KR20200032452A - 해상 유출유의 이동 추적 방법 및 장치 - Google Patents

해상 유출유의 이동 추적 방법 및 장치 Download PDF

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KR20200032452A
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Abstract

본 발명에 따른 해상 유출유의 이동 추적 방법은, 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계; 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상정보 및 기상정보를 수신하는 단계; 상기 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상입자 데이터로 가공하는 단계;및 상기 해상정보, 기상정보 및 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 위성 이미지를 초기 입력 데이터로 사용하고, 해상 유출유의 위치에 대응하는 가상입자의 과거로의 이동 추정을 통하여 해상 유출유의 이동을 추정하여 해상 유출유의 궤적을 추적할 수 있다.
특히, 상기 가상입자의 이동을 역방향으로 추적하여 해상 유출유의 초기위치를 추정할 수 있다.

Description

해상 유출유의 이동 추적 방법 및 장치{Method and apparatus for tracking oil spills in Ocean}
본 발명은 해상 유출유의 이동 추적 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 해상 유출유의 이동을 추적하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
선박에는 엔진기관의 동력을 이용하여 추진되는 관계로 연료를 저장, 공급하기 위한 기름탱크가 구비되는데, 이러한 선박이 암초에 부딪히거나 다른 선박과의 충돌 등에 의하여 기름탱크가 파손되어 기름이 외부로 유출되는 일이 발생한다. 이러한 기름의 유출은 해양을 오염시켜 해양의 생태계를 파괴하고 연근해 자원을 고갈시키며 양식 어류들이 폐사시키는 등 심각한 문제를 발생시키며, 특히, 대형 선박, 유조선 등의 경우 상기와 같은 문제점이 더욱 심각하게 나타난다.
따라서, 상기와 같은 기름 유출에 의한 해양 오염을 줄이기 위하여 일반적으로 오일 펜스를 설치하여 기름의 확산을 억제하고, 유화제로 기름을 분해하여 침전시키는 대책 등이 수행하고 있다. 이러한 대책들을 수행하고, 기름의 확산 지역을 예상하기 위해서는 해양의 기름 유출 확산 범위의 조속한 예측이 필요하다.
이에 해상 유출유의 이동 속도 및 범위를 추적하는 방법인 (특허문헌1)이 출원되었으며, (특허문헌1)을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(특허문헌1)은 해상 유출유의 추적방법 및 장치에 관한 것으로, 이에 따르면, 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계와; 외부로부터 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상 정보 및 기상 정보를 수신하는 단계와; 상기 수신된 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 단계와; 상기 수신되는 해상 정보 및 기상 정보와, 풍속에 선형적으로 비례하는 풍속 영향 반영 비율값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 추정함으로써 상기 유출유를 추적하는 단계;를 청구하고 있다.
그러나, (특허문헌1)은 해류와 바람의 공간적인 변화를 고려하지 않아 해상 유출유를 추적하는데 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1538668호
본 발명은 위성 이미지를 초기 입력 데이터로 사용하고, 해상 유출유의 위치에 대응하는 가상입자의 과거로의 이동 추정을 통하여 해상 유출유의 이동을 추정하여 해상 유출유의 궤적을 추적하는 것을 목적으로 한다.
특히, 상기 가상입자의 이동을 역방향으로 추적하여 해상 유출유의 초기위치를 추정하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 해상 유출유의 이동 추적 방법은, 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계; 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상정보 및 기상정보를 수신하는 단계; 상기 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 단계;및 상기 해상정보, 기상정보 및 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 원격탐사정보, 상기 해상 정보, 및 상기 기상 정보는, 상기 해상 유출유 발생 영역의 제1 시간에 수신되는 정보이고, 상기 유출유의 궤적을 추적하는 단계는, 