표제지
목차
SUMMARY 4
제1장 연구개발과제의 개요 9
제1절 연구개발의 목적 9
제2절 연구개발의 필요성 11
제3절 연구개발의 범위 12
1. 연구개발 목표 및 내용 12
2. 연구개발 추진전략 및 방법 18
제2장 국내외 기술개발 현황 21
제1절 국내 기술 및 산업동향 21
제2절 국외 기술 및 산업동향 22
제3절 특허 동향 22
제4절 정부지원정책 현황 23
제5절 SWOT 분석 24
제3장 연구수행 내용 및 성과 26
제1절 연구개발수행 개요 26
1. 제1차년도 연구내용 및 범위 26
2. 제2차년도 연구내용 및 범위 29
제2절 연차별 연구내용 및 결과 34
1. 제1차년도 연구내용 및 결과 34
2. 제2차년도 연구내용 및 결과 59
제4장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 190
제1절 목표 달성도 190
1. 제1차년도 190
2. 제2차년도 191
제2절 관련 분야 기여도 192
제5장 연구개발성과의 활용계획 193
제1절 연구개발 성과 193
제2절 연구성과 활용계획 194
제6장 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 197
제1절 해양수질 측정에 관한 정보 197
제2절 실시간 해양 수질 측정 시스템 관련 정보 197
제3절 수질 측정 관련 센서 관련 정보 199
제7장 연구개발성과의 보안등급 203
제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설ㆍ장비 현황 204
제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 205
제10장 연구개발과제의 대표적 연구 실적 206
제11장 기타 사항 207
제12장 참고문헌 208
표 1-1. 양식 방법별 어가현황(2013년 기준) 10
표 1-2. 최근 3년간 적조 발생현황 11
표 1-3. 각 기관별 업무분장 19
표 2-1. 지식재산권 현황 23
표 2-2/표 2-1. 잔류성 유기오염물질 관련 부처별 역할 및 관련법령 24
표 3-1. 원격 모니터링 시스템의 구성안 31
표 3-2. 클로로필-a 농도별 측정결과 41
표 3-3 . Potassium Hydrogen Phthalate의 화학적 특성 42
표 3-4. COD 농도별 측정결과 45
표 3-5. 정점 좌표 46
표 3-6. 다중 회귀 분석 방법 53
표 3-7. 저농도 유기물 농도 측정값 67
표 3-8. 저농도 클로로필-a 농도 측정값 67
표 3-9. COD 측정부에 적용된 보정 수식 81
표 3-10. 클로로필-a 측정부에 적용된 보정 수식 81
표 3-11. LED source의 주요 spec 89
표 3-13. Collimation lens의 주요 spec 90
표 3-13. 조사시기와 수층별 수온 분포 범위 및 평균값 96
표 3-14. 조사시기와 수층별 분포 범위 및 평균값 98
표 3-15. 조사시기와 수층별 pH 분포 범위 및 평균값 101
표 3-16. 조사시기별 투명도분포 범위 및 평균값 103
표 3-17. 조사시기와 수층별 부유입자물질 분포 범위 및 평균값 105
표 3-18. 조사시기와 수층별 용존산소 분포 범위 및 평균값 107
표 3-19. 조사시기와 수층별 화학적산소요구량 분포 범위 및 평균값 109
표 3-20. 조사시기와 수층별 용존 무기질소 분포 범위 및 평균값 111
표 3-21. 조사시기와 수층별 용존 무기인 분포 범위 및 평균값 113
표 3-22. 조사시기와 수층별 규산 규소 분포 범위 및 평균값 115
표 3-23. 조사시기와 수층별 Chlorophyll-a 분포 범위 및 평균값 117
표 3-24. 식물플랑크톤 수층별 우점종(1차) 125
표 3-25. 식물플랑크톤 수층별 우점종(2차) 131
표 3-26. 식물플랑크톤 수층별 우점종(3차) 137
표 3-27. 식물플랑크톤 수층별 우점종(4차) 143
표 3-28. 식물플랑크톤 수층별 우점종(5차) 149
표 3-29. Sample의 Cell counting 150
표 3-30. 배양된 식물플랑크톤을 이용한 실험 결과와 광기술원의 기기 분석 결과 비교 151
표 3-31. Sample의 Cell counting 151
표 3-32. 배양된 식물플랑크톤을 이용한 실험 결과 152
표 3-33. 전력 공급 스펙 167
표 3-35/표 3-34. 전기화학식 및 광학식 센서 비교 179
표 4-1/표 3-34. 적조 예찰 및 감시 체제 192
그림 1-1. 해양 오렴의 영향 9
그림 1-2. 양식장 현장 설치 개념도 10
그림 1-3. 연구 수행 체계 18
그림 2-1. 해양수산부에서 운영중인 적조정보시스템 21
그림 3-1. LED 구동 회로 개발 26
그림 3-2. 광원 모듈, 렌즈, 샘플 셀, 광검출기를 포함한 광학계 26
그림 3-3. 클로로필-a, b 의 흡수 스펙트럼 27
그림 3-4. 클로로필-a 측정 시스템 개발(예시) 27
그림 3-5. 흡광 광도법 28
그림 3-6. 유기물 농도 측정 시스템 개발(예시) 28
그림 3-7. 광검출 신호를 이용한 상관관계 도출 28
