음향 태그
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1. 개요
음향 태그는 변환기, 전자 회로, 배터리로 구성되어 음향 신호를 발생시켜 동물의 위치를 추적하는 데 사용되는 장치이다. 수중 환경에서 주로 사용되며, 압전 변환기를 통해 생성된 음향 펄스를 수중 청음기로 감지하여 태그가 부착된 생물의 이동 경로를 파악한다. 음향 태그는 어류의 이동 경로, 서식지 이용, 산란 장소 등을 연구하는 데 활용되며, 댐 건설과 같은 인위적인 환경 변화가 수생 생물에 미치는 영향을 평가하는 데 기여한다.
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| 음향 태그 | |
|---|---|
| 음향 태그 | |
| 종류 | 전자 장치 |
| 용도 | 동물 행동 연구 위치 추적 환경 모니터링 |
| 작동 방식 | 물속에서 소리 신호 방출 |
| 탐지 방법 | 수중 청음기 또는 하이드로폰 사용 |
| 설치 방법 | 동물에 부착하거나 물체에 고정 |
| 크기 | 매우 작음 |
| 특징 | 동물 추적 및 모니터링에 사용 다양한 해양 연구 분야에 활용 수중 통신 기술 사용 물고기, 해양 포유류 등 다양한 동물 연구에 적용 |
| 기술적 사양 | |
| 신호 주파수 | 다양한 주파수 사용 가능 |
| 전송 범위 | 수백 미터에서 수 킬로미터 |
| 배터리 수명 | 며칠에서 몇 년 |
| 데이터 저장 | 태그 내부에 저장하거나 실시간 전송 |
| 응용 분야 | |
| 해양 생물 연구 | 물고기 이동 경로 추적 해양 포유류 행동 연구 해양 생태계 모니터링 |
| 수산 자원 관리 | 어류 자원 평가 양식장 관리 불법 어업 감시 |
| 환경 모니터링 | 수질 변화 감지 해양 오염 추적 해저 지형 변화 감시 |
| 해양 공학 | 해저 구조물 안전 점검 해양 에너지 개발 수중 로봇 제어 |
| 추가 정보 | |
| 장점 | 실시간 위치 추적 가능 다양한 환경 조건에서 사용 가능 비교적 저렴한 비용 |
| 단점 | 배터리 수명 제한 수중 환경 간섭 동물 부착 시 윤리적 문제 발생 가능 |
| 관련 기술 | 수중 통신 음향 센서 위치 추적 시스템 |
2. 음향 태그의 구성 및 원리
음향 태그는 변환기(트랜스듀서), 신호 발생 및 제어를 위한 전자 회로, 전원 공급을 위한 배터리로 구성된다.
- '''트랜스듀서:''' 음향 신호를 발생시키는 역할을 한다. 주로 압전 변환기가 사용되며, 원통형 또는 "튜브" 형태로 구조의 안쪽과 바깥쪽 벽에 금속화가 되어 있다. 구동/타이밍 전자 장치에서 생성된 교류(AC) 전기 신호가 두 금속화 층에 가해지면 재료에 응력이 발생하고, 이는 변환기가 음향 신호("핑")를 발생시켜 튜브 표면에서 바깥쪽으로 방출되도록 한다.
- '''전자 회로:''' 드라이브/타이밍 전자 회로는 트랜스듀서에 공급되는 전기 신호의 주파수, 펄스 폭, 반복 주기 등을 조절하여 음향 신호의 특성을 제어한다.
