[Python] 공공데이터 API 사용기 (feat 미세먼지)

GitHub : https://github.com/ssooni/data_mining_practice

새로운 시리즈 시작!!

이전 카카오 시리즈에 이어서 미세먼지 데이터와 기상 데이터를 이용해서 데이터 마이닝 기법들을 적용하는 연습을 해보았습니다.

(그거 보다 궁금했어요.. 기상과 미세먼지와 밀접한 관계가 있는지 말이죠)

데이터 수집, 전처리, 상관 분석 등 적용 해보고 싶은 방법들을 적용하고 결과를 관찰하도록 하겠습니다.

미세먼지 데이터 수집

서울시 열린데이터광장(http://data.seoul.go.kr/)에서 시간별 평균 대기오염도 정보 데이터를 제공합니다.

서울의 구 단위로 시간단위 미세먼지 농도를 제공하고 2009년 데이터도 존재하길래 사용하기 적절하다고 판단하여 인증 키를 취득하였습니다.

회원가입 절차를 진행한 후에 간단하게 사용 목적을 명시하면 인증 키를 획득할 수 있었습니다.

데이터의 저작권은 출처를 밝히면 자유롭게 사용이 가능합니다.

기상 데이터 수집

열린데이터광장에 서울시의 과거 기상데이터도 제공하지만, 데이터가 썩 만족스럽지가 않아서 기상자료개방포탈(https://data.kma.go.kr/cmmn/main.do)에서 기상데이터를 수집하였습니다.

기상포탈에는 Open-API 서비스로 다양한 종류의 기상 데이터를 제공합니다.

저는 시간 단위로 측정된 미세먼지 데이터를 수집하였기 때문에 기상 데이터도 종관기상관측 시간자료 를 이용하였습니다.

마찬가지로 회원가입을 진행한 후에 API 사용 신청을 하면 별다른 승인 절차 없이 API 사용이 가능합니다.

API Key는 마이페이지 > 오픈 API 현황에서 확인 가능합니다.

API 호출 프로그램 작성

전체 소스코드는 GitHub를 참조바랍니다.

API Key 및 전체 데이터의 경우 공유가 힘든 점 양해바랍니다.

REST API는 Http URL의 요청을 처리하여 우리가 보통 사용하는 WEB 서비스는 Response를 HTML로 하는 것과 달리 JSON이나 XML 등의 형태로 Response하는 API 입니다.

Python에는 requests 모듈이 있어서 http url만 입력하면 reponse를 획득할 수 있습니다.

미세먼지 데이터 API

먼저 서울시 시간별 평균 대기오염도 정보 데이터 API를 호출하는 프로그램을 작성하였습니다.

URL에 특정일자를 넣어주면 사용자가 설정한 start_index에서 end_index까지 데이터를 불러오는 API 구조입니다.

list_total_count 라고 해당 호출의 최대 index 값을 제공하므로 아래의 절차로 프로그램을 구상하였습니다.

1. 최초 호출에서 list_total_count를 획득한다.
2. 다음 호출에서 end_index 값을 list_total_count까지 사용한다.
3. 날짜별로 데이터를 CSV로 저장한다.

## callAPI.py
def call_api(api_name, start_date, end_date, dir_name):
    # API 키는 공개하기 힘든 점 양해 바랍니다.
    api_key = open("./raw_data/api_key").readlines()[0].strip()
    url_format = 'http://openAPI.seoul.go.kr:8088/{api_key}/json/{api_name}/1/{end_index}/{date}'
    headers = {'content-type': 'application/json;charset=utf-8'}

    for date in pd.date_range(start_date, end_date).strftime("%Y%m%d"):
        # 최초 1회 Call은 해당 일자의 데이터 수를 확인한다.
        url = url_format.format(api_name=api_name, api_key=api_key, end_index=1, date=date)
        response = requests.get(url, headers=headers)
        end_index = response.json()[api_name]["list_total_count"]
        print("Max Count(%s): %s" % (date, end_index))

        # 해당 일자의 모든 데이터를 불러온다.
        url = url_format.format(api_name=api_name, api_key=api_key, end_index=end_index, date=date)
        response = requests.get(url, headers=headers)
        result = pd.DataFrame(response.json()[api_name]["row"])

        # 수집된 데이터를 CSV로 저장합니다.
        result.to_csv("./raw_data/%s/dust_%s.csv" % (dir_name, date), index=False, encoding="utf-8")

        # API 부하 관리를 위해 0.5초 정도 쉬어 줍시다 (찡긋)
        sleep(0.5)

기상 데이터 API

다음은 기상데이터 API를 사용하는 함수를 작성하였습니다.

