다중빔 음향측심기는 수심의 3∼4배되는 주사 폭으로 넓은 지역을 동시에 측량하므로 자료의 정밀도와 작업효율성이 단빔 음향측심기보다 상대적으로 높다. 그러나 빔의 생성 및 계측 원리가 정교하여 탐사선의 움직임에 영향을 많이 받기 때문에 부가장치의 정확한 조정 작업이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 다중빔 음향측심기의 정확도 향상을 목적으로 평탄 해저지형에서 빔의 중앙과 ± 45°의 빔각을 이루는 지역의 수심단면을 가시·통계적으로 분서한 결과, 관성센서의 진동과 부가장치의 오정렬에 의한 오차가 발생하여 부가장치에 대한 조정이 필요하였다. 따라서 방진재를 관성센서에 부착하여 선체로부터 받는 진동을 저감시키고, 선체 자세요소와 부가장치의 오프셋 값을 정밀 계측하여 수평자세요소 값으로 변환·정렬시켰다. 그 결과, ±45° 빔각 지역의 수심 정확도는 IHO S44의 1등급 수로측량 수준에서 특등급 수로측량 수준으로 향상되었으며, 오정렬에 의한 중첩구역의 물결무늬 현상도 현저히 감소하였다.
다중빔 음향측심기는 수심의 3∼4배되는 주사 폭으로 넓은 지역을 동시에 측량하므로 자료의 정밀도와 작업효율성이 단빔 음향측심기보다 상대적으로 높다. 그러나 빔의 생성 및 계측 원리가 정교하여 탐사선의 움직임에 영향을 많이 받기 때문에 부가장치의 정확한 조정 작업이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 다중빔 음향측심기의 정확도 향상을 목적으로 평탄 해저지형에서 빔의 중앙과 ± 45°의 빔각을 이루는 지역의 수심단면을 가시·통계적으로 분서한 결과, 관성센서의 진동과 부가장치의 오정렬에 의한 오차가 발생하여 부가장치에 대한 조정이 필요하였다. 따라서 방진재를 관성센서에 부착하여 선체로부터 받는 진동을 저감시키고, 선체 자세요소와 부가장치의 오프셋 값을 정밀 계측하여 수평자세요소 값으로 변환·정렬시켰다. 그 결과, ±45° 빔각 지역의 수심 정확도는 IHO S44의 1등급 수로측량 수준에서 특등급 수로측량 수준으로 향상되었으며, 오정렬에 의한 중첩구역의 물결무늬 현상도 현저히 감소하였다.
Multi-beam echo sounder is more precise and efficient than single beam echo sounder relatively because it is able to survey a wide area with 3 times or 4 times swath width as much as the depth of water using multi-beam echo sounder. It is sure to be needed to control supplementary equipment accurate...
Multi-beam echo sounder is more precise and efficient than single beam echo sounder relatively because it is able to survey a wide area with 3 times or 4 times swath width as much as the depth of water using multi-beam echo sounder. It is sure to be needed to control supplementary equipment accurately, however, because the principle of creation and measurement of the beam is elaborate and influenced a great deal by vessel's motion. We analyzed using visual and statistical methods in both sections of the depth of water where were the places of the center of the beam and ± 45° angles from the central beam to improve the precise of Multi-beam echo sounder in this study. In result, it was required to control supplementary equipment because of errors from the vibration of an inertia governor and misalignment of extra units. Therefore, we reduced the vibration from the vessel's engine by sticking rubbers to the inertia governor and measured the offset values of extra units accurately, converted them to the values of horizontal position and lined up. In result, the precise in sounding the depth at the place of ± 45° from the center of the beam was improved from the level of the 1st order to the special order in a hydrographic survey of the IHO S44 standards and a phenomenon of ripple patterns in the overlapped area by misalignment was decreased remarkably.
Multi-beam echo sounder is more precise and efficient than single beam echo sounder relatively because it is able to survey a wide area with 3 times or 4 times swath width as much as the depth of water using multi-beam echo sounder. It is sure to be needed to control supplementary equipment accurately, however, because the principle of creation and measurement of the beam is elaborate and influenced a great deal by vessel's motion. We analyzed using visual and statistical methods in both sections of the depth of water where were the places of the center of the beam and ± 45° angles from the central beam to improve the precise of Multi-beam echo sounder in this study. In result, it was required to control supplementary equipment because of errors from the vibration of an inertia governor and misalignment of extra units. Therefore, we reduced the vibration from the vessel's engine by sticking rubbers to the inertia governor and measured the offset values of extra units accurately, converted them to the values of horizontal position and lined up. In result, the precise in sounding the depth at the place of ± 45° from the center of the beam was improved from the level of the 1st order to the special order in a hydrographic survey of the IHO S44 standards and a phenomenon of ripple patterns in the overlapped area by misalignment was decreased remarkably.
