Vol. 02 데이터로 미래를 보다 미세먼지 이슈와 빅데이터 활용 방안
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 는빅데이터기반이슈스캔을통해지능정보사회에등장할사회현안들을선제적으로탐지하고, 데이터기반의정책의사결정방향을제시하기위해한국정보화진흥원 (NIA) 에서기획, 발간하는보고서입니다. 1. 이보고서는과학기술정보통신부 데이터기반미래전략정책지원사업 의결과물이므로, 보고서의내용을발표할때는반드시과학기술정보통신부방송통신발전기금사업의연구결과임을밝혀야합니다. 2. 보고서내용의무단전재를금하며, 가공 인용할때는반드시출처를 한국정보화진흥원 (NIA) 이라고밝혀주시기바랍니다. 3. 본보고서의내용은한국정보화진흥원의공식견해와다를수있습니다. 4. 본보고서는한국정보화진흥원 (www.nia.or.kr), 또는한국정보화진흥원 K-ICT 빅데이터센터 (kbig.kr) 에서도볼수있습니다.
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 작성 한국과학기술연구원 (KIST) 환경복지연구단 미세먼지국가전략프로젝트사업단장 배귀남책임연구원 (02-958-5676, gnbae@kist.re.kr) 한국정보화진흥원 (NIA) 미래전략센터 박지영선임연구원 (053-230-1294, jiyoung.park@nia.or.kr)
1. 빅데이터로본미세먼지이슈와사회적인식변화 2. 국내대기질개선을위한대응 3. 국내미세먼지의특징 4. 빅데이터를활용한미세먼지솔루션 08 13 17 22
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 요약 미세먼지이슈는최근 10년동안급격히증가하여사계절이슈로부상 - 빅데이터분석결과, 13년을기점으로이전에는 미세먼지 를봄철일시적인대기오염현상으로인식하였으나최근에는생명위협요소로인식변화 - 기상예보및미세먼지수치정보에대한수요가급격히증가하였으나, 최근예보정확성논란이일면서정보제공처로국내포털사이트및해외기상정보가등장 - 17년도상반기에서는미세먼지문제를정부주도로선결해야할정책사안이자아시아지역의공통의제로인식확대 한국은 1980년대부터대기환경기준을제정, 2014년부터는예보등급을제정하여주의보발령등정책대응추진 - 1983년부터총먼지 (TSP) 를도입하여대기환경기준을제정하였으며, 12년에는미세먼지 (PM 2.5 ) 가도입되어 15년부터시행됨 - 국민건강피해최소화를위해 14년부터부유먼지, 미세먼지농도에따라 4등급으로예보등급구분및경보발령 한국형미세먼지는한국의시간적 공간적발생원인및대기오염물질특성에기반한통합적대응방안이필요 - 미세먼지는대기기상조건과물리화학적반응에따라결정되는데한국은시간적 공간적영향으로미세먼지오염이계절에따라달라짐 - 한국의겨울철, 봄철의오염현상은유사스모그 ( 런던, 로스앤젤리스스모그 ) 현상과달리잘알지못하는상황으로복잡한발생원인에대한정부와기업주도의관리가필요
- 먼지중에는대기중에서물리화학적반응으로먼지로변환되는경우도 있어각대기오염물질별관리와함께통합관리가필요 전세계적으로대기질개선을위해과학기술기반솔루션을추진중 - 북미에서는과학자들이정책입안자들을위해선진형미세먼지관리체계를제시하고미세먼지의과학적지식을정리하여 2004 년책으로발간 - 그외해외대도시에서는자동차배출허용기준강화를통해대기질관리및차량제한방식을운영중 한국은과학-정책 -기술연계미세먼지솔루션을제시하였으며, 이를위해파편화된대기오염데이터의통합적관리체계구축이필요 - 한국은독립적으로추진되어온대기환경정책과환경보건정책을통합한과학-정책-기술연계미세먼지솔루션을제시 - 현재수집중인지상데이터는대중에게공개되고있으며, 여기에 3차원관측빅데이터를구축하여대기질모델링개선및예보정확도개선추진중 - 또한, 단편적 제한적으로축적되고있는국내외대기오염관련정보를활용하기위해통합적빅데이터수집플랫폼및활용계획수립할필요
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 1 빅데이터로본미세먼지이슈와사회적인식변화 빅데이터분석개요 미세먼지 이슈버즈량추이, 주요연관어분석및인식변화탐색 분석기간 : 2008 년 1 월 1 일 ~ 2017 년 5 월 31 일 분석대상 : NIA 비정형데이터분석인프라 온라인뉴스 (97,421 건 (10 년 )) 미세먼지 이슈의인식변화 2013년중국발스모그현상이후, 미세먼지 이슈는급격히증가하여, 사계절이슈로부상 - 최근 10년 (2008년이후 ) 동안온라인뉴스에등장한 미세먼지 이슈는 2013년을기점으로기하급수적으로증가 - 월별버즈량추이 (2012년 ~) 를살펴보면, 과거에는봄철 (3~5월) 에집중되어있었으나, 최근으로올수록가을 겨울철에도언급량이높아여름철을제외한사계절이슈로자리매김 - 2017년봄, 미세먼지 이슈는상반기 (1~5월) 에만 16년도연간버즈량수준으로나타나며이슈화 8
