선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 국내 주요 상업어종 중 하나인 도루묵의 음향산란특성을 파악하기 위해서 과학어군탐지기를 이용하여 자세각 변화에 따른 TS값을 측정하였고, 음향 산란모델을 이용하여 실측 신호와 비교 및 검증을 실시하였다. 또한, 부레가 없는 도루묵에 대한 음향산란특성을 통해 주요 어종과의 분류 가능성을 확인하였다.
제안 방법
- 이때 몸체를 구성하는 실린더의 축 방향 (axis)을 x축, 폭 (width)은 y 축으로, 높이 (height)는 z축으로 구성하였다. DWBA 모델을 이용하여 자세각별로 70 kHz와 120 kHz의 음향강도 차이를 계산하였다. 또한, 계산 시 모델의 매개 변수인 음속비와 밀도비는 도루묵과 같이 부레가 없는 Sandeel의 음속비와 밀도비를 적용하였고, 적용한 음속비는 1.
- 실험 시 샘플은 음향 신호에 영향을 최소화하기 위해서 공기에 노출되지 않도록 하였다. TS 실험 후 도루묵 샘플에 대해서는 길이 (cm)와 무게 (g)를 측정하였다.
- DWBA 모델을 이용하여 음향산란특성을 계산하기 위해서 어류의 체형 묘사, 음속비, 밀도비가 중요한 변수가 된다. TS 실험이 끝난 샘플을 대상으로 어류의 체형은 측면과 등 방향을 디지털 촬영을 실시하였고, 디지타이징 프로그램을 이용하여 2 mm 간격으로 어체의 등 방향에 대한 좌표를 추출하였다. 어류의 등방향으로 추출한 어체의 형상 좌표를 3차원으로 형상화하여 어류의 형태적 특징 분석 및 음향산란특성과 관계에 대해서 검토하였다 (Fig.
- 도루묵의 TS 측정은 과학어군탐지기의 주요 주파수인 70 kHz (ES70–7C)와 120 kHz (ES120–7C)의 다중 주파수를 활용하였다.
- 본 연구에서는 70 kHz와 120 kHz의 다중주파수 센서를 이용하여 도루묵의 음향산란특성을 측정하였다. 도루묵의 TS측정 자료의 해석은 어류의 실측 실험한 결과와 음향 반사 모델을 기반으로 한 이론적인 자세각별 TS를 계산한 모델 결과를 비교하였고, 국내 주요 어종과의 종 분리 가능성을 확인하였다. 실험에 사용된 도루묵은 16.
- 따라서, 본 연구에서는 국내 주요 상업어종 중 하나인 도루묵의 음향산란특성을 파악하기 위해서 과학어군탐지기를 이용하여 자세각 변화에 따른 TS값을 측정하였고, 음향 산란모델을 이용하여 실측 신호와 비교 및 검증을 실시하였다. 또한, 부레가 없는 도루묵에 대한 음향산란특성을 통해 주요 어종과의 분류 가능성을 확인하였다.
- 본 연구에서는 70 kHz와 120 kHz의 다중주파수 센서를 이용하여 도루묵의 음향산란특성을 측정하였다. 도루묵의 TS측정 자료의 해석은 어류의 실측 실험한 결과와 음향 반사 모델을 기반으로 한 이론적인 자세각별 TS를 계산한 모델 결과를 비교하였고, 국내 주요 어종과의 종 분리 가능성을 확인하였다.
- 67 g이었다. 실측 신호는 약 53 분 동안 6,384 pings을 수신하였고, 수신된 신호 중 70 kHz와 120 kHz가 동시에 수신된 신호인 289 pings에 대해서 추출 후 분석하였다. 주파수별로 추출한 도루묵의 TS 70kHz과 TS 120kHz은 각각 ‒66.
- TS 실험이 끝난 샘플을 대상으로 어류의 체형은 측면과 등 방향을 디지털 촬영을 실시하였고, 디지타이징 프로그램을 이용하여 2 mm 간격으로 어체의 등 방향에 대한 좌표를 추출하였다. 어류의 등방향으로 추출한 어체의 형상 좌표를 3차원으로 형상화하여 어류의 형태적 특징 분석 및 음향산란특성과 관계에 대해서 검토하였다 (Fig. 2). 이때 몸체를 구성하는 실린더의 축 방향 (axis)을 x축, 폭 (width)은 y 축으로, 높이 (height)는 z축으로 구성하였다.
