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준현 영
4 years ago
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 13, No. 2 pp , 이형돈 1, 임해진 2* 1 ( 주 ) 맥스포, 2 강원대학교전자정보통신공학부 Real-time Monitoring Systems for Malodor Compounds Sources using Ubiquitous Sensor Networks Hyung-Don Lee 1 and Hae-Jin Lim 2* 1 MAXFOR TECHNOLOGY INC. 2 Division of Electronic and Information Communication Engineering, Kangwon National University 요약실시간으로악취유발물진의배출원에대한데이터를구축하여악취민원에효율적으로대처할수있는악취정보관리시스템이필요하다. 본논문에서는이러한문제를해결하기위하여유비쿼터스센서네트워크 (Ubiquitous Sensor Network : USN) 기반의악취측정시스템을통하여실시간적으로수집된악취데이터를데이터베이스에축적및주기적으로데이터를조회하여지도상에표시함으로서즉각적인악취배출상황을확인할수있는시스템을구축하였다. 또한, 지도상의센서노드아이콘을클릭함으로서센서노드주변의업체목록을지도상좌표기준으로조회, 강한악취가발생한부근의주변업체종류와배출물질종류를파악할수있도록하였다. 제안된시스템은이러한정보로부터업체관리방안을계획하여악취배출업체에대한관리효율을높일수있을것으로사료된다. Abstract Maintenance systems are demanded to manage malodor-information and deal effectively with the odor-related civil complaints by constructing the database for sources of malodor compounds in real time. In this paper, to carry out these tasks, a real-time monitering system for malodor based on ubiquitous sensor networks(usn) is presented. The constructed monitering system stores the malodor data collected periodically from industrial complex into the database and shows in real time the circumstances of the odor sources being emitted around the industrial complex by indicating on the map where it is taking place. Besides, by clicking an icon indicating the sensor node on the map, we can figure out what firms are located near the malodor source and possible material related with those firms. The proposed system is considered to enhance the efficiency of management of malodor-emitting firms based on the malodor-related information. Key Words : Malodor monitering system, USN 1. 서론 악취는공업의발전과더불어발생하며특히인구밀도가높고공업시설과주거시설이인접한지역에서민원의형태로발생되는사회적문제중하나이다. 특히시화공단및반월공단에는약 3,000여개의환경오염물질배출업소가입주해있으며, 공단지역에서발생하는악취유 발물질로인한지역주민들의민원및악취에의한피해가속출하고있다. 또한반월공단과인접한지역에새로운주거지역이조성되면서해안바람의영향을받게되어악취민원이급증하게되었다 [1-3]. 악취민원발생의특성을분석하기위해산업단지의악취유발물질배출원의모니터링의필요성이요구되고있다 [4-6]. 민간환경감시단을조성하여악취유발물질배출원의 * 교신저자 : 임해진 (lhjin@kangwon.ac.kr) 접수일 11 년 11 월 14 일수정일 (1 차 11 년 11 월 14 일, 2 차 11 년 12 월 26 일, 3 차 12 년 01 월 12 일, 3 차 12 년 01 월 30 일 ) 게재확정일 12 년 02 월 10 일 856

모니터링하는방법과악취분석을위해주변주거지역에고정식악취측정망을구축하여모니터링하는방법들을사용하였으나, 전자는개개인의후각적성향에따라악취측정에차이가나는문제가발생하며 [2], 후자는악취가발생하는공단지역과거리의차이로인하여악취가발생하는위치를정확히파악할수없고한시간주기로측정된결과를수집하므로민원이발생하기전대처가불가능하다 [2, 6].

그러나분산및확산으로인하여측정이어려우며신경계장애유발및발암물질이기때문에배출원으로부터유기화합물질에대한유해검출의필요성이매우높다 [4]. 이러한문제점들을해결하기위해센서네트워크 [8, 9] 를이용한악취배출원모니터링방안이제안되었으나 [2, 4] 실제로설치하여필드에서의운영및테스트된바없다.

제안된시스템을구현하기위해센서에서측정된악취유발물질을공단지역에서배출을허용하는농도를기준으로 3단계의상태로구분할수있는수식을사용하여, 악취의발생상태를그래픽인터페이스로표현하며, 높은세기의악취가감지되는센서의주변업체를특정범위로선택하여조회할수있는어플리케이션을구현하여현장검정을통하여확인한다.

