비선형 측심기를 이용한 초고해상 천부음향탐사 : 오염퇴적층 구분과 해저케이블 매설 검측

정섬규(Seom-Kyu Jung),이용국(Yong-Kuk Lee),김성렬(Seong-Ryul Kim),오재경(Jae-Kyung Oh) 한국마린엔지니어링학회 2010 한국마린엔지니어링학회지 Vol.34 No.8

무인해상자율로봇(Wave Glider)을 이용한 해양관측 현황

손영백,모태준,정섬규,황재동,오현주,김상현,유주형,조진형,Son, Young Baek,Moh, Taejun,Jung, Seom-Kyu,Hwnag, Jae Dong,Oh, Hyunju,Kim, Sang-Hyun,Ryu, Joo-Hyung,Cho, Jin Hyung 대한원격탐사학회 2018 大韓遠隔探査學會誌 Vol.34 No.2

해양을 관측하는 작업 중에서 무인자율수상체계를 활용한 관측은 장거리 원거리 이동하여 해양재난, 재해 발생 해역 관측 및 악천우에서도 관측이 가능해졌다. 그리고 제한된 관측 영역 외 광역의 해역에서 발생한 현상을 연계하여 종합적으로 분석하는 융합기술들이 개발되고 있다. Wave Glider는 대표적인 무인자율수상체계 중 하나로, 파도에 의한 상하 움직임으로 전진하며 장거리 기동이 가능하고 위성통신을 통하여 자율적으로 이동하는 이동형 부이체계로 기존 관측의 한계를 극복하는 차세대 관측체계로 부각되고 있다. 본 연구에서는 2016년과 2017년 두 차례 중국 기원 저염분수 영향이 발생하는 하계에 제주를 포함하는 동중국해에서 관측을 수행하였다. 하계 동중국해 해역에서 발생한 고수온 현상과 저염분수와의 관계를 파악하기 위해서 광역(위성) 감시망과 국지적(Wave Glider) 감시망을 이용하여 관측을 수행했다. 그리고 동중국해에 영향을 준 태풍 또한 두 감시망에서 실시간 영향을 관측했다. 이것은 최근 개발되는 무인수상체계가 높은 내구성과 자율무인 체계로 인하여 다양한 해양환경에서 장기간 관측이 가능해지면서 다른 감시망과 연동하여 종합적이고 효율적인 관측체계를 구축하게 되었다. An unmanned autonomous maritime surface system can move the vehicle to the areas for observing the ocean accidents, disasters, and severe weather conditions. Detection and monitoring technologies have been developed by the converging of the regional and local surveillance system. Wave Glider, one of the autonomous maritime surface systems, is ocean-wave propelled autonomous surface vehicle and controlled using Iridium satellite communication. In this study, we carried out two-time Wave Glider observations for 2016 and 2017 summer in the East China Sea that the area was influenced by low-salinity water. We observed the sea surface warming effect due to the low-salinity water using the regional (satellite) and local (Wave Glider) surveillance system. We also monitored the effect of the typhoon and understood the change of the ocean-atmosphere environments in real-time. New unmanned surface system with autonomous system and high endurance structure can measure comprehensively and usefully a long observation in complicated ocean environments because of connecting with other surveillance systems.

서해 천해환경에서 단상태 해저면 후방산란강도 측정

손우주,손수욱,최지웅,조성호,정섬규,Son, Wuju,Son, Su-Uk,Choi, Jee Woong,Cho, Sungho,Jung, Seom-Kyu 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

한국해양과학기술원과 한양대학교가 2013년 5월 서해 경기만 남부의 연안해역에서 공동으로 수행한 해양음향 실험에서 주파수 6 ~ 14 kHz에 대한 해저면 후방산란강도 측정이 실시되었다. 실험해역의 지질 환경 특성은 다중빔 음향측심기, 스파커, 그랩을 이용하여 조사되었으며, 이로부터 정밀 해저지형 및 해저면 하부지층 구조, 표층 퇴적물 구성성분에 대한 자료를 획득하였다. 본 논문에서는 수평입사각 $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$에 대한 해저면 후방산란강도 결과를 도출하여 람베르트 법칙(Lambert's law) 및 APL-UW 산란 모델과 비교하였다. 또한 실험해역의 해양물리/지형학적 특성을 고려하여 해저면 후방산란 특성에 영향을 미치는 지음향 인자들에 대한 토의를 수행하였다. Measurements of bottom backscattering strengths in a frequency range of 6-14 kHz were made on the shallow water off the southern Gyeonggi Bay in Yellow Sea in May 2013, as part of the KIOST-HYU joint acoustics experiment. Geological surveys for the experimental area were performed using multi-beam echo sounder, sparker system, and grab sampling to investigate the bottom topography, sub-bottom profile and composition of surficial sediment, respectively. In this paper, the backscattering strengths as a function of grazing angle (in range of $28^{\circ}{\sim}69^{\circ}$) were estimated and compared to the predictions obtained by Lambert's law and APL-UW scattering model. Finally, the effects of geoacoustic parameters corresponding to the experimental area on the backscattering strengths are discussed.

