KR101446037B1 - 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조 발생 예찰 시스템 및 이를 이용한 예찰 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조 원격 예찰 시스템 및 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조 원격 예찰 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 라이다(Lidar)를 이용하여 연안의 수면 클로로필-a 농도와 해수(담수)의 수온을 동시에 원격모니터링하여 적조(녹조)의 보다 정확한 예찰이 가능하며 수온 변화에 따른 클로로필-a 농도의 영향성을 파악함으로써 연중 녹조 및 적조의 발생경향을 알 수 있고, 기후변화와 해양 환경 변화에 대한 데이터를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 적조 및 녹조 다발 지역에 대한 조기경보가 가능한 실시간 광대역 감시가 가능하여 조기에 효율적인 방재활동을 가능하게 하여 피해액 감소에 기여할 수 있고, 개인휴대, 선박탑재, 해안고정식 등 다양한 플랫폼 적용이 가능하며 높은 감도, 야간 감시 기능, 실시간 모니터링, 광대역 스캔방식 조사가 가능하다.
Description
본 발명은 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조 원격 예찰 시스템 및 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조 원격 예찰 방법에 관한 것이다.
레이저를 이용한 원격 측정 기술(Laser Remote Sensing)은 세계적으로 지리정보, 기상, 환경, 우주, 원자력, 군사 등 다양한 공공 및 산업부분에서 상용화 수준으로 개발되어 활용되고 있다.
우리나라의 경우에도 황사, 오존 측정 레이저 원격 측정 기술을 도입하여 현장에서 이러한 기술이 활발하게 이용되고 있으며, 해안선 지도 작성 등 국토지리정보 분야에서 활용 가능성도 적극 검토되고 있는 실정이다.
한편, 수온 측정에 관련하여 등록특허 제10-0873980호(2008.12.08)호에는 3차원 온도 모니터링 장치에 관한 것으로, 호소나 해수, 그 밖의 수면 아래에서의 심도별 온도 분포를 사용자가 원하는 횡단면을 따라 원하는 시간간격으로 연속적인 측정을 가능하게 하고, 결과적으로 입체적인 온도 성상 데이터를 제공할 수 있는 3차원 온도 모니터링 장치가 개시되어 있는데, 이는 다중 포인트의 온도를 동시에 측정하는 온도측정수단, 상기 온도측정수단의 심도를 측정하기 위하여 상기 온도측정수단의 하단에 구비되는 자동수위관측기, 상기 온도측정수단 및 자동수위관측기의 입수상태가 유지될 수 있도록 상기 온도측정수단의 하단에 구비되는 추를 포함하여 이루어지는 온도측정부; 상기 온도측정부의 지도 상에서의 지리적인 위치를 측정하는 위치측정부; 상기 온도측정부의 추 반대쪽 일측에 연결되고 또한 상기 위치측정부와 연결되며, 상기 온도측정부에 신호를 보내어 미리 정해진 시간 간격 및 기간에 따라 그 시간에 측정된 온도를 송신받고, 상기 자동수위관측기에 의해 측정된 심도를 사용하여 상기 온도측정부의 심도를 계산하며, 상기 온도측정부에 의해 측정된 온도ㆍ상기 계산된 심도 및 상기 위치측정부 에 의해 측정된 위치를 매칭하여 3차원 온도분포 데이터를 산출 및 저장하는 제어해석부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그러나, 이러한 방식은 해수에 장비를 직접 투입하여야 하므로 비용이나 효율면에서 비경제적이고, 실시간 온라인 모니터링(real-time on-line monitoring)이 불가능한 문제점이 있으므로, 수면의 온도를 원격으로 측정하는 방식에 대한 필요성이 있다.
한편, 적조 발생에 대한 탐지 방법 역시 마찬가지로 종래에는 직접 바다에서 채수하여 현미경을 이용해 취수된 해수의 적조 농도를 육안 체크하고, 그 확인 결과 적조 농도가 기준치 이상 검출되면 부근 해역에 인위적으로 적조 경보를 내려 해상에 적조가 발생 되었음을 알리게 된다. 또한, 등록특허 0252381호(2000.01.18)에서는 적조를 탐지하는 수단으로 적조 센서를 사용하여 적조를 감지하고 있음을 알 수 있다. 적조 감지 센서로 클로로필 센서나 탁도계 등을 사용할 수도 있고, 유류 오염 등과 같은 유해물질의 농도를 측정할 수 있는 센서를 사용하고 있다고 기술하고 있다.
하지만, 채수에 의한 적조 탐지 방법은 채수한 후 분석하는데 시간을 요할 뿐만 아니라, 넓은 해역을 광범위하게 조사할 수 없다는 한계가 있으며, 적조 감지센서를 이용하여 적조를 탐지하는 방법은 고정 부위에서만 적조를 감지하므로, 이동하면서 유해 적조를 탐지할 수 없고, 유해 적조의 빠른 확산 속도 및 발생 판정 속도 등을 고려할 때 신속성 면에서 떨어진다는 문제점이 있었다. 또한, 적조 세기를 디지털 자료로 생성하여 기지국으로 직접 데이터를 송신하기도 어렵다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 갖는 녹조 및 적조를 실시간으로 감시하기 위해, 근래에 들어 조사관이 녹조발생지역에 나가 육안으로 관찰하거나 채수하여 광학현미경으로 녹조발생 유무를 판단하는 방법을 사용한다.
