수산자원전용조사선 탐구 21호에 탑재된 최첨단 음향장비 소개와 첫 시험조사

First Trial of the State of the Art Acoustic Systems Mounted on the R/V Tamgu 21

Abstract

At the first time in South Korea, the state of the art acoustic systems were mounted on the R/V Tamgu 21. The acoustic systems are an EK80 broadband echosounder (18, 38, 70, 120, 200 and 333 kHz) which has two beam modes such as continuous wave (narrowband) and frequency modulation (broadband), an ME70 multibeam echosounder (70-120 kHz), and a SH90 sonar (111.5-115.5 kHz). Acoustic data from broadband mode have a very short range resolution, a large detection range, a high signal to noise ratio, and a wide and consecutive frequency response. In ME70, each individual beam consisted in a multibeam plays a role as a spilt beam. The first trial of the cutting edge acoustic system installed on the R/V Tamgu 21 was conducted from 15 Feb to 29 Feb 2016 in East Sea, South Sea and East China Sea. The properties of the acoustic systems were elucidated and exploratory results from three systems were exhibited. Lastly, issues which should be considered and future research plan are mentioned.

서 론

과학어군탐지기(이하 과학어탐)는 일반적으로 수산 자원량을 정량적으로 평가하고 수생생물의 생태 및 행동 특징을 파악하기 위해 사용되고 있다. 과학어탐으로부터 송신된 소리는 수중에서 수 백 미터 혹은 수 천 미터의 긴 거리를 이동하여 해저 및 해수중의 정보를 취득하고 그 정보를 과학어탐의 수신부에 보낸다. 과학어탐은 수신된 소리를 숫자(음향강도와 위상)로 변환하여 수층에 분포하고 있는 다양한 수생생물의 기하학적 이미지를 제공한다. 과학어탐은 수십에서 수백 kHz 사이의 주파수 범위에서 작동하는데, 가장 일반적으로 사용되는 주파수는 38과 120 kHz이다. 수산 자원량을 추정하기 위해 수행되는 음향 조사는 미리 계획한 조사정선(transect line)을 따라 항해하면서 지속적으로 음향데이터를 수집하는데, 이와 같은 조사는 비교적 쉽게 수행할 수 있으며 정확하고 많은 양의 데이터 표본을 획득할 수 있다(Simmonds and Maclennan, 2005). 과학어탐은 정립된 수산 자원량 추정의 방법론으로써 수십년간 사용되어 왔으나, 몇 가지 한계가 존재한다. 좁은 단일 빔폭과 펄스폭, 그리고 해저지형의 특성(예를 들면, 경사진 해저)으로 인해 해저 근처에 데드존(dead zone)이 생기며, 이 음향 데드존 내부에 위치하는 생물은 탐지가 불가능하다. 또한 해수면 가까이 분포하는 표층성 어류를 탐지하기가 어렵고, 좁은 빔폭으로 인해 선박을 가로지르는 방향에 대한 정보를 획득하기 어렵다. 이런 한계를 극복하기 위하여 여러 형태의 소나를 사용한다. 소나시스템은 과학어탐에 비해 상대적으로 새로운 장비로써 넓은 탐지범위에서 고해상도 데이터 표본을 수집할 수 있기 때문에 해양 생물의 행동 및 생태를 조사하기 위해 점차적으로 많이 사용되고 있다. 일반적으로 소나시스템을 사용한 연구를 보면 환경학적 요인(수온약층, 염분약층, 클로로필)에 의한 어군의 형상학적 및 지리학적 특징(Soria et al., 2003), 청어과 어군의 유영 속도와 방향에 관한 연구(Hafsteinsson et al., 1995), 포식자-피식자의 상호 관계, 특히 피식자 어군의 형태적 패턴에 관한 연구(Axelsen et al., 2001) 등, 어군의 행동 및 기하학적인 특징에 관한 연구가 많은 것을 알 수 있다. 이 소나시스템은 여러 개의 빔이 수평빔(360도, 전주형 소나)과 수직빔으로 구성되어 있으며 이 빔들은 그룹으로 되어있어 각각 빔의 개별적인 분석 처리는 가능하지 않다.

