미세먼지와 대응 기술들에 대해 알아봅니다 안녕하세요, 구독자님.
이번 한 주도 즐겁게 잘 보내고 계신가요?
저는 개인적으로 다른 계절보다 가을을 좋아합니다. 높고 푸른 하늘, 선선한 날씨, 변해가는 나뭇잎의 다채로운 색상, 그리고 방심하면 피부를 까맣게 태우지만 밉지 않은 땡볕까지... 자전거 여행을 하기에 이만큼 좋은 시간도 없죠. 그런데, 이번 5월 한달은 그런 가을과 비슷한 느낌을 받았습니다. 그만큼 큰 폭의 변동없는 좋은 날씨였다는거죠.
그런데 후반부엔 코로나 기간동안 줄곧 잊고 지냈던 미세먼지 소식이 들려와서, 벗어두었던 마스크를 다시 써야하나 아주 잠깐이지만 고민했습니다. 10여년 전이었나요, 특히나 짧은 기간동안 급격하게 나빠진 공기질 (당시도 미세먼지가 원인!)이 큰 사회문제가 되었던 적이 있었습니다. 그러다 최근 몇년간은 코로나 사태로 오염물질 배출이 줄어들면서 한동안 미세먼지는 잊고 지냈죠. '작년에 왔던 각설이가 죽지도 않고 또 왔네. 얼씨구씨구 들어간다 절씨구씨구 들어간다...' 각설이 타령의 한 구절이 떠오릅니다.
이번 소식에서는 미세먼지 관련된 내용과 또 그 사이 소개된 새로운 인공지능 기술을 간단하게 정리해 보도록 하겠습니다. |
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미세먼지란?
위키백과사전에 따르면 미세먼지는 대기 중에 떠 다니는 지름 10μm 미만의 아주 작은 입자를 말하는데 여기에는 먼지, 꽃가루, 곰팡이, 질산염, 암모늄이온, 황산염 등의 이온성분과 탄소화합물, 금속화합물 등이 포함될 수 있다고 합니다. 머리카락 두께가 50~70μm 정도인데 이것의 1/5~1/30 수준 밖에 되지 않으니 저처럼 시력이 나쁜 사람들은 맨눈으로는 보지도 못하겠습니다.
먼지라면 일상에서도 많이 접하는데 미세먼지라고 크게 문제가 되나요?
맞습니다. 대부분의 생활 환경에서 먼지는 생활의 일부죠.(^^;) 문제는 미세먼지처럼 입자가 극히 작은 경우에는 코, 구강, 기관지 등에서 걸러지지 않고 몸 속까지 침투를 할 수 있다는 것입니다. 바깥에서 뭔가가 들어오면 우리 몸에서는 면역세포가 이를 물리치기 위해 반응하게 되고 이때의 염증반응으로 인해 알러지성 결막염이나 각막염, 비염, 기관지염, 폐기종, 천식 등의 다양한 질환이 발생할 수 있습니다. 초미세먼지의 경우, 혈관까지 침투해 손상을 주어 협심증, 뇌종증과 같은 심혈관질환을 일으키거나 폐포에 미세먼지가 쌓일 수도 있답니다.
미세먼지를 구분하는 단위는 어떻게 되나요? 찾아보니 대기환경보전법 제2조 제6호에 미세먼지와 초미세먼지에 대해 정의되어 있었습니다.
- 미세먼지 : 입자의 지름이 10마이크로미터 이하인 먼지 (PM-10)
- 초미세먼지 : 입자의 지름이 2.5 마이크로미터 이하인 먼지 (PM-2.5)
위키에서 보니 해외에서는 PM10 은 부유먼지(suspened particles)라고 부르고 그 외는 PM2.5, PM1로 세분화하기도 한답니다. |
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그림) 미세먼지에 대한 크기 설명 (출처: 환경부, 2019) |
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미세먼지의 발생원인은 뭔가요?
미세먼지 발생의 주요 원인으로는 다양한 것들이 거론됩니다. 자동차와 공장에서 발생하는 대기오염 물질인 이산화질소, 황산가스, 일산화탄소 등이 대기 중에 화학반응을 일으켜 생성되거나 화석연료나 나무 등을 태울 때 나는 연기나 산업폐기물 소각 시에 나오기도 합니다. 대외적으로는 중국,몽골지역의 사막지대 쪽에서 불어오는 황사와 중국의 공업지역에서 발생한 오염물질이 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.
