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한국데이터정보과학회> 한국데이터정보과학회지> 공간패널모형을 이용한 국내 초미세먼지 농도에 대한 분석

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공간패널모형을 이용한 국내 초미세먼지 농도에 대한 분석

Spatial panel analysis for PM2.5 concentrations in Korea

이종현 ( Jong Hyun Lee ) , 김영민 ( Young Min Kim ) , 김용구 ( Yongku Kim )
  • : 한국데이터정보과학회
  • : 한국데이터정보과학회지 28권3호
  • : 연속간행물
  • : 2017년 05월
  • : 473-481(9pages)

DOI


목차

1. 서론
2. 관측 자료
3. PM2.5 농도에 대한 통계모형
4. 분석결과
5. 결론
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초미세먼지 (particulate matter 2.5, PM2.5)는 분진의 입경이 2.5 이하의 보다 작은 크기의 미세한 입자들을 말하는데, 미세먼지와 달리 대기 중에서 제거가 어렵고 기도나 코 점막에서 걸러지지 않으며, 호흡 시 폐포까지 직접 침투하기 때문에 장기간 노출될 경우, 폐 기능 감소, COPD (chronic obstructive pulmonary disease) 증가, 폐암 발생증가가 있다고 알려져 있다. 현재 국내외에서 초미 세먼지에 대해 다양한 연구가 이루어지고 있는데, 초미세먼지의 농도는 기상인자 (풍속, 강우량, 일사량 등)에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 이산화질소, 오존, 이산화황, 미세먼지 등 대기물질의 농도에도 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 특히 우리나라는 점차 증가하고 있는 자동차 수나 오염원으로 인한 초미세먼지외에도 중국으로부터 유입되는 초미세먼지 또한 고려되어야 하는 대상이므로 기상인자 중 풍향과 풍속 또한 어느 정도 큰 영향을 미칠 것으로 판단되며 인접 지역에 대한 영양 또한 고려되어야 할 것이다. 본 연구에서는 초미세먼지 농도에 영향을 미치는 유의한 대기물질 및 기상자료와 초미세먼지 농도의 지역적 특성을 고려한 공간자기상관 행렬에 기초한 공간패널모형을 소개하였고 이를 서울 25개 구에서 관측된 초미세먼지 자료에 적용하였다. 또한 초미세먼지와 대기오염물질의 농도를 통해 서울시에서 발생한 호흡기 질환 환자 수를 분석하여 그의 위해성을 확인하였다.
It is well known that the air quality of 92% of the world is known to exceed the standard of WTO and the death caused by air pollution is almost 6 million per year. The PM2.5 concentration in Korea is the second most serious among the OECD countries following Turkey. Since the PM2.5 has a direct effect on the respiratory system, it has been actively studied in domestic and foreign countries. But current research on the PM2.5 is limited in weather factor or air pollutants. In this paper, we consider the influence of spatial neighbor with weather factor or air pollutants using spatial panel model. We applied the proposed method to 25 borough of Seoul in Korea. The result shows a significant effect of spatial neighbor on the PM2.5 concentration fields.

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1공간패널모형을 이용한 국내 초미세먼지 농도에 대한 분석

저자 : 이종현 ( Jong Hyun Lee ) , 김영민 ( Young Min Kim ) , 김용구 ( Yongku Kim )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 473-481 (9 pages)

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초미세먼지 (particulate matter 2.5, PM2.5)는 분진의 입경이 2.5 이하의 보다 작은 크기의 미세한 입자들을 말하는데, 미세먼지와 달리 대기 중에서 제거가 어렵고 기도나 코 점막에서 걸러지지 않으며, 호흡 시 폐포까지 직접 침투하기 때문에 장기간 노출될 경우, 폐 기능 감소, COPD (chronic obstructive pulmonary disease) 증가, 폐암 발생증가가 있다고 알려져 있다. 현재 국내외에서 초미 세먼지에 대해 다양한 연구가 이루어지고 있는데, 초미세먼지의 농도는 기상인자 (풍속, 강우량, 일사량 등)에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 이산화질소, 오존, 이산화황, 미세먼지 등 대기물질의 농도에도 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 특히 우리나라는 점차 증가하고 있는 자동차 수나 오염원으로 인한 초미세먼지외에도 중국으로부터 유입되는 초미세먼지 또한 고려되어야 하는 대상이므로 기상인자 중 풍향과 풍속 또한 어느 정도 큰 영향을 미칠 것으로 판단되며 인접 지역에 대한 영양 또한 고려되어야 할 것이다. 본 연구에서는 초미세먼지 농도에 영향을 미치는 유의한 대기물질 및 기상자료와 초미세먼지 농도의 지역적 특성을 고려한 공간자기상관 행렬에 기초한 공간패널모형을 소개하였고 이를 서울 25개 구에서 관측된 초미세먼지 자료에 적용하였다. 또한 초미세먼지와 대기오염물질의 농도를 통해 서울시에서 발생한 호흡기 질환 환자 수를 분석하여 그의 위해성을 확인하였다.