상기 제1시간에 수신되는 정보에 기초하여 제2시간에 동안 상기 유출유의 이동 속도 및 이동 범위를 추적하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 원격탐사정보는, 광학센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터 및 전파특성데이터 중 적어도 어느 하나인 것인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 해상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 조류의 속도 및 방향, 및 해류의 속도 및 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 기상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 풍속 및 풍향에 대한 정보를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 가상입자의 이동 추정은, 하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법:
1) 정방향:
Figure pat00001
2) 역방향:
Figure pat00002
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
:
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
순간의 i번째 가상입자의 위치
Figure pat00009
:풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도
Figure pat00010
:난류 확산 속도
인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도(
Figure pat00011
)는 하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법:
Figure pat00012
Figure pat00013
:해류 드리프트 계수(current drift coefficient)
Figure pat00014
:표면 해류 속도(the surface current velocity)
Figure pat00015
:풍속 할증 계수(wind drag coefficient)
Figure pat00016
: 바람 속도
점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 유출유 발생영역은, 상기 유출유 발생영역의 표면 해류가 조류의 영향이 큰 연안 영역인 것인 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 해상 유출유의 이동 추적 장치는, 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 제1수신부; 외부로부터 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상 정보 및 기상 정보를 수신하는 제2수신부; 상기 수신된 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 데이터 가공부;및 상기 해상정보, 기상정보 및 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 유출유 추적부;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 원격탐사정보, 상기 해상 정보, 및 상기 기상 정보는, 상기 해상 유출유 발생 영역의 제1 시간에 수신되는 정보이고, 상기 유출유 추적부는, 상기 제1시간에 수신되는 정보에 기초하여 제2시간 에 상기 유출유의 이동 속도 및 이동 범위를 추적하는 것인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 원격탐사정보는, 광학센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터 및 전파특성데이터 중 적어도 어느 하나이고, 상기 해상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 조류의 속도 및 방향, 및 해류의 속도 및 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 기상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 풍속 및 풍향에 대한 정보를 포함하는 것인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 유출유 추적부는, 하기 수학식에 기초하여 상기 가상입자의 이동 추정을 수행하는 것인 해상 유출유 초기위치 추적 장치:
1) 정방향:
Figure pat00017
2) 역방향:
Figure pat00018
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
:
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
순간의 i번째 가상입자의 위치
Figure pat00025
:풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도
Figure pat00026
:난류 확산 속도
인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도(
Figure pat00027
)는 하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 장치:
Figure pat00028
Figure pat00029
:해류 드리프트 계수(current drift coefficient)
Figure pat00030
:표면 해류 속도(the surface current velocity)
Figure pat00031
:풍속 할증 계수(wind drag coefficient)
Figure pat00032
: 바람 속도
인 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 유출유 발생영역은, 상기 발생영역의 표면 해류가 조류의 영향이 큰 연안 영역인 것인 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 위성 이미지를 초기 입력 데이터로 사용하고, 해상 유출유의 위치에 대응하는 가상입자의 미래로의 이동 추정을 통하여 해상 유출유의 이동을 추정하여 해상 유출유의 초기위치를 추적할 수 있다.
특히, 상기 가상입자의 이동을 역방향으로 추적하여 해상 유출유의 초기위치를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 이동 추적 방법의 개략적인 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 발생 지역의 바람 속도의 시계역적 데이터를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 발생 지역의 해류 속도의 시계역적 데이터를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 방법을 수행하는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 이동 추적 장치의 개략적인 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 이동 추적 방법의 개략적인 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명인 해상 유출유 이동 추적 방법은, 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계(S100)와, 해상 유출유 발생 영역의 해상 정보 및 기상 정보를 수신하는 단계(S200), 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 단계(S300)와, 해상 정보 및 기상 정보와, 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 추정함으로써 상기 유출유의 궤적을 추적하는 단계(S400)를 포함한다.
상기 S100단계는, 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계이다. 상기 원격탐사정보는, 광학센서, 적외센서, 자외선 센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터 및 전파특성데이터 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 상기 광학센서, 적외센서, 자외선 센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터는, 예를 들어, 다중분광카메라(multi-spectral camera)로부터 획득되는 광학 이미지 데이터(optical image) 또는 합성개구레이더(SAR)로부터 획득되는 SAR 이미지 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 이미지 데이터에는, 해당 이미지 데이터에 대응하는 지역위치정보도 함께 포함될 수 있다.
또한, 전파특성데이터는, 해당 데이터의 획득 시간, 인공위성에 마련되는 레이더 주파수, 레이더 편파, 레이더 입사각, 입사각에 따른 해상 표면에서의 후방산란계수 등을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 원격탐사정보는 상기 해상 유출유 발생영역의 제1시간에 수신되는 정보이다. 예를 들어, 해상 유출유가 발생된 시점으로부터 소정 시간이 경과된 시간, 예를 들어 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 20시간, 30시간, 40시간, 50시간, 60시간, 70시간, 80시간, 90시간, 100시간… 이후의 시간에 수신되는 정보를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 SAR 이미지 데이터를 가상 입자의 이동을 추정하기 위한 초기 데이터로 사용할 수 있다. 또한, 정규화된 레이더 산란 단면적(NRCS)을 계산하기 위해 방사분석 교정이 적용되고, 기하학적 상관관계도 적용된다.
