한국산업융합학회 논문집 (Journal of the Korean Society of Industry Convergence)

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수중 문화유산 조사를 위한 최신 탐사 기술 적용 사례와 발전 동향

Recent Applications and Development Trends of Advanced Exploration Technologies for Underwater Cultural Heritage Investigation

  • 박인석 (주식회사 지오뷰) ;
  • 이상희 (동아대학교 미래에너지공학전공) ;
  • 김성보 (영산대학교 드론공간정보공학과 )
  • In-Seok Park (Research Institute, GeoView Co., Ltd.) ;
  • Sang-Hee Lee (Department of Future Energy Engineering, Dong-A University) ;
  • Sung-Bo Kim (Department of Drone and Spatial Information Engineering, Young-san University)
  • 투고 : 2025.09.30
  • 심사 : 2025.10.14
  • 발행 : 2025.10.31
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초록

This study reviews recent development trends and field applications of underwater cultural heritage (UCH) survey technologies. Synthesizing literature and representative case reports from the 1970s onward, we compare acoustic and magnetic sensors, including side-scan sonar (SSS), multibeam echosounder (MBES), sub-bottom profiler (SBP), and magnetometer (MAG), with complementary non-acoustic methods such as electrical resistivity tomography (ERT), ground-penetrating radar (GPR), and underwater metal detection. We also examine their integration with unmanned platforms (AUV/ASV/ROV/UAV) and GIS-based workflows for geodetic unification and data standardization. Our synthesis indicates substantial gains in wide-area search efficiency, high-resolution 3D documentation, repeatability, and operational safety across environments ranging from shallow, turbid waters to the deep sea; furthermore, site-level GIS integration and edge-computing-enabled quality control support near-real-time decision-making. Looking ahead, we identify four axes of progress: (1) coordinated multi-platform operations, (2) AI-driven automated interpretation and autonomous target reacquisition, (3) expanded digital documentation and public engagement via digital twins and VR/AR, and (4) open data-sharing frameworks aligned with ethical and permitting requirements. Limitations of this narrative review include the heterogeneity of sites and conditions, which precludes standardized head-to-head performance benchmarking; limited long-term repeat observations; and a paucity of quantified comparisons for non-acoustic methods and cost/logistics analyses. Nevertheless, the study organizes dispersed domestic and international practices, clarifies the technological evolution of UCH survey, and proposes a baseline and roadmap to guide future multi-platform experiments and reproducible, quantitative evaluations.

키워드

1. 서론

수중 문화유산은 인류의 과거를 물리적으로 연결하는 중요한 자원으로, 역사적 유물, 난파선, 고대 항구와 같은 다양한 유적을 포함한다. 이러한 유산은 인류의 전통과 문명을 이해하는 데 필수적인 정보를 제공하며, 관광, 교육, 학문적 연구에 있어 매우 중요한 가치를 지닌다[1]. 그러나 수중 문화유산은 자연적 요인(퇴적, 해류, 파랑 등)과 인위적 요인(불법 발굴, 간척 사업 등)으로 원형 보존 가능성이 지속적으로 낮아지는 경향이 있다[2][3].

기존의 수중 탐사는 주로 잠수사가 수중 유적이나 유물을 직접 조사하는 방식으로 이루어졌으나, 이러한 방법은 수심의 제약, 짧은 작업 시간, 수중 환경의 위험성 등으로 인해 상당한 한계를 지니고 있다. 이에 따라 과학기술의 발전과 함께 음향측심기(Echo Sounder), 측면주사음파탐지기(Side-scan Sonar), 지층탐사기(Sub-bottom Profiler) 자력계(Magnetometer) 등 해양 지구물리 탐사 장비가 도입⋅운용되면서 탐사 정밀도와 공간적 범위가 크게 향상되었다[4][5]. 특히, 최근에는 잠수사 대신 ROV(Remotely Operated Vehicle)를 활용하거나 자율운항 기술을 이용한 AUV(Autonomous Underwater Vehicle), ASV(Autonomous Surface Vehicle) 등 자율 플랫폼의 발전을 통해, 잠수사 기반 조사를 보완⋅확장하면서 수중 문화유산의 안전하고 정밀한 탐사 체계가 구축되고 있다.