한편, 현재까지 수십년간 사용하여 온 과학어탐과 소나시스템을 월등하게 향상시킨 차세대 음향장비(예를 들어, EK80 어군탐지기 이하 EK80, ME70 멀티빔어군탐지기 이하 ME70)가 개발되었고, 우리나라에서는 국립수산과학원의 수산자원전용 조사선 탐구 21호에 최초로 탑재되었다. ME70은 2008년에 개발되어 전 세계적으로 10대가 되지 않으며, EK80은 2015년에 출시된 최신 음향장비이다. 이 차세대 음향장비를 이용하여 보다 정도 높은 수산자원량 추정과 수생생물의 형상 및 행동 패턴에 관한 연구뿐만 아니라 음향자원조사의 큰 난제인 어종 식별도 가능하다고 생각한다. 본 논문은 국립수산과학원의 신조사선인 탐구 21호를 소개하고, 이 조사선에 탑재된 최첨단 음향장비인 EK80과 ME70의 특성과 국내 최초로 시험조사를 수행한 결과를 제시하며, 향후 고려해야 할 쟁점 및 연구 계획을 논하고자 한다. 이와 더불어 상업용 소나이지만, 과학적인 조사에도 사용되는 SH90 전주형 소나(이하 SH90)의 활용에 대해서도 언급하고자 한다.

 

재료 및 방법

탐구 21호

우리나라 연근해와 배타적 경제수역에서 수산자원조사를 수행하기 위해 정부는 국립수산과학원의 수산자원전용조사선으로 2007년에 탐구 20호(885 ton)와 2015년에 탐구 21호(999 ton)를 건조하였다. 이 조사선들로 수산자원조사를 수행하여 어종별 생물학적 특성을 파악하고 수산자원평가 및 관리를 위한 기초자료를 수집하여 인접국간의 국제어업 자원관리를 위한 자료로 활용하고, 국내 수산해양 과학기술 향상과 신 해양시대에 적합한 수산자원관련 정보 제공을 기대하고 있다. 특히 탐구21호는 우리나라의 배타적 경제수역은 물론, 동중국해를 포함한 국외 주요어장에서 장기간 연속조사를 수행할 수 있는 최신의 조사선으로 삼원중공업에서 건조되었다. 총 길이는 67.3 m, 형넓이 12.0 m이고, 약 14.2 노트로 최대 30일간 운용이 가능하며, 그 외 주요 요목들은 Table 1에 표시하였다. 탐구21호는 장기조사에 적합한 선박으로 항해능력의 향상을 위해, 횡동요 감쇄장치를 채택하여 선박의 복원성과 조사관측장비의 정밀도, 승선감, 작업성 향상을 도모하였다. 또한 특수타, 로타리 밴타입 조타장치, 가변피치 프로펠러, 선수횡추진기를 통해 횡이동, 선수방위자동제어, 자동선속제어를 가능하도록 하여 선박의 조종성 및 추진성을 향상시켰다. 이와 더불어 항해정보 및 기관정보 등을 모니터할 수 있는 통합항해시스템을 갖추고, 항해 중 사방시계를 확보하기 위하여 장비 높이를 최대 1.3 m로 제한하여 선박의 감항성 또한 확보하였다. 