인공지능 기법을 활용한 한반도 해역의 수질평가지수 예측모델 개발

서지정보

· 발행기관 : 해양환경안전학회
· 수록지 정보 : 해양환경안전학회지 / 29권 / 1호
· 저자명 : 김성수, 손규희, 김도연, 허장무, 김성은

목차

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 재료 및 방법
2.1 분석항목
2.2 인공지능 알고리즘
2.3 모델 학습 및 성능 평가 기법
3. 결과 및 고찰
3.1 모델별 예측 성능 평가
3.2 Random Forest 예측 성능 평가
4. 결 론
사 사
References

초록

급격한 산업화와 도시화로 인해 해양 오염이 심각해지고 있으며, 이러한 해양 오염을 실효적으로 관리하기 위해 수질평가 지수(Water Quality Index, WQI)를 마련하여 활용하고 있다. 하지만 수질평가지수는 다소 복잡한 계산과정으로 인한 정보의 손실, 기준값 변동, 실무자의 계산오류, 통계적 오류 등의 불확실성(uncertainty)을 내포하고 있다. 이에 따라 국내ㆍ외에서 인공지능 기법을 활용하여 수질평가지수를 예측하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 해양환경측정망 자료(2000 ~ 2020년)를 활용하여 우리나 라 전 해역 즉, 5개의 생태구에 대한 WQI를 추정할 수 있는 가장 적합한 인공지능기법을 도출하기 위해 총 6가지의 기법(RF, XGBoost, KNN, Ext, SVM, LR)을 실험하였다. 그 결과, Random Forest 기법이 다른 기법에 비해 가장 우수한 성능을 보였다. Random Forest 기법의 WQI 점수 예측값과 실제값의 잔차 분석 결과, 모든 생태구에서 시간적 및 공간적 예측 성능이 우수한 것으로 나타났다. 이를 통해 본 연구에서 개발한 Random Forest 기법은 높은 정확도를 바탕으로 우리나라 전해역에 대한 WQI를 예측 가능할 것으로 사료된다.

영어초록

Rapid industrialization and urbanization have led to severe marine pollution. A Water Quality Index (WQI) has been developed to allow the effective management of marine pollution. However, the WQI suffers from problems with loss of information due to the complex calculations involved, changes in standards, calculation errors by practitioners, and statistical errors. Consequently, research on the use of artificial intelligence techniques to predict the marine and coastal WQI is being conducted both locally and internationally. In this study, six techniques (RF, XGBoost, KNN, Ext, SVM, and LR) were studied using marine environmental measurement data (2000–2020) to determine the most appropriate artificial intelligence technique to estimate the WOI of five ecoregions in the Korean seas. Our results show that the random forest method offers the best performance as compared to the other methods studied. The residual analysis of the WQI predicted score and actual score using the random forest method shows that the temporal and spatial prediction performance was exceptional for all ecoregions. In conclusion, the RF model of WQI prediction developed in this study is considered to be applicable to Korean seas with high accuracy.

참고자료

· 없음