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Species Identification of Antarctic Krill Euphausia superba Using the 2-frequency Difference Method

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한수지 50(6), 788-798, 2017

788

Copyright © 2017 The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science pISSN:0374-8111, eISSN:2287-8815 Korean J Fish Aquat Sci 50(6),788-798,2017

Original Article

서 론

남극크릴

(Euphausia superba)

남극해의고래

,

펭귄

,

바다표 등과같은남극생물의먹이연쇄에중요한역할을하며

,

상업 적으로생태학적으로중요한종이며

(Everson, 2000),

각종 강식품

,

약품개발화장품등의원료와미래식량의대체자 원으로각광받고있어이용과개발이세계적으로주목되고 있다

(Hewitt and Demer, 1993; Atkinson et al., 2009; Jarvis et al., 2010; Fielding et al., 2014).

그러나

,

지구온난화수온 상승과같은해양환경의변화와생태계혼란

,

크릴의남획 으로인하여남극해자원의감소와해양생태계의다양한문제 들이발생되었다

.

이러한문제를해결하기위해

1982

남극해 양생물자원보존위원회

(Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources, CCAMLR)

발효되어 남극주변해역을관찰구역지속적인보존과합리적인이용 위한국제감시제도운영

,

남극해양생물생태계조사와연구 진행의업무를수행하고있다

(Hewitt and Low, 2000; Hewitt

et al., 2004).

현재회원국으로는

25

개국이가입되어있으며

,

리나라도

1985

4

28

일에

CCAMLR

가입하여남극해양 생물의지속적보존합리적인이용을위한국제기구관련 무를수행하고있다

.

이와같이남극크릴을관리하기위해시공간분포밀도를 파악하는것이매우중요한데

,

수중음향기법은짧은시간동안 넓은해역에수층의정보를파악있어많이이용되어지 있다

(Lawson et al., 2008; Cox et al., 2011; La et al., 2016).

선박에서 음향조사를수행하는과정에서는배경잡음

,

전기신 호에의한잡음

,

기계신호에의한잡음다양한잡음이생기게 되는데

,

이러한잡음이포함될경우정확한분석이어렵고

,

량적인결과를얻기어렵다

.

정확한분석을위해서는음향데이 터의잡음을제거하는것이매우중요하다

.

이러한생물추정의 정도향상을위한방안으로노이즈처리분석방법의개선에 대해많은연구와개발이이루어지고있다

.

하지만

,

남극해 사현장에서남극크릴은다른생물종과섞여있기때문에크릴 밀도현존량을파악하기위해서는남극크릴의분포를

주파수차법을 이용한 남극크릴(Euphausia superba)의 종 식별에 관한 연구

최석관·한인우 1 *·황두진 1 ·김태호 1 ·안두해·이경훈 1

국립수산과학원 원양자원과, 1전남대학교 수산과학과

Species Identification of Antarctic Krill Euphausia superba Using the 2-frequency Difference Method

Seok-Gwan Choi, Inwoo HAN

1

*, Doo-Jin Hwang, Tae-Ho Kim, Doo-hae An and Kyounghoon LEE

Distant Water Fisheries Resources Research Division, National Institute of Fisheries Science, Busan 46083, Korea

1Division of Fisheries Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea

Antarctic krill Euphausia superba are important components of the Antarctic marine ecosystem both economically and ecologically; to manage this species effectively, their distribution and abundance must be understood. Using the Kwang Ja-Ho (3,012 tonnage), a commercial fishing vessel, we conducted acoustic surveys during April 13-24, 2016, to estimate the distribution and population size of krill around the South Shetland Islands of the Antarctic Continent, We used acoustic techniques based on the dB-difference, a method used mainly to classify of marine species. We found that Antarctic krill were present in numbers over 99% at six survey stations, with the exception of Station 3, where we only found Electrona carlsbergi . There was no difference in cell size due to frequency differences, but echo signals differed between species: 4.7-12.0 dB for Antarctic krill, and -4.1~0 dB for Electrona carlsbergi .