수중 글라이더를 이용한 동해 횡단 사례 보고

박요섭,이신제,이용국,정섬규,장남도,이하웅,Park, Yo-Sup,Lee, Shin-Je,Lee, Yong-Kuk,Jung, Seom-Kyu,Jang, Nam-Do,Lee, Ha-Woong 한국해양학회 2012 바다 Vol.17 No.2

수중 글라이더는 해양의 수직 물성을 라그랑지안 방식으로 파악하기 위해 새롭게 고안된 관측 플랫폼이다. 한국해양연구원은 2011년 3월 국내 최초로 경북 후포와 울릉 서안까지 177 km의 수평거리를 총 6일(153시간)동안 경로 계획을 통해 자율 잠항관측을 성공하였다. 실험에 사용한 글라이더는 미국 ANT사의 Littoral Glider 였으며, 주관측 센서로는 Applied Microsystem사의 수온 및 음속 센서를 장착하였다. 시험 운항 동안 경로 대상 해역의 수심 5 m에서 200 m까지 매 5초마다의 수온 및 음속 프로파일 총 1408회 취득하였다. 또한 시험 운항 중에 수중 글라이더가 보유하고 있는 다양한 운동모드(정점 수직 관측 모드, 경로 추종 모드, 선수각 유지 모드, 정점 유지 모드, 특정 수심 유지 모드 등)를 시험하였고, 모든 운동모드가 정상적으로 운영됨을 확인하였다. 이번 실해역 조사를 통해, 수중 글라이더는 최대 2노트 이하의 해류 환경 하에서 사용자가 원하는 방향과 심도대로 관측을 수행할 수 있으며, 내부 부력 조절 없이 최대 5 kg의 센서 탑재가 가능함을 확인하였다. The underwater glider using conception of Lagrangian method, is a new observation platform to understand the properties of the ocean vertically. In 2011 March, KORDI made a first successful autonomous trip from Hupo to west coast of Uleungdo piloting Littoral Glider of Alaska Native Technology LLC. The journey considered many environmental variables and route vigilantly selected, the glider covered 177 km horizontally and took approximately 6 days (153 hours). Despite the existence of 1 kt eddy current, Sound velocity sampling was conducted from 5 meters and reaching maximum of 200 meters depth at each dive. It successfully collected sound velocity and temperature profile at every 5 seconds totaling up to 1408 profiles using SVT&P sensor. During the flight it was also a mission to check the diverse modes of the glider i.e. spiral, waypoints, heading, drift and hover could function without a defect in a given situation. These modes were thoroughly monitored and it could be considered that the glider handled it well during the flight. As a result of this test flight, it was evident that the given underwater glider could operate under 2kt current environment with users defined heading and depth, also with the payload up to 5 kg without changing internal buoyancy.

천해 지질환경에서의 음파전달 특성 연구를 위한 KIOST-한양대 공동실험 개요

조성호,강돈혁,이철구,정섬규,최지웅,오선택,Cho, Sungho,Kang, Donhyug,Lee, Cheol-Ku,Jung, Seom-Kyu,Choi, Jee Woong,Oh, Suntaek 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

