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문제 정의
- 본 연구는 이러한 장비중 하나인 캐나다 Quester Tangent사의 QTC View를 이용 표층퇴적물의 원격분류 자료를 획득하여 이들 결과와 기존의 ground truthing에 의해 밝혀진 표층퇴적물의 조직 자료를 비교함으로써 그 신뢰도를 검증하여 원격분류의 가능성을 조사하는 것이며, 또한 이러한 장비를 사용할 경우 요구되는 여러가지 필요한 정보를 제시함으로써 향후 사용자들이 효율적이고 효과적으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 1차 Calibration을 통해 완성한 catalogue를 이용해 퇴적상의 변화가 있을 것으로 예상되는 track line을 정하여 해저퇴적물의 원 격분류를 실시하였고 그 분류결과는 Fig. 9와 같다. 분류결과 연 구지역에서 가장 많은 부분을 차지하는 퇴적상은 (g)mS로 60% 이상을 보였고 그 다음으로 (g)S가 20% 정도로 나타났다.
- Ground truthing에 의한 방법으로 총 24개의 정점 (Fig. 1)을 선정하여 채취한 퇴적물 시료는 실험실에서 입도분석을 실시하였 으며 분석시 음향반사자료가 표층의 퇴적물 내의 패각편 (shell fragments)의 함량에도 영향을 받는다는 사실을 고려하여 일반적으로 입도분석에서 실시하는 탄산염은 제거하지 않았다. 분석은 채취한 시료 중 약 40g을 취해 6%의 과산화수소수(H0)로 유 기물을 제거한 후 증류수로 3~4회 세척하여 용해성 염분을 제거 하였다.
- QTC View를 이용한 부산 수영만의 해저 표층퇴적물의 원격분 류결과와 ground truthing에 의한 표층 퇴적물 분석결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- QTC View를 이용한 해저퇴적물 원격분류를 위한 기초조사의 일환으로 표층퇴적물의 채취를 통하여 해저퇴적물의 평균입도 및 퇴적물형을 구분하는 ground truthing 방법과 해저면의 거칠기에 따라 반사되는 음파의 특성이 달라진다는 점을 감안하여 측면주 사음향탐지기 (side scan sonar)를 이용 해저 지형에 대한 정밀조 사를 수행하였다.
- 또한 소량일 뿐만 아니라 그 분포양상에 있어서도 매우 불규칙적인 gmS 및 cS를 사질의 함량이 50~90%로 동일한 (g)mS로 수정하였다. 결과적으 로 기존의 7개의 퇴적물형을 가진 catalogue를 4개의 퇴적물형으 로 축소하여 재구성하였다. 4개의 퇴적물형으로 구성된 catalogue 를 이용하여 컴퓨터상에서 후처리를 통해 재분류한 결과 퇴적상의 경계가 비교적 뚜렷하게 나타났다 (Fig.
- 01 %로 아주 소량인 것을 감안 하여 동일한 퇴적물로 간주하여 sM으로 하였다. 또한 소량일 뿐만 아니라 그 분포양상에 있어서도 매우 불규칙적인 gmS 및 cS를 사질의 함량이 50~90%로 동일한 (g)mS로 수정하였다. 결과적으 로 기존의 7개의 퇴적물형을 가진 catalogue를 4개의 퇴적물형으 로 축소하여 재구성하였다.
- 본 연구에서는 CAPS를 실행하기 위해 ground truthing에 의해 분석된 표층퇴적물 시료의 입도분석 결과를 바탕으로 각기 다른 표층퇴적물이 분포하는 7개의 지점을 선정 CAPS를 실행하여 하나의 catalogue를 작성하였다. 이 catalogue를 이용해 약 10km에 이르는 실시간 원격분류 (1차 DACS 실행)가 수행되었다 (Fig.
