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가설 설정
- 장애요인이다. 동요의 각도가 적으면 동요의 주기성으로부터 측정된 복수의 위치를 평균하면 좋을 것이다. 동요가 큰 경우에는 선수미선을 포함한 면내에서 어류를 추적한다고 가정할 수 있기 때문에 수파기 부근에 피치각 센서를 설치하여 선박의 동요 정보와 어류까지의 거리로부터 핑거음이 발사된 순간의 수파기의 각도를 추정하여 계측치를 보정할 수 있을 것으로 생각한다.
제안 방법
- 1) 수조의 추적실험에서는 어류의 대략적인 행동을 관측할 수 있기 때문에 어류의 이동 경로의 계측치와 대체적인 관측치를 비교하면서 어류의 이동경로와 속도 등을 조사하였다. 계측한 잉어의 행동이 관측치와 대체적으로 일치하였으며, 3차원으로 추적이 가능하였다.
- 2) 계류장의 추적실험에서는 상하, 좌우 방향으로 회전 가능한 지지 파이프에 수파기를 설치하고수파기를 회전시키며 자연상태에서 어류의 이동 경로와 속도 등을 조사하였다. 방어의 행동이 상세하게 추적 가능함을 확인할 수 있었으며, 방어의 평균이동 속도는 43.
- SPB 방식에 의해 핑거를 부착한 잉어의 위치를 자동 연속으로 수록하여 계측위치를 구하였다. 또한, 수조 끝에 줄자를 설치하여 두 사람의 관측자가 수파기의 길이방향 (Z) 과 폭방향 (Y에서 잉어를 수조벽에 직각으로 보며 줄자의 눈금을 적당하게 읽어 대략적인 실제의 위치를 구하였다.
- 포화되지 않도록 하였다. 가산기에 가중치를 붙여 빔을 합성하였으며 협빔 모드와 광빔 모드는스위치에 의해 변환하도록 하였다.
- , 1994)을 응용하여 시스템을 설계, 제작하였다. 개발한 바이오텔레메터리 방식은 선박으로부터 어류 (핑거)의 3차원 위치 계측이 가능하도록 핑거 동기 방식에 의해 계측한 거리정보와 SSBL (super short base line) 방식에 의해 계측한 방위 정보를 조합하였다. 이 방식을 SSBL .
- 실선은 연속으로 계측이 가능하였던 곳에서의 잉어의 이동경로이며, 점선은 잉어가 빔폭을 벗어난 곳에서의 추정 이동경로이다. 계측하여 구한 이동경로와 줄자로부터 읽은 대략적인 이동경로를 비교하기 위해 수평방향에 가는 실선을 사용하여 대략적인 이동 경로를 표시하였다. 잉어의 계측 이동경로가 줄자로부터 읽은 대략적인 이동경로와 대체로 일치하였다.
- 또한, 방어에는 추적을 쉽게 하기 위해 낚시줄의 끝에 작은 표식을 달아 고무보트로 추적하였다. 고무보트의 관측자가 방어의 대략적인 평면 위치를 지시하면 수파기의 지지파이프를 회전 시켜 연속적으로 방어의 위치정보를 수록하였다.
- 표지방류에 의한 계측은 어류의 이동, 분산, 개체 수의 추정, 사육관리 등을 위해 오래 전부터 이용되어왔던 방법으로 표지 방류된 어류가 재포되는것을 전제로 하지만 어획량이 불안정하여 표지효과가 적다(Nielsen, 1992; 早乙女, 1996). 기록식 표지에 의한 계측은 수온, 수압 외에 조도 센서를 갖는 표지를 어류에 부착하여 메모리에 테이터를 저장하는 방법으로 수압으로부터 유영수심을 구하고, 조도의 강도로부터 일출과 일몰의 시간을 추정하여 그 시간으로부터 위도와 경도를 구한다. 이 방법은 성숙장이나 산란장으로 회유하는 어류에 대해 이용되지만, 표지어류를 회수하기 어려운 것이 가장 큰 문제점이다(Metcalfe and Arnold, 1997).
- 대략적이긴 하지만 실제의 위치를 알 수 있도록 길이 10m, 폭 10zn, 수심 10zn의 수조에서 어류의 행동추적 실험을 하였다. 행동추적에 사용한 실험 어는 전장 5OCZ77, 체장 46cm의 잉어이였으며, 잉어는 양식장에서 사육된 것을 별도의 소형수조에서 하루 동안 적응시킨 후 핑거를 부착하여 방류하였다.
- 핑거동기 바이오텔레메터리 (SSBL and pinger synchronizing biotelemetry: SPB) 방식이라고 하였다. 또한, 고정도 계측이 가능하도록 대상의 위치를 명확하게 알 수 있는 수조에서 하이드로폰을 이용하여 시작 시스템의 보정을 하였으며, 핑거를 이용한 검증실험을 통하여 SPB 방식과 시스템의 유효성과 성능을 파악하였다(박 . 古澤, 2003b).