- 음향 자료 취득 시 도루묵의 정확한 자세각 및 상태 확인을 위해서 수조의 측면과 바닥에 수중 카메라 (T–water–7000DX, WIRELESS TSUKAMOTO, Japan)를 설치하여 유영 자세각의 변화를 확인하였다.
- 1, Myriax, Australia)의 가상 에코그램 기법을 이용하여 자료처리를 진행하였다 (Myriax, 2009). 자료 처리는 획득한 70 kHz와 120 kHz의 TS 자료 중에서 자료의 질이 불량한 영역에 대한 잡음 제거 (Mask bad data) 후, Single target detection 방법을 이용하여 자세각 변동에 따른 음향 신호를 선별하는 방법으로 실시하였다. 선별된 신호는 주파수별 dB difference를 비교하기 위해서 matched pings time 알고리즘을 사용하여 동시에 두 센서에 수신된 신호에 대해서만 추출하였다.
- 자료 획득 시 두 개의 낚시 줄 (monofilament line)을 이용하여 도루묵을 수심 3.5 m에 위치시킨 후, 유영 자세각을 −50°∼ +50°까지 10°간격으로 변화시키면서 TS값을 측정하였다.
- 1). 저장된 동영상 자료는 후처리 영상 소프트웨어를 이용하여 유영 자세각을 측정하여 음향 자료와의 비교 및 분석 시 활용하였다.
- 주파수 70 kHz와 120 kHz에 대하여 어류의 자세각을 변경하면서 측정한 실측 결과와 DWBA 모델을 이용한 자세각에 따른 TS 패턴을 비교하였다 (Fig. 4). 모델 결과 70 kHz와 120 kHz에 대한 도루묵의 TS 패턴은 자세각 +4 ∼ +5°에 최대값을 보이는 유사한 패턴을 보였고, 최대값은 각각 ‒54.
대상 데이터
- 본 실험은 전라남도 여수시 돌산읍에 위치한 전남대학교 수산과학연구소 해수 수조 (5 m × 5 m × 5 m)에서 2015년 3월 26일 과학어군탐지기를 이용하여 도루묵 음향산란특성 조사를 실시하였다.
- 실험에 사용한 과학어군탐지기 (EK60, Simrad Kongsberg Maritime AS, Norway)는 시스템 제어부와 센서부로 구성된 통합 시스템으로, 센서는 음 축에 대한 생물체의 위치 파악 및 보정이 가능한 분할 빔 (split–beam) 형태이다.
- 실험에 사용한 표본어류는 2014년 12월 동해안 강원도 오호리항에서 어획된 도루묵을 살아있는 상태로 이송하여, 사육수조 (Ø5 m × 1 m)에서 안정화 시킨 후 실험에 사용하였다.
- 음향 실험과 음향 모델에서 사용된 도루묵 표본은 수컷으로 길이 및 무게는 각각 16.2 cm와 30.67 g이었다. 실측 신호는 약 53 분 동안 6,384 pings을 수신하였고, 수신된 신호 중 70 kHz와 120 kHz가 동시에 수신된 신호인 289 pings에 대해서 추출 후 분석하였다.
데이터처리
- 과학어군탐지기로 획득한 도루묵의 자세각별 TS자료는 음향 자료 처리 프로그램 (EchoView 6.1, Myriax, Australia)의 가상 에코그램 기법을 이용하여 자료처리를 진행하였다 (Myriax, 2009). 자료 처리는 획득한 70 kHz와 120 kHz의 TS 자료 중에서 자료의 질이 불량한 영역에 대한 잡음 제거 (Mask bad data) 후, Single target detection 방법을 이용하여 자세각 변동에 따른 음향 신호를 선별하는 방법으로 실시하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 측정한 도루묵은 부레가 없기 때문에 DWBA (distorted wave Born approximation) 음향 모델을 이용하였다 (Stanton et al., 1996; Miyashita, 2003; Ito et al., 2011; Safruddin et al., 2013). DWBA 모델은 대상 생물체의 형상을 여러 개의 실린더 형태로 가정하여 음향 산란 특성을 예측하는 방법이고, 모델식은 식 (1)을 통해서 구현된다 (McGehee et al.
- 자료 처리는 획득한 70 kHz와 120 kHz의 TS 자료 중에서 자료의 질이 불량한 영역에 대한 잡음 제거 (Mask bad data) 후, Single target detection 방법을 이용하여 자세각 변동에 따른 음향 신호를 선별하는 방법으로 실시하였다. 선별된 신호는 주파수별 dB difference를 비교하기 위해서 matched pings time 알고리즘을 사용하여 동시에 두 센서에 수신된 신호에 대해서만 추출하였다. 추출된 신호 분석은 Matlab (R2009a, MathWorks) 프로그램을 이용하였다.