AUV와 ASV는 다중빔 음향측심기(Multibeam Echosounder), 측면주사음파탐지기(Side-scan Sonar), 광학 카메라 등 첨단 장비를 결합해 고해상도 자료 수집이 가능하다[3][6]. 이러한 시스템은 기존 탐사 방식에 비해 몇 가지 뚜렷한 이점을 제공하는데, 첫째 접근이 어려웠던 해저 지역을 대규모로 신속하고 정확하게 탐사할 수 있고, 둘째 엣지 컴퓨팅(Edge computing)과 같은 혁신적인 기술의 도입으로 실시간 데이터 처리와 모니터링이 가능해져 관리 효율성이 크게 향상되었다[1][6].

이에 본 연구에서는 수중 문화유산 조사 기기의 역사와 발전 과정을 살펴보고, 첨단 기술을 기반으로 한 수중탐사 방법의 혁신을 검토하며, 국내 수중 문화유산을 체계적으로 조사하고 보존하기 위한 향후 방향성을 제시하고자 한다.

2. 수중 문화유산 탐사 기술의 역사

수중 문화유산 탐사 기술은 인간이 바닷속에 숨겨진 유산을 탐구하고 기록하는 방식을 혁신적으로 변화시켜 왔다. 초기에는 잠수사와 단순한 도구에 의존하여 탐사가 제한적으로 이루어졌으나, 해양 지구물리 탐사 기술의 도입은 탐사 방식의 획기적인 전환점을 마련하였다. 본 장에서는 국내와 국외의 사례를 통해 수중 탐사 기술의 발전 과정과 그 활용 사례를 구체적으로 살펴보고자 한다.

2.1 지구물리탐사 기술의 도입

2.1.1 국내 사례

국내에서는 초기 수중 문화유산 조사가 주로 해군 해난구조대에 의해 이루어졌다. 이후 국립해양유산 연구소는 독자적 조사 기반을 확립하기 위해 장비 도입(측면주사음파탐지기, SSS; 지층탐사기, SBP)과 인력 양성을 병행하였다. 구체적으로 장비 운용⋅데이터 해석 전문가를 확보하고, 직원 대상 잠수 교육을 통해 전문 수중 조사원을 체계적으로 훈련하였다. 이러한 노력의 결과로 1999년 고창 까막섬, 2000년 고흥 시산도, 그리고 영광 원자력발전소 앞바다에서 자체적인 수중 조사가 이루어졌으며 이를 통해 본격적인 탐사 역량을 구축하였다[7].

2.1.2 국외 사례

국외에서는 1960년대 후반 W.D. Chesterman이 측면주사음파탐지기(SSS)의 사용을 제안하며수중 탐사 기술 발전의 중요한 기틀을 마련하였다[8]. 1967년에는 미국 펜실베이니아 대학 박물관팀이 소나 기술을 활용하여 튀르키예 인근 해역에서 고대 선박을 발견하였으며, 같은 해 Cyprus 북부 해역으로 조사 범위를 확장하여 초기 헬레니즘 시대의 난파선을 추가로 발견하였다[9]. 이러한 사례들은 수중 탐사 기술이 고고학적 발견과 연구에 큰 영향을 미쳤다고 할 수 있다.

2.2 지구물리탐사 기술의 적용(1970-2000)

2.2.1 1970년대 적용 사례

1970년대 해양 고고학 연구는 현대 탐사 기술의 초기 발전 단계로, 측면주사음파탐사기와 음향 측심기 같은 기술이 본격적으로 도입되기 시작한 시기이다. 이들 기술은 난파선의 구조와 유물을 분석하고, 이를 통해 해양 무역과 사회적 배경을 이해하는 데 중요한 역할을 했다.

대표적인 사례로는 1554년 미국 Padre Island 근처에서 침몰한 스페인 함대의 조사가 있다. 이 조사는 1971년부터 1975년까지 진행되었으며, 측면주사탐사기를 활용해 해저에 분산된 유물과 이 상체를 탐지하고 침몰 지역의 전체 지형을 조사하였다. 또한, 자력계(Magnetometer)를 이용해 닻, 철제 대포, 도구 등의 금속 유물 위치를 식별하였다. 조사 결과 닻, 철제 대포, 금괴, 도자기, 나무 조각 등이 발견되었으며, 강한 해류와 느린 퇴적 과정으로 인해 유물이 퇴적물에 의해 덮여있지 않고 노출되어 부식된 상태로 발견할 수 있었다. 또다른 사례로는 1972년 Cavaliero coast(프랑스) 근처의 로마 시대 난파선 조사가 있다. 이 조사는 음향측심기를 사용해 난파선의 침몰 깊이(43m)를 측정하였으며, 측면주사음파탐지기를 통해 선체와 화물의 배치를 시각적으로 기록하고 침몰 지역의 해저 지형을 분석하였다. 조사 결과 선체의 주요 구성 요소(키, 용골 등)와 프랑스, 스페인, 누미디아에서 발행된 청동 및 납 화폐 등이 발견되었다. 마지막으로, 1977년 Sicilian coast의 로마 시대 난파선 조사 사례가 있다. 이 조사에서는 측면주사음파탐지기와 자력계를 사용하여 대리석과 금속 유물의 분포를 파악하고 선박 구조를 확인하였다. 이 연구를 통해 로마 시대 해양 교역의 흔적을 추적하고, 난파선이 담고 있던 유물과 유적의 고고학적 가치를 입증하였다[10].

