미세먼지 모니터링 솔루션

 미세먼지 모니터링 솔루션은 시민생활권역 내 대기질의 정밀 모니터링 및 관련 정보 제공을 

위한 것으로서 IoT센서와 기존 도시대기측정망의 융합 활용을 기반으로 한다. 

1차적인 수요자는 지자체 담당업무 수행자이며, 이들로 하여금 보다 효율적으로 대기질의 변화를 파악하고, 그에 대한 대응이 가능하도록 지원하는 것에 그 목표가 있다. 인천광역시의 협조를 통해 본 개념의 실효성 검증이 수행되었으며, 인천광역시 내 2개 주요 노선을 운행하는 버스 10대와 버스정류장 10개소에 IoT센서가 설치되었다. 인천광역시 내 도시대기측정망을 이루는 지상관측소는 대략 20여 개소로서 미세먼지 모니터링 솔루션에서 제공되는 모든 정보는 이 40여 개소에서 측정되는 정보를 기반으로 한다. 

관측요소는 초미세먼지(PM2.5), 미세먼지(PM10), 이산화질소(NO₃), 오존(O₃), 일산화탄소(CO), 아황산가스(CO₂)이다. IoT센서에서 측정되는 데이터는 MQTT 프로토콜과 LTE를 통해 데이터베이스 서버로 전송되며, 지상관측소에서 관측되는 데이터는 한국환경공단에서 운영하는 에어코리아로부터 얻는다. 이렇게 수집된 데이터는 별도의 연산과 GIS 분석 솔루션을 통해 사용자가 더 직관적으로 대기질 정보를 인지할 수 있는 형태로 제공된다.

본 솔루션을 위해 사용한 IoT센서 데이터와 지상관측소 데이터는 동일한 변수를 측정하지만, 

정확도 및 운용 방식 측면에서 서로 간에 본질적인 차이가 존재한다.

 IoT센서 데이터의 경우, 광산란 방법에 의해 대기질을 측정하는데, 이는 지상관측소에 적용된 베타선 흡수 방법에 비해 정확도가 떨어지고, 주변 습도에 의해 측정값이 영향을 받을 우려가 있다. 또한 버스에 설치된 IoT센서는 제한된 수의 센서로 넓은 영역을 관측할 수 있다는 장점이 있으나, 이로 인해 특정 지역에서 일관성 있는 관측 정보를 얻을 수 없게 되는 상황이 발생한다. 따라서 IoT센서 데이터 를 지상관측소 데이터와 함께 활용하기 위해서는 이상치 식별 및 제거, 모니터링을 위한 시·공간 규격 정의와 같은 과정이 수반된다. 본 미세먼지 모니터링 솔루션에서는 이들 이종 데이터의 측정 주기, 정확도, 이동성을 고려하여 모니터링 최소 시간 단위는 5초, 분석 기본 시간 단위는 1시간, 기본 공간 단위는 50m로 정의하였다.

미세먼지 모니터링 솔루션은 기본적으로 IoT 장비가 운용되는 지역에 대한 실시간 모니터링 

구현을 추구한다. 따라서 IoT센서에서 측정되는 수치는 5초마다 갱신되어 지도 위에 표현된다. 지상관측소에서 측정되는 수치는 제공되는 데이터의 시간해상도에 따라 1시간마다 갱신된다. IoT 측정 구간의 경우, 사용자의 선택에 따라 3차원 시각화 기능을 사용하여 모니터링을 수행할 수 있다.

대기질과 관련하여 지자체 차원의 합리적인 예방 및 대응 방안이 마련되기 위해서는 실시간 

모니터링 뿐만 아니라 특정 주기에 대한 대기질의 변화 특징 및 타 지자체 대비 상대적인 

대기질의 수준을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 미세먼지 모니터링 솔루션은 실시간 모니터링 외에 여러 가지 분석 기능을 제공하고 있다. 주변 환경이 통제되지 않은 상황에서 측정을 수행하는 IoT센서의 측정 결과를 안정적으로 모니터링할 수 있도록 1, 6, 12, 24시간 평균 대기질 분포를 시각적으로 제공한다.

또한 특정 시점의 대기질 상태를 다른 시기와 비교하여 그 차이의 분포를 확인할 수 있도록 

하였다. 인천광역시 내에서 운영 중인 지상관측소의 대기질 측정결과를 시계열을 통해 확인할 수 있으며, 이를 통해 대기질의 시간적 변화 특징 및 인천 내 지역별 편차를 식별할 수 있다. 또한 이러한 비교를 타 지자체와 비교할 수 있도록 함으로써, 각 지자체 간 상대적인 대기질 상태를 파악할 수 있도록 하였다. 추가로 인천광역시 내 청소차 운행정보와 연계하여 청소차 운행 전후의 도로변 대기질 상태의 변화를 확인할 수 있는 기능을 구현하였다.

미세먼지 모니터링 솔루션은 IoT, 고속이동통신, GIS 등을 활용하여 지자체의 재난관리 선진화를 도모할 수 있음을 시범적으로 보여주는 사례로 평가될 수 있으며, 과학계와 수요자 간의 긴밀한 합의 및 교류를 통해 더욱 발전할 수 있을 것으로 생각한다