The potential of low-cost sensors for spatially dense air quality monitoring

Abstract

본 연구는 고해상도 대기질 모니터링에 저 비용 센서들을 사용하기 위하여 각 센서들의 사용 가능성과 문제점을 실제 대기 조건에서의 관측을 통하여 제시하였다. 현재 우리나라의 대도시를 중심으로 운용 중에 있는 도시대기 측정소는 각 구에 1개소를 운용 중이지만 실제 사람들이 생활하고 있는 도로변이나 번화가 등 과는 거리가 먼 경우가 많다. 게다가 현재 운용 중인 도시 대기 측정소에서 사용하는 기기는 고가의 장비로 고해상도 대기질 모니터링 네트워크를 구축하기에는 적합하지 않다. 최근 전 세계적으로 저 비용 센서를 이용한 고해상도 대기 질 모니터링 네트워크에 대한 시도가 이루어지고 있다. 하지만 실제로 저 비용 센서를 이용하여 공간 분포를 관측하기 위해서는 많은 제약이 있고 실제 대기 조건에서 사용가능성에 대한 검증이 필요하다. 자체 제작한 30개의 센서 세트는 CO, NO2, O3, PM2.5, PM10 센서를 포함하였으며, 기상조건이 확연히 다른 여름과 겨울에 관측이 수행되었다. 30개의 센서 세트는 실제 대기 조건 아래 같은 장소에서 센서 간 일관성을 평가 하였으며, 서울과 부산에서 운용 중인 도시대기 측정소의 공기 흡입구 옆에 설치하여 기준 기기와 비교함으로서 센서의 정확성을 평가하였다. 30개의 센서 사이에는 R2>0.93의 일관성을 보였고, 도시대기 측정소의 기준 기기와 R2>0.87 이상의 좋은 결과를 보였다. 하지만 길지 않은 센서의 수명, 시간에 따른 센서 성능 저하, 일부 센서의 긴 안정화시간 등의 몇 가지 문제를 해결해야 한다. 또한 센서에서 신뢰할 수 있는 대기질 데이터를 얻기 위해서는 적절한 데이터 교정이 필요하다. 이러한 결과는 다양한 건조 환경과 복잡한 도로네트워크 등과 같은 이유로 공간적으로 이질적인 오염물질 농도 분포를 보이는 도시환경에서 고해상도 대기질 모니터링 네트워크 구축에 저 비용 센서가 유용한 도구가 될 수 있음을 의미한다.