후방산란 자료취득 기준에 관한 기초연구: 멀티빔 음향측심기(MBES)를 대상으로

박병문,유경완,강호윤,황창수,정승은,이정민,김연수 한국수로학회 2022 한국수로학회지 Vol.11 No.2

최근 수산, 해상교통, 신재생에너지 등 해양공간에 대한 이용 범위가 다양해지고, 해역이영협의 건수가 지속적으로 증가하고 있으며, 정부는 지속가능한 해양 관리를 위하여 「해양환경 보전 및 활용에 관한 법률」, 「해양공간계획 및 관리에 관한 법률」 등을 제정하여 해양환경, 해양공간계획 등의 정책을 추진하고 있다. 또한 「해양조사와 해양정보 활용에 관한 법률」을 마련하여 선박의 교통안전, 관할권의 확보 등을 위한 해양조사 사업을 시행하고 있다. 해양조사에는 음향측심기를 이용한 해저지형조사(수심측량), 해도제작 등이 포함되는 데 우리나라는 1990년대 후반부터 해저면을 세부적으로 파악할 수 있는 멀티빔 음향측심기를 이용하고 있다. 멀티빔 음향측심기를 이용하여 수심측량을 하는 경우에 해저면에서 반사되어 오는 시간 차이 정보와 반사 강도 정보를 동시에 얻게 된다. 반사 강도 정보를 후방산란(Backscatter) 자료라고 한다. 국립해양조사원에서는 국가해양기본조사 등 많은 후방산란 자료를 확보하고 있으며, 매년 새로운 후방산란 자료를 취득하고 있다. 그러나 후방산란 자료에 대한 활용도는 적은 실정이며, 이를 적절하게 활용하기 위해서는 자료를 일관성 있는 자료취득이 필수적이다(이정민 외, 2022). 후방산란 자료 이용에 관한 연구동향을 살펴보면, 국제과학연합회(ICSU) 해양연구과학위원회와 유네스코 해양학위원회에서 1990년대 말부터 관련 연구 프로그램을 운영하고 있으며, 관련 실무그룹에서 2015년에 멀티빔 후방산란 가이드라인 및 권고안을 제시하였다(GEOHAB BSWG, 2015). 이 연구에서는 국제수로기구(IHO, International Hydrographic Organization)에서 제시한 해저면 특성분류 기준과 국립해양조사원의 멀티빔 음향측심기를 이용한 수심측량에 관한 기준을 분석하여 멀티빔 음향측심기를 이용하여 후방산란 자료를 취득할 때 일관성 높은 자료를 얻기 위해 필요한 기본 요소를 도출하였다. 첫째 해저면 특성분류에는 현장확인(ground-truth) 시료를 확보하여야 한다. 둘째 멀티빔 음향측심기에 의한 후방산란 자료는 주파수가 높은 음향장치를 사용하기 때문에 음향신호의 투과심도는 없는 것으로 가정한다. 셋째 후방산란 자료의 일관성을 높이기 위해 계획 수립단계, 커버리지 확보, 시료 채취 기준, 현장조사 야장 기록 등 국제기준 등에 제시된 기준을 정리하였다. 이 연구는 멀티빔 음향측심기에 대한 연구자료와 해저면 특성분류 기준을 토대로 작성된 기초연구이기 때문에 우리나라 해역의 특성에 맞는 기준을 정립하기 위해서는 실해역 테스트 연구 등 후속 연구가 필요하다고 판단된다.