상기 S200단계는, 외부로부터 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상 정보 및 기상 정보를 수신하는 단계이다. 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상정보 및 기상정보는, 다양한 경로로부터 수신할 수 있는바, 예를 들어 상기 해상정보는 국립해양조사원(Korea Hydrographic and Ocenographic Administration) 등 각국의 해상정보 제공기관으로부터 각 영해에 대한 해상정보를 수신할 수 있다. 기상정보는 기상청(Korea Meteorological administration)으로부터 풍속 및 풍향에 대한 정보를 수신할 수 있으며, 이러한 기상정보 역시 한국의 기상청에 대응하는 각국 기상청으로부터 해당 국가의 기상정보를 수신할 수도 있다. 또한, 기상정보는, 인공위성으로부터 조사 희망 영역의 기상정보를 수신할 수 있다.
상기 해상정보는, 상기 유출유 발생영역의 조석, 조류의 속도 및 방향, 및 해류의 속도 및 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 기상정보는 상기 유출유 발생영역의 풍속 및 풍향에 대한 정보를 포함한다.
일 실시 예로, 표면조류 데이터는 EFDC 해양 모델(Environmental Fluid Dynamics code:EFDC)에서 얻어진다. 이 모델 좌표는 직각곡선의 수평 및 수직 시그마 좌표로 일반화 된다. 또한, 이 모델 좌표는 연속성, 운동량, 염분균형 및 정역학과 열평형과 부씨네스트 근사(Boussinesq approximations)에 기반한 3차원 유체역학 모델이다.
일 실시 예로, 격자 간격이 500m인 EFDC 모델을 사용하여 풍력 효과가 없는 표면 해류를 사용할 수 있다. 상기 표면 해류 데이터는 30분 간격으로 생성될 수 있다. 특정 시간의 가상 입자 데이터 위치에서 속도 데이터는 30분 간격으로 생성된 데이터에서 가까운 시간대의 데이터를 가져오도록 설계될 수 있다.
또한, 일 실시 예로, 해상의 풍력 데이터는 기상청에서 수집될 수 있다. 상기 풍력데이터는 다른높이에서 1분간격으로 1분간 평균 풍속이 포함될 수 있다. 10m 높이의 바람을 해수면으로 바꾸기 위해 헬먼 지수법이 사용되었다. 또한, 30분마다 유출유 지역의 풍력 데이터를 생성하기 위해 보간방법을 사용하였다.
상기 S100단계와 마찬가지로, 상기 해상정보 및 상기 기상정보는 상기 해상 유출유 발생영역의 제1시간에 수신되는 정보이다. 예를 들어, 해상 유출유가 발생된 시점으로부터 소정 시간, 예를 들어 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 20시간, 30시간, 40시간, 50시간, 60시간, 70시간, 80시간, 90시간, 100시간… 이후의 시간에 수신되는 정보를 포함할 수 있으며, 이는 임의적으로 설정될 수 있는 것으로서 상기 기재된 각 정보를 제공하는 제공처에서 제공되는 시간이 될 수 있다.
상기 S300단계는, 상기 수신된 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 단계이다. 본 S300단계의 가상입자 데이터 가공단계는, 상기 원격탐사정보 중 이미지 데이터로부터 상기 유출유의 위치에 대응하는 가상입자를 추출하는 단계와; 상기 이미지 데이터의 공간 해상도에 기초하여 소정 크기를 가지는 격자 셀을 이용하여 상기 추출된 가상입자의 위치좌표를 설정하는 단계를 포함한다.
일 실시 예로, 상기 이미지 데이터에서 유출유 픽셀과 비유출유 픽셀을 구분하기 위한 방법으로 무빙윈도(moving window)와 클러스터링(clustering)을 갖는 입양 임계값 조절 알고리즘을 사용한다. 각 윈도(window)에서 임계값은 각 윈도에서 dB 스케일의 후방산란 레벨로부터 계산된 표준편차에 의해 추정된다.
S400단계는, 상기 수신되는 해상정보 및 기상정보와, 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 단계이다. S400단계의 가상입자 이동추정은, 상기 제1시간에 수신된 해상정보, 기상정보, 원격탐사정보에 기초하여 제2시간에 상기 유출유의 이동속도 및 범위를 추적하는 단계이다. 상기 제2시간은, 예를 들어, 상기 제1시간으로부터 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 20시간, 30시간, 40시간, 50시간, 60시간, 70시간, 80시간, 90시간, 100시간… 등 다양한 시간 간격이 흐른 뒤의 시간일 수 있다. 따라서, 본 단계는, 상기 제1시간에 수집된 정보들에 기초하여 상기 제2시간에 시뮬레이션을 통하여 상기 가상입자의 이동의 속도 및 범위를 추적하는 것이다.
상기 S400단계의 가상입자 이동추정은 하기 수학식1 및 2에 기초하여 이루어진다.
Figure pat00033
Figure pat00034
여기에서,
Figure pat00035
,
Figure pat00036
,
Figure pat00037
:
Figure pat00038
,
Figure pat00039
,