2.2.2 1980년대 적용 사례

1980년대는 해양 고고학 연구에서 지구물리탐사 기술이 더욱 정교해지고 다양하게 활용되기 시작한 시기였다. 이 시기의 대표적인 사례는 다음과 같다.

1981년, 인도의 국립해양연구소(National Institute of Oceanography)와 Tamil Nadu 고고학부는 Kaveripattinam과 Tranquebar 지역에서 공동 조사를 수행하였다. 고대 항구 유적과 난파선을 탐지하기 위해 음향측심기와 측면주사음파탐지기를 활용하여 주요 유적의 위치와 특성을 분석하였다. 이 과정에서 선형, 직사각형, 원형, 타원형, 불규칙한 형태의 이상 신호가 도출되었으며(Fig. 1), 초기 조사결과는 고대 항구 유적의 위치를 규명하는 데 중요한 정보를 제공하였다[11].

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Fig. 1. Linear, rectangular, circular, oval, and irregular anomalies detected in sonographs [11]

또한, 같은 해 Australia 해군 함선 HMAS Sydney의 선박 잔해를 탐지하기 위한 조사가 이루어졌다. 이 조사는 측면주사음파탐지기, 자력계, 지층탐사기를 활용하여 가능성이 높은 위치를 선별한 뒤 세부적인 조사를 통해 잔해를 탐지하였다. 조사 결과는 실종 선박 조사 및 수중 고고학 연구에서 기술적 접근 방식을 개선하는데 크게 기여하였다[10]. 1983년에는 Goodwins Sands 지역에서 해양 고고학적 중요성을 평가하기 위한 체계적인 조사가 수행되었다. 이 지역은 영국과 유럽 대륙 간 주요 항로에 위치하며, 난파선 및 기타 수중 이상체의 밀집 지역으로 알려져 있다. 조사는 측면주사음파탐지기, 지층탐사기, 자력계, ROV, GPS를 활용하여 약 7.5㎢ 면적을 대상으로 이루어졌다. 결과적으로 난파선을 포함한 다양한 이상체(측면주사음파탐지기 44개, 자력계 46개, 지층탐사기 13개) 103개가 발견되었다[12]. Fig. 2는 측면주사음파탐지기로 발견된 난파선의 이미지이다.

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Fig. 2. Side-scan sonar image showing a shipwreck [12]

2.2.3 1990년대 적용 사례

1990년대 수중 고고학 기술이 빠르게 발전하여 해저 유적 탐사와 난파선 연구에서 중요한 성과를 거둔 시기로 평가 받는다. 특히, 음향 및 광학 센서를 활용한 수중 이미징 기술이 고고학적 데이터를 수집하고 분석하는 데 핵심적인 역할을 했다.