그러나, 이와 같은 방벙은 녹조 및 적조에 대한 정량분석이 불가능하고 상시 모니터링이 불가능한 문제점이 있다.
근래에 들어, 수중에 존재하는 클로로필-a에서 발생하는 형광량을 측정하여 수중 조류의 존재를 정량적으로 측정하는 방식을 사용하고 있다.
상기와 같은 방식은 녹조발생 지역에서 측정대상 시료를 별도로 채수하여 측정하므로 실시간 온라인 모니터링(real-time on-line monitoring)이 불가능한 문제점이 있다.
이에 따라, 녹조 및 적조를 실시간으로 감시할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 발명자들은 바다, 호수나 댐의 광대역 수온 및 녹조와 적조를 동시에 실시간 모니터링 가능한 시스템을 개발하기 위하여 예의 연구한 결과, 후술하는 바와 같이 구성된 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조와 적조의 동시 원격 측정 시스템이 원격 모니터링이 가능할 뿐만 아니라 이를 이용한 예찰 방법이 상당한 경제성을 제공할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은
수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)가 네트워크를 통해 원격 제어 장치(11)에 작동가능하게 연결되고,
상기 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)는
물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하고, 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)와,
상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 무선 송수신장치(2)를 포함하여 구성되고,
상기 원격 제어 장치(11)는
전송된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3) 및
상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 전송된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 추가의 목적은, 다른 일면에 있어서,
(a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 355 nm 및 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란 및 여기시키는 단계;
(b) 상기 산란되는 라만 신호 및 여기되는 클로로필-a의 형광신호를 망원경으로 집광하는 단계;
(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호 및 클로로필-a 농도별 형광신호를 파장에 따라 순차적으로 검출하는 단계;
(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;
(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 온도 및 녹조 및 적조 데이터를 산출하는 단계;
(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격 제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온, 녹조 및 적조의 원격 예찰 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명에 의하면, 라이다(Lidar)를 이용하여 연안의 수면 클로로필-a 농도와 담수 및 해수의 수온을 동시에 원격모니터링하여 적조(녹조)의 보다 정확한 예찰이 가능하며 수온 변화에 따른 클로로필-a 농도의 영향성을 파악함으로써 연중 녹조 및 적조의 발생경향을 알 수 있고, 기후변화와 해양 환경 변화에 대한 데이터를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 적조 및 녹조 다발 지역에 대한 조기경보가 가능한 실시간 광대역 감시가 가능하여 조기에 효율적인 방재활동을 가능하게 하여 피해액 감소에 기여할 수 있고, 개인휴대, 선박탑재, 해안고정식 등 다양한 플랫폼 적용이 가능하며 높은 감도, 야간 감시 기능, 실시간 모니터링, 광대역 스캔방식 조사가 가능하다.
도 1은 라이다를 이용한 수심별 수온, 녹조 및 적조 원격 측정 시스템의 구성도.
도 2는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 측정 시스템의 장치구성도.
도 3은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 개략도.
도 4는 광원의 입력파장에 따른 라만산란 신호를 나타내는 그라프도.
도 5는 수온 상승에 의한 라만신호 형태 변화를 나타내는 그라프도.
도 6은 비선형 핏팅을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계 도출하는 그라프도.
도 7은 클로로필-a, b 흡수스펙트럼의 그라프도.
도 8은 수질 내 클로로필-a 형광스펙트럼의 예를 나타내는 그라프도.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 레이저 장치를 보여주는 사진.
도 10은 본 발명에 따르는 장치의 망원경 장치를 보여주는 사진.
도 11은 본 발명에 따르는 장치의 광원부와 광 검출부와의 결합 관계를 보여주는 사진.
도 12는 본 발명에 따르는 광 결합기의 구성을 보여주는 개념도.
도 13은 도 12의 광결합기의 결합 관계를 보여주는 사진.
도 14는 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 수온, 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 장착하여 적조를 예찰하는 실시형태를 설명하기 위한 사진.
도 2는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 측정 시스템의 장치구성도.
도 3은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 개략도.
도 4는 광원의 입력파장에 따른 라만산란 신호를 나타내는 그라프도.
도 5는 수온 상승에 의한 라만신호 형태 변화를 나타내는 그라프도.
도 6은 비선형 핏팅을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계 도출하는 그라프도.
도 7은 클로로필-a, b 흡수스펙트럼의 그라프도.
도 8은 수질 내 클로로필-a 형광스펙트럼의 예를 나타내는 그라프도.