2바람의 영향에 의한 관측 강우 손실에 대한 베이지안 모형분석

저자 : 박영우 ( Yeongwoo Park ) , 김영민 ( Young Min Kim ) , 김용구 ( Yongku Kim )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 483-492 (10 pages)

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일반적으로 우량계로 측정된 강수량은 지상에 도달한 실제 강수량보다 적게 관측된다. 측정된 강수량이 실제 강수량 보다 적게 측정되는 것은 강수의 형태 (snow, fixed, rain)나 우량계의 종류 그리고 공간적인 특성에 의해 강수량의 정확한 측정이 어렵기 때문이다 (Nitu, 2013). 이는 강수량의 손실을 발생시키는 계통오차 (systematic errors) 때문이며, 일반적으로 고체 강수량의 계통오차는 보통 액체 강수량보다 크다고 알려져 있다. 본 연구에서는 바람에 의한 고체 강수량의 언더캐치(under-catch)를 알아보고, 겨울에 내리는 모든 강수의 형태 (snow, mixed, rain)에 대하여 연속조정함수를 소개하였다. 이를 위해 고창 표준기상관측소에서 측정된 데이터를 사용하였고, 객관적으로 데이터를 가장 잘 설명하는 모형을 선택하고 평가하기 위해 베이지안 분석을 이용할 것이다. 이번 연구는 강수량 측정에서 Catch Radio의 계통적 구조에 대한 통계적 분석을 보여주었다.

3영 변환 모형 산포형태모수와 두 적합도 검정통계량 사이의 유사성 비교

저자 : 윤유정 ( Yujeong Yun ) , 김홍기 ( Honggie Kim )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 493-504 (12 pages)

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통계청 인구총조사의 출생아 수 자료는 우리가 쉽게 접할 수 있는 가산 자료이며 국가경쟁력 제고를 위한 정부의 출산정책 결정 및 그 기대효과 분석의 기반이 되는 자료이다. 출생아 수 자료 분석에 있어서 포아송 모형 등 가산 모형이 우월하다는 선행 연구결과에 의하여 가산 모형을 통한 자료 분석방법이 활용되고 있다. 이 때 가산 모형에서 가장 많이 사용하는 포아송 모형은 균등상포라는 제한적인 가정을 토대로 하기 때문에 출생아 수 자료 분석에 이 포아송 모형을 그대로 적용한다면 정보의 손실과 편향추정을 피할 수 없게 된다. 이러한 한계를 극복하기 위해 Ghosh 와 Kim (2007)은영 과잉과 부족으로 인한 과대산포와 과소산포를 동시에 설명할 수 있는 영 변환 모형 (zero-altered model)을 제안하였다. 본 논문에서는 Ghosh 와 Kim (2007)의 영 변환 모형을 적용하여 실제 출생아수분포에서 영 변환 모형의 산포형태모수 δ를 도출하고 그 역할에 대하여 분석한다. 그리고 관측분포에서의 산포형태모수 δ와 아론적분포와의 차이를 비교하기 위한 적합도 검정통계량과의 유사성을 확인한다.

4공간이웃정보를 고려한 공간회귀분석

저자 : 김수정 ( Sujung Kim )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 505-513 (9 pages)

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최근, 더욱 상세하고 정확한 추정 결과를 위해 소지역추정(small area estimation; SAE)의 연구가 많이 진행되고 있다. 그 중 공간회귀모형 (spatial regression model)을 이용한 방법이 주를 이루고 있는데 이를 사용하기 위해서는 공간이웃 (spatial neighbor)의 정의가 필요하다. 본 연구에서는 공간이웃을 정의하는 방법으로 도로네 삼각망 (Delaunay triangulation; DT)을 소개하고 k-최근접 (k-nearest neighbor; KNN)과 비교하여 분석한다. 두 가지 공간이웃을 정의하는 방법중에서 어떤 방법으로 이웃을 정의하는 것이 효율적인지 알아보기 위해 시뮬레이션을 실시하였고, 지가 (land price)데이터를 이용하여 실 데이터를 분석하였다.

