KR20130097599A - 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템 - Google Patents

해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모니터링 하고자 하는 다수의 지역에 퇴적물 샘플링 장치를 하강시킨 후 각 퇴적물 샘플링 장치에서 전송되는 해양 표면의 이미지를 선박 등 수면 위에 설치되어 있는 퇴적물 모니터링 장치에 구비된 디스플레이부를 통하여 관리자가 먼저 시각적으로 확인하면서 시료를 채취하고자 하는 특정 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 생성하여 전송하면, 이러한 구동신호를 수신한 특정 퇴적물 샘플링 장치에서 해당 영역의 단면이미지를 전송함과 아울러 그 영역의 퇴적물 시료를 채취함으로써, 관리자가 해양의 오염 상황을 시각적으로 확인할 수 있음과 아울러, 퇴적물의 시료도 용이하게 채취할 수 있게 한 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM OF MARINE CONTAMINATED SEDIMENT}
본 발명은 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모니터링 하고자 하는 다수의 지역에 퇴적물 샘플링 장치를 하강시킨 후 각 퇴적물 샘플링 장치에서 전송되는 해양 표면의 이미지를 선박 등 수면 위에 설치되어 있는 퇴적물 모니터링 장치에 구비된 디스플레이부를 통하여 관리자가 먼저 시각적으로 확인하면서 시료를 채취하고자 하는 특정 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 생성하여 전송하면, 이러한 구동신호를 수신한 특정 퇴적물 샘플링 장치에서 해당 영역의 단면이미지를 전송함과 아울러 그 영역의 퇴적물 시료를 채취함으로써, 관리자가 해양의 오염 상황을 시각적으로 확인할 수 있음과 아울러, 퇴적물의 시료도 용이하게 채취할 수 있게 한 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템에 관한 것이다.
경오염에 대한 심각성과 그 영향으로 인한 생태계 파괴 등의 문제점이 지적되면서, 해양 오염을 예방하기 위한 각종 대책들이 제안될 뿐만 아니라, 해양 환경오염을 야기하는 퇴적물을 제거하는 등 해양을 정화하기 위한 노력들이 다양하게 이루어지고 있다.
특히, 오염 퇴적물의 상부에 쌓인 오염된 퇴적물을 분해하기 위한 미생물들이 증가하면서 용존산소가 급격히 줄어들거나, 해양 바닥에서 이루어지는 해류의 흐름에 의해 가벼운 퇴적물 들이 움직이면서 탁도를 증가시키는 등 어류의 생존에 악영향을 끼치곤 하였다.
그에 따라, 종래에는 바지선 등에 그랩(Grab)을 설치하여 오염된 퇴적물을 직접 수거하곤 하였으나, 이 경우 오염된 퇴적물 제거를 위해 해저를 너무 깊게 파서 뒤집게 되므로, 오히려 자연스러운 해양 퇴적을 저해하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 대한민국 등록특허공보 제10-0332310호에 개시된 바와 같이 오염된 해양 퇴적물을 흡입할 수 있는 퇴적물 흡입장치가 구비된 연안 해저 정화용 플랜트 등이 제안되기도 하였다.
이러한 종래의 연안 해저 정화용 플랜트는, 기계식 수중 오물 수거장치와 기계식 퇴적물 흡입장치가 구비된 연안 해저 정화용 플랜트를 제안하면서, 상기 기계식 수중 오물 수거장치는 회전하면서 그랩을 상승 하강시키는 크레인, 플랜트 하단부에 부착되어 해저 바닥을 작업자에게 모니터링하도록 해주는 수중 카메라 및 이 수중 카메라로부터의 바닥 조건을 작업자가 확인하면서 크레인에 동작 선 및 리프팅 선을 통해 각기 연결되어 수중 오물을 수거하는 그랩을 포함하여 구성되고, 상기 기계식 퇴적물 흡입장치는 흡입장치를 상승하강시키는 크레인, 흡입장치와 일체로 움직이는 수중 카메라, 위치정보 수집기를 포함하여 이루어지는 것을 개시하였다.
그러나, 이와 같이 이루어진 종래의 연안 해저 정화용 플랜트는 바지선(barge) 등에 고정되어 있으므로 여러 지역에 대한 모니터링이 어렵다는 한계를 갖고 있으며, 정화를 위해 많은 퇴적물을 흡입하도록 구성되었으므로 퇴적층을 이루는 오염물질 또는 해저에서 이루어지는 자연스러운 퇴적물질에 대한 연구자료로 활용할 수 없게 되는 문제점이 있었다.