- 1)을 선정하여 채취한 퇴적물 시료는 실험실에서 입도분석을 실시하였 으며 분석시 음향반사자료가 표층의 퇴적물 내의 패각편 (shell fragments)의 함량에도 영향을 받는다는 사실을 고려하여 일반적으로 입도분석에서 실시하는 탄산염은 제거하지 않았다. 분석은 채취한 시료 중 약 40g을 취해 6%의 과산화수소수(H0)로 유 기물을 제거한 후 증류수로 3~4회 세척하여 용해성 염분을 제거 하였다. 이를 4⑦(0.
- 0625 mm) 체로 습식 체질하여 40 이상의 조 립질 부분은 건조 후 로텝요동기 (Ro-tap sieve shaker)< 사용하여 10 간격으로 입도별 중량백분율을 구하였다. 세립질 부분은 확산제인 칼곤 (Sodium Hexametaphoshate, NaPO)을 2%로 희 석하여 50cc를 첨가한 후 확산된 시료를 취하여 자동입도 분석기 (Micromeritics: Sedigraph 5100)로 분석하였다. 분석결과는 Folk and Ward (1957)및 Folk (1968)의 모멘트 방법으로 통계 처리 하여 조직표준치 (평균입도, 분급도) 및 퇴적물의 형 (type)을 구 분하였다.
- 실시간 자료의 후처리 (post-processing)를 거쳐 확인된 catalogue (4개의 퇴적물형으로 구성)를 이용해 현장에서 DACS를 실 행하였다. 2차 현장 DACS 실행결과 1차 결과와 마찬가지로 연구 지역은 (g)mS가 약 70%, (g)S가 약 10%로 사질이 우세하게 나 타났다 (Fig.
- 5). 음향반 사자료의 획득을 위해 50kHz의 음향측심기 (Ocean Data Equipment: Model BATHY-500MF)를 사용하였으며, 반사자료에 영향을 미치는 QTC View의 parameter 및 음향측심기의 환경설정은 Table 1과 같은 동일한 조건에서 수행되었다.
- 분석은 채취한 시료 중 약 40g을 취해 6%의 과산화수소수(H0)로 유 기물을 제거한 후 증류수로 3~4회 세척하여 용해성 염분을 제거 하였다. 이를 4⑦(0.0625 mm) 체로 습식 체질하여 40 이상의 조 립질 부분은 건조 후 로텝요동기 (Ro-tap sieve shaker)< 사용하여 10 간격으로 입도별 중량백분율을 구하였다. 세립질 부분은 확산제인 칼곤 (Sodium Hexametaphoshate, NaPO)을 2%로 희 석하여 50cc를 첨가한 후 확산된 시료를 취하여 자동입도 분석기 (Micromeritics: Sedigraph 5100)로 분석하였다.
- 1). 조사시 선박의 속도는 약 3노트 정도로 일정하게 유지하였으며 자료의 선명도를 높이기 위해서 기본적인 후프로세싱을 수행할 수 있는 side-scan sonar 영상자료 처리시스템 (CODA Technologies: Model DA50)을 병행하여 획 득하였다
- 해저면의 지형적인 형태 및 저질의 분포특성을 관찰하기 위해 즉면주사음향탐지 기 (Side-scan sonar; Ultra Electronics: Model 3O5OE Widescan)를 사용해 약 5 km의 track-line에 대한 해저지 형조사를 실시하였다 (Fig. 1). 조사시 선박의 속도는 약 3노트 정도로 일정하게 유지하였으며 자료의 선명도를 높이기 위해서 기본적인 후프로세싱을 수행할 수 있는 side-scan sonar 영상자료 처리시스템 (CODA Technologies: Model DA50)을 병행하여 획 득하였다
대상 데이터
- Hwang (1993)은 수영만 주변에서 4개의 주요 하천이 수영 만에 미치는 영향에 대한 수치적 시뮬레이션에서 내만의 대부분이 수영천의 흐름에 지배를 받지만, 국부적으로 만의 서쪽이 대연천과 용호천으로부터 유입되는 하천수의 영향을 받는다고 보고한 바가 있다. 그러나 최근에는 광안대로의 공사로 인하여 저층퇴적 물의 분포특성이 많이 달라졌을 것으로 예상되나 점토, 실트, 모래, 노출암반 등 다양한 해저면 특성을 보이는 것으로 나타나 본 연구 목적 달성에 적합한 지역으로 판단되어 연구지역으로 선정하였다.
