건설현장 미세먼지 예측 평가 및 IoT 기반 모니터링 통합 관리 시스템 개발에 관한 연구

Abstract

With increasing industrialization and urbanization, air pollution has emerged as a global issue, and the dust generated from construction processes is a major social problem that must be solved. This dust generated at construction sites poses serious risks to the health of field workers and residents living near construction sites. The World Health Organization (WHO) has established guidelines on the annual and daily average concentrations of particulate matters (PMs), and based on these guidelines, each country is expected to establish environmental standards according to their respective situation. However, these standards are applicable when the general PM concentration in the atmosphere is high, and it is unrelated to the PM concentration at construction sites. Hence, it has a limitation in comparison to actual PM management at construction sites. Moreover, these concentration management policies have limitations in actually reducing the amount of PM emissions, with temporary measures that are implemented when the PM concentration is high. Therefore, PM management in construction sites should be performed by controlling the quantitative emissions as well as concentration. This study aims to develop an IoT-based integrated management system for fine dust in construction sites that quantitatively predicts and evaluates fine dust emissions during the design stage of a construction project and manages fine dust concentrations in real time during the construction stage. This thesis consists of a total of 7 chapters, and the contents of each chapter are as follows. In Chapter 1, the research background, research purpose, structure and method were presented to approach the development of an integrated management system for PM in construction sites. In Chapter 2, the current status of PM management, the trend of PM management focused on construction sites, and the concept of IoT for PM management at construction sites were reviewed based on domestic and foreign research literatures. In Chapter 3, in order to quantitatively predict PM from construction sites at the design stage, an algorithm for predicting PM emission from construction sites was developed. In Chapter 4, the method of deriving the standards for the total amount of PM emissions from the construction sites was developed and verified. In Chapter 5, a construction site-specific PM management system composed of IoT measuring instrument. IoT network, and PM monitoring program was established. In Chapter 6, middleware using the construction site PM emission prediction algorithm in Chapter 3 and the construction site PM evaluation algorithm in Chapter 4 was developed, and middleware using the construction site PM monitoring technology in Chapter 5 was developed. Thus, an integrated management system for PM at a construction site was established and a case study was performed for an actual construction site using each middleware. Finally, in Chapter 7, the conclusions drawn from the studies in Chapters 1 to 6 of this study and plans for further studies were presented.|산업화 및 도시화가 진행됨에 따라 대기오염이 전세계적인 문제로 대두되고 있는 가운데 건설 과정에서 발생하는 먼지로 인한 문제 또한 해결되어야할 중요한 사회적 문제로 인식되고 있으며, 건설현장에서 발생하는 먼지는 현장 인근 주민과 현장 근로자의 건강에 큰 위협이 된다. 세계보건기구(WHO)에서는 미세먼지의 연평균 농도 및 일평균 농도 권고 기준을 정해놓고 있으며, 해당 기준을 토대로 각 국가 별로 국가 상황에 맞추어 환경기준을 설정하도록 하고 있다. 이는 여러 국가의 미세먼지 농도 관리 정책의 근간으로 활용되고 있는 가운데 기준 농도 이상의 미세먼지 발생 시 미세먼지 배출행위를 규제하는 정책들이 활발하게 시행되고 있다. 하지만 이러한 농도 중심의 관리 정책은 대기중에 기본 미세먼지 농도가 높은 경우에 발효되며, 실제 현장에서 발생하는 미세먼지와는 무관하여 실질적인 건설현장 미세먼지 관리에 한계가 있다. 또한, 이러한 농도 중심의 관리만으로는 실질적으로 배출되는 미세먼지의 양을 줄이는 데에 한계가 있으며, 미세먼지 농도가 높을 때 임시로 조치하는 성격이 강하다. 이에, 실질적인 건설현장 미세먼지 관리를 실현하기 위하여 농도 중심의 미세먼지 관리뿐만 아니라 건설현장에서의 미세먼지 배출량을 정량적으로 관리할 필요가 있다. 본 연구는 건설 프로젝트의 설계단계에서 건설현장 미세먼지 배출량을 정량적으로 예측·평가하고 시공단계에서 사물인터넷 기술을 활용하여 실시간으로 미세먼지 농도를 관리하는 건설현장 미세먼지 통합 관리 시스템(Construction site Particulate Management; CPM) 개발을 목적으로 연구를 수행하였으며, 이를 통해 건설현장에서 발생하는 미세먼지 배출량과 농도를 모두 고려한 복합적인 관리 시스템을 실현하였다. 본 논문은 총 7장으로 구성되며, 각 장의 내용은 다음과 같다.

(1) 1장에서는 건설현장 미세먼지 통합관리 시스템 개발에 접근하기 위하여 연구배경, 연구목적, 연구의 구성 및 방법을 제시하였다. (2) 2장에서는 국내외 관련 문헌을 토대로 국내외 미세먼지 관리 현황, 건설현장 중심의 미세먼지 관리 동향, 건설현장 미세먼지 관리를 위한 IoT의 개념 및 활용에 대하여 고찰하였다. (3) 3장에서는 건설현장 미세먼지를 설계단계에서 정량적으로 예측하기 위하여 건설현장 주요 미세먼지 배출원을 도출하고 배출계수 DB를 구축하였으며, 최종적으로 건설현장 미세먼지 배출량 예측 알고리즘을 개발하였다. (4) 4장에서는 건설현장 미세먼지를 배출량 중심으로 평가하기 위하여 미세먼지 배출 정량 평가 방법을 검토하고 건설현장 미세먼지 배출허용총량 기준을 도출하였으며, 이를 활용한 건설현장 미세먼지 평가 알고리즘을 개발하고 검증하였다. (5) 5장에서는 건설현장 미세먼지 농도를 실시간으로 관리하기 위하여 건설현장 특화형 IoT 계측기를 개발하고 이를 활용한 건설현장 특화형 IoT 네트워크 구성 방법을 도출하였으며, 웹기반 모니터링 프로그램의 개발을 통해 건설현장 미세먼지 모니터링 기술을 정립하였다. (6) 6장에서는 3장의 건설현장 미세먼지 배출량 예측 알고리즘과 4장의 건설현장 미세먼지 평가 알고리즘을 활용한 미들웨어를 개발하고 5장의 건설현장 미세먼지 모니터링 기술을 활용한 미들웨어를 개발하였으며, 미들웨어들을 통합한 건설현장 미세먼지 통합관리 시스템을 구축하고 각각의 미들웨어를 활용하여 실제 건설현장을 대상으로 사례평가를 실시하였다. (7) 마지막으로 7장에서는 본 연구의 1장부터 6장의 연구를 통해 도출한 결론 및 추후 연구계획을 제시하였다.