또한, 해양 오염 퇴적물을 존재하는 위치에서 직접 처리할 수 있는 원위치 처리 방법이 해양 오염 퇴적물 정화에 미래에 적절한 것으로 알려져 있어서 선진국에서 이미 수행되고 있다. 이 원위치 처리 방법으로 오염퇴적물의 오염성분(중금속, PCB 등 유기오염물, 부영양물질 등)의 제거를 위하여 저서 토착미생물을 활성화시키는 개량자연저감법(monitored natural attenuation, MNA), 흡착제·산화제 등 화학물질 및 해양미생물 등 생물소재를 이용하는 반응성 피복기술(reactive capping), 철강부산물인 슬래그를 활용하는 오염퇴적물 정화·복토기술, 물리·화학적 처리장치를 모듈화하여 해역 및 오염유형에 따라 조합하여 사용하는 현장처리기술 등이 있다. 선지국에서 일정한 영역에 원위치 처리를 통한 해양 오염 퇴적물의 정화가 이루어지고 있다.
또한, 종래의 연안 해저 정화용 플랜트는 퇴적된 오염물질을 제거하도록 구성되므로, 일정 정도의 정화가 이루어진 후 다시 오염물질이 퇴적되는 것이나 원위치처리 후에 정화가 어느 정도 이루어지고 있는 정도를 지속적으로 모니터링 하기 어려운 문제점이 있었다.
그에 따라, 보다 넓은 해양 지역에서 이루어질 수 있는 오염물의 퇴적을 보다 지속적이고 간편하게 모니터링할 수 있는 수단이 여전히 요청되고 있다. 또한, 넓은 해양 지역을 일일이 가지 않고도 여러 지역에서의 오염 퇴적물 현황을 간편하고 정확하게 확인할 수 있게 한 새로운 해양 오염 퇴적물 모니터링 수단이 여전히 요청되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 모니터링 하고자 하는 다수의 지역에 퇴적물 샘플링 장치를 하강시킨 후 각 퇴적물 샘플링 장치에서 전송되는 해양 표면의 이미지를 선박 등 수면 위에 설치되어 있는 퇴적물 모니터링 장치에 구비된 디스플레이부를 통하여 관리자가 먼저 시각적으로 확인하면서 시료를 채취하고자 하는 특정 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 생성하여 전송하면, 이러한 구동신호를 수신한 특정 퇴적물 샘플링 장치에서 해당 영역의 단면이미지를 전송함과 아울러 그 영역의 퇴적물 시료를 채취함으로써, 관리자가 해양의 오염 상황을 시각적으로 확인할 수 있음과 아울러, 퇴적물의 시료도 용이하게 채취할 수 있게 한 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템은,
해양 바닥면으로 하강하여 해양 퇴적물이 쌓인 해저의 평면 이미지와 일정 깊이 들어간 퇴적층의 단면 이미지를 전송하고, 구동신호에 의해 퇴적층으로부터 일정량의 퇴적물을 채취하는 퇴적물 샘플링 장치; 및 해양 바닥면으로 하강한 다수의 퇴적물 샘플링 장치로부터 전송되는 평면 이미지를 수신하여 디스플레이부에 표출하고, 특정 퇴적물 샘플링 장치를 선택한 후 샘플링 채취를 위한 구동신호를 생성하여 전송하는 퇴적물 모니터링 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 퇴적물 샘플링 장치는,
해양 바닥면으로 하강되는 본체의 지지구조를 이루는 다수의 프레임이 결합된 개방 프레임; 상기 개방 프레임 하부 주변을 넓게 촬영하여 평면 이미지를 획득하기 위해 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 수중 카메라와, 상기 수중 카메라에 의해 촬영되는 영역에 빛을 제공하기 위해 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 조명으로 이루어진 수중촬영부; 상기 개방 프레임의 내부에 설치되며 말단이 해저의 지층을 뚫고 들어가서 퇴적층의 단면을 촬영하여 단면 이미지를 획득하는 단면 카메라부; 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호에 의해 해양 바닥면을 이루는 퇴적층의 시료를 채취하는 샘플러부; 상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지를 수중통신이 가능한 저주파의 음향신호로 변환한 후 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송하고, 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호를 수신하며, 상기 퇴적물 모니터링 장치와의 데이터 송수신이 가능한 수중 통신수단; 및 상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지의 