본장에서는시스템의각구성부분들과그들의기능에대하여설명한다. [ 그림 1] USN 기반의악취유발물질배출원감지모니터링시스템 [Fig. 1] USN-based Malodor Detection System for Malodor Sources 2.1.1 악취배출물질감지노드악취배출물질감지노드는센서로부터검출된신호를데이터로변환하는악취수집모듈과수집된데이터를센서네트워크로전송하는역할을수행하는센서노드로구성되어있으며맥스포사의 MTM-CM3100-MSP을이용하였다 [15].

2 모니터링하는방법과악취분석을위해주변주거지역에고정식악취측정망을구축하여모니터링하는방법들을사용하였으나, 전자는개개인의후각적성향에따라악취측정에차이가나는문제가발생하며 [2], 후자는악취가발생하는공단지역과거리의차이로인하여악취가발생하는위치를정확히파악할수없고한시간주기로측정된결과를수집하므로민원이발생하기전대처가불가능하다 [2, 6]. 모니터링을위한악취유발물질의대상으로는약 1천여가지의악취를유발하는물질중황성분들이분포가높았으며이중황화수소가가장높은악취발생의원인이되었다 [7]. 또한질소성분들의경우암모니아가악취의주요인이된다. 휘발성유기화합물질의발생은다른물질보다악취발생빈도는적다. 그러나분산및확산으로인하여측정이어려우며신경계장애유발및발암물질이기때문에배출원으로부터유기화합물질에대한유해검출의필요성이매우높다 [4]. 이러한문제점들을해결하기위해센서네트워크 [8, 9] 를이용한악취배출원모니터링방안이제안되었으나 [2, 4] 실제로설치하여필드에서의운영및테스트된바없다. 지금까지는주로측정방법에대해서만제안되었으며, 실제모니터링어플리케이션의구성에대해서는제시되지않았다. 본논문에서는이러한산업단지의악취모니터링의필요한요구조건을만족하고, 실제악취유발물질을발생하는위치를파악하여악취관련민원에효과적으로대처하고악취유발물질배출원을효율적으로관리및단속을할수있는모니터링시스템의구축을제안한다. 제안된시스템을구현하기위해센서에서측정된악취유발물질을공단지역에서배출을허용하는농도를기준으로 3단계의상태로구분할수있는수식을사용하여, 악취의발생상태를그래픽인터페이스로표현하며, 높은세기의악취가감지되는센서의주변업체를특정범위로선택하여조회할수있는어플리케이션을구현하여현장검정을통하여확인한다. 수의센서들이관리대상공간에독립적으로배치되며각센서가감지한데이터는중계노드, 게이트웨이이더넷망을통해서버에전송하도록센서네트워크를구성하였다. 측정된악취데이터는미들웨어서버에취합되어미들웨어어플리케이션을통하여데이터베이스에저장함에동시에모니터링프로그램의인터페이스를통해실시간으로화면에출력하고각종기능을수행하는응용프로그램을실행한다. 본장에서는시스템의각구성부분들과그들의기능에대하여설명한다. [ 그림 1] USN 기반의악취유발물질배출원감지모니터링시스템 [Fig. 1] USN-based Malodor Detection System for Malodor Sources 악취배출물질감지노드악취배출물질감지노드는센서로부터검출된신호를데이터로변환하는악취수집모듈과수집된데이터를센서네트워크로전송하는역할을수행하는센서노드로구성되어있으며맥스포사의 MTM-CM3100-MSP을이용하였다 [15]. 악취수집모듈은산업단지에서발생하는악취유발물질중악취기여도가높은물질로조사된황화수소및암모니아를측정하는센서들로구성되어있으며, 악취기여도가다소낮으나신경계장애유발및발암물질로측정의중요성이부각된 VOC 계열의물질을감지하기위해 PID 센서들로구성되어있다 [4,12,13,16]. 그림 2는악취수집보드에설치된센서의종류및외형이다 [11]. 2. 실시간악취유발물질배출원감지모니터링시스템구성및기능 2.1 USN 기반악취유발물질배출원감지모니터링시스템제안된 USN 기반의악취유발물질배출원감지모니터링시스템은그림 1과같이센서노드, 중계노드, 게이트웨이, 미들웨어, 데이터베이스서버, 모니터링클라이언트로구성된다. 센서필드는악취유발물질을감지하는다 (a) 황화수소센서 (b) 암모니아센서 (c) PID 센서 [ 그림 2] 악취수집노드에사용된센서 [Fig. 2] Sensors used the Malodor Detection Node 센서에서검출된아날로그신호들은디지털신호로변환하기위해 Atmega128에내장된아날로그-디지털변환기 (Analog-to-digital Converter; ADC) 를사용하여센서에 857

한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 2012 서감지된물질의농도를얻는다. 각센서별로감지할수있는물질의농도는아래표 1과같다. [ 표 1] 측정항목별감지사양 [Table 1] Detection Specification of Measurement Items 측정항목측정범위감지해상도 황화수소 (H 2S) 암모니아 (NH 3) VOC 0~5 ppm (0.

