KR20100130537A - 해저 퇴적물 분포 데이터베이스의 생성 방법 - Google Patents

해저 퇴적물 분포 데이터베이스의 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하여 해저의 자원량 및 항만의 준설량을 산출하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 해저 자원량 또는 항만 준설량을 산출하는 방법은 다중빔 음향측심기를 이용하여 위치에 따른 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하고, 천부지층 프로파일러를 이용하여 상부 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하고, 그리고 상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스와 상기 상부 퇴적물 분포 데이터베이스를 이용하여 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성한다. 따라서, 본 발명은 상기 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 해저 자원량을 산출하거나 항만의 준설량을 산출한다.

Description

해저 퇴적물 분포 데이터베이스의 생성 방법{METHOD OF CALCULATING UNDERWATER SEDIMENT DISTRIBUTION DATABASE}
본 발명은 해저 퇴적물 분포 데이터베이스의 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 방법에 관한 것이다.
지금까지 해저 퇴적 환경 조사 및 해저 자원 탐사 등을 위하여 해저 퇴적층의 연구는 직접 채집과 같은 크랩(Grab) 또는 코어링(coring) 방법이 사용되었다. 최근에는 해저 퇴적층 연구의 비용 및 시간을 절감하기 위하여 음향 신호가 이용된다.
해저 지형 측량을 위한 다중빔 소나(Multi-beam Sonar)는 적은 비용으로 방대한 양의 자료를 제공할 수 있다. 하지만 이용되는 분야는 수심 측량과 해저지형 파악에 국한된다.
연안 및 근해에서는 건축, 항만 등 인공 구조물 시공에 사용되는 모래(Sand), 자갈(gravel) 등의 많은 골재 자원을 획득 할 수 있다. 하지만 현재 연안 및 근해의 퇴적 및 자원량에 대한 정보는 정확한 근거나 정보가 없는 한 획득이 용이 하지 않다.
또한 주요 국제항에서는 안전한 무역업무를 위하여 계획 수심이 유지되어야 한다. 이를 위하여 매년 준설 공사를 시행하며 준설량에 따라 공사비용이 책정된다. 하지만 정확한 수심 자료 및 퇴적정보가 미비하여 공사 전 계획 준설량과 실제 수행 준설량에 큰 차이가 나타날 수 있다. 더욱이 저질 특성(hard bottom, soft bottom 그리고 suspended particle)에 의한 준설 방법이 틀리며 이는 준설 비용과 직결되는 문제이다.
본 발명의 목적은 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 산출하는 방법은 다중빔 음향측심기를 이용하여 위치에 따른 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계; 천부지층 프로파일러를 이용하여 위치에 따른 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 단계; 및 상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스 및 상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스로부터 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 해당 해역의 퇴적물의 종류 및 체적을 산출하고, 상기 산출된 퇴적물의 종류 및 체적을 이용하여 해저 자원량을 산출하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 수평적인 퇴적물 종류에 따른 분포 정보 및 수심 정보를 산출하고, 상기 수심 정보와 계획 수심을 비교하여 항만의 준설량을 계산하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 준설량은 퇴적물의 종류에 따라 독립적으로 산출된다.
실시 예로서, 상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는 상기 다중빔 음향측심기를 이용하여 음압 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 음압으로부터 해저의 수심 데이터를 생성하고, 상기 수심 데이터로부터 해저의 경도 및 조도를 계산하는 단계; 상기 계산된 경도 및 조도를 이용하여 상시 수신된 음압 데이터를 보상하는 단계; 및 상기 보상된 음압 데이터와 상기 해저 퇴적물 데이터를 비교하여 해저퇴적물을 분류하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 해저 퇴적물 데이터는 코어링 또는 크랩(Grab) 방식을 통하여 생성된다.
실시 예로서, 상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는 상기 천부지층 프로파일러를 이용하여 음압을 수신하는 단계; 상기 수신된 음압으로부터 피크들을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 피크들을 이용하여 상부 퇴적층의 두께를 산출하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는 상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 수평 분포 데이터를 추출하는 단계; 상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스로부터 수직 분포 데이터 를 추출하는 단계; 및 상기 수평 및 수직 분포 데이터에 대하여 해상도 보간을 실행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하여 해저의 자원량 및 항만의 준설량을 산출할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해저 자원량 및 항만 준설량을 산출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, S10 단계에서, 다중빔 음향측심기(Multi-beam echo sounder)를 이용하여 위치에 따른 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성한다. 다중빔 음향측심기는 도 2를 통하여 상세히 설명된다.
