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과제현황 목록

과제기본정보

미세먼지 저감형 투수성 포장 및 AI 기반 저감효율 예측평가모형 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152124-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 도로교통기술 | 달리 분류되지 않는 도로교통기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 친환경 재생건설재료 실용화대상여부 실용화
3순위 환경 | 대기질 관리 | 미세먼지오염 개선기술 과제유형 개발
과제명 미세먼지 저감형 투수성 포장 및 AI 기반 저감효율 예측평가모형 개발
주관연구기관 부산대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 안재훈
소속 부산대학교 직위 교수
기관 대표번호 051-510-2324 FAX 051-512-9835
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 331,000,000 11,500,000 99,500,000 111,000,000 442,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 미세먼지는 황산염 (SO42-)과 질산염 (NO3-) 및 탄소류와 검댕으로 주로 구성되며 입자의 크기가 10μm 이하로 정의됨. 2.5μm 이하의 초미세먼지의 경우 머리카락의 약 1/20~1/30로 매우 작음. 미세먼지는 공기 중에 부유하며, 호흡기를 통해 사람의 혈관이나 폐로 이동하여 건강에 심각한 영향을 끼침.

○ 세계보건기구는 미세먼지를 1군 발암물질로 분류하고 있음. 미세먼지에 대한 노출로 인한 연간 조기사망자는 증가하는 추세이고, 시카고대 에너지정책연구소는 WHO 기준으로 초미세먼지를 줄이면 한국인의 기대 수명은 1.4년 증가할 것으로 분석하고 있음. 또한, 2060년 실외공기 오염으로 100만명당 1069명의 조기사망자 발생을 할 것으로 예상함.

○ 정부는 국민적 요구로 2016년 관계부처 합동 “미세먼지 관리 특별대책”을 수립하였음. 이후 17년 5월 정부 출범 시 미세먼지 저감을 최우선 과제로 설정하고 이후 미세먼지 대책을 위한 관계부처 합동 TF 구성 하고 대책안을 모색하고 있고 있으나, 정부가 목표로 하고 있는 30% 감축에는 미치지 못하고 있는 실정임.

○ 국내외의 미세먼지 발생원(공장, 경유 자동차 등)을 줄이지 않는다면 뚜렷한 방안이 없는 실정임. 특히 자동차에서 발생하는 2차 생성 미세먼지에 대한 직접적인 저감 및 제거에 대한 대응책은 없는 실정임.

○ 도로에서 발생되는 비산 미세먼지 양의 통계는 아직 작성되지 않음. 또한 도로에서 발생되는 미세먼지의 이동경로도 규명되지 않음. 도로 옆 미세먼지가 도로 중심부 보다 높다고 보고됨. 이에 따라 도로 (포장체) 주변의 정확한 미세먼지 측정방법 및 차량에 의한 미세먼지의 이동경로를 연구할 필요성이 있음.

○ 투수성 포장에서 흡착된 미세먼지는 자연적인 강우 및 인공적인 물세척(도로 청소 차량 및 세척 시스템)을 이용하여 제거됨. 도로 포장체 주변에서의 미세먼지 저감의 변화를 규명하는 것은 매우 중요함. 도로 포장체에서 효율적인 미세먼지 관리를 위해서는 미세먼지 저감 정도를 예측할 수 있는 기법이 필요함.
최종목표 - 세부 목표
○ 미세먼지 저감성능 실험실증 평가기법 개발
○ AI 기반 미세먼지 저감효율 예측평가모형 개발
○ 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템 개발

- 최종 목표
미세먼지 저감형 투수성 포장 및 AI 기반 저감효율 예측평가모형 개발

-연구 개발 성과
○ 미세먼지 저감성능 실험실증 평가기법, 장치
* 표준 미세먼지 교반 및 분사장치 제작품
* 미세먼지 저감효율 실증기반평가기법
○ 미세먼지 예측 IoT 플랫폼, AI 알고리즘
* 미세먼지 모니터링 IoT 디바이스 및 플랫폼
* 미세먼지 저감효율 예측 AI(RNN) 기반 알고리즘
○ 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템
* 투수성 포장 내 미세먼지 저감 최적 필터
* 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템 제품
연구내용 및 범위 ○ (미세먼지 저감형 투수성 포장) 미세먼지 저감형 투수성 포장은 대기 중 미세먼지를 표면에 흡착하고, 강우 시에는 수중 미세먼지를 걸러내어 미세먼지의 인체 유입을 이중으로 차단하여 최소화하는 새료운 개념이며, 본 연구에서는 미세먼지 저감형 투수성 포장의 개념과 제품 개발을 제안함.
○ 일반 포장의 경우 미세먼지가 노면에 잔류하거나 하천으로 배출되어, 대기 중 유해물질 인체 유입, 수중 유해물질의 2차 인체 유입의 위험이 있음.