3 한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 2012 서감지된물질의농도를얻는다. 각센서별로감지할수있는물질의농도는아래표 1과같다. [ 표 1] 측정항목별감지사양 [Table 1] Detection Specification of Measurement Items 측정항목측정범위감지해상도 황화수소 (H 2S) 암모니아 (NH 3) VOC 0~5 ppm (0.06ppm이하 * ) 0~5 ppm (2ppm이하 * ) 0~30 ppm (30ppm이하 * ) 1 ppb 1 ppb 1 ppb 온도 -40~ 습도 0~100 % 0.1 % 형되지않음이확인된프레임은 TCP/IP 소켓통신을사용하여 Ethernet 망으로구성된네트워크를통해서버로전송한다 미들웨어서버미들웨어서버의주된역할은센서네트워크에서수집된데이터를최종적으로데이터베이스에저장시켜축적시키며, 부가적으로모니터링클라이언트로측정된데이터를제공하는역할을수행한다. 이를위해수집된데이터를표준화된구조의데이터베이스로축적시키기위한미들웨어어플리케이션이설치되며, 데이터베이스의물리적데이터저장장치로대용량 Storage가구성된다. 이러한미들웨어서버의전체구성은그림 3과같다. * : 악취의국가배출허용기준 각센서의측정범위는표 1과같으며측정범위의단위중 ppm은대기중의특정물질이포함되어있는농도로 1ppm은대기중 % 의농도로물질이포함되어있는의미를가지며 ppb는 0.001ppm을의미한다. 또한악취물질감지센서인경우 ppb단위의농도까지측정가능하며온도및습도분해능력은 0.1단위로측정가능하다. 주기적으로센서노드에서발생된악취유발물질의측정데이터를얻기위하여시리얼통신을이용하여요청메시지를악취수집모듈로전송한다 중계노드중계노드는악취배출물질감지노드인센서노드와동일한하드웨어를사용한다. 센서노드를제어하기위해사용되는칩셋은 TI사에서나온 MSP430F1611을사용하였다. 센서네트워크로데이터를전송하기위해사용된 CC2420은 IEEE 를지원하는 RF 칩으로 2.4GHz 의주파수대역과 250Kbps의데이터전송속도를지원한다 게이트웨이센서네트워크에서사용되는무선네트워크시스템은 PC환경에서사용하는 Ethernet 망으로이루어진네트워크와다르기때문에이들의중간에서매개체역할을수행하는시스템이요구된다. 이러한역할을수행하는하드웨어를게이트웨이라한다. 사용된제품의모델은 GW-AU1200이다 [15]. 게이트웨이는중계노드와시리얼통신을통하여센서네트워크의데이터를받는다. 중계노드로부터전송된프레임은 CRC에의하여데이터의오류유무를판별한다. 만약오류가발생하면버리게되고변 [ 그림 3] 미들웨어시스템구성도 [Fig. 3] Middleware System Configuration Ethernet 망으로구성된유선네트워크로부터게이트웨이의데이터가수신되며, 수신된센서데이터는미들웨어어플리케이션을통해처리된다. 악취감지노드로부터전송된데이터는 Payload 필드데이터를분석하여데이터베이스에저장하며, 해당필드의내용은악취수집보드에서응답하여생성된패킷구조를따르는데이터가존재한다. 모니터링클라이언트는수집된데이터를사용자의모니터링목적에적합한형태로정보를제공하는역할을하며, 미들웨어를통해데이터베이스로축적된데이터를주기적으로조회하는방식으로최신데이터를어플리케이션에서갱신한다. 일반적으로모니터링클라이언트와미들웨어서버는내부네트워크로구성된인트라넷으로물리적으로연결되어수집된정보를요청하여제공받는다. 3. 실시간악취유발물질배출원감지모니터링클라이언트 본논문에서제안하려는악취감지모니터링클라이언트의구성도은그림 4와같다. 센서네트워크에서이더넷 858

모니터링클라이언트는인트라넷 (Intranet) 으로구성된네트워크를통하여미들웨어서버로부터센서정보를수집하여센서의위치를표시하기위한데이터로사용하며축적된센서데이터를주기적으로조회하여실시간모니터링을수행한다. 3.