운고계 후방산란 자료를 이용한 지표면 PM<SUB>2.5</SUB> 농도 추정

정희정,엄준식 한국기상학회 2021 한국기상학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

미세먼지에 의한 대기오염은 사회적 문제가 되고 있을 뿐 아니라 인간의 건강에도 부정적인 영향을 미치기 때문에 미세먼지 모니터링이 중요해지고 있다. 관측소 기반 PM2.5 모니터링이 활발히 이루어지고 있으나 관측소들의 공간적 분포가 조밀하지 못하기 때문에 지상 또는 위성 기반 원격탐사를 통한 PM2.5 농도 간접 도출 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 예로, 지상 원격탐사 관측 기기인 운고계는 단일 파장대의 레이저 펄스를 방출하여 구름 입자 또는 에어로졸에 의해 후방산란된 신호를 받아 자료를 생산하기 때문에 흐린 조건이나 야간에서도 에어로졸 후방산란 계수의 수직적 분포를 제공할 수 있다. 이러한 장점을 활용하여 라이다 관측기기나 운고계 등의 원격탐사 관측 기기들에서 관측된 연직 후방산란과 지상 미세먼지 농도 관측의 상관관계를 도출하는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구는 운고계 후방산란 관측 자료와 기상변수 관측 자료(온도, 상대습도, 풍속, 풍향)를 수집하고 가공하여 지표면 PM2.5 농도 추정식을 도출하는 연구를 진행하였다. 운고계 후방산란 관측 자료는 부산대학교 자연대연구실험동 옥상에 설치된 운고계(Campbell Scientific, SkyVUE PRO (CS135)) 자료를 사용하였고, 기상변수 관측 자료는 운고계 바로 옆에 위치한 장전동 광화학오염물질측정소 관측자료(PM2.5, 온도, 상대습도, 풍속, 풍향)를 사용하였다. PM2.5 농도와 운고계 후방산란 사이의 회귀에서 기상 조건에 따른 PM2.5 농도 변화가 크기 때문에 약 1.5년(2019.08.13 ~ 2021.03.03)간 자료에 대해 총 6가지 조건(주간(맑음+흐림), 주간 맑음, 주간 흐림, 야간(맑음+흐림), 야간 맑음, 야간 흐림)으로 구분하여 진행하였다. 주간과 야간을 구분하기 위하여 한국천문연구원의 일출, 일몰 자료를 이용하였고 맑은 날과 흐린 날을 구분하기 위해서 운고계의 운저고도를 이용하였다. 또한, 강수량이 측정되거나 습도가 95% 이상, 운저고도가 200m 이하인 경우는 강수가 있는 경우로 판별하여 본 연구에서는 제외하였다. 운고계로 측정한 후방산란 자료는 지상으로부터 특정 고도까지의 연직 후방산란을 적분하는 방법을 수행하였다. 자료의 전처리 과정을 한 다음, 모델의 과적합을 방지하기 위하여 6가지 조건 각각에 대하여 100번의 교차검증을 실행하였고 이를 통해 최적으로 적합한 매개변수를 찾아 추정식에 적용한 PM2.5 농도와 측정된 PM2.5 농도를 비교하고 분석하였다.

5 MHz 신호를 이용한 부유물의 농도에 따른 후방산란강도 측정

이찬길,최지웅,Lee, Changil,Choi, Jee Woong 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.1

연안 및 하구지역은 퇴적물의 침식, 부유, 이동이 활발하게 이루어지며, 이로 인해 유성머드와 같은 고농도의 부유퇴적물 환경이 조성된다. 유성머드는 주로 실트, 점토와 같이 매주 작은 입자들로 이루어져 있는 10 g/l 이상의 고농도 환경으로써, 유성머드의 분포 및 특성 파악을 위해 초음파와 같이 분해능이 우수한 높은 주파수 특성을 이용한 연구가 필요하다. 음파가 부유퇴적물에 의해 산란될 때, 부유퇴적물의 농도가 높아질수록 후방산란강도의 세기가 증가하지만, 점성 및 산란에 의한 감쇠도 함께 증가하기 때문에 농도에 따른 올바른 감쇠계수 보상이 요구된다. 본 논문에서는 5 MHz 주파수 특성을 바탕으로 간이 수조에서 농도에 따른 가상의 유성머드 환경을 조성한 뒤, 후방산란강도를 측정하였다. 또한 Richards의 감쇠계수 모델을 이용하여 부유물의 특성 및 농도에 따른 감쇠계수를 계산하였고, 이를 후방산란강도를 계산하는 소나방정식에 적용하여 부유물 농도에 따른 후방산란강도를 예측하였다. 그 결과 부유물에 의한 감쇠를 보상하지 않았을 경우 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도 값이 함께 증가하는 경향을 보이다가 일정 농도(20 g/l) 이후부터는 부유물의 농도가 증가하여도 후방산란강도가 더 이상 증가하지 않았다. 반면, 농도에 따른 감쇠계수를 보상해 주었을 경우는 부유물 농도 증가에 따라 후방산란강도가 연속적으로 증가하였다. 이러한 결과는 고농도의 부유퇴적물 환경에서 음파에 의한 산란강도를 정확히 예측하기 위해서는 부유물 농도에 따른 감쇠효과 고려가 필요함을 보여준다. The erosion, suspension, and transport of sediment frequently occur in the coastal waters and estuarine. These processes often generate the so-called fluid mud layer, which is defined as a high-concentration aqueous suspension of fine grained sediment (> 10 g/l), consisting mainly of silt and clay-size particles. Therefore the high-resolution ultrasound is mostly used to detect or monitor the fluid mud layer. Because the sound attenuation tends to increase rapidly with the suspended sediment concentration, it is necessary to consider the accurate attenuation correction to estimate the backscattering strengths from the suspended sediment layers. In this paper, the volume backscattering strengths with various suspended sediment concentrations were measured using 5-MHz ultrasound signal in a small-scale water tank. The sound attenuation due to the viscosity and scattering from suspended sediment particles was predicted by the Richard's model and applied to the sonar equation to estimate the volume backscattering strengths from the suspended sediment concentrations. For the case that the additional attenuation was not considered, the volume backscattering strengths increased to the concentration of 20 g/l, and over this point, the backscattering strengths were roughly constant. However, for the case that the attenuation due to the suspended sediment concentration was considered, the backscattering strengths increased with the concentration.

몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 선형가속기 구성요소 변화에 따른 후방산란에 관한 연구

김회인,천권수 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.4

의료용 선형가속기의 헤드 구성요소인 표적물질과 일차 콜리메이터는 선속특징을 결정짓는데 가장 큰 영향을 미치며 이로 인해 발생하는 후방산란은 구조물 차폐와 장비 관리 관점에서 고려하여야 할 요소이다. 이에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 중 하나인 Geant4를 통해 선형가속기를 모델링하고 헤드 구성요소의 변화에 따른 후방산란 양상을 살펴보았다. 산란되어 발생한 전자의 경우, 표적물질이 위치한 일차 콜리메이터의 내부 반경에 대부분의 분포를 보였으며 이와 반대로 산란된 광자의 경우, 바깥쪽 영역에서 상대적으로 높은 에너지의 산란이 많음을 알 수 있었다. 산란된 양전자는 약 0.03%로 미미한 발생을 보였다. 일차 콜리메이터의 내부 반경이 달라짐에 따라 세 산란입자(전자, 광자, 양전자) 모두 반경 내부 쪽에서의 변화가 컸으며, 전체 반경의 변화에 따른 후방산란은 60 mm 이상에서부터 어느 정도의 영향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 표적물질 두께의 변화에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이를 통하여 가속시킨 초기 전자에 대한 후방 쪽으로의 산란도 무시할 수 없음을 알 수 있었으며 주변 구성요소의 기하학적인 형태나 크기에 의해서도 후방산란의 양상이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 산란된 입자들의 에너지 분포를 통해 장비 관리의 관점에서도 고려하여야 할 결과라고 사료된다. It should be accurate dose calculation to increase the efficiency of radiation therapy, and it is priority to figure out the beam characteristics for this purpose. The target and primary collimator in head components of the linear accelerator have the greatest influence on determining the beam characteristics which is caused by backscatter and it is the factor to consider the shielding structures and equipment management. In this study, we made modeling of the linear accelerator through the Geant4 Monte Carlo simulation and investigated backscatter according to the change of the size and shape in head components. For the scattered electrons, it showed the greatest number of distributions inside of the inner radius at primary collimator. But, for the scattered photons which have the high energy, it was mostly located outside of the inner radius at primary collimator. Scattered positrons showed a small occurrence in about 0.03%. According to the change of the inner radius at primary collimator, it was great changes in the inside of inner radius for all three scattered particles. According to the change of the outer radius at primary collimator, it was shown some considerable effects from more than 60 mm outer radius. It was no significant effect according to the change of target thickness. In this study, we found that backscatter should be considered, and figured out that geometric size and shape of the peripheral components are the factors that influences the backscatter effect.

몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 선형가속기 구성요소 변화에 따른 후방산란에 관한 연구

김회인,천권수 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.4

It should be accurate dose calculation to increase the efficiency of radiation therapy, and it is priority to figure out the beam characteristics for this purpose. The target and primary collimator in head components of the linear accelerator have the greatest influence on determining the beam characteristics which is caused by backscatter and it is the factor to consider the shielding structures and equipment management. In this study, we made modeling of the linear accelerator through the Geant4 Monte Carlo simulation and investigated backscatter according to the change of the size and shape in head components. For the scattered electrons, it showed the greatest number of distributions inside of the inner radius at primary collimator. But, for the scattered photons which have the high energy, it was mostly located outside of the inner radius at primary collimator. Scattered positrons showed a small occurrence in about 0.03%. According to the change of the inner radius at primary collimator, it was great changes in the inside of inner radius for all three scattered particles. According to the change of the outer radius at primary collimator, it was shown some considerable effects from more than 60 mm outer radius. It was no significant effect according to the change of target thickness. In this study, we found that backscatter should be considered, and figured out that geometric size and shape of the peripheral components are the factors that influences the backscatter effect. 의료용 선형가속기의 헤드 구성요소인 표적물질과 일차 콜리메이터는 선속특징을 결정짓는데 가장 큰 영향을 미치며 이로 인해 발생하는 후방산란은 구조물 차폐와 장비 관리 관점에서 고려하여야 할 요소이다. 이에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 중 하나인 Geant4를 통해 선형가속기를 모델링하고 헤드 구성요소의 변화에 따른 후방산란 양상을 살펴보았다. 산란되어 발생한 전자의 경우, 표적물질이 위치한 일차 콜리메이터의 내부 반경에 대부분의 분포를 보였으며 이와 반대로 산란된 광자의 경우, 바깥쪽 영역에서 상대적으로 높은 에너지의 산란이 많음을 알 수 있었다. 산란된 양전자는 약 0.03%로 미미한 발생을 보였다. 일차 콜리메이터의 내부 반경이 달라짐에 따라 세 산란입자(전자, 광자, 양전자) 모두 반경 내부 쪽에서의 변화가 컸으며, 전체 반경의 변화에 따른 후방산란은 60 mm 이상에서부터 어느 정도의 영향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 표적물질 두께의 변화에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이를 통하여 가속시킨 초기 전자에 대한 후방 쪽으로의 산란도 무시할 수 없음을 알 수 있었으며 주변 구성요소의 기하학적인 형태나 크기에 의해서도 후방산란의 양상이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 산란된 입자들의 에너지 분포를 통해 장비 관리의 관점에서도 고려하여야 할 결과라고 사료된다.

다중빔 음향 탐사시스템(300 kHz)의 후방산란 자료를 이용한 해저면 퇴적상 분류에 관한 연구

박요섭,이신제,서원진,공기수,한혁수,박수철,Park, Yo-Sup,Lee, Sin-Je,Seo, Won-Jin,Gong, Gee-Soo,Han, Hyuk-Soo,Park, Soo-Chul 대한자원환경지질학회 2008 자원환경지질 Vol.41 No.6