○ (AI 기반 미세먼지 저감효율 예측평가모형) 미세먼지 저감형 투수성 포장의 성공적인 개발 및 적용을 위해서는 미세먼지 저감성능의 예측과 평가가 필수적임. 미세먼지 발생에 영향을 미치는 요소는 온도, 습도, 풍속 등의 환경적 요소와 주변 도로의 교통량, 산업 및 주거 단지 유무 같은 사회적 요소 등 매우 다양. 이들 요소들은 특정 순간의 값이 해당 순간의 미세먼지량을 온전히 결정하는 것이 아니라 이전 일정 기간 동안 축적된 영향력이 쌓여 어느 순간의 미세먼지량을 결정. 이같은 미세먼지 영향 인자의 다양성과 기간의 불확정성을 고려할 때 AI 딥러닝 기술의 적용이 필요.

○ 한 지역에서 일정 기간 동안 각종 환경, 사회 정보와 미세먼지 값을 주기적으로 기록하고, 여기에 투수성 포장을 한 후 역시 일정 기간 동안 같은 정보를 기록하여, 유사한 환경 하에 미세먼지 투수성 포장의 설치로 인한 미세먼지 저감효율을 평가하는 모형을 개발함. 연구기간 내, 그 이후에도 꾸준히 업데이트 될 수 있는 방식의 평가모형을 개발함.

○ 미세먼지 저감성능 실험실증 평가기법 개발
* 미세먼지 유해물질 성상 분석 및 표준 미세먼지 교반기법 개발
* 표준 미세먼지 강우모사 분사기법 개발
* 실내시험을 통한 미세먼지 저감성능 평가기법 개발 및 적용
* 현장실증시험을 통한 미세먼지 저감성능 평가기법 개발 및 적용
○ AI 기반 미세먼지 저감효율 예측평가모형 개발
* 데이터 수집을 위한 IoT 디바이스 제작 및 플랫폼 구축
* 테스트베드 내 환경요소 데이터 및 미세먼지 오염물질 데이터 수집
* 미세먼지 저감효율 예측을 위한 AI(RNN) 기반 알고리즘 개발 및 고도화
* 미세먼지 예측 자가 학습 모니터링 시스템 개발
○ 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템 개발
* 미세먼지 흡착, 제거 원재료, 여과 필터 분석
* 기존 미세먼지 저감기술 분석 및 개발 방향 설정
* 미세먼지 저감형 투수성 포장재 및 시스템 개발 및 제품화
* 미세먼지 저감형 필터(여재) 선정 및 개발 및 제품화
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관(부산대학교)

○ 미세먼지 저감성능 실험적 평가기법 설정
* 미세먼지 유해물질 성상 분석 및 표준 미세먼지 교반기법 설정
* 실내시험을 통한 미세먼지 저감성능 평가 기법 설정 및 평가 인자 도출

○ IoT 디바이스 플랫폼 구축 및 데이터 수집
* 데이터 수집을 위한 디바이스 제작 및 플랫폼 구축
* 테스트베드 내 환경요소 데이터 및 미세먼지 오염물질 데이터 수집

- 공동연구기관(에스비비(주))

○ 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템 설정
* 미세먼지 흡착, 제거 원재료, 여과 필터 분석
* 기존 미세먼지 저감기술 분석 및 개발 방향 설정 		- 주관연구기관(부산대학교)

○ 미세먼지 저감성능 실험적 평가기법 설정
* 국내·외 미세먼지, 초미세먼지와 미세먼지 함유 유해물질에 대한 문헌 분석 및 국내 도로 포장의 미세먼지와 유해물질 분석을 통한 한국형 도로 노면 미세먼지 성상을 결정.
* 국내 지역별, 환경별 미세먼지 및 유해물질 특성으로부터 투수성 포장의 미세먼지 저감성능 평가에 사용할 미세먼지의 특성을 정의.
* 미세먼지 시험수 분사장치는 교반기와 하부 분사 노즐로 구성되며, 반기 내 시험수 용량, 교반 속도, 교반 임펠러의 위치를 최적화 하고, 또한 이에 적절한 하부 분사 노즐을 선정함.
* 널리 사용되는 대표적 투수성 포장 시스템을 Baseline으로 시험수 교반 및 분사 시스템과 투수성 포장베드를 사용하여, 미세먼지 저감성능 평가기법을 설정. 본 결과로부터, 평가기법의 대안들을 설정하고, 향우 개발되는 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템의 성능을 대조평가.
○ 계측 플랫폼 구축 및 예측 알고리즘 개발
* IoT 디바이스를 제작하고 플랫폼을 구축. 온도, 습도, 대기미세먼지 농도, 수중오염물질 농도 등을 측정하고, 외부 서버를 통하여 해당 지역의 교통량 정보, 산업 공단에 대한 정보들 수집. 실증 및 외부 환경에서 수집하는 정보들을 시간대별로 취합하여 통합 관리.
* 미세먼지 데이터 수집 디바이스 성능 및 신뢰성 확보를 위해, Calibration 검증이 완료된 센서를 사용하고, 부득이한 경우에는 조절 가능한 실내 환경에서 Baseline을 구성하고 Calibration 과정을 거침.
* AI 기반으로 외부환경이 미세먼지 농도에 미치는 영향을 분석하기 위한 할 수 있다. 상관관계 분석(correlation analysis), 핵심 인자 추출(feature extraction), auto-encoder 기법 등을 통해 학습 데이터를 정제(pre-training)하는 알고리즘을 개발.