- 5). 또한 DACS 결과를 바탕으로 뚜렷하게 구분되는 FFVs를 이용해 CAPS 지점을 4개로 축소하여 새로운 catalogue를 작성하여 약 8 km에 해당하는 2차 DACS 자료를 획득하였다 (Fig. 5). 음향반 사자료의 획득을 위해 50kHz의 음향측심기 (Ocean Data Equipment: Model BATHY-500MF)를 사용하였으며, 반사자료에 영향을 미치는 QTC View의 parameter 및 음향측심기의 환경설정은 Table 1과 같은 동일한 조건에서 수행되었다.
- 이러한 조건을 가장 적절하게 선정함으 로써 가장 정확한 자료를 획득할 수 있게 된다. 본 연구에서의 calibration site의 선정은 ground thruthing에 의한 자료를 바탕으로 결정하였고 ground truthinge 기존 발표된 자료들을 이용하여 선 정하였다. 배의 속도는 2노트 정도로 일정하게 유지하였다.
- 7과 같다. 여기서 제시한 자료는 전체 side-scan sonar 자료 중 니질과 사질의 특성을 잘 보여주는 자료를 선택하였으며 이미지의 중앙부분은 해수면의 교란에 의해서 발생하는 잡음으로 실제 이미지가 아니다. Fig.
- 연구지역으로 선정된 부산 수영만은 한반도 남동쪽 끝에 위치하며 동해와 남해의 접경부인 대한해협방향으로 개방되어 있다. (김 등, 1996).
이론/모형
- 세립질 부분은 확산제인 칼곤 (Sodium Hexametaphoshate, NaPO)을 2%로 희 석하여 50cc를 첨가한 후 확산된 시료를 취하여 자동입도 분석기 (Micromeritics: Sedigraph 5100)로 분석하였다. 분석결과는 Folk and Ward (1957)및 Folk (1968)의 모멘트 방법으로 통계 처리 하여 조직표준치 (평균입도, 분급도) 및 퇴적물의 형 (type)을 구 분하였다.
- 조사 지역 수심은 10m 내외로 저층의 형태는 비교적 완만하며 해양의 상태도 파도가 없는 좋은 조건이었다. 선박의 위치는 GPS (Global positioning system, 모델명: GPS 12XL, Garmin)를 이용하였다.
성능/효과
- 1. Ground truthing에 의한 연구지역의 표층퇴적물은 (g)mS, (g)S, (g)sM, gmS, cS, sM 그리고 rocky bottom의 총 7개의 퇴 적물형으로 구분되었다. 퇴적물 분포양상은 (g)S가 넓은 지역에 걸쳐 우세하게 분포하고 있으며 그 다음으로 (g)mS가 분포하고 그외의 퇴적상은 국부적으로 분포하고 있는 것으로 나타났다.
- 2. Side-scan sonar를 이용한 연구지역의 해저면탐사 결과 사 질퇴적물에서는 연흔구조가 잘 발달하고 있으며, 특히 광안대로 공사 부근에 분포하고 있는 니질 퇴적물의 경우는 구조물에 의한 영향으로 표층의 긁힌 흔적이나 퇴적물의 교란현상이 확인되었다. 그러나 전반적으로는 해저면의 상태가 완만하며 큰 구조에 의한 지형 변화가 적어 음향측심기에 의한 음향반사자료의 획득에는 좋은 조건이라고 판단된다.
