시계열 분석법을 이용한 도시지역 토지피복형태에 따른 지하수위와 강수량의 상관관계 분석

허준용 ( Junyong Heo ),김태용 ( Taeyong Kim ),박혜민 ( Hyemin Park ),하태정 ( Taejung Ha ),강형빈 ( Hyungbin Kang ),양민준 ( Minjune Yang ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

최근 도시화로 인한 토지피복의 변화로 불투수층이 증가함에 따라, 강수의 자연적인 지하수 함양이 방해되어 도시홍수와 같은 재난 문제가 발생하고 있다. 따라서 토지피복의 변화에 따른 강수와 지하수위 간 상관관계를 규명하기 위해 본 연구는 소규모 도심지역인 부산광역시 연제구를 대상으로 교차상관분석(Cross-correlation function, CCF) 및 이동평균분석(Moving average method, MA)을 통해 강수와 지하수위간 지연시간을 산정하였다. 지연시간을 산정하기 위해 자기상관분석, 교차상관분석, 이동평균분석을 수행하였으며 피어슨 상관함수를 목적함수로 설정하여 강수량과 지하수위 간 가장 높은 상관계수를 가지는 시차 값을 지연시간으로 결정하였다. 관측공 반경 250 m 내 토지피복형태와 지형은 토지피복지도와 수치지형도를 이용하여 Arc-GIS를 통해 분석하였다. 연구결과 토지피복형태가 도심영향이 많은 불투수층으로 이루어진 GW01, GW03, GW05 (Urban: 71-96%)의 경우 지연시간이 길게 나타났으며(CCF: 42-71일, MA: 148-161일) 식생영향이 많은 투수층으로 이루어진 GW04 (Urban: 35%)는 짧은 지연시간(CCF: 4일, MA: 67일)을 보였다. 토지경사도에 따른 지연시간의 차이는 보이지 않았으며 이는 토지피복형태가 강수와 지하수위 간 지연시간에 영향을 강하게 미치는 요소이기 때문에 토지경사도에 따른 영향이 작용하지 못한 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 부산 연제구의 토지 이용에 따른 지하수위와 강수량의 지연시간을 규명함으로써 도시 내 강수의 자연적인 지하수 함양을 위한 도시 녹지공간 조성과 수문학적 재난 예방을 위한 관리계획의 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Land-use/cover change caused by rapid urbanization in South Korea is one of the concerns in flood risk management because groundwater recharge by precipitation hardly occurs due to an increase in impermeable surfaces in urban areas. This study investigated the hydrologic effects of land-use/cover on groundwater recharge in the Yeonje-gu district of Busan, South Korea. A statistical time series analysis was conducted with temporal variations of precipitation and groundwater level to estimate lag-time based on correlation coefficients calculated from auto-correlation function (ACF), cross-correlation function (CCF), and moving average (MA) at five sites. Landform and land-use/cover within 250 m radius of the monitoring wells (GW01, GW02, GW03, GW04, and GW05) at five sites were identified by land cover and digital map using Arc-GIS software. Long lag-times (CCF: 42-71 days and MA: 148-161 days) were calculated at the sites covered by mainly impermeable surfaces (GW01, GW03, and GW05) while short lag-times (CCF: 4 days and MA: 67 days) were calculated at GW04 consisting of mainly permeable surfaces. The results suggest that lag-time would be one of the good indicators to evaluate the effects of land-use/cover on estimating groundwater recharge. The results of this study also provide guidance on the application of statistical time series analysis to environmentally important issues on creating an urban green space for natural groundwater recharge from precipitation in the city and developing a management plan for hydrological disaster prevention.

LDA 모델을 이용한 학술지 자원환경지질의 연구 동향 분석

허준용(Junyong Heo),김태용(Taeyong Kim),양민준(Minjune Yang) 대한지질학회 2020 대한지질학회 학술대회 Vol.2020 No.10

토픽모델링을 이용한 국내 미세먼지 연구 분류 및 연구동향 분석

박혜민,김태용,권대웅,허준용,이주연,양민준,Park, Hyemin,Kim, Taeyong,Kwon, Daewoong,Heo, Junyong,Lee, Juyeon,Yang, Minjune 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.5

