[논문]선박용 레이더를 이용한 연안파 계측

박준수

doi:10.3744/snak.2018.55.1.83

선박용 레이더를 이용한 연안파 계측
Measurement of Coastal Waves using Marine Radar 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.55 no.1, 2018년, pp.83 - 91

박준수 (경남대학교 조선해양시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, usefulness of marine radar for water waves measurement in coastal waters is presented. We installed a marine radar to acquire radar images of water wave around light beacon at Jujeon in Ulsan. Also, a series of analysis procedures for obtaining the wave information from the acquired image is described with a schematic diagram. We compared analysis results of radar images with measurement values using wave height gauge at light beacon. In order to improve accuracy of analysis results, detailed water depth information is essential. In conclusion, in case of the use of radar for water waves measurement, it is shown that it is very necessary to increase the accuracy of measurement by consideration of the water depth in the dispersion relation of water waves.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 선박용 X-band 레이더를 이용한 파랑 레이더로 연안파 계측을 수행하였으며 타당성이 있는 해석 결과를 얻기 위한 일련의 과정들에 대한 내용과 해석 결과를 기술하였으며, 통상 해양기상관측 등표에서 계측한 파고에 대한 결과가 신뢰성이 다소 떨어져 정량적인 결과 비교보다는 정성적인 결과 비교를 통하여 다음과 같은 결론을 추론할 수 있었다.
이러한 요구에 대응하기 위해서 그리고 연안파 계측 및 분석에 대한 연구를 통한 우리나라 해양기상기술 분야의 경제적, 사회적 가치를 향상 시기키 위해 본 연구에서는 선박용 X-band 레이더를 이용한 파랑 계측 현장 시험으로 수심의 변화가 파랑에 미치는 영향을 확인하려고 한다. 아울러 본 논문은 파랑계측, 해석, 결론으로 구성되었으며 각각의 항목에서 그 부분에 대한 상세한 기술을 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 두 가지 해석 영역 크기를 사용하였다. 그 영상 크기는 64×64 pixels와 128×128 pixels이며 실제 해상 영역 크기로 환산하면 389×389 m²과 768×768 m²이다.
이러한 요구에 대응하기 위해서 그리고 연안파 계측 및 분석에 대한 연구를 통한 우리나라 해양기상기술 분야의 경제적, 사회적 가치를 향상 시기키 위해 본 연구에서는 선박용 X-band 레이더를 이용한 파랑 계측 현장 시험으로 수심의 변화가 파랑에 미치는 영향을 확인하려고 한다. 아울러 본 논문은 파랑계측, 해석, 결론으로 구성되었으며 각각의 항목에서 그 부분에 대한 상세한 기술을 하였다.
10이다. 여기서 직접적인 파고를 비교하지 않고 등표의 파고와 파랑 레이더의 \(\sqrt{SNR}\)을 비교한 이유는 본 해역에서의 조정전달함수(Modulation Transfer Function, MTF)를 구하지 못하였기에 정량적인 비교가 아닌 정성적인 비교를 하였다. 여기서 \(\sqrt{SNR}\)은 신도대잡음비(signal to noise ratio)의 제급근을 의미하며 SNR은식 (1)과 같이 정의한다.
4의 (a)와 (b)는 상대적으로 (a)는 풍파(wind waves), (b)는 너울(swell)에 가깝다고 볼 수 있다. 이러한 계측된 공간적인 한 영상을 시간적으로 연속된 영상 시리즈를 이용하여 해석을 수행한다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 파랑 레이더는 WaveFinder(이후, WF)라는 상용 제품으로 Fig. 1과 같이 선박용 레이더(안테나), 컴퓨터(데스크탑 또는 노트북), 레이더 스캔 컨버터(Radar Scan Converter, RSC)로 하드웨어가 구성되며 이 시스템은 레이더 신호의 송수신을 통하여 파랑에 대한 정보를 획득한다. 이 때 사용되는 레이더 신호의 종류는 네 가지로 트리거(trigger), 베어링(bearing), 헤딩(heading), 비디오(video)이며 일반적으로 세 가지의 디지털 신호와 한 가지의 아날로그 신호로 파랑 정보를 보여준다.
2는 시스템 운영 GUI로 계측 해상 상태에 대한 여러 가지 정보(파랑 레이더 영상, 파고, 파주기, 파향, 표층류 속력 및 방향, 파랑 스펙트럼 등)를 사용자가 확인할 수 있도록 구성되어 있다. 아울러 계측에 사용된 레이더는 스웨덴 컨실리움사(Consilium Co.)의 선박용 레이더로 사양은 Table 1에 나타내었다.
앞서 밝힌 바와 같이 연속적인 2ⁿ 장의 파랑 레이더 영상을 이용하는데 일반적으로 32장의 영상을 이용하며 본 논문에서도 32장의 영상을 이용하였다. 알고리즘의 핵심은 먼저 계측된 파랑 레이더 영상에서 신호와 잡음으로 분리하는 것이 가장 핵심이다.