- 실험에 사용한 도루묵은 현수법을 이용하여 TS 신호를 획득하였다 (Fig. 1). 자료 획득 시 두 개의 낚시 줄 (monofilament line)을 이용하여 도루묵을 수심 3.
- 선별된 신호는 주파수별 dB difference를 비교하기 위해서 matched pings time 알고리즘을 사용하여 동시에 두 센서에 수신된 신호에 대해서만 추출하였다. 추출된 신호 분석은 Matlab (R2009a, MathWorks) 프로그램을 이용하였다.
성능/효과
- 하지만, 본 연구에 사용한 도루묵과 동일한 길이의 어종 TS를 비교 할 경우, 큰 차이를 나타내는 것을 확인하였다. TS는 70 kHz의 경우 ‒46.19 dB (‒47.84~‒45.27), 120 kHz의 경우 ‒44.74 dB (‒47.96~‒42.67)로 기존 주요 어종의 TS값 결과와 비교 시 실측값은 20.65 dB와 19.70 dB, 모델 결과는 14.97 dB와 16.90 dB으로 낮은 음향 신호가 측정되었다 (Table 2). 이러한 원인은 우리나라 주요 회유성 어종과 달리, 도루묵은 부레가 없는 어종이기 때문이며, 다수의 어종과 혼재하여 분포할 경우 단순한 음향 신호 외에 분포 습성 및 어군 형태 등도 동시에 고려해야 할 것으로 판단된다.
- 64 dB으로 측정되었다. 도루묵의 TS에 대한 실측값과 모델 결과 비교시 70 kHz의 경우에는 유사한 패턴을 보였으나, 120 kHz는 실측 신호가 상대적으로 강하게 측정되었다. 하지만, 자세각의 차이는 있지만 실측 신호가 음향 모델 결과 범위 내에 분포하였다.
- 34 dB로 주파수 별 큰 차이는 나타나지 않았다 (Hwang, 2015). 도루묵의 실측 및 어류 음향 모델을 통해서 120 kHz와 70 kHz의 dB difference를 계산하였고, 실측과 모델 각각 2.39 dB와 ‒0.58 dB 의 차이를 보였다 (Table 2). 기존에 국내 주요 어종의 dB difference와 비교 결과 큰 차이를 보이지는 않았다 (Fig.
- 3(a), (b)). 두 주파수의 TS 신호는 120 kHz가 70 kHz에 비해서 약 2.39 dB 높게 측정되었다. 또한, 추출한 TS값 신호 차이의 25~75%사이 값이 ‒2.
- 두 주파수 차에 대한 종식별 방법은 대상 산란체의 체장을 기준으로 하여 평균 TS의 주파수 차에 대한 값이 에코그램에서 수집한 임의의 체적에 대한 SV의 주파수 차의 값이 동일하다는 것으로 식 (6)과 같이 나타낼 수 있다. 두 주파수의 차이는 도루묵의 실측 및 음향 모델을 통한 TS 결과를 이용하여 계산하였으며, 이 결과를 기존에 연구된 자료와 비교하여 보았을 때, 국내 주요 어종과의 신호 분류가 가능함을 확인할 수 있었다.
- 64 dB 로 예측되었으나, 실측값이 모델 결과 범위 내에서 있어 본 연구에서 측정한 TS 값의 효용성을 보여 주고 있다. 또한, 도루묵은 음향 신호에 큰 영향을 주는 부레가 존재하지 않기 때문에 국내 주요 어종과의 비교 시 약 20 dB 내외의 약한 신호가 나타나 종 분리 가능성을 확인하였다. 본 연구 결과는 동해 중요 수산자원 중 하나인 도루묵의 음향 자원조사에 활용하기 위한 기초 자료로 활용 가능 할 것이며, 향상된 자료 도출을 위해서 어체 길이에 대한 추가적인 실험을 통한 검증이 필요할 것이다.
- 모델 결과 70 kHz와 120 kHz에 대한 도루묵의 TS 패턴은 자세각 +4 ∼ +5°에 최대값을 보이는 유사한 패턴을 보였고, 최대값은 각각 ‒54.20 dB와 ‒53.74 dB가 예측되었으며, 평균 자세각을 고려한 음향 신호는 ‒61.16 dB와 ‒61.64 dB으로 측정되었다.
