1961년부터 2010년 현재까지 현행 국가정선해양관측이 고전적 방법에 의해 수행됨으로써 자동화된 시스템의 형태로 실시간 혹은 준실시간으로 자료를 제공하지 못하게 되는 부분에 대한 개선방향을 살펴보고, 우리나라 운용해양시스템의 실용화를 위하여 국가정선해양관측이 나아가야 할 방향을 제시하였다. 선상에서 관측이 끝난 이후부터 데이터베이스에 자료가 저장되는 시점까지 행해지는 수동화된 작업을 대체하기 위해서는, 수온, 염분뿐만 아니라 다양한 자동측정센서가 부착된 CTD(Conductivity-Temperature-Depth)에 연동된 컴퓨터에서 해양관측자료를 처리하고 실시간으로 품질관리를 수행하며 통신수단에 맞게 자료를 전송할 수 있도록 하는 자동화 소프트웨어의 개발이 필요하다. 관측자료를 실시간의 형태로 전송하기 위해서는 Inmarsat 위성통신장비를 활용한 전송시스템이 타당하고, 준실시간 형태의 전송으로는 CDMA(Code Division Multiple Access) 무선통신방식을 사용하여 연안역에 도달했을 때 수집된 자료들을 묶어서 보내는 방식이 적합하다. 실시간 품질관리 과정을 포함시켜 관측시 발생할 수 있는 여러 가지 원인의 오류를 미연에 방지할 수 있을 것이다.
1961년부터 2010년 현재까지 현행 국가정선해양관측이 고전적 방법에 의해 수행됨으로써 자동화된 시스템의 형태로 실시간 혹은 준실시간으로 자료를 제공하지 못하게 되는 부분에 대한 개선방향을 살펴보고, 우리나라 운용해양시스템의 실용화를 위하여 국가정선해양관측이 나아가야 할 방향을 제시하였다. 선상에서 관측이 끝난 이후부터 데이터베이스에 자료가 저장되는 시점까지 행해지는 수동화된 작업을 대체하기 위해서는, 수온, 염분뿐만 아니라 다양한 자동측정센서가 부착된 CTD(Conductivity-Temperature-Depth)에 연동된 컴퓨터에서 해양관측자료를 처리하고 실시간으로 품질관리를 수행하며 통신수단에 맞게 자료를 전송할 수 있도록 하는 자동화 소프트웨어의 개발이 필요하다. 관측자료를 실시간의 형태로 전송하기 위해서는 Inmarsat 위성통신장비를 활용한 전송시스템이 타당하고, 준실시간 형태의 전송으로는 CDMA(Code Division Multiple Access) 무선통신방식을 사용하여 연안역에 도달했을 때 수집된 자료들을 묶어서 보내는 방식이 적합하다. 실시간 품질관리 과정을 포함시켜 관측시 발생할 수 있는 여러 가지 원인의 오류를 미연에 방지할 수 있을 것이다.
This study seeks to improve NFRDI Serial Oceanographic observation (NSO) system which has been operated at current observation stations in the Korean Seas since 1961 and suggests the direction of NSO for practical use of Korean operational oceanographic system. For improvement, data handling by huma...
This study seeks to improve NFRDI Serial Oceanographic observation (NSO) system which has been operated at current observation stations in the Korean Seas since 1961 and suggests the direction of NSO for practical use of Korean operational oceanographic system. For improvement, data handling by human after CTD (Conductivity-Temperature-Depth) observation on the deck, data transmission, data reception in the land station, and file storage into database need to be automated. Software development to execute QA/QC (Quality Assurance/Quality Control) of real-time oceanographic observation data and to transmit the data with conversion to appropriate format automatically will help to accomplish the automation. Inmarsat satellite telecommunication systems with which have already been equipped on board the current observation vessels can realize the real-time transmission of the data. For the near real-time data transmission, CDMA (Code Division Multiple Access) wireless telecommunication can provide efficient transmission in coastal area. Real-time QA/QC procedure after CTD observation will help to prevent errors which can be derived from various causes.