얕은 수심 및 심해에서 여러 고고학적 탐사를 수행했는데 Skerki Bank, Black Sea, Hamilton과 Scourge, RMS Titanic, 전함 Bismarck의 탐사 등 음향 매핑, 고해상도 광학 이미징, 로봇을 활용한 물체 회수 및 보존 작업이 병행되었다. 주로 사용된 장비는 해저의 넓은 지역을 탐사하기 위한 측면주사 음파 탐지기(Fig. 3), 퇴적층 아래 위치한 유물이나 유적을 파악하기 위한 지층탐사기(3.5∼16 kHz), 유물의 세부 사항을 확인하기 위한 디지털 및 아날로그 카메라와 수중 조명과 후처리 기술의 발전으로 Photomosaic 생성을 통한 대규모 유적지를 시각화, 위치를 추적을 위한 DGPS 기술과 심해 탐사에서 수중 로봇 플랫폼과 결합 등 수중 고고학의 기술적 도약이 이루어졌다[13]. 1997년에는 영국 Northern Ireland 환경유산서비스(Environment and heritage Service)와 얼스터 대학교(University of Ulster)가 북아일랜드 해안의 해저 지형과 유적지를 체계적으로 분석하기 위한 대규모 해양 조사 프로그램을 시작하였다. 이 프로그램은 측면주사음파탐사기, 지층탐사기, 프로톤 자력계와 같은 최신 해양 지구물리학 장비를 활용하였다. 조사를 통해 약 80개의 19∼20세기 난파선이 이미지화되었고, 20개의 추가 고고학적 유물이 확인되었다. 수집된 데이터는 난파선 위치와 상태, 수심, 해저 지질 및 퇴적물 동역학에 대한 상세한 정보를 제공하였으며, 이는 “유적 및 기념물 기록”(Site and Monuments Records) 데이터베이스에 통합되었다. 예를 들어, Belfast Lough에 발견된 Oregon 난파선(1945년)은 Fig. 4에 나타난 바와 같이 파손된 상부 구조가 약 1.3m 해저에서 돌출된 상태로 확인되었다. 이 정보는 유적 안전성을 평가하고 관리 전략을 수립하는 데 중요한 자료로 활용되었다. 또한, 미기록된 난파선일 가능성이 있는 비정형 해저 이상 신호(anomalies)가 다수 발견되었으며, 이를 검증하기 위해 잠수 조사가 2000년 여름부터 진행되었고 이 과정으로 수중 문화유산 데이터 정확성을 높이는 데 기여하였다[14].

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Fig. 3. High-frequency side-scan sonar image of a 19th-century Turkish warship off the coast of Sinop in the Black Sea [13]

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Fig. 4. 500 kHz sonograph of the Oregon wreck site near Wilson’s Point in Belfast Lough [14]

2.2.4 2000년대 적용 사례

2000년대 이후, 수중 문화유산 탐사에서는 고해상도 지구물리탐사 기법과 원격 운영 기술이 결합되며 심해 탐사의 새로운 기준을 제시하고 있다. Church와 Warren(2008)[5]의 연구에서는 측면주사음파탐지기, 다중빔음향측심기, 지층탐사기 등 고해상도 음향 시스템을 활용하여 심해 선박 유적의 공간적 특성과 퇴적층 아래 매몰된 유적을 성공적으로 탐사하였다. 특히, 미국의 Gulf of Mexico 지역에서 2차 세계대전 기간 중 독일 U-507에게 격침된 SS Alcoa Puritan 선박에 대한 조사를 수행하였다. 이 조사에서 ROV(Remotely Operated Vehicle)와 AUV(Autonomous Underwater Vehicle)를 활용해 심해 환경의 제약을 극복하고, Fig. 5와 같은 정밀한 데이터 수집 및 선체의 3D 시각화를 구현하였다.

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Fig. 5. 120 kHz side-scan sonar image of the Alcoa Puritan, collected with the C-Surveyor I AUV [5]

이와 같은 기술적 접근은 심해 유적의 보존과 조사 효율성이 크게 좋아졌으며, 고고학적 기준에 부합하는 현장 조사기법 설계를 가능하게 했다. 이탈리아 North Tyrrhenian Sea에서 진행된 사례에서는 최신 측면주사음파탐지기와 ROV를 활용하여 고대 난파선과 유물을 탐사 및 검사하였다. Klein 5000(측면주사음파탐지기)와 이탈리아 해군은 SQQ-14IT(Military Periscope, USA) 기뢰 탐색 소나는 매장 유물을 탐지하고 위치를 지정하는데 사용되었다. 또한, Phantom 및 Pluto ROV는 영상 기록과 실시간 비전 피드백 기술을 통해 유물의 위치 설정과 정밀 검사를 자동화하는 데 중요한 역할을 하였다[15]. 또한, 그리스 Chios Island 근처에서 SeaBED AUV(Fig. 6)를 활용하여 포토 모자이크, 다중빔 음향측심기, 현장 화학 분석 데이터를 수집하고 이를 통합하여 유적지의 상세한 3D 모델을 생성하였다. 특히 SeaBED AUV는 해저를 따라 천천히 이동하며 촬영 및 데이터를 수집하도록 설계되었으며, 이를 통해 심해 고고학 현장에서 높은 수준의 데이터 정밀도와 효율성을 달성하였다. 이 연구는 AUV가 기존의 인간 잠수사 기반 방법이나 원격 조작 잠수정보다 안전하고 비용면에서 효율적인 대안임을 실증하였다[16].

