[논문]정밀 해저지형 자료 기반 동해 북부 연안(강릉 경포) 서식지 해저면 환경 특성 연구

이명훈; 노현수; 이희갑; 박찬홍; 김창환

doi:10.9719/eeg.2020.53.6.729

정밀 해저지형 자료 기반 동해 북부 연안(강릉 경포) 서식지 해저면 환경 특성 연구
Analysis of Seabottom and Habitat Environment Characteristics based on Detailed Bathymetry in the Northern Shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung) 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.6, 2020년, pp.729 - 742

이명훈 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터) , 노현수 (한국해양과학기술원 동해연구소 동해환경연구센터) , 이희갑 (한국해양과학기술원 동해연구소 동해환경연구센터) , 박찬홍 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터) , 김창환 (한국해양과학기술원 동해연구소 독도전문연구센터)

초록
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본 연구는 강릉 경포해변에서 약 500 m 거리에 위치한 노출암인 십리바위 주변에 발달한 사질-수중암반 해역에 대한 해저지형자료를 기반으로 해저면영상 및 수중영상과 드론영상 등을 중첩하고 통합 분석하여 동해 북부 연안 서식지의 해저면 환경 특성을 분석하고자 하였다. 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역을 연구 범위로 선정하고 총 3회 현장자료를 획득하였다. 무인도서인 십리바위는 크게 2 개 노출암과 주변의 여러 돌출암, 노출암 및 수중암초들이 작은 군도 형태를 이루며 형성되어 있다. 십리바위 서쪽으로는 약 200 ~ 300 개의 인공구조물들에 의한 해중림초가 조성되어 있다. 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 범위 해역의 수중암반지대는 수심 약 9 m ~ 11 m 범위 내에서 주로 발달해 있으며, 노출된 십리바위 남서쪽 주변으로는 암반지대가 수면 위에서부터 해저면으로 연장되어 발달된 특징을 보이고 있다. 동남쪽의 수심 약 10 m ~ 13 m 해역에는 가장 넓은 수중암반지대가 나타난다. 십리바위 주변해역은 총 4 가지 Type의 해저면 환경 특성이 나타나는데, 수중암반지대(Type I)가 가장 많이 분포하고 있다. 수중암반지대가 발달한 구간 주변이나 사이 및 십리바위 서쪽 방향의 경포해변으로 이어지는 해역은 연성기반의 사질 퇴적층이 나타나며, 조립한 사질 퇴적층이 형성되어 있는 구간(Type II: gS(gravelly Sand)과 세립한 사질 퇴적층구간(Type III: S(Sand)으로 나뉘어 분포하는 특징을 보이고 있다. 십리바위의 서쪽해역 일부 구간에는 인공적으로 형성된 해중림초(TypeIV)가 조성되어 있다. 수중 합성영상 촬영 범위인 십리바위 북서쪽의 약 10 m × 10 m의 수중암반지대에 형성되어 있는 서식지에는 해조류(약 6종), 해면동물(약 2종), 극피동물(약 3종), 연체동물(약 3종) 그리고 척삭동물(약 2종) 등이 우점하여 서식하고 있는 것으로 나타나고 있다. 수면 위 십리바위 조간대 범위에는 두드럭배말, 굵은줄격판담치 등의 연체동물과 거북손, 조무래기따개비 등의 절지동물들이 서식하고 있으며 그 범위와 분포 양상을 해저지형자료와 드론영상을 통합 분석한 자료에서 파악이 가능하다. 본 연구에서 파악하고 확인한 십리바위 및 주변 해역의 서식지 환경 특성은 해저지형자료를 기반으로 해저면영상, 표층퇴적물 시료, 수중영상 그리고 드론영상 등의 자료들을 통합 분석한 결과로 2차원의 분석 자료들을 3차원의 시각화된 주제도로 도출함으로써 해저지형 특성에 따른 서식 환경 특성 연구에 기여하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyze seabottom conditions and characteristics integrated with topographic data, seafloor mosaic, underwater images and orthophoto(drone) of soft-hard bottom area around the Sib-Ri rock in the northern shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung). We obtained field survey data around the Sib-Ri rock(about 600 m × 600 m). The Sib-Ri rock is formed by two exposed rocks and surrounding reef. The artificial reef zone made by about 200 ~ 300 structures is shown the western area of the Sib-Ri rock. The underwater rock region is extended from the southwestern area of the exposed the Sib-Ri rock with 9 ~ 11 m depth range. The most broad rocky seabottom area is located in the southwestren area of the Sib-Ri rock with 10 ~ 13 m depth range. The study area were classified into 4 types of seabottom environment based on the analysis of bathymetric data, seafloor mosaics, composition of sediments and images(underwater and drone). The underwater rock zones(Type I) are the most distributed area around the Sib-Ri Rock(about 600 m × 600 m). The soft seabottom area made by sediments layer showed 2 types(Type II: gS(gravelly Sand), Type III: S(Sand)) in the areas between underwater rock zones and western part of the Sib-Ri rock(toward Gyeongpo Beach). The artificial reef zone with a lot of structures is located in the western part of the Sib-Ri rock. Marine algae(about 6 species), Phylum porifera(about 2 species), Phylum echinodermata(about 3 species), Phylum mollusca(about 3 species) and Phylum chordata(about 2 species) are dominant faunal group of underwater image analysis area(about 10 m × 10 m) in the northwestern part of the Sib-Ri rock. The habitat of Phylym mollusca(Lottia dorsuosa, Septifer virgatus) and Phylum arthropoda(Pollicipes mitella, Chthamalus challengeri hoek) appears in the intertidal zone of the Sib-Ri rock. And it is possible to estimate the range and distribution of the habitat based on the integrated study of orthphoto(drone) and bathymetry data. The integrated visualization and mapping techniques using seafloor mosaic images, sediments analysis, underwater images, orthophoto(drone) and topographic data can provide and contribute to figure out the seabottom conditions and characteristics in the shore of the East Sea.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Location of the study area in the northern shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung).
그림 Fig. 2. The result of topographic map around the Sib-Ri rock study area(about 600 m × 600 m) in the northern shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung).
그림 Fig. 3. Location of Underwater rock and artificial reef area around the Sib-Ri rock (a) Underwater rock area of the southeastern part of the Sib-Ri rock (b) Underwater rock area of the northern part of the Sib-Ri rock (c) Artificial reef area of the western part of the Sib-Ri rock.
그림 Fig. 4. Analysis of integrated visualization using the topographic map and seafloor backscatter image (a) bathymetry data around the Sib-Ri rock (b) side scan sonar data around the Sib-Ri rock (c) schematic diagram of the process of integrated visualization.
그림 Fig. 5. Seafloor classification analysis around the Sib-Ri rock (a) standard deviation of side scan sonar mosaic data (b) slope as derived from bathymetry data (c) side scan sonar mosaic image (d) surface sediment samples around the Sib-Ri rock (e) classified map based on integration using bathymetry data, side scan sonar data and sediment samples.
표 Table 1. Classification of sediment type according to surface sediments analysis, bathymetry data and seafloor image
그림 Fig. 6. Analysis of integrated visualization using topographic map and underwater images (a) index map of integrated visualization study area (b) merged underwater image for integrated visualization (c) schematic diagram of the process of integrated visualization (d) the result of integrated visualization using bathymetry data and underwater image.
그림 Fig. 7. The distribution patterns of marine flora and fauna in the seabottom habitat environment around the Sib-Ri rock(about 10 m × 10 m).
그림 Fig. 8. Analysis of integrated visualizing based on topographic map and drone images (a) bathymetry data(about 600 m × 600 m) (b) orthophoto by drone (c) result of integrated visualization using bathymetry data and orthophoto around the Sib-Ri rock.
그림 Fig. 9. Analysis of habitat characteristics based on orthophoto(drone) of intertidal zone around the Sib-Ri rock.
그림 Fig. 10. The seabed characteristic derived from integrated visualization results by bathymetry and drone images (a) sub-bottom rock area of the southwestern part of the Sib-Ri rock (b) marine algae area of the northen part of the Sib-Ri rock.