도 9는 본 발명에 따른 장치의 레이저 장치를 보여주는 사진.
도 10은 본 발명에 따르는 장치의 망원경 장치를 보여주는 사진.
도 11은 본 발명에 따르는 장치의 광원부와 광 검출부와의 결합 관계를 보여주는 사진.
도 12는 본 발명에 따르는 광 결합기의 구성을 보여주는 개념도.
도 13은 도 12의 광결합기의 결합 관계를 보여주는 사진.
도 14는 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 수온, 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 장착하여 적조를 예찰하는 실시형태를 설명하기 위한 사진.
본 발명은, 일면에 있어서,
수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)가 네트워크를 통해 원격 제어 장치(11)에 작동가능하게 연결되고,
상기 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)는
물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하고, 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)와,
상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 무선 송수신장치(2)를 포함하여 구성되고,
상기 원격 제어 장치(11)는
전송된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3) 및
상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 전송된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공한다.
본 발명은, 추가의 일면에 있어서, 상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 355nm 및 532nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 작동이 제어되며, 레이저를 조사하는 광원과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되고, 광원에 연결되고 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈(140)과, 상기 초점 조절 모듈(140)과 연결되고, 상기 광원을 고정하는 마운트(150)와, 상기 광원과 망원경 장치(200)와의 정렬을 가능케 하는 정렬 모듈(160)로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공한다.
본 발명은, 다른 추가의 일면에 있어서, 상기 망원경 장치(200)는 상기 레이저 장치(100)에 의해 유도된 물의 라만 신호와 녹조 및 적조의 형광신호를 일정 거리에서 검출하여 집광시키는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공한다.
본 발명은, 더욱 추가의 일면에 있어서, 상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하며, 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성되고, 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되어 광결합기(300)를 연결하는 커넥터(310), 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 효율적으로 수행하게 하는 프리즘(320), 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 필터(330), 광파이버(350)의 위치를 상하 좌우, 전후의 전방향으로 미세하게 조절하는 미세 조절 장치(340), 및 상기 광 결합기(320)의 후면부에 설치되어 필터링된 신호들을 분광기로 전달하는 광 파이버(350)를 포함하여 광신호수집장치를 구성하고, 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기와 연결되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공한다.
본 발명은, 다른 추가의 일면에 있어서, 상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)로부터 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있고 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화하는 분광기와 작은 전하량을 전류로 변환하는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명의 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템 및 이를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조의 원격 측정 방법에 관하여 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온, 녹조 및 적조 원격 측정 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 측정 시스템의 장치구성도이다.
본 발명에 따른 레이저 원격 적조 및 녹조 예찰 시스템의 기본 측정 원리는 Nd:YAG 레이저로부터 발생가능한 532 nm 및 355 nm의 파장의 레이저광을 교차로 물에 조사하면 532 nm의 레이저 광에 의하여 2800 nm 정도 긴 파장의 빛이 산란되며, 이때 발생하는 산란신호를 분광기와 검출기를 활용하여 선택적으로 관측하여 물의 라만신호를 측정하는 한편, 355 nm의 파장의 레이저광은 해수나 담수에 분포하는 bio, 유기분자를 광학적으로 여기시키고 이때 발생하는 형광신호를 CCD array 또는 PMT 검출기를 이용한 고분해능 분광기를 활용하여 선택적으로 관측하여 물의 라만신호, 용존유기물, 클로로필 등을 측정함으로써 이루어진다.
도 3은 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 시스템의 개략도이고, 도 4는 광원의 입력파장에 따른 라만산란 신호를 나타내는 그라프도이다.
본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온 원격 측정 원리에 관하여 도 3 및 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, Nd:YAG 532nm 레이저를 해수(담수)면에 조사하면 도 4에 나타낸 바와 같이 약 680 nm 지점에서 라만 산란 현상(Raman scattering)이 발생하는데, 라만 산란이란 물질에 일정한 주파수의 빛을 조사한 경우, 분자 고유 진동이나 회전 에너지 또는 결정의 격자(格子) 진동 에너지 만큼 달라진 주파수의 빛이 산란되는 현상을 일컫는다. 산란된 빛 중 원래의 에너지를 그대로 유지하면서 산란되는 과정을 레일리 산란(Rayleigh scattering)이라 하고, 에너지를 잃거나 얻으면서 산란되는 과정을 라만 산란이라고 하는데, 이 산란광은 물질의 고유 특성으로 분자의 분자 구조를 추론할 수 있다.
한편, 물은 단분자(monomer) 상태의 물분자와 고분자(polymer) 상태의 분자집합으로 구성되어 있는데 물에 레이저를 조사하면 O-H 결합의 진동에 의한 라만현상으로 조사한 레이저보다 장파장의 빛이 산란된다. 단분자 상태의 물 분자와 고분자 상태의 물 분자는 스펙트럼이 라만 이동하는 정도가 달라서 라만 산란된 빛을 분광하면 서로 중첩된 2개의 라만밴드가 관측된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 수온이 증가하면 단분자 상태의 물 분자수가 상대적으로 증가하여 중첩된 2개의 라만밴드 중 단분자 상태의 물 분자에 의한 라만밴드의 크기가 상대적으로 증가하고, 3,233 cm-1 (monomer), 3,393 cm-1 (polymer)에 존재하는 O-H stretching 밴드들의 수온변화에 따른 상대적 비율 변화가 전체 라만 스펙트럼 변화를 가져온다.
