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인류를 위협하는
녹조의 심각성 -
매년 여름철만 되면 들리는 녹조 소식에 우리는 식수 걱정을 하며 이른바 ‘녹조 불안’에 시달리고 있다. 과거에는 녹조 해결 방법으로 황토를 뿌리거나 물 순환용 수차(水車)를 사용했다. 최근에는 수문을 개방하여 물을 흘려 내보냄으로써 물의 흐름을 회복하여 수질을 개선하는 방법이 사용되기도 한다. 하지만 한 번 물에 유입된 영양염류는 완벽히 제거하지 않으면 수중 생태계에 계속 남아 녹조가 되풀이되기에 녹조 발생을 예측하여 막는 것이 최선책이다. 녹조 문제를 보다 효과적으로 해결하기 위해 ICT 국가대표로 불리는 ETRI가 나섰다.
최근 세계적인 기후변화와 더불어 지구의 온도 상승, 물 부족에 따른 가뭄 등의 영향으로 전 세계적으로 녹조 문제가 환경문제로 대두되고 있다. 녹조는 강이나 호수에 남조류가 과도하게 성장해 물의 색깔이 짙은 녹색으로 변하는 현상이며, 조류의 독소는 다이옥신(고엽제)과 비슷한 수준의 독성이 검출된 바 있다. 녹조를 400ppb 이상 음용 시에는 사망할 수 있을 정도로 위험하다는 조사도 있다.
미국의 5대호인 ‘이리호’와 플로리다 해역도 녹조 문제가 악화되고 있다. 중국은 호수에 발생한 녹조로 매년 수백만 명이 식수난을 겪기도 한다. ‘녹조 라테’라는 신조어가 생길 정도로 우리나라도 여름철 ‘녹조 문제’가 매우 심각하다.
지난 2012년에는 금강에서 60만 마리의 물고기가 폐사했으며, 낙동강 녹조에서는 ‘위험한 독소 물질’이 검출되기도 했다. 뿐만 아니라 2017년에는 ‘16년 만의 최악’인 대청호 녹조가 발생해 충청지역 식수원이 심각한 상태에 처했었다.
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ppb(parts per billion))
미량 함유 물질 농도 단위의 하나로서
10억분의 1
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01
세계적 기후변화와 더불어 지구의 온도상승,
물 부족에 따른 가뭄등의 영향으로 기승을
부리는 녹조 현상02
초분광 기술을 통해 녹조 현황을 분석 중인 연구진
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조기에 녹조 탐지 하는
초분광 기술 -
녹조는 임계점을 넘어가면 조류가 기하급수적으로 늘어나 사후 조치가 어렵기에 미리 발생 가능성을 정확하게 예측하는 기술이 필요하다. 이에 ETRI 연구진이 초분광(超分光) 기술이 들어간 카메라를 드론에 탑재하여 원격으로 수질을 분석하고 인공지능으로 녹조 발생 정도를 예측할 수 있는 기술을 개발했다.
일반 영상이 빛의 삼원색(RGB) 3종류로 구분되는 것과 달리 초분광 기술을 이용하면 가시광선과 근적외선 영역을 잘게 쪼개어 200개 이상으로 나눌 수 있다. 육안으로는 보통의 수질이더라도 대청호나 금강 주변을 드론 영상으로 촬영해 초분광 기술로 분석해 보면 녹조 수준이 관심, 경계, 대발생 단계 중 어느 단계인지 손쉽게 알 수 있다. 녹조의 빛 스펙트럼을 이용해 현재 상태가 어떤지 실시간 디지털화가 가능한 셈이다.
ETRI 연구진은 초분광 카메라를 드론을 탑재해 빠르고 쉽게 수역 전반을 살피며 녹조를 측정할 수 있도록 만들었다. 덕분에 강이나 하천에서 발생되는 녹조의 이동, 확산 및 분포 등 전체적인 발생 현황을 한눈에 파악하기가 쉽다. 특히, 위성이나 항공기에 비해 저비용·고해상도로도 쉽게 모니터링할 수 있다는 장점이다.
드론을 통해 획득한 데이터는 인공지능(AI)으로 빠르게 빅데이터 분석을 진행한다. 본격적으로 기술이 완성되면 7일 후 어느 지역에 조류가 발생할지 예측할 수 있어 보다 효과적인 사전 대응이 가능하다고 한다.
기존에는 강이나 하천에서 직접 시료를 채취하고 분석을 진행했다. 그마저도 일부 지점만을 대상으로 직접 현장을 방문해야 하기에 번거로웠고 시간도 오래 걸려 녹조 확산 전 빠른 대응이 어려웠다. 본 기술 개발로 이러한 번거로움 없이 보다 빠른 시간에 확인할 수 있게 된 것이다.
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다양한 분야로
스며드는
초분광 기술 -
본 기술의 핵심은 ‘초분광 기술’로 국내에서 국방이 아닌 민간 분야에서 초분광 광학 기술 개발에 성공한 것은 이번이 처음이다. ETRI 연구진은 국방 라이다 분야과제를 수행하며 개발한 고정밀 광학계 기술을 기반으로 초분광 광학계 원천기술 확보에 성공할 수 있었다고 말했다. 향후 초분광 기술은 녹조는 물론 바다의 적조 발생 분석과 농작물 병충해 여부에 따른 생산량 예측, 식품의 신선도, 피부의 노화도 판단 등 다양한 분야에서 활용이 가능할 전망이다.
또한, 연구진은 90% 이상의 조류 예측 정확도를 목표로 분석 성능을 고도화해나갈 예정이다. 더불어 다양한 상황에 따라 녹조 확산추적이 가능하도록 만들어 녹조의 조기 억제가 가능하도록 만들 계획이다. 고가의 초분광 센서를 국산화하고 센서의 중량 및 크기를 감축하기 위한 연구도 2022년까지 진행할 예정이다.
ETRI 기술로 세계 최초 ICT 기반 녹초 통합모니터링을 가능하게 하면서 국민의 불안감을 줄이고 식수원 안전관리는 물론, 전 세계 환경보전을 위해 빛날 날이 머지않아 보인다.
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빛의 삼원색
(RGB)
빛을 겹쳐서 만들 색깔을 만들 때의 삼원색 빛은
빨간색, 초록색, 파란색 빛이며, 삼원광이라고도 함