Key words: Antarctic krill, Euphausia superba, 2-Frequency difference method, Species identification

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial Licens (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

https://doi.org/10.5657/KFAS.2017.0788 Korean J Fish Aquat Sci 50(6) 788-798, December 2017

Received 6 September 2017; Revised 18 October 2017; Accepted 30 October 2017

*Corresponding author: Tel: +82. 61. 659. 7124 Fax: +82. 61. 659. 7129

E-mail address: [email protected]

(2)

주파수차법을 이용한 남극 크릴의 종 식별

789

별하는것이필요하다

.

현재음향기법을이용한다양한어종식 방법이있는데

,

최근음향산란층에존재하는어군과동물플 랑크톤

,

치어등이음향산란층에분포하는여러생물종을구별 하는방법으로서

2

개의주파수차에의한방법을주로사용하 있다

(Miyashita et al., 1997; Kang et al., 2002; Han, 2017).

논문에서는음향자료를수집하는과정에서발생하는다양 배경잡음을제거하는방법을이용하여남극크릴의밀도 정의정도를높이고

,

크릴종을식별하기위해주파수

38

120 kHz

표본조사를통해크릴의크기분포에따른주파수특성 파악하였다

. 2

개의주파수로구성되어있는과학어군탐지기

(EK60, 38 and 120 kHz)

이용하여대상어종에대한주파수 별로다른음향산란특성을이용하여다양한음향산란층의생물 로부터의식별과

South Shetland island (Subarea 48.1)

주변 해역에분포하는남극크릴의시공간분포와현존량을추정하여 남극크릴의기초연구활용에기여하고자한다

.

재료 및 방법

조사해역 및 표본 채집

연구의조사해역은 남극해의

48.1

해구로서

South Shet- land island

남쪽과서쪽외곽해역의남극해안에서조금 어져있는

Elephant island

주변으로해역으로서

,

수심

200 m

이내의대륙붕으로형성되는연안해역과외해해역으로구성되 있다

.

조사기간은

2016

4

13

일부터

24

일까지상업어선 광자호

(3,012 tonnage, Insung, Korea)

이용하여이루어졌 으며

, Fig. 1

같이

7

개의조사정점을설정하였다

. 7

개의조사 정점에서는중층트롤을이용하여생물을채집하였다

.

트롤을 이용하여어획채집된생물은양망

,

각각의생물량을측정하 였으며

,

남극크릴이채집된정점에서크릴

200

마리를무작위로

선택하여

CCAMLR (2011)

보고서에서제시된가장널리알려

크릴측정법인

’Discovery’

측정법으로눈의안테나끝부터

꼬리까지의길이를

mm

간격으로측정하였다

. 조사 시스템의 구성

음향조사 시스템은 광자호의 선저에 부착된 과학어군탐지

(EK60, Simrad, Norway)

센서를이용하였으며

,

음향조 시스템의설정값은남극해양생물을보호하기위해

1982

발효된

CCAMLR

에서제시한음향조사기준으로

Table 1

같이설정하였다

. 38 kHz

120 kHz

송수파기의타입은각각

ES80B, ES120-7C

설정하였고

, Table 1

나타낸바와 주파수

38

120 kHz

펄스폭은

1024 ms, ping

간격은

2

,

데이터탐지범위는

0-1100 m

설정하여음향자료를

집하였다

.

과학어군탐지기의 교정은 음향조사 실시 전에 연안 해역

(62°28.7’S, 59°42.4’W)

에서실시하였으며

, 38 kHz

60 mm,

120 kHz

23 mm

교정구를이용하여센서보정을실시하였고

시스템의주요교정사항은

Table 2

나타내었다

(Foote et al., 1987).