The particulate matter (PM) has emerged as a hot topic around the world as it has been reported that PM is related to an increase in mortality and prevalence rates. In South Korea, the importance of PM has been recognized since the late 1990s, and various studies on PM have been conducted. This study investigated the PM research topics and trends for papers (D=2,764) published in Research Information Sharing Service (RISS) using topic modeling based on Latent Dirichlet Allocation (LDA). As a result, a total of 10 topics were identified in the whole papers, and the PM research topics were classified as 'PM reduction (Topic 1)', 'Government policy and management (Topic 2)', 'Characteristics of PM (Topic 3)', 'PM model (Topic 4)', 'Environmental education (Topic 5)', 'Bio (Topic 6)', 'Traffic (Topic 7)', 'Asian dust (Topic 8)', 'Indoor PM (Topic 9)', 'Human risk (Topic 10)'. In particular, the proportion of papers on topics 'Government policy and management (Topic 2)', 'PM model (Topic 4)', 'Environmental education (Topic 5)', and 'Bio (Topic 6)' to the toal number of papers increased over time (linear slope > 0). The results of this study provide the new literature review methodology related to particulate matter and the history and insight. 전 세계적으로 미세먼지(particulate matter, PM)와 사망률 및 유병률 증가의 관련성이 보고되면서 다양한 연구가 수행되었으며, 우리나라에서는 1990년대 후반을 기점으로 PM에 대한 중요성을 인식하고, PM에 대한 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 '미세먼지' 관련 연구들의 주제를 분류하고, 각 주제별 연구 동향을 확인하기 위해 Research Information Sharing Service (RISS)에 게재된 미세먼지 관련 2,764편의 논문을 대상으로 Latent Dirichlet Allocate (LDA) 분석을 수행하였다. 연구 결과, 총 10개의 주제로 분류하는 것이 가장 적합하였으며, 미세먼지 관련 연구주제는 '미세먼지 저감(Topic 1)', '정부 정책 및 관리(Topic 2)', '미세먼지 특성(Topic 3)', '미세먼지 모델(Topic 4)', '환경교육(Topic 5)', '바이오(Topic 6)', '교통수단(Topic 7)', '황사(Topic 8)', '실내 미세먼지 오염(Topic 9)', '인체 위해성(Topic 10)'의 주제로 분류할 수 있었다. 특히, '정부 정책 및 관리(Topic 2)', '미세먼지 모델(Topic 4)', '환경교육(Topic 5)'. '바이오(Topic 6)' 관련 연구주제들이 시간에 따라 전체 논문에 대한 비율이 증가하는 추세를 보여 성행하는 것을 확인하였다(linear slope>0). 본 연구의 결과는 미세먼지 관련 다양한 분야의 연구자들에게 새로운 문헌 고찰의 방법론을 제시하고, 미세먼지 분야의 역사와 발전에 대한 이해를 제공했음에 의의가 있다.

다중채널 이미지 분석법을 활용한 형광 추적자의 확산 농도분포 추정

김창민(Changmin Kim),허준용(Junyong Heo),양민준(Minjune Yang) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 세 종류의 점토(kaolinite, montmorillonite, bentonite)를 사용한 배치 흡착 실험과 유동챔버 실험을 통해 저투수성 매체 내 형광 추적자의 농도 분포 추정을 위한 다중채널 이미지 분석법의 적용 가능성을 평가하였다. 배치 흡착 실험은 0~2000 mg/L농도의 형광 추적자 용액과 각 종류의 점토를 혼합하여 아크릴 박스에 옮긴 뒤, 사진을 촬영하여 각 점토에서 RGB (Red, Green, Blue) 채널의 색강도를 측정하였다. 측정된 RGB 색강도의 표준편차(SD)와 변동계수(CV)를 기준으로 확산 농도분포 추정을 위한 색상의 타당성을 평가하고 용질 농도와 색강도 간 상관관계를 수식화 하였다. 유동 챔버 실험은 glass bead로 이루어진 대수층 상부에 점토층을 쌓아 구성하였으며, 2000 mg/L의 형광 추적자를 대수층을 통해 유입시켰다. 형광 추적자가 저투수성 매체로 이동하는 동안 사진을 촬영하였으며, 배치 흡착 실험결과를 통해 농도 분포를 추정하여 이를 확산해석해와 비교하여 이미지 분석법의 타당성을 평가하였다. 배치 실험 결과, kaolinite의 경우 추적자 농도가 0에서 1785 mg/L로 증가할 때 B채널의 강도가 0.8284에서 0.1583으로 감소하였으며, 표준편차와 변동계수 모두 가장 낮게 나타났다. Montmorillonite의 경우, 추적자 농도가 2.39에서 174.2 mg/L로 증가할 때 G채널의 강도가 0.8053에서 0.3101로 감소하여 측정 농도범위에서 가장 단계적인 강도 변화를 나타내었다. Bentonite의 경우, 추적자 농도 0-414 mg/L에서는 B채널의 색강도가 0.362에서 0.004로 감소하였으나, 414 mg/L이상의 범위에서 색강도의 변화가 미비하였다. 하지만 414-1748 mg/L 농도 범위에서 G채널의 색강도가 0.758에서 0.658로 감소하여, 두 색강도를 동시에 활용한 이미지 분석법이 필요할 것으로 판단되었다. 유동 챔버 실험결과, kaolinite와 montmorillonite의 경우 B채널과 G채널을 각각 적용한 농도분포 추정값이 확산 초기(31.1, 54.6 PVs)와 후기(97.9, 93.9 PVs)에 확산해석해와 높은 일치도를 보였다(E > 0.97). Bentonite의 경우, B, G 채널을 동시에 활용한 농도분포 추정값(EB+G=0.98, 0.98)이 확산 초기(6.71, 29.7 PVs)와 후기(89.1 PVs)에서 모두 단일 채널을 적용한 추정값(EB = 0.56) 보다 높은 일치도를 보였다. 따라서, kaolinite와 montmorillonite는 B채널과 G채널을 각각 이용한 농도분포 추정이 적용되어야 하며, bentonite는 농도범위에 따라 B채널과 G채널을 복합적으로 적용한 이미지 분석방법이 필요할 것으로 사료된다.

