• 제목/요약/키워드: 주성분 요인

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인공 신경망 기법을 이용한 제지공정의 지절 원인 분석

  • 이진희;이학래
    • 한국펄프종이공학회:학술대회논문집
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    • 한국펄프종이공학회 2001년도 춘계학술발표논문집
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    • pp.168-168
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    • 2001
  • 제지공정의 지절 현상은 많은 공정 변수들이 복합적으로 작용하여 발생하는 가장 큰 공정 트러블 중의 하나이다. 지절은 생산량 감소 뿐만 아니라 발생 후 공정의 복구 와 정리, 생산재가동 및 공정의 재안정화를 위해 많은 시간과 비용, 그리고 노력이 투 입되어야 하므로 공정의 효율과 생산성을 크게 저하시키는 요인이다. 그러나 지절 현상 의 복잡성 때문에 이에 대해 쉽게 접근하거나 해결하지 못하고 있는 것이 현실이지만 그 필요성은 더욱 더 증대되고 있다. 본 연구에서는 최근 들어 각종 산업분야에서 복잡 한 공정상의 결점 발견 및 진단에 효과적이라고 인정받고 있는 예측 분석기법인 인공 신경망(artificial neural network) 시율레이션과 일반적인 통계기법 중의 하나인 주성분 분석을 이용하여 제지 공정의 지절 현상의 검토 가능성을 타진하였다. 인공신경망이란 인간두뇌에서 일어나는 자극-반응-학습과정을 모사하여 현실세계에 존재하는 다양한 현상들의 업력벡터와 출력상태 간의 비선형 mapping올 컴퓨터 시율 레이션을 통하여 분석하고자 하는 기법으로, 여러 가지 현상들을 학습을 통해서 인식하 는 신경망 내의 신경단위들이 병렬처리에 의해 많은 양의 자료에 대한 추론이나 판단 을 신속하고 정확하게 해주는 특징이 있으며 실시간 패턴인식이나 분류 응용분야에도 매우 매력적으로 이용되고 있는 방법이다. 이러한 인공 신경망 기법 중에서도 본 연구 에서는 퍼셉트론의 한계점을 극복하기 위하여 입력총과 출력층에 한 개 이상의 은닉층 ( (hidden layer)을 사용하여 다층 네트워으로 구성하고, 모든 입력패턴에 대하여 발생하 는 오차함수를 최소화하는 방향으로 연결강도를 조정하는 back propagation 학습 알고 리즘을 사용하였다. 지절의 원인으로 추정 가능한 공정인자들을 변수로 하여 최적의 인 공신경망을 구축하기 위해 학습률과 모멘트 상수의 변화 및 은닉층의 수와 출력층의 뉴런 수를 조절하는 동의 작업을 거쳐 네트워크의 정확도가 높은 인공신경망을 설계하 였다. 또한 이러한 인공신경망과의 비교분석을 위해 동일한 공정 데이터들올 이용하여 보편적으로 사용하는 통계기법 중의 하나인 주성분회귀분석을 실시하였다. 주성분 분석은 여러 개의 반응변수에 대하여 얻어진 다변량 자료의 다차원적인 변 수들을 축소, 요약하는 차원의 단순화와 더불어 서로 상관되어있는 반응변수들 상호간 의 복잡한 구조를 분석하는 기법이다. 본 발표에서는 공정 자료를 활용하여 인공신경망 과 주성분분석을 통해 공정 트러블의 발생에 영향 하는 인자들을 보다 현실적으로 추 정하고, 그 대책을 모색함으로써 이를 최소화할 수 있는 방안을 소개하고자 한다.