도 2는 해양조사선에 부착된 다중빔 음향측심기를 이용하여 해저 지형을 관측을 도시한 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 해양조사선에는 다중빔 음향측심기와 천부지층 프로파일러가 동시에 장착될 수 있다. 다중빔 음향측심기는 음파 신호의 왕복 전달 시간과 수신 각도를 측정하여 해저 지형을 평면적으로 측정한다. 천해용 다중빔 음향측심기는 200 내지 400 kHz 주파수를 가지는 복수의 초음파를 128도 이내에서 발 사한다. 본 발명의 실시예에 따른 다중빔 음향측심기는 도 3을 통하여 상세히 설명된다. 또한, 해양조사선에 장착된 천부지층 프로파일러는 해저 퇴적물의 두께를 측정한다.
계속해서 도 1을 참조하면, S20 단계에서, 천부지층 프로파일러는 해저의 상부 퇴적물 두께를 측정한다. 해저의 상부 퇴적물 두께 정보를 처리하여 해저 상부 퇴적물 두께 분포 데이터베이스가 생성된다. 천부지층 프로파일러의 구성 및 구동 동작은 도 6 및 도 7을 통하여 상세히 설명된다.
S30 단계에서, 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스 및 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 이용하여 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스가 생성된다. S40 단계에서, 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 이용하여 해저의 자원량과 항만의 준설량이 산출된다.
이하, 해저 상부 퇴적물 두께 분포를 측정하는 다중빔 음향측심기의 구조 및 그 방법은 도 3 및 도 4를 통하여 상세히 설명된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중빔 음향측심기와 해저 퇴적물 분석 장치를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중빔 음향측심기(100)는 다중빔 송수신 제어부(110), 다중빔 송신부(120) 및 다중빔 수신부(130)를 포함한다.
다중빔 송수신 제어부(110)는 다중빔 송신부(120) 및 다중빔 수신부(130)를 제어한다.
다중빔 송신부(120)는 다중빔 송수신 제어부(110)의 제어에 응답하여 해저 지면에 다중빔을 발사한다. 다중빔 송신부(120)는 200 내지 400 kHz 주파수를 가지는 복수의 초음파를 128도 이내에서 해저 지면을 향하여 발사한다. 다중빔 수신부(130)는 해저 지면으로부터 반사된 초음파(즉, 음압 신호)를 수신한다. 음압 신호는 다중빔 음향측심기로부터 발사된 초음파가 해저 지면에 반사되어 다중빔 음향측심기에 수신된 데이터이다. 다중빔 수신부(130)는 다중빔 송수신 제어부(110)의 제어에 응답하여 수신된 음압 신호를 해저 퇴적물 분석 장치(200)에 전송한다.
본 발명의 실시예에 따른 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 조도 및 경도 계산부(210), 음압 보상부(220), 비교부(230) 및 해저 퇴적물 분류부(240)를 포함한다.
조도 및 경도 계산부(210)는 다중빔 수신부(130)로부터 전송된 음압 신호를 분석하여 수심 정보를 계산한다. 또한, 조도 및 경도 계산부(210)는 수심 정보를 이용하여 해저 지형의 경도(slope) 및 거칠기(roughness)를 계산한다. 경도란 해저 지면의 기울기이고, 거칠기(즉, 조도)란 해저 지면의 모양이다.
음압 보상부(220)는 조도 및 경도 계산부(210)로부터 계산된 조도 및 경도를 바탕으로 수신된 음압 신호를 보상한다. 이것은 더욱 정확한 해저 퇴적물을 분류하기 위한 것이다. 비교부(230)는 보상된 음압 신호와 코어링 데이터를 비교한다. 해저 퇴적물 분류부(240)는 비교부(230)의 결과를 바탕으로 현재 위치에 대한 해저 지형 및 해저 지형의 퇴적물을 분류한다.
또한, 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 천부지층 프로파일러로부터 수신된 정보를 처리하기 위한 피크 추출부 및 해저 퇴적물 두께 산출부를 더 포함할 것이다. 이러한 설명은 도 6 및 도 7을 통하여 상세히 설명된다.
다중빔 음향측심기와 해저 퇴적물 분석 장치의 구체적인 동작 과정은 도 4을 통하여 상세히 설명된다.
도 4은 도 1에 도시된 방법 중 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, S11 단계에서 다중빔 송신부(120)는 복수의 초음파를 해저 지면을 향하여 발사한다. 다중빔 수신부(130)는 해저 지면으로부터 반사된 음압(Backscatter)을 수신하고, 수신된 음압 신호를 해저 퇴적물 분석 장치(200)에 전송한다.