음향시스템의교정결과

, 38 kHz

120 kHz

등가지향 Table 1. Parameters of scientific echosounder for acoustic data col- lection

Parameter Setting

Transducer ES38B ES120-7C

Power (W) 2000 250

Pulse duration (microsecond) 1024 1024

Ping interval (second) 2 2

Data collection range

(minimum-maximum) (m) 0-1100 0-1100

Bottom detection range

(minimum-maximum) (m) 5-1100 5-1100

Display range

(minimum-maximum) (m) 0-1100 0-1100

Table 2. Calibration result of frequency 38 kHz and 120 kHz for scientific echosounder

Frequency (kHz) 38 120

Two-way beam angle (dB) -20.6 -21.0

Receiver bandwidth (kHz) 2.43 3.03

Transducer gain (dB) 26.82 27.64

3-dB Beam angel (athwart/along) (deg.) 7.08/7.03 6.47/5.60 Absorption coefficient (dB km-1) 9.8 24.7

Sound speed (m s-1) 1448.9 1448.9

Target strength (dB)

Length (mm)

dB difference (dB)

y = 0.0435x + 318.35 R² = 0.43

0 200 400 600 800 1000 1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Catch (kg) NASC (m

2

/nmi

2

)

SV raw data

NOISE SV removed

noise Data range bitmap 1 Mask 1

Erosion filter 3×3

Dilation filter 5×5 Dilation filter 7×7 Data range

bitmap 3

Mask 2

Select Median filter 7×7

Data range bitmap 2

Wang et al. (2015) De Robertis and Higginbottom

(2007)

38 kHz raw data Noise 38 kHz

Cleaned 38 kHz Resample by ping

38 kHz

SV difference 120-38 kHz (dB)

120 kHz raw data

Noise 120 kHz Cleaned 120 kHz

Resample by ping 120 kHz

Data range bitmap

Mask (Krill) Resample vertically

120 kHz Match ping times

Elephant Island Sou th S hetla nd I slan d

ANTARTICA Subarea 48.1

Longitude

Latitude

1.0

0.8 0.6

0.4

0.2

0 -20 -10 0 10 20

MVBS

120-38 kHz

(dB) 10 ping×2 m

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Cumulative Distribution Function

Fig. 1. Acoustic survey station for collection of Antarctic krill Eu- phausia superba sample. Trawl collection station were shown from T1 to T7.

(3)

최석관

한인우

황두진

김태호

안두해

이경훈

790

각은

-20.6, -21.0

이었으며

, Receiver bandwidth

2.43, 3.03

이었고

, Transducer gain

각각

26.82 dB, 27.64 dB

확인 되었다

.

흡수계수는각각

9.8 (dB/km), 24.7 (dB/km)

이었으며

,

수온과염분의영향을받는음속은주파수모두

1448.9 m/

s

나타났다

.

남극크릴의 채집어구

조사대상인남극크릴은중층트롤을이용하여채집하였다

.

조업에사용된그물의설계도를

Fig. 2

같이나타내었다

.

중층트롤의그물의길이는

167.6 m

이었으며

,

그물의높이와 그물의폭은각각

40 m, 72 m

어구를사용하였다

.

중층트롤의 끝자루길이는

32 m

이었으며

,

끝자루의높이는

1.5 m,

끝자루

폭은

3 m

이었다

.

그물의안쪽에서그물코의크기는

15 mm

었으며

,

바깥쪽그물코크기는

100 mm

구성되었다

.

남극해 크릴새우의트롤그물의구조는일반중층트롤그물과비슷하 지만

,

외망과내망으로이중으로구성되어있다는것이특징이

.

외망은그물을일정형태로유지하면서그물강도를유지하 역할이고

,

내망은작은그물코를구성하여입망한크릴새우 탈출을막는역할을한다

.

또한

,

내망의규모를설정하여 정량만어획하여갑판에서어획물처리가용이하도록사용하고 있다

.

전개판은횡형으로날개형이다

.

현용 중층트롤 어구의로프 부분은

PP

재질의 꼬은밧줄인

Super Danline 3st.