This study seeks to improve NFRDI Serial Oceanographic observation (NSO) system which has been operated at current observation stations in the Korean Seas since 1961 and suggests the direction of NSO for practical use of Korean operational oceanographic system. For improvement, data handling by human after CTD (Conductivity-Temperature-Depth) observation on the deck, data transmission, data reception in the land station, and file storage into database need to be automated. Software development to execute QA/QC (Quality Assurance/Quality Control) of real-time oceanographic observation data and to transmit the data with conversion to appropriate format automatically will help to accomplish the automation. Inmarsat satellite telecommunication systems with which have already been equipped on board the current observation vessels can realize the real-time transmission of the data. For the near real-time data transmission, CDMA (Code Division Multiple Access) wireless telecommunication can provide efficient transmission in coastal area. Real-time QA/QC procedure after CTD observation will help to prevent errors which can be derived from various causes.
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문제 정의
관측라인 설치와 같은 보다 구체화된 대안이 필요하게 된다. 과학적 근거를 바탕으로 한 최적의 공간적 정점 배치를 찾는 것은 그 자체만으로도 새로운 연구 영역이기 때문에 본 연구에서는 간단하게 참조가 될만한 기법에 대해서만 언급하겠다.
따라서 운용해양시스템을 지원할 수 있는 자동화된 시스템으로 최신화하기 위해서 현 관측 시스템에 대한 개선 방향을 검토하도록 한다.
이중에서 운용해양시스템의 자료동화를 위한 관측자료로서는 정선해 양관측자료, 인공위성 관측자료, AKQ 지연모드자료가 유용하게 사용될 수 있고 특히 정선 해양관측자료는 한반도 근해에 대한 넓은 범위의 3차원적인 해양 물리적 특성 정보를 제공함으로써 정확한 예측을 수행하는 데에 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 현행 정선관측의 역사와 시스템 현황을 소개하고 운용해양시스템 실현의 기반이 될 수 있는 정선해양관측시스템의 발전방향과 구체적인 기술적 방법을 제시하고자 한다.
구축하여 운영 중인 사례가 있다. 이 중에서 우리나라의 정선해양관측과 같은 정기적인 관측라인에 대하여 실시간 혹은 준실시간으로 자료를 제공하는 시스템에 대하여 알아보도록 한다.
제안 방법
Gw)을 창설하였다. CSK의 첫 조사는 1965년 7월에 시작되었고 7개국(한국, 일본, 필리핀, 중국, 영국, 미국, 소련)으로부터개 관측선이 참여하여, 쿠로시오 해역에 대한 물리, 화학, 생물학적인 해양조사와 수산, 기상학적인 조사를 수행하였다. 첫 조사 이후로 쿠로시오역 전반에 대해서 종관규모의 여러 전문 분야에 걸친 조사가 적어도 일년에 두차례 수행되었고, 6개국(인도네시아, 태국, 말레이시아, 싱가포르, 베트남, 프랑스)이 추가적으로 CSK에 합류하여 총 13개국이 참여국으로 활동하게 되었다.
그래픽 디스플레이 형태로 제공한다. 또한, 입출력을 모니터링하면서 품질검사를 수행한다. SCS는 1986년에 완성된 사용자 요구에 대한 연구를 기반으로 디자인되고 만들어졌고, 첫 버전은 NOAA의 관측선 Malcolm Baldrige에 1989 년에 처음 설치되었다.
준실시간 및 실시간 자료 송수신 기법을 바탕으로 NSO 자료 제공 체계도(Fig.7)를 구성하였다. CTD를 통해 현장 관측값이 측정되어 자료취득 소프트웨어에 의해 관측선의 컴퓨터에 저장되고, 동시에 실시간 QC를 거쳐 자료송신에 적합한 형태로 포맷을 변환하게 되며, 자료송신 소프트웨어를 통해 관측자료를 자동으로 전송하게 된다.
첫 번째 목적인 관측 네트워크 평가를 위해서 통계적 방법과 역학적 평가방법을 사용한다. 통계적 평가를 위해서 ODONe 관측의 질적인 측면과 관계된 시스템 에러(System error), 관측점들의 대표성을 측정하는 샘플링 에러(Sampling error), 관측점들이 커버하는 지역의 틈새 및 중복과 관계된 관측 네트워크의 효과 범위 에러(Effective coverage error), 네트워크로부터 얻어진 자료들의 질과 관련된 필드 재구성에러 (Field reconstruction errorX 평가한다.