- '''음향 신호:''' 음향 태그는 연구 대상이나 환경에 따라 다양한 모양과 크기로 제작된다. 최적의 검출 가능성과 신호 수준을 위해 주파수 및 변조 방법과 같은 음향 매개변수가 선택된다. 해양 환경에서는 주로 100kHz 미만의 주파수가 사용되지만, 하천이나 호수에서는 수백 kHz의 주파수가 보다 일반적으로 사용된다.[1] 음향 펄스 또는 "핑"으로 구성된 신호는 수중 청음기 수신기로 전송되어 태그가 부착된 유기체의 위치 정보를 제공한다.[1] 전송된 신호는 담수에서 최대 1km까지 전파될 수 있다.[1]
2. 1. 트랜스듀서
음향 태그는 압전 변환기, 구동/타이밍 전자 장치 및 배터리 전원으로 구성된다. 원통형 또는 "튜브" 변환기가 자주 사용되며, 구조의 안쪽과 바깥쪽 벽에 금속화가 되어 있다. 정상 작동 시 구동/타이밍 전자 장치에서 생성된 교류(AC) 전기 신호가 두 개의 금속화 층에 가해진다. 이 전압은 재료에 응력을 생성하며, 이는 차례로 변환기가 튜브 표면에서 바깥쪽으로 방출되는 음향 신호 또는 "핑"을 내도록 한다. 음향 "핑"은 특수 수신기에 의해 감지될 수 있으며, 물고기가 수신 영역으로 헤엄쳐 들어갈 때 특정 음향 태그를 가지고 있는지 확인하기 위해 고급 신호 처리 기술을 사용하여 처리된다.2. 2. 전자 회로
전형적인 음향 태그는 압전 변환기, 구동/타이밍 전자 장치 및 배터리 전원으로 구성된다. 원통형 또는 "튜브" 변환기가 자주 사용되며, 구조의 안쪽과 바깥쪽 벽에 금속화가 되어 있다. 정상 작동 시 구동/타이밍 전자 장치에서 생성된 교류(AC) 전기 신호가 두 개의 금속화 층에 가해진다. 이 전압은 재료에 응력을 생성하며, 이는 차례로 변환기가 튜브 표면에서 바깥쪽으로 방출되는 음향 신호 또는 "핑"을 내도록 한다. 드라이브/타이밍 전자 회로는 트랜스듀서에 공급되는 전기 신호의 주파수, 펄스 폭, 반복 주기 등을 조절하여 음향 신호의 특성을 제어한다. 음향 "핑"은 특수 수신기에 의해 감지될 수 있으며, 물고기가 수신 영역으로 헤엄쳐 들어갈 때 특정 음향 태그를 가지고 있는지 확인하기 위해 고급 신호 처리 기술을 사용하여 처리된다.2. 3. 배터리
음향 태그는 압전 변환기, 구동/타이밍 전자 장치 및 배터리 전원으로 구성된다. 음향 태그는 장기간 작동해야 하므로 수명이 긴 배터리가 사용된다. 일부 태그는 최대 4년까지 지속될 수 있다.2. 4. 음향 신호
음향 태그는 연구 대상이나 환경에 따라 다양한 형태와 크기로 제작된다. 최적의 검출 가능성과 신호 수준을 위해 주파수 및 변조 방법과 같은 음향 파라미터가 선택된다.[1] 해양 환경에서는 주로 100kHz 미만의 주파수가 사용되지만, 하천이나 호수에서는 수백 kHz의 주파수가 보다 일반적으로 사용된다.일반적인 음향 태그는 피에조 세라믹 트랜스듀서, 드라이브 타이밍 일렉트로닉스 및 배터리 전원으로 구성된다. 원통형 또는 '튜브' 트랜스듀서가 자주 사용되며, 구조물의 내벽 및 외벽에 금속화가 되어 있다. 구동 타이밍 전자에 의해 생성된 교류(AC) 전기 신호가 두 금속화 층에 걸쳐 인가되면, 재료에 응력이 발생하여 트랜스듀서가 음향 신호("핑")를 발생시키고, 이 신호가 관의 표면에서 밖으로 방출된다. 이 음향 핑은 특수한 수신기에 의해 검출되며, 고도의 신호 처리 기술을 사용하여 수신 영역에 헤엄치고 있는 물고기가 특정 음향 태그를 가지고 있는지 판별한다.
