Detailed Information

Cited 0 time in webofscience Cited 0 time in scopus
Metadata Downloads

앙상블 경험적 모드 분해를 이용한 수질자료의 이상치 탐색open accessOutlier Detection of Water Quality Data Using Ensemble Empirical Mode Decomposition

Other Titles
Outlier Detection of Water Quality Data Using Ensemble Empirical Mode Decomposition
Authors
박상수박노석김성수조귀래윤석민
Issue Date
2021
Publisher
대한환경공학회
Keywords
Automated Water Quality Monitoring System; Water Quality Data; Outlier Detection; Ensemble Empirical Mode Decomposition; Cook’s Distance; 상수도 시스템; 수질자료; 이상치 탐색; 앙상블 경험적 모드 분해; Cook 통계량
Citation
대한환경공학회지, v.43, no.3, pp 160 - 170
Pages
11
Indexed
KCI
Journal Title
대한환경공학회지
Volume
43
Number
3
Start Page
160
End Page
170
URI
https://scholarworks.gnu.ac.kr/handle/sw.gnu/5426
DOI
10.4491/KSEE.2021.43.3.160
ISSN
1225-5025
2383-7810
Abstract
목적:본 연구는 국내 상수도 자동수질측정망을 통해 수집되는 자료에서 발생 가능한 다양한 이상치들을 효율적으로 탐색 및 제거 위한 방법론을 제안하기 위해 수행되었다. 이를 위해 국내 G_정수장으로부터 수온자료를 수집하였으며, 수집된 자료를 대상으로 이상치 방법론에 따른 적용 효과를 검정하였다. 방법:본 연구에서 수질자료의 이상치 탐색을 위해 적용한 분석 절차는 다음과 같다. 첫째, 수집된 수온자료에 대해 정규성 검정을 수행하고 정규성을 만족하는 경우 Z-score, 정규성을 만족하지 않는 경우 사분위수를 활용하여 이상치를 탐색하고 기존 방법론의 한계점에 대해 분석한다. 둘째, 수온자료에 대해 경험적 모드 분해 및 앙상블 경험적 모드 분해를 활용하여 고유진동함수들을 분해한 후 모드 믹싱에 발생에 대해 고찰한다. 최종적으로 고유진동함수들의 통계적 특성치를 활용해 이상치를 식별할 기준 고유진동함수 집단을 선별한 후 회귀분석과 Cook 통계량의 절사 기준을 활용해 이상치를 제거 및 보간 후 그 성능을 검증한다. 결과 및 토의:수온자료의 경우 정규성을 만족하지 못하며, 수정 사분위 방법을 적용하여 이상치 탐색을 수행한 결과 계절 성분 내에 분포하는 이상치들은 전혀 식별할 수 없다는 결과를 확인하였다. 경험적 모드 분해의 경우 이상치들의 효과로 인해 모드 믹싱 현상이 발생하였으나, 앙상블 경험적 모드 분해에서는 모드 믹싱이 해결되어 뚜렷한 계절 성분이 고유진동함수로서 분해되는 것으로 나타났다. 그리고 앙상블 모드 분해로부터 구해진 고유진동함수 중 원시 수온자료와 통계적 관계성이 높은 신호들을 합성하였다. 합성된 고유진동함수와 원시 수온자료를 활용해 회귀 모형을 개발하고, Cook 통계량 근간으로 이상치 탐색을 수행한 결과 계절 성분 내에 분포하는 다양한 이상치들을 효과적으로 탐색할 수 있는 것으로 분석되었다. 결론:상수도 자동수질측정망을 통해 수집되는 자료들로부터 합리적인 통계분석 결과를 도출하기 위한 과정에서 이상치 탐색 작업은 필수적이라고 할 수 있다. 하지만 기존의 단변량 이상치 탐색 기법의 경우 고유 변동성이 강하게 분포하는 자료에 대해 이상치 탐색 성능이 현저히 떨어지며, 탐색된 이상치에 대한 내삽 방안도 제시하지 못한다는 한계가 명확하다. 반면, 본 연구에서 제시한 앙상블 경험적 모드 분해 및 회귀분석 기반의 이상치 탐색 방법은 고유 변동성이 강한 자료 내에 분포하는 이상치들에 대한 식별 성능이 뛰어나며, 통계적 절사 기준을 제시함에 따라 분석자의 주관적 판단을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 또한 앙상블 경험적 모드 분해 분석으로부터 구해진 고유진동함수들을 이용해 이상치 제거 후 자료 보간이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 기존의 단변량 이상치 탐색 기법의 적용성에 대한 한계를 고려할 때 본 연구에서 제시한 이상치 탐색 및 보간 방안은 보다 효과적인 분석 도구로서 적용 가능할 것으로 기대된다.
Files in This Item
There are no files associated with this item.
Appears in
Collections
공과대학 > Department of Civil Engineering > Journal Articles

qrcode

Items in ScholarWorks are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Related Researcher

Researcher Park, No Suk photo

Park, No Suk
공과대학 (토목공학과)
Read more

Altmetrics

Total Views & Downloads

BROWSE