다중빔 음향 탐사 시스템의 후방산란 자료를 대상으로 한 해저면 분류의 가능성을 평가하기 위하여, KONGSBERG SIMRAD EM3000(300kHz) 후방산란 신호를 분석하고 처리하는 소프트웨어를 구현하였다. 강원도 속초항 부근에서 취득한 음압 자료를 이용하여 모자익 영상을 제작하였다. 원격 분류 결과의 검증을 위해 영상 내에서 이질적인 음압 강도로 나타나는 지역에 대하여 잠수사에 의한 직접적인 표층 퇴적물 채취와 비디오 광학 영상을 취득한 후, 후방산란 음압과의 비교를 실시하였다. 연구 대상 지역의 수심은 5m에서 22.7m까지였으며, 모자이크 영상 내의 후방산란 강도 분포는 -15dB에서 -36dB까지 나타났다. 그리고 표층퇴적물 입도 분석 결과, 평균 입도 크기는 최대 $2.86{\phi}$에서 최대 $0.88{\phi}$까지 나타났다. 시료의 입도 분석 자료와 영상의 강도 변화 사이의 상관성을 비교해 본 결과, R값은 0.56으로 나왔다. 입도 분석 자료와 후방산란 음압 자료와의 상관성을 기반으로 구현한 해저면 자동분류 시스템의 인식정도를 정량화하기 위하여, GIS시스템으로 각 대상 자료를 통합하고, 면적비교 기능을 사용하여 평가를 수행하였다. 암반 지역을 사질지역으로, 사질 지역을 암반지역으로 교차 인식하는 오인식율은 약 8.95%로, 평균 입도가 낮은 지역의 인식 면적 차이는 사용자 분류를 기준으로 약 2.06%로 나타났다. 이러한 결과는 평균 입도 변화가 해저면 후방산란에 가장 큰 영향을 미치는 요인임을 지시하고 있다. 따라서 이러한 후방산란 음압을 평가하여 평균 입도 변화를 추적하는 알고리즘을 구현할 수 있었으며, 최종 모자이크 영상을 두 개의 퇴적체로 자동 분류하는 시스템을 구현하게 되었다. In order to experiment the acoustic remote classification of seabed sediment, we achieved ground-truth data(i.e. video and grab samples, etc.) and developed post-processing for automatic classification procedure on the basis of 300 kHz MultiBeam Echo Sounder(MBES) backscattering data, which was acquired using KONGBERG Simrad EM3000 at Sock-Cho Port, East Sea of South Korea. Sonar signal and its classification performance were identified with geo-referenced video imagery with the aid of GIS (Geographic Information System). The depth range of research site was from 5 m to 22.7 m, and the backscattering amplitude showed from -36dB to -15dB. The mean grain sizes of sediment from equi-distanced sampling site(50 m interval) varied from 2.86$(\phi)$ to 0.88(\phi). To acquire the main feature for the seabed classification from backscattering amplitude of MBES, we evaluated the correlation factors between the backscattering amplitude and properties of sediment samples. The performance of seabed remote classification proposed was evaluated with comparing the correlation of human expert segmentation to automatic algorithm results. The cross-model perception error ratio on automatic classification algorithm shows 8.95% at rocky bottoms, and 2.06% at the area representing low mean grain size.

지형 경사를 고려한 다중빔 음향측심기(300 kHz) 후방산란 자료 처리에 관한 연구

김태헌,이정민,박수철,Kim, Tae-Heon,Lee, Jeong-Min,Park, Soo-Chul 대한자원환경지질학회 2015 자원환경지질 Vol.48 No.5

다중빔 음향 측심기의 후방산란 음압은 해저면 퇴적상뿐만 아니라 지형 경사로 인해 변화된 음파의 실제 입사각에 의해서도 강도가 달라지므로 후방산란 음압 분석에 앞서, 지형 경사를 고려한 정밀한 자료처리가 필요하다. 본 논문은 지형 경사에 따른 실제 입사각 및 입사면적에 대한 후방산란 자료처리 방법과 경사 지형에서의 후방산란 특징에 대해 기술하였다. 황해 동부의 사퇴분포 해역에 위치한 연구지역은 수심이 46~55 m의 범위를 보이며, 다양한 지형 경사를 가지는 대규모 dune들이 발달되어 있다. 대규모 dune들의 경사는 대부분 $1{\sim}3^{\circ}$ 내외로 완만하지만 등성이에서는 경사가 $5{\sim}15^{\circ}$로 가파른 특징을 보인다. 후방산란 자료처리 결과, 지형 경사를 고려하지 않은 경우에는 등성이에서 음압이 -34~-23 dB의 범위를 보인다. 반면, 본 연구 방법으로 지형 경사를 고려한 경우에는 같은 지역에서 음압이 -32~-25 dB 범위로써 음압 변동 폭이 완화되는 효과를 보였다. 또한, 후방산란 영상에서도 등성이에서 나타나는 강하고 약한 이상 음압 분포가 개선되어, 본 연구의 후방산란 자료처리 방법이 지형 경사로 인한 음압 변화를 효과적으로 보정하는 것으로 확인되었다. Multibeam backscatter strength is dependent not only on seafloor sediment facies but also on changed incidence angle due to the actual bottom slope. Therefore, the correction for actual bottom slope should be considered before the analysis of backscatter strength. This paper demonstrates the backscatter correction technique for the actual incidence angle and ensonified area. The target area is a part of the eastern Yellow Sea with water depths of 46~55 m. The area is located between the sand ridges and covered by large dunes with various bottom slopes. The dunes usually have the gentle slopes of about $1{\sim}3^{\circ}$, but show some steep slopes of $5{\sim}15^{\circ}$ on the crest. The backscatter strength values on the crest range from -34 to -23 dB, assuming that the bottom is flat. However, this study shows that the backscatter strength range was somewhat reduced (-32~-25 dB) after correction for actual bottom slope. In addition, the backscatter imagery was significantly improved; high and low backscatter strength values on the crest due to the actual bottom slope were normalized. The results demonstrate that the correction technique in this study is an effective tool for processing backscatter strength.