AI 본문요약
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문제 정의

한국해양과학기술원은 동해 연안 연구의 일환으로 사질-수중암반 해역을 대표하는 연구거점들은 선정하여 해저면 환경 특성에 따른 서식지환경 연구를 수행 중에 있다. 본 연구는 동해 북부인 강릉 경포해변에서 약 500 m 거리에 발달해 있는 십리바위 주변의 사질-수중암반 해역에 대한 해저지형자료를 기반으로 해저면영상 및 수중영상과 드론영상 등을 중첩하고 통합 분석하여 동해북부 연안 서식지의 해저면 환경 특성을 분석하고자 하였다(Fig. 1). 동해 북부 연안인 강릉의 해안 지형은 크게 암석해안과 사질해안으로 나눌 수 있는데 산지가 해안가까지 내려오는 안인항 이남의 해안은 암석해안이며, 사질해안은 안인항 이북의 강동면 안인리부터 주문진읍 신리천 하구까지 매우 길게 발달해 있다(Kim and Hwang, 2011).
해수면과 맞닿은 십리바위 조간대 범위에는 두드럭배말, 굵은줄격판담치 등의 연체동물과 거북손, 조무래기따개비 등의 절지동물들의 서식 여부 및 분포 양상을 해저 지형자료와 드론 정사영상을 이용하여 비교 분석하였다. 본 연구는 십리바위 및 주변해역과 주요 서식지의 특성을 해저 지형자료, 해저면영상, 표층퇴적물 시료, 수중영상 그리고 드론영상 등의 각 연구 결과들을 활용하여 통합 분석하고 해저면 환경 특성을 도출하였으며, 이를 통해 정밀한 해저지형자료 기반의 다양한 통합 주제 도를 작성하고 해저면 서식환경 특성 분석에 활용하고자 하였다.
해저 지형 특성을 나타내는 정밀 지형 자료와 해저면 환경 특성을 표현하는 해저면 영상 자료를 중첩한 주제도는 3차원의 지형 기복과 2차원의 음영 기복 및 영상 특성을 하나의 통합된 시각화 자료로 표현하고 있다. 즉, 본 연구에서 작성한 십리바위 주변 해역의 해저면 환경 특성에 대한 통합·중첩 주제도는 해저지형 특성들을 수심구배에 따른 색으로 표현된 자료가 아닌 사질·수중암반지대와 퇴적층 그리고 해중림초(인공어초 조성 구역) 등의 해저면 특성들을 실제 해당 구간의 해저면 환경 특성을 나타내는 음영기복의 영상자료로 나타내고자 하였다. 해저면 영상의 음영 기복은 음향신호의 반사강도를 반영하는 값으로 암반과 표층 퇴적물 등 해저면의 저질 분포 상태를 파악하는데 필요한 자료이다(Fig.