또한 탐구21호는 최신형의 최첨단 조사장비를 탑재하고 있으며, 장비의 활용을 극대화할 수 있도록 설계되었다. 음향조사 시 영향을 줄 수 있는 거품의 발생과 혼입을 억제하는 선수형상과 반류를 균일화하는 선미형상으로 설계되었으며, 선저에 위치한 소나돔에는 소나빔, 과학어탐 센서, 트롤 모니터링시스템 센서 등을 적절히 배치하여 데이터실과 조타실에서 실시간으로 수생생물을 관측하고 정보를 수집할 수 있도록 하였다. 자동예망장치의 설치로 트롤어구의 투양망이 자동화되었고 트롤과 조사관측장비를 원격으로 제어할 수 있는 원격조작제어시스템을 조타실 뒤에 설치하였다. 트롤어구의 대형그물 작업을 용이하게 하도록 선미갑판을 넓게 확보하였으며, 선내에서 어체를 처리할 수 있는 시스템 또한 구축하였다. 보다 구체적으로 탐구 21호는 최첨단 음향장비(EK80 echosounder, Simrad, Norway; ME70 multibeam echosounder, Simrad, Norway; SH90 omnidirectional sonar, Simrad Norway) 이외에도 트롤어구, 트롤모니터링시스템(SCANBAS, Scanmar Maritime Service Inc., Norway), 넷 드럼(20.7 t×34 m/min; Net drum, Rapp Marine, Norway), 트롤 윈치(21.5 t×32 m/min; Trawl winch, Rapp Marine, Norway), CTD윈치(3.1 t×45 m/min; CTD winch, Rapp Marine, Norway), 해양관측윈치(1.8 t×60 m/min; Oceanographic winch, Rapp Marine, Norway), 어란자치어네트윈치(2.14 t×55 m/min; IKMT winch, Rapp Marine, Norway), Laser Optical Particle Counter (LOPC, ODIM Brooke Ocean, Canada), Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP, Teledyne RD Instruments, USA), 수층별 수온염분측정기(SBE911 plus, Seabird electronics, USA), 표층수온염분측정기(SBE 21 Seacat, Sea-bird electronics, USA), 입체해부현미경, 선박용 정밀 저울, 급속 초저온 냉동고(− 86℃), 급속저온냉동고 등의 연구 장비와 시설을 갖추고 있다.

