[논문]서울지역 교통수단별 이동시간과 호흡량을 고려한 미세먼지 흡입량 추정에 관한 연구

이용일; 정원석; 황도연; 김태성; 박덕신

doi:10.11629/jpaar.2018.14.4.097

서울지역 교통수단별 이동시간과 호흡량을 고려한 미세먼지 흡입량 추정에 관한 연구
Estimation of PM10 and PM2.5 inhalation dose by travel time and respiratory volume in common transport microenvironments in Seoul, Korea 원문보기

Particle and aerosol research = 한국입자에어로졸학회지, v.14 no.4, 2018년, pp.97 - 105

이용일 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀) , 정원석 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀) , 황도연 (센텍(주) 개발부) , 김태성 (성균관대학교 기계공학과) , 박덕신 (한국철도기술연구원 교통환경연구팀)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, people's interest in particulate matter (PM) has been increasing, due to its hazardous health effects. The purpose of this study was to investigate the concentrations and as well as the inhaled weight of PM, correlated with person's heart rate in subway, bus, vehicle and bicycle in the major public transportation (Sadang - Jamsil and Nowon - Dongdaemun) in Seoul. The concentration of $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ were measured from each of transportation means and calculated the average concentrations which were 87.2 and $57.8{\mu}g/m^3$ for subway, 62.8 and $42.5{\mu}g/m^3$ for vehicle, 61.5 and $36.8{\mu}g/m^3$ for bus and 53.0 and $29.4{\mu}g/m^3$ for bicycle in $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ respectively. Inhalation dose for $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ were estimated at 248.1 and $139.4{\mu}g$ for bicycle, 56.7 and $39.3{\mu}g$ for vehicle, 49.4 and $29.9{\mu}g$ for bus and 44.3 and $29.1{\mu}g$ for subway, respectively. Even though subway had the highest concentration, the highest inhalation dose was the bicycle. It was due to the long travel time-exposure and breathing rate which leads to maximum of $PM_{10}$ 5.6 and $PM_{2.5}$ with 4.8 times inhalation dose comparing with other modes of transportation. With regards to future studies, the amount of inhalation in each transportation means should be considered in risk assessments of PM.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Measurement route in Seoul.
표 Table 1. Exposure factors of breathing rate.
그림 Fig. 2. Travel time and speed depending mode of transportaion at each route.
그림 Fig. 3. Mass concentration of each mode of transportation.
그림 Fig. 4. Heart rate at each mode of transportation.
그림 Fig. 5. Inhalation dose of PM and other factors at each mode of transportation.
그림 Fig. 6. Inhalation dose of PM_2.5 per distance and time at each mode of transportation.
표 Table 2. Summary of the measurement and estimation value in Seoul area.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 교통수단에 따른 미세먼지의 농도와 호흡량, 그리고 목적지까지의 이동시간을 고려하여 미세먼지의 흡입량을 추정하였다. 미세먼지의 농도는 지하철이 가장 높았으며, 자동차, 버스, 자전거 순으로 나타났다.
본 연구에서는 서울지역을 연구대상으로 교통수단에 따른 미세먼지 흡입량을 비교하기 위하여 버스, 지하철, 자동차 및 자전거 등 교통수단을 이용하여 동일한 구간을 이동하는 동안 미세먼지 농도 및 교통수단 이용 실험자의 호흡량 추정을 위한 심장 박동수를 실시간으로 측정하였다. 그리고 미세먼지의 농도와 추정된 호흡량을 이용하여 미세먼지 흡입량을 산정하고 교통수단에 따른 차이를 비교하였다.

가설 설정

, 2009). 교통수단에서 오염된 공기는 대부분 호흡으로 인체 내에 흡입되어 건강에 영향을 미치게 된다. 그리고 교통수단의 오염수준과 개개인의 호흡량에 따라 오염물질의 흡입량 차이를 나타낸다.