제안 방법

all(Kongsberg Simard Raw Data Format))의 입력(Import) 및 변환(Conversion)부터 오 측 된 수심자료의 보정에 관한 일련의 후처리 프로세스 수행이 가능하여, 획득한 수심자료에 대한 위치 (Navigation) 보정, 자세(Attitude) 보정, 음속(Sound Velocity) 보정, 조위(Tide) 보정 등의 후처리와 보정프로세스를 수행 완료하였다. Hips & Sips의 Swath Editor와 Subset Editor 프로세스를 활용하여 원시 자료에 기록된 오측값(Roll, Ptich, Heave 오류, 난반사 신호 등)들을 선별 및 보정하여 최종 결과를 도출하였다(CARIS, Hips & Sips, 2020). 최종 작성한 해저 지형자료는 Fledermaus 프로그램으로 3차원 해저지형도로 구현하고 해저면 영상도와 정사영상(수중영상, 드론 영상) 등 2차원 주제도들과 통합·중첩 분석 수행하는 과정에서 기반 자료로 활용하였다.
Hips & Sips 프로그램은 원시 자료(*.all(Kongsberg Simard Raw Data Format))의 입력(Import) 및 변환(Conversion)부터 오 측 된 수심자료의 보정에 관한 일련의 후처리 프로세스 수행이 가능하여, 획득한 수심자료에 대한 위치 (Navigation) 보정, 자세(Attitude) 보정, 음속(Sound Velocity) 보정, 조위(Tide) 보정 등의 후처리와 보정프로세스를 수행 완료하였다. Hips & Sips의 Swath Editor와 Subset Editor 프로세스를 활용하여 원시 자료에 기록된 오측값(Roll, Ptich, Heave 오류, 난반사 신호 등)들을 선별 및 보정하여 최종 결과를 도출하였다(CARIS, Hips & Sips, 2020).
해저면영상 자료(*.jsf(EdgeTech Raw Data Format))의 입력 및 변환, 모자이크(Mosaic) 생성, 영상 기록의 위치 보정, 수주 기록(Water column) 보정 및 영상 기록 보정(AGC(Automatic Gain Control), BAC(Beam Angle Correction), UGC(User-defined Gain Control), TVG(Time varied Gain)) 등의 일련의 후처리 프로세스 과정을 수행하여 정밀 수심 자료와 동일한 범위에 대한 해저면 영상도(GeoTiff) 결과를 도출하였다(Chesapeake Technology, SonarWiz, 2017). 수중과학 잠수조사에 의해 획득한 수중영상자료는 약 900~1, 200 장의 개별 영상을 합성한 약 10m×10m 크기의 수중정사영상으로 영상에 대한 위치(좌표) 값의 부여가 필요한 자료이다.
5). 경성기질의 수중암반(TypeI)과 인공적으로 조성된 해중림초(TypeIV) 구간은 복잡한 지형 굴곡들로 주변 사질퇴적층과 구분이 가능하여 해저면 영상에서 추출한 Standard deviation값을 해저지형자료 기반경사도 분석과 참조하여 파악하였으며(Fig. 2, Fig. 5a, 5b), 사질퇴적층 구간은 해저면 영상의 산란강도와 실제 획득한 표층퇴적물 입도 분석 자료를 참조하여 조립질이 우세한 구간과 세립한 사질 퇴적층이 형성되어 있는 해역을 구분하였다(Fig. 5c, 5d, Table 1). 이를 기반으로 해저면 분류도를 작성하였다(Fig.
동해 북부 연안의 강릉 경포해변에 위치해 있는 십 리 바위를 주변으로 발달한 사질-수중암반 해역에 대하여 해저지형 및 해저면 환경 특성을 파악하고 분류하였다. 해저지형자료를 기반으로 하고 해저면영상 자료, 표층퇴적물 분석 결과, 수중영상 그리고 드론영상을 활용하여 각 자료를 비교하고 통합하여 주제도를 작성하고 해저면 환경 특성 결과를 도출하였다.
드론영상 자료와 해저지형자료의 통합·중첩한 분석은 십리바위 중 해수면 위로 드러난 노출암을 중심으로 촬영한 수직상공 정사영상을 기반으로 하였다. 십리 바위 노출암 및 바로 주변부의 수심 약 5 m 이내 범위는 수심자료의 획득이 불가하여 지형자료의 공백이 있으며, 이를 제외하고 드론영상 자료와 해저지형이 중첩되는 구간만 맵핑 분석을 수행하였다.
십리바위 주변에서 획득한 총 7 정점의 표층퇴적물 시료는 정점별 입도분석 및 TOC 분석 결과를 기반으로 해저지형자료, 해저면영상 자료와 비교하여 해저면 환경 특성 분석에 활용하였다. 드론을 이용한 영상분석은 십리바위의 해수면 위로 드러난 노출암 구간을 대상으로 하였으며, 고도 약 150 m 이내에서 약 250 장의 개별 영상을 촬영하여 수집된 영상을 Agisoft Meta shape 프로그램을 통해 후처리 및 보정 후 개별 영사들을 정합하여 정사 영상을 작성하였다(Agisoft, Metashape, 2020).
해저면 환경 특성 분석의 기반자료인 정밀 해저 지형자료는 십리바위 주변해역에 대한 3차원 지형 기복 도로서 약 600 m × 600 m 크기이며 동일한 범위 해역의 해저면영상 자료를 활용하였다. 또한 해저지형과 해저면영상 자료를 통합 분석한 해역 범위 내에서 실제로 획득하고 분석한 7 개 정점의 표층퇴적물 시료를 통합·중첩 분석 결과와 비교하여 해저면 환경 특성을 분류하는데 활용하였다. 해저지형자료와 해저면 영상자료의 중첩 분석을 위해 동일한 UTM좌표계(WGS84 52N)로 작성하고 Fledermaus 프로그램을 활용하여 두 자료에 대한 각각의 레이어(object)를 생성하여 해저면 환경 특성 주제도로 합성하였다(QPS, Fledermaus) (Fig.