신호변환과, 상기 수중통신수단을 통하여 수신한 구동신호에 의해 이미지 획득과 샘플링 장치의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개방 프레임에는 상기 퇴적물 샘플링 장치가 위치하는 곳의 수온, 용존산소, 포화도, 탁도, 염분, 전도도를 포함하는 해양 환경 정보를 측정할 수 있는 접촉센서와, 해류의 흐름에 따른 유속을 측정할 수 있는 유속센서로 이루어진 센서부가 더 설치되고; 상기 센서부에서 측정된 센싱 데이터가 상기 수중 통신수단에 의해 저주파 음향신호로 변환된 후 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송되도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 단면 카메라부(SPC : Sediment Profile Camera)는,
상기 개방 프레임의 내부에 설치되고, 하부를 향하여 길게 형성되며, 말단이 해양 지면의 퇴적층을 일정 깊이 파고 들어갈 수 있게 경사진 프레임으로 이루어진 퇴적층 굴착부; 및 상기 퇴적층 굴착부를 이루는 경사진 프레임의 내부에서 경사면을 향하여 설치된 단면카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 샘플러부는,
상기 개방 프레임의 내부에 설치되며, 보다 깊은 곳의 퇴적물을 채취하기 위해 말단이 얇고 길면서 뾰족하게 형성되고, 뾰족한 말단에 퇴적물의 시료를 흡입할 수 있는 흡입수단이 구비되고, 이러한 흡입수단을 통하여 흡입한 퇴적물을 일시 저장할 수 있는 저장수단이 구비된 코어 샘플러; 및 상기 개방 프레임의 내부에 설치되며, 퇴적층의 상부를 긁어서 시료를 채집하는 그랩(grab) 구조로 이루어진 그랩 샘플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 퇴적물 모니터링 장치는,
상기 수중 통신수단으로부터 전송되는 저주파 음향신호를 수신하고, 상기 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 저주파 음향신호로 전송하여, 상기 퇴적물 샘플링 장치와의 데이터 통신이 가능한 수중통신부; 상기 수중통신부를 통하여 수신한 수중촬영부와 단면 카메라부에서의 이미지와, 상기 센서부에서의 센싱 데이터를 표출하는 디스플레이부; 및 상기 수중통신부를 통하여 수신하거나 전송하는 저주파 음향신호의 처리 및 변환을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모니터링 하고자 하는 다수의 지역에 퇴적물 샘플링 장치를 하강시킨 후 각 퇴적물 샘플링 장치에서 전송되는 해양 표면의 이미지를 선박 등 수면 위에 설치되어 있는 퇴적물 모니터링 장치에 구비된 디스플레이부를 통하여 관리자가 먼저 시각적으로 확인하면서 시료를 채취하고자 하는 특정 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 생성하여 전송하면, 이러한 구동신호를 수신한 특정 퇴적물 샘플링 장치에서 해당 영역의 단면이미지를 전송함과 아울러 그 영역의 퇴적물 시료를 채취함으로써, 관리자가 해양의 오염 상황을 지속적으로 확인할 수 있음과 아울러, 퇴적물의 시료도 용이하게 채취할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템의 블록 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 저면 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 동작을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 작동과정을 나타내는 순서도.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 저면 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템은, 해양 바닥면으로 하강하여 해양 퇴적물이 쌓인 해저의 평면 이미지와 일정 깊이 들어간 퇴적층의 단면 이미지를 전송하고 구동신호에 의해 퇴적층으로부터 일정량의 퇴적물을 채취하는 퇴적물 샘플링 장치(10)와, 해양 바닥면으로 하강한 다수의 퇴적물 샘플링 장치로부터 전송되는 평면 이미지를 수신하여 디스플레이부에 표출하고 특정 퇴적물 샘플링 장치를 선택한 후 샘플링 채취를 위한 구동신호를 생성하여 전송하는 퇴적물 모니터링 장치(20)를 포함하여 구성된다.
