KR100470269B1 - 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템 - Google Patents

Abstract

레이더로 탐사하여 측정된 결과를 측선의 각 트레이스마다 표준편차를 구하여 측정 데이터에 포함된 회절이나 잡음을 제거하여 정확한 데이터를 구하고 이를 이웃하는 측선과 연결하는 것에 의하여 3차원 영상으로 지하매설물의 위치나 형상 등을 구현하는 것이 가능하도록, 탐사구역을 세분하여 복수의 측선으로 나누고 측선의 길이방향을 X축, 측선의 트레이스순번을 Y축, 깊이를 Z축으로 설정하는 구획단계와, 각 측선의 시작점과 종점의 좌표값(x,y)을 입력하는 좌표입력단계와, 각 측선의 트레이스에 대한 레이더탐사를 진행하여 측정된 측정값과 좌표값(x,z)을 입력하는 측정입력단계와, 각 측선의 트레이스를 복수의 구간으로 나누고 각 구간에서 측정된 측정값에 대한 표준편차를 구한 다음 잡음과 특이점을 제거하고 잡음과 특이점 대신에 그 구간의 평균값을 대입하여 처리한 최종값과 좌표값(x,z)을 입력하는 잡음제거단계와, 상기한 각 측선의 좌표값(x,y)과 상기한 잡음제거단계에서 얻어진 최종값 및 좌표값(x,z)을 연결하여 3차원 영상으로 구현하는 3차원처리단계로 이루어지는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법을 제공한다.

Description

지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템{Three-Dimensional Image Processing Method of Subsurface survey and The Same System}

본 발명은 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탐사지역을 다수의 측선으로 나누고 레이더탐사나 전자탐사를 이용하여 지하매설물이나 지하매장물을 탐사한 다음 각 측선의 트레이스(trace)에서의 측정값에 대한 표준편차를 구하여 회절 및 잡음을 최소화하거나 제거하고 이 결과값을 이용하여 3차원 영상으로 지하매설물의 위치 및 형상을 구현하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수도관, 가스관, 통신 및 전선 케이블, 송유관 등의 지하매설물이나 매장문화재 등의 매설 깊이나 방향 등을 탐지하는 방법으로 지표투과레이더(GPR;Ground Penetration Rader)를 이용한 탐사법(이하 레이더탐사법이라 한다) 등이 주로 사용된다.

상기한 레이더탐사법은 전자탐사법의 일종으로, 10㎒∼수㎓의 고주파대역의 전자파를 사용하며, 주로 지하 수미터(m)의 천부탐사에 사용한다.

상기한 레이더탐사법에 의하여 얻어진 정보는 도 8에 나타낸 바와 같이, 레이더 전자파가 지하매설물과 만나면서 형성되는 회절현상에 의한 쌍곡선으로 나타내어지고, 이 쌍곡선의 형성여부에 의하여 지하매설물의 위치나 깊이를 판단한다.

상기한 종래의 레이더탐사법은 탐사지역 주변에 전자파를 방출하는 설비나 장치 등이 존재하는 경우에는 교란이나 노이즈(잡음)가 측정결과에 크게 영향을 미치므로 정밀한 탐사가 불가능하다.

그리고 상기한 레이더탐사법은 전자파가 지하매설물과 만나면서 형성되는 회절현상에 의한 쌍곡선으로 분석하므로서, 지하매설물의 크기에 대한 정확한 판단이 어려우며, 위치나 깊이 등도 경험에 의하여 판단하여야 하므로 숙련도가 요구되며 결과가 부정확하다.

즉 실제 지하매설물은 3차원의 형상이나 구조로 매설되어 있는 데 비하여, 측정된 결과는 탐사진행방향(X축)과 깊이(Y축)의 2차원 데이터이므로, 각 2차원 데이터를 비교 분석하여 정확한 지하매설물의 방향 및 깊이의 변화를 판단하는 것은 어려운 실정이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이더로 탐사하여 측정된 결과를 각 측선의 트레이스(trace)마다 구간별 표준편차를 구하여 측정 데이터에 포함된 회절이나 잡음을 제거하여 정확한 2차원 데이터를 구하고 이를 이웃하는 측선과 연결하는 것에 의하여 3차원 영상으로 지하매설물의 위치나 형상 등을 구현하는 것이 가능한 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예를 개략적으로 설명하기 위한 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예를 설명하기 위한 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예에 있어서 측선을 구획하는 방법을 나타내는 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템의 일실시예를 개략적으로 나타내는 블럭도.

도 5는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템의 일실시예를 개략적으로 나나태는 블럭도.

도 6은 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예에 의하여 지하매장물에 대한 탐사 데이터를 3차원 영상화하여 나타내는 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예에 의하여 지하에 매설한 관로에 대한 탐사 데이터를 3차원 영상화하여 나타내는 그래프.

도 8은 종래 레이더탐사법에 의한 지하탐사 자료의 처리결과를 나타내는 그래프.

