• Title/Summary/Keyword: 오염된 공기

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인천지역에서 황사 기간 동안 대기 중의 바이러스 검출에 관한 연구 (Detection of Pathogenic Viruses in the Atmosphere during Asian Dust Events in Incheon City)

  • 박정웅;임영희;경선영;안창혁;이상표;정성환
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제59권3호
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    • pp.279-285
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    • 2005
  • 연구 배경 : 세계적으로 Asian dust로 알려져 있는 황사는 주로 봄철 중국과 몽고의 사막지역에서 발생하는 모래먼지로 수천 킬로미터를 이동하여 낙하하는 자연적으로 발생되는 대표적인 오염 물질이다. 한반도에 영향을 미치는 황사는 주로 $10{\mu}m$이하의 미세먼지($PM_{10}$)로서 $PM_{10}$의 증가는 황사현상의 증가와 매우 밀접한 관련이 있다. $PM_{10}$은 호흡기에 침착이 가능하고 따라서 호흡기 증상 및 폐기능에 영향을 미치는 것으로 알려져있으나 아직 이에 대한 병리기전의 연구는 미미하여 기존에 추정되는 $PM_{10}$의 병리기전 이외에 황사 먼지의 이동에 따르는 미생물의 전파, 특히 바이러스의 전파에 대한 연구는 임상적으로 의미가 있을 것으로 생각되며 황사시 바이러스 감염 질환 자체의 발생을 알아 보기위해 황사시 대기에서 시료를 채취하여 바이러스의 존재 유무에 대해 연구하였다. 방 법 : $PM_{10}$은 인천지역 10군데에서 측정하였으며 고용량 대기 포집기(HA 500F, Sibata, 일본)를 이용하여 하루에 한번씩 포집하였다. 공기포집기의 흡입용량인 500 L/min으로 6시간 시행하였다. 시료를 흡착하기 위하여 $0.25{\mu}m$ pore size의 지름이 110mm 인 Glass microfiber filter( Prefilter AP 15, 124mm)를 이용하였다. nfluenza virus, 구제역에 관계된 Piconaviridae의 Aphthovirus속인 RNA바이러스, Hog cholera virus 돼지콜레라 바이러스) 의 검출을 위해 수집한 membrane filter를 전처리하여 Polymerase chain reaction으로 바이러스를 확인하였다. 결 과 : 연구 기간 중 24시간 평균 $PM_{10}$수치는 황사 발생일에 $148.0{\mu}g/m^3$, 비황사발생일에 $57.0{\mu}g/m^3$ 로 차이를 보였다. 2003년과 2004년 4월부터 8월 사이에 채취한 시료에서 검출 대상 바이러스인 Influenza virus A, B, Hog cholera virus, 구제역에 관련된 Aphthovirus등은 검출되지 않았다. 결 론 : 연구는 연구기간 동안에 황사의 발생이 적어 충분한 연구가 되지 못하였으며, 또한 검출하고자 했던 바이러스질환의 발생도 적어 실제 황사와의 관련성을 규명하기에 적절한 연구가 이루어지질 못했다. 향후 황사 발생과 바이러스질환의 유행이 일치하는 시점에 좀더 광범위한 시료의 채취 방법으로 연구가 필요할 것으로 생각된다.

자동차 선적작업장의 공기오염 실태조사 (Investigation into Air Pollution in Car Shipping Workshop in Pyeongtaek Port)