대상 데이터
4. Ocean bulletin provided through NFRDI web site(http7/www.nfrdi.re.kr).
보정 (Calibration and Validation) 에 많은 노력을 기울였다. 얻어진 관측자료는 쿠로시오자료센터의기능을 하게 된 일본국가해양자료센터(Japan Oceaographic Data Center, JODC)에 의해 수집되었고(Fig. 2), 1975년까지 435회의 조사에 의해 16, 727/11 해양관측점으로부터 얻어진 자료를 CSK 데이터 리포트(1975년까지 328권)와 CSK 아틀라스(1977년까지 7권)의 형태로 처리하여 공개하였다(Roll, 1979). 우리나라는 CSK에 국립수산진흥원(현, 국립수산과학원)과 교통부 수로국(현 국립해양조사원)이 합동으로 참가하여 총 42회(국립수산진흥원 31회, 수로국 11회)의 조사를 실시하였으며, 국제적 자료교환 및 국내·외 CSK 심포지움을통한 연구발표 등의 형태로 해양학 발전에 공헌하였다(국립수산과학원, 2007).
조사항목으로는 수온, 염분, 용존산소, 영양염류, 동식물 플랑크톤 등 17개 항목이 있고, 한국연근해와 동중국해 해황 속보, 주보, 월보, 정보지. 년 보를 발간하는데 사용되며, NS。자료는 국립수산과학원 홈페이지, 한국해양자료센터, 해양조사연보를 통해 제공된다. NSO 자료는 시기별, 해역별 수괴 및 해황 특성 비교 분석에 사용되어, 동해는 극전선과 냉수대, 서해는 수온역전과 조석전선, 남해는 연안전선, 동중국해는 양자강 유출수 거동과 같은 현상들을 이해하는데 있어 과학적 해양연구 차원에서 큰 도움을 주고 있다.
전송된 팩스자료를 바탕으로 정점별 수온 염분 수치값을 작성한 다음, 맵핑 프로그램을 사용하여 연직단면도를 작성하고 이를 속보의 형태로 국립수산과학원 홈페이지 (http://wwW.nMmkr) 에서 제공한다(Fig 4).
수직적으로는 14개 표준 수층(0, 10, 20, 30, 3), 75, 100, 125, 150, 200, 230, 300, 400, 500m) 에 대한 관측 정보를 제공하고 있다. 조사항목으로는 수온, 염분, 용존산소, 영양염류, 동식물 플랑크톤 등 17개 항목이 있고, 한국연근해와 동중국해 해황 속보, 주보, 월보, 정보지. 년 보를 발간하는데 사용되며, NS。자료는 국립수산과학원 홈페이지, 한국해양자료센터, 해양조사연보를 통해 제공된다.
데이터처리
정선 해양관측자료에 대한 1차 품질관리는 플랫폼 확인, 불가능한 시간 테스트, 불가능한 위치 테스트, 전역범위 테스트, 국소범위 테스트, 층별 스파이크 테스트, 동일수심 스파이크 테스트, 층별 구배 테스트, 동일수심 구배 테스트로 이루어진 테스트들을 거쳐 플래그를 붙이고 정상적으로 테스트를 통과한 자료에 대해서만 데이터베이스에 저장하게 된다. 2차 품질관리는 년 도별, 2개월별로 크게 나누어 각각에 대하여 각 정선 내각 정점별 통계분석, 각 정선 내 동일수심별 통계분석을 실시한다(국립수산과학원, 2008).
역학적 평가방법을 사용한다. 통계적 평가를 위해서 ODONe 관측의 질적인 측면과 관계된 시스템 에러(System error), 관측점들의 대표성을 측정하는 샘플링 에러(Sampling error), 관측점들이 커버하는 지역의 틈새 및 중복과 관계된 관측 네트워크의 효과 범위 에러(Effective coverage error), 네트워크로부터 얻어진 자료들의 질과 관련된 필드 재구성에러 (Field reconstruction errorX 평가한다. 이때 효과 범위 에러와 필드 재구성 에러를 계산하기 위해서 최적내삽법 (Q)timal Interpolation, 01)을 통해 관측값 또는 수치모델 결과로부터 시 .
