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드론을 이용한 토지이용별 미세먼지 농도 측정 가능성 모색 연구
Investigation of Measurement Feasibility of Particulate Matter Concentration by Different Land-Use Types Using Drone 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.4, 2020년, pp.259 - 267  

손승우 (한국환경정책.평가연구원) ,  유재진 (한국환경정책.평가연구원) ,  김동우 (한국환경정책.평가연구원) ,  김태현 (한국환경정책.평가연구원) ,  성웅기 (한국환경정책.평가연구원) ,  윤정호 (한국환경정책.평가연구원)

초록
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본 연구에서는 원하는 시간과 장소에서 데이터 수집이 용이한 드론에 미세먼지 측정 센서를 부착하여 3가지 측정환경인 건설현장, 자연환경(수목원), 주거지역에서 고도(30m, 60m, 90m, 120m, 150m)에 따른 미세먼지 농도를 측정하고 비교하였다. 건설현장 30m 지점의 PM2.5와 PM10 측정값은 각각 18.63㎍/㎥, 24.23㎍/㎥, 150m 지점의 PM2.5와 PM10 측정값은 각각 10.89㎍/㎥, 10.61㎍/㎥로 고도가 높아질수록 평균 농도가 낮아지는 것으로 나타났다. 자연환경(수목원) 30m 지점의 PM2.5와 PM10 측정값은 각각 9.03㎍/㎥, 11.21㎍/㎥, 150m 지점의 PM2.5와 PM10 측정값은 각각 3.42㎍/㎥, 3.57㎍/㎥로 고도가 높아질수록 평균 농도가 낮아지는 것으로 나타났으나, 모든 지점의 PM2.5와 PM10 측정값은 비슷한 것으로 나타났다. 주거지역 30m 지점의 PM2.5와 PM10 측정결과는 각각 10.65㎍/㎥, 12.06㎍/㎥, 150m 지점의 PM2.5와 PM10의 측정값은 각각 4.24㎍/㎥, 5.17㎍/㎥로 고도가 높아질수록 대체적으로 PM2.5와 PM10농도가 낮아짐을 확인하였다. 주거지역의 경우 건설현장이나 수목원에 비해 교통량이 많은 도로에 인접해 있어 PM2.5의 농도가 PM10의 농도보다 높게 나온 것으로 사료된다. 세 대상지 모두 고도가 상승할수록 PM2.5와 PM10의 농도가 감소하는 추세를 보였다. 또한, 건설현장, 주거지역, 자연환경(수목원) 순으로 PM2.5와 PM10의 농도가 높은 것으로 확인하였다. 본 연구의 결과는 토지이용별로 미세먼지 농도값을 고도별로 측정하였다는데 의의가 있으며, 지역계획이나 도시계획 등에서 중요한 공간의사결정 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study measured the Particulate Matter (PM) concentration according to altitude (30 m, 60 m, 90 m, 120 m, and 150 m) in three different environments: a construction site, natural environment (arboretum), and residential area. PM2.5 and PM10 values at 30 m above the construction site were 18.63 &...

주제어

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 건설현장과는 반대로 자연환경이 우수한 지역을 선정하여 고도별 미세먼지를 측정해 보고자 하였다. 자연환경이 우수한 곳은 세종특별자치시 금남면에 위치하는 수목원으로서 Fig.
  • 본 연구는 토지이용에 따라 미세먼지 농도값을 드론을 이용하여 측정하여 추후 드론 기반의 미세먼지 측정기술, 방법론 개발 등에 활용 가능성을 모색하고자 하였다.
  • 미세먼지 외에도 VOCs, NO2 등을 측정하며, 실시간으로 측정한 데이터를 GCS(Ground Control Station)로 전송하여 확인할 수도 있고 SD카드에 저장하여 비행 종료 후 확인할 수도 있다. 본 연구에서는 SD카드로 데이터를 저장하여 비행 종료 후 확인하는 방법으 로 실시했는데, 이는 실시간으로 데이터를 전송하는 방식 보다 더 많은 데이터를 획득할 수 있기 때문이다.
  • 본 연구에서는 드론과 센서를 이용하여 토지이용에 따른 미세먼지 농도를 측정하였고, 이를 통해 추후 드론 기반의 미세먼지 측정기술, 방법론 개발 등에서의 활용 가능성을 모색하고자 하였다.
  • [10]의 연구에서는 프로펠러로 인한 대기기류의 영향으로 측정한 물질이 약 4% 낮게 측정되었다. 이 문제에 대한 대응책으로서 본 연구에서는 드론에 약 1m 길이의 인렛(inlet)을 설치해 기류의 영향을 최소화하고자 하였다.
  • 건설업은 한국에서 비산먼지를 대량으로 배출하는 사업 분야로서, 건설현장에서 배출되는 비산먼지를 잘 관리하는 것은 국내 미세먼지 문제를 해결하기 위한 중요한 사안 중 하나이다[13]. 이에 따라 건설현장에서 발생하는 미세먼지를 측정하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 미세먼지 측정에 활용한 드론은 무엇인가? 미세먼지 측정에 활용한 드론은 회전익 드론으로써 DJI사에서 개발한 Matrice 600이다. 프로펠러가 6개인 헥사콥터로서 최대 이륙 가능 무게가 약 15kg이다.
드론을 이용한 대기환경 조사에서 자연적인 한계점은 무엇인가? 드론을 이용한 대기환경 조사에 대한 기술개발과 연구는 현재 초기단계로 볼 수 있으며, 현재 직면한 다양한 한계점을 기반으로 추후 연구를 진행할 필요가 있다. 자연적이고 인위적인 한계점을 살펴볼 수 있는데, 자연적인 한계점으로는 기상상황에 대해 대응하기 어렵다는 점을 들 수 있다. 드론은 회전익이나 고정익 드론 둘 다 바람이 강하게 불거나 비 또는 눈이 내리면 비행을 하기 어렵다. 과거 환경위반 사례를 보면 이처럼 기상상황이 좋지 않을 때 오염물질을 배출하는 사례가 종종 발생하는데, 이러한 시기에 드론을 활용하지 못한다면 드론 기술이 무의미할 수 있다.
본 논문에서 드론으로 측정한 데이터를 SD카드로 데이터를 저장하여 비행 종료 후 확인하는 방법을 사용한 이유는 무엇인가? 미세먼지 외에도 VOCs, NO2 등을 측정하며, 실시간으로 측정한 데이터를 GCS(Ground Control Station)로 전송하여 확인할 수도 있고 SD카드에 저장하여 비행 종료 후 확인할 수도 있다. 본 연구에서는 SD카드로 데이터를 저장하여 비행 종료 후 확인하는 방법으 로 실시했는데, 이는 실시간으로 데이터를 전송하는 방식 보다 더 많은 데이터를 획득할 수 있기 때문이다.
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참고문헌 (13)