- 공동연구기관(에스비비(주))

○ 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템 설정
* 국내외적으로 기존의 도로 노면 미세먼지 저감을 위한 기술(광촉매, 도로 청소, 물 분사 등)과 물환경 등 타 분야에서 쓰이는 기술(활성탄 등)을 분석하고, 공동참여기관의 기존 포장체 제작 노하우를 바탕으로, 미세먼지 저감형 투수성 포장 시스템의 개발 방향을 설정.
* 유해물질을 포함한 미세먼지를 대기 중 미세먼지와 강우 혹은 살수 시의 수중 미세먼지로 구분하여, 각각 다른 형태의 미세먼지를 효율적으로 제거할 수 있는 방향을 설정.
* 미세먼지 저감효율 평가 인자를 도출하고 이를 주관연구기관과 협의.
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
* 도시 미세먼지농도관리능력 달성, 침투/여과/저류 기능을 기본 메커니즘으로 하는 미세먼지 저감형 투수성 포장 기술의 보급으로 도시 수자원 확보와 도시 하천 건천화 저감 및 수질·대기환경 개선 기대
* AI기반 저감효율 예측평가모형 기법 개발을 통해 현 시행되고 있는 미세먼지의 저감을 위한 기술에 대한 평가를 할 수 있는 계기를 마련하여 궁극적으로 효율적인 미세먼지 저감형 투수성 포장 설계 및 유지보수를 가능하게 함
사회 경제적 파급효과 ○ 사회/경제 산업적 측면
* 전세계적인 대기환경문제의 심화로 인해 해결방안의 필요성이 부곽되고 있음. 미세먼지 저감형 투수성 포장시스템 기술 개발은 친환경적기술개발으로 세계적인 흐름에 적극적으로 대응하는 기술 중 하나로 향후 세계적으로 각광 받을 것으로 예견
* 녹색공간 확보 및 지역환경개선을 통한 지역주민의 삶의 질 향상/ 경관적 가치 창출을 통한 파생적 경제적 효과 달성/ 수자원 확보 및 도시 하천과 생태계 보전/ 일자리 창출 및 경제 활성화 기여하며 유관산업과의 연계 성장을 통한 신성장 동력 확보/
* 실험연구를 통한 기술적용의 검증결과를 현장적용에 대한 구체적인 설치기준 수립과 각종시설의 제품화시 반영함으로써 기술확산에 기여
활용방안 ○ 정부 및 지자체 정책 추진 기반 활용
* 미세먼지 관리 종합대책(현재 시행 중), 미세먼지 서울형 공해차량 운행재한 정책(2018), 건전한 물순환과 수해방지를 위한 법률(2012), 등 관련 법률의 시행을 위한 비용 효율적 기술 확보
- 선진국의 앞서 시행한 미세먼지 관련 법률제정과 같은 정책들이 시행될 것으로 예견

○ 산업화 방안(산업과의 연계성 및 사업 확장성)
* 건설 산업성장 기반
- 미세먼지 저감형 투수성 포장기술을 통한 친환경적인 도로시공으로 기존의 인프라에 새로운 성장동력 제공.
- 관련 법률 실행으로 실현되는 미세먼지 저감형 포장으로 재비산먼지의 발생을 감소시켜 Green Road 실현가능.
* 미세먼지 연관 산업/물환경 산업
- 미세먼지 저감의 원천기술을 확보함으로서 선진국이나 중국 대비 미세먼지 저감형 투수성 도로포장 기술은 미세먼지 연관 산업 및 물환경 산업의 고도화 및 선진화에 기여.

○ 쾌적한 도시환경 조성
* 인구 밀집 지역 및 도심 교통시설에 투수성 도로포장 구축 시 대기오염물질 감소와 방재 성능 향상으로 쾌적하고 안전한 도시환경 조성
* 미세먼지 저감효과 시스템을 통해 도로 위에 미세먼지의 침적을 방지하여 자동차 배기가스, 타이어 마모, 브레이크 패드 마모 등에 의해 재 비산되는 도로 재비산먼지의 발생 감소
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 미세먼지 투수성 포장 사물인터넷 인공지능 제품화
영문 Fine Dust Permeable Pavement Internet of Things Artificial Intelligence Production
최종보고서
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