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문제 정의
해양공간정보 시스템 구축사업의 일환으로 해양측량 자료처리 및 효율적인 관리방안에 관한 연구(국립해양조사원, 2001), 다중빔 음향 소해 탐사시스템 자료의 오차 분석 및 처리기술에 관한 연구(박, 2004) 등이 있으나, 다중빔 음향측심기 정확도 개선을 위한 관성 센서 문제, 외곽 빔 정확도 저하 문제 등에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 다중빔 음향측심기의 정확도 향상 및 개선을 위하여, 국내에서 가장 많이 운용하고 있는 Kongsberg Simrad사의 EM3000과 해양조사선 남해로호 (22톤) 로 다중빔 음향측심기의 최종 결과 값에 영향을 줄 수 있는 관성 센서의 진동, 부가장치의 오정열 등에 의한 오차를 가시. 통계분석으로 검토하였다.
제안 방법
표2의 설치기준에 따라각종부가장치를 설치하려면, 선 박 및 부가장치의 입체 공간상 좌표가 필요하다 그러므로 2004년 3월 16일에 그림 4와 같이 남해로 호를 부산광역시 영도구 조선소에 상가한 후, 토탈스테이션（Geodimeter 3602 DR（정확도 : 2 ”, 2 土 2ppm）（지오시스템사, 2004）） 을 이용하여 선체 흘수선, GPS, sonar head, 모션센서에 대해 정밀 3차원 측량을 실시하였다. 3월 17일~20일에 모션 센서 중심선 측정 및 좌대（座臺） 제작 후, 재설치를 하였다. 3월 20일, 남해로 호를 하가하였다.
그러나 남해로 호는 진동으로 인하여 각종 장비가 정지 혹은 오 작동하는 경우가 많았다. 그러므로 본 연구에서는 그림 3과 같이 다중빔 음향측심기 프로세싱 장치와 모션센서에 진동방지 작업을 실시하였다.
운영되는 복잡한 첨단 측량 장비이다. 기존의 단빔 음향측심기는 음파의 순간 시야각(IFOV)이 크고 오차범위가 넓으며, 관성항법장치 없이 탐사선의 직하방(Nadir) 수심만을 관측하였다. 그러나 다중빔 음향측심기는 미 측심 대역 없이 수심의 3 ~ 4배 주사 폭으로 넓은 지역을 동시에 측량하기 때문에 자료의 정확도와 작업 효율성이 단빔 음향측심기보다 상대적으로 높다(국립해양조사원, 2001 ; 일본 수로 협회, 2002).
통계분석으로 검토하였다. 또한 국제수로기구(International Hydrographic Organization : IHO)의 수로측량 등급 기준에 따라 土 45。빔각 지역의 등급 수준을 검토하였다. 선박 진동에 노출된 부가장치의 오작동 방지를 위하여 관성 센서 에 방진 고무를 부착하여 진동을 감쇠 시 키고, 설치 허용한계를 초과한 상가 대의 선체 자세 요소와 부 가장 치의 오프셋 측정값을 수평 자세 요소 값으로 변환하고 정 렬시켜 다중빔 음향측심기에 적용하였다.
또한 국제수로기구(International Hydrographic Organization : IHO)의 수로측량 등급 기준에 따라 土 45。빔각 지역의 등급 수준을 검토하였다. 선박 진동에 노출된 부가장치의 오작동 방지를 위하여 관성 센서 에 방진 고무를 부착하여 진동을 감쇠 시 키고, 설치 허용한계를 초과한 상가 대의 선체 자세 요소와 부 가장 치의 오프셋 측정값을 수평 자세 요소 값으로 변환하고 정 렬시켜 다중빔 음향측심기에 적용하였다. 그 결과 개선 전 과 유사한 기상 조건 하에서 측정한 ± 4 다중빔각 지역의 수심 정확도는 IHO 수로측량 1 등급 수준에서 특등급 수준으로 향상되었으며, 오정렬에 의한 중첩구역의 물결무늬 현상도 감소된 양호한 측량 결과를 얻을 수 있었다.
2003년 7월 31 일(조정 전)과 2004년 6월 15 일(조정 후), 욕지도 인근 수역에서 현장 실험을 실시하였다. 수심측량은 기상과 해황에 따라 많은 차이를 보이므로 기상 및 해황 조건이 상호 유사할 때, 비교. 분석이 가능하다.