십리 바위 노출암 및 바로 주변부의 수심 약 5 m 이내 범위는 수심자료의 획득이 불가하여 지형자료의 공백이 있으며, 이를 제외하고 드론영상 자료와 해저지형이 중첩되는 구간만 맵핑 분석을 수행하였다. 십리 바위를 중심으로 촬영하고 합성한 총 약 24, 100 m² 범위의 드론영상 자료 중에서 해저지형자료와 드론 영상을 중첩 분석한 범위는 십리바위 노출암 및 주변 일부를 제외한 약 11,000 m² 범위에 해당한다(Fig.
십리바위 주변에 형성된 사질·수중암반 해역의 해저면 환경 특성을 파악하고자 정밀 해저지형자료를 기반으로 해저면영상 자료와 표층퇴적물 분석 자료를 통합 ·중첩하여 해저면 환경 특성 주제도를 작성하고 분석하였다. 해저면 환경 특성 분석의 기반자료인 정밀 해저 지형자료는 십리바위 주변해역에 대한 3차원 지형 기복 도로서 약 600 m × 600 m 크기이며 동일한 범위 해역의 해저면영상 자료를 활용하였다.
이를 위해 수중영상 자료를 획득한 구역의 네 모서리 좌표값을 현장 잠수조사 수행 시 DGPS 시스템을 활용하여 획득하였으며, 이를 기반으로 최종 합성한 정사영상에 위치값을 부여하고 GeoTiff 자료로 변환하고 작성하였다. 십리바위 주변에서 획득한 총 7 정점의 표층퇴적물 시료는 정점별 입도분석 및 TOC 분석 결과를 기반으로 해저지형자료, 해저면영상 자료와 비교하여 해저면 환경 특성 분석에 활용하였다. 드론을 이용한 영상분석은 십리바위의 해수면 위로 드러난 노출암 구간을 대상으로 하였으며, 고도 약 150 m 이내에서 약 250 장의 개별 영상을 촬영하여 수집된 영상을 Agisoft Meta shape 프로그램을 통해 후처리 및 보정 후 개별 영사들을 정합하여 정사 영상을 작성하였다(Agisoft, Metashape, 2020).
4b). 십리바위 주변의 약 600 m × 600 m 해역은 4가지 Type의 해저면 환경 특성으로 구분되는데, 해저지형자료와 해저면 영상 자료를 기반으로 수중암반지대와 해중림초(인공어초 구간)의 범위와 분포를 파악하였다. 영상 기반 분석으로 명확한 구분이 어려운 해역은 표층퇴적물 입도 분석 결과를 활용하여 퇴적층 구간의 해저면 환경 특성을 확인하였다(Fig.
십리바위 주변해역(약 600 m × 600 m) 현장에서 획득한 원시자료(정밀 해저지형 자료, 해저면영상 자료, 수중영상 및 드론영상 자료)들에 대한 후처리 및 보정작업을 완료한 후, 정밀 해저지형 자료를 기반으로 해저지형도, 해저면 영상도, 해저면 환경 특성도 등 맵핑분석을 위한 해저지형 기반 주제도를 작성하였다(Lee, 2015; Lee et al., 2016). 주제도는 WGS84 타원체 기준 UTM52N 좌표체계로 작성하여 통합 및 중첩 분석이 가능하도록 하였다.
십리바위 주변해역(약 600 m × 600 m)에서 획득하고 분석한 정밀 해저지형자료를 기반으로 해저면 영상 및 표층퇴적물 분석 자료와 수중영상 및 드론 영상 등을 분석하여 십리바위 주변해역에 대한 해저지형 기반 통합·중첩 주제도를 작성하여 해저면 환경 특성을 분석하였다.
십리바위 주변의 약 600 m × 600 m 해역은 4가지 Type의 해저면 환경 특성으로 구분되는데, 해저지형자료와 해저면 영상 자료를 기반으로 수중암반지대와 해중림초(인공어초 구간)의 범위와 분포를 파악하였다. 영상 기반 분석으로 명확한 구분이 어려운 해역은 표층퇴적물 입도 분석 결과를 활용하여 퇴적층 구간의 해저면 환경 특성을 확인하였다(Fig. 5). 경성기질의 수중암반(TypeI)과 인공적으로 조성된 해중림초(TypeIV) 구간은 복잡한 지형 굴곡들로 주변 사질퇴적층과 구분이 가능하여 해저면 영상에서 추출한 Standard deviation값을 해저지형자료 기반경사도 분석과 참조하여 파악하였으며(Fig.
5c, 5d, Table 1). 이를 기반으로 해저면 분류도를 작성하였다(Fig. 5e). 십리바위 주변은 경성기질의 수중암반지대(TypeI)가 가장 많은 구간에서 나타나고 있으며 십리바위 노출암에서부터 해수면 아래로 연장되어 발달해 있거나 십리바위 기준 동쪽과 북쪽해역에서 주로 형성되어 있는 특징을 보이고 있다.
수중과학 잠수조사에 의해 획득한 수중영상자료는 약 900~1, 200 장의 개별 영상을 합성한 약 10m×10m 크기의 수중정사영상으로 영상에 대한 위치(좌표) 값의 부여가 필요한 자료이다. 이를 위해 수중영상 자료를 획득한 구역의 네 모서리 좌표값을 현장 잠수조사 수행 시 DGPS 시스템을 활용하여 획득하였으며, 이를 기반으로 최종 합성한 정사영상에 위치값을 부여하고 GeoTiff 자료로 변환하고 작성하였다. 십리바위 주변에서 획득한 총 7 정점의 표층퇴적물 시료는 정점별 입도분석 및 TOC 분석 결과를 기반으로 해저지형자료, 해저면영상 자료와 비교하여 해저면 환경 특성 분석에 활용하였다.
이와 같이 동해 연안의 대표적인 해저면 환경인 사질-수중 암반 해역이 같이 나타나는 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역 범위에서 현장조사를 수행하여 정밀해저 지형, 해저면영상, 표층퇴적물, 정사영상(수중영상, 드론영상) 자료를 직접 획득하고 분석하여 동해 북부의 사질·수중암반 대표거점인 십리바위 주변의 해저지형 및 해저면 환경 특성을 파악하였다.
주제도는 WGS84 타원체 기준 UTM52N 좌표체계로 작성하여 통합 및 중첩 분석이 가능하도록 하였다. 정밀 해저지형 자료는 CARIS사의 Hips & Sips를 활용하여 원시 수심 자료의 후처리 및 보정 작업을 수행하였다. Hips & Sips 프로그램은 원시 자료(*.