4 망을통하여미들웨어서버로전송되면미들웨어어플리케이션을통하여데이터베이스로측정된악취데이터가축적된다. 모니터링시스템은운영방법상크게 PC 어플리케이션과웹서비스어플리케이션으로구분된다 [18]. [ 그림 4] 악취감지모니터링클라이언트의구성도 [Fig. 4] Configuration of Malodor Monitoring Client 본모니터링시스템은폭넓게상용화된방법인 PC 어플리케이션을기반으로구성하였다. 미들웨어로부터전송된센서데이터를사용하며모니터링어플리케이션에서는센서위치정보, 업체위치정보및상세정보를저장하기위한테이블들을별도로구축하여정보를제공한다. 모니터링클라이언트는인트라넷 (Intranet) 으로구성된네트워크를통하여미들웨어서버로부터센서정보를수집하여센서의위치를표시하기위한데이터로사용하며축적된센서데이터를주기적으로조회하여실시간모니터링을수행한다. 3.1 데이터베이스구성 미들웨어어플리케이션을통해저장된데이터는악취데이터테이블을구성하고모니터링어플리케이션을위해추가로구축된테이블을포함한전체테이블구성은그림 5와같이설계되었다. 센서노드의위치정보가저장되는 SensorNode 테이블과위치를기준으로주변업체의정보를조회하기위한 Company 테이블및 USN 기반의악취측정시스템에서수집되는실시간적인악취데이터가저장되는 SmellData 테이블로구성하였다. 실시간악취감지모니터링시스템에서사용하는데이터베이스테이블구성내용은표 2와같다. [ 표 2] 구성된테이블구성및역할 [Table 2] Part of Constructed Table 테이블명필드데이터 SensorNode SmellData Company sensornodeindex name positionx positiony comment smelldataindex sensornodeindex pid nh3 h2s regdate companyindex name positionx positiony address managername manaager managerphone comment 테이블의주키 임의로지정된센서의이름 지도상의센서위치중 X 좌표값 지도상의센서위치중 Y 좌표값 자세한설명을기록하기위한필드 테이블의주키 SensorNode와 foreign key 관계가이루어진필드 악취를유발하는유기화합물질의측정값악취를유발하는암모니아의측정값악취를유발하는황화수소의측정값데이터가수집된시간 테이블의주키 업체이름 업체위치중 X 좌표값 업체위치중 Y 좌표값 업체의실제주소 업체의관리자이름 업체의관리자메일주소 업체의관리자연락처 자세한설명을기록하기위한필드 악취측정시스템에서가장최근측정된데이터는 SmellData 테이블의필드중 regdate의값이가장높은항목의값이가장최근측정된데이터이다. 모니터링시스템은지도상에표시되는센서노드정보와데이터베이스에서조회되는센서의값을 sensornodeindex 필드의값과비교하여센서노드에서측정된데이터를표시하게된다. 또한센서노드가설치된주변의업체를조회하기위해 positionx 및 positiony 필드가사용되며, 악취의농도가높게측정되어주변업체의정보가필요하게되면 SensorNode 테이블과 Company 테이블의 positionx 및 positiony 필드의값의차이를사용하여조회한다. [ 그림 5] 구성된테이블의클래스다이어그램 [Fig. 5] Constructed Table of Class Diagram 3.2 소프트웨어구성제안하는모니터링시스템의소프트웨어구성은그림 859

한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 2012 6과같이업체조회모듈, 데이터디스플레이모듈, 데이터조회모듈로구성하였다 [10]. USN 기반의악취감지시스템으로부터수신되는센서데이터는미들웨어어플리케이션을통해데이터를수신및가공하여데이터베이스로저장한다. 또한모니터링어플리케이션은데이터베이스로부터센서정보, 업체정보및악취데이터를조회한다. db.companies.

구현및검토 [ 그림 6] 모니터링어플리케이션소프트웨어구성도 [Fig. 6] Configuration of Monitoring Application Software 3.3 주변업체검색알고리즘 지도상에표시된센서의상태가강한악취를나타내는붉은색으로표시될경우해당센서의주변업체를조회하여악취발생유형을분석하기위해지정된거리를기준으로 0.0~1.

모니터링시스템에서표현하려고하는악취데이터는황화수소, 암모니아및 PID 센서의측정값을사용하여모니터링하였다. 모니터링프로그램은 Microsoft의.Net Framework 4.0과 WPF(Windows Presentation Foundation) 를사용하여구현하였다.