따라서, 해수나 담수에 조사된 레이저에 의한 물의 라만 산란밴드를 관측하면 2가지 상태의 물분자의 상대적인 양을 산출함으로써 1℃ 수준의 정확도로 수온 측정 가능하다. 도 6은 비선형 핏팅(nonlinear fitting)을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계 도출하는 그라프의 예로서, 사용하는 예를 들면, 가우시안 함수 피팅(Gaussian function fitting)법을 사용하여 도출할 수 있다.
한편, 녹조 및 적조의 예찰 시스템의 기본 원리는 클로로필-a 측정원리는 수질 내 녹조유발 조류는 조류의 광합성 반응 중 엽록체내의 엽록소에서 나오는 형광량을 측정하여 정성 및 정량 분석함으로써 이루어진다.
수질 내 녹조 생물은 식물성 플랑크톤의 일종으로, 광합성을 위해서 가지고 있는 색소(클로로필-a)는 UV-Vis 영역의 빛을 흡수하면 680 nm의 붉은색 형광을 방출하는 특성이 있다. 도 7은 클로로필-a, b 흡수스펙트럼의 그라프도이다. 355 nm의 중심 파장을 갖는 레이저 광원을 적조 및 녹조 발생지역에 조사하여 반응되어 나오는 가시광 영역의 형광을 검출할 수 있는 분광 시스템을 구성하여 UV-Vis 영역의 레이저에 의해 유도되는 녹조 생물의 680 nm 형광을 원격 측정함으로써 적조 및 녹조 원거리 측정 및 분석한다. 도 9는 수질내 클로로필-a 형광스펙트럼의 예를 나타내는 그라프도이다. 다음의 표 1은 적조 발생과 수온과의 상관 관계를 나타낸다.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이 적조 및 녹조는 수면의 온도에 따라 발생빈도가 달라지며 녹ㅇ적조 유발 미생물종에 따라 최적수온의 차이가 있기 때문에 해수나 담수 온도와 클로로필-a의 농도를 측정하여 보다 정확한 녹적조 발생 가능성을 유추할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템의 구성에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템은 크게 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)가 네트워크를 통해 원격 제어 장치(11)에 연결되어 작동되고, 상기 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)는 원격 광 측정 유닛(1), 무선 송수신장치(2)를 포함하여 이루어지고, 상기 원격 제어 장치(11)는 상기 단말기(3) 및 제어 유닛(4)을 포함하여 이루어진다.
상기 원격 광 측정 유닛(1)은 물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리 이상에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 갖는다.
상기 원격 광 측정 유닛(1)은 도 2에 나타낸 바와 같이 크게 레이저장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)로 구성된다.
상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 355nm 및 532nm 중심파장의 레이저를 발진하는 장치이다. 상기 레이저 장치는 Nd:YAG 레이저가 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있으며, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 제어할 수 있으며, 광원(미도시)과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되어 설치될 수 있다.
상기 광원은 레이저를 조사하는 부재이다. 상기 레이저 컨트롤러(110)를 사용하여 레이저의 세기를 조절함으로써, 물의 라만 신호, 적조 형광 신호를 원거리에서 측정할 수 있는 민감도와 정밀도를 확보할 수 있다. 따라서, 수면과 측정 주변 환경에서 원격 광 측정 유닛(1)으로 들어오는 자연광 및 인공광에 의한 잡음 측정 광신호의 제거를 통한 신뢰성/재현성 확보를 이룰 수 있고, 광원의 온 또는 오프 동작을 제어할 수 있다. 또한, 레이저 콘트롤러(110)은 광원의 세기, 작동시간 제어를 실시함으로써, 고감도 고신뢰성 측정 데이터를 취득하도록 할 수 있다.
또한, 상기 레이저 장치(100)는 도 9에 나타낸 바와 같이 광원과, 초점 조절 모듈(140)과, 마운트(150)와, 정렬 모듈(160)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 초점 조절 모듈(140)은 광원에 연결되고, 상기 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 장치이다. 상기 마운트(150)는 초점 조절 모듈(140)과 연결되고, 상기 광원을 고정하는 역할을 한다. 상기 정렬 모듈(160)은 상기 광원과 후술되는 망원경 장치(200)와의 정렬을 실시할 수 있는 장치이다. 예컨대, 상기 정렬 모듈(160)은 길이 조절이 가능한 다수의 나사(161)를 구비하고, 나사들(161) 각각을 일 방향 또는 타 방향으로 돌림으로써 광원과 망원경 장치(200)와의 사이에서 정렬을 미세하게 조절할 수 있다. 이에 더하여, 상기 레이저 장치(100)는 레이저 컨트롤러(110)과 연결된다. 상기 레이저 컨트롤러(110)는 전류의 세기를 조절함으로써, 광원에서 조사되는 레이저가 세기를 가변적으로 조절할 수 있는 장치이다.