상기 퇴적물 샘플링 장치(10)는 선박 등에서 해양 바닥면으로 하강되는 본체의 지지구조를 이루는 다수의 프레임이 결합된 개방 프레임(100)과, 상기 개방 프레임에 설치되며 해저의 주변 환경을 넓게 촬영하여 평면 이미지를 획득하는 수중촬영부(200)와, 상기 개방 프레임의 내부에 설치되며 말단이 해저의 지층을 뚫고 들어가서 퇴적층의 단면을 촬영하여 단면 이미지를 획득하는 단면 카메라부(300)와, 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호에 의해 해양 바닥면을 이루는 퇴적층의 시료를 채취하는 샘플러부(400)와, 상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지를 수중통신이 가능한 저주파의 음향신호로 변환한 후 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송하고 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호를 수신하는 수중 통신수단(500)과, 상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지의 신호변환과 구동신호에 따른 이미지 획득과 샘플링 장치의 구동을 제어하는 컨트롤러(600)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 개방 프레임(100)에는 상기 퇴적물 샘플링 장치가 위치하는 곳의 수온, 용존산소, 포화도, 탁도, 염분, 전도도 등을 측정할 수 있는 접촉센서(710)와, 해류의 흐름에 따른 유속을 측정할 수 있는 유속센서(720)로 이루어진 센서부(700)가 더 구비되어, 관리자가 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)에 표현되는 센싱 데이터를 통하여 해양 환경을 용이하게 파악할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 개방 프레임(100)은 상기 퇴적물 샘플링 장치(10)의 전체적인 지지구조를 이루는 다수의 프레임이 결합되어 이루어지며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내부가 비어 있어 유속의 흐름을 방해하지 않도록 구성된다. 이와 같이 다수의 프레임이 상호 연결된 영역을 제외한 나머지 부분이 개방되도록 이루어짐으로써, 해저에 설치된 상태에서 장치가 직접적으로 받게 되는 압력을 감소시킬 수 있게 되어 안정적인 퇴적물의 시료 채취가 가능하게 된다.
도 2 및 도 3에서는 전체적으로 육면체의 형상으로 이루어진 것을 도시하였으나, 상기 개방 프레임의 형상이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
또한, 상기 개방 프레임(10)의 상부에는 상기 퇴적물 샘플링 장치가 해류에 휩쓸려 떠내려가는 것을 방지하기 위해, 와이어 등의 연결 수단에 의해 수면 위에 있는 선박 등에 연결되도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 수중촬영부(200)는 상기 퇴적물 샘플링 장치가 위치하는 개방 프레임 하부 주변을 넓게 촬영하여 평면 이미지(plan-view image)를 획득하도록 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 수중 카메라(210)와, 상기 수중 카메라에 의해 촬영되는 영역에 빛을 제공하기 위해 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 조명(220)으로 구성된다.
이때, 상기 조명은 수중 카메라에 가깝게 설치되어 평면 이미지를 획득하려는 특정 영역에만 밝은 빛을 공급하도록 구성될 수도 있으나, 퇴적물의 시료 채취에 앞서 1차적인 정보로서 보다 넓은 지역에 대한 평면 이미지를 획득하여 시료 채취 지역을 선택하고자 하는 수중 카메라의 설치 목적을 고려할 때, 보다 넓은 영역에 대한 평면 이미지 획득이 가능하도록 상기 조명(220)은 상기 수중 카메라(210)에서 일정거리 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수중 카메라(210)는 도 6에 도시된 바와 같이 해양 바닥을 촬영할 수 있도록 수중 카메라의 렌즈가 수직 하방을 향하도록 설치되고, 상기 수중 카메라로부터 이격 설치된 조명(220)은 상기 수중 카메라에 의해 촬영되는 영역에 빛을 조사할 수 있도록 약간 비스듬하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 단면 카메라부(SPC : Sediment Profile Camera)(300)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개방 프레임의 내부에서 하부를 향하여 길게 형성되며 말단이 해양 지면을 일정 깊이 파고 들어갈 수 있도록 경사진 프레임으로 이루어진 퇴적층 굴착부(310)와, 상기 퇴적층 굴착부를 이루는 경사진 프레임의 내부에서 경사면을 향하여 설치된 단면카메라(320)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 퇴적층 굴착부(310)의 말단이 경사면을 형성함으로써 퇴적된 오염물의 상부를 용이하게 뚫고 들어갈 수 있게 되며, 그에 따라 퇴적된 오염물 등을 뚫고 들어간 상태에서 상기 단면카메라(320)는 경사면을 통하여 오염물의 퇴적층에 대한 단면 이미지를 용이하게 획득할 수 있게 된다.