- 방어와 핑거는 회수가 가능하도록 낚시바늘을 건 낚시줄에 메어 방류하였다. 또한, 방어에는 추적을 쉽게 하기 위해 낚시줄의 끝에 작은 표식을 달아 고무보트로 추적하였다. 고무보트의 관측자가 방어의 대략적인 평면 위치를 지시하면 수파기의 지지파이프를 회전 시켜 연속적으로 방어의 위치정보를 수록하였다.
- 또한, 수조 끝에 줄자를 설치하여 두 사람의 관측자가 수파기의 길이방향 (Z) 과 폭방향 (Y에서 잉어를 수조벽에 직각으로 보며 줄자의 눈금을 적당하게 읽어 대략적인 실제의 위치를 구하였다. 오프라인 처리에 의해 대략적인 실제의 위치와 계측 위치를 비교 검토하였다.
- 중심간의 거리이다. 또한, 어류의 순간 이동속도는 (1), (2), (3)식으로부터 구한 수파기에 대한 핑거를 부착한 어류의 구면좌표를 직교좌표로 변환시켜 미분하여 구하였으며, 불규칙한 변동이 컸기 때문에 인접 10초간의 속도를 이용하여 이 동평 균으로 평 활화하였다.
- 퍼스널 컴퓨터에 수록하였다. 방위를 구하기 위해 위상을 계측하는 디지털 오실로스코프 (9304CM, LeCroy)는 펄스의 도달시간 마다 파형을 수록하도록 하였으며, 거리를 구하기 위해 핑거 펄스의 수신시각을 계측하는 디지털 오실로스크프 (9314AM, LeCroy)는 펄스의 도달시간을 트리거 시각으로 간주하여 트리거 발생시각을 수록하도록 하였다. 양 처리계에서는 샘플링 주파수가 크게 다르기 때문에 파형과 시각을 각각 별도로 수록할 수 있도록 나누어 구성하였다.
- 본 연구에서는 유효성과 성능이 검증된 새로운바이오텔레메터리 시스템을 이용하여 핑거를 부착한 어류의 추적실험을 수조와 계류장에서 실시하였다. 수조에서의 실험은 어류의 움직임을 관측할 수 있기 때문에 어류의 이동경로, 속도 등을 조사하여 어류의 이동경로 계측치와 대체적인 관측치를 비교하였으며, 계류장에서의 실험은 상하, 좌우 방향으로 회전 가능한 지지파이프에 수파기를 부착하여 수파기를 회전시키면서 자연상태에서 어류의 이동경로, 속도 등을 조사하여 SPB 방식과 시스템의 실용성을 확인하였다.
- 행동추적에 사용한 실험 어는 전장 5OCZ77, 체장 46cm의 잉어이였으며, 잉어는 양식장에서 사육된 것을 별도의 소형수조에서 하루 동안 적응시킨 후 핑거를 부착하여 방류하였다. 수조에서의 실험은 수파기를 고정하고 어류를 빔 내로 유인함으로서 수파기의 위치 이동에 따른 오차를 최소화하도록 하였다. 이를 위해 핑거를 부착한 잉어는 낚시바늘을 건 낚시줄에 메어 방류하였다.
- 수조에서의 실험은 어류의 움직임을 관측할 수 있기 때문에 어류의 이동경로, 속도 등을 조사하여 어류의 이동경로 계측치와 대체적인 관측치를 비교하였으며, 계류장에서의 실험은 상하, 좌우 방향으로 회전 가능한 지지파이프에 수파기를 부착하여 수파기를 회전시키면서 자연상태에서 어류의 이동경로, 속도 등을 조사하여 SPB 방식과 시스템의 실용성을 확인하였다.
- 2는 선박의 현 측에 설치한 수파기의 사진이다. 수파기는 상하 방향과 좌우 방향으로 회전가능한 지지파이프에 부착하여 그 파이프를 지지판에 고정시켰다. 지지 파이프의 좌우 방향 조절 손잡이 하단에 분도기를 설치하여수파기의 좌우회전에 따른 각도를 구하였으며, 상하 방향의 각도를 알 수 있도록 상하방향 조절 손잡이 하단에 홈을 만들어 각도를 표시하였다.
- 방위를 구하기 위해 위상을 계측하는 디지털 오실로스코프 (9304CM, LeCroy)는 펄스의 도달시간 마다 파형을 수록하도록 하였으며, 거리를 구하기 위해 핑거 펄스의 수신시각을 계측하는 디지털 오실로스크프 (9314AM, LeCroy)는 펄스의 도달시간을 트리거 시각으로 간주하여 트리거 발생시각을 수록하도록 하였다. 양 처리계에서는 샘플링 주파수가 크게 다르기 때문에 파형과 시각을 각각 별도로 수록할 수 있도록 나누어 구성하였다.