음향 태그는 염수와 담수 모두에서 작동하며, 특정 경로에서의 물고기 조종에 의존하지 않는다는 점에서 무선 태그나 수동 유도 트랜스폰더(PIT) 태그와 구별된다. 음향 펄스 또는 "핑"으로 구성된 신호는 수중 청음기 수신기로 전송되어 태그가 부착된 유기체의 위치 정보를 제공한다.[1] 전송된 신호는 최대 1km까지 전파될 수 있다(담수에서).[1]
3. 음향 태그의 종류 및 부착 방법
음향 태그는 연구 대상 생물의 종류, 크기, 연구 환경 등에 따라 다양한 형태로 제작된다. 해양 환경에서는 100kHz 미만의 주파수가 주로 사용되지만, 강이나 호수에서는 수백 kHz의 주파수가 더 일반적이다.[3] 음향 태그는 연구 대상 종이나 환경에 따라 다양한 모양과 크기로 제작되며, 최적의 탐지 가능성과 신호 수준을 위해 주파수 및 변조 방법과 같은 음향 매개변수가 선택된다.[3]
일반적인 음향 태그는 압전 변환기, 구동/타이밍 전자 장치, 배터리로 구성된다. 원통형 트랜스듀서가 주로 사용되며, 구조물 내외부 벽에 금속화 처리가 되어 있다. 작동 시 구동/타이밍 전자 장치에서 생성된 교류(AC) 전기 신호가 금속화 층에 가해져 재료에 응력을 발생시키고, 이는 트랜스듀서가 음향 신호("핑")를 방출하게 한다. 이 음향 신호는 특수 수신기에 의해 감지되며, 물고기가 특정 음향 태그를 가지고 있는지 확인하기 위해 고급 신호 처리 기술이 사용된다.[3]
음향 태그는 염수와 담수 모두에서 작동하며, 무선 태그나 수동 유도 트랜스폰더(PIT) 태그와 달리 특정 경로로 물고기를 유도할 필요가 없다.
생물에 태그를 부착하는 방법에는 여러 가지가 있다. 물고기의 경우 복강에 작은 절개를 내어 태그를 삽입하거나, 식도를 통해 위장에 삽입한다. 비늘 액체는 비늘 조직에 부착을 어렵게 하므로, 접착제를 사용한 외부 부착은 물고기에 일반적으로 사용되지 않는다. 다른 생물의 경우 강력한 접착제를 사용하여 태그를 부착한다.
3. 1. 종류
음향 태그는 크기, 형태, 주파수, 신호 코드 등 다양한 요소에 따라 여러 종류가 있다. 해양 환경에서는 100kHz 미만의 주파수가 주로 사용되지만, 강이나 호수에서는 수백 kHz의 주파수가 더 일반적이다.[3] 음향 태그는 연구 대상 종이나 환경에 따라 다양한 모양과 크기로 제작되며, 최적의 탐지 가능성과 신호 수준을 위해 주파수 및 변조 방법과 같은 음향 매개변수가 선택된다.[3]일반적인 음향 태그는 압전 변환기, 구동/타이밍 전자 장치, 배터리로 구성된다. 원통형 트랜스듀서가 주로 사용되며, 구조물 내외부 벽에 금속화 처리가 되어 있다. 작동 시 구동/타이밍 전자 장치에서 생성된 교류(AC) 전기 신호가 금속화 층에 가해져 재료에 응력을 발생시키고, 이는 트랜스듀서가 음향 신호("핑")를 방출하게 한다. 이 음향 신호는 특수 수신기에 의해 감지되며, 물고기가 특정 음향 태그를 가지고 있는지 확인하기 위해 고급 신호 처리 기술이 사용된다.[3]
음향 태그는 염수와 담수 모두에서 작동하며, 무선 태그나 수동 유도 트랜스폰더(PIT) 태그와 달리 특정 경로로 물고기를 유도할 필요가 없다.
생물에 태그를 부착하는 방법에는 여러 가지가 있다. 물고기의 경우 복강에 작은 절개를 내어 태그를 삽입하거나, 식도를 통해 위장에 삽입한다. 비늘 액체는 비늘 조직에 부착을 어렵게 하므로, 접착제를 사용한 외부 부착은 물고기에 일반적으로 사용되지 않는다. 다른 생물의 경우 강력한 접착제를 사용하여 태그를 부착한다.
3. 2. 부착 방법
음향 태그는 연구 대상 종이나 환경에 따라 다양한 형태와 크기로 제작된다. 해양 환경에서는 100kHz 미만의 주파수가 주로 사용되지만, 하천이나 호수에서는 수백 kHz의 주파수가 더 일반적으로 사용된다.어류의 경우, 음향 태그 부착 방법에는 크게 세 가지가 있다. 복강 내에 수술로 삽입하는 방법, 위(胃)에 삽입하는 방법, 그리고 외부 부착 방법이 있다. 다른 생물의 경우에는 강력한 접착제를 사용하여 태그를 부착한다.