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Fig. 6. SeaBED AUV equipped for seafloor survey operations [17]

국내에서는 크랩스터 CR200(Fig. 7) 수중 로봇을 활용한 탐사가 2015년 4월부터 5월까지 한국 서해 마도 인근에서 시행되었다. 실험에서는 탁도가 높은 환경에서도 CR200의 스캐닝 소나와 음향 카메라를 통해 유물 탐사와 확인 작업이 성공적으로 수행되었다. CR200은 유물을 안정적으로 탐지하고, 수중 집게를 활용하여 표본 유물 회수작업까지 성공적으로 수행하였다. 이 연구는 복잡한 조류 환경에서도 CR200의 효과적인 성능을 입증하였으며, 더 깊은 수심에서의 적용 가능성도 제시하였다[18].

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Fig. 7. Structural components of the CR200 underwater robot [18]

3. 수중 문화유산 탐사 최신 기술 적용

전통적으로 수중 문화유산 탐사에서는 측면주사음파탐지기와 다중빔음향측심기와 같은 음향 기술이 주로 사용되었다. 이들 기술은 해저 표면의 구조와 특성을 탐지하는 데 효과적이지만, 유적의 상세한 공간적 분석과 매립된 유물의 탐사에는 한계가 있었다. 최근에는 지하투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR), 전기비저항탐사, 금속탐지기와 같은 지구물리학적 기술이 수중 환경에서도 적용 가능성을 보이며, GIS(Geographic Information System)와의 융합으로 수중 유물/유적의 공간 데이터 관리와 시각화에 중요한 진전을 이루고 있다.

3.1 전기비저항, 금속탐지기, GPR 적용 사례

2014년 그리스의 Crete Island 인근 해역에서 전기비저항탐사를 활용하여 얕은 해수 환경에서 고고학적 유적을 조사하는 연구가 진행되었다. 이 연구에서는 모형 시뮬레이션을 통해 전극 배열(dipole-dipole, pole-dipole, gradient)과 전극(부유식, 침강식) 방식을 비교하여 수심, 대상물의 크기 및 매몰 깊이에 따른 해상도와 정확도를 조사하였다. 이후 Crete Island Agioi Theodoroi 지역에서 실제 유적을 대상으로 부유식과 침강식 전극 배열을 활용하여 데이터를 수집한 결과(Fig. 8), pole-dipole 배열이 가장 뛰어난 결과를 제공하였다[19].

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Fig. 8. Configuration of Line 1 for underwater Electrical Resistivity Tomography(ERT) efficiency validation [19]

또한, 금속 물체를 효과적으로 탐지할 수 있는 민감한 센서를 갖추고 해저면 바닥에 밀착하여 예인 할 수 있는 썰매형 수중 금속탐지기도 연구되었는데 기존의 잠수사 의존적 탐사 방법을 대체하거나 보완하여 작업의 안전성과 효율성을 크게 향상 시킬 수 있음을 입증하였다[20].

GPR은 중국 Shanglin Lake, Zhejiang Province 아래 잠겨 있는 가마터 유적을 대상으로 고주파(400MHz)와 저주파(100MHz) 안테나를 활용하여 2017년 데이터를 획득하였다(Fig. 9). 연구 결과, 호수 바닥의 전자적 특성을 측정하여 5개의 돌출 지점을 발견하였으며, 이 중 일부는 벽돌 및 도자기 파편으로 확인되었다. 또한, 깊이 4m 이하의 얕은 지역에서는 고주파 안테나가, 깊은 지역에서는 저주파 안테나가 더 적합한 것으로 나타났다[21].

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Fig. 9. GPR profiles crossing the same protrusion with 100 MHz (a) and 400 MHz (b) antennas in different directions [21]

3.2 GIS와 지구물리탐사의 융합

지구물리탐사 기술과 GIS의 결합은 수중 문화 유산 탐사와 데이터 통합에 새로운 기준을 제시하였다. Cattewater Ship Wreck 연구에서는 Site Recorder 4(3H Consulting Ltd., England) 소프트웨어를 활용하여 GIS를 기반으로 측면주사음파 탐지기, 지층탐사기, 다중빔음향측심기, 자력탐사 등의 다양한 데이터를 통합하였다. Fig. 10은 수심측량을 Site Recorder에 시각화한 그림으로 이와 같이 해저 유적의 공간적 및 물리적 특성을 고해상도로 지도화하고, 기존 방법으로 탐지되지 않았던 새로운 이상체 식별에 성공하였다[22].