미세먼지 관련온라인뉴스버즈량추이 최근 10 년간버즈량변화 문서 ( 건 ) 최근 5 년간월간버즈량변화 문서 ( 건 ) 출처 : NIA 비정형데이터분석인프라 (2012.1.1. ~ 2017.5.31.) 미세먼지 는일시적인환경오염현상에서생명과직결된위협요소로인식변화 - 미세먼지 연관어분석결과, 13년이전에는 미세먼지 오염을 청소용품, 공기청정기 등전자제품으로해결할수있는 황사철 한시적인대기오염현상으로인식 - 또한, 실외활동을위한예방책으로 황사마스크 가활용되었으나, 16년에이르러 분진용 _ 특수 ( 마스크 ) 가등장하는등악화된대기질환경에따른예방행동의 9
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 변화가나타남 청정기 는꾸준히상위에등장하고있으나, 2012 년에는전자제품업체의홍보가주내용인반면, 점차 호흡기, 실내공기, 필수가전 등실내공기개선을위한대중들의필수가전제품으로인식변화 공기청정기 연관어변화 2012 년 vs 2016 년 2012 년 2016 년 출처 : NIA 비정형데이터분석인프라 - 13년중국발스모그현상이후, 미세먼지주의보 가시행되면서 기상청, 국립환경과학원, 마이크로그램 등기상예보및미세먼지수치정보가꾸준히증가 공식적으로 14년부터전국에미세먼지주의보발령이시행되었으나, 13년 12월 5일서울시에서미세먼지주의보를발령하며, 13년상위이슈로나타남 - 그러나 17년상반기에미세먼지예보정보의정확성논란이일면서미세먼지데이터 측정 관련내용이대거상위를차지하였으며, 정보제공처로포털사이트 네이버, 일본 기상정보등이등장 - 그밖에, 호흡기, 노약자, 호흡기질환자 등건강취약층대상으로다뤄지던미세먼지주의보관련내용은점차 심혈관, 뇌질환, 면역력 등구체적인질병명과함께영향을미치는대상범위도확대 10
미세먼지 관련상위 Top30 연관어변화 순위 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년 2017년 1 서울 서울 서울 주의보 주의보 중국 2 청소기 중국발 호흡기 미세먼지 _ 주의보 서울 주의보 3 청정기 주의보 주의보 서울 호흡기 네이버 4 대기질 중국발 _ 미세먼지 중국발 수도권 미세먼지 _ 주의보 서울 5 연평균 미세먼지 _ 주의보 중금속 지하철역 미세먼지 _ 예방법 미세먼지 _ 주의보 6 이산화질소 수도권 미세먼지 _ 주의보 중국 중국 호흡기 7 인천 호흡기 미세먼지 _1000배호흡기 청주 청정기 8 중국 부산 수도권 국립환경과학원 국립환경과학원 환경부 9 한국 환경부 돼지고기 강원 심혈관 교육청 10 환경부 국립환경과학원 국립환경과학원 미세먼지 _ 피부관리 수도권 일본 11 삼성전자 황사마스크 노약자 제주 강원 측정기 12 자동차 마이크로그램 미세먼지 _ 예방법 기상청 자동차 페이스북 13 수도권 기상청 일평균 인천 경북 발전소 14 대기오염 오염물질 누리꾼 실외활동 고양 측정소 15 대기환경기준 노약자 황사마스크 청정기 오염물질 미세먼지 _ 측정기 16 LG 예비단계 마이크로그램 중금속 환경부 국립환경과학원 17 호흡기 수도권 _ 미세먼지 서울 _ 미세먼지 _ 농도지하철역 _ 미세먼지 인천 우리나라 18 국립환경과학원 질환자 기상청 마이크로그램 대구 한국 19 측정소 화합물 오염물질 대구 흙먼지 전문가 20 헤파 강원 네티즌들 세계보건기구 김포 자동차 21 연구원 평소 _2~3배 환경부 청소기 뇌질환 대기질 22 황사철 우리나라 세제곱 미세먼지 _ 일평균 중금속 중국발 _ 미세먼지 23 부산 측정소 지용성 자동차 청정기 기상청 24 입경 가능성 충청권 환경부 세계보건기구 야외수업 25 대구 폐포 유해 _ 물질 기준치 평균 _ 농도 심혈관 26 아시아 시민들 호남 충청 분진용 _ 특수 대기환경정보 27 True 심장질환 기관지 _ 점막 황사마스크 피부트러블 날씨 _ 영상 28 겨울철 전문가 아시아 시간당 _ 평균 충북 수도권 29 천연가스 충청권 중국발 _ 스모그 질환자 마이크로미터 질환자 30 일렉트로룩스 미세먼지 _ 경보제 체내 _ 흡수 심혈관 면역력 대기상태 분석대상 : 온라인뉴스 주황 : 미세먼지경보, 주의보관련키워드 파랑 : 미세먼지예방책관련키워드 녹색 : 질병, 질환과관련키워드 빨강 : 미세먼지발생시기관련키워드 11