그림 3-8. 무선통신 시스템 구성 29
그림 3-9. 유기물 농도 및 클로로필-a 측정부 (예시) 30
그림 3-10. 측정 시스템 구성 예시 30
그림 3-11. 습식분석을 이용한 해역별 표층해수 중 용존 무기질소 농도분포 31
그림 3-12. 측정장치 원격 데이터 전송 시스템 31
그림 3-13. 통신 시스템 구성 및 분석 자동화 프로그램(예시) 32
그림 3-14. 양식장 수질관리를 위한 일반항목 연속측정결과(YSI application) 33
그림 3-15. 모니터링 시스템 현장 설치 (예시) 33
그림 3-16. 광원 모듈 개발 구성도 34
그림 3-17. 광원 모듈 제어 회로 구성 34
그림 3-18. 측정 광학계 설계도면 35
그림 3-19. 광학계 구성 사진 35
그림 3-20. 1차 설계도 및 분광장치 36
그림 3-21. 측정 광학계 설계도면 36
그림 3-22. 측정 광학계 구성도 37
그림 3-23. 광학계 구성 사진 37
그림 3-24. 2차 설계도 및 측정장치 38
그림 3-25. P클로로필-a의 구조 및 시료 사진(Sigma-Aldrich) 39
그림 3-26. 엽록소 시료 준비 사진 39
그림 3-27. 클로로필-a 형광 특성 측정 40
그림 3-28. 클로로필-a 측정 프로그램 40
그림 3-29. 측정 시스템을 이용한 클로로필-a 농도별로 형광 측정 결과 40
그림 3-30. 클로로필-a 농도별 측정값에 따른 정량화 모델 41
그림 3-31. Potassium Hydrogen Phthalate의 구조 및 시료 사진(Sigma-Aldrich) 42
그림 3-32. 유기물 농도 측정용 시료 43
그림 3-33. COD 농도에 따른 흡광도 43
그림 3-34. Water quality measurement system 프로그램 43
그림 3-35. 측정 시스템을 이용한 COD 농도에 따른 흡광도 측정 결과 44
그림 3-36. 선형성을 갖는 COD 농도의 정량화 모델 45
그림 3-37. 조사 대상 지역 46
그림 3-38. 조사 정점 46
그림 3-39. 표층수온 수평 분포 47
그림 3-40. 저층수온 수평 분포 47
그림 3-41. 표층염분 수평 분포 48
그림 3-42. 저층염분 수평 분포 48
그림 3-43. 표층 수소이온농도(pH) 수평분포 49
그림 3-44. 저층 수소이온농도(pH) 수평분포 49
그림 3-45. 표층 용존산소(DO) 수평 분포 50
그림 3-46. 저층 용존산소(DO) 수평 분포 50
그림 3-47. 표층 화학적 산소 요구량(COD) 수평 분포 51
그림 3-48. 저층 화학적 산소 요구량(COD) 수평 분포 51
그림 3-49. 표층 클로로필-a 수평 분포 52
그림 3-50. 저층 클로로필-a 수평 분포 52
그림 3-51. 통신 모듈 설계 및 장치 개발 53
그림 3-52. 측정 데이터 값 전송 프로토콜 설계 54
그림 3-53. 송-수신 프로토콜, Server → On/Off B'd 54
그림 3-54. 송-수신 프로토콜, On/Off B'd → Server 54
그림 3-55. Header 정의 55
그림 3-56. 센서 테스트 알고리즘 순서도 56
그림 3-57. 센서 모듈 on/off 알고리즘 순서도 56
그림 3-58. 서버 연결 알고리즘 순서도 57
그림 3-59. 응답대기 알고리즘 순서도 58
그림 3-60. 통신응답 ISR 처리 알고리즘 순서도 58
그림 3-61. 센서부의 광학 구성도 59
그림 3-62. 센서부의 광학 설계도 59
그림 3-63. 윈도우 렌즈부 설계도 60
그림 3-64. Anti-fouling coating된 윈도우 60
그림 3-65. 센서부의 광학 부품 61
그림 3-66. 제작된 센서부 광학모듈 61
그림 3-67. 제작된 센서부 광학모듈의 파트별 부품 구성 62
그림 3-68. 센서부 광학모듈의 측정 셋업 62
그림 3-69. 센서부 광학모듈의 측정 63
그림 3-70. 형광 측정 63
그림 3-71. 전류 크기에 따른 형광 측정 64
그림 3-72. 클로로필-a 측정 64
그림 3-73. COD 측정 65
그림 3-74. 배양된 샘플 65
그림 3-75. 측정된 셀 개수, COD, Ch-a 66
그림 3-76. 배양 종류에 따른 셀 개수 66
그림 3-77. 저농도 유기물 농도 측정 결과 67
그림 3-78. 저농도 클로로필-a 농도 측정 결과 68
그림 3-79. 센서 장치에 적용된 센서부의 윈도우 68
그림 3-80. 윈도우에 적용된 렌즈 스펙 69
그림 3-81. 광검출기 및 그 특성 69
그림 3-82. 광학 모듈 센서가 적용된 센서 장치 구성도 70
그림 3-83. SMA Cable 연결부 70
그림 3-84. 센서 장치의 케이블 종류 71
그림 3-85. 센서 장치에서 광학 케이블 구성 71
그림 3-86. 수질 모니터링 측정 장치 설계도 1 72
그림 3-87. 수질 모니터링 측정 장치 설계도 2 73
그림 3-88. 제작된 테스트용 수질 모니터링 측정 장치 73
그림 3-89. 수질 모니터링 측정 장치에 광학 모듈 설치 및 실링 74
그림 3-90. 센서 모듈이 결합된 수질 모니터링 측정 장치 74