성능/효과

결론적으로 파랑 레이더를 도입하여 연안파를 계측할 수 있으나 특히 파고와 파주기의 정도 높은 결과를 얻기 위해서는 대상 해역의 수심에 대한 상세한 정보와 수심에 따른 최적 해석 영역의 공식화가 필요하다는 것을 확인할 수 있었으며 아울러 부이와는 달리 계측된 넓은 해역을 상세하게 해상 상태를 해석 및 파악할 수 있다는 것도 매우 의미 있다고 판단된다.
6은 WF 설치 위치, 해양기상관측 등표 위치 그리고 주전 앞 바다의 레이더 스캐닝 영역을 표시한 그림이다. 그림에서 보는 바와 같이 계측 장비인 WF와 참고용 장비가 설치된 등표까지의 거리는 약 1.9 km 떨어져 있으며 계측 영역 내에 등표가 있어 계측을 통한 데이터를 비교하기는 최적인 것으로 판단되었다. Fig.
10(a)의 네 번째 결과 그래프는 심해파 분산성 관계에도 작은 해석 영역의 \(\sqrt{SNR}\) 값이 높다. 즉 네 개의 결과 그래프를 종합하면 파랑 레이더를 이용하여 천해역에서 계측할 때에는 해저 지형의 변화에 따른 파장, 파향 등이 달라지므로 수심의 변화가 최대한 발생되지 않도록 해석 영역을 줄여서 해석할 필요가 있다.

후속연구

이상의 결론에 대한 추론이 공학적 가치를 높일 수 있도록 향후 본 연구에 대한 다양한 가능성과 깊이 있는 개연성이 고려된 지속적인 연구가 필요함을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해양기상의 대표적인 정보는 무엇이 있는가?	이러한 기대 효과로 해양기상기술은 관측, 분석 및 예보를 통하여 실생활뿐 아니라 각종 산업에 활용하기 위해 많은 비용과 노력을 투자하고 있다. 해양기상의 대표적인 정보에는 조위, 파랑(파고, 파주기, 파향 등), 조류 및 해류(유향, 유속 등), 해상풍(풍향, 풍속 등) 등이 있다. 이들을 관측하기 위해 기상청, 국립해양조사원, 해군 등에서 다양한 장소에 다양한 장비를 설치해서 지속적으로 관측하고 있으며 관측한 자료를 바탕으로 생활 및 산업에 활용할 수 있는 예보를 위한 통계 자료를 도출하고 있다.
	파랑 레이더 영상이란 무엇인가?	파랑 레이더 영상이란 레이더 송신신호(transmitted signal)의 에너지가 해수면에 반사되어 레이더 수신신호(received signal)의 에너지 분포로 레이더 PPI(Plan Position Indicator) 화면에 나타낸 해상에 대한 극좌표 영상을 일컫는다.
	해양기상 관측의 전통적인 방법 중, 파랑에 있어서는 등표보다 부이를 통해 계측값을 신뢰함으로써 생기는 문제는 무엇인가?	해양기상은 인공위성, 레이더, 해양기상관측선, 아르고(ARGO) 플로트 등을 활용하여 관측을 하고 있으나 전통적인 방법은 부이(해양기상부이, 파고부이를 통칭함), 해양기상관측 등표에 기상관측 장비들을 설치하여 계측하는 것으로 주요 해역에 많은 수의 부이와 등표 등이 설치되어 운용되고 있다. 특히 파랑에 있어서는 등표보다는 부이를 통해 계측한 값을 신뢰성하고 있으나 이런 장비들을 설치하고 유지하기 위해서는 많은 시간과 고비용들이 지속적으로 발생하고 있다. 또한 도난 및 선박과의 충돌이나 태풍과 같은 거대한 외력에 의해 파손되거나 유실되는 위험에 항상 노출되어 있다. 그래서 이를 대체하거나 보조할 파랑 계측 장비의 필요성이 대두되고 있다.

참고문헌 (8)

Atanassov, V. Rosenthal, W. & Ziemer, F., 1985. Removal of ambiguity of two-dimensional power spectra obtained by processing ship radar images of ocean waves. Journal of Geophysical Research, 90(C1), pp.1061-1067.

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Hirayama, T. Park, S.G. Hirakawa, Y. & Takayama, T., 2002. Development of a wave field detector using the marine wave radar and measured example. Journal of the Society of Naval Architecture of Japan, 2002(191), pp.51-56.

상세보기
Nieto, J.C. Reichert, K. & Dittmer, J., 1999. Use of nautical radar as a wave monitoring instrument. Coastal Engineering, 37, pp.331-342.

상세보기
Park, G.I. Choi, J.W. Kang, Y.T. Ha, M.K. Jang, H.S. Park, J.S. Park, S.G. & Kwon, S.H., 2006a. The application of marine X-band radar to measure wave condition during sea trial. Journal of Ship and Ocean Technology, 10(4), pp.34-48.

원문보기 상세보기
Park, J.S., 2005. Development of sea surface wave and current monitoring system by using X-band nautical radar. Ph.D. Thesis. Naval Architecture and Ocean Engineering in Pusan National University.
Park, J.S. Park, S.G. Kwon, S.H. Park, G.I. Choi, J.W. Kang, Y.T. & Ha, M.K., 2006b. Development of a wave monitoring system using a marine radar. Journal of Ocean Engineering and Technology, 20(1), pp.37-42.
Park, S.G. Yang, Y.J. Park, J.S. Kwon, S.H. Chung, J.Y. & Ahn, K.S., 2015. Development of sea-surface wind measuring technique using marine X-band radar. Proceeding of the Korean Society of Ocean Engineers, Daejeon, Republic of Korea, October 2015, pp.332-336
Young, I.R. Rosenthal, W. & Ziemer, F., 1985. A three dimensional analysis of marine radar images for determination of ocean wave directionality and surface currents. Journal of Geophysical Research, 90(C1), pp.1049-1059.

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