실내실험을 통한 벼 작물 내 망간 축적 가능성 평가

이혜림(Hyerim Lee),허준용(Junyong Heo),양민준(Minjune Yang) 대한지질학회 2022 대한지질학회 학술대회 Vol.2022 No.10

SEM-EDS와 Micro-Raman Spectrometer를 이용한 생수 내 미세플라스틱 식별 연구

박혜민(Hyemin Park),김고은(Goeun Kim),허준용(Junyong Heo),김수빈(Subeen Kim),양민준(Minjune Yang) 대한지질학회 2019 대한지질학회 학술대회 Vol.2019 No.10

봄 · 여름철 대기 중 미세먼지와 빗물 수질 상관성 분석

박혜민 ( Hyemin Park ),김태용 ( Taeyong Kim ),허준용 ( Junyong Heo ),양민준 ( Minjune Yang ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

본 연구는 부산지역의 봄철과 여름철 대기 중 미세먼지(particulate matter, PM) 농도 및 빗물 수질을 정량화하고 다변량 통계분석을 이용하여 계절(봄, 여름) 특성에 따른 대기 중 PM 농도가 빗물 수질에 미치는 영향을 평가하였다. 연구기간(2020년 3월-8월)동안 기상청 AWS (automatic weather system)에서 측정된 대기 중 PM 농도와 총 68번의 강우 특성 자료를 이용하였으며, 총 68번의 강우 이벤트 중 13회 강우를 대상으로 부산 부경대학교 캠퍼스에 집수장치를 설치하여 총 216개의 빗물 샘플을 수집하였다. 빗물의 pH와 전기전도도(electrical conductivity, EC)는 실시간 측정되었으며, 빗물 내 양이온(Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺, and NH⁴⁺) 및 음이온(Cl^-, NO^3-, and SO₄^2-) 농도를 분석하였다. 또한, 자체 제작한 미세먼지 센서를 이용하여 강우 전후로 대기 중 PM₁₀ 농도를 측정하였으며, 측정된 데이터를 바탕으로 주성분 분석(principal component analysis, PCA)과 피어슨 상관분석(Person correlation analysis)을 실시하여 대기 중 PM₁₀ 농도와 빗물 수질 간 상관관계를 규명하였다. 연구결과, 부산지역의 일평균 대기 중 PM 농도 및 강우 특성은 계절적 차이가 존재하였으며, 대기 중 PM₁₀ 농도와 빗물 수질간 상관성 또한 상이하게 나타났다. 봄철의 경우, 일평균 대기 중 PM₁₀ (34.11 μg/㎥) 및 PM_2.5 (19.23 μg/㎥)의 평균 농도는 상대적으로 높게 나타났고 일평균 누적 강우량 및 강우 강도는 상대적으로 낮게 나타났다. 또한, 대기 중 PM₁₀ 농도는 빗물 수질과 유의미한 상관관계를 보였으며 대기 중 PM₁₀ 농도는 pH (r = -0.84)는 감소시키고 EC (r = 0.95) 및 수용성 음이온(r = 0.99) 농도는 증가시키는 요인으로 작용하였다. 여름철의 경우에는 일평균 PM₁₀ (27.79 μg/㎥) 및 PM_2.5 (17.41 μg/㎥)의 평균 농도가 상대적으로 낮은 농도 분포를 보였으며, 최대 일평균 강우 강도는 81.6 mm/h로 오랜 시간 많은 양의 비를 기록하였다. 상대적으로 낮은 대기 중 PM 농도와 높은 강우 강도로 인해 대기 중 PM₁₀ 농도가 빗물 수질에 미치는 영향을 확인할 수 없었다. This study investigated seasonal characteristics of the particulate matter (PM) in the atmosphere and rainwater quality in Busan, South Korea, and evaluated the seasonal effect of PM₁₀ concentration in the atmosphere on the rainwater quality using multivariate statistical analysis. The concentration of PM in the atmosphere and meteorological observations (daily precipitation amount and rainfall intensity) are obtained from automatic weather systems (AWS) by the Korea Meteorological Administration (KMA) from March 2020 to August 2020. Rainwater samples (n = 216, 13 rain events) were continuously collected from the beginning of the precipitation using the rainwater collecting device at Pukyong National University. The samples were analyzed for pH, EC (electrical conductivity), water-soluble cations (Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺, and NH⁴⁺), and anions (Cl^-, NO^3-, and SO^42-). The concentration of PM₁₀ in the atmosphere was steadily measured before and after the precipitation with a custom-built PM sensor node. The measured data were analyzed using principal component analysis (PCA) and Pearson correlation analysis to identify relationships between the concentration of PM₁₀ in the atmosphere and rainwater quality. In spring, the daily average concentration of PM₁₀ (34.11 μg/㎥) and PM_2.5 (19.23 μg/㎥) in the atmosphere were relatively high, while the value of daily precipitation amount and rainfall