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문제 정의
- 따라서 음향을 이용하여 어군을 탐지한 후, 탐지된 수역에서 음향 카메라를 이용한 어류의 분포 및 체장를 탐지하는 본 연구 방법은 내수면 어류의 시·공간적인 분포 파악 및 현존량 평가 측면에 새로운 접근 방법을 제공 할 수 있을 것이다.
- 본 실험은 용담호에 서식하는 어류의 시·공간적인 분포 및 체장 파악을 위하여 음향 조사를 실시하였다.
- 본 연구는 음향조사를 통해서 용담호 내 어류의 시·공간적인 분포 및 체장 분포를 파악하였다.
- 본 연구에서 용담호 내의 어류의 시·공간적인 분포 특성을 파악하기 위해서 춘계부터 하계시기까지 계량어군탐지기를 이용하여 정선 조사를 실시하였고, 용담호 내측과 외측 고정정점에서 음향 카메라를 이용하여 어류의 크기 및 유형 행동 특성을 관측하였다.
- 본 연구의 최종 목적은 블루길과 배스 같은 외래종으로부터 담수 생태계를 건강하게 유지시키기 위한 생태계 교란 어종의 효과적인 어획 및 제거이다. 2007년 이후 생태계 교란생물의 퇴치 사업을 시행하고 있으며, 현재 시행중인 외래종의 제거 방법은 낚시, 잠수부의 작살을 이용한 직접적인 방법, 투망, 쏘가리와 같은 천적어류를 이용한 제거 방법들이 있다.
제안 방법
- SV 자료는 가상 에코그램 기법을 활용하여 잡음제거와 거리 및 수심에 대한 자료의 압축(Resample by Time & Depth) 후 분석하였다.
- 계량어군탐지기를 이용하여 조사 시기 별로 약 3.6 n·mile에 대해서 자유 음향 정선 방식으로 조사 하였고, 용담호 내측과 외측의 고정 정점에서 음향 카메라로 음향 영상 자료를 획득하였다.
- 자료 획득시 조사선 이동 속도는 송·수신 음향 신호의 안정성 및 센서 부근에 형성되는 기포의 영향을 고려하여 약4 노트로 일정하게 유지하였다. 계량어군탐지기를 이용하여 조사 정선 내 어류 개개의 음향 반사강도(Target strength, TS)와 어군 전체의 분포 특성 및 강도를 나타내는 체적 후방산란강도(Volume backscattering strength, SV)를 위치 자료와 함께 획득하였다. 송신 신호의 폭(pulse width)과 간격(ping interval)은 각각 0.
- 또한 계량어군탐지기와 음향 카메라로 분석한 용담호 내 어류의 체장 분포 결과를 상호 비교·검증하여 생물음향기법의 효용성 검증하였다.
- 음향 카메라로 획득한 디지털 음향 화상 자료는 가상 에코그램 기법의 음향 카메라 자료 처리 방법을 활용하여 TS 신호로 변환하였다(Kang, 2011). 변환된 TS 신호는 계량어군탐지기 신호와 동일한 방법(Single target detection method, Fish track technique)으로 처리하여 용담호 내측과 외측의 어류 개체의 개체수 및 체장에 대한 빈도 분포로 추출하였다. 음향 카메라로 측정한 어류의 체장 분포와 계량어군탐지기 측정 결과와의 비교 및 검증하였다.
- 본 음향 조사에서 정량적으로 수집된 SV 자료는 0.1 n·mile 간격의 EDSU (Elementary Distance Sampling Unit)로 추출하여 어류 자원의 시·공간적인 분포 특성을 파악하였다.
- 음향 기법을 이용한 조사방법은 내수면 어류의 시·공간적 분포 측면에서 새로운 접근 방법을 제공하였다.
- 음향 센서의 송·수신 주파수는 120 kHz이고, 조사선 측면에 치구를 이용하여 센서를 고정 후 해수면으로부터 약 0.8 m의 심도를 유지하며 정선 이동간에 음향 자료를 획득하였다.