본 논문은 "천해 지질환경과 음파전달환경과 상호 연계 연구"를 목적으로 한국해양과학기술원과 한양대학교가 2013년 4 ~ 5월에 경기만 태안반도 서쪽에 위치한 천해환경에서 공동으로 수행한 지질환경 조사 및 수중음향 실험에 대한 개요를 기술하였다. 실험지역은 강한 조류와 천해의 지형학적 특성에 의해 다양한 종류의 퇴적상과 베드폼이 형성되는 해역이다. 집중적인 지질환경 특성 조사를 위해 다중음향측심기, 천부지층탐사기, 중천부지층탐사기, 그랩을 이용하여 조사해역의 지질환경 특성을 파악하였으며, 저주파수, 중주파수 대역의 음원과 수직선배열청음기를 이용하여 주파수 200 ~ 16,000 Hz 대역에서 1) 저주파수 음파전달, 2) 중주파수 해저면 반사손실, 3) 주변소음의 공간 코히런스 분석, 4) 중주파수 해저면 후방산란에 대한 연구 주제로 해상실험이 수행되었다. 본 논문에서는 연구지역에서 음향실험을 실시한 동기, 음향실험 방법론과 측정된 지질자료를 기반으로 음향자료 해석과, 실험기간 동안 측정된 지질환경, 기상 해양물리 자료를 요약 정리하여 기술하였다. This paper presents an overview of the geological environment investigation and underwater acoustic measurements for the purpose of "Study on the Relationship between the Geological Environment and Acoustic Propagation in Shallow Water", which are jointly carried out by KIOST (Korea Institute of Ocean Science & Technology) and Hanyang University in the western shallow water off the Taean peninsula in the Yellow Sea in April-May 2013. The experimental site was made up of various sediment types and bedforms due to the strong tidal currents and coastal geomorphological characteristics. The geological characteristics of the study area were intensively investigated using multi-beam echo sounder, sub-bottom profiler, sparker system and grab sampler. Acoustic measurements with a wide range of research topics in a frequency range of 20~16,000 Hz: 1) low frequency sound propagation, 2) mid-frequency bottom loss, 3) spatial coherence analysis of ambient noise, and 4) mid- frequency bottom backscattering were performed using low- and mid-frequency sound sources and vertical line array. This paper summarizes the topics that motivated the experiment, methodologies of the acoustic measurements, and acoustic data analysis based on the measured geological characteristics, and describes summary results of the geological, meteorological, and oceanographic conditions found during the experiments.

서해에서 측정된 수중 주변 소음의 공간 코히런스 분석

권혁종,김정훈,최지웅,강돈혁,조성호,정섬규,박경주,Kwon, Hyuckjong,Kim, Junghun,Choi, Jee Woong,Kang, Donhyug,Cho, Sungho,Jung, Seom-Kyu,Park, Kyeongju 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

코히런스 분석은 두 수신신호의 유사성을 분석하는 방법으로, 수중음향에서는 음파의 시간 및 공간 특성을 나타낼 수 있는 유용한 분석 방법이다. 본 논문에서는 한국해양과학기술원과 한양대학교가 공동으로 수행한 해양음향 실험의 일부로, 3개의 수중청음기로 구성된 수직선배열센서를 이용하여 수중에서 주변 소음을 측정하였다. 조사선 발전기가 작동할 때와 정지했을 때, 총 두 가지 경우에 대하여 주변 소음이 측정되었고 각각에 대한 코히런스 분석을 수행하였다. 조사선 발전기가 작동하는 경우의 코히런스 결과는 조사선 발전기 소음의 전달 손실을 고려하여 계산된 방향 밀도함수를 이용한 코히런스 결과와 비교되며, 조사선 발전기가 정지한 경우인 주변 소음의 코히런스 결과는 해수면 소음원, 해저면 구성성분 및 원거리 선박 소음이 반영된 코히런스 모델 결과와 비교, 분석되어진다. Coherence describing the similarity between physical quantities of two signals is a very useful tool to investigate the temporal and spatial characteristics of signals propagating in underwater acoustic waveguide. Ambient noise measurements were made by the vertical received array consisting of three hydrophones as part of the KIOST-HYU joint acoustics experiment, and the coherence for the underwater ambient noise was analyzed. In this paper, the coherence results in cases that the generator in the research vessel was off and turned on are presented. The coherence estimated in the case of the generator operation mode are compared to the predictions obtained using the theoretical model with the directional density function dominated by vertical components propagating downward from the ship. In the case of the generator switch-off, the results are compared to the model predictions with directional density function including the effects of sea surface noise and long-distance shipping noise.