10 m × 10 m 크기의 수중 정사영상은 수중 과학잠수 다이버에 의해 직접 촬영된 약 900 ~ 1, 200 장의 개별 영상을 하나로 정합한 결과이다. 정밀해저 지형자료를 분석한 범위 내 포함되는 구간으로 획득한 수중 정사영상을 해저지형자료와 동일한 UTM좌표계(WGS84 52N)로 변환하여 해저지형자료와 중첩· 통합하여 분석하였다(Fig. 6). 해저지형을 기반으로 수중영상 자료를 통합·중첩하여 작성한 주제도는 실제 서식지의 해저면 환경 정보를 담고 있는 2 차원의 고해상도 수중 정사영상을 3 차원의 해저지형자료와 통합함으로서, 수중 정사영상에서 확인되는 해조류나 부착생물 등의 영상 정보를 지형적 특성과 같이 분석이 가능하도록 통합한 시각화 자료이다.
연구범위에 포함되는 해역에 대한 전체 범위의 수심자료를 획득하고자 하였으나, 십리바위와 바로 인접한 근접해역은 수심이 약 2 m 내외로 매우 얕고 불규칙한 돌출암 및 암초 등의 장애요소들로 인해 일부 해역의 측심자료를 획득하지 못하였다. 조사선의 접근이 어려운 구간에 대해서는 다중빔음향측심기를 조사선박의 바깥 방향으로 20° 기울여 고정하고 설치하여 음향신호의 도달 범위를 최대한 확대한 상태로 수심 자료를 획득하였다.
, 2016). 주제도는 WGS84 타원체 기준 UTM52N 좌표체계로 작성하여 통합 및 중첩 분석이 가능하도록 하였다. 정밀 해저지형 자료는 CARIS사의 Hips & Sips를 활용하여 원시 수심 자료의 후처리 및 보정 작업을 수행하였다.
Hips & Sips의 Swath Editor와 Subset Editor 프로세스를 활용하여 원시 자료에 기록된 오측값(Roll, Ptich, Heave 오류, 난반사 신호 등)들을 선별 및 보정하여 최종 결과를 도출하였다(CARIS, Hips & Sips, 2020). 최종 작성한 해저 지형자료는 Fledermaus 프로그램으로 3차원 해저지형도로 구현하고 해저면 영상도와 정사영상(수중영상, 드론 영상) 등 2차원 주제도들과 통합·중첩 분석 수행하는 과정에서 기반 자료로 활용하였다. 해저면영상 자료의 후처리 및 보정은 Chesapeake Technology사의 SonarWiz 프로그램을 활용하였다.
해당 모델은 Full Spectrum의 CHIRP Pulse Type을 지원하고, 400/900 kHz 또는 600/1600 kHz의 듀얼 주파수 운용이 가능한 고해상도 해저면영상 탐사기이다. 표층퇴적물 시료는 Smith Mcintyre Grab 채취기를 활용하였으며, 드론촬영은 DJI사의 Phantom4 Pro를 운용하여 십리바위의 해수면 위 노출 범위에 대한 수직 상공 정사영상을 촬영하였다. 연구범위에 포함되는 해역에 대한 전체 범위의 수심자료를 획득하고자 하였으나, 십리바위와 바로 인접한 근접해역은 수심이 약 2 m 내외로 매우 얕고 불규칙한 돌출암 및 암초 등의 장애요소들로 인해 일부 해역의 측심자료를 획득하지 못하였다.
수중영상 자료와 연계 분석한 십리바위 북서쪽의 수중 서식지 환경은 수심 약 6 m ~ 9 m 범위에 형성된 수중 암반 지대 구간에는 해조류(약 6종), 해면동물(약 2종), 극피동물(약 3종), 연체동물(약 3종) 그리고 척삭동물(약 2종) 등이 서식하고 있는데, 둥근성게의 경우 범위 내전 구간에서 나타나는 특징을 보이고 있다. 해수면과 맞닿은 십리바위 조간대 범위에는 두드럭배말, 굵은줄격판담치 등의 연체동물과 거북손, 조무래기따개비 등의 절지동물들의 서식 여부 및 분포 양상을 해저 지형자료와 드론 정사영상을 이용하여 비교 분석하였다. 본 연구는 십리바위 및 주변해역과 주요 서식지의 특성을 해저 지형자료, 해저면영상, 표층퇴적물 시료, 수중영상 그리고 드론영상 등의 각 연구 결과들을 활용하여 통합 분석하고 해저면 환경 특성을 도출하였으며, 이를 통해 정밀한 해저지형자료 기반의 다양한 통합 주제 도를 작성하고 해저면 서식환경 특성 분석에 활용하고자 하였다.
해저지형자료를 기반으로 하고 해저면영상 자료, 표층퇴적물 분석 결과, 수중영상 그리고 드론영상을 활용하여 각 자료를 비교하고 통합하여 주제도를 작성하고 해저면 환경 특성 결과를 도출하였다. 십리바위 주변 해역에는 4가지 Type의 해저면 환경 특성이 나타나고 있으며, 수중암반지대가 가장 많은 비율로 분포하는 특징을 보이고 있다.
또한 해저지형과 해저면영상 자료를 통합 분석한 해역 범위 내에서 실제로 획득하고 분석한 7 개 정점의 표층퇴적물 시료를 통합·중첩 분석 결과와 비교하여 해저면 환경 특성을 분류하는데 활용하였다. 해저지형자료와 해저면 영상자료의 중첩 분석을 위해 동일한 UTM좌표계(WGS84 52N)로 작성하고 Fledermaus 프로그램을 활용하여 두 자료에 대한 각각의 레이어(object)를 생성하여 해저면 환경 특성 주제도로 합성하였다(QPS, Fledermaus) (Fig. 4). 해저 지형 특성을 나타내는 정밀 지형 자료와 해저면 환경 특성을 표현하는 해저면 영상 자료를 중첩한 주제도는 3차원의 지형 기복과 2차원의 음영 기복 및 영상 특성을 하나의 통합된 시각화 자료로 표현하고 있다.
본 연구는 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역을 주요 연구 범위로 선정하였으며, 대상 해역 내에서 정밀 해저지형 자료, 해저면영상 자료, 표층 퇴적물 시료, 수중영상, 드론영상을 획득하였다. 현장조사 수행 및 자료 획득은 총 3회 수행하였다. 해상 조사 시에는 십리바위 주변부로 노출암, 돌출암 등의 암초들로 인하여 수심이 불규칙하고 얕은 복잡한 해저면이 발달해 있어서 전용 연구선(한국해양과학기술원 보유 연구선)보다 작은 규모의 접근이 용이한 소형 선박에 조사 장비를 설치하여 활용하였다.