로프

(Danlin

로프보다인장비를높게하여

Fig. 2. Arrangement of the Antarctic krill Euphausia superba trawl net used in this study.

(4)

주파수차법을 이용한 남극 크릴의 종 식별

791

강도가일반로프에 비해

1.3

배정도우수함

)

사용하였으

,

그물부분은

PE

재질의결절그물감과무결절그물감으로 제작되었다

(Fig 2). PP Danline 8st

헤드라인과

(91.3m),

이드라인

(86.1 m),

힘줄이다

.

뜸줄의부분은로프가운데에 이어심이들어가있고

, PP

재질의밧줄로감싸진컴파운드로

(Compound rope)

사용되었다

.

로프부분은나일론재질의

Super 12st.

로프와

PP

재질로프를사용하고있으며

,

나일론 질의

Eurofix br. netting

사용하였다

. Dyneema SK75 12st

프는헤드라인

(88.0 m)

구성되며

,

사이드라인

(64.4 m)

줄의재질은나일론으로구성되었다

.

정점별로채집하였으

,

크릴의트롤어획횟수는

4

14

일부터

4

23

일까지

10

일동안

7

번의채집이이루어졌으며

,

예망시간은평균적으로

1

시간기준으로하였으며

,

최저예망수심은

30,

최고예망수심

300 m

으로조사정점의수심에따라다르게나타났다

.

남극

크릴의트롤채집예망속도는

2.0-3.0 knot

유지하였다

. 잡음 제거

음향조사의 자료 분석은 후처리소프트웨어

(Echoview Ver.

4.7, Echoview Software Pty. Ltd, Australia)

이용하여분석 하였다

.

선박에서음향조사를진행하면서발생하는배경잡음

,

전기신호에의한잡음

,

기계적인잡음다양한잡음이발생하 되는데

,

음향자료의정확한분석을위해서는이러한잡음을

제거하는것이매우중요하다

. De Robertis and Higginbottom

(2007)

의해 제안된방법으로 기본적인 잡음을제거하고

,

Wang et al. (2015)

의해제안된방법으로다양하게개발된 노이즈필터를이용하여잡음을제거하였으며잡음처리과정 흐름도를

Fig. 3

같이나타내었다

.

또한

, De Robertis and Higginbottom (2007)

제안된방법과

Wang et al. (2015)

Target strength (dB)

Length (mm)

dB difference (dB)

y = 0.0435x + 318.35 R² = 0.43

0 200 400 600 800 1000 1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Catch (kg) NASC (m

2

/nmi

2

)

SV raw data

NOISE SV removed

noise Data range bitmap 1 Mask 1

Erosion filter 3×3

Dilation filter 5×5 Dilation filter 7×7 Data range

bitmap 3

Mask 2

Select Median filter 7×7

Data range bitmap 2

Wang et al. (2015) De Robertis and Higginbottom

(2007)

38 kHz raw data Noise 38 kHz

Cleaned 38 kHz Resample by ping

38 kHz

SV difference 120-38 kHz (dB)

120 kHz raw data

Noise 120 kHz Cleaned 120 kHz

Resample by ping 120 kHz

Data range bitmap

Mask (Krill) Resample vertically

120 kHz Match ping times

Elephant Island Sou th S hetla nd I slan d

ANTARTICA Subarea 48.1

Longitude

Latitude

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0 -20 -10 0 10 20

MVBS

120-38 kHz

(dB) 10 ping×2 m

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Cumulative Distribution Function

Fig. 3. Flow chart for the noise removal using acoustic data analy- sis software.

(a) 120 kHz raw

(b) TVT

(c) Minimum SV

(d) Erosion filter 3×3

(e) Dilation filter 5×5

(f) Dilation filter 7×7

(g) Median filter 7×7

(i) Select (dB)

38kHZ 120kHZ

SV raw data

De Robertis and Higginbottom

(2007)

Wang et al.