  • 김지호;원종욱;김치년;노재훈
    • 한국산업보건학회지
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    • 제16권1호
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    • pp.44-53
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    • 2006
  • This study purposed to investigate air pollution in car shipping yards and, for this purpose, we selected an outdoor open-air yard and an indoor ramp into the ship and measured the concentrations of sulfur dioxide, nitrogen dioxide, carbon monoxide, PM10, PM2.5 and heavy metals in the air. The results of this study are as follows. No significant difference was observed in temperature and humidity between the outdoor and indoor workshop, and the average air flow was 0.52 m/s in the indoor workshop, which is higher than 0.19 m/s in the outdoor workshop(p<0.01). The average concentrations of sulfur dioxide, nitrogen dioxide, carbon monoxide, PM10 and PM2.5 according to workplace were 0.03 ppm(${\pm}0.01$), 0.03 ppm(${\pm}0.01$), 0.46 ppm(${\pm}0.22$), $39.44{\mu}g/m^3$(${\pm}2.45$) and $5.45{\mu}g/m^3$(${\pm}1.15$) respectively in the outdoor workshop, and 0.15 ppm(${\pm}0.05$), 0.22 ppm(${\pm}0.06$), 8.85 ppm(${\pm}3.35$), $236.39{\mu}g/m^3$(${\pm}58.21$) and $152.43{\mu}g/m^3$(${\pm}35.42$) respectively in the indoor workshop. Thus, the concentrations of gaseous substances in the indoor workshop were 4.9-19.2 times higher than those in the outdoor workshop, and the concentrations of fine dusts were 5.9-27.9 times higher(p<0.01). In addition, according to the result of investigating pollutant concentrations according to displacement and the number of car loaded when shipping gasoline cars into the ship, no significant relation between the number of cars loaded and pollutants was observed in shipping passenger cars, but the concentrations of nitrogen dioxide and carbon monoxide got somewhat higher with the increase of the number of cars loaded(p<0.05). In addition, the concentrations of nitrogen dioxide, carbon monoxide, PM10 and PM2.5 in the air were significantly higher when shipping recreational vehicles, the displacement of which is larger than passenger cars, than when shipping passenger cars(p<0.01). On the other hand, the average heavy metal concentrations of the air in indoor workshop were: lead $-0.05{\mu}g/m^3$(${\pm}0.10$); chromium $-0.90{\mu}g/m^3$(${\pm}0.18$); zinc $-0.38{\mu}g/m^3$(${\pm}0.24$); copper $-0.18{\mu}g/m^3$(${\pm}0.22$); and manganese and cadmium not detected. In addition, the complaining rates of 'asthma,' a major symptom of chronic respiratory diseases, were 18.5% and 22.5% respectively in indoor workers and outdoor workers. Thus the rate was somewhat higher in indoor workers but the difference was not statistically significant. The complaining rates of 'chronic cough' and 'chronic phlegm' were very low and little different between indoor and outdoor workers. The results of this study show that the reason for the higher air pollution in indoor than in outdoor workshop is incomplete combustion of fuel due to sudden start and over-speed when cars are driven inside the ship. In order to prevent high air pollution, efficient management measures should be taken including the observance of the optimal speed, the improvement of old ships and the installation of efficient ventilation system.

포항지역 대기 중 초미세먼지(PM$_{2.5}$)의 오염특성평가 (Characterization of Concentrations of Fine Particulate Matter in the Atmosphere of Pohang Area)