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 17년상반기에는 미세먼지 를정부주도로선결해야할이슈이자아시아지역의공통의제로인식 - 17년도상반기예년보다극심한수준의미세먼지가발생한가운데온라인에서는 환경협약, 조세특례제한법, 실내공기질법 등미세먼지저감관련법안에높은관심을나타냄 - 환경정책에대한관심은특히, 대선기간후보자들의미세먼지관련공약과 석탄화력발전소, 한중정상회담의제 등문재인정부의환경정책에집중되어있으며, 정책해결이시급한정책아젠다로인식 - 한편, 미세먼지 발원지로인식된 중국 을상대로 환경단체 의 손배소 등강경한태도가사안의심각성을드러내는반면, 대기질악화를아시아지역의공통의제로인식하여문제해결을위해 중국 을 공동연구 수행자로인식확대 17 년도상반기 미세먼지 이슈의주요내용 그래프시각화에는 NodeXL 를사용하였으며, 노드 ( 키워드 ) 는키워드간연결관계가높을수록크고, 분홍색을띔 12
2 국내대기질개선을위한대응 국내대기질관리체계의변화 1980년대부터대기환경기준제정등대기오염물질관리시작 - 한국은대기질관리를위해 1978년이산화황 (SO 2 ) 을시작으로 1983년부터본격적으로대기환경기준을제정하여대기질을관리하기시작 미국환경청 (US EPA) 은 1971년부터국가대기질기준 (NAAQS) 을제정하여보건 (public health) 과복지 (public welfare) 관점에서대기질을관리하고있음 국내대기환경기준의변화 구분총먼지 (TSP) 부유먼지 (PM 10) 미세먼지 (PM 2.5) 주요내용 1983년총먼지 (TSP, total suspended particles) 도입 2001년총먼지폐지 1993년도입후 1995년부터시행 2012년도입후 2015년부터시행 13
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 참고 미세먼지환경기준과주요용어읽기 미세먼지환경기준 구분부유먼지 (PM 10) 미세먼지 (PM 2.5) 초미세먼지 (PM 1.0) 정의 공기중에는다양한형상의먼지가부유하는데, 그중부유먼지는크기 ( 지름 ) 가 10μm 보다작은것을의미 미세먼지는부유먼지의일부로, 부유먼지중에서크기 ( 지름 ) 가 2.5μm 보다작은것을의미 초미세먼지는부유먼지중에서크기 ( 지름 ) 가 1.0μm 보다작은것을의미 환경부는 2017 년 3 월대기환경기준을국제기준에맞춰기존 미세먼지 (PM 10) 를 부유먼지 로, 초미세먼지 (PM 2.5) 를 미세먼지 로, 그리고 PM 1.0 이하를 초미세먼지 로용어를변경하였으며, 본보고서에서는개정안을기준으로적용하였음 주요용어 용어정의비고 PM 입자상물질 (Particle Matter PM 피엠 ) ( 동의어 ) 입자, 먼지, 에에로졸 ( 대기질 관측시주로사용되며, 액상또는고체 상태로존재하는미세입자를포괄하는물질 ) 1μm 마이크로미터 (μm) 1μm 는 100 만분의 1m 먼지크기를표현 1μg/m 3 마이크로그램 (μg) 1μg 는 100 만분의 1g 1μg/m 3 는세제곱미터당 1 마이크로그램 먼지농도를표현 - ( 총먼지 ) 정부의강력한대기질관리정책에힘입어 1990년약 150μg/m 3 수준이던서울시의연평균총먼지농도가 1995년에는약 85μg/m 3 으로크게감소 - ( 부유먼지 ) 1995년부터관측시작한이래서울시의연평균부유먼지농도는계속감소하다가 1998년이후로 2002년까지증가하였으며, 정부에서는 2003년 12월 수도권대기환경개선에관한특별법 을제정하여강력한대기오염물질관리정책추진 - 이에따라, 2003년 69μg/m 3 수준이던서울시의연평균부유먼지농도는 2012년까지감소추세를보이다가중국에서극심한스모그가발생한 2013년부터더이상감소하지않고 45~48μg/m 3 수준에서정체 14
서울시의연평균총먼지 (TSP), 부유먼지 (PM 10) 및미세먼지 (PM 2.5) 농도추이 출처 : 바른과학기술사회실현을위한국민연합, 과실연제 110 차오픈포럼, 2017.6.5. 2014년부터예보등급제정하여위험상황시주의보발령 - 환경부에서는대기오염으로인한국민건강피해를최소화시키기위하여부유먼지는 2014년 2월, 미세먼지는 2015년 1월부터날마다부유먼지와미세먼지농도에따라 4개등급으로예보 - 예보등급에따라민감군 ( 어린이, 노인, 천식같은폐질환및심장질환을앓고있는어른 ) 과일반인의행동요령을제시 - 또한, 부유먼지, 미세먼지농도가높은경우주의보또는경보를발령하여시민건강보호를위한행동요령을제시하고, 대기오염개선을위한조치사항도규정 부유먼지주의보는 2015년 3회, 2016년 6회발령되었고, 미세먼지주의보는 2015년 6회발령되었으나 2016년에는없었음 - 그러나미세먼지주의보발령회수가증가한것만으로최근의고농도미세먼지오염현상을설명하기에는부족 15