(2015)

(a) 5 ping x 2 m (b) 10 ping x 2 m

(c) 20 ping x 2 m (d) 30 ping x 2 m

(e) 40 ping x 2 m (f) 50 ping x 2 m (dB)

Fig. 4. Example of echogram for the noise removal based on acoustic data.

(5)

최석관

한인우

황두진

김태호

안두해

이경훈

792

의해제안된방법을사용해서잡음제거의정도를비교하였다

.

먼저

,

잡음처리는

raw data

인위적인잡음을만들고가감하

TVT (Time Varied Threshold)

방법을적용하여배경잡음 제거하였다

.

이후에도잔존하고있는잡음을제거하기위해

data range bitmap

기능으로에코의최대

S

v

(volume back- scattering strength)

값보다크고최소

S

v값보다작은잡음을 거해이에따른잡음을제거한후에

mask

처리를하였다

.

, data range bitmap

범위에설정된값들생물은참값

,

거짓값으로설정하였다

.

위의과정을거쳐잡음은상당수제거되었지만

,

아직남아있 잡음을제거하기위해주변의자료가운데최솟값으로 경하여잡음의주변셀들의값이공백처리가되도록

Erosion filter 3×3

기능을사용하였다

. Erosion filter

기능으로잡음 확실히제거가되었지만원래존재하는공간으로 에코 형태가손상되거나에코가약해짐을있는데

,

이때

Di- lation filter 5×5, Dilation filter 7×7

기능을이용하여 가운데최댓값으로변경하여 손상된에코의공간을 채워주었다

. Dilation filter

적용된에코그램에다시

data range bitmap

기능을이용하여대상에코의

S

v범위를설정하

, mask

생성하였다

.

주변자료의가운데중간값으로 경되는

Median filter 7×7

기능을적용

, Select

연산자를 용하여생성된

mask

Median filter

기능이적용된에코그램

,

에코의범위를설정한

data range bitmap

생성하여잡음에 거된남극크릴의에코그램을취득하였다

(Fig. 4).

주파수 차이를 이용한 남극크릴의 신호 추출

남극크릴의 에코를추출하기위해서는

38 kHz

120 kHz

대한주파수의특성과차이를파악해야한다

.

주파수차이 이용하는방법은다중주파수에서평균체적후방산란강도

(mean volume backscattering strength, ΔMVBS)

차이를 타낸것으로논문에서는다른해양생물과혼합된남극크릴 식별을위해주로사용하는주파수차이를이용한방법으

Fig. 5

같이흐름도로나타내었다

.

해수면해저면

,

밖의잡음을제거한적분구간을설정 하여주파수별행렬로구성하면새로운에코그램이형성된다

.

CCAMLR

음향조사기준으로조사를진행하여

ping inter-

val

파라미터가

2

초로설정되어있기때문에에코그램이 평적으로길어지게된다

.

, resampled

기능을이용하여 코그램을한눈으로있게압축하였다

.

크릴의주파수

이가명확하게결정되면

,

값에대한범위를설정하여

data

range bitmap

만들어범위에설정된에코와주파수

120 kHz

셀의크기와일치하는에코그램

mask

만들고

,

이것을 다시

ping

간격으로나누고잡음이제거된

120 kHz

에코그램 일치되는에코그램을대상생물의에코그램으로간주한다

.

음향을이용하여음향산란층에존재하는남극크릴의밀도를 추정하기 위해서는 채집된 표본에대한 후방산란강도

(target

strength)

결정해야한다

.

그러나남극크릴또는동물플랑크

톤과같은작은어류부레가형성되지않는치어들은크기가 작을뿐만아니라

,

후방산란특성이미약하여현장에서는후방 산란강도를측정하는것이매우어렵다

.

이러한미세한크기의 경우음향산란이론모델을이용하여특정플랑크톤에대한 방산란강도를추정하는데

,

최근남극크릴의이론모델로검증

distorted wave Born approximation (DWBA)

stochastic distorted wave Born approximation (SDWBA)

으로추정한다

.

