최근 IoT(사물인터넷) 기술이 대중화되면서 우리의 생활환경이 점점 더 스마트해지고 있습니다. 신축 아파트에서는 생활 패턴에 따라 전등이 자동으로 켜지고, 가스 밸브가 잠기며, 엘리베이터도 미리 예약하여 사용할 수 있습니다. 이러한 기술의 발전은 가정용 가전제품과 전자기기도 포함되어, IoT를 통해 내외부에서 자동으로 제어되고 작동하게 됩니다. 더욱이 디바이스의 센서와 빅데이터 분석을 통해 미세먼지, 온도, 습도와 같은 데이터가 실시간으로 측정되어 자동으로 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있는 가능성이 열렸습니다.
코오롱베니트는 이러한 스마트한 미세먼지 대응을 위해 실내 공기 질에 따라 환기가 이루어지고 공기청정기가 자동으로 작동되는 최적의 환경 구현 모델을 구축하기 위한 분석 프로젝트를 진행하였습니다. 본 프로젝트의 주요 분석 포인트는 다음과 같습니다. 실내 대기 오염과 상관성이 높은 환경 요소를 추정하고, 최적의 실내 공기 질 유지를 위한 공기 환기량 및 환기 시간을 추정하는 것입니다.
데이터 분석을 통한 실내 공기 질 개선
실내 대기 오염의 변수 탐색
우선 실내 공기의 오염을 감지하고 이를 기반으로 환기가 이루어지는 일련의 과정에 대한 시나리오를 구성하였습니다. 이후 이 시나리오를 바탕으로 최적의 환기 시간을 추정하기 위한 변수를 탐색하고 예측 범위를 설정하였습니다. 이를 통해 실내 공기 질을 개선하는 데 기여할 수 있는 다양한 요소를 분석할 수 있었습니다.
분석 프레임워크의 구성
전체적인 분석 프레임워크(Analytics Framework)는 데이터 분석과 수학적 모델링으로 구성됩니다. 데이터 분석은 정보 추출과 데이터 정제 및 가공 과정을 포함하며, 수학적 모델링은 로직 도출을 위한 과정입니다.
정보 분석 단계
정보 분석 단계에서는 주제 분석에 필요한 정보와 데이터를 수집하고, 문헌 정보를 통해 최신 분석 알고리즘을 검색합니다. 이 과정에서 수집된 정보를 바탕으로 주제 분석에서 요구되는 많은 변수를 검토하고 평가한 후, 관련 데이터를 확보하여 분석 가능성을 고려하여 최종적으로 변수를 선정하게 됩니다.
데이터 모델 분석 단계
데이터 모델 분석 단계에서는 홈 IoT의 샘플 데이터에 대한 분포도 분석을 통해 주어진 데이터의 특성을 파악하고 적합한 모델을 선정합니다. 선정된 모델에 홈 IoT 샘플링 데이터셋과 개방 API를 통해 수집한 기상청 데이터를 조합하여 분석에 필요한 데이터셋을 구축합니다.
수학적 해석 및 변수 도출
최적의 실내 공기 질 유지를 위한 모델 결과 도출을 위한 수학적 해석 과정으로, 오염되지 않은 공기 질을 보장할 수 있는 최적 실내 환기 시간을 추정합니다. 이 과정에서는 다양한 센서로부터 수집된 데이터 및 외부 기상 데이터와의 상관도 분석을 통해 현재 실내 공기 질에 영향을 주는 요인 변수를 도출합니다.
개인화 모델링 및 최적화
마지막 단계에서는 기존 모델링에 사용자 설정 데이터를 추가하여 개인화 모델을 도출하고 최적 실내 환기 시간을 추정하기 위한 추가 변수를 탐색하고 예측 범위를 설정합니다. 사용자에 맞춘 유연한 로직 개발 및 최적화를 통해 각 개별 사용자에게 맞춤형 서비스가 제공될 수 있습니다.
최적 환기 시간 예측
위의 프로세스에 따라 데이터의 계량적 분석을 기반으로 현재 실내 공기 질에 영향을 주는 대기 환경 요소를 추정하고, 공기 오염을 개선하기 위한 내부 공기의 최적 환기 시간 예측이 가능합니다. 모든 변수를 시간 단위에서 분 단위로, 가변 장소 기준으로 전국 단위로 확대하여 각 변수의 데이터를 수정하고 홈 IoT 인터페이스에 연동하여 서비스가 완성되었습니다.
기존 건축물에의 적용 가능성
이렇게 개발된 로직은 모델링 하여 건설 중인 아파트나 기존 단지에 즉시 적용 가능합니다. 특히 기존 건축물은 설계에 대한 변경이나 추가적인 하드웨어 또는 시스템의 변경 없이 로직만 사용하여 미세먼지 관리 기능을 간편하게 추가할 수 있습니다.
다양한 서비스 연계 가능성
개발된 알고리즘은 홈 IoT뿐만 아니라 날씨 및 미세먼지 관리 기능이 접목된 타 공간 서비스 및 헬스케어와 연계하여 다양한 방식의 서비스 지원이 가능합니다. 이러한 통합적인 접근 방식은 사용자에게 보다 나은 실내 환경을 제공하며, 건강하고 쾌적한 생활 공간을 유지하는 데 핵심적인 역할을 할 것입니다.
이와 같은 IoT 기반의 실내 공기 질 개선 알고리즘 개발은 앞으로의 스마트 홈 환경 구축에 중요한 기초가 될 것이며, 지속적인 데이터 분석과 사용자 맞춤형 서비스 제공을 통해 더욱 발전할 것으로 기대됩니다.