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 참고 미세먼지예보등급과경보기준 한국의미세먼지예보등급 예보구간 등급 좋음보통나쁨매우나쁨 예측농도 (μg/m 3, 일 ) 부유먼지 (PM 10) 0-30 31-80 81-150 151 이상 미세먼지 (PM 2.5) 0-15 16-50 51-100 101 이상 출처 : http://www.airkorea.or.kr 한국의미세먼지경보기준 항목주의보경보 부유먼지 (PM 10) 발령 해제 기상조건등을고려하여, 해당지역의 대기자동측정소 PM 10 시간평균농도가 150μg/m 3 이상 2 시간지속 주의보가발령된지역의기상조건등을 검토하여, 대기자동측정소의 PM 10 시간평균농도가 100μg/m 3 미만 기상조건등을고려하여, 해당지역의 대기자동측정소 PM 10 시간평균농도가 300μg/m 3 이상 2 시간지속 경보가발령된지역의기상조건등을 검토하여, 대기자동측정소의 PM 10 시간평균농도가 150μg/m 3 미만인때는 주의보로전환 미세먼지 (PM 2.5) 발령 해제 기상조건등을고려하여, 해당지역의 대기자동측정소 PM 2.5 시간평균농도가 90μg/m 3 이상 2 시간지속 주의보가발령된지역의기상조건등을 검토하여, 대기자동측정소의 PM 2.5 시간평균농도가 50μg/m 3 미만 기상조건등을고려하여, 해당지역의 대기자동측정소 PM 2.5 시간평균농도가 180μg/m 3 이상 2 시간지속 경보가발령된지역의기상조건등을 검토하여, 대기자동측정소의 PM 2.5 시간평균농도가 90μg/m 3 미만인때는 주의보로전환 출처 : http://www.airkorea.or.kr 16
3 국내미세먼지의특징 미세먼지의특성과한국형미세먼지의발생요인 스모그현상으로목격되는부유먼지와미세먼지 - 고농도스모그현상은대기중에갑자기많아진먼지가햇빛을산란시켜앞이뿌옇게되어멀리볼수없게되는것으로, 누구나쉽게체감할수있어심리적불안가중 - ( 부유먼지 ) 먼지는아주작은수나노미터 (nm) 크기부터수십마이크로미터 (μm) 크기로다양한형상으로공기중에부유하는데, 그중부유먼지는크기가 10μm 보다작은것을의미 - ( 미세먼지 ) 미세먼지는부유먼지중에서크기가 2.5μm 보다작은것을의미하며, 0.1~2μm 범위인먼지가햇빛을가장잘산란시킴 - 고농도스모그현상은부유먼지보다크기가작은미세먼지와더관련이많음 최근으로올수록고농도미세먼지는증가하는경향 - 일평균부유먼지농도가 80μg/m 3 이상인날 ( 부유먼지 나쁨 이상인예보등급에해당 ) 과미세먼지농도가 40μg/m 3 이상인날의횟수를연도별로비교한결과, 연도별로고농도부유먼지발생일은큰차이가없으나, 고농도미세먼지발생일은 2011년 9일에서 2012년부터는 30일이상으로크게많아짐 17
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 서울시에서고농도부유먼지 (PM 10) 및미세먼지 (PM 2.5) 의연도별발생빈도추이 출처 : 바른과학기술사회실현을위한국민연합, 과실연제 110 차오픈포럼, 2017.6.5. 시간적 공간적요인에영향을많이받는한국형미세먼지 - 사업장, 자동차등많은곳에서배출된다양한오염물질이대기중에서기상조건과물리화학적반응이생기는정도에따라미세먼지의양이결정되는데, 미세먼지농도는시간적, 공간적으로불균일하게분포 - ( 공간적요인 ) 중국에서발생된황사가한국, 일본나아가미국까지이동하는것으로알수있듯이미세먼지도바람을타고이동하므로풍향과풍속도매우중요 - 중국의급격한산업화와경제성장으로런던스모그, 로스앤젤레스스모그에이어새로운동북아스모그라명명할정도로심각한미세먼지오염현상이발생 - 이에따라바람의영향을많이받는풍하측에위치한한국은중국에서이동하는미세먼지의영향에크게노출 런던스모그 ( 황화스모그 ): 화석연료를태워서생긴이산화황, 매연때문에생김 로스앤젤레스스모그 ( 광화학스모그 ): 자동차배기가스에들어있는질소산화물, 휘발성유기화합물로인해생김 18