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황해 동부해역에서 식물플랑크톤 군집의 시공간적 분포에 미치는 환경요인에 관한 연구

  • 박승윤;손재경;윤숙경;허승;김성진
    • 한국환경과학회:학술대회논문집
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    • 한국환경과학회 2007년도 춘계 학술발표회 발표논문집
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    • pp.308-311
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    • 2007
  • 황해의 25개 조사정점의 표층수에 대한 해양환경요인 및 식물플랑크톤 현존량의 월별 조사결과를 종합하여 주성분분석(PCA)을 실시한 결과 주성분 I에서는 변화를 26.6% 설명할 수 있으며, 이중 질산질소가 가장 많이 기여하였고, 이어서 용존무기질소, 규산규소, 수온, 용존산소, 암모니아질소 순으로 기여 하고 있었다. 주성분 II에서는 20.3%를 설명 할 수 있으며, 이중 용존산소가 가장 많이 기여하였고 그 외 엽록소 a, 수온, 염분, 규산규소, 식물플랑크톤 현존량 순으로 기여 하였다. 주성분 III에서는 15.1%를 설명 할 수 있으며, 이중 인산인이 가장 많이 기여하였고 그 외 염분, 아질산질소, 수온, 용존산소, 질산질소, 용존무기질소 순으로 기여하였다. PCA에 이용된 항목 중 부유물질은 제외한 모든 항목은 주성분 I, II, III에 5%이하 유의수준에서 의미 있는 상관성이 있었다. 주성분 I은 질산성질소, 용존무기질소, 규산규소, 인산인과는 긍정적인 상관성(p<0.0001)을 갖고, 수온, 암모니아질소와는 부정적인 상관성을 보였다(p<0.001). 주성분 II에서는 용존산소, 엽록소 a, 식물플랑크톤 현존량은 긍정적 상관성을 나타내었고, 수온, 염분, 규산규소와는 부정적인 상관성을 보였으며(p<0.0001), 주성분 III에서는 염분, 수온, 질산질소, 용존무기질소, 식물플랑크톤 현존량과는 긍정적인 상관성(P<0.0001)을 나타내었고 인산인, 아질산질소, 용존산소는 부정적인 상관성을 나타내었다 (p<0.01). 공간적인 분포특성은 조사정점에 따라 항목별 결과에 대한 분산이 커서 일정한 특성을 도출하기가 어려운 상태이나 대체로 PCA II축을 기준으로 상부인 $1/4{\sim}2/4$분면에 북부와 중부의 조사정점이 위치하고 음의 방향인 $3/4{\sim}4/4$분면에 중부와 남부의 조사정점이 위치하고 있어 북측의 307선과 308선 및 중부의 309선과 310선 그리고 남측의 311선과 312선으로 구분되어지는데 그 중에서 태안반도의 연안역인 307선의 03점은 계절에 변화가 가장 커서 분산의 폭이 심한 상태로서 다른 조사정점들과 구분되어진다. 전반적으로 북측해역에서는 용존산소, 엽록소 a, 식물플랑크톤 현존량이 남측해역에 비해 상대적으로 많은 반면, 남측해역은 수온과 염분 및 규산규소가 높은 상태이었다. 북쪽인 307선과 308선은 연안역과 외해에서 상대적으로 영양염류가 높았으며, 중부인 309선과 310선은 연안역과 준 외해역인 07점과 09점에서 영양염류가 높았었고, 남부 해역인 311선과 312선에서는 연안역에서 영양염류가 상대적으로 높은 경향을 나타내었다. 즉 황해 동부는 연안역에서는 조석간만의 차가 심하고, 새만금 및 시호호등과 같은 대규모의 간척 매립으로 육상의 오염원이 자정작용을 거치지 못하고 직접 연안으로 유입되고 있는 실정이다. 또한 10여 년 전부터 육지의 모래부족으로 다량의 바다 모래가 채취되어 왔고 그 량이 점차 증가추세이며, 중부외해역에서는 각종 폐기물 투기로 점차 영양염류의 부하량이 증가되고 있어 특히 질소계와 인의 영양염류 농도가 높아지고 있는 추세이다. 시간적 변동특성은 전반적으로 순환하는 형태를 유지하고 있다. 2005년 2월에는 질산질소, 용존무기질소, 규산규소, 인산인, 용존산소가 높았었으며 4월로 접어들면서 항목 간에 분산되는 경향을 보이면서 수온, 엽록소 a 및 식물플랑크톤이 증가 하면서 해역에 따라 좌우로 분산되는 경향을 나타내었고 6월에는 아질산질소를 제외한 영양염류가 감소하는 경향을 보였다. 8월에는 6월에 비해 수온이 높아지고 규산규소, 질산질소, 용존무기질소 등이 약간 증가추세이었으며 10월로 접어들면서 증가추세가 더 높아졌었고 12월에는 질산질소, 용존무기질소, 규산규소, 인산인, 용존산소가 높아졌었다. 2006년 4월에는 2005년 4월에 비해 수온, 엽록소 a, 식물플랑크톤의 현존량이 높아져서 전년 동시기와 약간 다른 양상을 보이고 있었다. 즉 동계인 2월을 시작으로 반 시계 또는 시계 방향으로 순환하는 형태를 유지하고 있으며, 4월은 2개년 비교해 보았을 때 해마다 해양환경에 따라 그 순환 정도 및 형태가 다를 것으로 추정된다.