- 원격분류결과 sMe ground truthing 에서 sM이 분포한 지역과 (g)sM으로 확인되었던 수영천 하구주 변에서도 일부 나타났다. 2차 DACS에 의해 분류한 결과는 1차 분류결과와 비교해 그 분포 양상은 명확히 확인할 수 있었으며 Q- value를 확인한 결과도 4개의 창 모두에서 각각의 퇴적물을 지시 하는 색의 분포 경계가 보다 분명하게 구분되어 나타났다 (Fig. 13). 따라서 ground truthing에 의해 밝혀진 서로 다른 퇴적물형 에서 FFVs를 이용한 catalogue 작성시 소량의 구성성분에 의해 퇴적물형이 다르게 나타날 경우는 퇴적물형의 수정작업을 통하여 후처리한 후 새로운 catalogue를 구성함으로서 자료의 신뢰도가 향상될 수 있을 것으로 사료된다.
- 실시간 자료의 후처리 (post-processing)를 거쳐 확인된 catalogue (4개의 퇴적물형으로 구성)를 이용해 현장에서 DACS를 실 행하였다. 2차 현장 DACS 실행결과 1차 결과와 마찬가지로 연구 지역은 (g)mS가 약 70%, (g)S가 약 10%로 사질이 우세하게 나 타났다 (Fig. 12). 또한 1차 현장결과와 같이 광안리 해변 주변지 역에서 (g)S가 우세하였다.
- 4. QTC View를 이용한 해양 표층퇴적물의 원격분류는 가능하 나 소량의 함량차이로 퇴적물형이 구분되는 경우 퇴적물형을 뚜 렷하게 분류하기는 쉽지 않았다. 따라서 ground truthing 자료를 이용 catalogue 작성시 퇴적물형을 분류하는데 보다 신중하게 고 려되어야 할 것으로 본다.
- 결과적으 로 기존의 7개의 퇴적물형을 가진 catalogue를 4개의 퇴적물형으 로 축소하여 재구성하였다. 4개의 퇴적물형으로 구성된 catalogue 를 이용하여 컴퓨터상에서 후처리를 통해 재분류한 결과 퇴적상의 경계가 비교적 뚜렷하게 나타났다 (Fig. 11).
- 따라서 이들 자료의 신뢰도 를 향상시키기 위해 일부 자료를 후처 리하였다. Ground truthing 에 의한 결과 (g)sM와 sM는 모두 1% 이하로 소량이며 이들 퇴 적물형의 경계는 자갈의 함량이 0.01 %로 아주 소량인 것을 감안 하여 동일한 퇴적물로 간주하여 sM으로 하였다. 또한 소량일 뿐만 아니라 그 분포양상에 있어서도 매우 불규칙적인 gmS 및 cS를 사질의 함량이 50~90%로 동일한 (g)mS로 수정하였다.
- 이런 결과로 보아 특 정한 퇴적물형이 불규칙적인 양상으로 소량 존재하는 경우는 그 경계가 뚜렷하게 확인되지 않는 것으로 보인다. 결과적으로 원격 분류결과 연구지역에서 비교적 넓게 분포하는 퇴적상의 경우는 ground truthing에 의한 결과와 잘 일치하는 양상을 보였으나 입도분석 결과를 이용하여 퇴적물형을 결정할 때 그 성분의 차이가 미미할 경우 이들을 명확하게 구분하는 것은 쉽지 않은 것으로 나타났다.
- 12). 또한 니질이 분포하는 것으로 나타난 연구지역 중앙의 sM 분포양상과 원격분류자료 결과를 비교해보면 역시 유사한 분포형태를 보여주고 있는 것으로 나타났다 (Figs. 6 및 12).
- 3. 음향반사자료를 이용한 수영만의 원격분류결과 중 후처리과정을 거쳐 4개의 퇴적물형으로 재수정한 catalogue를 이용하여 조 사한 결과가 7개의 퇴적물형으로 조사한 1차 결과보다는 (g)S, (g) mS, sM 및 rocky bottom0! 뚜렷하게 구분되며 ground truthing 자료와도 잘 일치하는 결과를 보여 주었다.
