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기상환경데이터와 머신러닝을 활용한 미세먼지농도 예측 모델
An Estimation Model of Fine Dust Concentration Using Meteorological Environment Data and Machine Learning 원문보기

한국IT서비스학회지 = Journal of Information Technology Services, v.18 no.1, 2019년, pp.173 - 186  

임준묵 (한밭대학교 공과대학 창의융합학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, as the amount of fine dust has risen rapidly, our interest is increasing day by day. It is virtually impossible to remove fine dust. However, it is best to predict the concentration of fine dust and minimize exposure to it. In this study, we developed a mathematical model that can predict ...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 미세먼지 및 대기질 관련 빅데이터는 에어코리 아(Air Korea) 홈페이지에서 수집하였으며, 우리 나라의 대표적인 지역 중 한 군데를 지정하여 수집하였다. 데이터의 수집은 다양한 곳의 데이터를 수집하여 활용하는 것이 모델의 정확도를 높이는 데는 효과가 있을 것이지만, 그 양이 워낙 방대하여 예측모델 알고리즘의 학습을 수행하는 데 시간상의 물리적인 한계가 있을 것으로 판단되고, 수집된 자료가 미세먼지농도의 예측을 위해 제안하는 모델의 학습과 성과평가를 위해서 사용하는 것이 목적이므로 한 군데만의 자료를 가지고 충분한 성과가 도출되는지를 알아보는 것에 한정하기로 한다.
  • 따라서 본 연구에서도 가장 적합한 은닉층의 노드 수를 정하기 위해서 사전실험을 수행하였다. 사전 실험결과로부터 은닉층의 노드 수가 7인 경우에 가장 높은 정확도를 보여, ANN의 본 모델에서도 은닉층의 노드 수를 7로 하였다.
  • 본 연구에서는 에어코리아의 대기질 및 미세먼지 농도 측정치와 기상자료개방포털에서 실시간으로 제공하는 기상관련 다양한 정보를 활용하여 국내 계절성 변수들과 대기상태 변수들을 다중회귀 분석(multiple regression analysis)을 통해 미세 먼지농도에 유의한 영향을 미치는 변수를 추출하고, 그 변수들을 토대로 머신러닝(machine learning) 기법인 ANN(Artificial Neural Network)과 SVM (Support Vector Machine)을 사용하여 미세먼지 농도를 예측할 수 있는 모델을 제안한다.
  • 위에서 살펴본 바와 같이 범주형 데이터의 분류 능력이 뛰어난 SVM을 활용하여 미세먼지의 범주형 예측을 수행하고자 한다.
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참고문헌 (14)

  1. Cha, J.W. and J.Y. Kim, "Development of Data Mining Algorithm for Implementation of Fine Dust Numerical Prediction Model", Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol.22, No.4, 2018, 595-601. 

  2. Cortes, C. and V. Vapnik, "Support-vector networks", Machine Learning, Vol.20, No.3, 1995, 273-297. 

  3. Hagan, M.T., H.B. Demuth, M.H. Beale, and O. Jesus, Neural Network Design (2nd Edition), Martin Hagan, 2014. 

  4. Joun, S.W., J.Y. Choi, and J.H. Bae, "Performance Comparison of Algorithms for the Prediction of Fine Dust Concentration", Proceedings of Korea Computer Congress, The Korean Institute of Information Scientists and Engineers, No.12, 2017, 775-777. 

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  6. Koo, Y.S., H.Y. Yun, H.Y. Kwon, and S.H. Yu, "A Development of PM10 Forecasting System", Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol.26, No.6, 2010, 666-682. 

  7. Lee, J.G., Multivariate Analysis and Data Mining with R, Hwangso Academy, 2016. 

  8. Lee, M.H., Korea-China collaborative study to abate trans-boundary air pollution(II), National Institute of Environmental Research, Research Report, 2016. 6. 

  9. Liu, Z., M.J. Zuo, X. Zhao, and H. Xu, "An Analytical Approach to Fast Parameter Selection of Gaussian RBF Kernel for Support Vector Machine", Journal of Information Science and Engineering, Vol.31, No.2, 2015, 691-710. 

  10. Oh, B.D., J.H. Park, and Y.S. Kim, "Prediction of the concentration of PM10 using Machine-Learning", Proceedings of The Korean Institute of Information Scientists and Engineers Winter Conferences, No.12, 2016, 1674-1676. 

  11. Oh, J.M., H.S. Shin, Y.S. Shin, and H.C. Jeong, "Forecasting the Particulate Matter in Seoul using a Univariate Time Series Approach", Journal of the Korean Data Analysis Society, Vol.19, No.5, 2017, 2457-2468. 

  12. Shin, E.K., J. Kim, and Y. Choi, "A Study on the Data Model Design of Fine Dust Related Disease", Journal of The Korea Society of Information Technology Policy & Management, Vol.10, No.1, 2018, 655-659. 

  13. Shin, M.K., C.D. Lee, H.S. Ha, C.S. Choe, and Y.H. Kim, "The Influence of Meteorological Factors on PM10 Concentration in Incheon", Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol.23, No.3, 2007, 322-331. 

  14. Tofallis, C., "A Better Measure of Relative Prediction Accuracy for Model Selection and Model Estimation", Journal of the Operational Research Society, Vol.66, No.8, 2016, 1352-1362. 

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