서해 천해환경에서의 중주파수 해저면 반사손실 측정

윤영글,이찬길,최지웅,조성호,오선택,정섬규,Yoon, Young Geul,Lee, Changil,Choi, Jee Woong,Cho, Sungho,Oh, Suntaek,Jung, Seom-Kyu 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

KIOST-HYU joint acoustics experiment was performed on the western shallow water off the Taean peninsula in the Yellow Sea in May 2013. In this paper, mid-frequency (6~16 kHz) bottom loss data measured in a grazing angle range of $17{\sim}60^{\circ}$ are presented and compared to the predictions obtained using a Rayleigh reflection model. The sediment structure of the experimental site was characterized by multi-layered sediment and the components of the surficial sediment consisted of various types of particles with a mean grain size of $5.9{\phi}$. The model predictions obtained using the mean grain size were not in agreement with the measured bottom loss, and those obtained using the grain size of $4{\phi}$, which was estimated by an inversion process, showed a best fit to the measurements. It would be because the standard deviation of the gain-size distribution of surficial sediment is $4.3{\phi}$, which is much larger than those of other areas around the experimental site. Finally, the model predictions obtained using the geoacoustic parameters estimated from the inversion process for the surficial sediment layer and those corresponding to the mean grain size of $1.3{\phi}$ for lower layer are reasonably agreement with the measured bottom loss data. 한국해양과학기술원과 한양대학교에서 공동으로 진행한 해양음향 실험이 2013년 5월에 경기만 태안반도 서쪽에 위치한 천해에서 실시되었다. 본 논문에서는 측정된 중주파수(6~16 kHz) 해저면 반사손실 결과를 제시하고, 수평입사각 $17{\sim}60^{\circ}$ 범위에서 레일리 반사계수 모델과 비교분석한다. 실험해역 지질은 다중 퇴적층으로 구성되어 있었으며, 표층 퇴적물이 다양한 구성성분(평균 입도 $5.9{\phi}$)으로 이루어져 있는 지역이었다. 분석 결과에 의하면 표층 퇴적물의 평균 입자를 고려한 모델결과는 측정된 반사손실과 다소 차이를 보였으며, 퇴적층의 지음향 정보를 역산한 결과 약 $4{\phi}$ 평균입도에서 측정치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 차이의 원인은 표층 퇴적물 입도의 표준 편차가 $4.3{\phi}$로 다른지역에 비해 상당히 컸기 때문일 것으로 추측된다. 상부 퇴적층은 역산 결과로부터 얻어진 지음향 파라미터를 사용하고 하부 퇴적층은 $1.3{\phi}$의 평균입도로부터 예측된 지음향 파라미터를 사용하였을 때, 모델결과는 측정된 반사손실 결과와 전체적으로 일치하는 경향을 나타냈다.

동중국해에서 위성에서 추정된 10년 동안의 표층 입자성 유기 탄소의 시/공간적 변화

손영백,이태희,최동림,장성태,김철호,안유환,유주형,김문구,정섬규,Son, Young-Baek,Lee, Tae-Hee,Choi, Dong-Lim,Jang, Sung-Tae,Kim, Cheol-Ho,Ahn, Yu-Hwan,Ryu, Joo-Hyung,Kim, Moon-Koo,Jung, Seom-Kyu,Ishizaka, Joji 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.4

SeaWiFS자료를 Maximum Normalized Difference Carbon Index(MNDCI) 알고리즘을 이용하여 추정된 particulate organic carbon(POC)는 장강에서 유입된 담수의 영향을 받는 동중국해에서 시/공간적 해양환경 변화를 조사하는데 사용했다. 10년 평균한 POC 농도는 (1997년-2007년) 뚜렷한 계절적 변화를 보인다. POC 경년 변화는 전체 지역 평균값과 표준편차를 이용하여 세 개의 지역으로 나누어 평균한 결과에서 1998년 이후 꾸준한 감소를 보이는 장강과는 달리 감소되는 경향이 관측되지 않았다. 자세한 POC 시/공간적인 변화를 관측하기 위하여, 2000년부터 2007년까지 여름철 (6월-9월) 자료를 선정하여 empirical orthogonal function(EOF) 분석을 실시하였다. 첫 번째 성분은 장강으로부터 유입되는 담수의 영향으로 공간적인 변화가 이루어졌다. 두 번째 성분은 장강의 유출량과는 약한 상관관계를 보이고, 공간적으로 남-북 방향의 변화가 관측되었다. 2000년부터 2003년까지 상대적으로 높은 POC 분포는 연구지역 남쪽 부분에서 나타난다. 2004년부터 2007년까지 이런 변화는 연구지역 북쪽 부분에서 관측되었다. 장기적인 변화는 방류량의 감소에 의한 영향보다는 공간적인 변화에 기인한 것으로 사료되며, 이는 현장 관측자료에서 유사한 결과를 보였다. Surface particulate organic carbon (POC) concentration estimated from Maximum Normalized Difference Carbon Index (MNDCI) algorithm using SeaWiFS data is used to determine spatial and temporal variations of the Changjiang Diluted Water (CDW) in the East China Sea. 10-year monthly POC concentrations (1997-2007) show clearly seasonal variations. Inter-annual variation of POC in whole and three different areas separated by standard deviation is not linearly correlated with the Changjiang River discharge that has decreased after 1998. To determine more detailed spatial and temporal POC variations, we used empirical orthogonal function (EOF) analysis in summer (Jun.-Sep.) from 2000 to 2007. First mode is spatially and temporally correlated with the area influenced by the Changjiang River discharge. Second mode is temporally less sensitive with the Changjiang River discharge but spatially correlated with north-south patterns. Relatively higher POC variations during 2000 and 2003 were shown in the southern East China Sea. These patterns during 2004 and 2007 moved to the northern East China Sea. This phenomenon is better related to spatial variations of wind-direction than the amount of Changjiang River discharge, which is verified from in-situ measurement.