그림 3-91. 센서 모듈의 측정부로 광이 유도되는지 여부 확인 74
그림 3-92. 테스트용 수질 모니터링 측정 장치를 이용한 측정 75
그림 3-93. COD 및 클로로필-a 측정 결과 75
그림 3-94. 설치용 수질 모니터링 측정 장치 75
그림 3-95. 센서부의 광학 케이블이 연결된 3중 수질 모니터링 측정 장치 76
그림 3-96. 3중 설치용 수질 모니터링 측정 장치 77
그림 3-97. DO 및 수온 센서 모듈 77
그림 3-98. 염도 센서 모듈 77
그림 3-99. pH 센서 모듈 78
그림 3-100. 유-무기 하이브리머 소재의 코팅 SEM 사진(a)과 Cu 페이스트가 코팅된 기판(b) 사진 78
그림 3-101. Antifouling 실험 실시 1 79
그림 3-102. Antifouling 실험 실시 2 79
그림 3-103. 수질 모니터링 시스템 개념도 80
그림 3-104. 수질 모니터링 소프트웨어 구성도 80
그림 3-105. 양식장 설치 센서시스템 프로그램의 순서도 82
그림 3-106. 육지에 있는 프로그램의 순서도 83
그림 3-107. Sensor setting을 위한 Labview 프로그램 구성도 84
그림 3-108. Sensor monitoring을 위한 Labview 프로그램 구성도 84
그림 3-109. D ata result view을 위한 Labview 프로그램 구성도 85
그림 3-110. 실시간 자동 분석 프로그램 85
그림 3-111. 양식장 설치 시스템 인터페이스 86
그림 3-112. 원격전송 및 신호처리 시스템 프로그램 86
그림 3-113. 수질 모니터링 측정 시스템 프로그램 87
그림 3-114. 영양염 측정을 위한 Lab-scale 측적 set-up 88
그림 3-115. LED source 88
그림 3-116. LEDD river 89
그림 3-117. 광검출기 89
그림 3-118. DAQ 모듈 90
그림 3-119. Collimation lens 90
그림 3-120. N0₃ 측정 91
그림 3-121. P0₄ 측정 91
그림 3-122. NH₄ 측정 92
그림 3-123. 조사시기별 수온 연직 분포도 97
그림 3-124. 조사시 기별 염분 연직 분포도 99
그림 3-125. 조사시 기별 pH 연직 분포도 102
그림 3-126. 조사시 기별 투명 도 분포도 104
그림 3-127. 조사시기별 부유입자물질 연직 분포도 106
그림 3-128. 조사시기별 용존산소 연직 분포도 108
그림 3-129. 조사시 기별 화학적산소요구량 연직 분포도 110
그림 3-130. 조사시 기별 용존 무기 질소 연직 분포도 112
그림 3-131. 조사시 기별 용존 무기 인 연직 분포도 114
그림 3-132. 조사시 기별 규산 규소 연직 분포도 116
그림 3-133. 조사시 기별 Chlorophyll-a 연직 분포도 118
그림 3-134. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(표층) 120
그림 3-135. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(표층) 120
그림 3-136. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(중층) 121
그림 3-137. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(중증) 121
그림 3-138. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(저층) 122
그림 3-139. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(저층) 122
그림 3-140. 식물플랑크톤 정점별 현존량(표층) 123
그림 3-141. 식물플랑크톤 정점별 현존량(중층) 123
그림 3-142. 식물플랑크톤 정점별 현존량(저층) 124
그림 3-143. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(표층) 126
그림 3-144. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(표층) 126
그림 3-145. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(중층) 127
그림 3-146. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(중층) 127
그림 3-147. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(저층) 128
그림 3-148. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(저층) 128
그림 3-149. 식물플랑크톤 정점별 현존량(표층) 129
그림 3-150. 식물플랑크톤 정점별 현존량(중층) 129
그림 3-151. 식물플랑크톤 정점별 현존량(저층) 130
그림 3-152. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(표층) 132