Figure pat00040
순간의 i번째 가상입자의 위치,
Figure pat00041
:풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도,
Figure pat00042
:난류 확산 속도이다.
상기 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도
Figure pat00043
는, 하기 수학식3에 기초하여 이루어진다.
Figure pat00044
여기에서,
Figure pat00045
:해류 드리프트 계수(current drift coefficient),
Figure pat00046
:표면 해류 속도(the surface current velocity),
Figure pat00047
:풍속 할증 계수(wind drag coefficient),
Figure pat00048
: 바람 속도 이다.
상기를 검증하기 위하여, 하기와 같은 실험을 수행하였다.
2007년 12월 7일 오전 7시경 서해안 태안반도 해상에서 발생한 '허베이 스피릿호'의 기름유출사건에 기초하여 유출유의 확산범위 시뮬레이션을 수행한 후, 이를 실제 허베이 스피릿호의 기름유출을 보여주는 인공위성 자료와의 매칭률을 계산함으로써, 본 시뮬레이션의 신뢰도를 확인하였다.
본 시뮬레이션을 수행할 때, 해상정보 및 기상정보는 상기 EFDC 모델 및 기상청 수신자료를 받아 사용하였으며, 인공위성 정보는 하기 표 1과 같다.
인공위성 ENVISAT ASAR RADAR SAT-1 Terra SAT-X ENVISAT ASAR
획득시간(LT) 2007.12.11 10:40 2007.12.11 18:31 2007.12.13 06:44 2007.12.14 10:45
편광
(Polarization)		 VV HH VV VV
입사각
(Incidence angle)		 31.0-36.3 31-39 31.8-40.5 19.2-26.7
공간해상도[m] 150/150 25/27 18.5/18.5 150/150
풍속[m/s] 5.6 6.3 4.3 6.9
풍향[Deg] 338.0 347.0 323.1 339.0
추적 시뮬레이션은 3가지 케이스에 대해 수행되었다.
케이스 1-3의 시뮬레이션의 하기 표2와 같다.
정방향:시작시간(LT)
역방향:종료시간(LT)		 정방향:종료시간(LT)
역방향:시작시간(LT)		 시간차이
(Time difference)
케이스1 2007.12.11 10:40 2007.12.11 18:31 7시간 51분
케이스2 2007.12.11.18:31 2007.12.13 06:43 36시간 13분
케이스3 2007.12.13.06:43 2007.12.14.10:45 28시간 01분
케이스1은 ENVISAT ASAR 획득시간인 2007.12.11 10:40부터 RADAR SAT-1 획득시간까지 ENVISAT ASAR 획득시간인 2007.12.11 10:40의 가상입자를 초기 입력데이터로 시뮬레이션을 수행하고, 케이스2는 RADAR SAT-1 획득시간인 2007.12.11 18:31부터 Terra SAT-X 획득시간까지 RADAR SAT-1 획득시간인 2007.12.11 18:31의 가상입자를 초기입력 데이터로 시뮬레이션을 수행하고, 케이스3은 Terra SAT-X 획득시간인 2007.12.13 06:43 부터 ENVISAT ASAR 획득시간인 2007.12.14 10:45까지 Terra SAT-X 획득시간인 2007.12.13 06:43의 가상입자를 초기입력 데이터로 시뮬레이션을 수행하였다.
역방향 시뮬레이션의 경우, 정방향 시뮬레이션에 맞추어 각각 반대로 수행되었다.
상기 각 케이스별 시뮬레이션을 수행할 때 가상입자의 이동추적은 정방향의 경우 상기 수학식1에 근거하여 수행되며, 역방향의 경우 상기 수학식2에 근거하여 수행되고, 풍력과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 반영한 속도는 수학식3에 근거하여 수행되었다.
상기 시뮬레이션 결과는 하기 표3과 같다.
정방향 역방향
조건
(condition:%)		 매칭률
(Matching Rate)		 조건
(condition:%)		 매칭률
(Matching Rate)
케이스1
Figure pat00049
:1.5,
Figure pat00050
:115		 91.25
Figure pat00051
:2.0,
Figure pat00052
:105		 74.56
케이스2
Figure pat00053
:1.5,
Figure pat00054
:105		 84.09
Figure pat00055
:1.5,
Figure pat00056
:110		 72.32
케이스3
Figure pat00057
:3.0,
Figure pat00058
:115		 69.10
Figure pat00059
:4.0,
Figure pat00060
:100		 58.85