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주성분분석과 지구통계법을 이용한 제주도 지하수의 수리지화학 특성 연구 (Hydrogeochemical Characterization of Groundwater in Jeju Island using Principal Component Analysis and Geostatistics)

  • 고경석;김용제;고동찬;이광식;이승구;강철희;성현정;박원배
    • 자원환경지질
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    • 제38권4호
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    • pp.435-450
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    • 2005
  • 본 연구는 다변량 통계분석을 이용하여 수리지화학적 특성을 분석하고, 주성분 분석을 통해 얻어진 변수를 설명하는 수리지화학적 과정에 대한 해석, 그리고 각 성분과 주성분을 이용한 공간정보에 대하여 지구통계기법을 적용하여 연구지역 지하수의 유동 및 순환 과정을 해석하고자 하였다. 제주도 지하수의 수질에 가장 많이 영향을 미치는 성분은 Cl과 $NO_3$이었으며, 특히 농업활동에 의해 증가되는 $NO_3$는 지하수 성분 중 가장 큰 변동을 보여주었다. 다변량 통계분석법인 주성분 분석(PCA)에 의한 수리지화학적 특성 분석 결과, 초기 3개의 주성분은 전체 분산의 $73.9\%$를 설명하였다. 주성분 1은 용존 이온의 증가를 나타내며, 주성분 2는 탄산염 광물의 용해와 질산염 오염의 영향, 주성분 3은 양이온 교환반응과 규산염광물의 용해과정을 지시한다. 실험적 반베리오그램 유형 분석 견과 지하수 성분은 크게 두 그룹으로 분류되며 각각의 그룹에는 EC, Cl, Na, $NO_3$$HCO_3,\;SiO_2,$ Ca, Sr이 속한다 지하수 성분의 공간분포 특징을 조사한 결과, 전기전도도(EC), Cl, Na는 해수의 영향을 받는 해안가로 갈수록 증가하는 경향을 보여주며, $NO_3$는 농경지의 분포와 밀접한 상관관계를 가진다. 이들 성분은 또한 지형과도 상관성을 가지며 이는 지하수 함양과의 관련성을 나타낸다. 요인 크리깅 수행 결과 PCI은 Cl, Na, EC의 공간분포와는 다른 양상을 보여주는데 이는 pH, Ca, Sr, $HCO_3$가 PCI에 미치는 영향 때문인 것으로 분석되었다 서부지역에서는 PC2의 이상대가 길게 나타나며 이는 탄산염 광물의 용해와 관련이 있는 것으로 사료된다. 이상의 결과로부터 연구지역 지하수에 대한 다변량 통계분석 및 지구통계 분석 기법의 적용은 수질에 대한 복합적 정보의 정량화와 공간 특성을 해석하는데 사용될 수 있다.

온도 및 하중 영향을 고려한 임피던스 기반 조류발전용 재킷 구조물의 장기 건전성 모니터링 (Impedance-based Long-term Structural Health Monitoring for Jacket-type Tidal Current Power Plant Structure in Temperature and Load Changes)