- 후방산란신호 역시 해저면의 특징에 따라 달라지며 이는 echo pulse에서 나타나는 peak의 넓이와 tail의 형태에도 영향을 준다. 본 연구에서 획득된 신호의 경우 모래나 암반으로 구성되어 있는 지역 (Fig. 8a, c 및 d)에서보다 mud (Fig. 8b)로 구성되어 있는 반사면에서 더욱 높은 진폭값을 보여주었다. 반사된 echo pulse에서 잡음 (noise)이 많이 나타나는 경우는 모래층이며 암반의 경우는 peak가 넓게 나타나는 특징을 보여준다.
- 이들 분포는 하천의 유입 및 지형적 조건에 따라 차이를 보이는 것으로 나타났다. 분급도의 경우 1.07~3.370로 불량 (poorly sorted)과 매우 불량 (very poorly sorted)하게 나타났으며 분급도와 퇴적상 과의 상관관계는 뚜렷하게 나타나지 않았다. 연구지역 퇴적물의 분급도가 전반적으로 불량한 것으로 나타나 음향반사자료의 echo trace에는 적지 않은 영향을 줄 것으로 생각되나 분급도와 echo trace의 변화에 따른 정 량적인 자료가 없어 구체적으로 제시할 수는 없다.
- 9와 같다. 분류결과 연 구지역에서 가장 많은 부분을 차지하는 퇴적상은 (g)mS로 60% 이상을 보였고 그 다음으로 (g)S가 20% 정도로 나타났다. 광안리 해변의 주변지역과 광안대로의 북동쪽 지역은 (g)S가 상대적으로 우세함을 보이며 연구지역의 광안대로 내곽 상부지역에서 sM이 매우 국부적으로 나타나고 있다.
- Ground truthing 방법에 의해 분석한 연구지역의 표층퇴적물은 총 7개의 퇴적물형 (sediment type)으로 분류되었다. 분류된 퇴적 물은 cS (clayey sand), (g)S (slightly gravelly sand), sM (sandy mud), gmS (gravelly muddy sand), (g)sM (slightly gravelly sandy mud), (g)mS (slightly gravelly muddy sand) 등으로 구성되어 있으며 (Fig. 6), rocky bottome 연구지역의 일부에 국한되어 분포하고 있는 것으로 나타났다. 분포양상은 비교적 에너지가 강한 광안리 해수욕장 주변에는 (g)S가 주로 분포하고 있으며 수영 천이 유입되는 하구 주변에서 (g)sM와 sM가 우세하였다.
- 배의 속도는 2노트 정도로 일정하게 유지하였다. 조사 지역 수심은 10m 내외로 저층의 형태는 비교적 완만하며 해양의 상태도 파도가 없는 좋은 조건이었다. 선박의 위치는 GPS (Global positioning system, 모델명: GPS 12XL, Garmin)를 이용하였다.
후속연구
- 5. QTC View를 이용한 원격분류작업시 양질의 음향반사자료를 획득하기 위해서는 QTC View의 최상의 조건, 음향측심기의 환경설정, 선박의 운항 상태, 장비의 운용능력, 그리고 현장의해 양학적 조건 등 조사전략을 면밀히 세워야 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 side scan sonar 등을 이용한 해저면의 조사를 병행한다면 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 본다. 결과적으로 QTC View를 이용한 해저퇴적 물의 원격분류 방법은 경제적 및 시간적 효율성은 충분하다고 판 단되며 차후에 더 많은 자료가 보강된다면 보다 정확한 퇴적물 분류가 가능하리라 확신한다.
