안에 있는 미세먼지 측정량 추출
2. 공단 인근 주거지역의 각 미세먼지 측정량들의 평균을 계산하여 공단별 인근 주거지역 평균 미세
먼지 정보로 저장한다.
1) 해당 공단 인근 주거지역의 각 미세먼지 측정량들의 평균 계산
2) 계산된 평균값을 공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 정보로 저장
23. 5. Process 3.2
7. Process Specification
23
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME CPEI 도출 3.2
작성자 조 현 아 작성일 2019-05-24
1. 공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 정보와 공단별 인근 주거지역 면적 정보로부터 공단별 미세
먼지 배출 영향도(CPEI)를 계산한다.
1) 공단별 인근 주거지역 평균 미세먼지 정보 입력
2) 공단별 인근 주거지역 면적 정보 입력
3) 입력된 정보를 CPEI 계산 공식(C𝑃𝐸𝐼 = 인근 주거지역 평균 미세먼지 농도 × 인근 주거지역
면적)에 대입하여 CPEI 계산
4) 계산된 CPEI 값을 공단별 CPEI 정보로 저장
24. 6. Process 4.0
7. Process Specification
24
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME DPEI 도출 4.0
작성자 조 현 아 작성일 2019-05-24
1. 행정구역 구획 정보와 공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI)로부터 공식을 통해 행정구역별 미세먼
지 배출원 영향도(DPEI)를 도출한다.
1) 행정구역 구획 정보 입력
2) 입력된 정보를 DPEI 계산 공식(𝐷𝑃𝐸𝐼 = σ(행정 구역 내 𝐶𝑃𝐸𝐼 중 상위 20%))에 대입하여
DPEI 계산
3) 계산된 DPEI 값을 행정구역별 DPEI 정보로 저장
25. 7. Process 5.1
7. Process Specification
25
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 공단별, 행정구역별 모니터링 필요 여부 판별 5.1
작성자 조 현 아 작성일 2019-06-06
1. 공단별 CPEI와 행정구역별 DPEI를 기준값과 비교하여 각 공단과 행정구역에 모니터링이 필요한
지 판별한다.
1) 공단별 CPEI 정보 입력
2) 행정구역별 DPEI 정보 입력
3) 모니터링 필요 여부 기준값 입력
4) 행정구역별 DPEI 중 기준값을 넘는 행정구역을 모니터링 필요 행정구역으로 판별
5) 필요 행정구역 내 공단별 CPEI 중 기준값을 넘는 공단을 모니터링 필요 공단으로 판별
6) 모니터링 필요 공단 판별 여부를 판별 정보로 저장
26. 8. Process 5.2
7. Process Specification
26
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 모니터링 위치 선정 5.2
작성자 조 현 아 작성일 2019-06-06
1. 모니터링 필요 여부 판별 정보를 대상으로 드론으로 모니터링할 위치를 선정한다.
1) 모니터링 필요 여부 판별 정보 입력
2) 모니터링 필요 공단의 CPEI 측정 위치 추출
27. 9. Process 5.3
7. Process Specification
27
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 드론 모니터링 결과 생성 5.3
작성자 고 민 섭 작성일 2019-06-06
1. 이동식 미세먼지 측정 정보로부터 드론 모니터링 결과를 추출하여 생성한다.
1) 이동식 미세먼지 측정 정보 입력
2) 드론 모니터링 결과 추출
3) 드론 모니터링 결과 DB 생성
28. 10. Process 5.4
7. Process Specification
28
시스템명 미세먼지 영향력 지수 정보시스템(PEIS)
PROCESS NAME 모니터링 필요 여부 기준값 학습 5.4
작성자 고 민 섭 작성일 2019-06-06
1. 드론 모니터링 결과 정보로부터 모니터링 필요 여부를 판별할 기준값을 학습시킨다.
1) 드론 모니터링 결과 입력
2) 드론 모니터링 결과 해당 위치가 실제로 문제가 있는 경우, 기준값 감소
3) 드론 모니터링 결과 해당 위치에 문제가 없는 경우, 기준값 증가
4) 새로운 기준값을 업데이트 해서 저장
42. 1. 통합 미세먼지 현황 수치 및 지도
◦ 고정식 및 이동식 미세먼지 측정 data를 통합한 수치와 이를 시각화한 지도
2. 공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI) 수치 및 지도
◦ 공단 등 미세먼지 배출원의 인근 지역에 대한 미세먼지 배출 영향도를 계산한 수치와
이를 시각화한 지도
3. 행정구역별 미세먼지 배출원 영향도(DPEI) 수치 및 지도
◦ 행정구역별 미세먼지 배출원의 미세먼지 배출 영향도를 계산한 수치와 이를 시각화한
지도
System Output
42
43. 2. 공단별 미세먼지 배출 영향도(CPEI) 수치 및 지도
◦ 공단 인근 주거지역에 대한 미세먼지 배출 영향도를 계산한 수치와 이를 시각화한 지
도
◦ 공단별 미세먼지 배출 영향도(Complex-wise Particulate matter Effect Index, CPEI)
계산 공식 제안:
C𝑃𝐸𝐼 = 인근 주거지역 평균 미세먼지 농도 × 인근 주거지역 면적
◦ 신호와 배경 소음의 차이를 나타내는 Signal-to-noise ratio에서 착안
◦ 값이 클수록 해당 지역에서 미세먼지 배출원의 영향도가 높음을 의미함
◦ 인근 주거지역에 해당하는 미세먼지 농도 측정치가 적을 경우, 인근지역 전체의 미세먼지
농도 측정치 사용
System Output
43
44. 3. 행정구역별 미세먼지 배출원 영향도(DPEI) 수치 및 지도
◦ 행정구역별 미세먼지 배출원의 미세먼지 배출 영향도를 계산한 수치와 이를 시각화한
지도
◦ 행정구역별 미세먼지 배출원 영향 지수(District-wise Particulate matter Effect Index,
DPEI) 계산 공식 제안:
𝐷𝑃𝐸𝐼 = (행정 구역 내 𝐶𝑃𝐸𝐼 중 상위 50%)
◦ 값이 클수록 해당 행정구역에서 미세먼지 배출원의 인근 주거지역 미세먼지 농도에 대한 영향
력이 큼을 의미함
System Output
44