$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

머신러닝을 활용한 수도권 약수터 수질 예측 모델 개발
Development of a water quality prediction model for mineral springs in the metropolitan area using machine learning 원문보기

지능정보연구 = Journal of intelligence and information systems, v.29 no.1, 2023년, pp.307 - 325  

임영우 (국민대학교 비즈니스IT전문대학원) ,  엄지연 (국민대학교 비즈니스IT전문대학원) ,  곽기영 (국민대학교 경영대학)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

코로나19 팬데믹의 장기화로 인해 실내 생활에 지쳐가는 사람들이 우울감, 무기력증 등을 해소하기 위해 근거리의 산과 국립공원을 찾는 빈도가 폭발적으로 증가하였다. 자연으로 나온 수많은 사람들이 오가는 걸음을 멈추고 숨을 돌리며 쉬어가는 장소가 있는데 바로 약수터이다. 산이나 국립공원이 아니더라도 근린공원 또는 산책로에서도 간간이 찾아볼 수 있는 약수터는 수도권에만 약 6백여개가 위치해 있다. 하지만 불규칙적이고 수작업으로 수행되는 수질검사로 인해 사람들은 실시간으로 검사 결과를 알 수 없는 상태에서 약수를 음용하게 된다. 따라서 본 연구에서는 약수터 수질에 영향을 미치는 요인을 탐색하고 다양한 곳에 흩어져 있는 데이터를 수집하여 실시간으로 약수터 수질을 예측할 수 있는 모델을 개발하고자 한다. 데이터 수집의 한계로 인해 서울과 경기로 지역을 한정한 후 데이터 관리가 잘 이루어지고 있는 18개 시의 약 300여개 약수터를 대상으로 2015~2020년의 수질 검사 데이터를 확보하였다. 약수터 수질 적합 여부에 영향을 미칠 것으로 여겨지는 다양한 요인들 중 두 차례의 검토를 거쳐 총 10개의 요인을 최종 선별하였다. 최근 주목받고 있는 자동화 머신러닝 기술인 AutoML 기법을 활용하여 20여가지의 머신러닝 기법들 중 예측 성능 기준 상위 5개의 모델을 도출하였으며 그 중 catboost 모델이 75.26%의 예측 분류 정확도로 가장 높은 성능을 가지고 있음을 확인하였다. 추가로 SHAP 기법을 통해 분석에 사용한 변인들이 예측에 미치는 절대적인 영향력을 살펴본 결과 직전 수질 검사에서 부적합 판정을 받았는지 여부가 가장 중요한 요인이었으며 그 외 평균 기온, 과거 연속 2번 수질 부적합 판정 기록 유무, 수질 검사 당일 기온, 약수터 고도 등이 수질 부적합 여부에 영향을 미치고 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Due to the prolonged COVID-19 pandemic, the frequency of people who are tired of living indoors visiting nearby mountains and national parks to relieve depression and lethargy has exploded. There is a place where thousands of people who came out of nature stop walking and breathe and rest, that is t...

주제어

표/그림 (7)

참고문헌 (43)

  1. Ahmed, A. N., F. B. Othman, H. A. Afan, R. K.?Ibrahim, C. M. Fai, M. S. Hossain, ... and A.?Elshafie, "Machine learning methods for better?water quality prediction," Journal of Hydrology,?(2019), 578, 124084. 

  2. Ahn, J. H. XAI Explainable AI, dissect artificial?intelligence, Wikibooks, 2020. 

  3. Choi, P., P. Heo, K. Lee, D. Cho, C. Kim, and T.?Kim, "Study on Water Quality Improvement in?Public Drinking Water Facilities in Gyeonggi-do,"?Journal of the Korean Society for Environmental?Analysis, Vol.21, No.3(2018), 148~153. 

  4. Costa, D. D., A. A. Gomes, M. Fernandes, R.?L. da Costa Bortoluzzi, M. D. L. B.?Magalhaes, and E. Skoronski, "Using natural?biomass microorganisms for drinking water?denitrification," Journal of Environmental?Management, Vol.217, (2018), 520~530. 

  5. Eom, H. N., J. S. Kim, and S. O. Choi, "Machine?learning-based corporate default risk prediction?model verification and policy recommendation:?Focusing on improvement through stacking?ensemble model," Journal of Intelligence?and Information Systems, Vol.26, No.2(2020),?105~129. 

  6. Faruk, D. O., "A hybrid neural network and?ARIMA model for water quality time series?prediction," Engineering applications of artificial?intelligence, Vol.23, No.4(2010), 586~594. 

  7. Fram, M. S. and K. Belitz, "Occurrence and?concentrations of pharmaceutical compounds?in groundwater used for public drinking-water?supply in California," Science of the Total?Environment, Vol.409, No.18(2011), 3409~3417. 