이 API는 조회 시작 일자와 시간 / 최종 일자와 시간, 가져올 데이터의 수를 Param으로 사용합니다.

안전하게 저는 1회 요청시 하루 단위로 넉넉하게 최대 100건 정도를 요청하였습니다.

매 시간 단위로 측정되는 데이터라 많아야 24건이기 때문이죠.

결과는 마찬가지로 CSV 파일로 저장하였습니다.

## callAPI.py
def call_weather_api(start_date, end_date):
    # API 키는 공개하기 힘든 점 양해 바랍니다.
    api_key = open("./raw_data/weather_api").readlines()[0].strip()
    url_format = 'https://data.kma.go.kr/apiData/getData?type=json&dataCd=ASOS&dateCd=HR&startDt={date}&startHh=00&endDt={date}&endHh=23&stnIds={snt_id}&schListCnt=100&pageIndex=1&apiKey={api_key}'

    headers = {'content-type': 'application/json;charset=utf-8'}
    for date in pd.date_range(start_date, end_date).strftime("%Y%m%d"):
        print("%s Weather" % date)
        url = url_format.format(api_key=api_key, date=date, snt_id="108")
        response = requests.get(url, headers=headers, verify=False)
        result = pd.DataFrame(response.json()[-1]["info"])
        print(result.head())
        result.to_csv("./raw_data/weather/weather_%s.csv" % date, index=False, encoding="utf-8")

        # API 부하 관리를 위해 0.5초 정도 쉬어 줍시다 (찡긋)
        sleep(0.5)

데이터 종합

미세먼지와 기상 데이터를 2009년 1월 1일부터 2019년 1월 1일 구간으로 수집하였습니다.

두 개의 데이터는 공통적으로 날짜 컬럼이 있기 때문에 날짜 컬럼을 기준으로 Join을 해주었습니다.

데이터의 양이 많아진 만큼 File I/O 속도가 느린 CSV 포멧이 아닌 HDF 포멧으로 변경하였습니다.

## callAPI.py
def concat_data():
    df_list = list()

    # ./raw_data/dust 아래의 모든 파일을 읽습니다.
    for root, dirs, files in os.walk("./raw_data/dust", topdown=False):
        for name in files:
            df_list.append(pd.read_csv(os.path.join(root, name)))

    dust = pd.DataFrame(pd.concat(df_list, sort=False))

    # Datetime 형태로 Index를 변경해줍니다.
    dust["MSRDT"] = dust["MSRDT"].apply(lambda x: dt.datetime.strptime(str(x), "%Y%m%d%H%M"))
    dust = dust.set_index("MSRDT")

    df_list.clear()

    # ./raw_data/weather 아래의 모든 파일을 읽습니다.
    for root, dirs, files in os.walk("./raw_data/weather", topdown=False):
        for name in files:
            df_list.append(pd.read_csv(os.path.join(root, name)))
    weather = pd.DataFrame(pd.concat(df_list, sort=False))

    # Datetime 형태로 Index를 변경해줍니다.
    weather["TM"] = weather["TM"].apply(lambda x: dt.datetime.strptime(x, "%Y-%m-%d %H:%M"))
    weather = weather.set_index("TM")

    # join() 함수는 같은 index 끼리의 join을 제공합니다.
    weather.join(dust, how="inner").to_hdf("./raw_data/data.hdf", "master")
    dust.to_hdf("./raw_data/data.hdf", "dust")
    weather.to_hdf("./raw_data/data.hdf", "weather")

제공받은 데이터에서 미세먼지에 해당하는 컬럼은 PM10 또는 PM25가 있습니다.

각각 10μm, 2.5μm 이하의 먼지의 농도라고 하는데 그 중에서 초미세먼지 농도에 해당하는 PM25를 사용하고자 한다.

데이터의 분포를 확인하고자 Box Plot을 그려서 확인하고자 한다.

이 때 지역별로 확인해 보는 것이 눈에 더 잘 보일거 같아서 확인해 보았는데..

아니 저 수치가 정말 나올 수 있는 수치인가요..??

서대문구는 무슨 일이 있었던 걸까요..??

노이즈라고 생각이 드는데 다음 포스팅에서 어느 정도 전처리를 하고 사용해야 할 거 같아요.

2021.01.06 : 기상청에서 관리하던 데이터를 공공데이터포털에서 관리하는 걸로 변경이 되었습니다.

긴 글 읽어 주셔서 감사합니다.

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