intensity were relatively low. In addition, the concentration of PM₁₀ in the atmosphere showed a significant positive correlation with the concentration of water-soluble ions (r = 0.99) and EC (r = 0.95) and a negative correlation with the pH (r = -0.84) of rainwater samples. In summer, the daily average concentration of PM₁₀ (27.79 μg/㎥) and PM_2.5 (17.41 μg/㎥) in the atmosphere were relatively low, and the maximum rainfall intensity was 81.6 mm/h, recording a large amount of rain for a long time. The results indicated that there was no statistically significant correlation between the concentration of PM₁₀ in the atmosphere and rainwater quality in summer.

기계학습 기반 토픽모델링을 이용한 학술지 “자원환경지질”의 연구주제 분류 및 연구동향 분석

김태용(Taeyong Kim),박혜민(Hyemin Park),허준용(Junyong Heo),양민준(Minjune Yang) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.3

국내 지질학의 연구 분야는 20세기 중반 이후부터 꾸준하게 발전되어왔다. 학술지 “자원환경지질”은 국내 지질학을 대표하는 역사가 긴 학술지로 지질학을 바탕으로 하는 융복합연구 논문이 게재되고 있다. 본 연구는 학술지 “자원환경지질”에 게재된 논문을 대상으로 문헌 고찰(literature review)을 수행하여 지질학의 역사와 발전에 대해 논의하고자 한다. 1968년부터 2020년까지 총 2,571편의 논문 제목, 주제어, 다국어 초록을 수집하였으며, Latent Dirichlet Allocation (LDA) 기반 토픽모델링을 실시하여 연구 주제를 분류하고 연구 동향과 주제간 연관성을 확인하였다. 학술지 “자원환경지질”은 총 8개의 연구주제(‘암석학 및 지구화학’, ‘수문학 및 수리지질학’, ‘광상학’, ‘화산학’, ‘토양오염 및 복원학’, ‘기초지질 및 구조지질학’, ‘지구물리 및 물리탐사’, ‘점토광물’)로 분류할 수 있었다. 1994년 이전에는 ‘광상학’, ‘화산학’, ‘기초지질 및 구조지질학’의 연구주제들이 활발하게 연구되었으며, 이후 ‘수문학 및 수리지질학’, ‘토양오염 및 복원학’, ‘지구물리 및 물리탐사’, ‘점토광물’의 연구주제들이 성행하였다. 연관성분석(network analysis)결과, 학술지 “자원환경지질 은 ‘광상학’을 기반으로 융복합적 연구 논문들이 게재되었다는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 지질학을 다루는 연구자들에게 문헌 고찰의 새로운 방법론을 제시하여 지질학의 역사에 대한 이해를 제공했음에 의의가 있다. Since the mid-twentieth century, geology has gradually evolved as an interdisciplinary context in South Korea. The journal of Economic and Environmental Geology (EEG) has a long history of over 52 years and published interdisciplinary articles based on geology. In this study, we performed a literature review using topic modeling based on Latent Dirichlet Allocation (LDA), an unsupervised machine learning model, to identify geological topics, historical trends (classic topics and emerging topics), and association by analyzing titles, keywords, and abstracts of 2,571 publications in EEG during 1968-2020. The results showed that 8 topics (‘petrology and geochemistry’, ‘hydrology and hydrogeology’, ‘economic geology’, ‘volcanology’, ‘soil contaminant and remediation’, ‘general and structural geology’, ‘geophysics and geophysical exploration’, and ‘clay mineral’) were identified in the EEG. Before 1994, classic topics (‘economic geology’, ‘volcanology’, and ‘general and structure geology’) were dominant research trends. After 1994, emerging topics (‘hydrology and hydrogeology’, ‘soil contaminant and remediation’, ‘clay mineral’) have arisen, and its portion has gradually increased. The result of association analysis showed that EEG tends to be more comprehensive based on ‘economic geology’. Our results provide understanding of how geological research topics branch out and merge with other fields using a useful literature review tool for geological research in South Korea.