- 또한, 수조 끝에 줄자를 설치하여 두 사람의 관측자가 수파기의 길이방향 (Z) 과 폭방향 (Y에서 잉어를 수조벽에 직각으로 보며 줄자의 눈금을 적당하게 읽어 대략적인 실제의 위치를 구하였다. 오프라인 처리에 의해 대략적인 실제의 위치와 계측 위치를 비교 검토하였다.
- 후와 좌 . 우의 2 쌍의 위상빔으로 배열하여 어레이 구성의 변환에 의해 검지범위나 방위측정 정도를 선택할 수 있도록 협빔 모드와 광빔 모드의 2개의 빔 모드로 설겨], 제작하였다.
- 이러한 문제를 해결하기 위해 항주하는 선박에 의해 넓은 범위의 추적이 가능하며, 장비의 설치 및 취급이 간편하고, 어류의 순간적인 상세한 추적이 가능한 새로운 바이오텔레메터리 방식을 개발하였으며 (박. 古澤, 2003a), 바이오텔레메터리 음향 계의 설계 방법 (朴 . 古澤, 2002)과 스프리트빔 방식 개량 어군탐지기의 송수파기 설계방법(古澤 et al., 1994)을 응용하여 시스템을 설계, 제작하였다. 개발한 바이오텔레메터리 방식은 선박으로부터 어류 (핑거)의 3차원 위치 계측이 가능하도록 핑거 동기 방식에 의해 계측한 거리정보와 SSBL (super short base line) 방식에 의해 계측한 방위 정보를 조합하였다.
- (a)는 축의 간격을 데이터의 값과 같도록 설정하여 방위각 318°, 앙각 20°의 시점에서 관찰한 잉어의 3차원 위치이며, (b)는 축의 간격을 자유롭게 설정하여 방위각 335°, 앙각 23°의 시점에서 관찰한 3차원 위치이다. 잉어의 연속적인 이동 경로를 알아보기 쉽게 표시하기 위해 100초 간격으로 색을 바꾸어 실선과 점선을 사용하여 원형으로 표시한 계측 위치에 겹치도록 나타내었다. 실선은 연속으로 계측이 가능하였던 곳에서의 잉어의 이동경로이며, 점선은 잉어가 빔폭을 벗어난 곳에서의 추정 이동경로이다.
- 4는 SPB 방식에 의한 잉어의 수직방향 (a), 수평방향(b)의 추적 결과이다. 잉어의 이동 경로를 연속적으로 나타내기 위해 실선과 점선을 사용하여 원형으로 나타낸 계측 위치에 겹치도록 표시하였다. 인접한 두 위치가 평균 이동속도로 계산한 위치보다 월등하게 변동이 큰 경우에는 연속적인 이동경로에서 제외시켜 표시하였다.
- 전, 후, 좌, 우로 구성된 SSBL 방식의 각 위상 빔 어레이로 수신한 파형으로부터 4분 샘플링 상호관계법에 의해 전후 위상차 와 좌우 위상차를 계산하였으며 (Traynor and Ehrenberg, 1990), 위상차를 이용하여 수파기에 대한 핑거의 위치각 (θ,φ)을 다음 식에 의해 구하였다.
- 증폭기는 2개의 빔 모드용에 각 2개의 채널로 구성하여 큰 신호를 수신한 경우 이득을 적게 하고, 작은 신호를 수신한 경우 이득을 크게 하여 파형이 포화되지 않도록 하였다. 가산기에 가중치를 붙여 빔을 합성하였으며 협빔 모드와 광빔 모드는스위치에 의해 변환하도록 하였다.
- 증폭기로부터의 신호의 출력은 디지털 오실로스코프에 의 해 고속으로 AD (analog to digital) 변환하여 GPIB (general purpose interface board) 경유로 퍼스널 컴퓨터에 수록하였다. 방위를 구하기 위해 위상을 계측하는 디지털 오실로스코프 (9304CM, LeCroy)는 펄스의 도달시간 마다 파형을 수록하도록 하였으며, 거리를 구하기 위해 핑거 펄스의 수신시각을 계측하는 디지털 오실로스크프 (9314AM, LeCroy)는 펄스의 도달시간을 트리거 시각으로 간주하여 트리거 발생시각을 수록하도록 하였다.
- 지지 파이프의 좌우 방향 조절 손잡이 하단에 분도기를 설치하여수파기의 좌우회전에 따른 각도를 구하였으며, 상하 방향의 각도를 알 수 있도록 상하방향 조절 손잡이 하단에 홈을 만들어 각도를 표시하였다. 지지 파이프를 회전하는 시점의 시간과 수파기의 회전 각도를 기록하여 후처리에서 수신시각과 맞추어 보정을 하였다. 본 실험에서는 수심이 얕아 상하 방향으로 수파기를 회전하지 않고도 핑거의 신호가수신되 었다.
