• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제42권6호
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• pp.259-267
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• 2021

Recently, the market for personal health care and medical devices based on Bluetooth Low Energy(BLE) has grown rapidly. BLE is being used in various medical data communication devices based on low power consumption and universal compatibility. However, since data errors occurring in the transmission of medical data can lead to medical accidents, it is necessary to analyze the causes of errors and study methods to reduce data error. In this paper, the minimum communication speed to be used in medical devices was set to at least 800 byte/sec based on the wireless electrocardiography regulations of the Ministry of Food and Drug Safety. And the data loss rate was tested when data was transmitted at a speed higher than 800 byte/sec. The factors that cause communication data error were classified, and the relationship between each factor and the data error rate was analyzed through experiments. When there were two or more activated peripherals connected to the central, data error occurred due to channel hopping and bottleneck, and the data error rate increased in proportion to the communication distance and the number of activated peripherals. Through this experiment, when the BLE is used in a medical device that intermittently transmits biosignal data, the risk of a medical accident is predicted to be low if the number of peripherals is 3 or less. But, it was determined that BLE would not be suitable for the development of a biosignal measuring device that must be continuously transmitted in real time, such as an electrocardiogram.

• 한국항행학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.172-178
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• 2022

본 논문은 스마트워터그리드의 핵심기술 중 하나인 수도미터 원격검침(AMR)을 LoRa IoT 네트워크를 이용하여 구현하는 방법에 대한 연구이다. 연구의 주된 내용은 한 대의 PC 서버에서 LoRa 통신으로 다수 세대의 수도미터기 검침 값을 수신받아 데이터베이스에 저장하는 한편 인터넷을 통하여 웹 서버의 클라우드 저장을 하여 사용자의 스마트폰으로 검침 데이터를 열람할 수 있는 네트워크를 구성하는 시스템을 개발하고 테스트 결과를 보인다. 시스템 구성을 위하여 디지털 수도미터기 메인보드의 하드웨어와 펌웨어를 자체적으로 설계 제작하고, PC 서버프로그램으로서 계량데이터운용시스템(MDMS) 프로그램을 비주얼 C#으로, 사용자 스마트폰에서 구동되는 앱 프로그램은 안드로이드 스튜디오로 자체 설계 제작한다. 제작된 각각의 구성을 연결하여 전체 시스템을 실험실 내의 유량 테스트벤치에 장착하여 테스트하여 결과를 보이고, 실제 사용환경 테스트를 위하여 대학 주변의 5곳을 선정하여 전송 거리 테스트를 하여 개발된 시스템이 실사용 현장에 사용 가능함을 보인다. 본 연구결과는 워터그리드에서 충분히 활용할 수 있어 물 사용량 소비패턴, 위치 정보 등을 분석하여 효과적인 물 사용량 관리뿐만 아니라 독거, 치매 어르신 등이 정상적인 생활을 하는지를 추정까지 가능하다는 등 다양한 사회안전망으로도 확대 가능하다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제38권5_3호
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• pp.901-912
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• 2022

전 세계적인 기후변화로 재해발생빈도가 증가하고 있으며, 국내에서도 이례적인 폭우 및 장마현상이 발생되고 있다. 이러한 기상이변현상은 가뭄, 홍수 등으로 이어져 2차피해를 유발할 수 있으므로 주기적인 모니터링과 신속한 탐지가 중요하다. 수체탐지를 위하여 광학영상을 활용한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으나, 폭우를 동반하여 발생하는 홍수를 탐지하기 위해서는 구름의 영향으로 탐지하기 어렵다는 한계를 대변하기 위해 전천후 주야에 관계없이 관측가능한 합성개구레이더(synthetic aperture radar, SAR)를 활용한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 개방데이터로서 24시간 이내에 수집 가능한 Sentinel-1 SAR 영상을 활용하여 최근 다양한 분야에서 활용되고 있는 딥러닝 알고리즘인 UNet을 적용하였다. 선행연구에서 SAR영상과 딥러닝 알고리즘을 이용하여 수체탐지 연구가 진행되고 있지만, 국내를 대상으로 소수의 연구만이 진행되었다. 따라서 SAR 영상의 딥러닝 적용가능성을 파악해보고자 UNet과 기존의 알고리즘인 임계값(thresholding) 방법을 비교하였으며, 5가지 지수와 Sentinel-2 normalized difference water index (NDWI)로 평가하였다. Intersect of union (IoU)로 정확도를 평가해 본 결과 UNet은 0.894, 임계값 방법은 0.699로 UNet의 정확도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 딥러닝 기반 SAR영상의 적용가능성을 확인할 수 있었으며, 고해상도의 SAR영상과 딥러닝 알고리즘을 적용한다면, 국내를 대상으로 주기적이고 정확한 수체의 변화탐지가 가능할 것이라 기대된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제38권5_2호
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• pp.793-810
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• 2022