또한, 레이저 장치(100)에서 초점 조절 모듈(140)은, 광원의 초점을 조절함으로써, 원거리에서 측정지점의 적조 생물의 형광신호와 물의 라만 신호를 검출하기 위해서 측정 지점에 고출력의 레이저가 조사(irradiation)되도록 할 수 있다. 따라서, 레이저의 빔 퍼짐(beam divergence) 현상을 방지할 수 있다.
또한, 정렬 모듈(160)을 통해 망원경 장치(200)와 정렬을 실시함으로써, 원거리에서 레이저 다이오드에 의해 여기된 측정 지점의 물의 라만 신호와 적조 생물에 의한 형광 신호를 정밀하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따르는 망원경 장치(200)는 대구경 망원경을 사용함으로써, 고출력 레이저에 의해 유도된 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 원거리에서 검출하고 상기 신호들을 용이하게 집광할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 망원경 장치(200)를 보여주는 사진이고, 도 11은 본 발명에 따른 레이저 장치(100)와 망원경 장치(200)와의 결합 관계를 보여주는 사진이다. 상기 레이저장치(100)는 망원경 장치(200)에 내에 설치되는 것이 바람직할 수도 있다.
상기 망원경 장치(200)는 구경: 20~25 cm인 대구경의 것으로서 상기 고출력 레이저에 의해 유도된 물의 라만 신호와 녹조 및 적조의 형광신호를 일정 거리에서 검출하여 집광시키는 장치이다.
상기 망원경 장치(200)는 리프팅 유닛의 상단에서 사방으로의 자세 조절이 가능한 전동식 조절부(210)에 의해 고정될 수 있다. 상기 전동식 조절부(210)는 상기 제어 유닛(4)으로 제어 신호를 받아 3차원 자세 구동이 가능한 장치이다. 상기 전동식 조절부(210)는 도면에 도시되지는 않았지만, 다수의 링크로 연결되는 관절들을 구비할 수도 있고, 각 링크에서는 일정의 마찰력이 형성되어 위치가 가변된 상태에서 자세를 유지할 수 있다. 그리고, 상기 망원경 장치(200)는 상기 관절들 중 끝단이 관절에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 망원경 장치(200)는 3차원의 일정 위치로 이동되어 위치가 고정될 수 있다. 상기 전동식 조절부(210)에 의해 레이저 장치(100)와 결합된 망원경 장치(200)는 3차원의 일정의 좌표 위치로 용이하게 이동되어 위치됨으로써, 측정 위치의 가변이 용이할 수 있다.
또한, 도 11에 도시되는 바와 같이, 상기 레이저 장치(100)는 망원경 장치(200)의 전면부 중앙에 고정되는 것이 좋다. 여기서, 레이저 장치(100)의 마운트(150)는 상기 망원경 장치(200)의 전면부 중앙의 일정 위치에 별도의 고정 수단(미도시)을 통해 고정된다.
상기와 같이 구성되는 레이저 장치(100)가 설치되는 망원경 장치(200)는 분광장치(300)와 연결된다.
상기 망원경 장치(200)는 광결합기(300)와 연결된다. 도 12는 본 발명에 따른 장치에서 광결합기(300)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 광 결합기의 결합 관계를 보여주는 사진이다.
한편, 본 발명에서는 망원경 장치(200)의 후단에 광 결합기(300)를 연결함으로써, 원거리에서 발생한 미세한 광신호를 원격 광 측정 유닛(1)을 이용하여 집광한 신호를 광파이버(350, Optical fiber)를 통해 광손실을 최소화하면서 분광기로 전달할 수 있다.
상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하는 장치로서 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성된다.
상기 광결합기(300)는 커넥터(310), 프리즘(320), 필터(330), 미세조절 장치(340) 및 광파이버(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 커넥터(310)는 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되는 부재이다. 상기 프리즘(320)은 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 효율적으로 수행하게 하는 부재이고, 상기 필터(330)는 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 부재이다.
상기 광 결합기(320)의 후면부에는 필터링된 신호들을 전달하는 광 파이버(350)가 설치된다. 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광장치(400)와 연결된다.
상기 광 결합기(320)의 후면부에는 상기 광 파이버(350)의 다수 위치에서 다수의 조절 나사의 길이 조절을 통해 자세 조절을 실시하는 미세 위치 조절 장치(340)가 더 설치된다.
또한, 상기 광 결합기(320)를 망원경 장치(200)의 후면부에 장착하여, 측정 대상 광신호의 파장 영역을 분광기에서 확보할 수 있다.