- 다양한 어종이 분포하는 수역에서 특정 어종을 목적으로 한 어종간 식별 작업을 위해서 조사수역에서 어류 채집어구와 같은 표본 생물의 어종상 분포를 파악 및 어종 별 음향 특성을 파악해야 한다. 음향 조사와 독립적으로 동일한 수역에서 어구를 이용하여 어류 종조성 조사를 실시하였다. 종조성 조사는 2014년 4월부터 7월까지 총 7회에 걸쳐 실시하였고, 사용한 어구는 자망, 통발, 들망, 주낙, 지인망, 장망 등 다양한 어구를 이용하여 진행하였다.
- 음향 카메라는 St.1과 St.2에서 각각 15분과 10분 동안(St.1: 19:47:20–20:02:50, St.2: 20:29:49–20:39:50 on May 27, 2014) 운영 하였다.
- 8°에 대한 디지털 음향 영상 자료가 저장된다(Table 1). 음향 카메라는 시스템의 안정성 확보를 위해 조사선 정지 후 치구를 이용하여 수직 방향에 대한 21프레임의 화상 신호를 저장하였다. 음향 카메라는 St.
- 음향 카메라로 측정한 어류의 체장 분포와 계량어군탐지기 측정 결과와의 비교 및 검증을 위해서2014년 5월 계량어군탐지기로 획득한 TS 자료로 어류의 체장 분포를 계산하였다. 조사결과 과학어군탐지 조사 정선 내 476 마리의 어류 탐지 되었다.
- 변환된 TS 신호는 계량어군탐지기 신호와 동일한 방법(Single target detection method, Fish track technique)으로 처리하여 용담호 내측과 외측의 어류 개체의 개체수 및 체장에 대한 빈도 분포로 추출하였다. 음향 카메라로 측정한 어류의 체장 분포와 계량어군탐지기 측정 결과와의 비교 및 검증하였다. 계량어군탐지기로 탐지된 어류의 TS 자료로부터 어류 체장 계산을 위해서 부레를 가지고 있는 경골어류의 일반적인 120 kHz의 음향 표적 함수를 활용 하였다(Simmonds and MacLennan, 2005).
- 본 연구는 음향조사를 통해서 용담호 내 어류의 시·공간적인 분포 및 체장 분포를 파악하였다. 이를 위하여 2014년 4월, 5월, 7월 총 3회에 걸쳐 120 kHz주파수의 계량어군탐지기로 음향 정선 조사를 실시하였고, 내측과 외측의 고정 정점에서 음향 카메라를 이용하여 어류의 체장 분포를 측정하였다. 획득한 계량어군탐지기와 음향 카메라 자료의 비교·분석을 통해 검증하였다.
- 자료 처리는 획득한 TS 자료 내 자료의 질이 불량한 영역에 대한 잡음 제거(Mask bad data) 후, 산란체에 의한 수신 신호의 위치 정보(Angular position)를 활용하여 단일 개체에 의한 신호를 탐지하였고, 단일 개체에 의한 신호에 대해서Fish track detection (Alpha axis–0.7, Beta axis–0.5) 알고리즘으로 어류의 움직임을 고려하여 추출하였다.
- 정선 내 어류의 개체수 및 수직 분포는 계량어군탐지기로 획득한 음향 반사강도(TS)를, 어류 자원의 시·공간적인 분포 특성은 체적 후방산란강도(SV) 자료를 이용하여 분석하였다.
- 음향 조사와 독립적으로 동일한 수역에서 어구를 이용하여 어류 종조성 조사를 실시하였다. 종조성 조사는 2014년 4월부터 7월까지 총 7회에 걸쳐 실시하였고, 사용한 어구는 자망, 통발, 들망, 주낙, 지인망, 장망 등 다양한 어구를 이용하여 진행하였다. 실시한 어구 채집 결과 용담호 내 주요 우점 어종은 블루길과 배스로 각각 72.
- 해수면부터 최대 12 m 수층에 대해서 음향 카메라의 방사 빔 각도를 수직 방향으로 모니터링을 통한 어류의 체장 분포를 측정하였다. Fig.
- 2에서 음향 카메라로 획득한 디지털 음향 영상의 예로, 조사시기 60 cm 이상의 대형 어류 군체가 포착되었다. 획득한 디지털 음향 영상은 음향 자료 처리를 통해서 어류의 개체수 및 체장 분포 결과로 추출하였다. 음향 카메라를 이용하여 용담호 내측 정점(St.