- ( 시간적요인 ) 한국은겨울철북서풍, 여름철남동풍과같이계절적으로풍향이크게바뀌므로, 미세먼지오염도계절에따라달라짐 - 서울시의월별고농도부유먼지및미세먼지발생일을비교 (2011~2016년기간 ) 한결과, 고농도부유먼지는 11월부터증가하기시작하여 1~5월에많이발생 - 고농도미세먼지는 12월, 1월, 3월에발생빈도가많으며, 8월에고농도부유먼지는발생하지않지만, 강한햇빛에의해광화학스모그가발생하기때문에고농도미세먼지가발생 - 광화학스모그는로스앤젤레스스모그로도잘알려져있어이미대응방안을알고있으나, 한국에서겨울철과봄철에발생되는고농도미세먼지오염현상에대해서는잘알지못하는상황 - 고농도스모그현상은원인이매우복잡하고넓은지역에영향을미치므로, 정부에서기업과함께주도적으로관리하여야미세먼지오염의개선이가능 서울시에서고농도부유먼지 (PM 10) 및미세먼지 (PM 2.5) 의월별발생빈도 출처 : 바른과학기술사회실현을위한국민연합, 과실연제 110 차오픈포럼, 2017.6.5. 19
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 일상생활환경에서도미세먼지에대량노출 - 한편, 미세먼지에는눈에보이는스모그, 담배입자뿐만아니라눈에보이지않는경유자동차에서배출되는디젤입자, 음식을만들면서생기는조리입자도해당 - 발생빈도, 오염관리방안, 노출공간및노출군등미세먼지의종류별특징을잘이해하고미세먼지노출을줄일수있는행동을실천함으로써일차적으로개인의건강을보호할수있음 생활환경에서노출되는미세먼지의종류별특징 미세먼지의종류오염특징오염관리노출공간및대응노출군 스모그, 연무 (Haze) 일시적에피소드 규모 : 도시, 한반도, 동북아시아 중요인자 : 기상및 2 차오염 전구물질관리 자동차수요관리 2 차오염메커니즘규명 실외 미세먼지마스크착용 외출자제 시민, 국민 사업장굴뚝배출입자 다량, 2 차생성전구물질도발생 배출가스허용기준 실외 장거리확산영역거주민 생물성소각입자 소각시고농도발생 홍보, 단속 실외 인접주민 지하철입자 일상적발생 1 차오염 유해중금속 터널집진차량 지하역사 도시철도객차 도시철도고객 음식점구이입자 조리시고농도발생 배기시스템, 그리스필터 상업시설실내 음식점고객 디젤입자 상시발생 도로이격거리에반비례 WHO 발암물질 자동차배출가스허용기준 대기오염도미관리 도로인접지역 환기주의 운전기사, 상가점원, 일반인 ( 일시적 ) 주방조리입자 ( 주택 ) 조리시고농도발생 레인지후드 실내 주부, 가족 촛불 / 향입자 사용시발생 무관심 실내 동일공간거주자 담배입자 흡연시고농도발생 발암물질 흡연실 개인 흡연자, 간접흡연자 출처 : 배귀남, 과학과기술, 2016.9 20
현재물질특성별로각각관리중인미세먼지배출데이터를통합관리할필요 - ( 대기오염물질 ) 현재대기환경기준에서는부유먼지 (PM 10 ), 미세먼지 (PM 2.5 ), 이산화황 (SO 2 ), 이산화질소 (NO 2 ), 오존 (O 3 ), 일산화탄소 (CO), 납 (Pb), 벤젠데이터를측정하여대기질관리 - 또한, 1999년부터사업장, 자동차등의배출원별대기오염물질 (CO, NO x, SO x, TSP, PM 10, VOC, NH 3 ) 의배출량을조사하여왔으며, 미세먼지 (PM 2.5 ) 는 2011년부터조사하여공개하고있음 - ( 기체상대기오염물질 ) 이가운데 NO x, SO x, 휘발성유기화합물 (VOC), 암모니아 (NH 3 ) 는대기중에서물리화학적반응을통해먼지로변환되는특성을지니며, 특히고농도스모그발생시기체상오염물질이먼지로변환되는양이매우많음 - 그러나지금까지이들대기오염물질은별개로관리되어왔음 - 이제부터는통합적관점에서배출원에서직접입자상태로배출되는미세먼지와더불어대기중에서미세먼지로변환되는이들기체상원인물질도함께관리하여야당면한미세먼지문제에효과적으로대응할수있음 입자상및기체상대기오염물질의상호연계성 1 차배출 2 차생성원인물질 출처 : 관계부처합동, 과학기술기반미세먼지대응전략 ( 안 ), 2016.11.11. 21
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 4 빅데이터를활용한미세먼지솔루션 대기질개선을위한과학기술기반솔루션의등장 북미지역은미세먼지해결을위해정책결정과정을포함한과학적선진형관리체계를차용 - ( 북미 ) 미국, 캐나다, 멕시코를포함하는북미에서는과학자들이정책입안자를위해선진형미세먼지관리체계를제시하고미세먼지의과학적지식을정리하여 2004 년에책으로발간하였음 - 선진형미세먼지관리체계는단순히배출원만관리하는것이아니라미세먼지의과학적지식과해석결과를정책결정에체계적으로반영시키는과정을포함 - 미국의경우환경청에서연간미세먼지기준을달성하지못한지역을지정하면, 주정부에서는 3년이내에미세먼지와전구물질의배출량저감및이를통해대기환경기준을달성할수있다는것을입증할수있는대기질모델링과측정을포함하는주정부시행계획을제출하여야하며, 환경청에서는대기질측정자료를기반으로해당지역의대기환경기준달성여부를결정함 22