Table 1.Principal particulars of the R/V Tamgu 21

2015년 4월 26일에 탐구 21호의 해상인수시험(Sea acceptance test)을 수행하였는데 이때 소량의 EK80 데이터를 저장하였다. EK80과 ME70교정은 2015년 8월 15일 표준교정법을 사용하여 실시하였다(Foote et al., 1987). 특히 ME70의 경우는 빔의 횡방향과 종방향의 각도를 최대로 하여 교정구의 위치를 찾은 다음, 미리 결정한 빔구성으로 교정을 실시하였다. 탐구 21호를 이용한 첫 조사는 2016년 2월 15일에서 29일까지 동해, 남해 및 동중국해의 넓은 수역에서 수행되었다. 이 조사는 EK60과 같은 데이터 형식으로 EK80의 데이터를 수록하였는데, ME70과 SH90의 기초적인 시험을 위하여 소량의 데이터를 수록하였다.

EK80 어군탐지기

EK80은 세계 최고의 음향전기기술로 구현된 최첨단 과학어탐이다. EK80은 전체 펄스 시간동안 한 개의 주파수로 구성되는 협대역 지속파(NB CW, Narrow-Band Continuous Wave)와 펄스 시간동안 낮은 주파수에서 높은 주파수로 선형적으로 증가하는 광대역 주파수변조(WB FM, Wide-Band Frequency Modulation)의 두 가지 빔모드로 구성되어 있다. WB FM 모드는 일반적으로 첩신호(Chirp Signal)라고 불리기도 한다. 두 빔 모드 중 WB FM 모드은 단일 펄스 내에 넓은 범위의 주파수(예를 들어, 95 kHz-160 kHz)를 전송하고, 광대역의 특성으로 수심별로 어류를 보다 더 정확하게 분리시킬 수 있다(고분해능). 또한 배경 잡음으로부터 어류 신호를 보다 수월하게 구별할 수 있고(높은 신호 대 잡음 비), 음향 표시 범위(Dynamic Range)가 크며, 어종 식별을 위한 넓은 주파수범위에서 대상 생물의 연속적인 주파수 특성을 파악할 수 있다. EK80을 NB CW 빔모드로 설정하여 데이터를 수집할 경우, 기존의 EK60 과학어탐과 동일한 좁은 주파수 범위 즉, 단일 주파수로서 역할을 수행한다. 따라서 NB CW 모드로 수록한 데이터는 EK60과 동일하게 어류 계수, 어군 탐지, 생물량 추정, 해저 지형 분류 등에 활용할 수 있다. NB CW 빔모드가 기존의 EK60과 다른 점은 저장할 수 있는 원 데이터(raw data)의 형식을 TVG (Time varied gain)의 적용이 없는 파워 형태로 수록 가능하다는 점이다. 반면, EK80을 WB FM 빔모드로 설정하여 데이터를 수록할 경우, 후처리 소프트웨어(예를 들어, Echoview)에서 펄스압축 에코그램을 표시할 수 있다. 이 펄스압축 에코그램은 WB FM 빔모드만이 가지는 특징으로 WB FM의 광대역은 높은 거리분해능을 구사할 수 있으므로, 어군 내에 분포하는 어류(단체어)를 상하에 위치하는 다른 어류와 구분(분리)할 수 있다. 이 정보는 어종 식별에 유력한 정보로 사용가능하다. 또한 잡음과 어류 신호를 구별하는 것과 이 펄스압축 에코그램에서 단체어 구분과 어류의 주파수 특성을 파악하는 것이 용이하다.

ME70 멀티빔 어군탐지기

ME70은 설정이 매우 자유롭고 교정이 가능한 멀티빔 어군탐지기이며 개별 빔은 EK60 분할 빔과 같은 역할을 한다. 멀티빔 데이터는 각 송수파기 채널의 모든 빔들을 하나의 평면 부채(fan) 형태의 에코그램으로 시각화 할 수 있으며, 개별 빔으로는 과학어탐의 에코그램같이 체적후방산란강도(SV), 표적 강도(TS) 등을 표시할 수 있어 여러 대의 과학어탐을 사용하는 것과 같다. 이 시스템은 대단히 낮은 측엽과 좁은 빔폭 그리고 넓은 탐지 범위를 가지고 있다. ME70의 주파수는 70-120 kHz, 빔수는 3-45개까지 구성할 수 있으며, 신호 형태는 NB CW와 WB FM 중에서 선택가능하고 펄스길이는 64-5,120 µs 중에서 선별하여 사용할 수 있다. 멀티빔의 빔 배열은 브이(V), 역브이(Λ), 아이(I)로 구분하여 선택할 수 있다. 빔 배열 중 브이는 멀티빔이 “V” 모양으로 구성되어 중앙빔은 낮은 주파수가 외각으로 갈수록 높은 주파수로 구성되어있다. 역브이 “Λ”는 중앙빔에 고주파수가 바깥쪽 빔에 저주파수로 이루어졌으며, 아이 “I”는 모든 빔이 한군데를 바라보는 형태를 가진다. 중심 빔의 횡방향 빔각(alongship beam angle)과 종방향 빔각(athwart beam angle)은 각각 2.2-20도 범위 내에서 설정이 가능하다. 또한 멀티빔을 선박의 횡방향과 종방향으로 조정 가능한 각도는 각각 5도에서 45도까지(default는 0)이다(Trenkel et al., 2008; Ona et al., 2009; Trenkel et al., 2009; Kang, 2011).