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Fig. 10. Site Recorder software output showing color-rendered bathymetry of the site [22]

또한, Underwater Acoustic Localisation and Referencing(UALR) 방법론은 GPS와 USBL(UltraShort Baseline) 음향 시스템을 결합하여 개발되었으며, 국제 수로 학회(International Hydrographic Organization, IHO)의 기준에 부합하도록 설계되었다. UALR은 GIS 플랫폼을 통해 데이터를 시각화하고 통합하여 수중 문화유산 탐사에서 공간 데이터를 정밀하게 처리하고 기존 탐사 기법과 통합하는 중요한 역할을 했다[23].

4. 수중 문화유산 탐사를 위한 무인 조사기기 활용

4.1 AUV 활용 탐사 사례

남극 Weddell Sea에서 진행된 Endurance22 탐사는 자율무인잠수정(AUV)를 활용한 수중 문화 유산 탐사의 대표적 사례이다. 이 탐사의 목표는 1915년 침몰 후 위치가 미상으로 남아있던 탐험가 Ernest Shackleton의 선박인 Endurance호를 찾아 자료를 취득하는 것으로 탐사팀은 Sabertooth(Saab Seaeye Ltd., UK) 하이브리드 AUV(ROV로 운용 가능)를 2대 투입해 두꺼운 해빙 아래 3,008m 심해를 자율탐색하며 잔해를 수색하였다. Sabertooth AUV에는 고해상도 측면주사음파탐지기와 카메라/레이저 스캐너 등이 장착되어 얼음밑 바닥 지형을 정밀하게 매핑하고 실시간 영상 데이터를 전송할 수 있었다. 그 결과 Endurance호의 선체를 마침내 발견하여 상세 영상을 확보하였고, 수집된 그래픽 데이터를 통해 잔해의 정확한 3차원 모델이 제작되었다(Fig. 11). 이는 혹독한 극지 환경과 심해에서도 AUV 기술로 수중 문화유산을 성공적으로 찾아낸 사례로서, 첨단 자율 탐사 기술의 높은 잠재력을 입증하였다. 나아가 획득된 3D 디지털 데이터는 Endurance호의 현존 상태를 생생히 복원하여 역사적 기록과 보존에 크게 기여한 것으로 평가된다[24][25].

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Fig. 11. 3D model and historical data of the Endurance shipwreck created from Saab’s Sabertooth AUV data [26]

지중해 지역에서도 AUV를 활용한 수중 문화유산 조사가 활발하다. Malta 대학 연구진은 자국 해역의 광범위한 유적탐사를 위해 Teledyne Gavia AUV(Teledyne Marine, Iceland/USA) 시스템을 도입하였다. 이 AUV에는 듀얼 주파수 측면주사음파탐지를 주 센서로 장착하고, 해저 지형의 미측심 자료를 보완하기 위해 BlueView MB-2250 다중빔 음향측심기(Teledyne Marine, USA)를 통합하였다. 이러한 첨단 센서 조합을 통해 광범위한 해저의 지도를 고해상도로 제작하였고, 소나 영상에서 침몰 비행기 흔적을 효과적으로 식별해낼 수 있었다(Fig. 12). 실제로 Malta 주변 해역에서 다이버의 한계 심도 밖에 위치한 난파선들과 유물들이 이 AUV 원격탐사를 통해 다수 발견 및 기록 되었으며, 탐사 지도의 정밀도는 약 10cm 이내로 평가되었다. Malta 사례는 AUV가 인간 다이버가 접근하기 어려운 넓은 해역을 체계적으로 탐사하고, 측량-분석-보존으로 이어지는 통합적인 수중 문화유산 관리에 큰 혁신을 가져올 수 있음을 보여준다[2].

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Fig. 12. (a) AUV survey at 10 m altitude. (b) Target detected with 600 kHz sonar. © High-resolution imaging at 6 m revealing a WWII Fairey Fulmar aircraft [2]

4.2 ASV 활용 탐사 사례

수중 문화유산 조사에서 자율무인수상정(ASV)의 활용도 증가하고 있다. 스페인 Bay of Algeciras에서 진행된 한 연구[3]는 ASV와 전통 기법을 병행하여 얕은 수심의 난파선을 문서화한 사례이다. 연구팀은 소형 ASV(Fig. 13)인 Otter Pro ASV(Maritime robotics, Norway)에 고정밀 다중빔 음향측심기를 장착하고 자율운항시켜, 수심이 얕고 잠수사가 접근하기 어려운 해저유적지를 매핑하였다. 동시에 잠수부에 의한 수중 사진 측량과 드론을 활용한 공중 촬영을 통해 대상 난파선의 3차원 광학 모델도 구축하였다. 고해상도 수심 데이터와 사진측량으로 얻은 정밀 3D 모델의 두 가지 성과물이 도출되어, 난파선의 선체 구조를 분석하고 일반 대중에 시각화하는데 활용되었다. 이 연구는 얕은 수중유적 모니터링에 있어 ASV가 인력 투입을 대체하거나 보조하여 신속하고 안전한 조사가 가능함을 확인하였다.