실시간 범람 모니터링을 위해 인공위성 SAR영상을 활용하는 수체탐지에 대한 필요성이 대두되었다. 주야와 기상에 상관없이 주기적으로 촬영 가능한 인공위성 SAR 영상은 육지와 물의 영상학적 특징이 달라 수체탐지에 적합하나, 스페클 노이즈와 영상별 상이한 밝기 값 등의 한계를 내포하여 다양한 시기에 촬영된 영상에 일괄적으로 적용 가능한 수체탐지 알고리즘 개발이 쉽지 않다. 이를 위해 본 연구에서는 Convolutional Neural Networks (CNN)기반 모델인 U-Net 아키텍처에 레이어의 조합인 모듈을 추가하여 별도의 전처리 없이 수체탐지의 정확도 향상 방법을 제시하였다. 풀링 레이어의 조합을 활용하여 형태학적 연산처리 효과를 제공하는 Morphology Module과 전통적인 경계탐지 알고리즘의 가중치를 대입한 컨볼루션 레이어를 사용하여 경계 학습을 강화시키는 Edge-enhanced Module의 다양한 버전을 테스트하여, 최적의 모듈 구성을 도출하였다. 최적의 모듈 버전으로 판단된 min-pooling과 max-pooling이 연속으로 이어진 레이어와 min-pooling로 구성된 Morphology 모듈과 샤를(Scharr) 필터를 적용한 Edge-enhanced 모듈의 산출물을 U-Net 모델의 conv 9에 입력자료로 추가하였을 때, 정량적으로 9.81%의 F1-score 향상을 보여주었으며, 기존의 U-Net 모델이 탐지하지 못한 작은 수체와 경계선을 보다 세밀하게 탐지할 수 있는 성능을 정성적 평가를 통해 확인하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제25권3호
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• pp.120-128
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• 2022

국내에는 17,000여개의 저수지가 존재하며, 이중 85% 이상은 50년 이상 경과된 노후 저수지이다. 이들 저수지는 내부침식 및 세굴 현상에 의한 누수와, 그에 따른 붕괴의 위험에 직면하고 있다. 이들 저수지 및 댐의 붕괴를 방지하기 위해서는 누수를 조기에 파악하고 대비하는 것이 중요하다. 전기비저항 탐사는 저수지의 전반적인 상태 파악은 물론 누수의 발달여부 탐지가 가능한 비파괴, 실시간, 현장조사법이다. 이러한 장점 때문에 전기비저항 탐사법은 저수지 안전진단에 널리 사용되고 있다. 그러나 전기비저항 탐사법은 저수지의 안전도에 대한 정량적인 지수를 제공하지 못해 공식적으로 저수지 정밀 안전진단의 상태평가 항목에 포함되어 있지 못하다. 이 연구에서는 전기비저항 탐사와 유도분극 탐사를 통하여 계산된 수분함량에 근거한 정량적 누수지수 산출법을 제시하였다. 특히 일회성 탐사와 모니터링에 의한 정량적 누수지수 산출법을 개발하여 전기비저항 탐사와 유도분극 탐사가 향후 저수지 정밀 안전진단의 상태평가 항목으로 진입할 수 있는 이론적 기반을 제시하였다.

