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복사전달모델과 초분광센서를 이용한 아황산가스와 이산화질소의 농도 측정 가능성 분석
Analysis of Potential on Measurement of SO2 and NO2 using Radiative Transfer Model and Hyperspectral Sensor 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.6, 2018년, pp.658 - 663  

신정일 ((주)지오스토리 기술연구소) ,  김익재 ((주)지오스토리 기술연구소) ,  최민재 (한국국토정보공사 융복합사업부) ,  임성하 (한국국토정보공사 융복합사업부)

초록
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현재 대기질 관측 방법은 지상관측망과 인공위성 자료를 기반으로 실시되고 있다. 그러나 현재 방법은 국소지역 및 특정 사업장에 대한 불법 대기오염 물질 배출 증거를 채집하는데 한계가 있으므로 첨단센서를 이용한 증거 채집 방법 개발이 필요한 실정이다. 이 연구에서는 이산화질소와 아황산가스 농도 측정에 있어 자외선 초분광센서의 활용 가능성을 분석하였다. 사용한 스펙트럼은 두 가지 종류로 복사전달모델을 이용하여 모의한 농도별 스펙트럼과 초분광센서를 이용하여 측정한 각 가스의 한 개 농도에 대한 스펙트럼이다. 초분광센서의 활용 가능성을 파악하기 위하여 모의한 스펙트럼과 초분광센서를 이용한 관측 스펙트럼의 차이를 분석하고, 모의 스펙트럼을 이용하여 가스의 농도에 따른 스펙트럼의 변화를 분석하였다. 그 결과 초분광센서로 관측한 스펙트럼과 복사전달모델로 모의한 스펙트럼이 매우 유사한 것으로 나타났다. 또한 모의한 스펙트럼에서 특정 파장의 흡수 깊이가 가스의 농도와 매우 높은 상관관계를 갖고 있는 것으로 나타났다. 따라서 초분광 센서를 이용하여 대기오염물질인 이산화질소와 아황산가스의 농도 추정 가능성이 높은 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 초분광센서를 이용하여 다양한 농도에 대한 이산화질소와 아황산가스에 대한 스펙트럼을 관측하고, 농도 추정 가능성을 검증할 필요가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Current measuring methods for air quality are based on ground measurement networks and satellite data. New methods of collecting evidence with advanced sensors are needed because current methods have limitations in collecting evidence for the illegal emission of air pollutants at narrow areas or spe...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구는 대기오염물질인 이산화질소와 아황산가스의 농도를 측정하는데 있어 초분광센서의 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 이를 위하여 첫째, 초분광센서를 이용한 관측 스펙트럼과 복사전달모델을 이용한 모의 스펙트럼의 유사도를 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대기질을 관측하는 수단은 무엇이 있는가? 환경부는 대기환경오염물질 배출에 대한 법률을 정해 관리, 통제, 단속 및 모니터링을 실시하고 있다. 현재 대기질을 관측하는 수단으로 인공위성과 지상관측망(AirKorea), 굴뚝원격감시시스템(CleanSYS) 등을 이용하고 있다. 인공위성자료는 광역적인 모니터링이 가능하지만 공간해상도와관측주기의 한계로 인해 국소지역에 대한 실시간 관측이 불가능 하다[1-2].
인공위성자료의 한계점은? 현재 대기질을 관측하는 수단으로 인공위성과 지상관측망(AirKorea), 굴뚝원격감시시스템(CleanSYS) 등을 이용하고 있다. 인공위성자료는 광역적인 모니터링이 가능하지만 공간해상도와관측주기의 한계로 인해 국소지역에 대한 실시간 관측이 불가능 하다[1-2]. 지상관측망은 전국 주요 지점에 대한 실시간 자료를 제공하고 있으나 관측망의 밀도가 낮아 국소지역이나 특정 사업장에 대한 모니터링이 불가능한 단점이 있다[3].
아황산가스의 농도를 측정하는데 있어 초분광센서의 활용 가능성을 확인하기 위해 분석한 것들은 무엇인가? 이 연구는 대기오염물질인 이산화질소와 아황산가스의 농도를 측정하는데 있어 초분광센서의 활용 가능성을 분석하고자 하였다. 이를 위하여 첫째, 초분광센서를 이용한 관측 스펙트럼과 복사전달모델을 이용한 모의 스펙트럼의 유사도를 분석하였다. 그 결과 관측 스펙트럼과 모의 스펙트럼이 매우 유사한 것으로 나타났다. 둘째, 복사전달모델을 이용하여 다양한 농도에 대한 모의 스펙트럼으로부터 특정 파장의 흡수 깊이가 가스의 농도와 매우 높은 상관관계를 갖고 있는 것으로 나타났다. 따라서초분광센서를 이용하여 대기오염물질인 이산화질소와 아황산가스의 농도 추정 가능성이 높은 것으로 판단된다.
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참고문헌 (9)

  1. R. V. Martin, "Satellite Remote Sensing of Surface Air Quality", Atmospheric Environment, vol. 42, no. 34, pp. 7823-7843, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.07.018 

  2. C. Wespes, L. Emmons, D. P. Edwards, J. Hannigan, D. Hurtmans, M. Saunois, P. F. Coheur, C. Clerbaux, M. T. Coffey, R. L. Batchelor, "Analysis of Ozone and Nitric Acid in Spring and Summer Arctic Pollution using Aircraft, Ground-based, Satellite Observations and Mozart-4 Model: Source Attribution and Partitioning", Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 12, no. 1, pp. 237-259, 2012. DOI: https://doi.org/10.5194/acp-12-237-2012 

  3. Korea Environment Corporation. Introduction of AirKorea [Internet], Korea Environment Corporation, Available From: http://www.airkorea.or.kr/airinfo.(accessed Mar. 5, 2018) 

  4. J. H. Yoon, W. H. Jeong, S. M. Lee, D. H. Han, H. J. Jeon, S. W. Shon, J. M. Lee, A Study on Establishment of Utilization System of Environmental Monitoring Work for Environmental Pollution Measurement Data, Ministry of Environment, pp. 10-18, 2016. 

  5. K. Y. Hwang, "Environmental Inspection and Control - Present State and Policy Direction", Korean Environmental Law Research, vol. 37, no. 2, pp. 75-101, 2015. 

  6. Y. J. Kim, Integrated Diagnostics and Forecasting of Atmospheric Environment, Gwangju Institute of Science and Technology, pp. 4-7, 2013. 

  7. N. W. Cho, J. C. Lee, D. H. Kim, J. H. Shim, Development of long-distance harmful gas detection and monitoring technology, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, pp. 126-127, 2015. 

  8. T. Elias, J. Sutton, C. Oppenheimer, K. A. Horton, H. Garbeil, V. Tsanev, A. J. S. McGongle, G. Williams-Jones, "Comparison of COSPEC and Two Miniature Ultraviolet Spectrometer Systems for SO2 Measurements using Scattered Sunlight", Bulletin of Volcanology, vol. 68, no. 4, pp. 313-322, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/s00445-005-0026-5 

  9. K. V. Chance, X. Liu, R. M. Suleiman, D. E. Flittner, J. Al-Saadi, S. J. Janz, "Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution (TEMPO)", Proc. of SPIE, 88660D, 2013. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2024479 

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