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Fig. 13. Otter Pro autonomous surface vehicle (ASV) by Maritime Robotics [3]

4.3 UAV 활용 탐사 사례

UAV는 주로 지상 또는 수면 상에서의 관측을 통해 수중 문화유산 조사에 간접적으로 활용되고 있다. 특히 수심이 매우 얕거나 부분적으로 수면 위로 드러나는 유적의 경우, 드론 공중사진 측량을 통해 넓은 지역의 영상을 빠르게 획득하고 3차원 지도로 복원할 수 있다. 예를 들어, 스페인 연구에서 활용된 DJI Matrice 300 RTK(DJI, China) UAV는 고해상도 카메라(Zenmuse P1)를 탑재하여 수면 근처의 난파선을 촬영하였고, 수십 cm 수준의 정확도로 지형과 유물을 복원해 냈다. 다만 항공영상 기반의 수중 지도화에는 공중-수질 매질 경계에서의 굴절 오류와 파랑에 의한 영상 왜곡 등 기술적 한계가 존재한다. 최근 연구들은 이러한 문제를 보정하기 위한 기하학적 모델링과 알고리즘을 도입하고 있는데, UAV 영상 처리 시 물의 굴절률과 수면 파동 특성을 보정함으로써 보다 정확한 해저 지형자료 구축이 가능해졌다[27][28][29]. 이러한 UAV 사진측량 기법의 발전은 얕은 연안 수중 유물과 조간대 매몰 유물을 비용 효율적으로 조사하고, 육상-수중 고고학 자료를 연계하여 해안 유적의 전체적 윤곽을 파악하는데 크게 기여하고 있다.

UAV는 또한 탐사 센서 플랫폼으로서 활용 가능성이 입증되고 있다. 2021년 캐나다 British Columbia에서 이루어진 한 실험에서는 대형 UAV(DJI M600 Pro(DJI, China))에 MAGDRONE R3(SENSYS, Germany) 자력계 센서를 장착하여 하천에 매장된 철제 선박 잔해를 탐색하였다. UAV가 강 상공을 자동 비행하며 자기 이상 신호를 지도화한 결과, 목표 구역에서 뚜렷한 이상신호 두 곳을 확인했고 그중 한 곳에서 소형 증기선 선체의 잔해를 찾아내는 데 성공하였으며[30], 국내에서도 Fig. 14와 같이 조간대 매장 문화유산 탐사를 위한 UAV에 탑재한 MagArrowⅡ(Geometrics Co. Ltd., USA)자력탐사 센서를 통해 태안에서 인공유물 및 실제 발굴 현장 조사 연구를 수행한 사례도 있다[31]. 이 사례들은 UAV 자력탐사 방법이 접근이 어려운 얕은 수중(조간대) 지역에서 효과적으로 매장 문화유산을 탐지할 수 있음을 보여준다.

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Fig. 14. (a) Sensor integration on the UAV platform. (b) Operational flight for magnetic data collection [31]

한편, UAV 탑재형 GPR을 탑재하여 조간대에 매장된 유물을 탐사하는 시도도 이루어졌다. 이 연구에서는 배수가 양호한 지역에서 철항아리, 도자기 등 대형 유물을 감지하였으며, 비파괴적 방식으로 발굴 전 유물의 위치를 예측할 수 있다는 점에서 UAV 탑재형 GPR은 자력탐사와 더불어 조간대 매몰 문화유산 탐사를 위한 또 다른 유망한 접근법으로 평가된다[32].

공중에서 운용되는 UAV 플랫폼은 보트나 잠수정 접근이 제한되는 지역도 커버할 수 있고, 단기간에 광범위한 영역을 촬영 또는 탐지하여 유물 분포 예상 지점을 선별하는 능력이 뛰어나다. 국내에서도 UAV를 이용한 조사가 이루어졌으며, 이에 따라 향후 수중 문화유산 초기 탐사 단계에서 드론에 다양한 센서를 탑재하는 시도가 늘어나고 있으며, 수중탐사의 정밀성과 공간적 범위를 넓히는 보조 수단으로 자리매김하고 있다.