이때, 상기 퇴적층 굴착부(310)를 이루는 경사면은 약 45°의 경사를 이루도록 형성되는 것이 바람직하지만, 이러한 경사면의 각도에 제한되지 않고 다양한 각도로 이루어진 경사면을 갖도록 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 퇴적층 굴착부(310)의 하강과 단면카메라(320)를 통한 영상의 획득은 해양 지면에 닿는 모든 퇴적물 샘플링 장치에 의해 이루어지도록 구성될 수도 있으나, 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 평면 이미지를 본 후 시료 채취를 선택한 특정의 퇴적물 샘플링 장치에서만 채취가 이루어질 수 있도록 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)에서 전송되는 구동신호에 의해 상기 퇴적층 굴착부(310)의 하강과 단면카메라(320)를 통한 촬영이 이루어질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 샘플러부(400)는 상기 개방 프레임(100)의 내부에 설치되며 보다 깊은 곳의 퇴적물을 채취하기 위해 말단이 얇고 길게 형성된 코어 샘플러(410)와, 상기 개방 프레임의 내부에 설치되며 보다 많은 퇴적물을 채취할 수 있는 그랩(grab) 구조로 이루어진 그랩 샘플러(420)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 코어 샘플러(410)와 그랩 샘플러(420)는 상호 인접하게 설치되어 구성될 수 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 중앙에 설치된 상기 단면 카메라부(SPC)(300)의 양 측부에 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 코어 샘플러(410)는 퇴적층의 깊게까지 들어가야 하므로 뾰족한 말단에 퇴적물의 시료를 흡입할 수 있는 흡입수단이 구비되고, 이러한 흡입수단을 통하여 흡입한 퇴적물을 일시 저장할 수 있는 저장수단이 구비되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 코어 샘플러(410)는 시료 채취시 퇴적층에 보다 깊이 들어갈 수 있도록 상기 단면 카메라부보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 그랩 샘플러(420)는 통상적인 SPI(Sediment Profile Image) 장치와 같이 퇴적층 상부에 있는 퇴적물을 긁어서 채취할 수 있는 그랩이 구비되며, 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)에서 전송되는 구동신호에 의해 그랩의 펼쳐짐과 오므려짐의 동작이 이루어질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 해당 지역에서 퇴적층의 상부와 하부에 대한 분석이 함께 이루어질 수 있도록 상기 코어 샘플러와 그랩 샘플러를 통한 퇴적물의 채취는 동시에 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 수중 통신수단(500)은 해양 지면에 인접하게 하강되어 있는 퇴적물 샘플링 장치(10)의 수중촬영부, 단면 카메라부, 샘플러부와 해상에 위치하고 있으며 관리자의 조작 및 관리가 가능한 퇴적물 모니터링 장치(20) 간의 수중 데이터 통신이 가능하게 한 음향 신호 장치인 소나(Sonar)로 구성된다.
이때, 상기 소나는 상기 수중촬영부(200)나 단면 카메라부(300)에서 획득한 이미지를 수중통신이 가능한 저주파의 음향신호로 변환하여 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송하며, 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 관리자의 조작 등에 의해 전송되는 저주파의 구동신호를 수신할 수 있게 된다.
또한, 상기 소나는 상기 센서부(700)에서 획득한 센싱 데이터인 해양 환경 정보를 저주파의 음향신호로 변환하여 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송할 수 있음은 물론이며, 그에 따라, 상기 퇴적물 모니터링 장치의 디스플레이부를 보는 관리자는 오염된 퇴적물의 정보뿐만 아니라 그 지역의 해양 환경 정보도 다양하게 획득할 수 있게 된다.
상기 컨트롤러(600)는 상기 수중 찰영부에서 획득한 평면 이미지와 상기 단면 카메라부에서 획득한 단면 이미지를 저주파의 음향신호로 변환하는 신호처리와, 상기 퇴적물 모니터링 장치로부터 저주파의 음향신호로 수신한 구동신호를 상기 단면 카메라부의 구동과 샘플러부의 구동을 위한 제어신호로 변환하는 신호처리를 제어하는 마이크로 프로세서로 구성된다.
상기 퇴적물 모니터링 장치(20)는 상기 수중 통신수단으로부터 전송되는 저주파 음향신호를 수신하고 샘플링 장치의 구동신호를 저주파 음향신호로 전송하여 상기 퇴적물 샘플링 장치와의 데이터 통신이 가능하게 한 수중통신부(800)와, 상기 수중통신부를 통하여 수신한 수중촬영부와 단면 카메라부에서의 이미지와 상기 센서부에서의 센싱 데이터를 관리자가 시각적으로 인식할 수 있도록 표출하는 모니터 등으로 이루어진 디스플레이부(810)와, 상기 수중통신부를 통하여 수신하거나 전송하는 저주파 음향신호의 처리 및 변환을 제어하는 제어부(820)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제어부(820)는 상기 센서부를 이루는 접촉센서(710)나 유속센서(720)에서 전송되는 측정값인 센싱 데이터를 수신하여 해양 환경 정보로 저장하고, 상기 수중촬영부(200)에서 전송되는 평면 이미지를 수신하여 해저 환경 감시 및 시료 채취 영역 선택에 활용하며, 상기 단면 카메라부(SPC)(300)를 통하여 수신한 단면 이미지를 수신하여 퇴적된 오염물의 종류 분석 등에 활용할 수 있게 하고, 선택된 지역에 위치하는 퇴적물 샘플링 장치(10)의 구동을 위한 구동신호를 생성하는 등 전반적인 제어가 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 제어부(820)는 상기 퇴적물 샘플링 장치로부터 각 장치가 위치하는 위치정보를 함께 수신하여 저장하도록 구성됨으로써, 해당 지역의 오염물 분석과 정화 및 오염 방지를 위한 기초적인 자료로 활용할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템의 작용을 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 동작을 나타내는 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 퇴적물 샘플링 장치의 작동과정을 나타내는 순서도이다.