4. 수신기 및 데이터 처리
수중 청음기 수신기는 음향 신호를 받아 연구자가 실시간으로 3차원적으로 태그 위치를 도식화하는 데 사용하는 데이터로 변환한다.[2] 각 수중 청음 장치에서 소리가 도착하는 시간을 결정하여 물고기의 3D 위치를 계산할 수 있다.[2] ''MarkTags''와 같은 후처리 소프트웨어를 사용하여 해당 데이터를 가져와 3D 트랙이라는 결과를 제공한다.[4]
4. 1. 수신기 종류
수중 청음 장치 수신기는 음향 신호를 수신하여 연구자가 실시간으로 3차원적으로 결과적인 태그 위치를 도식화하는 데 사용하는 데이터로 변환한다.[2] ''MarkTags''와 같은 후처리 소프트웨어를 사용하여 해당 데이터를 가져와 3D 트랙이라는 결과를 제공한다.각 수중 청음 장치에서 소리가 도착하는 시간을 결정하여 물고기의 3D 위치를 계산할 수 있다.
4. 2. 데이터 처리
수중 청음 장치 수신기는 음향 신호를 받아 연구자가 실시간으로 3차원적으로 태그 위치를 도식화하는 데 사용하는 데이터로 변환한다.[2] 각 수중 청음 장치에서 소리가 도착하는 시간을 결정하여 물고기의 3D 위치를 계산할 수 있다.[2] ''MarkTags''와 같은 후처리 소프트웨어를 사용하여 해당 데이터를 가져와 3D 트랙이라는 결과를 제공한다.[2][4]5. 음향 태그 기술의 활용
음향 태그는 하천 생태계 연구, 특히 어류의 이동 경로, 서식지 이용, 산란 장소 등을 파악하는 데 활용된다. 특히, 대한민국에서 진행된 4대강 사업과 같이 인위적인 하천 환경 변화가 어류에 미치는 영향을 평가하고, 보(댐) 건설로 인한 어류 이동 단절 문제를 해결하기 위한 연구에 활용된다. 4대강 사업은 이명박 정부의 핵심 사업이었으나, 환경 파괴와 생태계 교란을 일으켜 큰 비판을 받았다.
현재 음향 태그는 수력 발전 댐의 전환 및 유도 구조물에 접근하는 어류를 모니터링하는 데 가장 일반적으로 사용된다. 이를 통해 수력 발전 댐 시설, 공공 유틸리티 지구 및 지방 자치 단체는 어류(대부분 연어 어린 물고기)가 사용하는 특정 이동 경로를 평가하고, 어류 폐사가 발생하는 위치를 식별하며, 유체 역학적 조건 및/또는 기타 환경 매개변수와 관련된 어류의 행동을 평가할 수 있다. 궁극적으로 우회 효율성을 개선하고 어류 개체수를 보호하기 위해, 음향 태그 추적 시스템은 이동하는 연어 개체수 보존에 있어 중요한 돌파구이다. 컬럼비아 강에서 작동하는 음향 태그 추적 시스템의 예는 https://www.gcpud.org/stewardship.htm 그랜트 카운티의 최신 https://www.gcpud.org/hydro/bypass.htm 애플리케이션 또는 https://www.chelanpud.org/ 첼란 카운티의 최신 https://web.archive.org/web/20070930092338/http://www.chelanpud.org/tools-to-help-fish.html 애플리케이션을 참조하면 된다.
음향 태그는 공공 유틸리티 기관, 사기업, 주 및 연방 기관이 연방 에너지 규제 위원회(Federal Regulations and Oversight of Energy) https://www.ferc.gov/ FERC로 알려진 어업 규정을 충족하는 데 도움을 주기 위해 사용되었다.
