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지형 경사를 고려한 다중빔 음향측심기(300 kHz) 후방산란 자료 처리에 관한 연구
Backscatter Data Processing of Multibeam Echo-sounder (300 kHz) Considering the Actual Bottom Slope 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.48 no.5, 2015년, pp.379 - 390  

김태헌 (충남대학교 해양환경과학과) ,  이정민 ((주)한국해저정보) ,  박수철 (충남대학교 해양환경과학과)

초록
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다중빔 음향 측심기의 후방산란 음압은 해저면 퇴적상뿐만 아니라 지형 경사로 인해 변화된 음파의 실제 입사각에 의해서도 강도가 달라지므로 후방산란 음압 분석에 앞서, 지형 경사를 고려한 정밀한 자료처리가 필요하다. 본 논문은 지형 경사에 따른 실제 입사각 및 입사면적에 대한 후방산란 자료처리 방법과 경사 지형에서의 후방산란 특징에 대해 기술하였다. 황해 동부의 사퇴분포 해역에 위치한 연구지역은 수심이 46~55 m의 범위를 보이며, 다양한 지형 경사를 가지는 대규모 dune들이 발달되어 있다. 대규모 dune들의 경사는 대부분 $1{\sim}3^{\circ}$ 내외로 완만하지만 등성이에서는 경사가 $5{\sim}15^{\circ}$로 가파른 특징을 보인다. 후방산란 자료처리 결과, 지형 경사를 고려하지 않은 경우에는 등성이에서 음압이 -34~-23 dB의 범위를 보인다. 반면, 본 연구 방법으로 지형 경사를 고려한 경우에는 같은 지역에서 음압이 -32~-25 dB 범위로써 음압 변동 폭이 완화되는 효과를 보였다. 또한, 후방산란 영상에서도 등성이에서 나타나는 강하고 약한 이상 음압 분포가 개선되어, 본 연구의 후방산란 자료처리 방법이 지형 경사로 인한 음압 변화를 효과적으로 보정하는 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Multibeam backscatter strength is dependent not only on seafloor sediment facies but also on changed incidence angle due to the actual bottom slope. Therefore, the correction for actual bottom slope should be considered before the analysis of backscatter strength. This paper demonstrates the backsca...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 4는 area 1과 2의 해저지형, 기존처리 및 지형 처리 결과를 자세히 비교한 것이다. 본 연구는 dune을 사선으로 통과하면서 얻은 결과로써, 기존처리 결과에서 등성이의 음압 분포가 측선을 기준으로 반전되는 특징을 보인다. 기존처리 결과에서 등성이의 음압 분포는 측선 좌측면의 경우, 등성이 북동쪽의 음압이 높고 남서쪽의 음압이 낮다.
  • 본 연구는 황해 동부의 dune 분포 지역에서 지형 경사를 고려한 다중빔 음향측심기(300 kHz)의 후방산란 자료처리를 실시하고 음압의 변화양상과 특징을 분석하였다. 연구 결과, 지형 경사를 고려하지 않은 자료 처리 결과에서는 대규모 dune의 등성이에서 가파른 경사로 인해 음압 변동 폭이 11 dB로 크게 나타난 반면, 지형 경사를 고려한 처리결과에서는 변동 폭이 7 dB로 약 4 dB 감소하였다.
  • (2009)은 지형에 따른 실제 입사면적의 계산 방법을 제시하였다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 실제 입사각을 적용한 angular response 보정 방법과 실제 입사면적 계산 방법으로 후방산란 자료처리를 실시하여, 기존 평지를 가정한 자료처리 결과와 음압의 변화 양상을 비교하고 그 특징에 대해 고찰해 보고자 한다.

가설 설정

  • EM 계열 장비는 자료취득 단계에서 평지를 가정하여 입사면적을보정하므로 실제 입사면적을 보정하기 전에 평지를 가정한 입사면적 보정치를 복원해야 한다. 평지를 가정한 입사면적 보정치는 Hammerstad (2000)의 입사면적 기본 식으로 부터 산출하여 복원하였고, 경사를 고려한 실제 입사면적 보정치는 식 (1), (2)로 부터 산출 하여 복원 음압에서 소거하여 처리하였다. Depth datagram 포맷의 후방산란 음압은 자료취득 단계에서 EM의 angular response 보정을 수행하지 않은 자료이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
후방산란 자료처리에서 입사면적과 입사각에 따른 산란 효과는 어떻게 구하는가? 또한, MBES는 측선 교차(across-track) 방향으로 넓은 부채꼴 형태의 음파를 발사하므로 음파의 해저면 입사각에 따라 입사면적과 산란 정도가 달라져, 후방산란 음압 분석에 앞서 음파의 입사각 변화에 대한 자료처리가 선행되어야 한다(Hammerstad, 2000). 일반적으로 후방산란 자료처리에서 입사면적은 해저지형으로부터 산출하여 자료취득 단계에서 기하 보정되며, 입사각에 따른 산란 효과(angular response)는 외곽 빔으로 가면서 음압이 감소하는 경향성을 보이므로 후 처리 단계에서 통계적인 방법으로 정규화(normalization) 한다 (Fernandes and Chakraborty, 2009; Parnum and Gavrilov, 2011). Kongsberg Simrad EM 계열의 장비는 angular response에 대해 파의 산란에 관한 Lambert's law에 기초하여 자료취득 단계에서 처리한다(Llewellyn, 2006).
다중빔 음향 측심기란? 다중빔 음향 측심기(multibeam echo-sounder, MBES)는 넓은 구역의 해저면 특성을 효율적이고 신속하게 평가할 수 있는 원격탐사 방법이다(Siwabessy et al., 2006).
다중빔 음향 측심기는 어느 방향으로 어떤 형태의 음파를 발사하는가? 음파는 해수를 통과하면서 구형발산과 흡수에 의한 에너지 손실로 강도가 감소하며, MBES는 이를 소나 방정식에 따라 자료취득 단계에서 보정함으로써 해저면 특성을 반영하는 후방산란 음압을 계산한다. 또한, MBES는 측선 교차(across-track) 방향으로 넓은 부채꼴 형태의 음파를 발사하므로 음파의 해저면 입사각에 따라 입사면적과 산란 정도가 달라져, 후방산란 음압 분석에 앞서 음파의 입사각 변화에 대한 자료처리가 선행되어야 한다(Hammerstad, 2000). 일반적으로 후방산란 자료처리에서 입사면적은 해저지형으로부터 산출하여 자료취득 단계에서 기하 보정되며, 입사각에 따른 산란 효과(angular response)는 외곽 빔으로 가면서 음압이 감소하는 경향성을 보이므로 후 처리 단계에서 통계적인 방법으로 정규화(normalization) 한다 (Fernandes and Chakraborty, 2009; Parnum and Gavrilov, 2011).
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