Investigation on backscatter According to Changed in Components of Linear Accelerator Using Monte Carlo Simulation

김회인(Hwe in Kim),천권수(Kwon su Chon) 한국방사선학회 2015 한국방사선학회 논문지 Vol.9 No.3

의료용 선형가속기의 헤드 구성요소인 표적물질과 일차 콜리메이터는 선속특징을 결정짓는데 가장 큰 영향을 미치며 이로 인해 발생하는 후방산란은 구조물 차폐와 장비 관리 관점에서 고려하여야 할 요소이다. 이에 본 연구에서는 몬테카를로 시뮬레이션 중 하나인 Geant4를 통해 선형가속기를 모델링하고 헤드 구성요소의 변화에 따른 후방산란 양상을 살펴보았다. 산란되어 발생한 전자의 경우, 표적물질이 위치한 일차 콜리메이터의 내부 반경에 대부분의 분포를 보였으며 이와 반대로 산란된 광자의 경우, 바깥쪽 영역에서 상대적으로 높은 에너지의 산란이 많음을 알 수 있었다. 산란된 양전자는 약 0.03%로 미미한 발생을 보였다. 일차 콜리메이터의 내부 반경이 달라짐에 따라 세 산란입자(전자, 광자, 양전자) 모두 반경 내부 쪽에서의 변화가 컸으며, 전체 반경의 변화에 따른 후방산란은 60 mm 이상에서부터 어느 정도의 영향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 표적물질 두께의 변화에는 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이를 통하여 가속시킨 초기 전자에 대한 후방 쪽으로의 산란도 무시할 수 없음을 알 수 있었으며 주변 구성요소의 기하학적인 형태나 크기에 의해서도 후방산란의 양상이 달라질 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 산란된 입자들의 에너지 분포를 통해 장비 관리의 관점에서도 고려하여야 할 결과라고 사료된다. It should be accurate dose calculation to increase the efficiency of radiation therapy, and it is priority to figure out the beam characteristics for this purpose. The target and primary collimator in head components of the linear accelerator have the greatest influence on determining the beam characteristics which is caused by backscatter and it is the factor to consider the shielding structures and equipment management. In this study, we made modeling of the linear accelerator through the Geant4 Monte Carlo simulation and investigated backscatter according to the change of the size and shape in head components. For the scattered electrons, it showed the greatest number of distributions inside of the inner radius at primary collimator. But, for the scattered photons which have the high energy, it was mostly located outside of the inner radius at primary collimator. Scattered positrons showed a small occurrence in about 0.03%. According to the change of the inner radius at primary collimator, it was great changes in the inside of inner radius for all three scattered particles. According to the change of the outer radius at primary collimator, it was shown some considerable effects from more than 60 mm outer radius. It was no significant effect according to the change of target thickness. In this study, we found that backscatter should be considered, and figured out that geometric size and shape of the peripheral components are the factors that influences the backscatter effect.

서태평양 해저산의 망간각 자원평가를 위한 해저지형 특성 분석

주종민,김종욱,고영탁,김승섭,손주원,박상준,함동진,손승규,Joo, Jongmin,Kim, Jonguk,Ko, Youngtak,Kim, Seung-Sep,Son, Juwon,Pak, Sang Joon,Ham, Dong-Jin,Son, Seung Kyu 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.2