- 수파기는 상하 방향과 좌우 방향으로 회전가능한 지지파이프에 부착하여 그 파이프를 지지판에 고정시켰다. 지지 파이프의 좌우 방향 조절 손잡이 하단에 분도기를 설치하여수파기의 좌우회전에 따른 각도를 구하였으며, 상하 방향의 각도를 알 수 있도록 상하방향 조절 손잡이 하단에 홈을 만들어 각도를 표시하였다. 지지 파이프를 회전하는 시점의 시간과 수파기의 회전 각도를 기록하여 후처리에서 수신시각과 맞추어 보정을 하였다.
- SSBL . 핑거동기 바이오텔레메터리 방식과 시스템을 사용하여 핑거를 부착한 어류의 행동 추적실험을 실시하였다. 이상의 연구 성과를 정리하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 사용한 핑거는 직경 8mm, 길이 38mm, 수중무게 3.5g의 시판되고 있는 소형핑거 (V8B-2LR, Vemco)로서 주파수 69kHz, 음원음압레벨 136dB (re 1 μPa at 1m), 송신주기 Ls, 펄스 폭 10/ns 이었다.
- 실험을 하였다. 행동추적에 사용한 실험 어는 전장 5OCZ77, 체장 46cm의 잉어이였으며, 잉어는 양식장에서 사육된 것을 별도의 소형수조에서 하루 동안 적응시킨 후 핑거를 부착하여 방류하였다. 수조에서의 실험은 수파기를 고정하고 어류를 빔 내로 유인함으로서 수파기의 위치 이동에 따른 오차를 최소화하도록 하였다.
이론/모형
- 이후 처리는 Matlab 등에 의한 프로그램을 만들어 오프라인 처리를 하였다. 핑거 펄스의 수신 시각으로부터 핑거동기 방식에 의해 수파기에서 핑거까지의 거리 77를 다음의 식을 이용하여 계산하였다.
- 핑거는 송신기능만을 갖고 있기 때문에, 수파기와의 거리를 간단하게는 구할 수는 없으나, 사용한 핑거는 송신주기가 일정하기 때문에 핑거 동기 방식에 의해 핑거 펄스의 송신시각을 알면, 펄스의 수신시각을 측정하여 송신시각과 수신 시각과의 차를 구하여 거리를 계산할 수 있다. 핑거의수파기에 대한 방위계측은 복수의 위상빔 어레이의 간격을 짧게한 SSBL 방식을 사용하여 전 . 후, 좌 .
성능/효과
- 계측한 잉어의 행동이 관측치와 대체적으로 일치하였으며, 3차원으로 추적이 가능하였다. 잉어의 평균 이동속도는 11.
- 속도 등을 조사하였다. 방어의 행동이 상세하게 추적 가능함을 확인할 수 있었으며, 방어의 평균이동 속도는 43.9cm/s이었다.
- 핑거 동기 바이오텔레메터리 방식에 의하면 수신계의 고도화만으로도 핑거를 부착한 어류의 상세한 행동추적이 가능함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- SPB 방식을 보다 실용적으로 사용하기 위해서는, 온라인 처리와 화면 표시가 가능해야 할 것이며, 선박의 동요에 대한 대책이 필요할 것이다. 또한, GPS (global positioning system) 와 컴퍼스로부터의 정보와 바이오텔레메터리 방식에 의해 구한 어류의 선박에 대한 상대위치를 종합하여 절대 위치로 계산해야 할 것이다.
- 동요의 각도가 적으면 동요의 주기성으로부터 측정된 복수의 위치를 평균하면 좋을 것이다. 동요가 큰 경우에는 선수미선을 포함한 면내에서 어류를 추적한다고 가정할 수 있기 때문에 수파기 부근에 피치각 센서를 설치하여 선박의 동요 정보와 어류까지의 거리로부터 핑거음이 발사된 순간의 수파기의 각도를 추정하여 계측치를 보정할 수 있을 것으로 생각한다.
- 또한, GPS (global positioning system) 와 컴퍼스로부터의 정보와 바이오텔레메터리 방식에 의해 구한 어류의 선박에 대한 상대위치를 종합하여 절대 위치로 계산해야 할 것이다.
- 선택적으로 어획하고, 그에 합당한 어구 . 어법을 개발하기 위해서는 어류의 행동이나 생태습성을 파악할 필요가 있으며, 수산자원을 지속적으로 유효하게 이용하기 위해서는 어류의 분포나 회유 등에 관한 연구가 선행되어야 할 것이다. 이러한 것을 통해 어업경영의 안정화도 도모할 수 있을 것이다.
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