• 한국식품위생안전성학회지
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• 제38권4호
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• pp.246-254
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• 2023

장염비브리오균은 급성 설사와 같이 수인성·식품매개 질병을 일으키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 제주지역 해수, 수족관수, 유통 수산물에서 분리한 장염비브리오균을 real-time PCR을 이용하여 잠재적인 독소 유전자 또는 종특이성 유전자(tdh, trh, tlh, toxR)를 조사하고, 이 균주의 유전적인 특성을 PFGE로 분석하였다. 총 245개 시료 중 해수에서 33주, 수족관수에서 7주, 수산물에서 50주로 90주(36.7%)의 장염비브리오균을 분리하였다. 모든 장염비브리오균에서 tdh 유전자는 검출되지 않았지만, tlh 유전자 또는 toxR 유전자는 검출되었다. 또한, 해수에서 3주와 수산물에서 1주 분리된 균주에서 trh 유전자가 검출되었다. 매달 해수를 정량검사한 결과 장염비브리오균은 수온과 양의 상관관계를 가지고 있었다. 90주의 장염비브리오균은 64.0-97.3% 범위에서 유사한 유전자 상동성을 보였다. 이중에서 13개 유형에서 유전자 상동성이 100%였다. 이러한 결과는 일부 독소 유전자를 가진 장염비브리오균이 분리되었고, 해수, 수족관물, 유통 수산물에서 분리된 장염비브리오균 사이에 유전적 유사성이 있기 때문에 식중독 역학조사에 도움이 되도록 지속적인 모니터링이 필요함을 나타낸다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2023

산업발전에 따른 인구증가, 기후위기에 따른 가뭄 및 물 부족심화, 그리고 수질오염 등은 2015년 제79차 UN총회의 물 안보측면에서 국제사회의 물 분야 위기관리를 위해 2030년을 지속가능한 발전 목표(Sustainable Development Goals)로 하였다. 또한, 현재 물 산업은 빠르게 성장하고 있으며, 2016년 세계경제포럼(World Economic Forum) 의장 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)부터 주창된 제4차 산업혁명로 인해 현재 물 산업의 패러다임 또한 급속히 변화하고 있다. 이는 컴퓨터를 기반으로 하는 CPS(Cyber Physical System) 및 DT(Digital Twin) 연계 분석방식의 혁신을 일컫는다. 2002년경에 DT의 기본개념이 제시되었고, 2006년경에는 Embedded System에서의 DT와 같은 개념으로 CPS의 용어가 등장했다. DT는 현실세계에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 S/W시스템의 가상공간에 동일하게 모사(Virtualization) 및 모의(Simulation)할 수 있도록 하고, 모의결과를 가상시스템으로 현실세계를 최적화 체계 구현 기술을 말한다. DT의 6가지 기능은 ① 실제 데이터(Live Data), ② 모사, ③ 분석정보(Analytics), ④ 모의, ⑤ 예측(Predictions), ⑥ 자동화(Automation) 이다. 또한, CPS는 대규모 센서 및 액추에이터(Actuator)를 가지는 물리적 요소와 이를 실시간으로 제어하는 컴퓨팅 요소가 결합된 복합시스템을 말한다. CPS는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있는 다양한 센서를 통해 환경인지 기능을 수행한다. 센서로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS의 6가지 구성요소는 ① 상호 운용성(Interoperability), ② 가상화(Virtualization), ③ 분산화(Decentralization), ④ 실시간(Real-time Capability), ⑤ 서비스 오리엔테이션(Service Orientation), ⑥ 모듈화(Modularity)이다. DT와 CPS는 본질적으로 같은 목적, 내용, 그리고 결과를 만들어내고자 하는 같은 종류의 기술이라고 할 수 있다. CPS 및 DT는 물리세계에서 발생하는 변화를 감지할 수 있으며, 토양-지하수 센서를 포함한 관측기술을 통해 환경인지 기능을 수행한다. 지하수 관측기술로부터 수집된 정보와 물리세계를 재현 및 투영하는 고도화된 시스템 모델들을 기반으로 사이버 물리공간 및 디지털 트윈 공간을 인지·분석·예측할 수 있다. CPS 및 DT의 기본 요소들을 실현시키는 것은 양질의 데이터를 모니터링할 수 있는 정확하고 정밀한 1차원 연직 프로파일링 관측기술이며, 이를 토대로 한 수자원 관련 빅데이터의 증가, 빅데이터의 저장과 분석을 가능하게 하는 플랫폼의 개발이다. 본 연구는 CPS 및 DT 기반 토양수분-지하수 관측기술을 이용한 지표수-지하수 연계, 지하수 순환 및 관리, 정수 운영 및 진단프로그램 개발을 위한 토양수분-지하수 관측장치를 지하수 플랫폼 동시성과 디지털 트윈 시뮬레이터 시스템 개발 방향으로 제시하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.15-15
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• 2023