- 도루묵의 TS측정 자료의 해석은 어류의 실측 실험한 결과와 음향 반사 모델을 기반으로 한 이론적인 자세각별 TS를 계산한 모델 결과를 비교하였고, 국내 주요 어종과의 종 분리 가능성을 확인하였다. 실험에 사용된 도루묵은 16.2 cm로 평균 TS는 70 kHz와 120 kHz에서 각각 ‒66.94 dB과 ‒64.45 dB으로 측정되었다. 음향 모델 결과는 평균 자세각 기준으로 70 kHz는 ‒61.
- 45 dB으로 측정되었다. 음향 모델 결과는 평균 자세각 기준으로 70 kHz는 ‒61.16 dB, 120 kHz는 ‒61.64 dB 로 예측되었으나, 실측값이 모델 결과 범위 내에서 있어 본 연구에서 측정한 TS 값의 효용성을 보여 주고 있다. 또한, 도루묵은 음향 신호에 큰 영향을 주는 부레가 존재하지 않기 때문에 국내 주요 어종과의 비교 시 약 20 dB 내외의 약한 신호가 나타나 종 분리 가능성을 확인하였다.
- 자세각별 도루묵 TS 측정 결과는 ‒20 ∼ +10°에서는 거의 추출되지 않았고, 평균 ±28°부근에서 대부분 추출되었다.
- 주파수별로 추출한 도루묵의 TS 70kHz과 TS 120kHz은 각각 ‒66.84 dB (± 4.19)와 ‒64.45 dB (± 4.44)이었다 (Fig.
- 5). 하지만, 본 연구에 사용한 도루묵과 동일한 길이의 어종 TS를 비교 할 경우, 큰 차이를 나타내는 것을 확인하였다. TS는 70 kHz의 경우 ‒46.
후속연구
- 이는 실제 실험 시 일정한 시간 간격을 두고 도루묵의 자세각 변동에 따라 측정하였으나, 70 kHz와 120 kHz의 비교를 위해 matched pings time 알고리즘을 이용하여 동시에 수신된 신호에 대해서 추출 시 소실된 것으로 판단된다. 따라서, 도루묵의 자세각에 대해서 각 주파수별 TS 값을 추가적으로 진행해야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 한정된 생물 표본으로는 정확한 대상 어류의 다양한 체장에 대한 TS–체장 관계식을 추정하기 무리가 있는 것은 사실이다. 따라서, 향후 표본 개수를 증가하여 다양한 크기에 대한 평균화 작업이 필요할 것으로 판단된다.
- 또한, 도루묵은 음향 신호에 큰 영향을 주는 부레가 존재하지 않기 때문에 국내 주요 어종과의 비교 시 약 20 dB 내외의 약한 신호가 나타나 종 분리 가능성을 확인하였다. 본 연구 결과는 동해 중요 수산자원 중 하나인 도루묵의 음향 자원조사에 활용하기 위한 기초 자료로 활용 가능 할 것이며, 향상된 자료 도출을 위해서 어체 길이에 대한 추가적인 실험을 통한 검증이 필요할 것이다.
- (2012)는 난바다곤쟁이류의 한 개체를 대상으로 부피를 다르게 체형 묘사하여 이론적인 TS값을 계산하였고, 이에 따라 TS값이 달라지는 것을 검토하였다. 본 연구에서 사용된 DWBA 모델은 등 방향이나 측면 방향의 한 방향에 대한 체형을 묘사하여 원통으로 가정하여 TS가 계산되기 때문에, 향후에는 대상 생물의 형태를 고려하여 등 방향 뿐만 아니라, 측면 방향을 묘사하는 모델을 적용하여 TS값을 검증하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- Miyashita (2003)은 부레가 생성되지 않는 멸치에 대상으로 DWBA 모델을 이용하여 음속비와 밀도비의 변화를 주어 TS를 계산한 결과, 음속비와 밀도비가 증가하면 TS값도 증가하는 경향을 나타내었다. 이와 같이 정확한 실측 TS값과 모델 TS값을 비교하기 위해서는 향후에는 도루묵의 음속비와 밀도비를 측정하여 음향 모델에 적용해야 할 것으로 판단된다. 또한, 기존 연구에서는 부레가 없는 어류의 TS값을 계산하는데 DWBA 모델이 다수 적용되었다.
- 대상 어류에 대한 음향 산란패턴은 0°를 전후하여 최대값이 나타났고, 이는 부레가 없기 때문에 어류의 형태에 직접적인 영향으로 판단된다. 전 세계적으로 어종 식별을 위해서 광대역에 대한 연구가 증가하고 있기 때문에, 주파수 차이에 의한 어종 간의 식별에 대한 연구를 지속적으로 진행해야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.