논문에서는

SDWBA

음향산란모델을적용하여남극크릴 디지타이저처리한윤곽데이터로부터

3

차원물체의음향 산란을변형실린더형태로가정하여

(1)

같이체적적분 식을계산하였다

(Stanton et al., 1996; McGehee et al., 1998).

f

bs

=∫

rpos

k

12

a (γ

κ

ρ

)e

2ik2rpos

J

1

(2 k

2

a cos β

tilt

) | d r pos | ···(1)

4 k

2

cos β

tilt

여기서

, k

해수주변매질에서의음파의파수

(m

-1

, k=2π/λ), λ

파장

(m, λ=c/f ); c

주파수

(m/sec), f

주파수

(Hz)

이다

.

아랫첨자

1

주변매질을

,

아랫첨자

2

산란체의매질을 타낸다

. γ

κ

γ

ρ

γ

κ

=(κ

2

1

)/κ

1

γ

ρ

=(ρ

2

1

)/ρ

1나타내는데

,

여기서

κ

매질에대한압축률

(κ=1/ρc

2

)

로서

, ρ

체내밀도

(kg/m

3

), c

체내음속

(m/s)

이다

. a

실린더단면의반경

(m)

, r

pos남극크릴을디지타이저할때의중심선상의위치벡터

(

좌표

), β

tilt입사각과실린더간의각도

(degree), J

1

1

1

베셀함수이다

. f

bs실린더의후방산란단면적

bs

)

대한체적적분계산된후방산란진폭을나타내며

,

단일개체에 대한후방산란강도는

(2)

같이나타낼있다

.

TS=10logσ

bs

=10log│ f

bs

2

··· (2)

Target strength (dB)

Length (mm)

dB difference (dB)

y = 0.0435x + 318.35 R² = 0.43

0 200 400 600 800 1000 1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Catch (kg) NASC (m

2

/nmi

2

)

SV raw data

NOISE SV removed

noise Data range bitmap 1 Mask 1

Erosion filter 3×3

Dilation filter 5×5 Dilation filter 7×7 Data range

bitmap 3

Mask 2

Select Median filter 7×7

Data range bitmap 2

Wang et al. (2015) De Robertis and Higginbottom

(2007)

38 kHz raw data Noise 38 kHz

Cleaned 38 kHz Resample by ping

38 kHz

SV difference 120-38 kHz (dB)

120 kHz raw data

Noise 120 kHz Cleaned 120 kHz

Resample by ping 120 kHz

Data range bitmap

Mask (Krill) Resample vertically

120 kHz Match ping times

Elephant Island Sou th S hetla nd I slan d

ANTARTICA Subarea 48.1

Longitude

Latitude

1.0

0.8

0.6 0.4

0.2

0 -20 -10 0 10 20

MVBS

120-38 kHz

(dB) 10 ping×2 m

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Cumulative Distribution Function

Fig. 5. Flow chart of acoustic data processing using dB difference method at 38 kHz and 120 kHz.

(6)

주파수차법을 이용한 남극 크릴의 종 식별

793

DWBA

모델에대해서대상생물내의변형과움직임에

몸체변형을확률적

(stochastic)

으로고려한모델이

SDWBA

모델이며

,

주파수의음향산란층내의남극크릴의신호를

리하기위해서먼저

SDWBA

모델로주파수크릴의산란강

도를분석하였다

(Demer and Conti, 2005; Conti and Demer, 2006; CCAMLR, 2010). SDWBA

모델을이용하여채집된 극크릴의최소

,

최대길이에대해

38

120 kHz

산란강도 이를계산하였으며

,

계산시모델의매개변수인크릴의체장길 이와 기존연구를 통한 밀도비

(g=1.0357),

음속비

(h=1.0279)

평균유영각

(θ)

N (0°, 40.5°)

값을적용

(Conti and Demer, 2006)

하여실험에사용된주파수

(38, 120 kHz)

있어서의 체장

(L)

대한평균

TS

값을

Fig. 7

나타내었다

.