  8. Gibson, R., E. Becerril-Bravo, V. Silva-Castro,?and B. Jimenez, "Determination of acidic?pharmaceuticals and potential endocrine?disrupting compounds in wastewaters and?spring waters by selective elution and analysis?by gas chromatography-mass spectrometry,"?Journal of chromatography, Vol.1169, No.1~2?(2007), 31~39. 

  9. Han, W. W. and D. H. Park, "A Study on the?Characteristics of Ground Water Quality in?Taejon (I)," DaeJeon University the Institute?of Environmental Studies, Vol.2, (1997), 17~28. 

  10. Herrero-Hernandez, E., M. S. Andrades, A. Alvarez-Martin, E. Pose-Juan, M. S. Rodriguez-Cruz,?and M. J. Sanchez-Martin, "Occurrence of?pesticides and some of their degradation?products in waters in a Spanish wine region,"?Journal of hydrology, Vol.486, (2013), 234~245. 

  11. Hyun, G. T., "Studies on the contamination?properties of soil and groudwater in a densely?populated livestock area in Jeju island,"?Doctoral Dissertation, Jeju national university, 2011. 

  12. Khan, A., A. Khan, F. A. Khan, L. A. Shah, A.?U. Rauf, Y. I. Badrashi, W. Khan, and J.?Khan, "Assessment of the Impacts of?Terrestrial Determinants on Surface Water?Quality at Multiple Spatial Scales," Polish?Journal of Environmental Studies, Vol.30,?No.3(2021), 2137~2147. 

  13. Kim, C. S., N. K. Kim, and K. Y. Kwahk,?"Research Trends Analysis of Machine Learning?and Deep Learning: Focused on the Topic?Modeling," Journal of the Korea Society of?Digital Industry and Information Management,?Vol.15, No.2(2019), 19~28. 

  14. Kim, D. Y. and S. W. Jung, "Comparison of Crime?Forecasting Models based on Spatio-Temporal?Data and Machine Learning," Journal of the?Architectural Institute of Korea, Vol.37, No.1?(2021), 135~143. 

  15. Kim, E. M., S. B. Kim, and E. S. Cho, "Using?Mechanical Learning Analysis of Determinants?of Housing Sales and Establishment of?Forecasting Model," Journal of Cadastre &?Land InformatiX, Vol.50, No.1(2020), 181~200. 

  16. Kim, I., H. Ha, W. Seo, J. Bae, H. Moon, C. Park,?E. Oh, S. Kim, and M. Kim, "A Study of?Water Quality Characteristic of Natural Mineral?Water - In Chonnam Area -," Korean Journal?of Environmental Health, Vol.24, No.1(1998),?87~97. 

  17. Kim, J. H. and K-. Y. Kwahk, "Class Imbalance?Resolution Method and Classification Algorithm?Suggesting Based on Dataset Type Segmentation,"?Journal of Intelligence and Information Systems,?Vol.28, No.3(2022), 23~43. 

  18. Kim, K., B. Lee, O. Kim, M. Hur, K. Kim, J. Ro,?C. Choe, J. Go, and Y. Kim, "A Study on?pollution of spring in Incheon Area," Korean?Journal of Sanitation, Vol.22, No.3(2007),?35~50. 

  19. Kim, K., H. Gil, H. Kim, B. Roh, J. Hong, J. Lee,?J. Kim, M. Lee, S. Eom, and J. Lee, "Study?on Water Quality of Spring Water in Seoul,"?Journal of soil and groundwater environment, Vol.15, No.6(2010), 99~106. 

  20. Kim, K., H. Gil, M. Lee, S. Eom, and J. Lee,?"Survey of Citizens Public Opinion for?Natural Spring Water in Seoul," Journal of?soil and groundwater environment, Vol.16,?No.2(2011), 1~5. 

  21. Kubat, M., R. Holte, and S. Matwin, "Learning when?negative examples abound," In European?conference on machine learning, Springer,?Berlin, Heidelberg, (1997), 146~153. 

  22. Lee, D. J., J. Kang, and K. Chung, "Data Processing?of AutoML-based Classification Models for?improving Performance in Unbalanced Classes,"?Journal of Convergence for Information?Technology, Vol.11, No.6(2021), 49~54. 

  23. Lee, G. T., "A study on the development of a?predictive model of hotel financial distress by?machine learning algorithm," International?Journal of Tourism and Hospitality Research,?Vol.35, No.1(2021), 59~71. 

  24. Lee, H. H., "Arsenic distribution characteristics of?surface water and groundwater in southern?Hwasun region," Doctoral Dissertation,?Chonnam national university, 2002. 