동중국해에서 위성에서 추정된 10년 동안의 표층 입자성 유기 탄소의 시/공간적 변화

손영백 ( Young Baek Son ),이태희 ( Tae Hee Lee ),최동림 ( Dong Lim Choi ),장성태 ( Sung Tae Jang ),김철호 ( Cheol Ho Kim ),안유환 ( Yu Hwan Ahn ),유주형 ( Joo Hyung Ryu ),김문구 ( Moon Koo Kim ),정섬규 ( Seom Kyu Jung ),( Joji 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.4

SeaWiFS자료를 Maximum Normalized Difference Carbon Index(MNDCI) 알고리즘을 이용하여 추정된 particulate organic carbon(POC)는 장강에서 유입된 담수의 영향을 받는 동중국해에서 시/공간적 해양환경 변화를 조사하는데 사용했다. 10년 평균한 POC 농도는 (1997년-2007년) 뚜렷한 계절적 변화를 보인다. POC 경년 변화는 전체 지역 평균값과 표준편차를 이용하여 세 개의 지역으로 나누어 평균한 결과에서 1998년 이후 꾸준한 감소를 보이는 장강과는 달리 감소되는 경향이 관측되지 않았다. 자세한 POC 시/공간적인 변화를 관측하기 위하여, 2000년부터 2007년까지 여름철 (6월-9월) 자료를 선정하여 empirical orthogonal function(EOF) 분석을 실시하였다. 첫 번째 성분은 장강으로부터 유입되는 담수의 영향으로 공간적인 변화가 이루어졌다. 두 번째 성분은 장강의 유출량과는 약한 상관관계를 보이고, 공간적으로 남-북 방향의 변화가 관측되었다. 2000년부터 2003년까지 상대적으로 높은 POC 분포는 연구지역 남쪽 부분에서 나타난다. 2004년부터 2007년까지 이런 변화는 연구지역 북쪽 부분에서 관측되었다. 장기적인 변화는 방류량의 감소에 의한 영향보다는 공간적인 변화에 기인한 것으로 사료되며, 이는 현장관측자료에서 유사한 결과를 보였다. Surface particulate organic carbon (POC) concentration estimated from Maximum Normalized Difference Carbon Index (MNDCI) algorithm using SeaWiFS data is used to determine spatial and temporal variations of the Changjiang Diluted Water (CDW) in the East China Sea. 10-year monthly POC concentrations (1997-2007) show clearly seasonal variations. Inter-annual variation of POC in whole and three different areas separated by standard deviation is not linearly correlated with the Changjiang River discharge that has decreased after 1998. To determine more detailed spatial and temporal POC variations, we used empirical orthogonal function (EOF) analysis in summer (Jun.-Sep.) from 2000 to 2007. First mode is spatially and temporally correlated with the area influenced by the Changjiang River discharge. Second mode is temporally less sensitive with the Changjiang River discharge but spatially correlated with north-south patterns. Relatively higher POC variations during 2000 and 2003 were shown in the southern East China Sea. These patterns during 2004 and 2007 moved to the northern East China Sea. This phenomenon is better related to spatial variations of wind-direction than the amount of Changjiang River discharge, which is verified from in-situ measurement.