2019년에 발표된 한,중,일 3국의 '동북아 장거리 대기오염물질 국제공동연구(LTP)'( 링크)에 의하면 2000~2017까지 장기 관측한 자료를 분석한 결과, 우리나라의 경우, 자체 기여율은 51%이고 중국 영향은 32%였고, 거꾸로 우리나라 배출원이 중국과 일본에 각각 2%, 8%의 영향을 미쳤다고 합니다. 이런 것을 보면 주된 배출국인 중국에 미세먼지 저감을 위한 노력을 요구함과 동시에 우리 자체도 그만큼의 저감노력을 성과로 보여야 한다는 것을 알 수 있습니다.
다만, 이런 영향도는 시기에 따라 달라지는 것 같습니다. 최근 고려대기환경연구소가 발표한 기사 ( 뉴스트리, 2023.2)에 따르면 다시 중국발 비율이 높아진 것으로 보고되고 있으니 말이죠. 코로나로 인해 각국의 제조공장이 가동을 줄이고, 화석연료 사용을 줄인 덕분에 한동안 맑은 하늘을 볼 수 있었는데 아... 다시 예전으로 돌아가게 되는 일은 없어야 할텐데요. 친환경 재생에너지나 오염물질을 걸러내거나 포집하는 기술이 최대한 빨리 획기적으로 발전하고 현장에 도입되면 좋겠습니다.
미세먼지 현황 정보를 보여주는 곳은 없나요?
미세먼지가 한창 이슈가 됐던 10년 전쯤에는 이런 정보를 제공하는 곳이 없었습니다. 물론 공공 관측소에서 나온 정보가 없진 않았지만 아무래도 설치된 장소가 사람들이 미세먼지를 체감하는 곳과 사뭇 다른 환경인 곳이 많아 수치에 대한 불신이 있다 보니 시민들이 직접 미세먼지 측정기를 구입하고 자신이 사는 곳에서 측정한 정보를 서로 공유하기도 했었죠. 현재도 일부 지역에서는 이런 식으로 운영되고 있는 것 같습니다. ( 링크) 이외에 한국환경공단에서 운영하는 에어코리아나 서울시에서 운영하는 클린에어처럼 공공 사이트도 있습니다. |
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그림) 미세먼지 정보를 제공하고 있는 한국환경공단에서 운영중인 에어코리아 (출처) |
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미세먼지를 줄이는데 인공지능이 활용될 수 있을까요?
다음과 같은 방식으로 미세먼지 저감에 기여할 수 있습니다.
- 측정 방식 개선
소수의 측정단말기만을 이용할 수 있고 설치된 위치 또한 지역을 대표하지 못하는 경우도 있습니다. 이런 제약 사항을 해결하기 위해 측정위치 간의 데이터 보정이나 CCTV 영상을 인공지능으로 분석하는 새로운 기법 (링크) 등도 소개되고 있습니다. 참고) 우리나라에서는 세계최초 정지궤도 환경위성(천리안위성 2B, 2020년 발사)를 보유하고 있고 이를 통해 대기오염물질을 관측하고 있습니다. 작년에 발사된 누리호에서 분리된 연세대 우주비행제어연구실에서 제작한 큐브위성 MIMAN도 미세먼지 측정을 목적으로 하고 있습니다.
- 지역/시기 별 대기질 예측
기상, 환경, 대기질 측정 데이터 등을 분석하여 농도가 높아질 수 있는 지역이나 시기 등을 사전에 예측하는데 활용될 수 있습니다. 이런 예측 결과를 활용해 해당 지역이나 날짜에 자동차 운행제한과 같은 다양한 시책을 적용할 수 있겠죠?
- 오염물질 배출량 모니터링 및 예측
미세먼지와 같은 오염물질을 배출하는 산업현장에서 배출량을 모니터링하고 예측하는데 활용될 수 있습니다. 이런 기술을 활용해서 어떤 부분을 개선하면 배출량을 줄일 수 있는지를 판별하여 공정 개선에 활용할 수 있습니다.
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미세먼지와 관련해서 더 찾아볼 만한 것이 있으면 알려주세요.
제가 찾아본 것들 몇 가지를 적어 보겠습니다.
- 미세먼지 관련 환경부 사이트 (에어코리아)
- 미세먼지-심혈관질환 연관…10μg 증가 시 사망위험 3%↑ (메디컬타임즈, 2023.4)
- 미세먼지 인체에 미치는 영향, 세포 단위서 예측 가능 (정보통신신문, 2022.5)
국내 연구진이 초미세먼지와 나노미세먼지가 몸속에서 어떤 이동경로를 통해서 퍼지고 머무는지 분포패턴을 연구한 결과를 발표했습니다.