그리고, 광 결합기(300)와 분광기를 광파이버(350)를 사용하여 연결함으로써, 원격 광 측정 유닛(1)에서 집광된 미세 측정 광 신호를 광 결합기를 통해 분광기로 손실없이 전송할 수 있다. 상기 광 파이버(350)는 코어 크기가 1000 μm 인 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)에 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있는 큰 장점 보유뿐만 아니라 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화 할 수 있는 분광기를 포함한다.
상기 분광기는 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역의 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 각 파장에서 다른 양상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화할 수 있다. 또한, 상기 분광기는 상기 신호들을 다수의 파장 대역에서의 성분을 추출한다. 상기 분광기는 미세 광신호 검출을 위해 입력 구경(Entrance aperture)가 큰 형광검출 목적용 분광 분석기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분광장치(400)는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는데, 광신호 검출기는 분광분석에 사용되는 것으로서 작은 전하량을 전류로 변환하는데 효과적이며 감도가 뛰어나며 라만이나 발광과 같은 낮은 검출한계를 요구하는 분광계에 이상적인 검출기이다.
그러므로, 본 발명에서는 기계적인 장치를 사용하지 않아 기기의 구조가 단순화 되어 있으므로, 파장의 재현성을 높일 수 있다.
한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 레이저 컨트롤러(110)와 상기 분광장치(400), 및 센서 콘트롤 모듈은 별도의 외부의 제어 유닛(4) 박스에 내장되어 설치될 수 있다.
상기 광신호 검출기(500)로 부터의 수온 및 녹조 및 적조에 관한 데이터는 프로그램에 내장되어 분석되는데, 이 데이터는 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이 비선형 핏팅(nonlinear fitting)을 이용하여 수온과 각 함수와의 상관관계를 도출할 수 있고, 유,무선 송수신 장치(2)를 통하여 유,무선으로 연결된 단말기(3)의 디스플레이에서 데이터를 확인할 수 있다. 상기 디스플레이는 상기 제어 유닛(4)으로 정보를 입력할 수 있는 터치 스크린을 포함하며, 상기 분광기로부터 추출되는 다수의 파장 대역에서의 성분을 데이터 분석 프로그램에 의해 가시적으로 출력할 수 있다.
상기 제어 유닛(4)은 상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어한다.
상기 단말기(3)의 디스플레이는 상기 제어 유닛(4)으로 정보를 입력할 수 있는 터치스크린을 포함하며, 상기 분광기로부터 추출되는 다수의 파장 대역에서의 성분을 데이터 프로그램(600)에 의해 가시적으로 출력할 수 있다.
또한, 상기 프로그램은 유,무선 모듈을 포함할 수 있으며, 상기 유,무선 모듈은, 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과를, 무선네트워크에 연결된 녹조 및 적조 분석시스템과 원격 제어 장치(11)에 전송할 수 있다. 이때 상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 상기 제어 유닛의 분석결과는 무선네트워크를 통해서 녹조 및 적조 분석시스템에 전송될 수도 있지만 유선네트워크를 통해서도 녹조 및 적조 분석시스템에 전송될 수 있다.
본 발명에 따르는 광원은 적조 센서의 소형화, 경량화, 현장 적응성, 사용자 편의성 등을 고려하여 광원으로 고출력 레이저 다이오드를 사용하여, 원거리에서 적조 생물의 형광 신호와 적조 생물 정량화를 위한 물의 라만 신호를 검출하기 위해서 대상 물질들(해수)을 여기(excitation)시킬 수 있다.
이에 더하여, 단말기(3)의 디스플레이는 상기 제어 유닛(4)과 연결될 수 있고, 상기 제어 유닛(4)은 분광 신호 분석 자동화와, 원격 광 측정 유닛(1)의 망원경 장치(200)의 구동 제어 및, 측정 지역 자동 스캔 역할도 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템은 고출력의 레이저를 광원으로 사용하기 때문에 상기 장치를 사용하는 동안 인근 대역을 지나는 선박이나 선박에 탑승한 인체와 접촉할 경우 상기 레이저 광에 의한 인적 및 물적 피해가 발생할 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 시스템은 초음파 센서(ultrasonication sensor)를 부착한 세이프티 유닛을 추가로 설치하여 인적 물적 피해를 방지하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 추가의 일면에 있어서 레이저의 접촉으로 인한 피해를 방지하기 위해 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템의 레이저 예찰 영역에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 포함한다.
상기 초음파를 포함하는 세이프티 유닛은 레이저 광 조사와 동시에 구동하여 예를 들면, 레이저 측정 지역의 반경 50m 이내에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 초음파를 포함하는 세이프티 유닛은 리프팅 유닛에 의해 지지되고 상기 원격 광 측정 유닛과 병행하여 설치될 수 있다.
도 14는 상기 초음파 센서를 포함하는 세이프티 유닛을 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치에 장착하여 적조를 예찰하는 실시형태를 설명하기 위한 사진이다.