5랜덤포레스트의 크기 결정에 유용한 승리표차에 기반한 불일치 측도

저자 : 박철용 ( Cheolyong Park )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 515-524 (10 pages)

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이 연구에서는 분류를 위한 RF (random forest)의 크기 결정에 유용한 승리표차 MV (margin of victory)에 기반한 불일치 측도를 제안하고자 한다. 여기서 MV는 현재의 RF에서 1등과 2등을 차지하는 집단이 무한 RF에서 차지하는 승리표차이다. 구체적으로 -MV가 양수이면 현재와 무한 RF 사이에 1등과 2등인 집단에서 불일치가 생긴다는 점에 착안하여, max(-MV, 0)을 하나의 불일치 측도로 제안한다. 이 불일치 측도에 근거하여 RF의 크기 결정에 적절한 진단통계량을 제안하며, 또한 이 통계량의 이론적인 점근분포를 유도한다. 마지막으로 이 통계량을 최근에 제안된 진단통계량들과 소표본 하에서 성능을 비교하는 모의실험을 실행한다.

6국내 노후대비 특징에 관한 연구

저자 : 박동인 ( Dong In Park ) , 조길호 ( Kil Ho Cho )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 525-532 (8 pages)

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최근 들어 OECD 국가 중 국내의 고령화 진입 속도가 가장 급속하게 증가하고 있는 추세를 보이고 있다. 이로 인해 노인 빈곤율 및 노인 부양에 대한 이슈가 사회적 문제로 대두되면서 노후대비에 대한 중요성도 증대되고 있다. 따라서 이 연구는 급속히 증가하고 있는 고령층으로 인하여 발생되는 사회적 부담 문제를 미연에 방지하기 위해 국내 중장년층 가구주들의 노후대비 유무와 노후준비 결정요인을 분석하고 집단별 포트폴리오 구축 유형을 분석하는데 목적이 있다. 연구 결과 노후대비를 위한 수단으로써 금융과 부동산을 결합한 상품을 개발한다면 노후대비 포트폴리오를 확대시킬 수 있을 것이라는 결론을 도출하였다. 위와 같은 연구 결과에 따라 인구통계학적 요인 뿐 아니라 보유 자원들의 정도에 따라 노후대비에 차이가 있다는 것을 알 수 있으며, 특히 보유 자원들에 영향을 미치는 다양한 요소들이 노후대비가구와 노후미대비가구별로 차이가 있다는 것을 알 수 있다.

7다변량 분위수 회귀나무 모형에 대한 연구

저자 : 김재오 ( Jaeoh Kim ) , 조형준 ( Hyungjun Cho ) , 방성완 ( Sungwan Bang )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 533-545 (13 pages)

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분위수 회귀모형은 반응변수의 조건부 분포에 대하여 포괄적이고 유용한 통계적 정보를 제공한다. 그러나 많은 실제 자료는 설명변수와 반응변수가 비선형의 관계를 갖고 있어 전통적인 선형 분위수 회귀모형은 왜곡되고 잘못된 결과를 초래할 수 있다. 또한 자료의 복잡성이 증가하여 반응변수가 여러개인 다변량 자료의 분석에 대한 보다 정확한 예측과 더불어 풍부한 해석에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 이유로 본 연구에서는 다변량 분위수 회귀나무 모형을 제안하였다. 본 연구에서는 기존의 다변량 회귀나무 모형의 분할변수 선택 알고리즘의 문제점을 지적하고 향상된 분할변수 선택 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 합리적인 계산시간으로 적용 가능하며 분할변수 선택에서 편향발생의 문제를 갖지 않는 동시에 기존 방법보다 더 정확하게 분할변수를 선택할 수 있있다. 본 연구에서는 모의실험과 실증 예제를 통해 제안한 방법의 우수한 성능과 유용성을 확인하였다.