표2의 설치기준에 따라각종부가장치를 설치하려면, 선 박 및 부가장치의 입체 공간상 좌표가 필요하다 그러므로 2004년 3월 16일에 그림 4와 같이 남해로 호를 부산광역시 영도구 조선소에 상가한 후, 토탈스테이션（Geodimeter 3602 DR（정확도 : 2 ”, 2 土 2ppm）（지오시스템사, 2004）） 을 이용하여 선체 흘수선, GPS, sonar head, 모션센서에 대해 정밀 3차원 측량을 실시하였다. 3월 17일~20일에 모션 센서 중심선 측정 및 좌대（座臺） 제작 후, 재설치를 하였다.
대상 데이터
2003년 7월 31 일(조정 전)과 2004년 6월 15 일(조정 후), 욕지도 인근 수역에서 현장 실험을 실시하였다. 수심측량은 기상과 해황에 따라 많은 차이를 보이므로 기상 및 해황 조건이 상호 유사할 때, 비교.
3월 17일~20일에 모션 센서 중심선 측정 및 좌대（座臺） 제작 후, 재설치를 하였다. 3월 20일, 남해로 호를 하가하였다.
분석이 가능하다. 기상에 대한 평가는 본 연구 수역에 가장 근접한 통영기상대의 기상 자료 값을 이용하였으며, 작업 일의 기상 상태는 표 6과 같 이거의 유사하였다(기상청, 2004).
데이터처리
따라서 본 연구에서는 다중빔 음향측심기의 정확도 향상 및 개선을 위하여, 국내에서 가장 많이 운용하고 있는 Kongsberg Simrad사의 EM3000과 해양조사선 남해로호 (22톤) 로 다중빔 음향측심기의 최종 결과 값에 영향을 줄 수 있는 관성 센서의 진동, 부가장치의 오정열 등에 의한 오차를 가시. 통계분석으로 검토하였다. 또한 국제수로기구(International Hydrographic Organization : IHO)의 수로측량 등급 기준에 따라 土 45。빔각 지역의 등급 수준을 검토하였다.
해황에 대한 평가는 본 연구 당시 기록된 모션센서의 롤, 피치, 히브 통계 값을 이용하였다. 표준편차 값은 파고 값, 해황과 특히 직접적인 연관이 많다.
이론/모형
그러나 상가대에 안치된 선박은 완전 수평 상태로 상가되지 않는다. 그러므로 홀수선(12개 관측점)의 최적 면을 최소자승법으로 계산하였다. 그 결과 X축, Y축과 Z축 회전각은 각각 1.
성능/효과
선박 진동에 노출된 부가장치의 오작동 방지를 위하여 관성 센서 에 방진 고무를 부착하여 진동을 감쇠 시 키고, 설치 허용한계를 초과한 상가 대의 선체 자세 요소와 부 가장 치의 오프셋 측정값을 수평 자세 요소 값으로 변환하고 정 렬시켜 다중빔 음향측심기에 적용하였다. 그 결과 개선 전 과 유사한 기상 조건 하에서 측정한 ± 4 다중빔각 지역의 수심 정확도는 IHO 수로측량 1 등급 수준에서 특등급 수준으로 향상되었으며, 오정렬에 의한 중첩구역의 물결무늬 현상도 감소된 양호한 측량 결과를 얻을 수 있었다.
06dB로 허용범위한 계 값(30dB) 내로 감쇠시킨 것으로 계산되었다. 그 결과, 장비 정렬 편차 값을 제거한 표준편차 값이 0.26m에서 0.19m로 감소한 한 것으로 사료되었다.
다중빔 음향측심기의 정확도 향상 연구 결과 관성 센서의 진동, 부가장치의 부정확한 오프셋 값 및 오정열 등은 수심 정확도에 상당한 영향을 주는 것으로 사료되었다. 본 연구 결과는 다음과 같다.
둘째, 모션센서의 방진을 통한 롤, 피치의 정확도 향상이다. 통상 조사측량 중, 엔진과 스크루의 회전수는 1500- 1700RPM, 507〜574RPM이다.
둘째, 상가 상태의 선체 자세 요소와 부가장치의 오프셋 값을 수평 상태 값으로 변환한 결과, 장비별 위치 및 오프셋 값이 설치허용한계 범위를 초과하였다. 그러므로 부가장치 정열을 위해 수평 자세의 위치 값과 오프셋 값이 적용되어야 할 것으로 사료된다.
본 연구 결과 다중빔 음향 측심기 정확도에 영향을 끼친 요인은 관성센서의 진동, 부가장치의 오정렬 부정확한 오프셋값 적용 등으로 사료되었다. 또한 모션센서와 sonar head를 정렬시키고 정확한 부가장치의 오프셋값을 적용함으로써 중첩부 구역의 물결 무늬 현상이 현저히 감소한 것으로 사료된다.