( 북미 ) 선진형미세먼지관리체계개념도 출처 : Particulate Matter Science for Policy Makers, 2004. 전세계대도시에서는자동차배출허용기준강화를통해대기질을관리 - 대도시에서는자동차가주된대기오염물질의배출원이므로, 세계각국에서는기본적으로자동차의배출허용기준강화를통해도시대기질을관리하고있음 - 런던, 베를린, 파리등에서는특정배출허용기준을충족시키는차량만통행이허용되는공해차량제한지역 (Low Emission Zone) 을운영중 - 한국의미세먼지관리정책은대기농도를결정하는중요한인자인대기반응과기상요인을소홀하게다루었고, 정책결정과정에서대기과학적지식과해석결과를충분히활용하지못하고있음 한국형과학기술기반미세먼지솔루션추진 한국은미세먼지배출과노출관리를통합한과학기술기반미세먼지대응방안추진 - 정부에서는 2016 년 6월 3일부처합동으로 미세먼지관리특별대책 을발표하였으며, 이에대한후속조치로관계부처합동으로 과학기술기반미세먼지대응방안 을발표 (2016.11.11.) - 대응방안에는시급하게해결하여야할 8가지미세먼지현안이슈를도출한후대기질개선을위한 배출 관리와국민건강보호의 노출 관리로구분 23
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 - 지금까지대기환경정책 ( 배출관리 ) 과환경보건정책 ( 노출관리 ) 이독립적으로추진되었는데, 미세먼지의경우통합적으로추진되어야한다는것을명확하게제시 - 또한, 정책을뒷받침할수있는과학적근거와정책을실현할수있는기술적수단을제공할수있는과학-정책 -기술연계의미세먼지솔루션의틀을제시하였으며, 이것은노출관리를포함하고있어미국에서제시한배출관리중심의선진형미세먼지관리체계보다진일보한것임 배출과노출을통합한과학기술기반미세먼지솔루션 핵심 1, 핵심 2 등은 과학기술기반미세먼지솔루션 구축을위해필요한과제를구분해놓은것임 출처 : 범부처미세먼지연구기획위원회, 과학기술기반미세먼지대응전략공청회 ( 자료수정 ), 2016.9.7. 현재국내에서배출되는대기오염데이터는 11개종류측정망에서수집되어일부데이터는일반에공개 - 정부에서는대기오염실태를파악하기위하여현재대기오염집중측정소를비롯하여 11개의대기오염측정망을전국에설치하여운영중 - 이중에서도시대기측정망, 도로변대기측정망, 국가배경농도측정망, 교외 24
대기측정망등네종류측정망의데이터는한국환경공단에서운영하는국가대기질종합관리시스템에실시간으로전송되어에어코리아웹사이트를통해국민에게공개되고있음 11개측정망중공개되지않는 7개측정망은특정한목적으로운영되고있으며, 일부자료는대기환경월보, 연보등에결과가공개되지만너무전문적이어서보통일반인에게는공개되지않고있음 - 이데이터는일반적으로 1시간간격으로갱신되고있으며, 이들자료는추가로오류등의선별과정을거쳐확정한후정책담당자및연구자에게제공되고있음 - 또한, 우리동네대기질 앱을스마트폰에설치하면본인이설정한위치의대기오염정보를바로확인가능 - 한편, 한국은미국등선진국과비교하여단위면적당지상관측소수가많은편으로, 지상관측망의확대보다관측데이터의질개선과해석에초점을맞출필요가있음 AirKorea 공개대상측정망현황 측정망종류 공개대상항목 ( 데이터 ) 측정목적 측정소수 도시대기측정망 도시지역의평균대기질농도를파악하여환경기준달성여부판정 263 (82 개시군 ) 도로변대기측정망 국가배경농도측정망 이산화황 (SO 2), 일산화탄소 (CO), 오존 (O 3), 이산화질소 (NO 2), 부유먼지 (PM 10), 미세먼지 (PM 2.5) 자동차통행량과유동인구가많은도로변대기질파악 국가적인배경농도를파악하고외국으로부터의오염물질유입, 유출상태등을파악 37 (17 개시군 ) 3 (3 개시군 ) 교외대기측정망 도시를둘러싼교외지역의배경농도를파악 19 (18 개시군 ) 출처 : http://www.airkorea.or.kr 25
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 AirKorea 에서공개하는대기오염측정망부유먼지농도의전국분포예시 출처 : http://www.airkorea.or.kr 미세먼지예보정확도향상을위해다양한대기오염관측데이터의확보필요 - 환경부에서는기상청과함께전국을대상으로부유먼지 (PM 10 ) 와미세먼지 (PM 2.5 ) 의예보를실시하고있으며, 2015년기준부유먼지와미세먼지의예보정확도는각각 88%, 87% 수준 - 그런데고농도발생시부유먼지와미세먼지의예보정확도는각각 62% 와 69% 로낮아국민의예보에대한신뢰도를높이기위한노력이필요 - 미세먼지예보의정확도를높이기위해서는현재한국의지표면에설치된대기오염측정망으로부터획득하는관측자료의공간적, 지역적한계 ( 위치가지표에한정되어상층정보부족 ) 를극복하여야함 26