  • 백성옥;허윤경;박영화
    • 대한환경공학회지
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    • 제30권3호
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    • pp.302-313
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    • 2008
  • 본 연구는 포항지역 대기 중 PM$_{2.5}$의 물리 화학적 성분들의 농도분포특성을 파악하여 PM$_{2.5}$에 대한 배출원 기여도를 정량적으로 추정하고 PM$_{2.5}$농도 변동에 영향을 미치는 배출원을 알아보고자 하였다. 시료채취지점은 포항지역 내의 대조적인 두 지점인 공업지역과 주거지역에서 각 1개 지점을 선정하였다. 시료채취는 2003년 3월부터 12월에 걸쳐서 계절별 10$\sim$15일 동안 고용량공기시료채취기를 이용하여 24시간 연속 채취였다. PM$_{2.5}$ 시료에 함유된 화학성분들은 산추출하여 ICP와 이온크로마토그래피로 분석하였다. PM$_{2.5}$의 전체평균은 공업지역이 36.6 $\mu$g/m$^3$, 주거지역에서 30.6 $\mu$g/m$^3$로 나타났다. 계절별로는 두 지점 모두 봄철에 가장 높은 농도를 보이고 있으며 다음으로 겨울철, 가을철, 여름철의 순으로 나타났다. 두 측정지점에서 PM$_{2.5}$ 중 가장 많이 함유된 화학성분들은 이차생성입자를 형성하는 성분인 NO$_3^-$, SO$_4^{2-}$으로 나타났으며 각각의 농도는 공업지역에서 4.2 및 8.6 $\mu$g/m$^3$, 주거지역에서 3.7 및 6.9 $\mu$g/m$^3$로 나타났다. 반면, 공업지역에서는 Fe, Mn, Cr 등의 금속성분 농도가 주거지역에 비해 상당히 높게 나타나 공업지역이 철강산업의 영향을 반영하고 있는 것으로 추측된다. 포항지역 대기 중 PM$_{2.5}$의 농도 변동에 미치는 주요 영향인자를 파악하기 위하여 주성분 분석 및 다중회귀분석을 실시한 결과, 공업지역과 주거지역에서 가장 중요한 변수는 도로 비산먼지와 이차생성입자인 것으로 나타났으며, 이들 변수의 변동이 전체 PM$_{2.5}$ 농도변동에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 또한 포항지역 PM$_{2.5}$에 대한 주요 발생원의 기여도를 평가하기 위하여 CMB 모델링을 수행한 결과 공업지역의 경우 기여도가 큰 발생원은 토사 및 도로상의 비산먼지로 나타났고 그 다음으로 이차생성입자, 자동차, 해염입자, 금속산업의 순을 보였으며 주거지역도 이와 유사한 양상을 보였다. 이와 같은 결과를 토대로 국내에서 측정된 먼지시료를 대상으로 CMB 모델링 수행 시 그 적용한계성과 문제점 등을 고찰하였다.

한국에서 개 유선종양과 피부종양의 발생현황 (Retrospective Investigation of Canine Skin and Mammary Tumors in Korea)

  • 김영훈;안나경;노인순;윤병일;한정희
    • 한국임상수의학회지
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    • 제26권6호
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    • pp.556-562
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    • 2009
  • 피부와 유선 종양은 개에서 매우 빈번히 발생하는 종양으로, 종양 발생의 위험은 나이가 증가함에 따라 종양의 발생률은 증가하며, 발병률과 발병부위의 분포는 종양의 종류마다 다르다. 피부와 유선종양의 발생은 공기오염, 식생활 등 환경의 변화와도 관련이 있어 이들 종양들의 발생양상은 그 사회의 환경을 반영할 수 있어 시대와 지역에 따라 다양하게 다르게 나타날 수 있다. 따라서, 그 동안의 많은 보고들에도 불구하고, 피부와 유선종양발생에 대한 자료들은 종양에 대한 수의임상학적 진단과 치료를 위한 중요한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 2005년 1월 1일부터 2006년 12월 31일까지 수의과학검역원과 강원대학교에 의뢰된 128증례의 개 피부종양과 240증례의 개 유선종양을 Goldschmidt와 Misdorp의 형태학적 기준에 의해 조직병리학적으로 진단하여, 종별, 성별 및 부위별로 각각 분류하여 국내에서 이들 종양의 발생양상을 체계적으로 분석하였다. 피부종양에서는 피부상피세포종양, 샘종양 및 간질종양이 각각 14.1%, 41.4%와 44.5%였다. Cutaneous histiocytoma가 피부종양에서 가장 빈번하게 관찰되어 전체 피부종양의 25.0%를 차지하였으며, 기름샘종 (sebaceous gland adenoma; 15.6%), 기저세포종(basal cell tumor; 8.6%), 항문둘레샘종 (perianal gland adenoma; 6.3%)와 지방종 (lipoma; 6.3%)순으로 높았다. 그 외에 비만세포종, 모낭세포종과 중층편평상피암 등이 관찰되었다. 이러한 피부종양들은 품종, 성과 나이 또는 부위에 따라 유사하거나 다른 양상을 나타내었다. 유선종양의 경우 양성과 악성이 201/240, 39/240으로 양성발생률이 현저히 높았으며, 양성혼합종 (benign mixed tumor)이 검사한 품종 모두에서 가장 높은 발생률 (35.0%)을 나타내었다. Complex adenoma는 Maltese와 Poodle에서 특히 높았으며, 악성종양에서는 simple carcinoma와 complex carcinoma가 각각 6.7%로, 악성 중 41.0%를 차지하여 가장 높은 발생률을 나타내었다. 본 연구결과는 최근 우리나라에서 여러 품종의 반려견에서 발생한 피부와 유선종양의 발생양상을 조직병리학적으로 진단 분석한 것으로, 임상수의사들이 지속적으로 증가추세에 있는 개의 피부와 유선종양을 진단하고 치료하는데 유용하게 활용될 수 있기를 기대한다.