S12 단계에서 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 다중빔 음향측심기(100)로부터 수신된 음압 신호를 이용하여 해저 수심을 계산하고, 계산된 해저 수심 정보를 이용하여 해저 지면에 대한 경도(slope) 및 거칠기(roughness)를 계산한다. 다중빔 음향측심기(100)는 수시에 따라 최대 수평 5mm 간격으로 해저 수심을 측정할 수 있다. 따라서, 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 해저 지면의 기울기 및 모양을 추정할 수 있다.
S13 단계에서 음압 보상부(220)는 계산된 경도 및 조도를 이용하여 음압 데이터를 보상한다. 즉, 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 음압 데이터를 보상하여 음압 데이터의 정확성을 높인다.
S14 단계에서 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 해양조사선의 현위치에 대한 코어링 데이터가 있는가를 판단한다. 만약 있다면, S15 단계에서 비교부(230)는 보상된 음압 데이터와 코어링 데이터를 비교한다. 해저 퇴적물 분류부(240)는 비교 결 과에 따라 해저 퇴적물을 분류한다.
그렇지 않다면, S16 단계에서 해저 퇴적물 분류부(240)는 보상된 음압 데이터를 분석하여 해저 퇴적물을 분류한다.
예를 들면, 해저 지면을 이루는 해저 퇴적물은 진흙, 모래, 자갈 등으로 구성될 것이다. 또는 해저 퇴적물은 진흙, 모래, 자갈 등의 혼합물로 구성될 것이다. 따라서, 해저 퇴적물의 표면의 구성에 따라 수신되는 음압 데이터는 서로 다를 것이다. 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 수신된 음압 데이터를 이용하여 해저 퇴적물을 분류한다. 또한, 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 정확성을 더 높이기 위하여 수신된 음압 데이터와 코어링 데이터를 비교하여 해저 퇴적물을 분류한다.
일반적으로, 해저 지면의 상태는 경사가 있거나 퇴적물의 분포가 일정하지 않다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 보상된 음압 데이터와 코어링 데이터를 비교하여 현위치에 대한 해저 퇴적물을 정확히 분류한다.
S17 단계에서 모든 작업이 완료되었는가를 판단한다. 그렇다면, S18 단계에서 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 위치에 따라 분류된 해저 퇴적물들을 이용하여 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성한다. 그렇지 않다면, S19 단계에서 해양조사선의 위치를 이동한다. 그리고, S11 내지 S16 단계를 반복한다. 해저 지형을 탐사하는 해양조사선은 도 5를 통하여 설명된다.
도 5는 해양조사선을 이용하여 해저 지형 및 해저 퇴적물의 탐사를 도시한 개념도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 해양조사선에는 다중빔 음향측심기 및 천부지층 프로파일러가 장착된다. 해양조사선에 장착된 다중빔 음향측심기는 해저 지면에 다중빔을 송출한다. 송출된 다중빔은 해저 지면에 반사되어 다중빔 음향측심기의 수신부에 수신된다.
해양조사선은 진행 방향에 따라 해저 지면 및 해저 퇴적물의 분포를 탐사한다.
만약 진행 방향에 코어링 지점에서 직접 해저 퇴적물을 채취했다면, 해양조사선에 장착된 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 코어링 데이터와 수신된 음압 데이터를 비교하여 정확한 해저 퇴적물을 분류한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 천부지층 프로파일러와 해저 퇴적물 분석 장치를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 천부지층 프로파일러(300)는 송수신 제어부(310), 송신부(320) 및 수신부(330)를 포함한다.
송수신 제어부(310)는 송신부(320) 및 수신부(330)를 제어한다. 송신부(320)는 송수신 제어부(310)의 제어에 응답하여 해저 지면에 초음파를 발사한다. 송신부(320)는 해저 지면을 향하여 발사한다.
수신부(330)는 해저 지면으로부터 반사된 초음파(즉, 음압 신호)를 수신한다. 음압 신호는 송신부(320)로부터 발사된 초음파가 해저 지면에 반사되어 수신된 데이터이다. 수신부(330)는 송수신 제어부(310)의 제어에 응답하여 수신된 음압 신호를 해저 퇴적물 분석 장치(200)에 전송한다.
본 발명의 실시예에 따른 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 피크 추출부(250) 및 해저 퇴적물 두께 산출부(260)를 포함한다. 피크 추출부(250)는 수신부(330)로부터 수신된 음압 신호로부터 피크(Peak)를 추출한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 피크 데이터는 해저 퇴적물의 경계에서 발생된다.