본 연구 결과 다중빔 음향 측심기 정확도에 영향을 끼친 요인은 관성센서의 진동, 부가장치의 오정렬 부정확한 오프셋값 적용 등으로 사료되었다. 또한 모션센서와 sonar head를 정렬시키고 정확한 부가장치의 오프셋값을 적용함으로써 중첩부 구역의 물결 무늬 현상이 현저히 감소한 것으로 사료된다.
수심측량 결과, 유사한 기상 및 해황 조건에서 측심 오차가 전반적으로 향상되었다. 그 원인은 크게 두 가지로 사료 된다.
2345°, 1.4310°, L6848。였고, 수정 후 Z축 표준편차 값은 ±1.67cm로 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 각 축의 회전각은 1.
18m)로 IHO 수로측량 특등급 수준으로 향상되었다. 즉 유효 사용범위 가 향상되어 광역 수심측량이 가능한 것으로 사료되었다.
첫째, 관성 센서가 선박 진동에 노줄되어 이를 허용진동수 이내로 유지하기 위해 방진 고무를 부착한 결과, 선박 엔진 과 스크루의 진동 주파수가 82-87% 정도 감쇠되었으며, 측심 오차량 표준편차 값이 0.26m에서 0J9m로 향상된 것으로 사료되었다.
그 원인은 크게 두 가지로 사료 된다. 첫째, 부속 장비의 정렬 정확도 향상이다. 롤과 피치의 오차 량에 따른 해당 수심별 오차 량을 분석하여 개선 전.
넷째, ± 45빔각 지역에서 개선 전. 후의 측심 값을 통계 분석한 결과, 개선 전 표준편차는 0.26m, 오프셋 오차는 0.27m, 총 오차량은 0.53m로 IHO 수로측량 1등급 수준이었으나, 개선 후 총오차량은 0.37m(0.19m, 0.18m)로 IHO 수로측량 특등급 수준으로 향상되었다. 즉 유효 사용범위 가 향상되어 광역 수심측량이 가능한 것으로 사료되었다.
후속연구
따라서 다 중빔 음향 측심기 수심정확도가 향상되었으므로 그간 과다하게 소요되었던 자료 후 처리 및 가공편집 과정을 단축할 수 있어 양질의 해저 공간정보를 생산할 수 있으리라 기대된다. 향후 다 중빔 음향 측심기를 활용하여 수로 측량, 해저지형 탐사 등을 수행하는 경우, 해양조사 선 거동 특성의 파악이 필수적이라 생각되며, 자료 분석과 자료 활용방안에 관한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
따라서 다 중빔 음향 측심기 수심정확도가 향상되었으므로 그간 과다하게 소요되었던 자료 후 처리 및 가공편집 과정을 단축할 수 있어 양질의 해저 공간정보를 생산할 수 있으리라 기대된다. 향후 다 중빔 음향 측심기를 활용하여 수로 측량, 해저지형 탐사 등을 수행하는 경우, 해양조사 선 거동 특성의 파악이 필수적이라 생각되며, 자료 분석과 자료 활용방안에 관한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
참고문헌 (15)
국립해양조사원 (2001), 해양측량자료처리 및 효율적인 관리방안 연구 한국물류정보통신(주), pp. 6-41
기상청 (2004), 기상통계, http://www.kma.go.kr
박요섭 (2004). 다중빔음향소해탐사시스템 자료의 오차분석 및 처리기술 연구, 박사학위논문, 인하대학교, pp. 36-112
지오시스템사 (2004), Geodimeter 3602 DR 정밀도, http://www.gepsys.co.kr/
Geltect사 (2004), Gel Bush 방진재 사양, 일본, http://www. geltec.co.jp/english/product/pro_02.htm
IHO (1998), IHO standards for hydrographic surveys, 4th edition. special publication No.44, International Hydrographic Bureau. Monaco
John E. Hughes Clarke, Mayer, L.A, Wells, D.E (2001), Shallow-water imaging multibeam sonar, Marine Geophysical Research, Vol. 18, pp. 607-627
John E. Hughes Clarke (2004), The challenge of technology: Improving sea-floor mapping methodologies [online], 미국, http://www.omg.unb.ca/AAAS/NB_Seafloor_Mapping.html
James A Hammack, David H, Fabre, John E. Hughes Clarke, Barbara Reed (1998), Hydrgraphic multibeam processing system (HMPS) swath alignment tool, Proc. Canadian Hydrographic Conf, pp. 157-167
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