5 한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 과같이업체조회모듈, 데이터디스플레이모듈, 데이터조회모듈로구성하였다 [10]. USN 기반의악취감지시스템으로부터수신되는센서데이터는미들웨어어플리케이션을통해데이터를수신및가공하여데이터베이스로저장한다. 또한모니터링어플리케이션은데이터베이스로부터센서정보, 업체정보및악취데이터를조회한다. db.companies.where(ex => ex.positionx > position.x - percentx && ex.positionx < position.x + percentx && ex.positiony > position.y - parcenty && ex.positiony < position.y + parcenty); // 업체목록표시코드생략 4. 구현및검토 [ 그림 6] 모니터링어플리케이션소프트웨어구성도 [Fig. 6] Configuration of Monitoring Application Software 3.3 주변업체검색알고리즘 지도상에표시된센서의상태가강한악취를나타내는붉은색으로표시될경우해당센서의주변업체를조회하여악취발생유형을분석하기위해지정된거리를기준으로 0.0~1.0의값으로저장된상태좌표의값을계산하여데이터베이스에서조회해야한다. 이를위한동작은표 3과같다. 업체조회를위한화면에서기본거리값을상황에따라범위를선택할수있도록구성되어있으며지도의축적값과총지도상의거리를통해얻어진전체넓이의역수를지정된범위의거리를곱하여데이터베이스에저장된업체의상대위치값으로변환한다. 이를통해선택된센서의위치와값의차이를사용하여주변업체를조회한다. 모니터링시스템에서표현하려고하는악취데이터는황화수소, 암모니아및 PID 센서의측정값을사용하여모니터링하였다. 모니터링프로그램은 Microsoft의.Net Framework 4.0과 WPF(Windows Presentation Foundation) 를사용하여구현하였다. 데이터베이스는 Microsoft의 Sql Server 2008을사용하였으며운영체계는 Windows 7을사용하였다. 실시간악취감지시스템에서사용되는데이터베이스의데이터를확인하기위해 Microsoft SQL Server Management Studio를사용하여 SensorNode 테이블을조회하였으며입력된데이터는그림 7과같다. [ 그림 7] SensorNode 테이블데이터조회화면 [Fig. 7] Inquiry Data Window of Sensor Node Table [ 표 3] 주변업체조회코드 [Table 3] Inquiry Code of Malodor Discharge Companies // 업체검색을위해지정된가로및세로범위. int widtharea = Int32.Parse(xRange.Text); int heightarea = Int32.Parse(yRange.Text); // 지정된거리 ( 미터단위 ) 를지도의상대좌표로변환하기위한상수를곱한다. double percentx = widtharea * ; double parcenty = heightarea * ; // 지정된센서위치를기반으로계산된상대좌표를사용하여데이터를얻어온다. IQueryable<Company> icompanys = [ 그림 8] 설치된센서노드의위치 [Fig. 8] Distribution Status of the Installed Sensor Nodes 860