해저 퇴적물 두께 산출부(260)는 피크 추출부(250)로부터 추출된 피크 데이터를 이용하여 퇴적물 상부의 두께를 측정한다. 즉, 해저 퇴적물 두께 산출부(260)는 수학식 1에 따라, 수신 신호 시간차(피크 데이터의 시간차이)에 퇴적물의 음속을 곱하여 퇴적물 상부 두께를 측정한다. 즉, 수신된 음압 데이터는 해저 퇴적물의 경계를 통과할 때 크게 변화되어 피크(Peak)를 가질 것이다. 따라서, 수신된 음압으로부터 피크를 검출하여 수신 신호의 시간차를 계산한다.
상부 퇴적물 두께(m) = 수신 신호 시간차(sec) x 퇴적물의 음속(m/sec)
도 7은 도 6에 도시된 방법 중 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6 및 도 7를 참조하면, S21 단계에서 송신부(320)는 초음파를 해저 지면을 향하여 발사한다. 수신부(330)는 해저 지면으로부터 반사된 음압(Backscatter)을 수신하고, 수신된 음압 신호를 해저 퇴적물 분석 장치(200)에 전송한다.
S22 단계에서 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 수신부(330)로부터 전송된 음압 신호로부터 피크 신호를 추출하여 수학식 1에 따라 해저 퇴적물의 두께를 측정한다.
S23 단계에서 모든 작업이 완료되었는가를 판단한다. 그렇다면, S25 단계에서 해저 퇴적물 분석 장치(200)는 위치에 따라 분류된 해저 퇴적물 두께를 이용하여 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성한다. 그렇지 않다면, S24 단계에서 해양조사선의 위치를 이동한다. 그리고, S21 및 S22 단계를 반복한다.
본 발명은 해양조사선에 장착된 다중빔 음향측심기 및 천부지층 프로파일러를 이용하여 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성한다. 따라서, 본 발명은 하고, 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스를 이용하여 해저의 자원량 및 항만의 준설량을 산출할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해저 자원량 및 항만 준설량을 산출하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 해양조사선에 부착된 다중빔 음향측심기를 이용하여 해저 지형을 관측을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중빔 음향측심기와 해저 퇴적물 분석 장치를 도시한 블록도이다.
도 4은 도 1에 도시된 방법 중 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 해양조사선을 이용하여 해저 지형 및 해저 퇴적물의 탐사를 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 천부지층 프로파일러와 해저 퇴적물 분석 장치를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 방법 중 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 방법을 도시한 순서도이다.

Claims (8)

  1. 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 산출하는 방법에 있어서:
    다중빔 음향측심기를 이용하여 위치에 따른 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계;
    천부지층 프로파일러를 이용하여 위치에 따른 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 단계; 및
    상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스 및 상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스로부터 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계를 포함하는 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 해당 해역의 퇴적물의 종류 및 체적을 산출하고, 상기 산출된 퇴적물의 종류 및 체적을 이용하여 해저 자원량을 산출하는 단계를 더 포함하는 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 공간기반의 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 수평적인 퇴적물 종류에 따른 분포 정보 및 수심 정보를 산출하고, 상기 수심 정보와 계획 수심을 비교하여 항만의 준설량을 계산하는 단계를 더 포함하는 산출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 준설량은 퇴적물의 종류에 따라 독립적으로 산출되는 산출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는,
    상기 다중빔 음향측심기를 이용하여 음압 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 음압으로부터 해저의 수심 데이터를 생성하고, 상기 수심 데이터로부터 해저의 경도 및 조도를 계산하는 단계;
    상기 계산된 경도 및 조도를 이용하여 상시 수신된 음압 데이터를 보상하는 단계; 및
    상기 보상된 음압 데이터와 상기 해저 퇴적물 데이터를 비교하여 해저퇴적물을 분류하는 단계를 포함하는 산출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 해저 퇴적물 데이터는 코어링 또는 크랩(Grab) 방식을 통하여 생성되는 산출 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는,
    상기 천부지층 프로파일러를 이용하여 음압을 수신하는 단계;
    상기 수신된 음압으로부터 피크들을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 피크들을 이용하여 상부 퇴적층의 두께를 산출하는 단계를 포함하는 산출 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 공간기반의 해저 퇴적물 분포 데이터베이스를 생성하는 단계는,
    상기 해저 표층 퇴적물 분포 데이터베이스로부터 수평 분포 데이터를 추출하는 단계;
    상기 해저 퇴적물 두께 분포 데이터베이스로부터 수직 분포 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 수평 및 수직 분포 데이터에 대하여 해상도 보간을 실행하는 단계를 포함하는 산출 방법.
KR1020090078919A 2009-06-03 2009-08-25 해저 퇴적물 분포 데이터베이스의 생성 방법 KR20100130537A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102074588B1 (ko) * 2018-09-28 2020-02-06 한양대학교 에리카산학협력단 수중침전물질 음향탐지 방법 및 시스템
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