이와 같이 레이저에 의해 레이저 광을 조사하여 적조 및 녹조를 예찰하는 동안 동시에 초음파 센서의 신호에 의해 이상 물체가 감지될 경우 레이저 측정 지역 이내에 물체가 접근할 경우 자동으로 레이져 광원이 Off됨으로써 인적 및 물적 피해를 줄일 수 있다.
국내 적조 발생 예찰 및 예보 발령, 통보는 국립수산과학원 적조 상황실(국립수산과학원 수산연구소, 사산 사무소, 해양경찰청 등 유관기관 합동)에서 담당하고 있으며, 본 발명에 따른 레이저를 활용한 적조 및 녹조 발생 감시 장치는 실시간 정량 모니터링은 물론 높은 감도를 통해 조기 예보를 가능하므로 적조예보 관련 기관을 통하여 양식장, 선박, 육상, 항공 감시에 사용하여 적조 피해를 획기적으로 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템은 선박 및 항공 탑재, 육상에서 고정식으로 사용이 가능하다.
상기와 같은 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 바다, 호수나 댐의 광대역 수온 및 녹조 및 적조 발생 모니터링에 사용하거나 선박에 탑재하여 이동형 녹조 감시 및 모니터링 시스템으로 적용가능함과 아울러, 적조 감시 시스템으로 활용할 수 있다.
위와 같이 구성된 라이다를 이용한 수심별 수온 및 녹조 및 적조의 원격 측정 시스템은 먼저, 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 355nm와 532 nm를 담수 또는 해수의 표면에 교차로 조사하여 산란되는 라만신호와 여기되는 클로로필-a의 형광 신호를 망원경으로 집광하고, 망원경으로 집광된 라만 신호와 형광신호는 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호 및 클로로필-a 농도별 형광신호를 파장에 따라 순차적으로 검출(355 nm : 형광신호 측정/ 532 nm : 라만신호 측정)하고, 분광기에서 검출된 광학신호는 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거쳐 구체적인 온도, 녹조 및 적조 데이터를 산출하게 되는 방식으로 작동된다.
따라서, 본 발명은, 추가의 일면에 있어서,
(a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 355 nm 및 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란 및 여기시키는 단계;
(b) 상기 산란되는 라만 신호 및 여기되는 클로로필-a의 형광신호를 망원경으로 집광하는 단계;
(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호 및 클로로필-a 농도별 형광신호를 파장에 따라 순차적으로 검출하는 단계;
(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;
(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 온도 및 녹조 및 적조 데이터를 산출하는 단계;
(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온, 녹조 및 적조의 원격 측정 방법을 제공한다.
물론, 상기 방법은 레이저 및 망원경의 조사 각도, 측정 고도, 마운트의 구동 방향을 선택하는 등 적조 및 녹조 예찰 지역의 위치를 미리 선택하는 사전 단계를 포함하는 것은 자명하다.
상기 방법에 사용되는 시스템(10)은 원격 제어 장치(11)와 상기 원격 제어 장치(11)와 네트워크를 통해서 연결된 수온 및 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)를 포함한다.
이때 네트워크는 유선 인터넷 등과 같은 유선네트워크 또는 무선 인터넷, 이동통신망 등과 같은 무선네트워크일 수 있다. 이에 따라서 수온, 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)가 호수가 또는 해안가 등에 위치한 경우 원격 제어 장치(11)와 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해서 상호 간에 데이터 통신을 수행할 수 있다.
한편, 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)가 이동하는 선박에 위치한 경우 원격 제어 장치(11)와 적조 및 녹조 감사장치(12)는 무선 네트워크를 통해서 상호 간에 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이렇게 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해서 데이터 통신을 수행하기 위해서 원격 제어 장치(11)와 수온 측정 및 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)는 유선 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 유선통신모듈 또는 무선 네트워크에 접속하여 통신을 수행할 수 있는 통신 모듈을 포함한다
원격 제어 장치(11)는 필요에 따라 수온 측정 및 적조 및 녹조의 발생 감시지역, 예를 들어 호수, 댐, 바다 등에 위치한 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)와 네트워크를 통해서 적조 및 녹조 발생 감시신호를 포함하는 정보를 송수신할 수 있다. 이때 수온 및 적조 및 녹조 발생 감시장치(12)는 호수가, 댐, 해안가의 고정식으로 설치되거나 또는 선박, 항공기 등에 탑재되어 위치해 있을 수 있다.
상기 원격 제어 장치(11)는 중앙통제센터의 모니터링 수단과 관리자의 단말기(예, 휴대폰 단말기)에 연결되어 관리자 또는 관리회사의 서버는 녹조 및 적조 발생 여부를 원격으로 파악할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기술에 의하여 연안 고지대에 고정형으로 설치함으로써 인근 양식장의 수온 변화 측정 및 적조현상으로 인한 어류 폐사를 사전에 예방할 수 있으며, 기상청에서 사용하고 있는 부이나 등표 등에 활용하여 수온 측정이 가능하다.