SH90 소나

SH90은 전주형 소나이며 360도의 수평빔과 60도의 수직빔으로 구성되어 있다. 120개 송신기와 240개 수신기 채널로 이루어져 있으며 송수파기는 원통형이다. 수평빔의 각도가 기울면 전체 빔이 우산을 접은 것 같은 형상을 하는데 +10에서 최대 –60도까지의 각도로 기울일 수 있다. 즉, 수평빔은 선박주변의 어군을 360도로 보는 것이고 수직빔은 표적(어군)을 측면에서 보는 것이다. SH90의 기본 주파수는 114 kHz이지만 111.5-115.5 kHz 사이의 주파수를 0.5 kHz 단위로 선택할 수 있다. 이는 자선 주변의 다른 선박이 같은 소나를 사용할 경우 발생하는 주파수 간섭을 억제하기 위함이다. SH90은 일반적으로 모션센서와 연동되어 있으므로 최대 ±20도의 횡 및 종 동요에서 수평 및 수직 빔이 안정적이고 정확한 위치 정보를 취득할 수 있다.

 

결과 및 고찰

EK80 어군탐지기

탐구 21호에 설비된 EK80의 주파수 범위와 대역은, 18 kHz의 주파수 범위는 10-30 kHz이고 주파수대역은 20 kHz이며, 38 kHz의 주파수 범위는 25-50 kHz이고, 주파수대역은 25 kHz이다. 그리고 70 kHz, 120 kHz, 200 kHz, 333 kHz의 주파수 범위는 각각 45-90 kHz, 85-170 kHz, 150-300 kHz, 250-500 kHz이고, 이들의 주파수 대역은 각각 45 kHz, 85 kHz, 150 kHz, 250 kHz이다. Fig. 1A-F는 2016년 2월 27일에 동중국해(30° 58.3´N 126° 45.0´E)에서 EK80의 NB CW모드로 6개의 주파수로 수집한 음향데이터의 에코그램이다. 수심 80 m에서 띠모양의 신호가 관찰되고 있으며, 38, 70, 120 kHz에서는 해수중에 다수의 약한 산란체들이 관찰된다. 이때는 EK80의 NB CW모드로만 데이터를 수집하였다. 2015년 4월 26일 탐구 21호의 해상인수시험을 할 때 WB FM모드로 데이터를 수집하여 작성한 예시 에코그램도 Fig. 1G-J와 같다. 이 WB FM모드로 작성한 에코그램의 가장 대표적인 특징은 짧은 펄스폭과 주파스범위내의 연속적인 주파수반응이다. 기존의 단일 표적 탐지(Single target detection, STD) 알고리즘을 통해 40LogR을 적용시킨 TS 에코그램(Fig. 1H)과 빔내에서 어류의 위치를 표시한 에코그램을 이용하여 STD에코그램을 만들었다(Fig. 1I). 이 STD에코그램에서는 단체어(어류)의 수직길이가 매우 짧은(거리분해능이 최대화 된) 것을 관찰할 수 있고, 주파수 범위(36-40 kHz)내의 연속적인 주파수 특성이 잘 나타나고 있다(Fig. 1J). 이와 같이 중심주파수 38 kHz 이외 다른 주파수를 이용하여 주파수 반응 그래프를 작성한다면, 대상 생물에 대한 10에서 500 kHz까지의 주파수 특성을 잘 파악할 수 있어 어종식별을 위한 유용한 정보로 활용될 것이다. 추가적으로 WB FM모드로 수집한 데이터를 분석하기 위해서는 펄스 압축, 신호 처리 및 송신 펄스의 모듈레이션 후 수신펄스와의 상관시키는 기술 등이 요구된다.

Fig. 1.Echograms made from the continuous wave (CW) of the EK80 (A-F). Time on the top of figures and depth on the left side of figures are shown. SV echogram (G), TS echogram (H), and single target detection echogram (I) were made from the frequency modulation (FM) of the EK80. The continuous frequency responses between 36 and 40 kHz from data points in a yellow box are shown (J).