2020년 기준 국내 상수도 보급률은 99.1% 차지하고 있으며(환경부, 2019), 수도관리차원에서 수돗물은 먹는 물로 시판되어질 만큼 우수한 관리체계를 유지하고 있다. 그 반면에 지하수는 생활용수, 식품가공, 농·축산, 양어, 군부대를 비롯한 전국지역에서 연간 10억 8천만톤 용수를 소비하고 있음에도 (환겨례 신문, 2013; 환경부, 2019) 사용되는 지하수의 약 65%가 음용수 불가판정을 받았으며, 최근 지하수의 오염비율은 급격히 증가하는 추세이다. 특히, 지하수관정의 관리부주의에 의한 수질오염 및 수인성 다제내성균(슈퍼박테리아) 등에 의한 오염사례가 국내는 물론, 국제적으로 다수 보고되고 있는 실정이다 (환경부, 2013). 현재 지하수 수질관리는 공공기관 및 지자체 지정기관을 통해 진행되고 있으며, 검사기간은 수질채취로부터 통상 7~15일정도 소요되어 수질 관리 및 기준, 검사주기에 대한 애로가 많다. 현장 지하수관정에서 실시간 수질을 모니터링하고 이에 연동된 자동 수처리 시스템의 개발 및 도입은 나날이 심각해지는 환경오염 상황에서 선제적 예방과 해결방법으로 중요한 요소기술이다. 현재 지하수오염 및 부적합 음용의 수질처리는 화학약품, 필터여과, UV살균, O₃ (플라즈마)을 이용하는 것이 대표적이나, 화학약품의 경우 2차 오염이나 식품 세척 및 가공에 있어 부적합성의 한계점이 있다. 필터여과의 대표적인 RO필터의 경우 약 50% 순손실이 발생하고, UV 살균의 경우 UV에 의한 사용관리자의 위험 및 장비의 광부식 문제, O₃ 의 경우 고압전류 사용에 따른 위험성 등의 한계점이 나타나고 있다. 지하수 수질정화를 위한 광유도 활성산소(¹O₂, ·O^-₂)는 광감응제에 가시광의 빛 조사를 통해 생성되는 활성산소로의 에너지 및 전자 전이가 동시 진행되어 단일항 산소(¹O₂)와 슈퍼옥사이드 이온(·O^-₂)을 생성하게 된다. 생성된 활성산소는 유해미생물 또는 유기화학물과 개열, 제거, 치환 반응 등을 통해 미생물사멸 및 유해화학물질들이 분해 가능하다. 이를 이용한 지하수 유해미생물 사멸기술, 장비, 실시간 지하수의 분석기술 및 정수처리, 지하수 물순환 시스템 개발뿐만 아니라 지하수 음용수 및 오염개선, 지하수 기저유출에 의한 오염원 저감으로부터 지류·지천, 하천 본류 수질개선 등의 대상지역에 활용 가능하다. 또한 광유도 활성산소는 기존 상수도 수처리에 있어 오존(O₃) 처리와 이산화티탄을 이용한 AOP과정을 단일처리 공정으로, 기존 O₃ 의 특성상 확산 거리가 매우 길어 사람을 포함한 생체 내에 유입 시 다양한 부작용 발생과 O₃ 차폐시설 요구의 문제점 극복의 대안으로 환경 및 인체에 무해한 광유도 활성산소 시스템을 적극적으로 도입 및 적용해야 한다. 본 연구 목적은 정류상태 흡광분광기술을 이용한 실시간 수질 모니터링과 광유도 활성산소를 이용한 유해 미생물의 멸균효능 및 지하수 수질관리 기술로의 적용 가능성을 제시하고자 한다.