5. 결론

지난 반세기 동안 수중 문화유산 조사 기술은 전통적인 잠수사 중심 방식에서 첨단 과학기술 기반의 방식으로 급격히 전환되었다. 해양 지구물리 탐사장비는 공간적⋅물리적 제약을 해소하며 조사의 범위와 정밀도를 넓혔고, 이어 등장한 ROV, AUV, ASV 같은 무인 이동체는 천해에서 심해에 이르기까지 다양한 환경에서 안전하고 효율적인 탐사를 가능케 했다. 이제는 해역을 광범위하게 탐색하고 발견된 유적을 디지털화하여 기록⋅복원하는 등 과거에는 상상하기 어려웠던 수준의 연구가 가능해졌다.

향후 수중 문화유산 조사는 이러한 성과를 기반으로 네 가지 축에서 진화할 것으로 전망된다. 첫째, 다중 플랫폼의 통합 운용이다. 지금까지는 AUV, ASV, UAV를 개별적으로 활용했지만, 앞으로는 이들을 유기적으로 연계하여 심해 탐사선 한 척에 여러 무인기를 탑재해 원정조사를 수행하는 체계가 실현될 것이다. 둘째, 인공지능과 자동화된 데이터 처리의 확산이다. 방대한 수중 데이터는 AI 기반 분석을 통해 실시간으로 처리되며, 무인 탐사기가 스스로 난파선 추정체나 중요 유물을 식별하고 접근하는 수준으로 발전할 것이다. 여기에 해양 IoT와 엣지 컴퓨팅이 결합되면, 주요 유적지의 환경 변화를 상시 모니터링하고 자동 경보를 발하는 지능형 감시 체계도 구축될 수 있다. 셋째, 디지털 기록과 가상공간 활용이 강화된다. 3D 스캐닝과 모델링은 유적을 영구적으로 보존할 수 있는 수단이 되며, VR⋅AR 콘텐츠 제작을 통해 일반 대중에게도 수중 문화유산 체험을 제공하는 방향으로 확장될 것이다.

본 연구에서 수중유산 조사를 위한 탐사기술의 발전 동향을 기술적 검토 중심으로 분석하였다. 다만 조사 해역별 환경 차이, 센서⋅플랫폼 성능의 표준화⋅정량 비교 측면에서 한계가 있다. 그럼에도 국내외 사례를 체계화해 조사기술의 진화와 적용 가능성을 정리하고, 다중 플랫폼⋅AI⋅디지털 기록의 방향성을 제시함으로써 후속 연구의 기초를 제공한다는 점에서 의의를 가진다고 할 수 있다. Table 1은 본 연구에서 도출된 각 기술의 장단점을 체계적으로 정리한 것으로, 향후 기술의 적용 가능성과 개선 방향을 파악하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.

Table 1. Advantages and limitations of underwater cultural heritage survey Methods

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국내 적용 측면에서, 서해안과 남해안은 퇴적 환경과 수심 조건이 다양하여 AUV 또는 ASV 기반의 정밀 조사, UAV 탑재형 자력탐사, GPR 탐사 등 여러 기법을 현장 조건에 맞게 시험할 수 있는 최적의 해역이다. 또한 AI 기반 자동 해석 기법을 도입하면 조간대와 연안에서 반복적으로 수집되는 대규모 데이터를 효율적으로 처리할 수 있고, 잠재적 유물 매장 지점을 조기에 선별할 수 있다.

결론적으로, 수중 문화유산 조사 기기의 진화는 인류가 바다 속 문명을 탐험⋅보존하는 방식을 혁신적으로 바꾸었다. 다양한 무인 플랫폼과 첨단 센서의 융합은 연구의 깊이와 범위를 넓히고 있으며, 앞으로도 학문과 기술의 결합 속에서 수중 문화유산 조사는 계속 발전할 것이다. 이러한 흐름은 인류의 해양 역사 이해를 심화시키는 동시에, 소중한 유산을 미래 세대에 안전하게 전승하는 데 크게 기여할 것으로 판단된다.

사사

본 연구는 2022년도 국가유산청 및 국립문화유산연구원의 지원을 받아 수행된 연구임 (과제명 자율운항기술을 이용한 수중 문화유산 조사용 무인자율이동체(ASV) 개발 및 현장실증, 과제번호: RS-2022-NC101002, 기여율:100%)

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