도 6에서는 설명의 편의를 위하여 단면 카메라부를 이루는 퇴적층 굴착부만을 표현하였으나, 퇴적층의 시료를 채취하기 위한 코어 샘플러와 그랩 샘플러도 퇴적층 내부로 들어가서 시료를 채취하게 되어야 함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 명확하다 할 것이다.
도 6(a)에 도시된 바와 같이, 오염 퇴적물을 채취하여 모니터링하고자 하는 장소에서 퇴적물 샘플링 장치(10)가 선박에서 수중으로 내려오게 된다. 이때, 상기 퇴적물 샘플링 장치(10)에는 해양 바닥에 인접하였음을 인식하여 개방 프레임(100)의 하강 속도를 낮출 수 있도록 지면에의 접촉을 인식할 수 있는 별도의 센서가 더 구비되는 것이 바람직하다.
해양 바닥에 퇴적물 샘플링 장치(10)가 인접하게 되면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 컨트롤러의 제어신호에 의해 수중촬영부(200)를 이루는 조명(220)이 켜져서 수중 카메라(210)에 의해 촬영하고자 하는 영역을 비추게 된다. 그에 따라, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 수중 카메라(210)에 의해 평면 이미지(Plan-view image)를 획득하게 된다.
이와 같이 상기 수중 카메라(210)에 의해 획득하게 된 해양 바닥의 평면 이미지는 상기 컨트롤러에서의 신호처리에 의해 저주파의 음향신호로 변환된 후 소나로 이루어진 수중 통신수단에 의해 해상에 있는 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송된다.
이때, 상기 퇴적물 샘플링 장치를 이루는 개방 프레임(100)에 설치되어 있는 다수의 유속센서와 접촉센서에 의해 측정된 유속이나 수온, 용존산소, 포화도, 탁도, 염분, 전도도와 같은 다양한 센싱 데이터도 상기 컨트롤러(600)에서의 신호처리에 의해 저주파의 음향신호로 변환된 후 상기 수중 통신수단에 의해 퇴적물 모니터링 장치로 전송된다.
이와 같이, 정해진 영역들에 설치된 퇴적물 샘플링 장치(10)들에 구비된 센서들과 수중 카메라에서 센싱하고 촬영하여 획득한 해양 바닥의 평면 이미지 등의 1차 정보를 정해진 영역들의 모든 사이트에서 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송하게 된다(S100).
또한, 상기 컨트롤러(600)는 자신의 고유 기기번호 등 다른 퇴적물 샘플링 장치와 구별할 수 있는 식별데이터를 상기 평면 이미지 또는 센싱 데이터와 함께 전송하도록 이루어져, 추후 상기 퇴적물 모니터링 장치로부터 전송되는 구동신호를 수신할 수 있게 하는 것이 바람직하며, 이때, 퇴적물 샘플링 장치가 위치한 위치정보를 함께 전송하도록 구성될 수도 있게 된다.
이처럼 해양 바닥에서 상호 이격되게 설치된 다수의 퇴적물 샘플링 장치(10)는 각각 획득한 평면 이미지와 센싱 데이터를 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송하여 디스플레이부에 표출시키게 된다.
또한, 상기 다수의 퇴적물 샘플링 장치에서 전송되는 평면 이미지와 센싱 데이터는 해양 바닥에 인접하게 된 후 일회적으로 전송하도록 구성될 수도 있으나, 해양 환경과 오염물의 퇴적 상황을 감시할 수 있도록, 해양 바닥과의 인접상태를 유지하는 동안 지속적으로 또는 일정 주기마다 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송할 수 있게 구성되어, 상기 퇴적물 모니터링 장치에 실시간으로 표출될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이후, 관리자는 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)에 구비된 디스플레이부를 통해 평면 이미지와 센싱 데이터를 보면서 모니터링 하고자 하는 영역을 결정하게 된다(S120).