  • 민지영;김유청;윤정방;이진학
    • 대한토목학회논문집
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    • 제31권5A호
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    • pp.351-360
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    • 2011
  • 일반적으로 해양개발을 위하여 사용되는 재킷식 해양 구조물은 염분, 조류, 파도, 바람 등 극심한 환경적 요인에 의해 육상 시설물에 비해 열악한 환경에 노출되어 있으나, 이러한 구조물의 구조적 안전성 및 성능 확보를 위한 모니터링 시스템의 적용사례는 그다지 많지 않다. 임피던스 기반의 구조물 건전성 모니터링은 구조물의 국부적인 손상을 모니터링하는 기술로서 최근 실 구조물에의 적용에 대한 연구가 국내외에서 활발하게 이루어지고 있으나, 온도, 하중 등의 환경적 요인에 의한 영향을 최소화하고 손상에 의한 특성만을 효과적으로 추출하는 기술은 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 재킷식 조류발전 지지구조물의 축소모형을 제작하여 온도와 정적 하중이 변하는 환경 하에서 임피던스 기반의 국부적 손상 모니터링에 관한 연구를 수행하였다. 환경에 의한 영향을 보상하기 위하여 기존의 손상지수에 대해 주성분 분석을 수행하였으며 환경 변화에 민감하게 반응하는 주성분을 선택하여 제거하였다. 이 후 손상지수를 모니터링한 결과, 제안된 주성분 분석 기반 접근법이 환경 영향 하에서의 장기 모니터링에 유효하게 사용될 수 있음을 확인하였다.

주성분분석 및 다중회귀분석에 의한 제주도 토양유기물 및 $Al_o+1/2Fe_o$ 함량 분포 (Distribution of Organic Matter and $Al_o+1/2Fe_o$ Contents in Soils Using Principal Component and Multiple Regression Analysis in Jeju Island)

  • 문경환;임한철;현해남
    • 한국토양비료학회지
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    • 제43권5호
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    • pp.748-754
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    • 2010
  • Soil Taxonomy의 새로운 Andisols목 토양의 분류체계에서 토양유기물 함량과 Ammonium oxalate 추출 Al함량과 Fe의 1/2함량의 합은 중요한 기준이다. 제주도는 토양생성환경이 다양하여 Andisols 토양을 포함하여 다양한 토양이 분포하고 있다. 이 논문은 제주도 토양을 대상으로 기후, 식생, 지형 등 여러 가지 환경변수들을 이용하여 토양유기물과 $Al_o+1/2Fe_o$의 함량을 추정할 수 있는 모형을 개발하고, 이를 이용하여 토양특성지도를 제작하기 위하여 수행하였다. 조사대상 지역의 321 지점에서 토양을 채취하여 토양유기물과 $Al_o+1/2Fe_o$ 함량을 분석하고, 각 토양시료 채취지점의 온도, 강우, 순일차생산량, 일사량, 증발산량, 해발고도, 토양생성에너지, 지형습윤지수, 주변과의 고도차, 해안과 정상으로부터의 거리 등의 환경변수들을 환경변수 지도를 제작하여 추출하였다. 여러 환경변수 간에는 서로 상관관계가 높게 나타나는 다중공선성을 나타내었으며, 이를 주성분분석에 의한 변수 변환으로 제거하였다. 주성분분석 결과를 바탕으로 변환된 변수들은 산악효과, 식생효과, 복잡 효과 등 3개의 주성분으로 축소할 수 있었고, 이 3개의 변수를 이용하여 토양유기물과 $Al_o+1/2Fe_o$ 함량을 예측할 수 있는 다중회귀모형을 구하였다. 이 모형들은 전체 토양유기물 변이의 52%와 전체 $Al_o+1/2Fe_o$ 변이의 37%를 설명할 수 있었다. 모형을 이용하여 제작된 토양유기물 지도는 토양도를 바탕으로 한 토양유기물 지도와 전체적인 형태에서 매우 유사한 형태를 나타내었다. 따라서 환경요인은 제주도 토양의 분포에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었고, 정량화할 수 있는 환경요인을 이용하여 토양특성지도를 제작할 수 있음을 구명하였다.