대상 데이터

해상 조사 시에는 십리바위 주변부로 노출암, 돌출암 등의 암초들로 인하여 수심이 불규칙하고 얕은 복잡한 해저면이 발달해 있어서 전용 연구선(한국해양과학기술원 보유 연구선)보다 작은 규모의 접근이 용이한 소형 선박에 조사 장비를 설치하여 활용하였다. 2017년 3월 20일부터 3월 25일까지 정밀 해저지형 자료와 해저면영상 자료를 획득하였으며, 2017년 7월 18일에는 십리바위의 해수면 위 노출 구역에 대한 드론 촬영을 하였다. 표층퇴적물 획득은 2017년 7월 26일에 총 10개 정점에서 수행하였으나, 해저 암반으로 인해 시료 획득이 불가한 십리바위 주변 3개 정점을 제외한 총 7개 정점에서 퇴적물 시료를 획득하였다.
1. Location of the study area in the northern shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung).
2. The result of topographic map around the Sib-Ri rock study area(about 600 m × 600 m) in the northern shore of the East Sea(Gyeongpo Beach, Gangneung).
동해 북부 연안인 강릉의 해안 지형은 크게 암석해안과 사질해안으로 나눌 수 있는데 산지가 해안가까지 내려오는 안인항 이남의 해안은 암석해안이며, 사질해안은 안인항 이북의 강동면 안인리부터 주문진읍 신리천 하구까지 매우 길게 발달해 있다(Kim and Hwang, 2011). 길게 발달한 사질해안을 따라서 소규모의 암석해안이 돌출부를 이루고 있는데, 본 연구 대상인 십리바위 역시 강릉 경포해변에 위치한 노출암으로 사질해역과 암반해역이 같이 발달한 지역이다. 십리바위 섬의 형상은 돔(dome)형태이고, 수평·수직 절리면을 따라 파식에 의한 침식이 진행되고 있으며, 본래 하나의 연결된 섬이었으나 해식노치에 의해 해수면 위로 비슷한 규모의 2개 바위섬(십리바위 1(836 m²), 십리바위 2(909 m²))으로 분리되어 있다.
동해 북부 연안에 해당하는 강릉 경포 해역에서 현장조사를 수행하고 자료를 획득하였다. 본 연구는 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역을 주요 연구 범위로 선정하였으며, 대상 해역 내에서 정밀 해저지형 자료, 해저면영상 자료, 표층 퇴적물 시료, 수중영상, 드론영상을 획득하였다.
수행하고 자료를 획득하였다. 본 연구는 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역을 주요 연구 범위로 선정하였으며, 대상 해역 내에서 정밀 해저지형 자료, 해저면영상 자료, 표층 퇴적물 시료, 수중영상, 드론영상을 획득하였다. 현장조사 수행 및 자료 획득은 총 3회 수행하였다.
수중 서식지 정사영상 분석은 수중과학잠수 조사를 통해 직접 촬영한 영상 자료를 활용하였는데, 십리바위에서 북서쪽으로 약 70 m 거리에 형성된 수중암반지대 해역을 대상으로 한 약 10 m × 10 m 크기 범위이다. 10 m × 10 m 크기의 수중 정사영상은 수중 과학잠수 다이버에 의해 직접 촬영된 약 900 ~ 1, 200 장의 개별 영상을 하나로 정합한 결과이다.
jsf(EdgeTech Raw Data Format))의 입력 및 변환, 모자이크(Mosaic) 생성, 영상 기록의 위치 보정, 수주 기록(Water column) 보정 및 영상 기록 보정(AGC(Automatic Gain Control), BAC(Beam Angle Correction), UGC(User-defined Gain Control), TVG(Time varied Gain)) 등의 일련의 후처리 프로세스 과정을 수행하여 정밀 수심 자료와 동일한 범위에 대한 해저면 영상도(GeoTiff) 결과를 도출하였다(Chesapeake Technology, SonarWiz, 2017). 수중과학 잠수조사에 의해 획득한 수중영상자료는 약 900~1, 200 장의 개별 영상을 합성한 약 10m×10m 크기의 수중정사영상으로 영상에 대한 위치(좌표) 값의 부여가 필요한 자료이다. 이를 위해 수중영상 자료를 획득한 구역의 네 모서리 좌표값을 현장 잠수조사 수행 시 DGPS 시스템을 활용하여 획득하였으며, 이를 기반으로 최종 합성한 정사영상에 위치값을 부여하고 GeoTiff 자료로 변환하고 작성하였다.
십리 바위 노출암 및 바로 주변부의 수심 약 5 m 이내 범위는 수심자료의 획득이 불가하여 지형자료의 공백이 있으며, 이를 제외하고 드론영상 자료와 해저지형이 중첩되는 구간만 맵핑 분석을 수행하였다. 십리 바위를 중심으로 촬영하고 합성한 총 약 24, 100 m² 범위의 드론영상 자료 중에서 해저지형자료와 드론 영상을 중첩 분석한 범위는 십리바위 노출암 및 주변 일부를 제외한 약 11,000 m² 범위에 해당한다(Fig. 8, Fig. 9). 해수면 위로 드러난 십리바위는 남-북으로 바위 몸체에 해당하는 큰 규모의 2 개 노출암으로 구성되어 있으며 남쪽의 노출암 주변으로는 작은 규모의 노출 암들이 불규칙하게 형성되어 있다.
2). 연구범위(약 600 m × 600 m 해역) 내의 최대수심은 십리바위 기준 동쪽 끝단으로 약 20 m 수심의 퇴적층 구간이다. 십리바위 기준 동남쪽의 수심 약 10 m ~ 13 m 구간에서 수중암반지대가 가장 넓게 발달해 있는데, 남서-북동 방향으로 약 380 m, 남동-북서 방향으로 단축 약 160 m 크기 범위로 형성되어 있다(Fig.
2017년 3월 20일부터 3월 25일까지 정밀 해저지형 자료와 해저면영상 자료를 획득하였으며, 2017년 7월 18일에는 십리바위의 해수면 위 노출 구역에 대한 드론 촬영을 하였다. 표층퇴적물 획득은 2017년 7월 26일에 총 10개 정점에서 수행하였으나, 해저 암반으로 인해 시료 획득이 불가한 십리바위 주변 3개 정점을 제외한 총 7개 정점에서 퇴적물 시료를 획득하였다. 다중빔 음향측심기(Multibeam Echosounder) 는 R2Sonic사의 Sonic 2020 다중빔 음향측심기를 활용하였다.
해저면 영상 탐사기는 EdgeTech사의 4125 Shallow-Water Side Scan Sonar System으로 수행하였다. 해당 모델은 Full Spectrum의 CHIRP Pulse Type을 지원하고, 400/900 kHz 또는 600/1600 kHz의 듀얼 주파수 운용이 가능한 고해상도 해저면영상 탐사기이다. 표층퇴적물 시료는 Smith Mcintyre Grab 채취기를 활용하였으며, 드론촬영은 DJI사의 Phantom4 Pro를 운용하여 십리바위의 해수면 위 노출 범위에 대한 수직 상공 정사영상을 촬영하였다.
25 cm를 지원한다. 해저면 영상 탐사기는 EdgeTech사의 4125 Shallow-Water Side Scan Sonar System으로 수행하였다. 해당 모델은 Full Spectrum의 CHIRP Pulse Type을 지원하고, 400/900 kHz 또는 600/1600 kHz의 듀얼 주파수 운용이 가능한 고해상도 해저면영상 탐사기이다.
해저면 환경 특성 분석의 기반자료인 정밀 해저 지형자료는 십리바위 주변해역에 대한 3차원 지형 기복 도로서 약 600 m × 600 m 크기이며 동일한 범위 해역의 해저면영상 자료를 활용하였다. 또한 해저지형과 해저면영상 자료를 통합 분석한 해역 범위 내에서 실제로 획득하고 분석한 7 개 정점의 표층퇴적물 시료를 통합·중첩 분석 결과와 비교하여 해저면 환경 특성을 분류하는데 활용하였다.

