오염도 예지 및 방제시스템 = Pollution Prediction and Prevention System

국문 초록 (Abstract)

현재 많은 가정집이나 회사, 학교 등 많은 기관들이 환기를 많이 하고 있지 만, 얼마의 시간 동안 환기를 해야 건물 내부의 대기 질이 좋아졌는지 알 수 없다. 본 논문에서는 건물 내부의 대기질의 측정값과 실내 대기질을 관리하기 위한 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 기존의 실내 대기질 관리 시스템을 보완하여, 실내 대기질의 오염도를 미리 예측하고 사용자에게 경고 신호를 보내어 위험을 미리 예방할 수 있는 오염도 예지 및 방제시스템을 제안하였다. 본 논문의 시스템은 센서를 통해 실내 대기질의 농도를 실시간으로 측정하 고, 이 데이터를 기반으로 인공지능 알고리즘을 적용하여 농도의 변화를 예측 한다. 농도가 일정 수준 이상 상승할 경우, 시스템은 자동으로 사용자에게 경 고 신호를 보내고 환기를 권고한다. 또한, 사용자는 시스템을 통해 원격으로 환기 및 방제장치를 작동시킬 수 있어 실내 대기질을 적극적으로 관리할 수 있다. 사용자가 실내 오염도나 위험도 기준치를 설정할 수 있으며, 사용자에 게 센서 설치 장소에 대한 데이터를 받아 센서가 겹치지 않도록 자동으로 분 배하여 배치할 수 있는 기능을 구현하였다. 각 센서 별로 오염도 범위를 측정 하여 오염 확산도를 한눈에 보기 쉽게 디스플레이를 구현하였고, 실내 오염도 수준을 가늠하는게 가능한 오염도 비교 기술을 구현하였으며, 사용자에게 실 내 오염도 수준과 확산 분포도, 현재 날씨 정보와 실내 오염 정보를 보여주는 웹을 구현하였다. 본 시스템의 결과는 제안한 오염도 예지 및 방제시스템은 기존의 실내 대기 질 관리 시스템에 비해 보다 정확하고 효율적인 대기질 관리를 가능하게 하 는 시스템을 검증하였다.

목차 (Table of Contents)

• 그림목차 ⅰ
• 표 목 차· ⅲ
• 국문요약 Ⅳ
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 관련 연구· 3
• 제 1 절 IoT 3
• 1. IoT ·3
• 1.1 IoT 기반 스마트 온실 · 3
• 1.1.1 자동 급수 기능·3
• 1.1.2 스마트 온실 시스템 구성도5
• 1.2 IoT 기반 실내 공기오염 측정 시스템 6
• 1.2.1 AIrSecom 시스템 6
• 1.2.2 디바이스 제어 흐름7
• 1.3 IoT 기반 실내 공기질 모니터링 시스템 ·8
• 1.3.1 실내공기질 측정 시스템 9
• 1.3.2 Management Server 10
• 1.4 사물인터넷 기반 실내 환경 모니터링 분석 시스템11
• 1.4.1 분석 플랫폼의 구성11
• 제 2 절 실내 공기오염 13
• 2. 실내 공기오염13
• 2.1 MQTT와 NodeMCU를 이용한 실내공기질 제어용 IoT 게이트웨이 시스
• 템 개발에 관한 연구·13
• 2.1.1 MQTT 브로커를 이용한 기기 제어 시스템 13
• 2.1.2 MQTT 프로토콜 14
• 2.2 공장 대기오염 모니터링 응용의 규모 확대를 위한 컨테이너화된 접근
• 법15
• 제 3 절 예지 알고리즘 17
• 3. 예지 알고리즘17
• 3.1 PHM 기반 공조설비의 고장 패턴 학습을 통한 미세먼지 저감 알고리
• 즘17
• 3.1.1 에어컨 체인 고장 패턴 분류 및 학습 17
• 3.2 기계학습 알고리즘을 활용한 베어링의 고장 예측 알고리즘 개발에 관
• 한 연구·19
• 3.2.1 기계학습 알고리즘 19
• 3.2.2 분류 알고리즘을 활용한 베어링 고장 진단20
• 3.3 모터의 전류치를 활용한 전동차 출입문의 특징추출 및 고장진단 예지
• 알고리즘 선정 방안 연구 21
• 3.3.1 일반적인 건정성 평가 및 고장 예지 방법론·22
• 3.3.2 예지 알고리즘의 평가23
• Ⅲ. 시스템 설계 24
• 제 1 절 시스템 설계 · 24
• 1. 시스템 구성도· 20
• 2. 시스템 흐름도26
• 제 2 절 UML 다이어그램 · 27
• 1. 유스케이스 다이어그램 27
• 2. 클래스 다이어그램 ·29
• 2.1 센서 데이터 관리 22
• 2.2 오염도 기준치 30
• 2.3 센서 배치 시스템 31
• 2.4 오염도 예지 ·32
• 2.5 자동 환경방제장치 ·33
• 2.6 회원가입 ·34
• 2.7 사용자 인증 요청 35
• 2.8 방제장치 수동 작동36
• 2.9 오염도 수준 확인 UI 37
• 2.10 위험 신호 전달39
• 2.11 오염 심각도 측정 ·40
• 2.12 오염도 확산 측정 ·41
• 2.13 확산 분포도 생성 42
• 3. 순차 다이어그램 43
• 3.1 센터 데이터 관리 43
• 3.2 센서 데이터 배치 시스템 ·44
• 3.3 오염도 기준치 설정45
• 3.4 오염도 예지 ·46
• 3.5 환경방제장치 자동 작동 47
• 3.6 회원가입 ·48
• 3.7 사용자 인증 ·49
• 3.8 방제장치 수동 작동50
• 3.9 오염도 수준 확인 UI 51
• 3.10 위험 신호 전달52
• 3.11 오염 심각도 측정 ·53
• 3.12 오염도 확산 측정 ·54
• 3.13 확산 분포도 생성 ·55
• 제 3 절 데이터베이스 설계 56
• 1. 데이터베이스 구조·56
• 1.1 user_info 테이블 56
• 1.2 sensor_info 테이블·56
• 1.3 placeData 테이블 57
• 제 4 절 예지 알고리즘 ·58
• 1. 예지 알고리즘58
• 제 5 절 하드웨어 설계 ·60
• 1. 하드웨어 설계60
• Ⅳ. 구현 및 검증 62
• 제 1 절 구현 62
• 1. 로그인 화면 ·62
• 2. 회원가입·62
• 3. 메인 페이지 ·63
• 4. 카테고리 페이지 64
• 제 2 절 시스템 검증66
• 1. 로그인 기능 검증66
• 2. 회원가입 기능 검증66
• 3. 메인페이지 기능 검증 ·67
• Ⅴ. 결론 및 향후 연구과제· 69
• 참고문헌 71
• Abstract · 78