크릴을

별하기위한주파수차범위를나타낸것으로

, 2010

현존량

(SC-CCAMLR-XXIX, Annex 5, CCAMLR 2010; Field- ing et al., 2011)

사용된

SDWBA

모델로계산된

TS

체장 계식회귀선이다

.

실선은

38 kHz

체장관계식이며

,

점선은

120 kHz

이다

.

파선은

120 kHz

38 kHz

평균값을나타내 었다

.

논문에서의크릴의체장은

25-60 mm

으로설정하였으

,

결과주파수차범위는

0.36-13.17 dB

나타났다

.

과학어군탐지기로부터음향산란층내에존재하고있는남극 크릴과다른생물간의종식별을위해

, 2

개의주파수

38 kHz

120 kHz

의한주파수차를계산해야하므로

,

음향이론모델에

의해추정된남극크릴의

TS

주파수특성을이용하였다

.

주파 차에의한식별방법은대상생물의평균체장

(L ̄)

평균

TS

주파수차에대한비율이임의의체적에대한평균체적산

란강도의비율과동일하다는것으로

,

(3)

의해설명된다

.

△MVBS =TS(120kHz, L ̄)-TS(38kHz, L ̄)

=SV(120kHz, L ̄)-SV(38kHz, L ̄) ···(3)

크릴을식별하기위한주파수차범위는

2010

현존량평가에

사용한

SDWBA (Stochastic distorted-wave Born approxima- tion)

모델로계산된

TS-

체장관계

(Fig. 6)

크릴의분포사이

S

v주파수차의

범위

(min-max)

이용하였다

(Table. 3, SC- CCAMLR-XXIX, Annex 5, CCAMLR 2010; Fieding et al.,

Target strength (dB)

Length (mm)

dB difference (dB)

y = 0.0435x + 318.35 R² = 0.43

0 200 400 600 800 1000 1200

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Catch (kg) NASC (m

2

/nmi

2

)

SV raw data

NOISE SV removed

noise Data range bitmap 1 Mask 1

Erosion filter 3×3

Dilation filter 5×5 Dilation filter 7×7 Data range

bitmap 3

Mask 2

Select Median filter 7×7

Data range bitmap 2

Wang et al. (2015) De Robertis and Higginbottom

(2007)

38 kHz raw data Noise 38 kHz

Cleaned 38 kHz Resample by ping

38 kHz

SV difference 120-38 kHz (dB)

120 kHz raw data

Noise 120 kHz Cleaned 120 kHz

Resample by ping 120 kHz

Data range bitmap

Mask (Krill) Resample vertically

120 kHz Match ping times

Elephant Island Sou th S hetla nd I slan d

ANTARTICA Subarea 48.1

Longitude

Latitude

1.0

0.8

0.6 0.4

0.2

0 -20 -10 0 10 20

MVBS

120-38 kHz

(dB) 10 ping×2 m

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Cumulative Distribution Function

Fig. 6. Relationship between TS and body length calculated by SDWBA model (SC-CCAMLR-XXIX, Annex 5, CCAMLR 2010; Fieding et al., 2011).

(a) 120 kHz raw

(b) TVT

(c) Minimum SV

(d) Erosion filter 3×3

(e) Dilation filter 5×5

(f) Dilation filter 7×7

(g) Median filter 7×7

(i) Select (dB)

38kHZ 120kHZ

SV raw data

De Robertis and Higginbottom

(2007)

Wang et al.

(2015)

(a) 5 ping x 2 m (b) 10 ping x 2 m

(c) 20 ping x 2 m (d) 30 ping x 2 m

(e) 40 ping x 2 m (f) 50 ping x 2 m (dB)

Fig. 7. Comparison of De Robertis and Higginbottom’s method and Wang’s method using the noise removal of 38 kHz and 120 kHz.

(7)

최석관

한인우

황두진

김태호

안두해

이경훈

794

2011).