이론/모형
두 번째 목적인 최적 디자인 기법 개발을 위해 최적화 문제를 해결하기 위한 알고리즘의 하나인 시뮬레이터드 어닐링 (Simulated Annealing) 기법을 사용한다. 시뮬레이티드 어닐링은 금속 공학에서 담금질(Annealing)을 통해 금속재료를 가열한 다음 조금씩 냉각해 원자의 내부 에너지가 초기 상태보다 한층 더 극소인 상태가 되도록 하여 금속의 결함을 줄여나가는 작업을 모방하여 고안한 최적화 알고리즘의 하나로, 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션에 기초를 두고 해를 반복해 개선함으로써 현재의해 근방에 있는 해를 임의로 찾아 지역 최적점에 빠지지 않도록 하여 전역 최적점을 구해내게 된다(http://en.
통계적 평가를 위해서 ODONe 관측의 질적인 측면과 관계된 시스템 에러(System error), 관측점들의 대표성을 측정하는 샘플링 에러(Sampling error), 관측점들이 커버하는 지역의 틈새 및 중복과 관계된 관측 네트워크의 효과 범위 에러(Effective coverage error), 네트워크로부터 얻어진 자료들의 질과 관련된 필드 재구성에러 (Field reconstruction errorX 평가한다. 이때 효과 범위 에러와 필드 재구성 에러를 계산하기 위해서 최적내삽법 (Q)timal Interpolation, 01)을 통해 관측값 또는 수치모델 결과로부터 시 . 공간 상관함수를 구한다.
후속연구
ODON과 같은 시스템을 한반도 주변해역에 대해 구축하게 되면 최적화된 정선해양관측 정점 배치를 구할 수 있을 것으로 생각된다.
이를 위해서는 우선적으로 CTD에 연동된 컴퓨터에서 실시간으로 취득되어 저장된 해양관측자료에 대해 실시간 품질관리를 수행하고, 전송에 적합한 형태로 바꾸어 자동으로 전송하는 소프트웨어의 개발이 필요하다. 관측자료를 실시간의 형태로 전송하기 위해서는 현재 정선해양관측을 수행하고 있는 조사선에 이미 설치되어있는 Inmarsat 위성통신장비를 활용하면 빠른 시일 내에 실현 가능할 것이다. 준실시간 형태의 전송으로는 CDMA 무선통신방식을 사용하여 연안역에 도달했을 때 수집된 자료들을 묶어서 보내는 방식도 적합하다.
1차 품질관리가 실시간이나 준실시간이 아닌 지연모드의 형태로 이루어지고 있기 때문에, 관측시 발생할 수 있는 관측오류를 막을 수 있는 안전장치가 부족하다고 할 수 있다. 따라서 이와 같은 점을 보완하기 위해 선상에서 관측이 끝남과 동시에 수행될 수 있는 실시간 품질관리시스템이 필요하고, 알고리즘 및 프로그램의 개발을 통해서 정선해양관측 자동화시스템의 한 구성요소로 추가하여 사용할 수 있을 것이다.
이 중에서 자동화 가능한 부분은 특정 디렉토리에 저장된 1미터 간격 텍스트 자료의 표준수심 자료를 추출하는 것, 팩스형태의 전송이 아닌 파일의 형태로 전송하는 것, 전송받은 파일을 운용 해양시스템의 입력치로 곧바로 활용하는 것이 될 것이다. 또한, CTD 관측값이 얻어질 때 담당자가 실시간 자료를 눈으로 직접 확인하는 수동적인 실시간 품질관리 외에, 자동적으로 수행되는 실시간 품질관리 기능을 자동화 시스템에 추가하면 만에 하나라도 발생할 수 있는 장비결함 등에 의한 관측오류를 담당자에게 알려 줌으로써 제대로 된 관측이 이루어지도록 도움을 줄 수 있게 될 것이다. 파일의 형태로 자료를 전송하는 부분은 EDICElectronic Itata Interchange) 기능을 갖춘 관측자료 자동전송 프로그램 개발을 통해 특정 디렉토리에 새로운 파일이 추가될 경우 자동으로 전송하거나, 통신방식의 과금 단위를 고려하여 일정크기 이하로 파일을 묶어서 보낼 수 있도록 시스템을 구성함으로써 자동화를 꾀할 수 있을 것이다.