Burkholderia sp. D5에 의한 phenanthrene과 pyrene 분해 (Degradation of Phenanthrene and Pyrene by Burkholderia sp. D5)

  • 김태정;조경숙;류희욱
    • 미생물학회지
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    • 제39권4호
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    • pp.267-271
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    • 2003
  • Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)를 분해하는 Burkholderia sp. D5를 유류 오염 토양으로 분리하였고, PAHs의 분해특성을 조사하였다. 분리균주는 유일 탄소원으로 phenanthrene(Phe)을 이용하여 생장이 가능하였고, pyrene (Pyr)을 유일 탄소원으로 이용하여 생장하지는 못하였으나 yeast extract(YE)를 공기질로 첨가해 준 조건에서는 Pyr를 분해할 수 있었다. 분리 균주의 PAH 분해속도는 YE, peptone 및 glucose의 첨가에 의해 향상되었으며, 특히 YE 첨가 효과가 가장 우수하였다. 무기염배지(BSM)에 215 mg-Phe/L와 1 g-YE/L를 첨가한 조건에서 Burkholderia sp. D5의 비생장속도(0.28/h)와 Phe 분해속도(29.30 ${\mu}mol$/L/h)는 YE를 첨가하지 않은 조건에서 얻은 비생장속도(0.02/h)와 Phe 분해속도(12.00 ${\mu}mol$/L/h)의 각각 10배 및 2배였다. Phe를 기질로 공급한 경우 최대 비생장속도(${\mu}$_max)와 최대 Phe분해속도(V_max)는 각각 0.34 h-1 및 89 ${\mu}mol$/L/h 이었고. Pyr을 기질로 공급한 경우 ${\mu}$_max와 V_max는 각각 0.27 h-1 및 50 ${\mu}mol$/L/h이었다. Phe 혹은 Pyr 단독 기질하에서 분해속도와 비교 하였을 때(29.30 ${\mu}mol$-Phe L/h, 9.58 ${\mu}mol$-Pyr L/h), 두 기질의 혼합조건에서 Phe와 Pyr 분해속도는 각각 2.20 및 2.18 ${\mu}mol$ L/ h로 저하되었다. Burkholderia sp. D5 균주는 토양에서 Phe와 Pyr을 분해할 수 있었는데, Phe와 Pyr 분해속도는 각각 20.03 및 1.09 ${\mu}mol$ L/h 이었다.

용존유기탄소의 δ13C : 분석시 고형화 전처리 방법 비교 알칼린 과황산칼륨산화 탄산침전과 동결건조 (Comparison of Solidification Pre-treatment Methods for the Determination of δ13C of Dissolved Organic Carbon: Alkaline Persulfate Oxidation-Carbonate Precipitation vs. Freeze Drying)

