초록 ▼

본 과제에서는 해양음향을 이용하여 해초의 시공간적인 분포를 파악하고 실시간 모니터링을 위한 시스템 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해서 해양음향을 이용한 해초서식지의 시공간 분포 및 생산성 추정에 대한 연구를 수행하였으며 실제 적용 가능한알고리즘으로 개발하기 위하여 해상실험을 통한 검증을 실시하였다. 1차 년도에는 해초 서식지의 시 공간적인 분포와 해양음향신호와의 상관관계를 확인하였고 음향 데이터와 함께 해초지의 생태학적인 변화를 알아보기 위해 해초의 생물량, 생육밀도, 형태학적인 변화를 조사하고 해초지에 영향을 주는 환경인자 변화를

본 과제에서는 해양음향을 이용하여 해초의 시공간적인 분포를 파악하고 실시간 모니터링을 위한 시스템 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해서 해양음향을 이용한 해초서식지의 시공간 분포 및 생산성 추정에 대한 연구를 수행하였으며 실제 적용 가능한알고리즘으로 개발하기 위하여 해상실험을 통한 검증을 실시하였다. 1차 년도에는 해초 서식지의 시 공간적인 분포와 해양음향신호와의 상관관계를 확인하였고 음향 데이터와 함께 해초지의 생태학적인 변화를 알아보기 위해 해초의 생물량, 생육밀도, 형태학적인 변화를 조사하고 해초지에 영향을 주는 환경인자 변화를 조사하였다. 연구결과 해초 서식지의 분포(서식지, 비서식지), 생육밀도, 해초의 길이 변화에 대한 음향신호와 생태학적 특성의 상관성을 확인하였고 해초의 건강상태와 관련 있는 광합성에의한 산소 공기방울이 음향신호에 끼치는 영향을 확인함으로써 해양음향을 이용한 해초 생육지의 건강상태 관측을 위한 가능성을 확인하였다. 2차 년도에는 실시간 측정된 음향 신호의 처리 기법 연구를 위해 해초의 생산성과 환경요인에 대해 현장관측을통해 조사하고 음향신호와 비교 분석을 하여 해초 생산성 역산 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. 해초 서식지의 광합성률은 생산성에 영향을 미치고 광합성률의 증감은 해수중 산소 공기방울 양의 증감으로부터 추정할 수 있다. 해초 서식지로부터 광합성에 의해서 발생되는 산소 공기방울은 음향신호의 음속 변화와 감쇠를 유발시키기 때문에 공기방울에 의한 음향신호 변화와 해수중 용존 산소량을 비교함으로써 생산성추정 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. 3차 년도에는 1 ,2 차년도 해저면과 해초를 분리하여, 길이 및 분포량 추정하는 알고리즘을 적용하여 시공간적으로 다양한 환경에서 해초 서식지의 실시간 시공간적인 분포 및 생물량 모니터링 시스템 알고리즘에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 연안 해초지 관측 조사를 바탕으로 해양음향을 이용한 해상실험을 실시하였다 음향 실험은 우리나라에서 해초 서식처가 광범위하게 발달한 지역 가운데 하나로 알려져 있는 동대만에서 생산성이 높은 9월과 상대
적으로 해초 생산성이 낮은 2월에 실시되었고 연구된 해초 서식지의 실시간 신호처리알고리즘을 이용하여 해초의 길이 및 분포 비율을 계산함으로써 관측해역에 분포하는 해초의 전체 생물량을 비교하였다. 실시간 모니터링 기법에 이용하기 위하여 음향센서를 직접 예인하는 방법 대신 소형 선박의 오른쪽 중앙부에 예인체를 고정한 후에 약 3-4 knot 속도로 예인하였고 예인 속도는 음향센서 내부의 기울기 센서 및 방위각센서를 파악하여 결정하였다. 조사 지역이 외해에 비해 상대적으로 좁은 만이므로 음향 자료의 정확한 위치 정보를 위하여 GPS 보다 해상도가 높은 DGPS를 연동하여 1초 간격으로 음향자료와 함께 위치정보를 저장하였다. 해초 서식지에서 음향조사 방법으로부터 얻은 자료는 수중 카메라와 현장 채집, 관측해역의 해양특성과 비교하여9월과 2월 동대만 전체의 해초 생물량과 생산성 증감을 모니터링할 수 있었다. 연구결과 해양음향을 적용하여 해초의 수직, 수평적인 공간 분포와 시간에 따른 변화를모니터링 할 수 있었고 해초의 길이 및 밀도 분포를 측정함으로써 관측해역 해초 서식지의 생물량 및 생산성을 추정할 수 있었다.
1) 기존의 관측 방법에 비해 빠른 시간에 해초 서식지의 실시간 모니터링이 가능한 새로운 관측 기법 개발
2) 해양음향을 이용한 해초 서식지의 건강상태 모니터링 기법 제안
3) 해양음향을 이용한 전체 해초 서식지의 생체량 추정 알고리즘 개발
4) 해초 생태계의 장기 모니터링에 응용
5) 연안 해초지의 보호와 복원 기술에 응용 가능성