5. 1. 하천 및 강
음향 태그는 하천 생태계 연구, 특히 어류의 이동 경로, 서식지 이용, 산란 장소 등을 파악하는 데 활용된다. 특히, 대한민국에서 진행된 4대강 사업과 같이 인위적인 하천 환경 변화가 어류에 미치는 영향을 평가하고, 보(댐) 건설로 인한 어류 이동 단절 문제를 해결하기 위한 연구에 활용된다.현재 음향 태그는 수력 발전 댐의 전환 및 유도 구조물에 접근하는 어류를 모니터링하는 데 가장 일반적으로 사용된다. 이를 통해 수력 발전 댐 시설, 공공 유틸리티 지구 및 지방 자치 단체는 어류(대부분 연어 어린 물고기)가 사용하는 특정 이동 경로를 평가하고, 어류 폐사가 발생하는 위치를 식별하며, 유체 역학적 조건 및/또는 기타 환경 매개변수와 관련된 어류의 행동을 평가할 수 있다. 궁극적으로 우회 효율성을 개선하고 어류 개체수를 보호하기 위해, 음향 태그 추적 시스템은 이동하는 연어 개체수 보존에 있어 중요한 돌파구이다. 컬럼비아 강에서 작동하는 음향 태그 추적 시스템의 예는 https://www.gcpud.org/stewardship.htm 그랜트 카운티의 최신 https://www.gcpud.org/hydro/bypass.htm 애플리케이션 또는 https://www.chelanpud.org/ 첼란 카운티의 최신 https://web.archive.org/web/20070930092338/http://www.chelanpud.org/tools-to-help-fish.html 애플리케이션을 참조하면 된다.
음향 태그는 공공 유틸리티 기관, 사기업, 주 및 연방 기관이 연방 에너지 규제 위원회(Federal Regulations and Oversight of Energy) https://www.ferc.gov/ FERC로 알려진 어업 규정을 충족하는 데 도움을 주기 위해 사용되었다.
5. 1. 1. 댐 및 보
현재 음향 태그는 수력 발전 댐의 전환 및 유도 구조물에 접근하는 어류를 모니터링하는 데 가장 일반적으로 사용된다. 이를 통해 수력 발전 댐 시설, 공공 유틸리티 지구 및 지방 자치 단체는 어류(대부분 연어 어린 물고기)가 사용하는 특정 이동 경로를 평가하고, 어류 폐사가 발생하는 위치를 식별하며, 유체 역학적 조건 및/또는 기타 환경 매개변수와 관련된 어류의 행동을 평가할 수 있다. 궁극적으로 우회 효율성을 개선하고 어류 개체수를 보호하기 위해, 음향 태그 추적 시스템은 이동하는 연어 개체수 보존에 있어 중요한 돌파구이다. 컬럼비아 강에서 작동하는 음향 태그 추적 시스템의 예는 https://www.gcpud.org/stewardship.htm 그랜트 카운티의 최신 https://www.gcpud.org/hydro/bypass.htm 애플리케이션 또는 https://www.chelanpud.org/ 첼란 카운티의 최신 https://web.archive.org/web/20070930092338/http://www.chelanpud.org/tools-to-help-fish.html 애플리케이션을 참조하면 된다.음향 태그는 공공 유틸리티 기관, 사기업, 주 및 연방 기관이 연방 에너지 규제 위원회(Federal Regulations and Oversight of Energy) https://www.ferc.gov/ FERC로 알려진 어업 규정을 충족하는 데 도움을 주기 위해 사용되었다.
5. 2. 호수
5. 3. 해양
해양 생태계 연구, 어류의 회유 경로, 산란 장소, 서식지 이용 등을 파악하는 데 활용된다.==== 연안 생태계 ====
연안 어류의 이동, 서식지 이용, 그리고 인공 어초 효과 등을 연구하는 데 음향 태그가 활용된다.
==== 원양 생태계 ====
참치, 상어 등 원양 어류의 회유 경로, 수심별 분포, 먹이 활동 등을 연구하는 데 활용된다.
5. 3. 1. 연안 생태계
연안 어류의 이동, 서식지 이용, 그리고 인공 어초 효과 등을 연구하는 데 음향 태그가 활용된다.5. 3. 2. 원양 생태계
참치, 상어 등 원양 어류의 회유 경로, 수심별 분포, 먹이 활동 등을 연구하는 데 활용된다.6. 한국에서의 음향 태그 연구 현황 및 과제
6. 1. 연구 현황
6. 2. 과제
참조
[1]
간행물
Tracking animals in freshwater with electronic tags: past, present and future
2013-05-01
[2]
간행물
Tracking animals in freshwater with electronic tags: past, present and future
2013-05-01
[3]
웹인용
Tracking animals in freshwater with electronic tags: past, present and future
https://link.springe[...]
2013-05-01
[4]
웹인용
Tracking animals in freshwater with electronic tags: past, present and future
https://link.springe[...]
2013-05-01
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