  • 전병준;박현진;최우정;박용세;이상모;윤광식
    • 한국환경농학회지
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    • 제36권2호
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    • pp.113-118
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    • 2017
  • DOC의 ${\delta}^{13}C$은 수질 오염원 규명에 활용할 수 있는 매우 유용한 지표이다. 본 연구에서는 안정성동위원소비 질량분석기(EA-SIRMS)를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$을 분석할 때 사용하는 두 가지 전처리방법 (과황산칼륨산화-$SrCO_3$침전법과 동결건조법)의 정확도를 비교 평가하였다. 표준물질로는 글루코스(${\delta}^{13}C$; $-12.0{\pm}0.02$‰)와 돈분퇴비 침출액 건조분말(${\delta}^{13}C$; $-23.3{\pm}0.04$‰)을 사용하였다. 과황산칼륨산화-$SrCO_3$ 침전법에서는 용액의 알칼리성에 의해 DIC 제거가 어렵고 공기 중 $CO_2$의 영향에 의해 시료가 오염되어 분석결과의 정확도가 매우 낮았다. 반면, 동결건조법은 산 첨가에 의해 제거가 가능하였고, 측정값과 이론값의 상관관계가 매우 높아 실험조건별로 표준물질을 이용하여 측정값을 이론값에 근접하게 보정할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, EA-SIRMS를 이용하여 DOC의 ${\delta}^{13}C$ 분석시 동결건조법으로 시료를 전처리하면 분석결과의 정확도를 증대시킬 수 있을 것으로 판단된다.

UNIX 운영체제에서의 스케줄링 법칙과 큐잉응답 시간 분석 (Scheduling Algorithms and Queueing Response Time Analysis of the UNIX Operating System)

  • 임종설
    • 한국정보처리학회논문지
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    • 제1권3호
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    • pp.367-379
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    • 1994
  • 본 논문은 UNIX 운영체제에서의 스케줄링 법칙에 대한 설명과 그에 따른 큐잉응 답 시간을 분석한다. 큐잉응답시간은 UNIS내의 한 프로세서에 대한 조건부 응답시간의 평균값을 추정 분석함으로써 주어진다. 조건부 응답시간의 평균값은 일정한 CPU 시간 을 필요로하는 프로세서간 컴퓨터에 보내지는 시점에서 그 프로세서가 CPU 시간을 완 료하고 되돌아오는 시점까지의 평균값이다. UNIX내의 스케줄링 법칙은 우선순위 서비 스에 기초한다. 즉, 다음과 같은 단계의 스케줄링 법칙에 의하여 통제를 받는다. (ⅰ)시분할 사용량은 각요청에 대하여 필요한 CPU 시간을 완료할 때 까지 한개씩의 퀀텀(Quantum)을 할당함으로써 구제한다; (ⅱ)퀀텀 할당을 받기 위하여 시스템 모드 에서의 비선점(Nonpreemptive)교환, 사용자 모드에서는 선점(Preemptive)교환을 사용 한다; (ⅲ) 동일 우선순위내에서는 FCFS법칙을 사용한다; (ⅳ)할당된 퀀텀을 완료한 프로세서는 우순순위에 맞는 실행 대기행열의 맨 뒤에 위치되어 CPU 서비스를 기다리 거나, 디스크 대기행열에 위치되어 슬립(Sleep)상태로 들어간다. 이와 같은 프로세서 스케줄링법칙은 사용자 모드에서 라운드로빈(Round-robin)효과를 창조한다. 본 논문 에서는 라운드로빈 효과와 선점 교환을 사용하여 사용자 모드에서의 프로세서 지연을 추정한다. 비선점 교환을 사용하여 시스템모드에서의 프로세서 지연을 추정한다. 또한 디스크 입출력에 의한 프로세서 지연도 고려한다. 조건부 응답시간의 평균은 지연시간 의 합을 추정하여 구하여진다. 본 논문의 결과는 시스템시간을 필요로 하는 프로세서 가 우수한 응답시간을 가지며, 사용자 시간을 필요로하는 프로세서의 지연만큼 시스 템시간을 필요로하는 프로세서가 응답시간에서 혜택을 받는다는 것을 보여준다.성 괴사를 동반하는 간내 작은 종양의 발견에 MRI가 가장 유용할 것으로 판단된다.보였는데 그 종류와 빈도를 보면 중비갑개봉소 8명, 비중격 만곡 6명, Haller cells 3명, 역으로 굽은 중비갑개 3명, 사골포 비대 2명, 비제봉소 2명, 혼합형이 2명에서 있었고 변이가 보이지 않았던 경우가 62명이었다. 결 론: 해부학적 변이는 사골 누두나 OMU 영역을 좁히거나 막음으로 인하여 공기 흐름에 와류를 일으키거나 점막의 섬모 운동에 의한 정화 작용을 방해하여 증상을 유발할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 부비점막 이상 없이 증상이 있는 환자에서 부비동의 해부학적 변이는 증상과 연관성이 많을 것으로 사료된다.때에는 악성일 가능성이 높으므로 밀접한 추적 검사와 다른 진단기기를 이용한 검사를 더 해야 할 것으로 사료된다.의 2006년도 가정용 전력수요의 전망치 33,118 GWh가 기존방식에 의한 한전의 전망치 61,155 GWh의 54%수준밖에 되지 않는데 서도 잘 나타나고 있다. 한편 본 고는 경제성장과 환경보존을 동시에 달성할 수 있는 지속적 개발의 실천방안으로서 에너지 수요관리를 논하고자 한다. 고효율 기기의 개발과 조기도입을 촉진시키는 에너지 수요관리 통하여 우리는 에너지효율을 대폭 개선시키며 대기오염 배출량도 대폭 줄일 수 있다. 본 고는 에너지 공급관리(공급확충)위주에서 에너지 수요관리위주로서의 에너지정책 전환은 불가피하다고 판단한다. 에너지 공급시스템보다 에너지 수요시스템위주로 전체 에너지시스템을 획기적으로 개선시키기 위해서는 최저 에너지효율제의 광범위한 실시와 함께 고효율 기기의 개발과 보급에 필요한 유인책의 도입, 고효율 기기와 에너지의 효율적 이용에 대한 정보 등이 필요시 되고 있다. 우리 나라의 경우 현재의 산업구조와 기술수준을 고려하여 에너지 효율의 기준을 미국보다