대기질예보절차 관측시활용데이터 : 기상관측망, 국내 외실시간대기질측정데이터 출처 : 환경부, 바로알면보인다. 미세먼지, 도대체뭘까?, 2016.4. 또한, 가전제품센서데이터를활용하여실내공기질개선에활용가능 - 사람들은하루중 85% 이상의시간을실내공간에서보내고있으며, 건축물로인해대기와격리된실내공간은매우다양하고실내공기질도공간별로차이가큼 - 나이, 성별, 건강상태등개인에따라감성이달라실내공기질관리에대한요구조건도크게다를수있음 - 실내에서는미세먼지를제거하기위하여공기청정기가사용되고있으며, 최근에는온도, 습도, CO 2 농도뿐만아니라부유먼지 (PM 10 ) 농도를측정하는센서가부착된제품도판매되고있음 - 공기청정기에내장된센서의측정데이터를원격으로수집하여, 소비자정보, 제품사용정보등의빅데이터를분석하면, 사용자환경, 연령층등을고려한맞춤형실내공기질관리서비스로연계가능 - 또한, 역으로실내공기질센서의재현성, 정확도등을평가하여센서의성능을개선하는데활용할수있으며, 이러한개념은고정된실내공간뿐만아니라자동차와같은이동하는실내공간에도적용할수있음 27
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 입체적미세먼지관측망 구축을통해미세먼지이동경로의신속한파악및예보정확도를크게향상시킬수있을것으로기대 - 2017년부터추진되는미세먼지국가전략프로젝트 (~2023년까지 ) 는현재예보모델의제한점을극복하기위해, 한반도뿐만아니라동아시아지역미세먼지의연직분포, 위성자료등을포함한 3차원적관측데이터플랫폼 ( 입체관측망 ) 을구축할계획 실시간 3차원입체관측체계개발 : 국가지상관측망 ( 환경부, 기상청 ) + 지상광학 원격탐사관측망 + 환경위성 + 항공 ( 부정기관측 ) 등의자료통합시스템 - 확보된실시간데이터는 관측-모델분석기법 (OSSE : Observation System Simulation Experiment) 을통해데이터의검보정 성능평가를수행하여, 데이터 관측 과 모델 두분야의정확도향상에반영될예정 OSSE : 가상의관측망에수집데이터, 수치모델및자료동화기술에관해종합적으로적용후그효과를미리판단해볼수있는관측망시뮬레이션실험 - 이러한미세먼지입체관측환경구축을통해우선복잡한한국형미세먼지의발생원인과현황을정확히밝혀대기질모델링개선및예보정확도를향상시킬계획 - 예보정확도는현재 2일단기예보수준이나, 미세먼지빅데이터와인공지능 (AI) 을접목한연구도추진하여 7일중기예보가가능할것으로예상되고있으며, 2015년 62% 수준에서 2020년 75% 까지향상될것으로전망 - 이를통해, 근거가부족한환경규제중심의미세먼지정책에서데이터기반의정책의사결정을지원할수있을것으로기대 28
빅데이터기반미세먼지입체관측망데이터활용방안 관측방법 현재관측망데이터 입체관측망데이터 ( 안 ) 지표관측 Ÿ 국내 외실시간대기질관측 : ( 데이터 ) 미세먼지질량농도, 화학조성, 크기별수농도, 기체상대기오염물질농도등관측 국내 11 대측정망 ( 지표관측 ) 연직분포관측 연구용으로는수집되고있지만예보에는반영되고있지않음 Ÿ 항공기 선박 ( 부정기 ) : ( 데이터 ) 한반도상공해양의대기오염물질농도관측 Ÿ LIDAR*/ 운고계관측망 : ( 데이터 ) 미세먼지및물방울에반응하는파장을이용하여고도별분포관측 Ÿ PANDORA* 관측망 : ( 데이터 ) 미세먼지전구물질및질소산화물 (NOx), 오존관측 Ÿ AERONET* 관측망 : ( 데이터 ) 대기중에떠다니는고체나액체상의입자상물질의광학두께를수치화해관측 *LIDAR(Light Detection and Ranging) : 대기중으로레이저를발사하여먼지등에의해산란되는신호를관측 *PANDORA : 미항공우주국 (NASA) 의원격측정장비로, 일정시간마다자동으로대기중의물질농도를측정 *AERONET(Aerosol Robotic NETwork) : NASA 에서운영하는웹사이트로, 전세계지상관측소에서분석한각종에어로졸자료를제공 상층위성관측 Ÿ 해외 ( 미국, 유럽등 ) 극궤도환경위성데이터를일부참고용으로활용중 ( 한반도지역은하루 2분관측 ) 예보에는반영되고있지않음 Ÿ 정지궤도복합위성 ( 천리안 2B호 ) : ( 데이터 ) 장착된환경탑재체 (GEMS, 정지궤도환경감시초분광영상기 ) 를활용하여, 매시간해양 환경영상데이터 ( 이산화질소, 이산화황, 오존포름알데히드, 에어로졸등 ) 를촬영하여관측 - 인도 ~ 일본열도까지관측가능 매시간 30분 (2.54초), 영상 697개를계절에따라하루에 8 12번관측 천리안위성 2B호는 2019년발사예정 Ÿ 국내외환경위성 ( 한반도 동아시아 ) : - ( 데이터 ) 에어로졸광학적두께 ( 공간분포 ), 미세먼지크기정보, 기체상대기오염물질농도등 그외 - Ÿ 초소형센서탑재저고도미세먼지관측 2020 년적용예정 현재대기질예보에는 지표관측 데이터만반영되고있으며, 입체관측망으로확보된다차원데이터분석을통해예보정확도를높일예정 정지궤도위성은지구의자전주기와동일한약 36,000km 고도에위치하여, 지표면 40% 지역의미세먼지 대기오염물질의이동등상시관측가능 29