ME70 멀티빔 어군탐지기의 교정과 데이터의 분석

ME70의 교정시에 빔모드는 “V”로 구성하여 중앙에는 낮은 주파수(72 kHz)를 설정하고, 외각으로 갈수록 높은 주파수(113과 118 kHz)로 설정하였다. 이때 교정구는 18-22 m 수심에 위치하였고 펄스길이는 768 µs, 음속은 1490.44 m/s이었다. 설정한 모든 개별 빔에 대해서 교정구의 음향강도를 측정하여 각 빔을 교정하였다. 개별 빔에 대한 주파수, 각도, TS값과 교정결과값을 Table 2에 나타내었다. ME70의 교정은 EK60을 교정할 때와 같은 표준교정법을 사용하는데, 빔 수가 많아서 교정구가 외각에 들어가도록 교정봉 3개를 조작하는 것이 쉽지 않아 송수파기 중심에서 떨어진 빔을 교정하는데 어려움이 있었다. 만약, 교정봉의 길이를 4-7 m로 길게 제작한다면 보다 수월하게 교정 작업을 실시할 수 있을 것으로 생각한다.

Table 2.ME70 calibration settings and results

2016년 2월 17일 1시 30분경에 수록한 ME70 데이터를 분석하여 11개 빔으로 형성된 멀티빔 에코그램과 11개 빔중, 1, 3, 5, 7, 9번째의 단일빔 에코그램을 Fig. 2A-G에 표시하였으며 모든 단일 빔 에코그램과 멀티빔 에코그램은 동기화 가능하다. 이 2월 조사는 단기간동안 ME70과 SH90장비를 운용하여 어군이 관찰된 데이터를 수록하지 못하였다. 배 중앙에서 바깥쪽으로 위치한 빔 1, 3, 9에 TVG 잡음이 현저히 많음을 알 수 있다. 멀티빔 에코그램에서 핑(ping)번호 800에서 1,200사이에 10핑 간격으로 선별한 여러 개의 멀티빔 에코그램을 scene 환경에 표시하였다(Fig. 2D). 어군이 탐지될 경우, 3차원으로 탐지된 어군을 이와 같이 scene 환경에 표시하여 조사 항적선위의 어군 움직임 등을 관찰할 수 있다. ME70 데이터를 이용한 3차원 시각화 및 분석에 관하여 더 상세히 설명하면 멀티빔 에코그램(즉, 선박을 가로지르는 횡단면)과 선박이 항해하는 방향 면을 합하여 3차원의 정보를 제공한다. 이 3차원 정보를 활용하여, 어군의 행동, 어군 추적의 결과 즉, 수평 및 수직 유영 방향, 분포 수심의 변화, 유영 속도를 파악할 수 있으며, 또한 보다 다각적인 어군들 간의 상호 관계도 연구할 수 있다(Trenkel et al., 2008; Kang, 2011).

Fig. 2.ME70 and SH90 data displays. Single beam echograms made by the beam number 1, 3, 5, 7, and 9, respectively (A-C, E and G), the multibeam echogram (F), and scene environment including several multibeam echograms (D). Horizontal beam echogram (H) and vertical beam echogram (I) from the SH90 sonar (114 kHz).

SH90 소나

2016년 2월 20일 1시경에 탐구 21호에 설비된 SH90을 통하여 수집한 음향데이터를 수평빔과 수직빔 에코그램으로 표시하였다(Fig. 2H, 2I). 이 수평빔의 틸트각도는 45도, 빔수는 64개, 탐지설정범위는 160 m이며, 수평빔의 방위각은 90도, 빔수는 64개, 탐지설정범위는 84.3 m였다. 수평빔 에코그램에서는 수심 100 m 이상 해저의 강한 신호가 테두리처럼 보이며 좌측 수심 70 m 부근의 신호는 수직빔에코그램의 좌측과 동일한 것으로 판단된다. EK80과 ME70은 선박이 대상으로 하는 어군위를 지나야 데이터가 수록되지만, SH90은 원거리에서 어군을 발견할 수 있도록 개발되어 자연스러운 상태에서 어군의 형상 및 행동에 관한 정보를 취득할 수 있다. 또한 SH90과 같은 전주형 소나를 이용하면 과학어탐이 탐지 할 수 없는 수심이 얕은 곳을 탐사할 수 있다. 캐나다에서 과학어탐과 소나를 이용하여 빙산을 탐지한 사례가 있으며, 칠레에서는 4500 m 수심에서 난파선을 발견하였고, 노르웨이에서는 범고래를 탐지한 예도 있다. 우리나라에서도 서론에 소개한 소나의 다양한 활용뿐만 아니라 이와 같은 활용도 적용 가능하다.

