InverseCoast Coastal Monitoring & Analytics 서비스 데모모의
1막 · 영상에서 수심으로

파랑 무늬를 읽으면
바닥이 보인다

파랑의 무늬에 수심이 적혀 있습니다.
드론으로 파장과 주기를 잽니다.
분산관계로 풀면 물속 지형이 드러납니다.
장사해수욕장 실측자료로 검증했습니다.

2022-10-30~11-01장사해수욕장
180초드론 원영상 4K
1,478 × 1,453 m조사 범위

파랑에서 수심을 읽는 원리

파랑 분산관계·천수변형·쇄파·처올림 오른쪽 외해에서 왼쪽 해안으로 갈수록 수심이 얕아지면서 같은 주기의 파랑도 파장이 짧아지고, 쇄파 후 포화 쇄파대를 거쳐 처올림 한계까지 이어지는 단면도. 방향은 히어로 영상과 동일하게 해안이 왼쪽. 정수면 L파장이 길다 L파장이 짧아진다 h = 7 m h = 1.4 m 쇄파 H/h ≈ 0.78 포화 쇄파대 · H ≈ 0.6h 처올림 한계 R ≈ 0.18 m ← 해안 외해 → ω² = g k tanh(k h) → h = (1/k) tanh⁻¹(ω²/g k) 주기 7.87 s · 경사 0.0215 연직 축 약 10배 과장
파랑의 주기와 파장을 잇는 분산관계는 수심에 의존합니다. 같은 주기의 파랑이라도 얕은 곳에서 파장이 짧아지므로, 영상에서 읽어낸 주파수–파수 쌍을 분산관계에 대입하면 수심을 역으로 구할 수 있습니다. 위 단면은 히어로 영상과 같이 해안이 왼쪽이며, 장사해수욕장의 실측 조건(첨두주기 7.87초, ROI 평균 경사 0.0215)으로 분산관계를 풀어 그린 것으로, 파장이 약 60 m에서 27 m로 짧아지고 수심 약 1.3 m에서 쇄파에 이릅니다. 쇄파 이후는 수심에 의해 파고가 제한되는 포화 쇄파대(H ≈ 0.6h)로 그렸고, 처올림 한계까지 이어 마무리했습니다 — 이 구간은 선형 분산관계의 유효범위 밖이므로 역산 대상이 아닙니다.
수심 역산 5단계 절차 전처리부터 수심 지도 생성까지의 5단계 흐름도 1. 전처리 정사보정·기하보정 2. 모드 분해 파랑 성분 분리 3. 서브윈도잉 국소 해석창 설정 4. 파수 산정 주파수–파수 쌍 추출 5. 수심 h(x) 지도
드론 영상에서 수심 지도까지의 처리 절차.

모니터링과 모델링의 상호작용

1. 수심 h(x)
관측: 파랑 영상에서 주파수–파수장 추출
모형: 유의파고장 Hs(x) 반환 → 파랑 비선형성 보정
파랑장과 수심장이 수렴할 때까지 반복. 만리포해수욕장 실측자료로 실증 — 2막에서 보기.
실증 완료
2. 유속장 u(x)
관측: 수면 입자를 추적자(proxy)로 한 유속 산정
유의사항: 관성입자는 유체를 그대로 따르지 않습니다. 난류는 입자의 침강속도를 증가시키기도 감소시키기도 하며, 그 변화는 입자 관성(Stokes 수)과 난류 강도에 따라 달라집니다 — 추적자 속도를 유속으로 그대로 읽으면 편차가 생깁니다.
이 편차의 지배 인자를 실험으로 규명한 결과를 반영합니다.
시제품 완성 · 업데이트 예정
3. 유사농도장 C(x)
관측: UAV RGB 영상의 반사도로 표층 부유사농도(SSC) 산정
방법: SfM-MVS 정사보정 → 감마·복사 보정 → 반사도 지도. 적색 밴드 반사도와 SSC의 멱함수 관계가 가장 높은 상관을 보였습니다.
연안 공사현장 실측에 적용해 SSC 분포 스냅숏을 생성했습니다.
시제품 완성 · 업데이트 예정

실측 제원

장소·시기 장사해수욕장(동해안), 2022-10-30 ~ 11-01
촬영 DJI Mavic 2 Pro · 3840×2160 · 24 fps · 180초 · 짐벌 tilt 90°/roll 0°/pan 0°
입사파랑 유의파고 0.87±0.07 m · 최대파고 1.27±0.14 m · 첨두주기 7.87±0.73 s
흐름 수심평균 유속 0.12±0.05 m/s (파속의 약 1.3% → 도플러 무시 정당화)
지상검증 RTK GPS(Sokkia GRX1) + 단빔 음향측심(Nortek Signature VM500, 고무보트 탑재)
ROI 평균 경사 약 0.0215
좌표계 UTM 52N (EPSG:32652) — 측심 좌표로 검증한 실측 기준
조사 범위 약 1,478 m × 1,453 m · 측심 5,666점 · 수심 2.05~37.96 m (중앙값 17.5 m)

출처 및 인용

  • 논문 (주)
    Kim B, Park YS, Noh H, Lee M (2025). Improving accuracy of image-based depth inversion with an adaptive window optimization. Coastal Engineering Journal 67(2), 306–318. doi:10.1080/21664250.2025.2469957
  • 논문 (캠페인 원보고)
    Kim B, Noh H, Park YS, Lee M (2023). Non-spectral linear depth inversion using drone-acquired wave field imagery. Applied Ocean Research 138, 103625.
  • 논문 (유속장 · 관성입자 유의사항)
    Baek S, Park YS, Seo IW (2025). Settling velocity of weakly inertial particles in vertical flow. European Journal of Mechanics / B Fluids 109, 92–99.
  • 논문 (유사농도장)
    Noh H, Kwon S, Park YS, Woo S-B (2024). Application of RGB UAV imagery to sea surface suspended sediment concentration monitoring in coastal construction site. Applied Ocean Research 145, 103940.
  • 데이터
    Kim B, Noh H, Park YS, Lee M. Nearshore Bathymetry Estimation using Large-Scale Particle Image Velocimetry. Mendeley Data, 10.17632/ch5fb6f9zd.1
    CC-BY-4.0
  • 등록특허
    드론영상을 이용한 근해의 해저지형 조사 방법. 등록 10-2797375 (2025-04-14) · 출원 10-2024-0066370. 발명자 박용성·김병욱·이민재·노효섭 · 출원인 서울대학교 산학협력단
  • 등록 저작권
    (컴퓨터프로그램)
    해빈 GCP를 이용한 연안환경 드론영상 좌표보정 알고리즘. C2023006332 (2023-01-16) · 저작자 박용성·김병욱
    파랑장 영상 지배모드 추출 알고리즘. C2023006334 (2023-01-16) · 저작자 박용성·김병욱·노효섭
    파랑장 공간 패턴 인지를 위한 윈도우 최적화 모듈. C2023058003 (2023-12-07) · 저작자 박용성·김병욱
    3건 모두 출원인 서울대학교 산학협력단