대상 데이터
- 본 조사는 전라북도 진안군 용담면에 위치한 용담호에서 2014년 춘계와 하계시기인 4월, 5월, 7월 총 3회에 걸쳐 계량어군탐지기(scientific fish echosounder)를 이용하여 용담호 내 음향 정선 조사(35° 03′ N ~ 35° 55′ N, 127° 31′ E ~ 128° 42′ E)를 실시하였다(Fig. 1).
- 실험에 사용한 음향 카메라는 1.8 MHz의 초고주파로 96개의 센서가 0.3° 간격으로 방사하여 수평각도 28.8°에 대한 디지털 음향 영상 자료가 저장된다(Table 1).
- 음향 정선 조사시 2014년 5월 2개의 고정 정점(St.1: 35° 54.362′ N, 127° 32.267′ E; St.2: 35° 54.523′N, 127° 30.181′E)에서 음향 카메라(DIDSON) 조사를 실시하였다(Fig. 1).
- 획득한 디지털 음향 영상은 음향 자료 처리를 통해서 어류의 개체수 및 체장 분포 결과로 추출하였다. 음향 카메라를 이용하여 용담호 내측 정점(St.1)과 외측 정점(St.2)에서 측정된 어류 개체는 각각 31 마리와 93 마리였고. 용담호 내측 St.
- 2: 20:29:49–20:39:50 on May 27, 2014) 운영 하였다. 음향카메라 조사 후 CTD (Seabird, SBE-19 plus)를 이용하여 수온 자료를 획득하였다.
- 음향 카메라로 측정한 어류의 체장 분포와 계량어군탐지기 측정 결과와의 비교 및 검증을 위해서2014년 5월 계량어군탐지기로 획득한 TS 자료로 어류의 체장 분포를 계산하였다. 조사결과 과학어군탐지 조사 정선 내 476 마리의 어류 탐지 되었다. 음향 조사된 수역 어류의 평균 TS는 -49.
데이터처리
- 계량어군탐지기와 음향 카메라를 이용하여 획득한 자료는 음향 자료 처리 프로그램(Echoview Ver. 4.70, Myriax Pty Ltd, Hobart, Tasmania, Australia)의 가상 에코그램 기법으로 분석하였다(Myriax, 2009). 정선 내 어류의 개체수 및 수직 분포는 계량어군탐지기로 획득한 음향 반사강도(TS)를, 어류 자원의 시·공간적인 분포 특성은 체적 후방산란강도(SV) 자료를 이용하여 분석하였다.
- 7). 분석한 계량어군탐지기 결과는 정선 이동 간 획득한 자료로 정지 정점에서 획득한 음향 카메라 결과와 절대적인 비교는 할 수 없지만 상대적인 유사한 결과를 보여 두 음향 시스템의 결과를 상호 검증하였다.
- 획득한 계량어군탐지기와 음향 카메라 자료의 비교·분석을 통해 검증하였다.
이론/모형
- 정선 내 어류의 개체수 및 수직 분포는 계량어군탐지기로 획득한 음향 반사강도(TS)를, 어류 자원의 시·공간적인 분포 특성은 체적 후방산란강도(SV) 자료를 이용하여 분석하였다. TS 자료는 가상 에코그램 알고리즘 중Single target detection method (split beam method 2)과 Fish track technique 기법으로 조사 정선 내 어류의 개체수를 분석 하였다. 자료 처리는 획득한 TS 자료 내 자료의 질이 불량한 영역에 대한 잡음 제거(Mask bad data) 후, 산란체에 의한 수신 신호의 위치 정보(Angular position)를 활용하여 단일 개체에 의한 신호를 탐지하였고, 단일 개체에 의한 신호에 대해서Fish track detection (Alpha axis–0.
- 음향 카메라로 측정한 어류의 체장 분포와 계량어군탐지기 측정 결과와의 비교 및 검증하였다. 계량어군탐지기로 탐지된 어류의 TS 자료로부터 어류 체장 계산을 위해서 부레를 가지고 있는 경골어류의 일반적인 120 kHz의 음향 표적 함수를 활용 하였다(Simmonds and MacLennan, 2005).