이론/모형

표층퇴적물 획득은 2017년 7월 26일에 총 10개 정점에서 수행하였으나, 해저 암반으로 인해 시료 획득이 불가한 십리바위 주변 3개 정점을 제외한 총 7개 정점에서 퇴적물 시료를 획득하였다. 다중빔 음향측심기(Multibeam Echosounder) 는 R2Sonic사의 Sonic 2020 다중빔 음향측심기를 활용하였다. Sonic 2020 시스템은 200 ~ 400 kHz 범위의 주파수 운용이 가능하고, 주사 범위(Beam Swath) 는 최대 130° 범위 내에서 동시에 256개 빔의 송수신을 지원하며, 해상도는 약 1.
최종 작성한 해저 지형자료는 Fledermaus 프로그램으로 3차원 해저지형도로 구현하고 해저면 영상도와 정사영상(수중영상, 드론 영상) 등 2차원 주제도들과 통합·중첩 분석 수행하는 과정에서 기반 자료로 활용하였다. 해저면영상 자료의 후처리 및 보정은 Chesapeake Technology사의 SonarWiz 프로그램을 활용하였다. 해저면영상 자료(*.

성능/효과

10 m × 10 m 크기의 수중 정사영상은 수중 과학잠수 다이버에 의해 직접 촬영된 약 900 ~ 1, 200 장의 개별 영상을 하나로 정합한 결과이다. 정밀해저 지형자료를 분석한 범위 내 포함되는 구간으로 획득한 수중 정사영상을 해저지형자료와 동일한 UTM좌표계(WGS84 52N)로 변환하여 해저지형자료와 중첩· 통합하여 분석하였다(Fig.
9). 또한 십리바위에서부터 약 20 m 이내 범위의 근접해역에 분포하는 약 2 m ~ 5 m 규모의 큰 암반이나 바위들에 의한 지형 굴곡들과 드론 영상으로 확인되는 수심 약 3 m 이내 범위의 수중 암반 및 바위들이 잘 일치하는 것으로 판단된다. 이러한 통합 시각화된 연구 결과는 드론영상으로 분석이 가능한 수중 암반 및 바위들에 분포하는 해조류 및 부착생물들의 서식지 환경을 해저지형자료와 맵핑하여 비교·분석이 가능함으로서 지형적 특성에 따른 서식지 환경이 형성된 범위나 형태 등을 파악하는데 활용이 가능할 것으로 보인다(Fig.
kr). 본 연구 범위인 십리바위 주변 약 600 m × 600 m 해역의 수중암반지대는 십리 바위를 중심 약 250 m 반경 내에서 주로 발달해 있으며, 그 수심대는 약 9 m ~ 11 m 범위에서 잘 나타나고 있다(Fig. 2). 연구범위(약 600 m × 600 m 해역) 내의 최대수심은 십리바위 기준 동쪽 끝단으로 약 20 m 수심의 퇴적층 구간이다.
극피동물에 속하는 둥근성게는 10 m × 10 m 범위의 서식지 구간 전 범위내의 암반 표면 및 암반들 사이에서 분포하고 있는 특징을 보이고 있다. 본 연구에서 수행한 통합·중첩 분석은 수중과학잠수 조사와 연구를 기반으로 파악한 서식지 환경 및 생물들의 분포와 범위(십리바위 주변 약 600 m × 600 m)에 비해 약 10 m × 10 m 크기의 제한된 수중 서식지 범위로 인해 그 해역의 전반적인 서식지 환경 특성을 파악하기위한 대표값으로는 나타내기에는 미흡할 수 있다. 그러나 단발성 연구가 아닌 제한된 수중영상 자료 범위에서 수중 서식지 크기 범위는 고정하되 계절적 또는 주기적으로 영상자료를 획득하여 모니터링 분석 개념으로 접근한다면 해저지형 자료를 기반으로 한 수중 서식지 환경 특성 파악에 활용도가 높을 것으로 보인다.