- 그러나 보다 정확한 원격분류 자료를 획득하기 위해서는 상기 에서 설명한 바와 같이 ground truthing에 의한 정밀한 퇴적물분 석, 정확한 FFVs의 제작 및 catalogue 작성, 탐사장비의 최상의 조건과 균일한 환경설정, 숙달된 장비의 운영, 해양상태 등 조사 전략이 면밀하게 계획되어야 한다. 또한 side scan sonar 등을 이용한 해저면의 조사를 병행한다면 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 본다.
- 전반적으로 분포하고 있는 퇴적상은 개방형 만이라는 지 형적인 특성으로 인해 주로 수심의 변화와 관계 있는 것으로 보 인다. 그러나 앞으로는 광안대로 건설로 인한 구조물의 설치와 특 정지역에 대한 매립 등으로 인해 지금까지 형성된 퇴적물의 분포 특성과는 다른 형태를 보여줄 것으로 생각된다.
- 13). 따라서 ground truthing에 의해 밝혀진 서로 다른 퇴적물형 에서 FFVs를 이용한 catalogue 작성시 소량의 구성성분에 의해 퇴적물형이 다르게 나타날 경우는 퇴적물형의 수정작업을 통하여 후처리한 후 새로운 catalogue를 구성함으로서 자료의 신뢰도가 향상될 수 있을 것으로 사료된다.
- 그러나 전반적으로는 해저면의 상태가 완만하며 큰 구조에 의한 지형 변화가 적어 음향측심기에 의한 음향반사자료의 획득에는 좋은 조건이라고 판단된다. 따라서 side-scan sonar 자료를 이용한 퇴적물 유형의 정밀한 구분은 어려우나 퇴적물에 따라 나타나는 특징적 구조와 해저면의 상태를 파악함으로서 QTC View를 이용한 원격탐사 결과와 병행할 경우 해저퇴적물 분포를 도면화하는데 유용하게 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 전반적인 해저면 자료로 미루어보아 해저면의 상태가 비교적 완만하며 큰 구조적인 변화가 없는 것으로 나타나 음향측심기의 반사자료는 양호하게 획득될 수 있었던 것으로 보인다. 따라서 정밀 해저면 상태조사 결과를 표층퇴적물 의 원격분류결과와 병행하여 이용할 경우 QTC View의 자료를 이용 해저퇴적물의 분포양상을 도면화 (mapping)하는데 유용하 게 사용될 수 있을 것으로 확신한다.
- 이 방법은 시추기 (corer)나 채니기 (grab)를 이용하여 직접 해저에서 시료를 채취 하여 실험실에서 분석하는 방법과 다이버, 수중 비디오 및 카메라 등을 이용하여 직접 해저를 조사하거나 촬영하여 해저퇴적물을 밝혀내는 것으로 이들은 모두 연구지역에 선정된 시료채취 정점의 결과만을 알 수 있는 단편적인 자료라는 제한성이 있으며 보다 자세하고 연속적인 퇴적물 분포를 알기 위해서는 많은 시간과 비 용이 요구된다. 따라서 퇴적물 시료의 직접적인 채취와 분석을 최소화할 수 있는 퇴적물 원격분류기술의 필요성이 대두되었고 이 기술만 완벽하게 개발된다면 기 언급한 다양한 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
- 그러나 보다 정확한 원격분류 자료를 획득하기 위해서는 상기 에서 설명한 바와 같이 ground truthing에 의한 정밀한 퇴적물분 석, 정확한 FFVs의 제작 및 catalogue 작성, 탐사장비의 최상의 조건과 균일한 환경설정, 숙달된 장비의 운영, 해양상태 등 조사 전략이 면밀하게 계획되어야 한다. 또한 side scan sonar 등을 이용한 해저면의 조사를 병행한다면 보다 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 본다. 결과적으로 QTC View를 이용한 해저퇴적 물의 원격분류 방법은 경제적 및 시간적 효율성은 충분하다고 판 단되며 차후에 더 많은 자료가 보강된다면 보다 정확한 퇴적물 분류가 가능하리라 확신한다.
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