그리고, 관리자는 수신한 1차 정보 중에서 단면 카메라(SPC)의 이미지 데이터를 분석하여 그랩(grap) 샘플러와 코어(core) 셈플러를 이용하여 시료를 채취하고자 하는 샘플링 위치를 결정하게 된다(S200). 또한, 관리자는 퇴적물의 하층에 있는 시료를 채취하거나 아니면 퇴적물 상층의 시료를 채취할 수 있게 샘플러부(400) 중 어느 하나의 샘플러만 구동하도록 결정할 수 있음은 물론, 퇴적물의 하층과 상층의 시료를 모두 채취할 수 있게 샘플러를 이루는 코어 샘플러와 그랩 샘플러가 동시에 구동되도록 결정하는 등 무슨 시료를 채취할 지도 함께 결정하게 된다(S220).
이러한 관리자의 결정에 의해 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)에 구비된 제어부에서 생성되고 저주파 음향신호로 변환된 구동신호는 수중 통신부를 통하여 해당 퇴적물 샘플링 장치(10)로 전송된다.
이때, 상기 제어부는 구동신호를 모든 퇴적물 샘플링 장치로 전송하고, 각 퇴적물 샘플링 장치는 상기 구동신호에 포함되어 있는 고유 기기번호와 같은 식별데이터를 비교하면서 자신의 구동신호인가를 확인할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구동신호는 평면 이미지에 의해 파악된 해저 바닥의 지형과 상황에 따라 시료를 채취하고자 하는 영역을 결정한 후 그 영역으로의 퇴적물 샘플링 장치 이동을 지시하는 제어명령을 포함하도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
이때, 구동신호를 수신한 퇴적물 샘플링 장치는 시료를 채취하고자 하는 영역으로 이동한 후 개방 프레임 하부를 해양 지면에 완전히 밀착시킨 후 단면 카메라부를 이루는 퇴적층 굴착부(310)와 샘플러부(400)를 즉시 하강시켜 시료를 채취하도록 구성될 수도 있으나, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 결정된 위치에서 해양 지면에 보다 가깝게 내려온 후의 평면 이미지 등 1차 정보를 다시 센싱한 후 상기 퇴적물 모니터링 장치(20)로 전송하도록 구성되는 것이 바람직하다(S300).
그에 따라, 관리자는 상기 퇴적물 모니터링 장치에 구비된 디스플레이부를 통하여 보다 가깝게 촬영된 평면 이미지를 보면서 시료의 채취 형태, 즉, 퇴적물의 상층 또는 하층에서의 채취 여부를 결정하게 되고, 그랩 샘플러나 코어 샘플러가 시료 채취를 위해 하강할 거리, 즉 퇴적물을 파고 들어갈 깊이를 결정하여 구동신호를 생성할 수 있게 된다(S320).
이러한 구동신호를 수신한 퇴적물 샘플링 장치는, 도 6(d)에 도시된 바와 같이, 해당 위치에서 퇴적물로 이루어진 퇴적층에 보다 깊이 삽입된 후 단면 카메라부(SPC)(300)에서 퇴적층의 단면 이미지를 획득하여 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송함과 아울러, 상기 코어 샘플러 또는 그랩 샘플러를 통하여 퇴적층의 하부 또는 상부의 시료를 채취하게 된다. 이때, 상기 퇴적물 샘플링 장치는 결정된 위치에서 그랩 샘플러에 의한 그랩 샘플링을 먼저 수행하고 그 후에 코어 샘플러에 의한 코어 샘플링을 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다(S400).