풍력과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값에 따라 매칭률이 달라짐을 확인할 수 있고, 케이스1 및 2보다 케이스3이 매칭률이 낮음을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 발생 지역의 바람 속도의 시계역적 데이터를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 발생 지역의 해류 속도의 시계역적 데이터를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도3을 참조하면, 해류는 남북방향으로 반복적인 변화를 보여주고, 속도는 거의 비슷한 값을 보여준다. 그러나, 도 3(d)에서 해류는 다소 약한 속도를 보여준다. 반면에, 도 2에서 바람의 변화는 큰 변화를 보여준다.
케이스2에서는 상대적으로 약한 바람이 관찰되었고, 케이스3에서는 강한 바람이 남쪽 방향에서 지속되었다.
또한, 마지막으로 검출된 도 2(d)는 다른 바람 변화 패턴을 보여주었다.
표 3에서 가장 높은 매칭 결과를 얻을 때 적용된 계수는 케이스별로 모두 다름을 보여주었다.
결론적으로, 시공간적 해양 기상 데이터의 변화를 고려하지 않고 고정된 계수 값의 사용은 유출유 추적 결과의 오차를 증가 시키는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 케이스3의 상대적으로 낮은 매칭률의 이유는 시공간적 해양 기상 데이터의 변화를 고려하지 않고 고정된 계수 값을 사용한다는 것을 알 수 있다.
해양 기상 데이터의 시간적 및 공간적 변화를 고려한 시뮬레이션을 수행하기 위해 가장 높은 매칭 결과를 얻을 때 적용된 계수를 사용하여 새로운 계수 값을 하기 수학식4에 의해 계산할 수 있다.
Figure pat00061
여기서,
Figure pat00062
이고,
Figure pat00063
이다.
도 4를 참조하면, 상기 a, b, c 및 d의 값은 각각 34.316x10­²[s/m], 86.475x10­², 0.497x10­²[s/m] 및 0.3058x10­²이다. 도 4의 R2 값은 해류와 풍속의 세기와 가장 높은 매칭 결과를 얻을 때 적용된 계수의 상관관계를 의미한다. 도 4의 표시는 각 케이스를 나타낸다.
여기서, 도 4의
Figure pat00064
은 해류와 풍속의 세기와 가장 높은 매칭 결과를 얻을 때 적용된 계수의 상관관계를 의미하고, △표시는 각 케이스를 나타낸다.
즉, 도 2 및 도3에서 알 수 있듯이, 시간과 공간에 따라 해류와 풍속이 달라짐을 알 수 있다. 이에 따라, 표3에서 풍력과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값에 따라 매칭률이 달라짐을 확인할 수 있다.
도 5는 도 1의 방법을 수행하는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해상 유출유 추적장치의 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 유출유 추적장치(100)에 대한 것으로서, 제1수신부(110), 제2수신부(120), 데이터 가공부(130) 및 유출유 추적부(140)를 포함한다. 해상 유출유 추적장치(100)는 도 1 내지 도 4을 통하여 설명한 해상 유출유 추적방법을 수행하는 전자장치로서 어떠한 형태의 전자장치를 포함할 수 있으며, 상기 도 1 내지 도 4을 통하여 설명한 해상 유출유 추적방법을 수행할 수 있는 프로그램이 설치된 전자장치를 포함할 수 있다.
상기 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장되어 컴퓨터로 읽혀짐으로써 그 기능을 수행하고, 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.
또한, 상기 프로그램은 상기 매체에 의해 컴퓨터에 읽혀질 수 있는 것뿐만 아니라, 인트라넷이나 인터넷 등의 통신망을 통해 정보를 전송할 수 있는 서버 시스템에 저장되어 컴퓨터로 전송될 수도 있고, 상기 서버 시스템에서 상기 프로그램을 컴퓨터로 전송하지 않고 컴퓨터가 상기 서버 시스템으로 접근하여 상기 서버 시스템상에서 상기 프로그램을 수행할 수 있는 플랫폼을 제공할 수도 있다.
제1수신부(110)는 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 것으로서, 도 1의 S100단계에 대응되고, 제2수신부(120)는 외부로부터 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상정보 및 기상정보를 수신하고 도 1의 S200단계에 대응되고, 데이터 가공부(130)는 상기 수신된 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상입자 데이터로 가공하고 도 1의 S300단계에 대응하고, 유출유 추적부(140)는 상기 수신되는 해상정보 및 기상정보와, 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상입자의 이동을 추정함으로써 상기 유출유를 추적하고 이는 도 1의 S400단계에 대응한다. 따라서, 여기에서 중복되는 설명은 생략되도록 한다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 해상 유출유 이동 추적장치
110: 제1수신부
120: 제2수신부
130: 데이터 가공부
140: 유출유 추적부