8베타회귀분석 방법을 이용한 건강 관련 삶의 질 자료 분석

저자 : 장은진 ( Eun Jin Jang )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 547-557 (11 pages)

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건강 관련 삶의 질 자료는 정규분포를 따르지 않고 치우친 분포를 보이며, 등분산 가정을 만족하지 않는 경우가 대부분이다. 또한 건강 관련 삶의 질 자료는 범위가 정해져 있는 자료이며, 건강한 상태를 나타내는 경우 최대값을 가지는 천장효과가 있는 자료이다. 본 연구에서는 건강 관련 삶의 질 자료인 EQ-5D에 대해 선형회귀모형과 베타회귀모형, 그리고 평균과 정밀도에 대한 하위모형을 가지고 있는 확장된 베타회귀모형을 이용하여 예측모형을 개발하고 모형의 예측 정확도를 비교하였다. 선형회귀모형에 비해 확장된 베타회귀모형의 예측 정확도가 높기는 하지만 신뢰구간이 겹치고 있기 때문에 확장된 베타회귀모형의 정확도가 더 높다고 할 수는 없다. 하지만 확장된 베타회귀모형은 공변량에 따라 분산이 달라지는 부분을 설명할 수 있으며 선형회귀모형이 제한된 범위를 벗어난 값을 예측하는 부분을 개선할 수 있다. 따라서 범위가 제한되고 이분산이 있는 치우친 자료에 대해 공변량들이 평균 및 정밀도에 영향을 주는 정도를 동시에 고려하는 확장된 베타회귀모형은 건강 관련 삶의 질 자료인 EQ-5D를 분석하는 방법으로 적절하다고 할 수 있다.

9건강행위 이행율에 따른 대사증후군 발생 위험요인 변화

저자 : 이지은 ( Ji Eun Lee ) , 이은주 ( Eun Joo Lee )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 559-571 (13 pages)

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본 연구는 일개 보건소 대사증후군 관리프로그램에 참여한 대상자의 건강행위 이행율에 따른 대사증후군 위험인자의 변화정도를 평가하기 위해 수행되었다. 대상자는 K도 G시 일개 보건소의 대사증후군 관리 프로그램에 자발적으로 참여한 168명이며, 자료수집은 2015년 1월부터 6월까지 이루어졌다. 연구결과 대상자의 건강행위 이행율은 프로그램 적용후 3개월과 6개월에 각각 약 62%, 66%이었으며, 건강행위의 실천개수가 많을수록 대상자의 대사증후군 발생위험도는 더 낮아졌다. 또한 건강행위 실천개수가 적더라도 건강행위를 지속적으로 하는 고이행군의 경우 대사증후군 위험인자가 유의하게 더 낮아지는 결과가 나타났다. 이로써 대사증후군의 관리에는 건강행위 실천개수도 중요하지만, 적은 실천개수 일지라도 꾸준히 지속적으로 건강행위를 실천하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 따라서 대사증후군의 예방 및 관리를 위해서는 단기간 많은 건강행위를 하는 것보다 적은 개수라도 꾸준히 건강행위를 실천할 수 있도록 하는 전략을 개발하는 것이 필요하다는 것을 제안하는 바이다.

10한국인의 연령대에 따른 건강관련 삶의 질(EQ-5D)에 대한주요 요인 분석

저자 : 오현숙 ( Hyun Sook Oh )

발행기관 : 한국데이터정보과학회 간행물 : 한국데이터정보과학회지 28권 3호 발행 연도 : 2017 페이지 : pp. 573-584 (12 pages)

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본 연구의 목적은 한국인의 연령대에 따라 건강관련 삶의 질에 주요한 영향을 주는 요인들의 효과를 분석, 비교하는 것이다. 연구대상은 2014년도 제 6기 국민건강영양조사자료에 참여한 19세 이상의 성인 5,976 명이며 EQ-5D 점수를 삶의 질에 대한 평가 척도로 이용하였다. 연령대는 젊은층(19세-39세), 중년층 (40세-65세), 노년층 (66세 이상)으로 나누었고 각 연령층에서 총 29개의 요인들에 대하여 베이지안 순서형 프로빗 모형을 이용하였다. 연구결과 전 연령대에서 공통적으로 삶의 질에 주요한 효과를 나타내는 요인은 성별, 건강에 대한 주관적 인식의 정도, 스트레스, 각종 질병요인들이다. 여성의 삶의 질은 남성보다 낮고 건강에 대한 주관적 인식의 정도가 높을수록 삶의 질이 높으며 스트레스는 삶의 질에 부정적 영향을 준다. 특히, 노년층에서 남녀간 차이와 건강에 대한 주관적 인식에 의한 차이가 두드러 졌다. 질병은 삶의 질을 저하시키며 그 정도는 중년층, 젊은층, 노년층 순이다. 연령집단을 비교했을 때, 중년기에는 직업 활동이 삶의 질에 주요한 긍정적 효과를 나타내고, 노년기에는 앉거나 누워있는 시간이 많을수록, 비만 정도가 심할수록 삶의 질이 낮고 걷기를 자주 할수록 삶의 질이 높다.

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