통계분석기법을 이용한 전남 갯벌 해역 수질특성 (The Evaluation of the Water Quality in Coastal Boundary on Tidal flat)

  • 전수경;김종기;김윤
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제14권1호
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    • pp.1-10
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    • 2011
  • 전남 서해 갯벌 연안경계부 수질특성을 파악하기 위하여 5개 해역(무안만, 탄도만, 함평만, 신안지도 및 영광해역)을 대상으로 2008년에서 2009년까지 2년 동안 한 달에 두 번씩 현장조사를 실시하였다. 수온은 $1.3{\sim}31.1^{\circ}C$로 연교차가 컸다. 염분은 비교적 32 내외로 균일하였으나 강우가 집중되는 시기에 염분 함량이 20 이하로 저염화가 나타났으며, 수온 변화에 따라 용존산소는 하계에 낮고 동계에 높았다. 수소이온농도는 용존산소와 비슷한 분포경향을 보였다. 부유물질의 경우 영광해역에서 100 mg/l 이상으로 높은 함량을 보였다. 화학적 산소요구량은 1 mg/l 내외로 큰 변화가 없었으며, 용존무기질소와 용존무기인은 담수유입이 증가하는 시기에 높은 함량을 보였다. 용존무기질소는 겨울과 초봄에 낮은 반면에 용존 무기인은 월별 변화 없이 균일한 분포를 보이다가 2009년 7월 이후 다소 증가하는 경향을 보였다. 엽록소a는 봄철에 $10\;{\mu}g/l$내외로 나타났으며 이후 대부분 비슷한 분포 경향을 보이나 특히 타 해역에 비하여 여름철에 영광해역에서 높게 나타났다. 해역별 수질특성을 비교하기 위하여 실시한 주성분분석 결과는 다음과 같이 뚜렷한 특징을 보였다. 무안만과 탄도만에서 제 1 주성분 요인은 담수유입 변동이었으며, 신안지도 해역과 영광해역에서는 수온의 변화로 나타났다. 함평만에서는 담수유입 변동과 수온변화의 영향이 제 1 주성분 요인으로 복합되어 나타났다.

한강 주요지천의 지역적 및 계절적 수질변화 (Spatial and Seasonal Water Quality Variations of Han River Tributries)

  • 이영준;박민지;손주연;박진락;김귀다;홍창수;구동회;이중근;노창완;신경용;유순주
    • 환경영향평가
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    • 제26권6호
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    • pp.418-430
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    • 2017
  • 지표수의 수질은 음용수, 공업용수, 농업용수 등과 같이 다양한 용도로 이용하기 위해서 아주 중요하다. 다양한 수질변수들에 대한 정기적인 수질조사가 실시되고 있으며 정확하고 효과적인 분석 및 해석이 수반되어야 한다. 본 연구의 목적은 다변량 분석방법을 이용하여 지역적 및 계절적 수질변화를 평가하는데 있다. 2012년부터 2016까지 5년간 12개 조사지점에 대하여 유량(flow)과 수질항목(water temperature, pH, EC, DO, BOD, COD, SS, TN, TP 및 TOC)을 조사 분석하였다. 계절적 수질변화에서는 봄과 겨울의 BOD, TN, TP 및 TOC 평균농도가 여름 및 가을에 비하여 높게 조사되었다. 유량 및 SS의 평균농도가 다른 계절에 비하여 여름이 높았다. 상관분석에서 EC는 BOD(r=0.857), COD(r=0.854), TN(r=0.899) 및 TOC(r=0.910) 와 높은 상관성을 나타냈다. 주성분분석에서 요인 1은 TP, DO 및 pH을 포함하며 32.0%, 요인 2는 EC 및 TN을 포함하며 26.0%, 요인 3은 SS을 포함하며 18.0%의 기여율을 보였고, 요인 4는 유량을 포함하며 12.0%, 요인 5는 수온을 포함하며 10.0%를 보였다. 5개의 요인은 전체 수질변동 특성의 98.0%를 설명할 수 있었다. 안양천, 왕숙천, 중량천 및 탄천은 유기오염물질의 영향을 받는 것으로 조사되었다. 군집분석에서 조사지점에 대한 계절적 차이를 도출하였으며, 또한 군집분석 결과는 주성분분석 결과 해석을 더 잘 설명하게 되었다.