- 1). 음향 정선은 낮은 수심 및 그물에 의한 센서의 안정성 확보를 위해 정선 간의 간격 변동이 있는 자유 정선(random transect) 방식을 사용하였다.
성능/효과
- 계량어군탐지기로 획득한 어류의 TS 자료를 분석 결과 조사 정선에서 탐지된 어류의 총 개체수는 23-559 마리로 춘계에서 하계로 갈수록 개체수가 증가하였다. 용담호 내 어류의 수직 분포는 시기 별로 큰 차이를 보였다[Fig.
- 생물 음향 기법을 활용하여 상대적으로 넓은 수역과 전 수층을 객관적으로 탐지한 조사 결과 용담호 내 어류의 시·공간적인 분포는 수변부 보다 수심이 깊은 중앙부에 분포하였고, 특히 하계시기의 경우 해저면 보다 특정 수층에 분포하는 경향을 보였다.
- 생물음향 기법을 이용하여 용담호 내 춘계부터 하계까지 어류의 시·공간적인 분포를 측정한 결과 시기 별과 공간 별로 큰 차이를 보였다.
- 종조성 조사는 2014년 4월부터 7월까지 총 7회에 걸쳐 실시하였고, 사용한 어구는 자망, 통발, 들망, 주낙, 지인망, 장망 등 다양한 어구를 이용하여 진행하였다. 실시한 어구 채집 결과 용담호 내 주요 우점 어종은 블루길과 배스로 각각 72.5%와 10.3%를 차지하여 전체의 80% 이상 우점하였다(Table 2). 그 외에 붕어(5.
- 9%) 순으로 채집되 었다. 어구 채집 결과와 음향 자료와의 비교시 채집 수심과 어구별 선택성 채집으로 인하여 낮은 상관성을 보였다.
- 용담호 내 어류의 시·공간적인 분포 특성은 시기 별로는 춘계에서 하계로 갈수록, 공간적으로는 조사 수역 중심부에서 높은 NASC 분포를 보였다.
- 음향조사 결과 어류 분포는 시기적으로 춘계에서 하계시기로 갈수록, 공간적으로 용담호 내측보다 외측에서 상대적으로 강한 음향 산란강도가 측정되었다. 또한 춘계에서 하계시기로 갈수록 어류 개체의 수직 분포가 상승하는 경향을 보였다.
- 자료 획득시 조사선 이동 속도는 송·수신 음향 신호의 안정성 및 센서 부근에 형성되는 기포의 영향을 고려하여 약4 노트로 일정하게 유지하였다.
- 4)였고, 표적함수를 이용하여 추정한 어류의 체장 분포는 4-68 cm였다. 측정된 어류의 체장은 대부분 20 cm이하 였고, 용담호 외측에서 40 cm 이상 어류 신호가 일부 탐지되었다(Fig. 7). 분석한 계량어군탐지기 결과는 정선 이동 간 획득한 자료로 정지 정점에서 획득한 음향 카메라 결과와 절대적인 비교는 할 수 없지만 상대적인 유사한 결과를 보여 두 음향 시스템의 결과를 상호 검증하였다.
후속연구
- 음향 기법을 이용한 조사방법은 내수면 어류의 시·공간적 분포 측면에서 새로운 접근 방법을 제공하였다. 또한 용담호 생태계 교란 어종인 블루길과 배스의 효과적인 어획방안 개발을 위한 기초 자료로 제공될 것이다.
- 본 연구 결과 음향기법을 이용하여 용담호 내 주요 어종의 시·공간적인 및 수직 분포의 변동성을 확인하였고, 차후 용담호 내 생태계 교란어종의 채집시 효율적인 어획에 도움을 줄 것이다.
- 국내 내수면 어종의 음향 산란 특성은 해양 어종에 비해서 거의 연구가 진행되고 있지 않은 실정이다. 본 조사 수역에서 채집된 주요 어종인 블루길 및 배스에 대해서 X선 촬영 결과 부레가 존재 및 형태 차이를 확인 하였고, 차후 생물 음향 모델을 구현 및 음향 산란 특성을 활용하여 조사 수역 내 어종 분류 및 현존량을 추정 할 예정이다(Fig. 8).
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