  25. Lee, H. J. and S. G. Lee, "Comparative Analysis of?Machine Learning Models for the Prediction?of Pedestrian Crash Severity: Focused on?Balancing Pedestrian Crash Dataset," Journal?of Korean Society for Geospatial Information?Science, Vol.29, No.2(2021), 3~15. 

  26. Lee, S., H. Song, C. Cho, Y. Lee, S. Lee, H. Jeon,?D. Jung, and W. Jang, "The Characterization?of the Rainfall Effects on the Chemical and?Microbiological Mineral Water Quality (in?Daegu Area)," Journal of Korean Society of?Environmental Engineers, Vol. 24, No.12(2002),?2213~2225. 

  27. Lee, Y., O. Park, S. An, Y. Kim, J. Kim, S. Bae,?K. Paik, and Y. Moon, "Quality of Spring?Water Influenced by Rainfall in Mudeung?Mountain," Journal of the Korea Society for?Environmental Analysis, Vol.14, No.3(2011),?146~157. 

  28. Lundberg, S. M., G. G. Erion, and S. I. Lee,?"Consistent individualized feature attribution?for tree ensembles," University of Washington, 2018. 

  29. Moon, H. and K. H. Park, "Mineral Characteristics?of Spring Water ill Chonnam," Korean journal?of food science and technology, Vol.30,?No.2(1998), 253~259. 

  30. Muniruzzaman, M., and D. Pedretti, "Mechanistic?models supporting uncertainty quantification?of water quality predictions in heterogeneous?mining waste rocks: a review," Stochastic?Environmental Research and Risk Assessment,?Vol.35, No.5(2021), 985~1001. 

  31. Nam, S. W. and K. D. Zoh, "A Study on?Characteristics of Contamination and Target?compounds for Water Quality in Public?Spring Waters, Korea," The Korean journal?of public health, Vol.51, No.1(2014), 55~66. 

  32. Ok, Y., S. Kim, K. Kim, S. Lee, D. Moon, K. Lim,?J. Sung, S. Hur, and J. Yang, "Monitoring of?selected veterinary antibiotics in environmental?compartments near a composting facility in?Gangwon Province, Korea" Environmental?monitoring and assessment, (2011), 693-701. 

  33. Park, J., S. Kim, Y. Lee, N. Kim, Y. Kang, S. Bae,?and J. Kim, "Evaluation of Characteristics of?Microorganisms Isolated from Public Drinking?Water Facilities in Gwangju City," Journal of?Environmental Health Sciences, Vol.47, No.2?(2021), 182~191. 

  34. Ryu, D. K., "Water quality and human health risk?assessment on springs in Seoul," Master?thesis, University of Seoul, 2005. 

  35. Sattari, M. T., M. Abbasgoli Naebzad, and R.?Mirabbasi Najafabadi, "Surface water quality?prediction using decision tree method," Irrigation?and Water Engineering, Vol.4, No.3(2014),?76-88. 

  36. Shin, D. I. and K-. Y. Kwahk, "Development of a?Detection Model for the Companies Designated?as Administrative Issue in KOSDAQ Market,"?Journal of Intelligence and Information Systems,?Vol.24, No.3(2018), 157~176. 

  37. Shin, S. K., "Measures to improve the quality of?mineral springs in Busan," BDI Policy Focus,?No.281(2015), 1~12. 

  38. Song, H., H. Lim, G. Park, H. Park, H. Lee, M.?Jo, Y. Kim, and J. Oh, "Mineral Components?of Water Supply Plants and Spring Waters in?Northern Gyeonggi Area," Journal of environmental?health sciences, Vol.45, No.3(2019), 238~246. 

  39. Song, H., N. Kim, D. Jeong, Y. Lee, H. Jeon, Y.?Kim, U. Jang, and J. Kim, "Water Quality and?Influencing Factors at Dalbi Spring in Daegu,"?Journal of Korean Society of Environmental?Engineers, Vol.25, No.12(2003), 1570~1577. 

  40. Stidson, R. T., C. A. Gray, and C. D. McPhail,?"Development and use of modelling techniques?for real-time bathing water quality predictions,"?Water and Environment Journal, Vol.26, No.1?(2012), 7~18. 

  41. Woo, J. S., "A study on the water quality of?springs well in Cheoan city," Master thesis,?Hanbat national university, 2008. 

  42. Yang, S., J. Bae, H. Lim, E. Oh, B. Park, and N.?Heo, "The Management and Water Quality of?the Public Mineral Water in Jeonnam Area,"?Joint spring conference, (2006), 93~100. 

  43. Yoon, T., H. Lee, G. Choi, S. Lee, M. Lee, and?S. Eo, "Occurrence of Indicator Bacteria and?Identification of Total Coliforms Using 16S?rRNA Gene in Drinking Spring Water in?Seoul," Journal of environmental health?sciences, Vol.39, No.6(2013), 513~521. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로