6 각센서가설치된위치를의미하는 name 필드로정보가입력되어있으며모니터링프로그램의지도상의위치정보를제공하기위해 position X 및 position Y 필드에지도상의상대위치정보를기록하였다. 위치정보는지도의가로및세로를 0~1 범위의실수형식으로입력되어있다. 그림 8은 SensorNode 테이블의정보를사용하여표현된노드의위치모습이다. 다음 (Daum) 에서제공하는지도서비스에서반월산업단지의염색단지및주변을캡처한화면을사용하며가로및세로를 0~1 범위의실수형상대수치로계산되어입력된센서노드의위치를지도상에표시한다. 화면에나타나는센서노드는실제설치된센서노드의위치와동일한위치에표시가되어있으며, 악취의기여도가높은곳으로선정된염색단지 (1.5km 1.5km ) 를총 8개의구역으로구분하여각구역별로 1개의게이트웨이와 1~4개의중계노드및 3~6개의악취센서노드가설치되었다. 중계노드에서센서노드의배치간격은최소 50m에서최대 300m이며, 설치장소는함체를이용하여전신주에설치하였다 [11]. 지도상에나타나는노드는어플리케이션내부에서 SensorNode와 SmellData 테이블과 1:n 관계를가지는 sensornodeindex 정보를담고있으며측정된데이터는 regdate 필드에수신된시간정보가저장되어각센서별로최근측정된값은해당필드로정렬하여가장높은값을가지는행을조회하여얻을수있다. 악취를파악하기위해서는측정된물질의농도보다실질적으로미치는영향을악취도기준으로전환하여비교한다 [4]. 현행악취방지법에서정하고있는지정악취물질의악취 ( 냄새 ) 세기와농도와의상관관계를우리나라의대기환경보전법에서는다음의표 4와같이정하여운영하고있다 [6]. 이실험하였다 [11]. 악취물질 H 2S에대해서는 H 2S 표준가스를무취공기로희석하여분석시료를만든후기체크로마토그래피분석법을통해 H 2S의악취세기와악취물질농도의관계및관능평가를알아보았으며실험결과를그림 9에나타내었다 [17]. [ 그림 9] H 2S 가스농도와악취세기의관계 [Fig. 9] The Relationship between Concentration of H 2S Gas and Malodor Intensity 악취세기와 H 2S의악취물질농도간에는지수상관을가지며상관계수가 일때높은상관성을나타내었다. 마찬가지로 NH 3 에대해서는흡광광도계를이용한분석법을이용하였다. NH 3 의악취세기와악취물질농도간에도지수상관을가지며상관계수가 일때높은상관성을나타내었다. 실험결과는그림 10과같다 [17]. VOC는고체흡착열탈착법에의한시험방법을사용하였으며, VOC의악취세기와악취물질농도간에도지수상관을가지며상관계수가 일때높은상관성을나타내었다. 그결과는그림 11과같다 [17]. [ 표 4] 악취물질의농도와냄새세기와의관계 [Table 4] The Relationship between Concentration of Malodor Compounds and Malodor Intensity VOC 물질명 H 2S NH 3 (Toluene) ,000 11,000 냄새세기 ,000 25,000 (ppb) ,000 56, , , , ,000 악취물질들의농도 ( 센서값 ) 와악취세기와의관계를알기위해악취물질시료로악취가스를사용하여다음과같 [ 그림 10] NH 3 가스농도와악취세기의관계 [Fig. 10] The Relationship between Concentration of NH 3 Gas and Malodor Intensity 861

7 한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 2012 [ 표 6] 물질별악취도계산식 [Table 6] Formula for Malodor Concentrations Related with Malodor Compounds 항목 수식 H 2S 악취도 = ln[( 측정값-0.2)/ ] * 악취도 = ln[( 측정값 +50) NH 3 / ]* VOC 악취도 = ln[( 측정값 )/ ] * [ 그림 11] Toluene 가스농도와악취세기의관계 [Fig. 11] The Relationship between Concentration of Toluene Gas and Malodor Intensity 따라서악취물질의농도와악취세기사이의관계는아래의 ( 식 ) 1로표현할수있으며 [19, 20], 악취물질에따라각각의상수를다르게적용된다. (1) X : 악취세기, Y : 악취물질별농도 A1, t1, Y0 : 악취물질별상수값 위의관계로부터, 악취센서모듈로부터얻어진악취물질별의농도값으로악취세기를구하기위해서는 ( 식 ) 2를사용하며, 악취물질별로표 5에표기된관계상수값을적용하여계산할수있다. (2) [ 표 5] 악취물질의농도와악취세기의관계상수값 [Table 5] The Relationship Constant Value between Concentration of Malodor Compounds and Malodor Intensity 모니터링시스템에서표시되는악취도는각물질별로계산된악취도값중가장높은값을사용하게되며, 지도상에나타나는센서노드아이콘색의기준이되는악취도은표 6과같은식을사용하여구한다. [ 표 7] 악취도에따른아이콘색상 [Table 7] The Icon Colors according to Malodor Concentrations 구분 1단계 2단계 3단계 악취도범위 0~ ~ ~5.0 표현색상 녹색 주황색 붉은색 따라서지도상에표시되는센서노드의색은 6의악취도에의해얻을수있는악취도이며악취도에따라아이콘색은표 7과같이표현하였다. 모니터링프로그램은악취데이터를조회하여아이콘상태를업데이트한다. 또한지도상에나타나는센서의아이콘은측정된데이터의위치와각물질별악취강도를측정한다. 측정된악취세기가 1.5이상일경우는주황색또는붉은색아이콘으로표시되며정상상태일경우초록색아이콘으로상태가변경된다. 최종적으로모니터링화면에현제상태를표시하기위한지도컨트롤모듈소프트웨어를수행하여지도상에표시한다. 그림 12는측정된센서데이터가최종적으로화면에아이콘별로표시되는과정을나타낸다. 악취원인물질 Y0 A1 t1 H 2S NH VOC (Toluene) 이상과같이악취센서모듈로부터얻어진악취물질의가스농도를사용하여악취세기를유추할수있는관계수식을표 6과같이구할수있다 [17]. 여기서측정값의단위는 ppb이다. [ 그림 12] 데이터흐름도 [Fig. 12] Flow chart of data gathering 862