채집된남극크릴의적용체장은최소크기와최대크기

적용하였다

.

결 과

잡음 제거 결과

연구조사선은높은운영비용많은인력으로인해조업선에 음향조사진행후획득한음향자료분석하는방법이중요시 되고있다

.

그러나조업선에서연구조사선보다다양하고많은 잡음이들어오기때문에정량적인분석을위해서는잡음제거 법이매우중요하다

.

음향조사남극크릴의잡음제거방법으

기본적인잡음을제거하는방법을제안한

De Robertis and

Higginbottom (2007)

제안된방법과

Wang et al. (2015)

의해제안된방법을비교해서잡음제거의정도를비교하였다

(Fig. 7).

조업선의

S

V

raw data

에서

38

120 kHz

모두배경잡

,

전기적인신호기계적인잡음으로인한에코그램이많이 나타나있었다

.

일반적인잡음제거방법으로

De Robertis and Higginbottom (2007)

제안된방법으로배경잡음주기적 으로들어오는신호들이많이사라지는것을있었다

.

그러 과정을거쳐도상당수의잡음이존재하는것을있었 는데

, Wang et al. (2015)

제안한노이즈필터처리과정으로

erosion filter

dilation filter

사용하였다

. erosion filter

사용 잡음은확실히제거가되었으나

,

에코의손상이심했으며

,

방지하기위해

dilation filter

사용에코의공간을채워 손상된음향신호복구하였다

.

잡음처리결과기존의제거기법 비해서잡음이추가적으로제거되었으며

,

어군의형태는 대한유지하면서어군주변의잡음을효과적으로소거하여 끗하고정량적인음향자료를분석하였다

.

주파수 특성

Table 3. The recommended ranges (min-max) of SV values (in dB) used to classify different size distributions of Antarctic krill Eu- phausia superba during the 2010 B0 assessment (CCAMLR 2010 (SC-CCAMLR-XXIX, Annex5), Fielding et al, 2011). The values shown on the upper and lower lines of each cell represent the SV ranges for 120-38 kHz and 200-120 kHz, respectively

Minumum krill length (mm)

Maximum krill length (mm)

20 30 40 50 60

10 14.3-16.9 12.0-16.9 8.7-16.9 4.5-16.9 0.4-16.9 3.9-7.0 2.2-7.0 5.3-7.0 5.3-7.0 5.3-7.0 20 - 12.0-14.3 8.7-14.3 4.5-14.3 0.4-14.3

- 2.2-3.9 5.3-3.9 5.3-3.9 5.3-3.9

30 - - 8.7-12.0 4.5-12.0 0.4-12.0

- - 5.3- 2.2 5.3-0.7 5.3-1.4

40 - - - 4.5-8.7 0.4-8.7

- - - 3.9-0.7 3.9-1.4

50 - - - - 0.4-4.5

- - - - 0.7-1.4

(a) 120 kHz raw

(b) TVT

(c) Minimum SV

(d) Erosion filter 3×3

(e) Dilation filter 5×5

(f) Dilation filter 7×7

(g) Median filter 7×7

(i) Select (dB)

38kHZ 120kHZ

SV raw data

De Robertis and Higginbottom

(2007)

Wang et al.

(2015)

(a) 5 ping x 2 m (b) 10 ping x 2 m

(c) 20 ping x 2 m (d) 30 ping x 2 m

(e) 40 ping x 2 m (f) 50 ping x 2 m (dB)

Fig. 8. Example of echogram as to the volume of cell according to the characteristics of the frequency of Antarctic krill Euphausia superba.

수치

Table 2. Calibration result of frequency 38 kHz and 120 kHz for  scientific echosounder
Fig. 2. Arrangement of the Antarctic krill Euphausia superba trawl net used in this study.
Fig. 4. Example of echogram for the noise removal based on acoustic data.
Fig. 5. Flow chart of acoustic data processing using dB difference  method at 38 kHz and 120 kHz.
+5

참조

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