제안 방법

본 연구에서는 서울지역을 연구대상으로 교통수단에 따른 미세먼지 흡입량을 비교하기 위하여 버스, 지하철, 자동차 및 자전거 등 교통수단을 이용하여 동일한 구간을 이동하는 동안 미세먼지 농도 및 교통수단 이용 실험자의 호흡량 추정을 위한 심장 박동수를 실시간으로 측정하였다. 그리고 미세먼지의 농도와 추정된 호흡량을 이용하여 미세먼지 흡입량을 산정하고 교통수단에 따른 차이를 비교하였다.

대상 데이터

여기서 자동차의 환기장치는 외부유입을 차단하였으며, 창문을 닫고 에어컨을 가동하였다. 그리고 실험 대상은 신체적 특성에 따른 호흡량 및 심장박동수의 차이를 줄이기 위하여 20대 초반의 건장한 남성을 선정하였다.
본 연구에서는 실험 대상지역으로 서울의 강남지역과 강북지역을 선정하였으며, 2013년 6월 28일 오전 9시 30분에 강남지역에서, 2013년 6월 26일 오후 1시 30분에 강북지역에서 측정을 수행하였다(그림 1). 측정시간은 차량 혼잡 및 승객수에 의한 미세먼지의 영향을 줄이기 위해 출·퇴근 시간을 제외하여 선정하였다.
측정구간은 강남지역은 사당역에서 잠실역까지, 강북지역은 동대문역에서 노원역이다. 강남지역은 사당역에서 출발하여 잠실역까지 동일한 노선을 지하철, 자동차 및 자전거를 이용하여 11.
측정구간을 이동하는 동안 미세먼지 농도 및 심장박동수를 측정하기 위하여 Grimm 사의 Dust Monitor 1.108과 POLAR 사의 RS400를 사용하였다. 그리고 실험대상에 흡입되는 미세먼지의 농도를 측정하기 위해 공기 유입구의 위치를 호흡기 근처에 위치하였으며, 정확한 심장박동수를 측정하기 위하여 심장박동수 센서를 심장 근처에 부착하였다.

이론/모형

하지만 교통수단을 이용하여 이동하는 동안 실험 대상자의 운동량 또는 주변 환경의 요인으로 인한 호흡률 상승 등에 대해 고려할 수 없는 문제가 있어 노출지수를 그대로 사용하기에는 어려움이 있다. 본 연구에서는 이를 고려하여 심장박동수 모니터링을 이용한 간접측정방법을 활용하였으며, 교통수단을 이용하는 실험자의 호흡량을 실시간으로 측정하였다(Lee, 2010; Adam et al., 1993).
본 연구에서는 호흡량을 추정하기 위하여 심장박동수 모니터링을 이용한 방법을 사용하였다. 그림 4 와 같이 심장박동수는 운동량이 많은 자전거가 가장 높게 나타났으며 지하철, 자동차, 버스 순으로 나타났다.
실험자의 호흡량을 산정하기 위해 한국형 노출지수 개발 및 운영체계 구축 보고서에 기재된 심장박동수를 활용한 호흡량 추정식을 적용하였으며 식 (1)과 같다(환경부, 2002). 미세먼지의 흡입량은 식 (2)를 이용하여 계산하였다(Yoon et al.

