해양과학기지 시계열 자료의 품질관리 시스템 구축: 이동표준편차 검사의 성능평가 및 활용

Abstract

해양과학기지는 황해 및 동중국해에 건설된 구조물로 육지의 영향을 최소화하여 해양, 기상, 대기환경 관측 요소를 생산하는 정점이다. 이어도 해양과학기지(이하 이어도 기지)는 2003년 동중국해(Lat: 32° 07’ 22.63“ Lon: 125° 10’ 56.81”)에 건설되어 현재까지 약 20년간 다양한 시계열 자료를 생산하고 있다. 이어도 기지는 열대 및 아열대의 에너지와 염분을 운반하는 쿠로시오 해류와 연안의 담수 및 육상 물질이 유입된 황해가 만나는 대륙붕의 경계 인근에 위치하고 있으며, 전세계적으로 수온 및 기온이 가장 급변하는 해역 중 하나인 동중국해 해상에 위치한다. 따라서 이어도 기지에서 생산된 장기 시계열 자료의 중요성이 증가하고 있으며 이에 따라 품질 고도화에 대한 다양한 노력이 수행되고 있다. 이어도 기지의 수온 시계열 자료는 천해역에서 고정 구조물의 계류라인을 이용하여 관측하는 특성상 큰 변동성을 포함하고 있으며, 센서에서 측정된 자료가 로거나 서버 등을 거치는 동안 다양한 이상값을 포함하게 된다. 이에 이어도 기지 수온 자료의 고도화를 위하여 국제 품질검사의 성능을 평가한 바 있으나 변동성이 큰 시계열 자료에서 정상 자료를 이상으로 구분하였을 뿐만 아니라 제한적인 실제 케이스를 이용한 성능평가를 수행하였다. 본 연구에서는 기 개발한 해양과학기지 품질관리 절차 중 변동성 검사에 해당하는 이동표준편차 검사(sliding STandard Deviation check)의 성능 평가를 위하여 2017년 이어도 기지 층별 수온자료(5, 20.5, 38m)를 30일 간격으로 나누고, 이상값의 형태와 규모와 빈도를 달리하여 검사 케이스를 분류하였다. 각 검사 케이스를 Confusion Matrix를 사용하여 정밀도와 재현율, F1-score 등을 산출하여 성능평가를 수행하여 최적 입력상수를 확인하고, 이동표준편차 검사의 성능을 확인하였다. 본 연구는 국 내외 품질검사 기법의 성능을 정량적으로 평가할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 관측 요소에 적절한 품질 검사 기법 혹은 입력 상수를 선정하는데 기여 할 수 있을 것으로 사료된다.