- AI가 정확도 높인 서울시 ‘미세먼지 측정 기술’…국무총리상 수상 (경향신문, 2023.1)
서울 시내 간이측정기 520대와 도시대기측정단말 25대에서 수집된 데이터를 합쳐서 기계학습을 통해 측정 농도를 보정하는 모델을 이용해서 10.5%의 정확도 개선효과를 거뒀다고 합니다.
- 통신기지국의 변신…미세먼지·지진 측정에 하늘길 안내까지 [9시 뉴스] (KBS, 2023.4)
통신사가 운영하는 통신기지국 2000여곳에 공기질 측정장비가 설치되어 미세먼지 정보를 수집하고 있다고 합니다. 정부, 지자체 측정소의 수보다 4배가 더 많다고 합니다.
- 부산 시내버스로 실시간 공기질 측정...대기지도 그린다 (KNN, 2023.4)
시내버스에 공기질 측정센서를 부착해 공기질 지도를 만들고 있답니다. 12개 노선의 54대 시내버스라 숫자는 많지 않지만 이 버스들이 부산 전역을 돌며 실시간으로 측정한다는 측면에서 차별화가 된다고 할 수 있겠습니다. 색다른 시도같고 좋은 결과를 기대해 봅니다.
- 2027년까지 지하철역 초미세먼지 17% 줄인다 (경향신문, 2023.2)
'제4차(2023~2027) 지하역사 공기질 개선대책'에 따라 전국 지하역사 승강장 초미세먼지를 17% 가량 줄이기 위해 차량, 터널 등에서도 실시간 관측을 확대하고 오염도, 교통정보 등의 데이터 분석, 인공지능 기술을 활용한 설비 제어 등을 적용할 계획이라고 합니다.
- 미세먼지 '이걸' 로 쉽게 볼 수 있죠 | 딥비전스 IR 피칭, Q&A (EO, IR 피칭 - 딥비전스, 2023.2)
검색하다보니 CCTV 영상을 이용한 미세먼지 측정을 위한 인공지능 솔루션을 개발한 곳이 있더군요. CCTV에서 수집된 RGB영상을 목적에 맞게 전처리를 한 후 이를 인공지능을 이용해 미세먼지를 측정하는 색다른 접근법으로 환경부 1등급 기준을 상회하는 정확성을 확보했다고 합니다. 개인적으로 참신한 아이디어에 감탄한 케이스였습니다!
- 전세계 0.18%뿐… 죽음의 먼지 안전지대는 어디? (헬스조선, 2023.3)
호주의 연구팀에서 초미세먼지 연평균 농도를 기준으로 제작한 전세계 오염지도가 소개되었는데 WHO의 안전기준을 충족하는 지역으로 미국, 캐나다, 호주 일부 지역 (전 지구의 0.18%)만이 안전지대로 분류되었다고 합니다. 충격적이네요...
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새롭게 소개된 인공지능 기술을 몇 가지 알려 드리겠습니다.