Abstract ▼

The objective of this research is to observe the distribution of seagrass bed and construct a real time monitoring system for the temporal and spatial distribution and
productivity of seagrass by using ocean acoustic. The inverse calculation algorism is considered to simulate the temporal and spa

The objective of this research is to observe the distribution of seagrass bed and construct a real time monitoring system for the temporal and spatial distribution and
productivity of seagrass by using ocean acoustic. The inverse calculation algorism is considered to simulate the temporal and spatial distribution and productivity of seagrass with ocean acoustic technique, and the algorithm was verified through the field experiment in the various ocean environments as well as in a laboratory. In the
1st year, the relationship between temporal and spatial distribution of seagrass meadow and ocean acoustic signals was validated and the acoustic technique provide
the useful information about variation of seagrass meadow associated with its extension and declining. which can be expected by measurements of the biological
components and environmental factors (DO, SS, wind speed, temperature, mean grain size, stable isotopes). These components also are related to seagrass productivity. As a result, the relationship between the variation of acoustic signals about shoot density, height, and the distribution of seagras meadow and morphological properties is verified by in situ experiments based on the acoustic sonar technique. And the possibility of monitoring a diagnosis of the health state of seagrass meadow through the ocean acoustic was validated with the correlation between acoustic signals and effects of
oxygen air bubble by photosynthesis. In the 2nd year, a study of inverse calculation algorism to reflect seagrass productivity has been conducted by comparing in situ
data of seagrass productivity and environmental factors with a real time acoustic signals. The productivity of seagrass meadow is assumed by increase and decrease of
both oxygen air bubble and dissolved inorganic carbon. As oxygen air bubbles by seagrass photosynthesis induce sound speed variation and the intensity attenuation of
acoustic signals, the algorithm of seagrass meadow productivity was constructed by comapring dissolved oxygen. In the 3th year, the real time monitoring system
algorithm for measuring temporal and spatial distribution of seagrass meadow was applied in various ocean environments by using the inverse algorithm for both
separating seagrass height from seagrass bed by acoustic signal and estimating the shoot density and distribution of seagrass meadow. The acoustic experiments were
conducted with biological components and environmental factors at Dongdae bay where is one of the most productivity seagrass meadow ecosystem. The productivity
of seagrasss meadow was estimated by comparing acoustic signal process algorithm and the in situ seagrass height and density distribution, and the maximum seagrass
biomass at Dondae bay in September was compared with its low biomass in February. Data were collected by using high frequency acoustic sensor, which was
installed with towed body system, and the acosutic survey was carried out along 23 transects with 3-4 knot ship speed by using azimuthal and inclination sensor. The
system was linked to DGPS to collect geo-referenced data and the data of ship's location stored with acoustic data every one second. Additionally, in situ seagrass
distribution has been observed by using underwater cameras and SCUBA diving at four stations in order to compare acoustic data about biomass and productivity of
seagrass meadow. These results apparently demonstrate a possible new technique of marine acoustic. The vertical, horizontal distribution of searass meadow have been
monitored to verify the applicable of the developed acoustic system. In addition, the height of seagrass and density distribution and the biomass and productivity of
seagrass meadow can be estimated by the new acoustic system.
1) Development of new fast real time monitoring system for seagrass meadow distribution
2) Suggestion of a acoustic system for monitoring the health state of seagrass meadow
3) Development of acoustic algorism to estimate to total seagrass biomass
4) Application for the long term monitoring of seagrass ecosystem
5) A possible application for the coastal seagrass conservation and restoration

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ . 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ . 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...13
• 3. 결과및 고찰...23
• 4. 결론...89
• 5. 인용문헌...90