음향적 어종판별 기법 활용을 위한 광대역 음향 시스템 및 저층 트롤을 이용한 시험적 조사

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, with the development of acoustic systems and analysis theory, acoustic resource surveys using broadband acoustic systems and fish species identification research on target organisms are attracting attention, moving away from acoustic resource surveys using existing narrow-band acoustic systems. In this study, a bottom trawl survey and acoustic data collection using a broadband scientific echo sounder were carried out to test the availability of acoustic fish species identification techniques. The test survey was conducted on Sep. 17, 2022 and Apr. 8, 2023 using the Sae Hae Rim (T/S, 2,996 G/T) of Kunsan National University. The sound system used for the sound survey was a split beam type scientific fish finder (Simard EK80, Norway). Acoustic data were collected for 18, 38, 70, 120, 200, and 333 kHz, and information on target organisms was collected using bottom trawls for the catch survey. The acoustic data was collected using broadband mode during the bottom trawl survey. The towing duration of bottom trawl was about 40 minutes and the towing speed was about 3.5 knots. In the first survey on Sep. 17, 2022, a total of three survey tracks were set and surveyed. As a result of the catch survey for track #1, the most dominant fish species was the cubed snailfish (38.1%), cutlassfish and beka squid (24.4%) at track #2, and the beka squid (29.3%) at track #3. In the second survey conducted on Apr. 8, 2023, two tracks were set and surveyed, and the most dominant species at track #1 was the skate (42.8%) and sand crab (29.6%) at track #2. As a results, the broadband acoustic scattering pattern of individual echoes, experimentally extracted from the acoustic data obtained during trawl surveys, showed a very complicated spectrums with many lobes and nulls repeated. Fish species identification through wideband acoustic data analysis was compared with the acoustic scattering pattern of the Japanese common squid. It was confirmed that there was a difference of about 20dB at low frequencies (50~150 kHz) at average swimming angles of –5˚ and –10˚ when the Japanese common squid was swimming. When the average swimming angle was +5°, a difference occurred in the frequency between 100 and 200 kHz. And when the average swimming angle was +10˚, a difference occurred in the frequency band when the frequency was 150~300 kHz, but at the average swimming angle of –24˚, it was confirmed that the frequency bands were almost similar. In order to identify fish species acoustically, it is necessary to develop a verification technique and investigate much more information on the broadband acoustic scattering characteristics of the shore fishes in South Korea.

국문 초록 (Abstract)

인간 활동의 증가로 환경오염의 증가, 어업자원의 감소로 인하여 어업 생산량은 지속적으로 감소함에 따라 과학적인 연근해 어업자원의 평가 및 관리가 더욱 중요해지고 있으며, 이에 따라 다양한 기법을 이용한 연근해 어업자원 조사가 수행되고 있다.
최근, 음향 시스템 및 분석 이론의 발전으로 기존의 협대역 음향 시스템에 의한 음향자원조사에서 벗어나 광대역 음향 시스템을 이용한 음향 자원조사 및 대상 생물에 대한 어종판별에 관한 연구가 주목을 받고 있다.
본 연구에서는 트롤 조사를 통해 얻은 시험어획조사 결과로부터 종조성, 체장 및 체중 정보를 획득하고, 광대역 과학어군탐지기를 이용하여 얻은 광대역 음향 데이터를 비교하여 광대역 음향 시스템에 대한 어종판별 기법의 활용에 대해 검토하고자 시험 조사를 실시하였다.
시험 조사는 군산대학교 실습선인 새해림호 (T/V, 2,996 G/T)를 이용하여 2022년 9월 17일 및 2023년 4월 8일에 실시하였다. 음향 조사에 사용한 음향 시스템은 split beam 방식의 과학어군탐지기 (Simard EK80, Norway)이고, 주파수 18, 38, 70, 120, 200 및 333 kHz에 대한 음향 자료를 수집하였으며, 시험어획조사는 저층 트롤을 이용하여 대상 생물에 대한 정보를 수집하였다.
2022년 9월 17일의 1차 조사에서 정점 1~정점 3까지 1회씩 음향 조사와 동시에 트롤 시험어획조사를 수행하였다. 정점 1에서 얻은 어획 자료 분석결과, 가장 우점하였던 어종은 물메기로서 전체의 38.1%를 차지하였다. 정점 2에서는 갈치와 참꼴뚜기가 각각 24.4%였으며, 정점 3에서 가장 우점하였던 종은 참꼴뚜기로서 전체의 29.3%를 차지하였다. 2023년 4월 8일에 실시한 2차 조사에서는 2개의 정점에서 조사하였는데, 정점 1에서 가장 우점하였던 종은 홍어로서 전체의 42.8%를 차지하였으며, 정점 2에서는 깨다시꽃게가 전체의 29.6%를 차지하였다. 트롤 조사 시 얻은 음향 자료로부터 시험적으로 추출한 개체 에코의 광대역 음향산란 스펙트럼은 많은 lobe와 unll이 반복되는 매우 복잡한 패턴을 나타내는 에코 신호를 확인할 수 있었으며, 광대역 음향 자료 분석을 통한 어종 식별은 살오징어의 음향산란 스펙트럼과 비교하였는데, 살오징어의 평균 유영 자세각 –5˚와 –10˚에서는 저주파 (50~150 kHz) 대역에서 약 20dB의 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 평균 유영 자세각 +5˚일 때에는 주파수 100~200 kHz의 대역에서 차이가 발생하였다. 또한, 평균 유영 자세각 +10˚일 때에는 주파수 150~300 kHz의 대역일 때 차이가 발생하였으나, 평균 유영 자세각인 –24˚에서는 주파수 대역이 거의 유사한 것을 확인할 수 있었다.
앞으로 광대역 음향산란 스텍트럼을 이용하여 이를 개체어의 음향산란 스펙트럼과의 매칭을 통한 어종판별을 위해서는 대상 생물에 대한 광대역 음향산란 특성에 대한 규명과 함께 판단 기법의 개발이 필요할 것으로 판단된다.