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중학교 기술 가정 교과의 주생활단원 내용에 대한 교사의 중요도 인식 (Teachers' Importance Perception of the Contents in Housing Unit of Middle School Technology and Home Economics Subject)

  • 전경숙
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.223-237
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    • 2008
  • 본 연구는 가정과 교사의 주생활단원 내용에 대한 중요도 인식을 조사하여 주생활단원 내용 개정을 위한 기초 자료 제공을 목적으로 한다. 이를 위해 주생활단원 내용에 대한 교사의 중요도 인식과 관련 변수를 2008년 1월부터 3월까지 설문지를 통해 조사하였으며 수집한 자료 233부를 분석하였다. 주생활단원 48개 내용에 대한 교사의 중요도 인식은 '생활공간의 활용' 중단원의 18개 내용의 중요도 인식 평균은 3.78로 양호하며, '실내 환경과 설비' 중단원의 15개 내용의 평균은 3.94로 높은 반면 '주택의 유지와 보수' 중단원의 15개 내용의 평균은 3.42로 가장 낮아 '주택의 유지와 보수' 중단원의 내용 타당도에 대한 개선이 요구된다. 특히 '실내공기의 오염과 영향'은 교사의 중요도 인식이 가장 높아 내용의 심화가 요구된 반면 '페인트칠하기'와 '도배하기'에 대한 교사의 중요도 인식은 보통 이하로 현실적 타당도가 결여되어 있어 개정이 요구된다. 주생활단원 48개 내용 중 '생활공간의 활용'의 10개, '실내 환경과 설비'의 5개, '주택의 유지와 보수'의 10개의 25개 내용은 교사의 성별, 나이, 교직경력, 학력, 담당과목, 학교유형, 근무지역에 따라 중요도 인식에 차이가 있었다.따라서 25개 내용이 교사의 일반적 특성의 차이를 극복하고 중요도 인식에서 보편적 지지를 얻기 위해서는 내용의 타당성 점검 등 대책을 강구할 필요가 있다. 본 연구의 결과 제언할 내용은 기술 가정 교과를 기술과 가정으로 팀 티칭(team teaching)하는 것이 교사의 성별과 담당과목에 따른 편차를 극복하고 주생활단원을 형평성 있게 교수하는데 더 적합하며, 주생활단원 내용은 지역 환경의 차이를 고려하여 통합적으로 구성될 수 있도록 교과서 검정 기준안이 마련되어야 하며, 앞으로의 주생활단원의 평가는 내용을 최소 단위로 세분화하여 단일 주제의 내용에 대해 측정해야 하는 것으로 요약된다.