• 한국가스학회지
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• 제27권2호
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• pp.7-15
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• 2023

전기식 액중형 펌프 (electrical submersible pump, ESP)는 인공채유 (artificial lift) 기법 중 적용성과 운영 효율이 높아 전 세계 생산정에서 운영되고 있다. 저류층에서 ESP 운영 시 온도·압력, 가스·오일비, 유량 등의 변수는 ESP 성능에 영향을 미치는 요소로서, 특히 생산유체 내 자유 가스 (free gas)는 ESP의 수명 및 운영 효율을 감소시키는 주요 요인에 해당한다. 이에 본 연구에서는 ESP 성능에 영향을 미치는 변수를 정량적으로 분석하고자 현장 운영조건에서 ESP 성능실험과 손상모사 실험이 가능한 환형 유동 시스템 (flow loop system) 을 개발하였다. 개발 장치는 ESP와 튜빙 (tubing)을 하나의 시스템으로 연동시켜 ESP의 고장 및 원인 진단, 튜빙의 누출 특성을 파악할 수 있는 일체형 시스템에 해당한다. 본 연구에서는 ESP 성능 평가와 관련된 단상 유체 (single phase)와 2상 유체 (two phase) 실험을 통해 ESP를 안정적으로 운영하기 위한 유동 조건을 규명하였다. 도출된 결과값은 ESP 고장 예측 및 진단 프로그램 개발을 위한 기본 자료를 제공하며, ESP 운영을 위한 최적 운영 조건 및 고장 진단을 위한 실시간 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.453-453
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• 2021

도시지역 비점오염원관리, 물순환 회복, 침투 및 증발산량 증가, 열섬현상 저감을 위한 주요한 방안으로 저영향개발(low impact development, LID)과 그린인프라 기법의 적용되고 있다. LID 시설은 소규모 분산형 시설로써 넓은 지역에 많고 다양한 시설들이 적용되어 시설의 개수가 많으며, 수질 및 토양 내 기성제품에 대한 센서들의 가격은 고가로 형성되어 있어 기기의 경제성 및 유지관리 등 적용하는데 제한적이다. 따라서 과거 모니터링 자료를 기반으로 오염물질들과의 상관성 분석을 통하여 계측이 어려운 항목들을 계측가능한 항목들로부터 예측 가능하며, 선정된 항목들에 대한 비용효율적인 센서를 개발하여 실시간 LID 모니터링이 가능한 비용효율적 모니터링을 개발하였다. 공주대학교 천안캠퍼스의 LID 시설들은 2013년에 조성되어 현재까지 시설이 운영되고 있으며, 5년이상의 과거 강우시 모니터링 자료들을 이용하여 오염물질 상관성 분석을 수행가능 하기에 대상지로 선정하였다. 오염물질 상관성 분석은 2013년부터 2017년도에 침투도랑에서 수행된 강우시 모니터링 자료를 활용하여 각 오염물질들의 상관성을 분석을 수행하였다. 침투도랑 내 유입되는 평균 유입수는 TSS 286.1±318.3 mg/L, BOD 22.6±39.5 mg/L, TN 8.96±5.85 mg/L, TP 1.01±1.11 mg/L로 나타났다. 겨울철에 비해 여름철에서의 오염물질의 유입농도가 높은 것으로 분석되었다. 이는 여름철 고온건조로 인한 노면 내 차량의 주행으로 인한 중금속, 폐타이어 등과 장마철 강우 시 유출된 토사로 인하여 유입수의 농도가 높은 것으로 분석되었다. 오염물질 부하량은 TSS와 COD 0.66으로 유의성이 높은 것으로 나왔으며, COD와 TSS, TP, TN 등 유의성이 높은 것으로 분석되었다. Arduino와 Raspberry PI를 활용하여 저비용 센서와 LTE 모뎀통신과 데이터 베이스 연결하여 개발된 프로그램을 통해서 무선으로 LID 시설에 대한 모니터링을 침투화분2와 식생체류지에 조성하였다. 전력공급이 어려운 식생체류지의 경우 태양열(Solar system) 시스템과 보조 전력 배터리를 조성하여 장마철이나 장기적인 악천후로 인한 전력을 생산하지 못할 경우 보조전력배터리에서 전력을 제공하여 지속적인 모니터링이 이루어지도록 설계하였다. 토양함수량, 토양온도와 Conductivity 등 3종류의 센서를 적용하였으며, 프로그램은 현재 2단계를 통한 2차수정을 통하여 프로그램을 구축하였다. 오차, 오작동, 계측값에 대한 검·보정 작업이 필요하다. 또한 대기자료의 구축을 통해 보다 토양과 LID 시설에 대한 영향분석이 필요한 것으로 사료된다.