성능/효과

교통수단별 PM 흡입량은 강남지역 및 강북지역 모두 자전거가 다른 교통수단에 비해 월등히 높게 나타났으며, PM_2.5의 경우, 강북지역에서 최저 PM 흡입량을 나타낸 버스와 8.5 배의 차이를 보였다. 그리고 PM₁₀의 흡입량은 강남지역의 자전거가 224.
8배의 차이를 나타내었다. 교통수단별 미세먼지 농도는 지하철이 가장 높았음에도 불구하고 미세먼지 흡입량은 자전거가 가장 높게 나타났다.
본 연구에서는 교통수단에 따른 미세먼지의 농도와 호흡량, 그리고 목적지까지의 이동시간을 고려하여 미세먼지의 흡입량을 추정하였다. 미세먼지의 농도는 지하철이 가장 높았으며, 자동차, 버스, 자전거 순으로 나타났다. 자동차와 버스의 PM₁₀ 농도는 거의 유사하였으며, PM_2.
자동차의 경우 내부공기 순환으로 주행하였고 버스의 경우 정류장마다 정차하며 출입문 개폐 및 일부 창문 개방으로 인한 차이로 사료된다. 미세먼지의 흡입량을 추정한 결과, 자전거의 미세먼지 흡입량이 다른 교통수단보다 미세먼지의 농도가 낮았음에도 불구하고 최대 8.5배까지 차이가 나타났다. 그리고 지하철, 자동차, 버스의 순서로 높게 나타났다.
5의 흡입량을 나타내었다. 본 연구에서 교통수단별 이동거리의 차이는 크지 않아 거리당 PM 흡입량은 PM 흡입량과 유사한 수준을 나타내었다. 거리당 PM 흡입량은 자전거가 가장 높았으며, 그 외 교통수단은 지역별 차이가 있으나 유사한 수준으로 나타났다.
그리고 분당 PM 흡입량은 자전거, 지하철, 자동차, 버스 순으로 높았다. 서울지역과 국외 도시 간 교통수단별 거리 및 분당 PM 흡입량의 수준은 다르게 나타났다. 이는 각 도시에서의 도로 특성과 미세먼지의 농도 차이의 영향에 의한 것으로 사료된다.

후속연구

이는 같은 거리를 이동할 때 이동시간과 호흡량이 미세먼지의 흡입량에 주요한 영향을 미치기 때문이다. 본 연구의 결과는 교통수단의 주변환경에 대한 불확실성으로 개개인에게 일반화하기에는 어려움이 있다. 하지만 같은 농도에 노출되더라도 운동량에 따른 호흡량의 차이와 교통수단의 이동시간 차이에 의해 체내 미세먼지의 흡입량이 크게 달라질 수 있으므로, 인체의 위해성 및 노출정도를 평가하기 위해서는 호흡량과 이동시간을 고려해야 할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개인의 호흡량 및 침전량에 따라 흡입 정도의 차이가 나타나는 이유는 무엇인가?	그리고 교통수단의 오염수준과 개개인의 호흡량에 따라 오염물질의 흡입량 차이를 나타낸다. 특히, Lee의 연구에 따르면 운동강도가 증가함에 따라 호흡량 역시 증가하며, 호흡량이 증가할 경우 코 호흡에서 입 호흡과 코 호흡으로 전환되어 오염물질이 쉽게 폐에 도달한다(Lee, 2010). 그리고 호흡량에 따른 기도 내 미세먼지의 침전량에 영향을 미치는 수치해석결과가 보고되었다(Lee, 2010; Sung et al., 2012).
	오염된 공기는 어떻게 인체에 흡입되는가?	, 2009). 교통수단에서 오염된 공기는 대부분 호흡으로 인체 내에 흡입되어 건강에 영향을 미치게 된다. 그리고 교통수단의 오염수준과 개개인의 호흡량에 따라 오염물질의 흡입량 차이를 나타낸다.
	호흡량은 어떤 요인에 의해 차이가 나는가?	이는 동일한 농도의 오염물질에 노출되어도 개인의 호흡량 및 침전량에 따라 흡입 정도의 차이를 나타낼 수 있다. 호흡량은 개개인의 신체적 특성, 연령, 성별 및 운동강도 등 다양한 요인에 의해 차이를 나타내므로 평균적인 호흡량의 표준치를 측정하는 것은 매우 어렵다. 다양한 연구자에 의해 연령 별, 활동단계별 노출지수로 개발되어 보고되었으며, 국내에서는 환경부에서 호흡량에 대한 한국형 노출지수를 발표하였다(Jang et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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