모니터링어플리케이션모듈은데이터베이스로센서노드의위치및설치위치를나타내는이름정보를조회하며각센서의측정데이터를조회한다. 조회지점의악취도를계산하여각단계별로정해진색의아이콘을지도컨트롤에서화면으로표현한다. 센서노드의색이붉은색이된경우는측정된물질의농도가사람이맡을경우높은강도의악취가발생되고있음을나타나게되고오랫동안지속적으로발생하면주거지역까지악취가발생될수있음을의미한다.

이를업체조회를통해입력된업종을파악하여대략적인발생물질의원인을파악할수있으며이를통하여상세한악취저감계획을위한자료로사용할수있다. 그림 14는모니터링프로그램을구동한모습이다. 그림에서센서아이콘우측으로센서의측정값이표시되어각악취수집보드가위치하는장소에서측정되는데이터를확인할수있다. 또한밀집되어겹쳐진노드는화면좌측상단의버튼을클릭하여지도를확대및축소를하여확인할수있다.

8 모니터링어플리케이션모듈은데이터베이스로센서노드의위치및설치위치를나타내는이름정보를조회하며각센서의측정데이터를조회한다. 조회지점의악취도를계산하여각단계별로정해진색의아이콘을지도컨트롤에서화면으로표현한다. 센서노드의색이붉은색이된경우는측정된물질의농도가사람이맡을경우높은강도의악취가발생되고있음을나타나게되고오랫동안지속적으로발생하면주거지역까지악취가발생될수있음을의미한다. 만약높은수치의악취도가꾸준히발생하게되면해당주변업체의단속이필요함을의미하게되며, 주변업체의조회를통해관리를위한자료를재공하게된다. 그림 13은지도상의센서아이콘을클릭하였을때표시되는인근업체의조회화면이다. 악취관리대책을위해서는주로악취가배출되는업체의공정을분석하는절차가필요하다 [3]. 이를업체조회를통해입력된업종을파악하여대략적인발생물질의원인을파악할수있으며이를통하여상세한악취저감계획을위한자료로사용할수있다. 그림 14는모니터링프로그램을구동한모습이다. 그림에서센서아이콘우측으로센서의측정값이표시되어각악취수집보드가위치하는장소에서측정되는데이터를확인할수있다. 또한밀집되어겹쳐진노드는화면좌측상단의버튼을클릭하여지도를확대및축소를하여확인할수있다. 제안된실시간악취감지모니터링시스템과고정식악취측정망을구축하여모니터링하는기존시스템과표 8과같이기능을비교하였다. 기존시스템은한시간단위로대기환경을측정한결과가수집되므로악취가발생되면신속하게모니터링을할수없었지만제안된시스템은 USN 기반으로실시간적인측정이가능하므로빠른대처가가능하게된다. [ 표 8] 기존시스템과제안된시스템기능비교 [Table 8] Merit Comparison between The Proposed System and Other System 구분 기존시스템 제안된시스템 실시간감시 X O 정량데이터검출 X O 악취발생위치표출 X O 주변업체조회 X O [ 그림 13] 센서주변업체조회화면 [Fig. 13] Inquiry Window of Malodor Discharge Companies around the Source 또한악취배출업체에가까이설치되므로실제배출되는악취유발물질의정량검출이가능하다. 체계적인악취배출업체를관리하기위해요구된실제악취가발생하는위치는염색단지의여러위치에설치된악취감지노드를통해대략적인위치의구분이가능하게되었으며, 업체정보와위치를데이터베이스에입력함으로써주변의업체정보를조회할수있다. 이런시스템을활용하여모니터링하게되면주거지역에서발생되는악취민원의원인을관리할수있으므로꾸준한모니터링및단속을하면효과적으로민원을절감할수있음을기대할수있다. 5. 결론 [ 그림 14] 악취감시모니터링시스템 [Fig. 14] Malodor Monitoring System 기존시행하던악취측정시스템은고가의구축비용이요구되어많은수의측정시스템을구축하지못하며, 큰규모의공간을요구하여업체가밀집되어있는지역에구축하기에는한계가있다. 또한주거지역에설치되어있기때문에공단지역에서발생되는악취유발물질이이미대기중에희석되어측정되므로실제발생하는물질의농도를측정할수없다. 또한악취가발상한위치를알수없으므로산업단지내부에서발생하는악취를측정할수없다. 악취문제를해결하기위해민간환경감시단 863