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 정기궤도복합위성 천리안 2B 호 의환경탑재체 (GEMS) 자료획득과정 출처 : 세계일보, 2017.4.15. 시사점및전망 파편화된대기오염데이터를통합한빅데이터관리체계필요 - 미세먼지를포함한대기환경은매우빠르게변하고, 대기오염을결정하는인자도매우많아방대한정보가지속적으로생산되고있음 - 현재방대한대기오염관련데이터는파편적으로흩어져있고매우제한적으로축적되어공공기관이나국민에게제공되고있으며, 연구자들은단편적인데이터만심층적으로분석하여연구결과를발표하고있는실정임 - 국내외적으로방대하게생산되고있는대기오염관련데이터를활용하기위해서는빅데이터를수집하여모을수있는플랫폼이우선적으로구축되어야함 - 이와함께예보정확도향상, 제품소비자의서비스제공등구체적인빅데이터의 30
활용계획이수립될필요가있음 - 대기오염은우리의생활환경과밀접하게관련되어있으므로, 역으로교통, 빌딩관련빅데이터정보등을수집하여미세먼지관리에활용할수도있음 예를들어, 현재자동차의등록지기준으로오염물질의자동차배출량을산정하고있는데, IoT 기술을이용하여자동차의운행정보를체계적으로입수하면실제도로를주행하는자동차의정보를반영할수있음 - 이에따라, 자동차배출량의정확도를향상시켜궁극적으로대기중미세먼지를보다과학적으로관리할수있고, 미세먼지예보정확도도개선시킬수있음 미세먼지관련기술수요증가에따른환경비즈니스성장기대 - 미세먼지가국가적현안으로대두됨에따라미세먼지문제를해결할수있는기술적수요가증가할것으로예상 - 이에따라, 현행공기청정기, 환기설비, 레인지후드등생활보호제품의소비자만족도를높일수있는방안이모색되어야함 - 앞으로는미세먼지빅데이터분석을통한환경비즈니스마인드가제품의경쟁력을좌우할것으로전망 31
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 참고자료 [1] McMurry, P. H., Shepherd, M. F., & Vickery, J. S. (Eds.). (2004). Particulate matter science for policy makers: A NARSTO assessment. Cambridge University Press. [2] 바른과학기술사회실현을위한국민연합 (2017.6.5.), 과학, 기술, 정책을아우르는통합적미세먼지솔루션, 과실연제110차오픈포럼 [3] 배귀남 (2016.9.), 특집Ⅱ ( 초 ) 미세먼지, 과학과기술 [4] 범부처미세먼지연구기획위원회 (2016.9.7.), 과학기술기반미세먼지대응전략 공청회 ( 자료수정 ), 과학기술기반미세먼지대응전략공청회 [5] 관계부처합동 (2016.11.11.), 과학기술기반미세먼지대응전략 [6] 세계일보 (2017.4.15.), [S스페셜 - ' 우주 ' 이야기 ] (8) 우주에서미세먼지와대기오염을상시관측하는 천리안 2B호 위성 [7] 에어코리아, http://www.airkorea.or.kr [8] 환경부 (2016.4), 바로알면보인다. 미세먼지, 도대체뭘까?, 환경부 32
NEAR & Future INSIGHT Vol. 01 공공부문빅데이터활용우수사례 빅데이터, 이렇게쓸수있다 Vol. 02 미세먼지이슈와빅데이터활용방안 33
NEAR & Future INSIGHT Vol. 02 발행 2017 년 8 월 2 일 발행인서병조 발행처및기획 한국정보화진흥원정책본부미래전략센터박정은본부장 (053-230-1200, pje@nia.or.kr) 이정아센터장 (053-230-1281, leeja@nia.or.kr) 이영주수석연구원 (053-230-1285, lyj@nia.or.kr) 박지영선임연구원 (053-230-1294, jiyoung.park@nia.or.kr) 주 소 ( 대구본사 ) 대구광역시동구첨단로 53 ( 서울사무소 ) 서울특별시중구청계천로 14 ( 제주글로벌센터 ) 제주특별자치도서귀포시서호중앙로 68-11 전화 (053) 230-1114 팩스 (053) 230-1907 U R L http://www.nia.or.kr