서태평양 공해 해저산의 다중빔 음향측심자료와 해저면 영상관측 자료를 활용하여 해저산 정상부와 경사면에 피복된 망간각의 공간 분포 변화 양상을 파악하였다. 다중빔 음향측심기를 이용하여 구분된 해저산의 지형 특성은 정상부 면적의 약 70% 이상이 경사가 $5^{\circ}$ 미만으로 비교적 평평한 지대로 이루어져 있으나 후방산란강도는 해저면의 매질변화를 지시하는 이봉분포를 보였다. 이 이봉분포에서 -30 dB이상의 높은 최빈값은 경사면과 정사부 가장자리 지역에서 우세하였으며 -30 dB이하의 낮은 최빈값은 정상부 중앙지역에서 우세하였다. 해저면 표층의 영상자료와 후방산란 자료의 연관성을 분석한 결과, 정상부 중앙지역은 경사면에 비해 상대적으로 완만한 기울기와 미교결 퇴적물만 존재하여 후방산란이 낮게 나타난다. 반면, 정상부 가장자리 및 경사면은 퇴적물이 없어 기반암이 노출되거나 망간각이 피복되어 후방산란이 높게 나타남을 보여준다. 따라서 다중빔 음향측심조사를 통해 획득된 후방산란 자료와 해저면의 퇴적물 및 망간각 분포 사이의 상관관계가 높다는 것을 알 수 있다. 이 연구결과는 다중빔 음향측심조사를 통해 획득된 후방산란 자료를 활용하면 기요형태의 해저산에 피복된 망간각의 전체적인 분포 규모를 확인할 수 있음을 의미한다. 따라서 해저산 지역의 망간각 개발 유망구역을 선별하는데 후방산란 자료가 유용하게 활용될 수 있을 것이다. We characterize the spatial distribution of Cobalt-rich ferromanganese crusts covering the summit and slopes of a seamount in the western Pacific, using acoustic backscatter from multibeam echo sounders (MBES) and seafloor video observation. Based on multibeam bathymetric data, we identify that ~70% of the summit area of this flattopped seamount has slope gradients less than $5^{\circ}$. The histogram of the backscatter intensity data shows a bi-modal distribution, indicating significant variations in seabed hardness. On the one hand, visual inspection of the seafloor using deep-sea camera data exhibits that the steep slope areas with high backscatter are mainly covered by manganese crusts. On the other hand, the visual analyses for the summit reveal that the summit areas with relatively low backscatter are covered by sediments. The other summit areas, however, exhibit high acoustic reflectivity due to coexistence of manganese crusts and sediments. Comparison between seafloor video images and acoustic backscatter intensity suggests that the central summit has relatively flat topography and low backscatter intensity resulting from unconsolidated sediments. In addition, the rim of the summit and the slopes are of high acoustic reflectivity because of manganese crusts and/or bedrock outcrops with little sediments. Therefore, we find a strong correlation between the acoustic backscatter data acquired from sea-surface multibeam survey and the spatial distribution of sediments and manganese crusts. We propose that analyzing acoustic backscatter can be one of practical methods to select optimal minable areas of the ferromanganese crusts from seamounts for future mining.

표면결함유형이 초음파 후방산란 프로파일에 미치는 영향

권성덕,윤석수 한국비파괴검사학회 2001 한국비파괴검사학회지 Vol.21 No.6

후방산란된 초음파의 입사각 의존성을 이용한 표면 결함유형의 평가가 시도되었다. 평탄한 유리위에 순수한 홈, 구리로 채워진 홈, 표면위 붙여진 구리선등의 표면결함 시편에 대한 후방산란 프로파일은 제 1 임계각에서 종파의 산란과 관련된 새로운 프로파일을 보여주었다. 결함에 의한 산란효과가 클수록 후방프로파일들의 정점 위치는 작게 나타났으며 후방복사 프로파일과 정점 위치에서의 파열의 모양은 결함의 유형과 위치에 따라 누수파와 산란파의 복합적 요인에 의해 다른 형태를 보여주었다. The classification of surface flaw types was performed on the basis of angular dependence of backscattered ultrasound. The copper line adhered on the surface, copper line filled in groove, pure groove and the normal edge were adopted as various surface flaw patterns of glass specimen. A backward longitudinal profile was formed probably by the longitudinal wave scattering at and near 1st critical angel. The wave trains at the peak angles of the backward radiation profiles showed different shapes according to the superposition ratio of scattered and leaky waves. The asymmetry of the backward radiation profile arose due to the scattering effect of flaw. The additive resonance effect of copper line appeared in the left side of the profile. The peak angles of both the longitudinal and radiation profiles were shifted toward small by the scattering effect.