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ICT기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜의 현황과 미래 (Current status and future of insect smart factory farm using ICT technology)

  • 석영식
    • 식품과학과 산업
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    • 제55권2호
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    • pp.188-202
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    • 2022
  • 최근 곤충산업은 애완곤충, 천적 등 산업에서 사료, 식용, 약용곤충으로 그 활용범위가 확대되면서 곤충 원료의 품질관리에 대한 요구가 커지고 곤충 제품의 안전성 확보에 관심이 높아지고 있다. 전세계 곤충산업 시장은 많은 소규모 농가형 기업과 소수의 대기업으로 구성되어 있으며 전통적인 수작업 사육에서 고도로 자동화되고 기술적으로 진보된 플랜트형 사육 등 다양한 기술 수준의 사육형태가 존재한다. 산업규모가 확대되는 과정에서 사육환경의 설계는 온습도, 공기질 조절과 병원체 및 기타 오염 물질의 전파를 방지하는 것은 중요한 성공 요인이 되며 사육에서 부화, 사육, 가공에 이르기까지 생산의 안전성을 유지하기 위해서 통일된 운영시스템 아래 통제된 환경이 필요하다. 따라서 곤충의 생육과 사육환경의 빅데이터화 된 데이터베이스를 기반으로 외부 환경 변화에도 안정적인 사육환경 유지가 가능하고 곤충성장에 맞추어 사육환경을 제어하며 노동력 감소와 생산성 향상을 이루기 위한 ICT 기반 곤충 스마트팩토리팜의 설계 및 운용알고리즘을 개발하는 것은 곤충산업 발전의 필수 선결조건이 되고 있다. 특히 유럽 상업용 곤충사육시설은 상당한 투자자의 관심을 받아 곤충 회사가 대규모 생산시설로 건설하고 있는데 이는 EU가 2017년 7월 물고기양식 사료원료로 곤충 단백질의 사용을 승인한 후 가능해졌으며 이를 기반으로 곤충산업의 식용, 의료 등 다른 분야도 첨단기술을 접목하는 현상이 가속화되었다. 외국 곤충산업은 주로 전세계 식품 생산량의 30%에 이르는 소비 전 폐기물이라고 불리는 식품회사의 생산과잉 원료 등을 업사이클링을 통해 재활용생태계를 형성하는데 반해 우리나라는 가정 및 가게에서 발생하는 음식물폐기물 또는 농산물 가공부산물을 주로 이용한다는 점에서 사료 수집과 영양성분 유지, 위생 등 지속가능한 산업생태계를 이루는 데 어려움을 겪고 있다. 또한, 각 곤충 종은 고유하고 특정 사육기술을 요구하고 있다는 점을 감안할 때 곤충사육자는 각기 다른 종별 접근 방식을 채택해야 하는데 대부분의 곤충기업은 여전히 소규모로 운영되며 특히 농가형 기업의 경우 지식과 경험이 도제식으로 전승되는 경우가 많아 표준화되고 규격화된 사육기술이 유지되기 어려운 반면, 일부 곤충 기업은 대규모 사육시설에 스마트 통합 제어시스템을 도입하여 먹이주기, 물주기, 취급, 수확, 청소 시스템, 가공, 품질관리, 포장 및 보관과 같은 곤충 생산과 관련된 요소가 최적화된 사육 환경과 사육프로세스로 표준화되어가는 모습을 보이고 있으며 심지어 일부 유럽기업은 AI기술로 구동되는 완전 자율 모듈식 곤충시스템으로 사육 유지관리를 하고 있는 사례도 등장하기 시작하였다. 향후 전세계 곤충산업은 공급업체로부터 알이나 작은 유충을 구입하고 곤충을 성숙시키기까지 애벌레의 비육 즉 생산원료에 중점을 두는 시스템과 알을 낳고 수확하고 유충의 초기 전처리에 이르기까지 전체 생산 과정을 다루는 시스템, 곤충 유충 생산의 모든 단계와 제분, 지방 제거 및 단백질 또는 지방 분획 등 추가 가공 단계를 다루는 대규모 생산시스템 등으로 점점 세분화할 것으로 본다. 우리나라에서도 인공지능 및 ICT 첨단기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜 연구 및 개발 등이 가속화되고 있어 곤충이 기존 사료, 식품 뿐만 아니라 천연 플라스틱 또는 천연성형소재 등 2차산업의 탄소제로 소재로 활용할 수 있도록 특정 종 육종과정 단축이나 기능성 강화를 위한 사육제어가 가능하도록 곧 곤충 스마트팩토리팜 한국형 맞춤사육시스템이 등장할 수 있을 것으로 보이며, 특히 곤충 제품의 지속 가능성을 높이기 위해 사료 및 자원 사용에 대한 통합 소프트웨어 접근 방식을 개발하는 것에 중점을 두고 진행되고 있다.