고려해야 할 쟁점 및 미래 연구

우리나라에서 수행된 음향조사는 멸치, 해파리, 동물성 플랑크톤 그리고 조사해역에 서식하는 모든 수생생물을 대상으로 하여 비교적 짧은 기간에 이루어졌다(Hwang et al., 2004; Kim et al., 2008; Kang et al., 2015). 반면, 많은 나라에서는 조사 대상으로 정한 어종을 중·장기간에 걸쳐 규칙적으로 모니터링하고 있다. 예를 들어 페루의 멸치, 노르웨이의 청어, 그리고 미국의 정어리 등의 어종들은 지속적인 자원 관리가 실용적으로 이루어지고 있다(Østvedt, 1965; Gutierrez et al., 2007; Zwolinski et al., 2012). 중·장기간의 규칙적인 모니터링을 통하여 대상 어종의 절대 자원량을 추정하는 정립된 방법 및 분석법을 알아내고, 현재의 안정적이고 지속적인 음향자원조사를 토대로 대상 어종의 생물량뿐만 아니라 서식환경 및 어종의 포식-피식관계 등에 대한 자료를 획득하여 대상 어종의 보다 포괄적인 생태 특징을 파악하고 자원 관리 및 정책에 직·간접적으로 반영하고 있다. 국내에서도 우리나라 해역의 독특한 환경적인 특징을 고려하여 각 해역에 적합한 음향자원 조사의 설계와 데이터 분석법이 개발될 필요가 있으며, 규칙적이고 지속적인 조사 또한 수행될 필요가 있다고 생각한다. 음향자원조사는 대상 어종의 생태 및 행동적인 정보를 토대로 최적의 조사 시기 및 장소를 선정하는 것이 중요하다. 따라서, 생물 및 생태학자들과의 공동연구를 통하여 보다 효과적인 음향자원조사가 이루어질 수 있다고 생각한다. 또한 음향자원조사는 음향장비를 이용한 데이터 수집만을 의미하는 것이 아니라 음향 데이터를 분석하여 그 결과를 통해 해양생태계를 이해함은 물론 수산자원 관리 및 정책에 기여하는 것을 포함한다. 따라서, 음향자원조사를 지속적으로 수행하고 데이터를 효율적으로 축적하여 데이터베이스를 시스템화 하는 것은 대단히 중요하며, 매년 여러 차례 수행할 조사에서 얻은 데이터의 누락을 방지할 수도 있을 것이다. 또한 각각 조사의 데이터를 분석 처리한 결과(processed data)와 원 데이터(raw data) 및 트롤어획결과, 환경데이터(예를 들어 수심수온염분기록계)가 세트가 되어서 데이터베이스화 되어야 한다. 탐구 21호 같이 신조된 조사선일 경우 품질보증기간(일반적으로 2년)내에 다양한 음향과 조사 장비를 시험하여 장비의 특성 및 성능, 그리고 여러 장비를 연동할 때의 문제점을 면밀하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 여러 대의 최첨단 음향장비를 설비하여 다각적인 목적으로 사용할 경우 장비들을 동기화 시켜주는 K-sync (K-sync, Kongsberg, Norway)를 활용하는 경우가 많다. K-sync는 각 음향장비의 송신시간과 순번을 설정하여 간섭을 일으키지 않게 한다. 고가의 최첨단 음향장비를 가장 효율적이면서 극대화시켜 활용하기 위해서는 K-sync를 반드시 사용해야 한다.