앞서 설명한 현행 정선해양관측의 과정 중에서 CTD 관측에 의해 얻어진 값이 실시간으로 컴퓨터에 전송이 된 뒤 사람이 직접 처리하게 되는 부분으로는, 원시자료 파일을 일정한 파일명으로 설정하여 1미터 간격 텍스트 자료로 변환하고 특정 디렉토리에 저장하는 것, 변환된 1미터 간격 텍스트자료 중에서 표준수심 자료를 추출하는 것, 추출한 자료를 표 형식으로 작성하여 팩스형태로 전송하는 것, 전송받은 팩스에서 표준수심 수온, 염분값을 디지털형식으로 저장하고 가공하는 것 등이 있다. 이 중에서 자동화 가능한 부분은 특정 디렉토리에 저장된 1미터 간격 텍스트 자료의 표준수심 자료를 추출하는 것, 팩스형태의 전송이 아닌 파일의 형태로 전송하는 것, 전송받은 파일을 운용 해양시스템의 입력치로 곧바로 활용하는 것이 될 것이다. 또한, CTD 관측값이 얻어질 때 담당자가 실시간 자료를 눈으로 직접 확인하는 수동적인 실시간 품질관리 외에, 자동적으로 수행되는 실시간 품질관리 기능을 자동화 시스템에 추가하면 만에 하나라도 발생할 수 있는 장비결함 등에 의한 관측오류를 담당자에게 알려 줌으로써 제대로 된 관측이 이루어지도록 도움을 줄 수 있게 될 것이다.
준실시간 형태의 전송으로는 CDMA 무선통신방식을 사용하여 연안역에 도달했을 때 수집된 자료들을 묶어서 보내는 방식도 적합하다. 자동화된 자료처리 및 전송시스템을 구축하게 되면, 중간과정에 실시간 품질관리 과정을 포함시켜 관측시 발생할 수 있는 오류를 미연에 방지할 수 있고, 정도높은 관측자료를 실시간 또는 준실시간으로 자료 동화에 이용하여 운용해양시스템을 통해 한국근해 해양변동에 대한 좋은 예측결과 및 재현결과를 도출할 수 있게 될 것이다.
NSO 자료는 시기별, 해역별 수괴 및 해황 특성 비교 분석에 사용되어, 동해는 극전선과 냉수대, 서해는 수온역전과 조석전선, 남해는 연안전선, 동중국해는 양자강 유출수 거동과 같은 현상들을 이해하는데 있어 과학적 해양연구 차원에서 큰 도움을 주고 있다. 정선해양관측자료는 중요 어족의 어장형성 해역에 대한 기초자료를 제공함으로써 연근해 어업생산성을 제고하고, 수십년 이상의 주기를 갖는 기후변동에 따른 수산자원 변동 예측을 위한 기초자료로 활용되며, 한반도 주변 해역의 정기적, 체계적 해양과학자료의 생산 및 제공을 통한 수산업, 해양환경보전, 해양레저 등 한반도 주변해역의 부가가치 창출에 기여할 것으로 기대하고 있다.
또한, CTD 관측값이 얻어질 때 담당자가 실시간 자료를 눈으로 직접 확인하는 수동적인 실시간 품질관리 외에, 자동적으로 수행되는 실시간 품질관리 기능을 자동화 시스템에 추가하면 만에 하나라도 발생할 수 있는 장비결함 등에 의한 관측오류를 담당자에게 알려 줌으로써 제대로 된 관측이 이루어지도록 도움을 줄 수 있게 될 것이다. 파일의 형태로 자료를 전송하는 부분은 EDICElectronic Itata Interchange) 기능을 갖춘 관측자료 자동전송 프로그램 개발을 통해 특정 디렉토리에 새로운 파일이 추가될 경우 자동으로 전송하거나, 통신방식의 과금 단위를 고려하여 일정크기 이하로 파일을 묶어서 보낼 수 있도록 시스템을 구성함으로써 자동화를 꾀할 수 있을 것이다. 한편, CTD의 주요측정요소인 수온, 염분에서 더 나아가 용존산소, 탁도, 클로로필a 등 부가적인 해양요소를 자동으로 측정할 수 있는 센서를 부착하여 얻은 자료와 고전적 방식의 측정에 의해 생산된 자료간의 신뢰성 높은 검 .
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