3D 프린팅 소재 화학물질의 독성 예측을 위한 Data-centric XAI 기반 분자 구조 Data Imputation과 QSAR 모델 개발 (Data-centric XAI-driven Data Imputation of Molecular Structure and QSAR Model for Toxicity Prediction of 3D Printing Chemicals)

  • 정찬혁;김상윤;허성구;;신민혁;유창규
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제61권4호
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    • pp.523-541
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    • 2023
  • 3D 프린터의 활용이 높아짐에 따라 발생하는 화학물질에 대한 노출 빈도가 증가하고 있다. 그러나 3D 프린팅 발생 화학물질의 독성 및 유해성에 대한 연구는 미비하며, 분자 구조 데이터의 결측치로 인해 in silico 기법을 사용한 독성예측 연구는 저조한 실정이다. 본 연구에서는 화학물질의 분자구조 정보를 나타내는 주요 분자표현자의 결측치를 보간하여 3D 프린팅의 독성 및 유해성을 예측한 Data-centric QSAR 모델을 개발하였다. 먼저 MissForest 알고리즘을 사용해 3D 프린팅으로 발생되는 유해물질의 분자표현자 결측치를 보완하였으며, 서로 다른 4가지 기계학습 모델(결정트리, 랜덤포레스트, XGBoost, SVM)을 기반으로 Data-centric QSAR 모델을 개발하여 생물 농축 계수(Log BCF)와 옥탄올-공기분배계수(Log Koa), 분배계수(Log P)를 예측하였다. 또한, 설명 가능한 인공지능(XAI) 방법론 중 TreeSHAP (SHapley Additive exPlanations) 기법을 활용하여 Data-centric QSAR 모델의 신뢰성을 입증하였다. MissForest 알고리즘 기반 결측지 보간 기법은, 기존 분자구조 데이터에 비하여 약 2.5배 많은 분자구조 데이터를 확보할 수 있었다. 이를 바탕으로 개발된 Data-centric QSAR 모델의 성능은 Log BCF, Log Koa와 Log P를 각각 73%, 76%, 92% 의 예측 성능으로 예측할 수 있었다. 마지막으로 Tree-SHAP 분석결과 개발된 Data-centric QSAR 모델은 각 독성치와 물리적으로 상관성이 높은 분자표현자를 통하여 선택함을 설명할 수 있었고 독성 정보에 대한 높은 예측 성능을 확보할 수 있었다. 본 연구에서 개발한 방법론은 다른 프린팅 소재나 화학공정, 그리고 반도체/디스플레이 공정에서 발생 가능한 오염물질의 독성 및 인체 위해성 평가에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.