그림 3-153. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(표층) 132
그림 3-154. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(중층) 133
그림 3-155. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(중증) 133
그림 3-156. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(저층) 134
그림 3-157. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(저층) 134
그림 3-158. 식물플랑크톤 정점별 현존량(표층) 135
그림 3-159. 식물플랑크톤 정점별 현존량(중층) 135
그림 3-160. 식물플랑크톤 정점별 현존량(저층) 136
그림 3-161. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(표층) 138
그림 3-162. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(표층) 138
그림 3-163. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(중층) 139
그림 3-164. 식물플랑크톤 정점별 출현비율(중층) 139
그림 3-165. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(저층) 140
그림 3-166. 식물플랑크톤 정점별 출현비율(저층) 140
그림 3-167. 식물플랑크톤 정점별 현존량(표층) 141
그림 3-168. 식물플랑크톤 정점별 현존량(중층) 141
그림 3-169. 식물플랑크톤 정점별 현존량(저층) 142
그림 3-170. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(표층) 144
그림 3-171. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(표층) 144
그림 3-172. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(중층) 145
그림 3-173. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(중증) 145
그림 3-174. 식물플랑크톤 분류군별 출현비율(저층) 146
그림 3-175. 식물플랑크톤 정점별 출현종수(저층) 146
그림 3-176. 식물플랑크톤 정점별 현존량(표층) 147
그림 3-177. 식물플랑크톤 정점별 현존량(중층) 147
그림 3-178. 식물플랑크톤 정점별 현존량(저층) 148
그림 3-179. 배양된 식물플랑크톤을 이용한 실험 결과 152
그림 3-180. 해양환경측정망 정점위치 및 분석항목(국가해양환경 정보통합시스템) 154
그림 3-181. RS485 인터페이스 회로 158
그림 3-182. GPS 안테나와 센서 회로 159
그림 3-183. GPS 테스트 회로구성 160
그림 3-184. GPS 센서 회로도 160
그림 3-185. 데이터 기록 핵심 코드 164
그림 3-186. 데이터 그래프 출력 핵심 코드(일부) 164
그림 3-187. 시스템 서버 접속 앱 개발 이미지 165
그림 3-188. 시스템 서버 접속 모바일 이미지 166
그림 3-189. 태양광 발전 시스템을 이용한 수 환경 모니터링 시스템 167
그림 3-190. 솔라셀 설치 장면 168
그림 3-191. 육지 중계기 무선망 연결도 168
그림 3-192. 해상부이 1차 테스트 모듈 연결도 169
그림 3-193. GHz 무선 통신 모듈 PCB 아트워크 및 Layout 173
그림 3-194. GHz 무선 통신 모듈 PCB 회로도 173
그림 3-195. GHz 무선 통신 모듈 174
그림 3-196. 무선 접속 노드 ID 확인 174
그림 3-197. 1차 및 2차 원격 데이터 전송 테스트 175
그림 3-198. 3차 원격 데이터 전송 테스트 175
그림 3-199. 양식장 송신 모듈/ 육지 수신 모듈 176
그림 3-200. 온도 및 DO 측정 장비 176
그림 3-201. 온도 및 DO 측정 장비 fouling 상태 177
그림 3-202. Oxygen, Temperature 현장 모니터링 측정 자료 178
그림 3-203. 수질 모니터링 측정 장치 설치 179
그림 3-204. 수질 모니터링 측정 제어 장치 180
그림 3-205. 초기에 현장에 설치된 수질 모니터링 측정 장치 180
그림 3-206. 1개월 동안 현장에 설치된 수질 모니터링 측정 장치 181
그림 5-1. SK 텔레콤의 LoRa 망 195
그림 6-1. 해양 수질 실시간 측정 시스템 구성 198
그림 6-2. 대서양해양대기연구소에서 운영하고 있는 해양모니터링표류부이(AOML, 2006) 199
그림 6-3. Flow Injection Analysis 기본개념 200
그림 6-4. Lab-on-a-Valve 개념도 201
그림 6-5. Sequential Injection Analysis 개념도 201