  1. J. Wivou, L. Udawatta, A. Alshehhi, E. Alzaabi, A. Albeloshi, S. Alfalasi, "Air Quality Monitoring for Sustainable Systems via Drone Based Technology", 2016 IEEE International Conference on Information and Automation for Sustainability(ICIAfS), IEEE, Galle, Sri Lanka, pp.1-5, Dec. 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIAFS.2016.7946542 

  2. M. Uysal, A. S. Toprak, N. Polat, "DEM generation with UAV Photogrammetry and accuracy analysis in Sahitler hill", Measurement, Vol.73, pp.539-543, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2015.06.010 

  3. Y. Reshetyuk, S. G. Martensson, "Generation of Highly Accurate Digital Elevation Models with Unmanned Aerial Vehicles", Photogrammetric Record, Vol.31, No.154, pp.143-165, 2016. DOI: https://doi.org/10.1111/phor.12143 

  4. N. Pineux, J. Lisein, G. Swerts, C.L. Bielders, P. Lejeune, G. Colinet, A. Degre, "Can DEM time series produced by UAV be used to quantify diffuse erosion in an agricultural watershed?", Geomorphology, Vol.280, pp.122-136, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.12.003 

  5. O. G. Ajayi, A. A. Salubi, A. F. Angbas, M. G. Odigure, "Generation of accurate digital elevation models from UAV acquired low percentage overlapping images", International Journal of Remote Sensing, Vol.38, No.8-10, pp.3113-3134, 2017. DOI: https://doi.org/10.1080/01431161.2017.1285085 

  6. Y. Wu, J. M. Hao, L. X. Fu, Z.S. Wang, U. Tang, "Vertical and horizontal profiles of airborne particulate matter near major roads in Macao, China", Atmospheric Environment, Vol.36, No.31, pp.4907-4918, 2002. DOI: https://doi.org/10.1016/S1352-2310(02)00467-3 

  7. W. Tao, X. Li, A. Khain, T. Matsui, S. Lang, J. Simpson, "Role of atmospheric aerosol concentration on deep convective precipitation : Cloud-resolving model simulations", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Vol.112, 2007. DOI: https://doi.org/10.1029/2007JD008728 

  8. S. Lu, D. Wang, X. Li, Z. Wang, Y. Gao, Z. Peng, "Three-Dimensional Distribution of Fine Particulate Matter Concentrations and Synchronous Meteorological Data Measured by an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in Yangtze River Delta, China", Atmospheric Measurement Techniques Discussions, 2016. DOI: https://doi.org/10.5194/amt-2016-57 

  9. M. Alvarado, F. Gonzalez, P. Erskine, D. Cliff, D. Heuff, "A Methodology to Monitor Airborne $PM_{10}$ Dust Particles Using a Small Unmanned Aerial Vehicle", Sensors, Vol.17, No.2, pp.343, 2017. DOI: https://doi.org/10.3390/s17020343 

  10. J. H. Lee, "Black Carbon Measurement using a Drone", Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, Vol.34, No.3, pp.486-492, 2018. DOI: https://doi.org/10.5572/KOSAE.2018.34.3.486 

  11. T. F. Villa, E. R. Jayaratne, L. F. Gonzalez, L. Morawska, "Determination of the Vertical Profile of Particle Number Concentration Adjacent to a Motorway Using an Unmanned Aerial Vehicle", Environmental Pollution, Vol.230, pp.134-142, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.06.033 

  12. K. Weber, G. Heweling, C. Fischer, M. Lange, "The Use of an Octocopter UAV for the Determination of Air Pollutants: A Case Study of the Traffic Induced Pollution Plume Around a River Bridge in Duesseldorf, Germany", International Journal of Environmental Science, Vol.2, pp.63-66, 2017. 

  13. H. J. Noh, J. H. Yu, "Improvement Plan of Fugitive Dust Regulations in Construction Site", Korean Journal of Construction Engineering and Management, Vol.18, No.5, pp.68-76, 2017. DOI: https://doi.org/10.6106/KJCEM.2017.18.5.068 

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