9 한국산학기술학회논문지제 13 권제 2 호, 2012 과악취측정시스템이구축된차량을운영하여공단지역의악취배출상태를측정 조사하고, 지속적인업체단속을통해악취민원을줄일수있었으나여전히산업단지에서는악취유발물질이발생하기때문에, 악취발생업체를체계적으로관리하여산업단지에서발생하는악취의감소를통해꾸준히발생하는민원을해결하기위한방법이요구되었다. 본논문에서이러한문제들을해결하기위하여유비쿼터스센서네트워크를이용한실시간약취유발물질배출원의모니터링시스템을제안하였다. 제안된모니터링시스템은산업단지에설치된악취수집노드의위치를표현함으로써악취가발생되는위치를한눈에알수있게하였다. 또한측정된물질의 3단계로농도가아닌실제사람이느끼는악취의세기를수치화하여그래픽으로표현을하여악취발생의상태를표현함으로서실제측정된악취유발물질의농도가어느정도강한악취를유발하는지모르더라도화면상으로표시되는센서노드의상태를확인함으로서현재의악취상태를쉽게파악할수있다. 뿐만아니라, 지도상의센서노드를클릭하게되면센서의주변업체를거리기준으로조회되여강한악취가발생한주변업체의종류를파악할수있도록구현되었다. 악취가측정된위치의주변에분포하는업체의종류와데이터베이스에입력된업체의정보는체계적인관리를위해필요한자료로사용된다. 이를통해업체관리방안을계획하여실제악취가배출되는업체의관리효율을높일수있음을알수가있다. References [1] Ministry of Environment Republic of Korea", White Paper of Environment, 810p.,2010. [2] Won Ho Shik, "Pilot Projects and Study on the Improvement of Odor Monitoring Project in the Ansan Industrial Complex", Ansan Environment Technology Development Center, 221p., 2008, [3] Research on Odor Emission Sources in Sihwa and Banwol Industrial Complex by Participation of the Residents", Korean Journal of Odor Research and Engineering Vol. 5, No. 2, pp , [4] Eui-Chan Jeon, "The Study on the Method of the Management for the Odor in Ansan Area", Ansan Environment Technology Development Center, 659p., [5] Jin-Seok Han, et al, "The Present Status of odor Management Area and the Construction of Odor Monitoring System", Korean Journal of Odor Research and Engineering Vol. 7, No. 4, pp , [6] In Sub Kil, "Research on Tracking System of Odor Emission by Real-Time Odor Monitoring System", Graduate School of Knowledge-based Technology and Energy Korea Polytechnic University, June, 207p., [7] Young Seong Yoo, "A Study on the Effective Odor Reduction in the Area Where Strong Civil Complaints Take Place to Odor", Gyeonggi Research Institute, October, 117p.,2007. [8] Ye Jin Choi, et al, "Odorous Pollutant Concentration Levels in the Ban-Wall industrial Area and Its Surrounding Regions", Journal of the Korean Earth Science Society, Col. 27, No. 2, pp , [9] Dae-Woo Choi, Implementation of a Testbed for Wireless Sensor Network Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society / Vol.12, No.1, pp , [10] Hyung-Don Lee, "Real-time Odor Detection Monitoring System Based on Ubiquitous Sensor Network" Department of Electronics Graduate School, Kangwon National University, [11] MAXFOR TECHNOLOGY INC. Consortium, " Task specification of development projects by U-Clearn Industrial Park Information Unify System, [12] Kim, Hyun-Wuk, "A Survey on Countermeasures for Reducing through Researching on Odor Emission Sources and VOC generated from Namdong Area, Incheon Regional Environment Technology Development Center, 95p., [13] Suk-Hyun Cho, "A feasibility of Establishing Local Emission Standard in Namdong Industrial Complexes", Incheon Regional Environment Technology Development Center, 104p., 2006 [14] Wikipedia, "Weber-Fechner law", /wiki/weber%e2%80%93fechner_law [15] MAXFOR TECHNOLOGY INC., " [16] Jin-Kwan Park, et al, "Developing of VOC sensor Signal Processing System using Embedded System on the Web Environment", Journal of the Korea Academia- Industrial cooperation Society /Vol. 12, No. 1 pp , [17] Jung, Byung-Gil. Technical Development Report, Transform between concentration of Odor Gases and Odor Intensity, SENCO co. Technical Development Report, pp.6-9, [18] Yu Myung-Han, "Improvement of The Real-time USN 864

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이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN