Out of Sequence Measurement 환경에서의 MPDA 성능 분석

徐日煥(Il-Hwan Seo),林永澤(Young-Taek Lim),宋澤烈(Taek-Lyul Song) 대한전기학회 2006 전기학회논문지 D Vol.55 No.9

In a multi-sensor multi-target tracking systems, the local sensors have the role of tracking the target and transferring the measurements to the fusion center. The measurements from the same target can arrive out of sequence called the out-of-sequence measurements(OOSMs). Out-of-sequence measurements can arise at the fusion center due to communication delay and varying preprocessing time for different sensor platforms. In general, the track fusion occurs to enhance the tracking performance of the sensors using the measurements from the sensors at the fusion center. The target informations can arrive at the fusion center with the clutter informations in cluttered environment. In this paper, the OOSM update step with MPDA(Most Probable Data Association) is introduced and tested in several cases with the various clutter density through the Monte Carlo simulation. The performance of the MPDA with OOSM update step is compared with the existing NN, PDA, and PDA-AI for the air target tracking in cluttered and out-of-sequence measurement environment. Simulation results show that MPDA with the OOSM has compatible root mean square errors with out-of-sequence PDA-AI filter and the MPDA is sufficient to be used in out-of-sequence environment.

웹기반 공기중 축산질병확산 정보제공시스템 개발

서일환 ( Il-hwan Seo ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

축산 단지의 밀집화 및 대형화에 따라 조류 인플루엔자 (HPAI, highly pathogenic avian influenza), 구제역 (FMD, foot and mouth disease) 등 축산전염성 질병의 발생 시 방역 및 보상비 등으로 막대한 경제적인 손실이 일어나고 있다. 질병의 발생 원인이 매우 다양하며, 확산 경로 역시 사람이나 차량의 출입, 철새와 야생동물에 의한 전파 등 직간접적인 요인으로 다양하기 때문에 원천적으로 발생 및 확산을 막기가 매우 어렵기 때문에 질병의 발생 초기에 빠른 대처를 통한 피해 확산을 억제하는 것이 중요하다. 특히 눈에 보이지 않는 공기에 의한 바이러스의 이동 매커니즘에 대한 정보가 부족한 실정으로 기존의 방역대책에서는 공기 중 확산이 충분히 고려되지 못하고 있다. 따라서 공기중 질병의 확산에 대한 정보를 확보함으로써 직, 간접적인 접촉에 초점이 맞추어져 잇는 기존의 방역조치를 보완하는 효과적인 방역대책 마련이 필요하다. 이에 본 연구에서는 공기유동학적 시뮬레이션 해석에 사용되는 전산유체역학 (CFD, computational fluid dynamics)를 활용하여 복잡한 지형 및 기상학적 영향을 효과적으로 분석하여 공기 중 바이러스의 확산을 예측하고자 하였다. 이를 위하여 기상청에서 3시간 간격 48시간 동안 제공되는 기상예보데이터를 사용하여 질병발생 시 공기 중 확산 경향을 예측하고자 하였으며, 사업화 및 상용성을 고려하여 무료 라이선스인 OPENFoam 프로그램을 사용하여 사용자의 편의성을 고려한 자동화 스크립트를 개발하였다. 연구대상지역으로 선정된 안성지역을 대상으로 개발된 모델은 기상청 AWS (automatic weather stations) 5개소 및 설치한 기상관측장비를 사용하여 유동장 검증을 수행하였다. 실시간으로 업데이트되는 시스템의 성격에 맞도록 연산속도의 향상을 위하여 다양한 풍향 및 풍속에 대한 연구대상지역의 유동장을 미리 해석한 후 기상청에서 제공되는 기상예보에 따라 미리 해석한 유동장을 불러와 공기중 바이러스의 스칼라 해석을 수행하는 자동화 시스템을 개발하였다. 이와 같은 정보를 효과적으로 사용자들에게 제공하기 위하여 웹기반 정보제공시스템을 구축하였으며, 축산질병에 관련된 농장운영정보, 기상정보 및 GIS 지형 이미지에 렌더링한공기 중 확산 정보 등을 제공하는 시스템을 구축하였다.

공기유동학적 시뮬레이션을 사용한 재난성질병 예측 시스템 개발

서일환 ( Il-hwan Seo ),이인복 ( In-bok Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),권경석 ( Kyeong-seok Kwon ),하태환 ( Tae-hwan Ha ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

고병원성 조류인플루엔자 (HPAI, Highly pathogenic avian influenza), 구제역 (FMD, Foot and mouth disease) 과 같은 재난성질병은 높은 폐사율과 빠른 전파로 인하여 축산농가는 물론 관련 산업 전반에 걸쳐 막대한 경제적 피해를 발생시킨다. 따라서 이들 질병의 피해를 최소화하기 위해서는 농장내로 질병이 유입 및 전파 확산되는 각종 위험요소를 분석하고 적절한 방역조치를 통하여 이를 사전에 제거하여야 하며, 질병이 발생 시에는 효과적인 대응전략 및 방역대선정을 통한 관리가 필요하다. 특히 직접적으로 질병을 확산시키는 사람이나 축산관련차량의 이동과 같은 전파요인의 경우 방역조치를 통하여 이를 차단할 수 있는 반면, 공기 중 전파와 같이 눈에 보이지 않는 확산을 방지하는 것은 매우 어려운 실정이다. 대부분의 축산농장이 산악지역에 밀집하여 있는 국내 실정에 따라서 공기 중 전파는 인근 농장으로 질병을 빠르게 확산 시킬 수 있는 중요한 위험요인이다. 하지만 공기 중 질병을 포집하는 기술의 한계, 공기 중 바이러스의 검출의 어려움, 불안정한 실험 환경조건 등으로 인하여 현장실험 만으로 이를 분석하는 것은 매우 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존의 역학조사로 분석이 곤란한 공기 중 질병의 전파에 대하여 기상 조건, 상세한 지형, 농장의 위치정보, 도로망 등을 종합적으로 고려한 공기유동학적 분석을 통하여 질병의 확산을 예측하고자 하였다. 이를 위하여 전산유체역학(CFD, Computational fluid dynamics) 시뮬레이션을 사용하여 복잡한 지형을 따라 형성되는 기류에 의하여 농장에서 발생하는 질병의 확산 경향을 예측하고자 한다. 과거 HPAI 가 발생한 2008년도 김제 사례를 바탕으로, 수치지형도를 사용하여 농장, 산, 토양조건, 도로망 등 상세한 지형 및 지물을 설계하였으며 다양한 지형격자 설계기법을 도입하여 3차원의 계산 영역을 설계하였다. 모델의 정확도 향상을 위하여 높이별 풍속 및 난류 프로파일, 방풍림, 에어로졸의 퇴적 등을 UDF(User defined function)를 사용하여 적용하였으며, 연구 대상지역에서 발생하는 환경조건을 3가지 풍속, 8가지 풍향, 40가지 발생원을 조합하여 질병의 확산을 모델링 하였다. 모델의 검증을 위하여 발생시기에 대한 풍향 및 풍속에 따른 풍환경 빈도 매트릭스를 구성하고 총 960가지 질병 확산 모의 결과를 바탕으로 공기중 확산 매트릭스를 활용하여 특정 시기에 발생하는 질병의 공기 중 확산을 예측하고자 하였다.

고병원성 조류인플루엔자(HPAI)의 에어로졸을 통한 공기 전파 예측을 위한 공기유동학적 확산 모델 연구

서일환 ( Il-hwan Seo ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

고병원성 조류인플루엔자 (HPAI, Highly pathogenic avian influenza)는 제 1종 가축법정전염병으로 높은 폐사율과 산란율 저하로 농가에 막대한 경제적 피해를 야기하는 질병이다. 2000년 이후 우리나라에서는 총 4차례 HPAI 가 발생하여 방역비, 보상비, 관련 산업에 막대한 경제적 손실을 야기하였다. 우리나라는 HPAI 가 빈번하게 발생하는 중국 및 동남아와 인접해 있으며 경제, 사회, 문화적으로 매우 친밀한 관계를 유지하며 많은 물자 및 사람의 수송, 철새의 빈번한 이동 등이 이루어지고 있어 국내의 HPAI 의 발생 가능성이 항상 높은 상황에 있다. 특히 HPAI는 변이가 쉬워 근본적인 백신 개발이 불가능하며 확산속도가 매우 빨라 효과적인 초동 방역을 통한 질병의 확산 및 경제적 손실을 최소화하기 위한 노력이 필요하다. 따라서 질병의 확산 요인별 위험도 평가 및 이의 기초 데이터 확보가 필요하며, 이를 통하여 확산 경로를 추적할 수 있는 감시 네트워크 시스템의 개발이 시급하다. HPAI는 직접적 및 간접적 접촉 또는 공기 중으로 확산될 수 있다. 특히 양계 농장이 주로 산악지역에 밀집되어있는 국내 상황에서 HPAI의 공기 중 전파는 빠른 전파를 야기할 수 있는 위험 요인으로 간주되어야 한다. 질병의 공기 중확산 메커니즘을 연구하기 위한 현장실험은 불안정한 환경 조건과 측정의 어려움으로 인하여 매우 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 최근 다양한 분야에서 활용도가 높아진 전산유체역학(CFD, Computational fluid dynamics) 시뮬레이션을 사용하여 복잡한 지형을 따라 형성되는 기류에 의하여 농장에서 발생하는 HPAI 바이러스를 포함하는 에어로졸의 확산을 분석함으로써 질병의 확산 경향을 예측하고자 한다. 이를 위하여 GIS 수치지형도로부터 농장, 도로망, 관련 시설 및 지형을 추출하여 3차원의 계산 영역으로 설계하였으며, 방풍림, 에어로졸의 퇴적, 풍속 및 난류 경계 조건 등을 UDF(User defined function)으로 적용하여 풍속, 풍향, 발생 농장 등 다양한 환경 조건에 따른 확산을 예측하였다. 이와 같은 데이터는 HPAI의 발생 및 확산을 예방하기 위한 네트워크 모델 개발의 기초 자료로 활용될 수 있다.

제3발표장 : 생물생산시설 및 환경공학 분야 ; CFD를 이용한 광생물반응기 구조에 따른 바이오매스 생산성 예측

서일환 ( Il Hwan Seo ),이인복 ( In Bok Lee ),JPBitog ( J P Bitog ),권경석 ( Kyung Seok Kwon ),박하아린 ( Ha A Rin Park ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

실시간 축산냄새 모니터링을 위한 무인 악취포집기 개발

서일환 ( Il-hwan Seo ),강인선 ( In-sun Kang ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

도시화로 인하여 축산시설과 거주시설은 점차 가까워지고 있으며, 삶의 질 향상 및 주거환경에 대한 지역주민의 요구 증대로 인하여 축산냄새로 인한 민원이 지역의 문제로 대두되고 있다. 축산냄새를 평가하기 위하여 악취공정시험법을 사용하고 있다. 하지만, 산업악취는 굴뚝 배기 등 발생원이 명확하고, 발생 농도가 안정적이나, 축산냄새는 자연환기식 구조 등 배기구가 뚜렷하지 않으며, 풍향, 풍속, 온도, 습도, 대기안정도 등 외부의 환경조건에 크게 좌우되어 포집 및 분석이 어려운 실정이다. 또한 민원이 발생하는 시기와 포집시기의 차이로 인하여 축산냄새의 확산경향을 명확하게 파악하는 것이 어려웠다. 본 연구에서는 기존의 모니터링 장비의 한계를 극복하기 위하여 실시간으로 측정한 냄새 유발가스의 농도를 바탕으로 악취를 자동 및 무인으로 포집하는 장비를 개발하였다. 통신기술의 개선과 함께 현장 공기를 이용하여 자동세척한 후 포집이 이루어질 수 있도록 하였으며, 포집 시간을 10L를 기준으로 기존의 1∼1.5분에서 10초 내외로 단축하여 순간적인 악취를 포집할 수 있도록 성능을 개선하였다. ICT, IoT 기반으로 개발된 실시간 모니터링 장비는 향후 축산냄새의 관리방향을 개선하기 위한 기초자료를 확보하는데 기여할 수 있다. 특히 강도를 중심으로 하는 기존의 악취평가를 환경조건에 따른 빈도를 중심으로 하는 새로운 축산냄새 평가방법은 규제 중심의 관리를 컨설팅 중심의 관리로 전환하는데 매우 효과적으로 판단된다.

가축분뇨 처리에 관한 실태조사현황 분석

서일환 ( Il-hwan Seo ),김수진 ( Soo-jin Kim ),이동학 ( Dong-hak Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

소득증가에 따른 축산물 소비량 증가로 축산업이 지속적으로 발전하고 있다. 이에 따라 가축분뇨의 발생 역시 지속적으로 증가하고 있으며, 2012년 해양투기가 금지된 이후로 가축분뇨의 처리문제가 환경적인 영향과 함께 중요시되고 있다. 가축분뇨 처리와 관련하여, 오염물질에서 자원으로의 인식 전환과 함께 많은 자연순환농업을 위한 기법들이 마련되고 있다. 일반적으로 가축분뇨는 고액분리를 거쳐 자체처리 또는 공공처리장을 통하여 정화처리한 후 방류하거나, 자체처리, 위탁처리, 공공처리 등을 거쳐 퇴비화 및 액비화되어 농경지에 살포되고 있다. 이와 같이 퇴비화 및 액비화를 통하여 가축분뇨를 자원화하고 있으나, 이를 효과적으로 관리하는데 한계가 있어, 최근 가축분뇨법의 개정을 통하여 자원화 중심의 공공처리시설 설치, 가축분뇨 실태조사 도입, 전자인계관리시스템 등의 도입이 준비 중에 있다. 본 연구에서 가축분뇨가 환경에 미치는 영향을 수질, 토양, 대기(악취)로 분류하여 고찰하였으며, 각각에 대한 시군별 현황 및 실태조사에 대한 대응방안에 대하여 고찰하였다. 이를 위하여 국내에서 구할 수 있는 관련정보를 수집 및 정리하였으며, 해외사례 조사를 통하여 정책적으로 가축분뇨를 관리하는 사례를 조사하였다.

새만금 지역의 비산먼지 확산 예측을 위한 CFD 모델 개발

서일환 ( Il-hwan Seo ),이인복 ( In-bok Lee ),홍세운 ( Se-woon Hong ),황현섭 ( Hyun-sup Hwang ) 한국농공학회 2007 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2007 No.-

A computational fluid dynamics (CFD) model was developed to estimate the dispersion of fugitive dust from the reclaimed land of Saemangeum. Field experiment is the ideal method to understand the real aerodynamic phenomenons and mass transfers at the Saemangeun area. However, it is difficult to find out the correlation between weather condition and dust diffusion because it requires multi-pointed high accuracy measurement systems, time and labors. Moreover, the weather condition can not be artificially controlled by the researchers and is always very unstable and unpredictable. To overcome the limitations of field experiment, the CFD technology was used in this study to quantitatively as well as qualitatively analyze the dust dispersion phenomenons according to various weather conditions. To improve the CFD accuracy, our great effort was made on topographic design, mesh structure, particle generation, and computational process using parallel processing technique. Accordingly, the vertical log-profile of the CFD computed dust distribution became very similar with that presented by Gillies et al.(2004). The dust diffusion ranges were also compared to the results of the field experiments, and some results were very acceptable. It showed that the diffusion of the fugitive dust was mainly affected by particle size, wind speed as well as wind direction.

IoT 기반 양돈작업환경 통합제어환경구축

서일환 ( Il-hwan Seo ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

밀폐형 및 집약형 양돈장에서의 작업환경은 매우 열악한 실정으로, 높은 습도, 온도, 분진, 가스 등의 유해요인은 가축 뿐 아니라 축산업 종사자의 사고 및 직업성 질환의 발생 가능성을 높이고 있다. 농어업인 안전보험 등 안전재해 및 예방에 대한 관심이 높아지고 있는 상황에서 작업환경과 관련된 기초데이터의 확보 및 유해환경요인에 대한 예방적 관리를 위한 통합제어 시스템 구축은 매우 중요한 연구주제이다. 통합제어 시스템을 구현하기 위하여 신뢰성 있는 현장 데이터를 확보하는 것이 중요하나, 일반적인 양돈작업장에서는 소수의 고정형 센서만을 설치하여 온도 및 습도 등 제한된 요인의 데이터만을 수집하고 있어 작업자의 작업환경 개선 및 동물복지를 고려한 가축사육환경 개선을 위한 기초데이터가 매우 부족한 실정이다. 열악한 축사 환경에서 고정형 센서는 높은 습도 및 가스에 의한 내구성 및 데이터의 신뢰성 부족, 넓은 면적 대비 적은 수의 센서 설치에 따른 한계가 있어, 작업자가 직접 착용할 수 있는 웨어러블장비를 통한 보완이 필요하다. 웨어러블 모니터링 장비는 기존의 고정형 장비의 한계를 보완하고 센서를 통한 작업자의 노출환경, GPS 등을 이용한 이동동선, 작업시간 등을 종합적으로 모니터링 및 관리할 수 있으며, IoT(Internet of Things)를 기반으로 실시간 대응을 할 수 있는 시스템 구축의 기반이 될 수 있다. 본 연구에서는 현장 모니터링과 전산유체역학 시뮬레이션을 통하여 작업환경을 분석하고, 양돈작업환경 분석에 적합한 웨어러블 모니터링 장비의 개발 및 현장적용을 시행하고자 한다.

농업지역 대기질 모니터링을 위한 대상지역 및 측정소 설계

서일환 ( Il-hwan Seo ),오병욱 ( Byung-wook Oh ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

온실가스와 탄소배출 저감 및 미세먼지 등 농업에서의 대기질에 대한 관심이 증대되고 있으며, 특히 암모니아는 국내 배출량의 약 80% 정도가 농업부문에서 발생되고 있다. 암모니아는 2차생성 미세먼지의 전구물질로서 미세먼지 및 암모니아에 대한 적정한 현장에서의 관리목표를 수립하고, 사업에 대한 영향을 검토하기 위하여 기본적인 농촌지역의 농업대기질에 대한 기초데이터를 확보하는 것이 중요하다. 특히 농업은 타 산업과는 다르게 작목에 따라서 비료를 시비하는 특정시기에 암모니아의 농도가 증가하거나, 농작업을 위한 경운, 수확 시 미세먼지의 농도가 증가하는 등 작업 및 영농방식에 따라 시공간적인 배출특성의 연중변동이 심하기 때문에 장기적인 연속모니터링을 수행하여야 한다. 이에 본 연구에서는 농업대기질 측정을 위하여 미세먼지(PM-10, PM-2.5), NH3, NOx, SOx를 실시간으로 모니터링하기 위하여, 대표적인 작목과 대상지역을 지역별 분배와 작목별 분배를 바탕으로 배분하여 적정한 설치 지역 및 측정소 설치위치를 결정하였다. 또한 농업 대기질에 대한 연속적인 데이터의 확보를 위하여 측정 프로토콜을 정립하였으며, 공인된 모니터링 장비를 바탕으로 암모니아, 미세먼지 등 대기질을 측정하기 위한 측정소를 설계하였다. 측정장비는 데이터 품질향상을 위하여 주기적으로 검정 및 센서교체를 수행하며, 현장조사를 기반으로 영농활동과 함께 대기질에 영향을 미칠 수 있는 환경적 특이사항을 기록하여 장기적으로 기초데이터를 수집할 수 있는 기반을 마련하였다. 지속적으로 수집되는 농업대기질 빅데이터는 시기별, 작목별, 영농활동별 배출특성을 연구하기 위하여 사용될 수 있으며, 향후 농업대기질 측정망 구축을 위한 가이드라인을 마련하기 위하여 활용될 수 있다.