지금까지 음향자원 조사에서 가장 어려운 점은 음향데이터 내에서 종을 식별하는 것이다. 최근 EK80의 WB FM모드와 같은 광대역 데이터를 이용하여 종 식별에 성공한 사례가 있다. 일본의 수산공학연구소에서 60-120 kHz 광대역 과학어탐으로부터 WB FM 데이터를 이용하여 멸치 어군 내에 멸치 개체어를 구분하였다(Ito et al., 2014). 또한, 미국 우즈홀 해양연구소에서는 1.7-17 및 30-100 kHz 주파수 범위의 광대역 어탐기를 사용한 결과, 3-20 cm의 수직분해능을 구현할 수 있으므로 해저 가까이 분포하는 대서양 청어의 개체어 크기를 측정하고 밀도를 구하였다(Stanton et al, 2010). 또한 150-600 kHz의 주파수범위를 사용하여 동물성 플랑크톤과 미세구조(microstructure)를 측정하여, 이들을 구별할 수 있었다(Lavery et al., 2010). 이것은 앞서 설명한 WB FM의 펄스압축기술을 이용하여 어군 내에서도 개체어의 구분이 가능하며, 주파수 범위 내의 연속적인 주파수 반응을 이용하여 어종식별이 가능해진 것이다. 우리나라 역시 WB FM모드를 이용하여 어종별 연속적인 주파수 반응 특징과 개체어사이의 거리에 관한 연구를 수행할 필요가 있다. ME70의 주파수 범위(70-120 kHz)내에서 주파수 반응과 EK80으로부터 비슷한 주파수범위의 반응을 구하여 비교하는 연구가 수행된다면 음향학적 방법으로 어종식별에 유용한 정보를 제공할 수 있다고 생각한다. 마지막으로 EK80의 WB FM모드로 설정하여 획득한 데이터 형식은 복잡하고 그 데이터 양은 대단히 크다. 예를 들어, 주파수가 6개, 펄스폭은 1,024 µs, 핑속도(ping rate)은 1초에 1회, 수심은 250 m로 설정하여 데이터를 1시간 동안 수집할 경우 NB CW는 약 17 GB, WB FM은 67 GB가 된다. 따라서 방대해진 양의 데이터를 처리하고 분석하는 방법과 다양한 활용법을 향후 몇 년 동안 한국 수산음향학자뿐만이 아니라 전세계 수산음향학자들이 활발하게 연구하리라 생각한다.

금년 8월에 K-sync를 이용하여 전체 음향장비를 동기화시켜 데이터를 수록하고, 여러 가지 설정을 변경하며 각 장비의 성능과 특성에 대한 구체적인 시험 조사를 수행할 계획이다. 수산자 원조사전용선 탐구21호에 설비된 음향장비를 이용하여 앞으로 수행하고자 하는 연구는 EK80의 WB FM을 이용하여 부어류 주요어종을 대상으로 어종을 식별할 수 있는 연구, EK80의 NB CW를 이용하여 어종이 식별된 어류의 정량적인 양을 평가하는 연구, ME70을 이용하여 부어류 어종의 3차원의 형상 및 특징에 관한 연구, SH90을 이용하여 표층에 서식하는 수생생물 연구와 선박의 도피행동과 무관한 원거리에서의 어군의 형상 특징에 관한 연구 등이 계획되어 있다. 또한 EK60과 SX90이 설비된 탐구 20호와 탐구 21호를 함께 사용하여 우리나라 해역뿐만이 아니라 배타적 경제수역까지 조사 범위를 확대하여 수생생물의 전반적인 특징과 주요 해역에 서식하는 생물의 상세한 특징을 파악할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 주요 부어류의 산란장의 mapping (시공간적인 분포특징) 및 산란어의 정량적인 평가가 가능할 것으로 생각한다. 마지막으로 수산자원전용조사선 탐구 21호의 활약으로 우리나라해역의 다양한 수산자원 연구가 수행되어 지속 가능한 수산자원 관리에 크게 기여할 것으로 기대한다.