토픽모델링을 이용한 대한원격탐사학회지의 연구주제 분류 및 연구동향 분석: 자연·환경재해 분야를 중심으로

김태용 ( Taeyong Kim ),박혜민 ( Hyemin Park ),허준용 ( Junyong Heo ),양민준 ( Minjune Yang ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

대한원격탐사학회지는 국내 원격탐사 분야를 대표하는 학술지로 원격탐사를 바탕으로 다학제 간 융합 연구를 통해 수행된 다양한 분야의 연구논문들이 게재되고 있다. 본 연구는 대한원격탐사학회지에 게재된 논문을 바탕으로 토픽모델링을 수행하여 원격탐사 분야의 역사와 발전에 대해 논의하고자 한다. 1985년부터 2021년까지 총 1,847편의 논문 제목, 주제어, 다국어 초록을 수집하였다. 대한원격탐사학회지의 전반적인 연구동향과 자연·환경재해 분야의 연구동향을 확인하기 위해 Latent Dirichlet Allocation (LDA)를 수행하였으며, 연구주제를 분류하고 연구동향을 확인하였다. 대한원격탐사학회지 전체 논문을 대상으로 LDA를 수행한 결과 4개의 연구주제(‘극권’, ‘수권’, ‘지권’, ‘기권’)로 분류할 수 있었으며, 시간에 따라 ‘기권’과 관련된 연구주제들이 성행하는 것을 확인하였다(linear slope=3.51 × 10^-3, p< 0.05). 전체 논문 중 자연·환경재해 분야를 대상으로 LDA를 수행한 결과 7개의 연구주제(‘해양 오염’, ‘대기 오염’, ‘화산재해’, ‘산불’, ‘홍수’, ‘가뭄’, ‘폭우’)로 분류할 수 있었으며, 시간에 따라 ‘대기 오염’과 관련된 연구주제들이 성행하는 것을 확인하였다(linear slope=2.61 × 10^-3, p<0.05). 본 연구의 결과는 원격탐사를 다루는 다양한 분야의 연구자들에게 원격탐사 분야와 자연·환경재해 분야의 역사와 발전에 대한 이해를 제공했음에 의의가 있다. Korean Journal of Remote Sensing (KJRS), leading the field of remote sensing and GIS in South Korea for over 37 years, has published interdisciplinary research papers. In this study, we performed the topic modeling based on Latent Dirichlet Allocation (LDA), a probabilistic generative model, to identify the research topics and trends using 1) the whole articles, and 2) specific articles related to natural and environmental disasters published in KJRS by analyzing titles, keywords, and abstracts. The results of LDA showed that 4 topics (‘Polar’, ‘Hydrosphere’, ‘Geosphere’, and ‘Atmosphere’) were identified in the whole articles and the topic of ‘Polar’ was dominant among them (linear slope = 3.51 × 10^-3, p< 0.05) over time. For the specific articles related to natural and environmental disasters, the optimal number of topics were 7 (‘Marine pollution’, ‘Air pollution’, ‘Volcano’, ‘Wildfire’, ‘Flood’, ‘Drought’, and ‘Heavy rain’) and the topic of ‘Air pollution’ was dominant (linear slope=2.61 × 10^-3, p< 0.05) over time. The results from this study provide the history and insight into natural and environmental disasters in KRJS with multidisciplinary researchers.