Claims (13)

  1. 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 단계;
    상기 해상 유출유 발생 영역의 해상정보 및 기상정보를 수신하는 단계;
    상기 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 단계;및
    상기 해상정보, 기상정보 및 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 단계;
    를 포함하는 해상 유출유의 이동 추적 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원격탐사정보, 상기 해상 정보, 및 상기 기상 정보는, 상기 해상 유출유 발생 영역의 제1 시간에 수신되는 정보이고,
    상기 유출유의 궤적을 추적하는 단계는,
    상기 제1시간에 수신되는 정보에 기초하여 제2시간에 동안 상기 유출유의 이동 속도 및 이동 범위를 추적하는 해상 유출유의 이동 추적 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원격탐사정보는,
    광학센서. 적외센서, 자외선 센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터 및 전파특성데이터 중 적어도 어느 하나인 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 조류의 속도 및 방향, 및 해류의 속도 및 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 기상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 풍속 및 풍향에 대한 정보를 포함하는 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가상입자의 이동 추정은,
    하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법:
    1) 정방향:
    Figure pat00065

    2) 역방향:
    Figure pat00066

    Figure pat00067
    ,
    Figure pat00068
    ,
    Figure pat00069
    :
    Figure pat00070
    ,
    Figure pat00071
    ,
    Figure pat00072
    순간의 i번째 가상입자의 위치
    Figure pat00073
    :풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유츌유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도
    Figure pat00074
    :난류 확산 속도
  6. 제5항에 있어서,
    상기 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도(
    Figure pat00075
    )는 하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법:
    Figure pat00076

    Figure pat00077
    :해류 드리프트 계수(current drift coefficient)
    Figure pat00078
    :표면 해류 속도(the surface current velocity)
    Figure pat00079
    :풍속 할증 계수(wind drag coefficient)
    Figure pat00080
    : 바람 속도
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유출유 발생영역은, 상기 유출유 발생영역의 표면 해류가 조류의 영향이 큰 연안 영역인 것인 해상 유출유의 이동 추적 방법.
  8. 인공위성으로부터 해상 유출유 발생 영역의 원격탐사정보를 수신하는 제1수신부;
    외부로부터 상기 해상 유출유 발생 영역의 해상 정보 및 기상 정보를 수신하는 제2수신부;
    상기 수신된 원격탐사정보로부터 상기 유출유의 위치를 가상 입자 데이터로 가공하는 데이터 가공부;및
    상기 해상정보, 기상정보 및 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 이용하여 상기 가상 입자의 이동을 정방향 또는 역방향으로 추적하여 상기 해상 유출유의 궤적을 추적하는 유출유 추적부;
    를 포함하는 해상 유출유 이동 추적 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 원격탐사정보, 상기 해상 정보, 및 상기 기상 정보는, 상기 해상 유출유 발생 영역의 제1 시간에 수신되는 정보이고,
    상기 유출유 추적부는, 상기 제1시간에 수신되는 정보에 기초하여 제2시간 에 상기 유출유의 이동 속도 및 이동 범위를 추적하는 것인 해상 유출유 이동 추적 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원격탐사정보는,
    광학센서, 적외센서, 자외선 센서 또는 마이크로웨이브 센서로부터 획득되는 이미지 데이터 및 전파특성데이터 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 해상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 조류의 속도 및 방향, 및 해류의 속도 및 방향 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 기상 정보는, 상기 유출유 발생영역의 풍속 및 풍향에 대한 정보를 포함하는 것인 해상 유출유 이동 추적 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유출유 추적부는,
    하기 수학식에 기초하여 상기 가상입자의 이동 추정을 수행하는 것인 해상 유출유 이동 추적 장치:
    1) 정방향:
    Figure pat00081

    2) 역방향:
    Figure pat00082

    Figure pat00083
    ,
    Figure pat00084
    ,
    Figure pat00085
    :
    Figure pat00086
    ,
    Figure pat00087
    ,
    Figure pat00088
    순간의 i번째 가상입자의 위치
    Figure pat00089
    :풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유츌유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도
    Figure pat00090
    :난류 확산 속도
  12. 제11항에 있어서,
    상기 풍속과 해류의 공간적인 변화를 반영한 유출유 이동 기여 비율을 계산한 계수 값을 적용한 속도(
    Figure pat00091
    )는 하기 수학식에 기초하여 이루어지는 것인 해상 유출유의 이동 추적 장치:
    Figure pat00092

    Figure pat00093
    :해류 드리프트 계수(current drift coefficient)
    Figure pat00094
    :표면 해류 속도(the surface current velocity)
    Figure pat00095
    :풍속 할증 계수(wind drag coefficient)
    Figure pat00096
    : 바람 속도
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유출유 발생영역은, 상기 발생영역의 표면 해류가 조류의 영향이 큰 연안 영역인 것인 해상 유출유의 이동 추적 장치.
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