보행환경요인이 보행안전에 미치는 영향분석 (Effect of Walking-Environment Factor on Pedestrian Safety)

  • 이수민;황기연
    • 대한교통학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.107-114
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    • 2009
  • 보행은 인간의 기본적이면서 중요한 교통수단이다. 최근 들어 보행자 사고와 관련하여 보행안전이 중요시되고 있다. 이에 본 연구에서는 보행환경요소가 보행안전에 영향을 미치는지 살펴보았다. 선행연구에서 15개의 보행환경요소를 추출하여 설문조사를 실시하였고, 요인분석을 통해 4개의 요인을 추출하였다. 다중회귀분석 결과 F-value는 9.211, P-value는 0.000으로 귀무가설이 기각되어 보행환경요인은 보행안전에 영향력을 미치는 것으로 나타났다. 영향력은 보도특성, 경관성, 상업성, 보행특성의 순으로, 특히 경관성과 보도특성은 유의미한 것으로 분석되었다.

회전교차로 주행 만족도 및 안전성 평가 (Driving Satisfaction and Safety Assessment for Roundabout)

  • 남궁문;신회식;장태연
    • 대한토목학회논문집
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    • 제34권1호
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    • pp.223-233
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    • 2014
  • 본 연구는 도로 교통전문가에 대한 개인속성 및 운전행태를 비롯한 회전교차로 주행경험에 따른 만족도에 영향을 미칠 것으로 예상되는 요인들을 분석하였다. 회전교차로의 주행환경 만족도 특성을 명확하게 규명하기 위해 주성분분석을 실시하여 구성요인을 추출하고 변수들을 3개의 요인으로 그룹화하였으며, 각 그룹을 만족요인속성, 운전행태속성, 개인속성으로 명명하였다. 변수들의 신뢰성과 타당성을 검증하기 위해 확인적 요인분석을 통하여 변수정제과정을 거친 후 회전교차로 주행성 인지와 만족요인속성을 내생잠재변수로, 개인속성과 운전행태속성을 외생잠재변수로 구조화한 회전교차로 주행환경 만족도 모형을 개발하였다. 모형 추정결과, 회전교차로 주행만족도는 차량지체 감소, 교통안전성 향상, 도로용량 증대, 도시미관 개선, 교통환경 개선, 심각사고 감소, 자전거 이용 편의 등 만족요인속성에 직접적인 영향을 받으며 성별, 연령, 운전시간, 운전경력 등 개인속성에 간접적인 영향을 받는 것으로 분석되었다. 교통법규 준수, 양보운전, 교통표지 준수, 끼어들기 운전 등 운전행태속성은 주행 만족도에 통계적으로 유의한 영향을 끼치지 못하였다. 그리고 AHP분석결과, 회전교차로 안전성 확보를 위해서는 기하구조의 회전반경과 운전자특성의 운전습관이 가장 중요한 요소로 선정되었다.

주성분 분석을 활용한 IPC 거더교의 환경부하량 영향요인 분석 (Anlysis of the Environmental Load Impact Factors for IPC Girder Bridge Using Principal Component Anlysis)

  • 김준수;전진구;김병수
    • 한국건설관리학회논문집
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    • 제19권6호
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    • pp.46-54
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    • 2018
  • 21세기 들어서 지구는 기후변화로 인한 위기를 극복하기 위해서 탄소배출량을 줄이기 위한 노력을 지속하고 있다. 시공과정에서 환경부하량을 많이 배출하는 대표적인 산업인 건설산업에서도 환경부하량을 줄여나가는 노력을 적극적으로 하여야 한다. 건설시설물 계획단계에서부터 환경부하량을 적게 배출하기 위한 노선선정, 구조형식선정 등 환경부하량을 고려한 계획이 적용되어야 한다. 하지만 환경부하량은 투입자원량에 근거하여 산정할 수 있는데 계획단계에서는 공사물량 정보가 부족하여 환경부하량의 정확한 산정이 어려운 실정이다. 본 연구는 IPC 거더교를 대상으로 계획단계에서 환경부하량 추정모델에 활용하기 위한 환경부하량 영향 요인을 선정하기 위한 연구이다. 계획단계에서 활용할 수 있는 정보목록 중 환경부하량과 관련이 있는 특성정보를 전과정 평가(Life Cycle Assessment, LCA), 상관분석, 주성분 분석과 전문가 의견을 반영하여 선정하였다. 선정된 계획단계 정보 목록은 경간길이, 교량연장 등 10개이며 추후 환경부하량 추정모델 개발 시 유용한 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.