이와 같이, 상기 단면 카메라부(SPC)를 통하여 전송된 단면 이미지와 상기 샘플러부를 통하여 직접 채취한 퇴적물의 시료에 의해 해당 해역을 오염시키는 주된 요인을 파악할 수 있게 되며, 그 결과를 이용하여 보다 적합한 정화방법과 해양 오염 예방책을 수립할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 - 퇴적물 샘플링 장치 20 - 퇴적물 모니터링 장치
100 - 개방 프레임 200 - 수중촬영부
210 - 수중 카메라 220 - 조명
300 - 단면 카메라부 310 - 퇴적층 굴착부
320 - 단면카메라 400 - 샘플러부
410 - 코어 샘플러 420 - 그랩 샘플러
500 - 수중 통신수단 600 - 컨트롤러
700 - 센서부 710 - 접촉센서
720 - 유속센서 800 - 수중통신부
810 - 디스플레이부 820 - 제어부

Claims (6)

  1. 해양 바닥면으로 하강하여 해양 퇴적물이 쌓인 해저의 평면 이미지와 일정 깊이 들어간 퇴적층의 단면 이미지를 전송하고, 구동신호에 의해 퇴적층으로부터 일정량의 퇴적물을 채취하는 퇴적물 샘플링 장치; 및
    해양 바닥면으로 하강한 다수의 퇴적물 샘플링 장치로부터 전송되는 평면 이미지를 수신하여 디스플레이부에 표출하고, 특정 퇴적물 샘플링 장치를 선택한 후 샘플링 채취를 위한 구동신호를 생성하여 전송하는 퇴적물 모니터링 장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퇴적물 샘플링 장치는,
    해양 바닥면으로 하강되는 본체의 지지구조를 이루는 다수의 프레임이 결합된 개방 프레임;
    상기 개방 프레임 하부 주변을 넓게 촬영하여 평면 이미지를 획득하기 위해 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 수중 카메라와, 상기 수중 카메라에 의해 촬영되는 영역에 빛을 제공하기 위해 상기 개방 프레임에 설치되어 있는 조명으로 이루어진 수중촬영부;
    상기 개방 프레임의 내부에 설치되며 말단이 해저의 지층을 뚫고 들어가서 퇴적층의 단면을 촬영하여 단면 이미지를 획득하는 단면 카메라부;
    상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호에 의해 해양 바닥면을 이루는 퇴적층의 시료를 채취하는 샘플러부;
    상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지를 수중통신이 가능한 저주파의 음향신호로 변환한 후 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송하고, 상기 퇴적물 모니터링 장치에서 전송되는 구동신호를 수신하며, 상기 퇴적물 모니터링 장치와의 데이터 송수신이 가능한 수중 통신수단; 및
    상기 수중촬영부와 단면 카메라부에서 획득한 이미지의 신호변환과, 상기 수중통신수단을 통하여 수신한 구동신호에 의해 이미지 획득과 샘플링 장치의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 개방 프레임에는 상기 퇴적물 샘플링 장치가 위치하는 곳의 수온, 용존산소, 포화도, 탁도, 염분, 전도도를 포함하는 해양 환경 정보를 측정할 수 있는 접촉센서와, 해류의 흐름에 따른 유속을 측정할 수 있는 유속센서로 이루어진 센서부가 더 설치되고;
    상기 센서부에서 측정된 센싱 데이터는 상기 수중 통신수단에 의해 저주파 음향신호로 변환된 후 상기 퇴적물 모니터링 장치로 전송되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단면 카메라부(SPC : Sediment Profile Camera)는,
    상기 개방 프레임의 내부에 설치되고, 하부를 향하여 길게 형성되며, 말단이 해양 지면의 퇴적층을 일정 깊이 파고 들어갈 수 있게 경사진 프레임으로 이루어진 퇴적층 굴착부; 및
    상기 퇴적층 굴착부를 이루는 경사진 프레임의 내부에서 경사면을 향하여 설치된 단면카메라를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 샘플러부는,
    상기 개방 프레임의 내부에 설치되며, 보다 깊은 곳의 퇴적물을 채취하기 위해 말단이 얇고 길면서 뾰족하게 형성되고, 뾰족한 말단에 퇴적물의 시료를 흡입할 수 있는 흡입수단이 구비되고, 이러한 흡입수단을 통하여 흡입한 퇴적물을 일시 저장할 수 있는 저장수단이 구비된 코어 샘플러; 및
    상기 개방 프레임의 내부에 설치되며, 퇴적층의 상부를 긁어서 시료를 채집하는 그랩(grab) 구조로 이루어진 그랩 샘플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퇴적물 모니터링 장치는,
    상기 수중 통신수단으로부터 전송되는 저주파 음향신호를 수신하고, 상기 퇴적물 샘플링 장치의 구동신호를 저주파 음향신호로 전송하여, 상기 퇴적물 샘플링 장치와의 데이터 통신이 가능한 수중통신부;
    상기 수중통신부를 통하여 수신한 수중촬영부와 단면 카메라부에서의 이미지와, 상기 센서부에서의 센싱 데이터를 표출하는 디스플레이부; 및
    상기 수중통신부를 통하여 수신하거나 전송하는 저주파 음향신호의 처리 및 변환을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양 오염 퇴적물 모니터링 시스템.
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