후속연구

본 연구에서 수행한 통합·중첩 분석은 수중과학잠수 조사와 연구를 기반으로 파악한 서식지 환경 및 생물들의 분포와 범위(십리바위 주변 약 600 m × 600 m)에 비해 약 10 m × 10 m 크기의 제한된 수중 서식지 범위로 인해 그 해역의 전반적인 서식지 환경 특성을 파악하기위한 대표값으로는 나타내기에는 미흡할 수 있다. 그러나 단발성 연구가 아닌 제한된 수중영상 자료 범위에서 수중 서식지 크기 범위는 고정하되 계절적 또는 주기적으로 영상자료를 획득하여 모니터링 분석 개념으로 접근한다면 해저지형 자료를 기반으로 한 수중 서식지 환경 특성 파악에 활용도가 높을 것으로 보인다. 또한 해저지형자료와 수중영상 자료를 중첩하고 통합화하는 과정에서 정확한 좌표값에 의한 위치 보정이 요구되는데, 이는 향후 수중 과학잠수 조사 시에 영상자료에 대한 많은 기준점(본 연구에서는 4개의 기준점 활용)과 정확한 방향 정보 등의 확보를 통해 신뢰도를 더 높여야 할 것으로 판단된다.
10). 드론영상과 해저지형자료를 기반으로 한 수중 서식지의 해저면 특성 및 서식 환경 특성의 정확한 분석은 드론 자료와 지형자료의 중첩이 가능한 수심이 얕은 해역에 대한 정확한 수심 측량과 해수면 위의 지형자료를 모두 활용한 분석이 수반된다면 결과의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수심측량 라이다(LiDAR) 또는 초분광센서 등의 연구기법들이 고도화되고 보편화되면 더 좋은 연구 결과를 도출할 수 있을 것으로 생각된다.
그러나 단발성 연구가 아닌 제한된 수중영상 자료 범위에서 수중 서식지 크기 범위는 고정하되 계절적 또는 주기적으로 영상자료를 획득하여 모니터링 분석 개념으로 접근한다면 해저지형 자료를 기반으로 한 수중 서식지 환경 특성 파악에 활용도가 높을 것으로 보인다. 또한 해저지형자료와 수중영상 자료를 중첩하고 통합화하는 과정에서 정확한 좌표값에 의한 위치 보정이 요구되는데, 이는 향후 수중 과학잠수 조사 시에 영상자료에 대한 많은 기준점(본 연구에서는 4개의 기준점 활용)과 정확한 방향 정보 등의 확보를 통해 신뢰도를 더 높여야 할 것으로 판단된다.
또한 십리바위에서부터 약 20 m 이내 범위의 근접해역에 분포하는 약 2 m ~ 5 m 규모의 큰 암반이나 바위들에 의한 지형 굴곡들과 드론 영상으로 확인되는 수심 약 3 m 이내 범위의 수중 암반 및 바위들이 잘 일치하는 것으로 판단된다. 이러한 통합 시각화된 연구 결과는 드론영상으로 분석이 가능한 수중 암반 및 바위들에 분포하는 해조류 및 부착생물들의 서식지 환경을 해저지형자료와 맵핑하여 비교·분석이 가능함으로서 지형적 특성에 따른 서식지 환경이 형성된 범위나 형태 등을 파악하는데 활용이 가능할 것으로 보인다(Fig. 10). 드론영상과 해저지형자료를 기반으로 한 수중 서식지의 해저면 특성 및 서식 환경 특성의 정확한 분석은 드론 자료와 지형자료의 중첩이 가능한 수심이 얕은 해역에 대한 정확한 수심 측량과 해수면 위의 지형자료를 모두 활용한 분석이 수반된다면 결과의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
드론영상과 해저지형자료를 기반으로 한 수중 서식지의 해저면 특성 및 서식 환경 특성의 정확한 분석은 드론 자료와 지형자료의 중첩이 가능한 수심이 얕은 해역에 대한 정확한 수심 측량과 해수면 위의 지형자료를 모두 활용한 분석이 수반된다면 결과의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 향후 수심측량 라이다(LiDAR) 또는 초분광센서 등의 연구기법들이 고도화되고 보편화되면 더 좋은 연구 결과를 도출할 수 있을 것으로 생각된다.
특히 강릉 경포 해변의 해안선은 1년 단위의 계절적 변화가 발생하고 있으며, 기압 및 풍향, 풍속 등에 의한 단기 변화 역시 해변의 북측과 남측에서 뚜렷하여 해변의 급격한 침식 및 퇴적 작용이 나타나는 해역으로 보고 있어서(Lee et al, 2012 ; Lee et al, 2011 ; Lee and Kim, 2007 ; Jung et al, 2004), 십리바위 주변의 인공어초에 대한 직접적인 연구는 수행된 바 없으나, 이 지역 또한 여러 해양물리적인 영향과 외해의 환경 변화 등에 의해 변화를 받고 있을 것으로 판단된다. 향후에 인공어초 주변 해역에 대한 정밀지형 자료를 획득한다면 본 자료(2017년 지형 자료)와 비교하여 그 변동 양상을 파악할 수 있을 것으로 생각된다. 연구범위 내 서쪽으로는 수중암반지대가 형성된 해역보다 지형 굴곡이 잘 나타나지 않는 평탄한 퇴적층이 십리바위 노출암을 기준으로 서쪽 약 170 m 이후부터 발달하여 경포해변의 사질해안까지 완만하게 연장되어 있다.

참고문헌 (14)

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Hips & Sips User Guide(2020), CARIS
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Kim, Y.H. and Hwang, J.H. (2011) Geology Report of the Gangneung-Jumunjin Sheets, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources
Korea Institute of Ocean Science & Technology (2017) 동해 연안 환경생태도(강릉 십리바위)
Lee, C.I., Han, M.H., Jung, H.K., Kim, S.W., Kwon, K.Y., Jeong, H.D., Kim, D.S. and Park, S.E. (2011) TimeSeries Change in Gyeongpo Beach Shoreline in 2009 and 2010, Journal of the Environmental Sciences, v.20, n.11, p.1425-1435.

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Lee, C.I., Jung, H.K., Han, M.H., Lee, J.H. and Kim, K.R. (2012), Abnormal Chage in Gyeongpo Beach Shoreline in June 2012, Journal of the Environmental Sciences, v.21, n.10, p.1287-1295.

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Lee, H.S. and Kim, I.H. (2007) Investigation and Analysis of Shoreline Change using DGPS -Focusing on the Gangnung City Shore in Gangwondo-, Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.20, n.2, p.1-10.

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Lee, M.H., Kim, C.H., Park, C.H., Rho, H.S. and Kim, D.C. (2016) A Study on Integrated Visualization and Mapping Techniques using the Geophysical Results of the Coastal Area of the Dokdo in the East Sea, v.49, n.5, p.381-388.

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Metashape Agisoft User Guide(2020), Agisoft
Ministry of Oceans and Fisheries, http://uii.mof.go.kr
SonarWiz Seabed Characterization User Guide(2017), Chesapeak Technology

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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