MMS: Scaling Speech Technology to 1000+ languages (논문, 소개글, 코드, 영상)
MMS(Massively Multilingual Speech)라는 모델이 소개되었습니다. 역시 META! 오픈소스로 지속적으로 인공지능 기술력을 보여주고 있는데 앞으로의 또 다른 발표가 기대됩니다. 예전 OpenAI의 새로운 발표를 기다려 왔던 것처럼 말이죠. 해당 발표에 따르면, 지구상에 알려진 언어의 수가 7000여개나 된다고 합니다. 이번에 소개된 기술은 그 가운데 1000여개가 넘는 언어에 대해 음성→텍스트 변환, 텍스트→음성 변환과 4,000개 이상의 언어에 대한 언어 식별을 지원한다고 합니다. OpenAI의 Whisper 대비로도 언어 별 오류률이 많이 낮은 반면 지원하는 언어수는 훨씬 많다고 하네요. 단일 모델로 이렇게 많은 언어를 지원하다니... 예전 같으면 상상을 못했을 것 같은데 참 기술의 발전은 속도도 빠르고 예측도 어려운 것 같습니다. |
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사진) 지원되는 언어에 대한 음성-텍스트 모델 데모 (출처) |
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DragGAN (Drag Your GAN) : Interactive Point-based Manipulation on the Generative Image Manifold (논문, 프로젝트, 동작 예시)
GAN으로 이미지를 생성하는 것에 대해서는 이미 많이 들으셨을 겁니다. 이렇게 생성된 이미지를 원하는 형태로 약간씩 변화를 줄 수 있도록, 생성된 개체 레벨에서 포즈, 모양, 표정 등을 정밀하게 제어할 수 있도록 만든 모델입니다. 마치 최근 나온 Diffusion 방식의 생성모델을 ControlNet을 통해 텍스트 프롬프트를 조정해가며 원하는 이미지로 바꾸어 가는 것과 유사할 것 같습니다. 소개된 동작 예시를 보면 앞으로 이 기능이 사진 편집도구나 각종 응용 어플리케이션에 많이 차용될 것이라는 '필연적인' 느낌이 '강~하게' 옵니다. 아쉽게도 코드 공개는 6월 경에 될 예정이라고 합니다. 좀 더 기다려야겠습니다. |
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사진) DragGAN을 이용한 객체의 포즈, 모양, 표현 속성 변경 예시 (출처) |
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개체감지나 분할의 범위를 개방형 어휘로 확장하고 이를 부분 세분화하는 검출기입니다. 예전에 SAM(Segment Anything Model)을 소개드린 적이 있었는데요... 그것과 유사하다고 보시면 될 것 같습니다. 다만, VLPart는 각 개체의 분할 이후, 그 개체 내의 세부 수준까지 분할이 가능합니다. 즉, 개에서 개의 코, 귀, 다리 등등 이렇게 더 나아가는 방식으로 말이죠. 사전 학습된 모델도 제공되므로 이를 이용해서 또 재미난 것들이 나올 수 있을 것 같습니다. |
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사진) VFlat을 이용해서 객체의 세부 부위 분할을 실행한 예시 (출처) |
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다양한 방식의 인간 지시를 하나의 모델로 인식하고 생성할 수 있는 다중모드 대규모 언어모델입니다. 예를 들어 음성문장을 듣고 이를 해석한 뒤 처리 결과로 텍스트나 음성 등의 다양한 형태로 답을 제공할 수 있게 되는거죠. 기존 방식으로는 음성대화를 하려면 STT를 통해 음성을 듣고 이를 Text로 변환하고 다시 언어모델로 넣어 답을 얻고 다시 TTS를 통해 음성으로 변환하는 작업이 필요했죠. 이걸 하나의 모델로 한번에 할 수 있다는 것입니다. 한 모델이 여러가지의 방식을 동시에 지원하므로 서비스 생성 시 효율성이 높아지겠네요. |
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사진) SpeechInstruct 구축과정과 SpeechGPT 모델 구조 (출처) |
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인공지능 서비스의 배포와 운영 시 도움이 필요하신가요?
(주)소이넷은 인공지능 서비스를 제공하는 기업들 가운데 서비스 배포와 운영에서 어려움을 겪고 계신 곳에 도움을 드릴 수 있습니다.
혹시 구독자님의 회사는 다음과 같은 어려움을 겪고 계시지 않나요?
- AI 모델을 개발하고 학습 후 서비스를 위한 성능(Accuracy)은 달성했는데, 정작 최적화 엔지니어가 없어서 어플리케이션, 서비스로의 배포를 위한 실행최적화를 못하고 있어요!
- AI 서비스를 이미 제공하고 있지만, 비싼 클라우드 GPU 서버 인스턴스 사용료가 부담이 되네요. 흠... 경비를 절감할 수 있는 방안이 없을까?
- 서비스에 적합한 공개 SOTA 모델이 있지만 그대로 가져다 쓰기에는 우리 쪽 어플리케이션에 접목하기도 어렵고 운영 비용도 많이 들 것 같은데 어쩌지?
- 서비스에 사용되는 AI 모델을 통합적으로 관리, 배포, 모니터링을 하고 싶은데 그렇다고 비싸고 너무 복잡한 솔루션을 쓸 수는 없고 어쩌지?
- 비즈니스 도메인 기업이긴 한데 자체로 인공지능을 적용하기에는 기술적인 난이도도 있고... 어디 함께 공동 솔루션을 개발할 곳은 없을까?
그렇다면 언제든 아래 연락처로 문의 주세요. 함께 해결책을 고민해 드리겠습니다.
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오늘의 뉴스레터는 여기까지 구독자님, 다음 번에도 재미난 소식을 가지고
찾아뵙겠습니다. |
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