100: 레이저 장치 200: 망원경 장치
300: 광결합기 400: 분광장치
300: 광결합기 400: 분광장치
Claims (6)
- 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)가 네트워크를 통해 원격 제어 장치(11)에 작동가능하게 연결되고,
상기 수온/적조 및 녹조 발생 감시 장치(12)는
물의 일정 위치에 레이저를 조사하고, 레이저에 의해 유도되는 물의 라만 신호와 적조 형광 신호를 일정 거리에서 검출하고, 상기 신호들을 집광하여 각 파장 영역별로 정량화하는 기능을 하고, 레이저 장치(100), 망원경 장치(200), 광결합기(300) 및 분광장치(400)를 포함하여 구성되는 원격 광 측정 유닛(1)과,
상기 원격 광 측정 유닛으로부터 입력되는 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들에 대한 분석결과를 유,무선네트워크를 통해서 원격 제어 장치(11)로 송수신하는 무선 송수신장치(2)를 포함하여 구성되고,
상기 원격 제어 장치(11)는
전송된 데이터를 확인하는 터치스크린을 포함하는 단말기(3) 및
상기 원격 광 측정 유닛(1)으로부터 전송된 각 파장 영역별로 정량화된 데이터들을 분석하며 상기 원격 광 측정 유닛(1)의 동작을 제어하는 제어 유닛(4)으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 레이저 장치(100)는 물의 일정 위치에 355nm 및 532nm 중심파장의 레이저를 발진하고, 접속된 레이저 콘트롤러(110)에 의해 작동이 제어되며, 레이저를 조사하는 광원과 빔 확대기(120)와 주사 거울(130)이 작동가능하게 연결되고, 광원에 연결되고 광원으로부터 조사되는 레이저의 초점을 조절하는 초점 조절 모듈(140)과, 상기 초점 조절 모듈(140)과 연결되고, 상기 광원을 고정하는 마운트(150)와, 상기 광원과 망원경 장치(200)와의 정렬을 가능케 하는 정렬 모듈(160)로 구성되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 망원경 장치(200)는 상기 레이저 장치(100)에 의해 유도된 물의 라만 신호와 녹조 및 적조의 형광신호를 일정 거리에서 검출하여 집광시키는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광결합기(300)는 원거리에서 발생한 미세 광신호를 원격 광검출 장치를 이용하여 집광한 신호를 광파이버(Optical Fiber)를 통해 분광기로 전달하며, 광신호의 파장영역을 분광기에서 확보하기 위한 광신호 수집장치로 구성되고, 망원경 장치(200)의 후면부에 장착되어 광결합기(300)를 연결하는 커넥터(310), 망원경의 집광 신호를 극대화 하기 위한 망원경 초점 거리 설정으로 광섬유로의 신호전달을 효율적으로 수행하게 하는 프리즘(320), 상기 프리즘(320)을 통과한 신호들에서 설정된 영역의 파장을 필터링하기 위한 필터(330), 광파이버(350)의 위치를 상하 좌우, 전후의 전방향으로 미세하게 조절하는 미세 조절 장치(340), 및 상기 광 결합기(320)의 후면부에 설치되어 필터링된 신호들을 분광장치(400)로 전달하는 광 파이버(350)를 포함하여 광신호수집장치를 구성하고, 상기 광 파이버(350)는 일정 길이를 갖도록 형성되어 분광기와 연결되는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분광장치(400)는 망원경 장치(200)로부터 집광된 신호들을 각 파장 영역별로 정량화하는 장치로서, 다색화 장치를 이용하여 자외선부터 가시광선 영역까지 전 파장의 데이터를 빠르게 얻을 수 있고 각 파장에서 다른 영상을 보이는 다성분을 동시에 측정하여 정량화하는 분광기와 작은 전하량을 전류로 변환하는 광신호 검출기(500, CCD, Charge coupled device; 전하결합소자)를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온과 녹조 및 적조의 원격 예찰 시스템. - (a) 레이저 광원인 Nd:YAG Laser의 파장인 355 nm 및 532 nm를 수면에 조사하여 빛을 산란 및 여기시키는 단계;
(b) 상기 산란되는 라만 신호 및 여기되는 클로로필-a의 형광신호를 망원경으로 집광하는 단계;
(c) 상기 망원경으로 집광된 라만신호를 광결합기와 광섬유를 거쳐 분광기와 검출기(CCD) array 또는 PMT로 전달되어 수온별 라만신호 및 클로로필-a 농도별 형광신호를 파장에 따라 순차적으로 검출하는 단계;
(d) 상기 분광기에서 검출된 광학신호를 제어 프로그램에 연결된 비선형 피팅(Nonlinear fitting) 과정을 거치는 단계;
(e) 상기 피팅에 의해 구체적인 온도 및 녹조 및 적조 데이터를 산출하는 단계;
(f) 상기 산출된 데이터를 분석하고 네트워크로 연결된 원격 제어 장치로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다를 이용한 수심별 수온, 녹조 및 적조의 원격 예찰 방법.
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