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녹조 및 수질 시계열 자료의 결측치 대체 기법 성능 비교
학술지명 한국수자원학회 저자 김성훈,이충성,류제완
발표일 2025-05-23

기후변화로 인한 수온 상승 및 산업화에 따른 오염 부하량 증가로 조류 발생의 빈도 및 강도가 매년 확대되고 있다. 녹조 현상은 영양염류, 수온, 일사량, 체류시간 등 복합적인 요인에 의해 식물성 플랑크톤이 과다 증식하며 발생한다. 이에, 녹조 발생 메커니즘에 내재된 비선형 관계를 분석하고 조류경보제 등 제도의 기초자료로 활용하기 위하여 다양한 시계열 자료가 수집되고 있다. 그러나, 다양한 원인으로 발생하는 결측값은 자료의 신뢰성과 분석 정확도를 저해하는 요인이 되며, 따라서 적절한 결측치 처리가 수반되어야 한다.
   본 연구는 녹조 및 관련 변수들을 대상으로 다양한 결측 대체 기법을 적용하고, 그 성능을 비교 및 분석하였다. 대청댐 지역을 대상으로 녹조 발생의 주요 영향 인자인 남조류 세포수, 클로로필-a 농도, 수온, 총인을 포함하여 2004년 4월부터 2023년 12월까지 총 27개 변수에 대해 83개의 주간 시계열 자료를 수집하고 분석에 활용하였다. 주요 영향 인자 각각에 다양한 기간의 결측치를 인위적으로 발생시킨 후 선형 보간법(Linear interpolation), 최근접이웃 기반 대체(k-Nearest Neighbors imputation), BRITS(Bidirectional Recurrent Imputation for Time Series), NAOMI(Non-autoregressive Multiresolution Sequence Imputation)를 활용하여 결측치를 대체하고 성능을 비교하였다.
   대체 기법에 따른 성능 비교는 RMSE와 MAPE를 기준으로 이루어졌으며, 변수 특성과 결측 구간의 길이에 따라 최적 대체 기법이 달라지는 것을 확인하였다. 남조류 세포수와 클로로필-a 농도의 경우, 최근접이웃 기반 대체 기법이 결측 길이에 상관없이 전반적으로 우수한 성능을 보였다. 반면, 수온과 총인 등 상대적으로 변동성이 적거나 선형적 

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