본 발명이 제안하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법은 탐사구역을세분하여 복수의 측선으로 나누고 측선의 길이방향을 X축, 측선의 트레이스순번을 Y축, 깊이를 Z축으로 설정하는 구획단계와, 각 측선의 시작점과 종점의 좌표값(x,y)을 입력하는 좌표입력단계와, 각 측선의 트레이스에 대한 레이더탐사를 진행하여 측정된 측정값과 좌표값(x,z)을 입력하는 측정입력단계와, 각 측선의 트레이스를 복수의 구간으로 나누고 각 구간에서 측정된 측정값에 대한 표준편차를 구한 다음 잡음과 특이점을 제거하고 잡음과 특이점 대신에 그 구간의 평균값을 대입하여 처리한 최종값과 좌표값(x,z)을 입력하는 잡음제거단계와, 상기한 각 측선의 좌표값(x,y)과 상기한 잡음제거단계에서 얻어진 최종값 및 좌표값(x,z)을 연결하여 3차원 영상으로 구현하는 3차원처리단계를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명이 제안하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템은 소정의 전자파 또는 1차 전자기장을 발생시켜 지하로 전파하는 송신부와, 상기한 송신부에서 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장이 지하 매질 및 매설물(수도관, 가스관, 통신 및 전력케이블, 매장문화재 등의 문화유적 등)을 만나 반사되는 전자파 또는 발생되는 유도전류에 의한 2차 전자기장을 측정하는 수신부와, 상기한 송신부로부터 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장과 상기한 수신부에서 측정한 반사되는 전자파 또는 2차 전자기장의 측정값을 구간별로 나누어 표준편차를 구하고 표준편차를 벗어나는 측정값을 해당 구간의 평균값으로 대체한 다음 상기한 송신부와 수신부가 순서대로 진행하는 이웃한 복수 측선의 좌표값과 표준편차 이내의 측정값을 연결 처리하여 3차원의 데이터로 변환하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

다음으로 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예는 도 1∼도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 탐사구역을 세분하여 복수의 측선(4)으로 나누고 측선(4)의 길이방향을 X축, 측선(4)의 트레이스순번을 Y축, 깊이를 Z축으로 설정하는 구획단계(P10)와, 각 측선(4)의 시작점과 종점의 좌표값(x,y)을 입력하는 좌표입력단계(P20)와, 각 측선(4)의 트레이스에 대한 레이더탐사를 진행하여 측정된 측정값과 좌표값(x,z)을 입력하는 측정입력단계(P30)와, 각 측선(4)의 트레이스를 복수의 구간으로 나누고 각 구간에서 측정된 측정값에 대한 표준편차를 구한 다음 잡음과 특이점을 제거하고 잡음과 특이점 대신에 그 구간의 평균값을 대입하여 처리한 최종값과 좌표값(x,z)을 입력하는 잡음제거단계(P40)와, 상기한 각 측선(4)의 좌표값(x,y)과 상기한 잡음제거단계(P40)에서 얻어진 최종값 및 좌표값(x,z)을 연결하여 3차원 영상으로 구현하는 3차원처리단계(P50)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 잡음제거단계(P40)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 측정입력단계(P30)에서 입력된 측정값에 대한 구간 표준편차를 구하는 구간표준연산단계(P42)와, 상기한 측정입력단계(P30)에서 입력된 측정값이 상기한 구간표준연산단계(P42)에서 연산된 구간 표준편차의 범위내에 있는지를 판단하는 편차판단단계(P43)와, 상기한 편차판단단계(P43)에서 측정값이 구간 표준편차의 범위내인 것으로 판단되면 측정값과 측선의 좌표값(x,y), 측정값에 대한 좌표값(x,z), 편차 등을 저장하는 저장단계(P44)와, 상기한 편차판단단계(P43)에서 측정값이 구간 표준편차의 범위를 벗어나는 것으로 판단되면 측정값을 구간의 평균값으로 대체하는측정값대체단계(P45)와, 측정값으로 대체한 구간의 평균값과 측선의 좌표값(x,y), 측정값에 대한 좌표값(x,z), 편차 등을 저장하는 수정저장단계(P46)를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법의 일실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 저장단계(P44)에서 저장된 측선의 좌표값(x,y)이 측정완료지점의 좌표값인가를 판단하고 측정완료지점의 좌표값인 경우에는 정지하고 측정완료지점의 좌표값이 아닌 경우에는 상기한 좌표입력단계(P20)로 진행하여 다음 측선의 측정값을 처리하는 완료판단단계(P60)를 더 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템의 일실시예는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 소정의 전자파 또는 1차 전자기장을 발생시켜 지하로 전파하는 송신부(70)와, 상기한 송신부(70)에서 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장이 지하 매질 및 매설물(2)을 만나 반사되는 전자파 또는 발생되는 유도전류에 의한 2차 전자기장을 측정하는 수신부(72)와, 상기한 송신부(70)로부터 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장과 상기한 수신부(72)에서 측정한 반사되는 전자파 또는 2차 전자기장의 측정값을 구간별로 나누어 표준편차를 구하고 표준편차를 벗어나는 측정값을 해당 구간의 평균값으로 대체한 다음 상기한 송신부(70)와 수신부(72)가 순서대로 진행하는 이웃한 복수 측선(4)의 좌표값과 표준편차 이내의 측정값을 연결 처리하여 3차원의 데이터로 변환하는 제어부(80)를 포함하여 이루어진다.

상기한 제어부(80)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기한 송신부(70) 및/또는수신부(72)로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 신호증폭기(82)와, 아날로그신호를 디지탈신호로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기(84)와, 상기한 수신부(72)로부터 입력된 측정값 중에서 구간 표준편차를 벗어난 측정값을 제거하여 잡음 및 회절에 의한 영향을 최소화하는 신호처리기(86)와, 상기한 송신부(70)로부터 입력된 기준값과 상기한 수신부(72)로부터 입력되어 상기한 신호처리기(86)에서 처리된 측정값을 비교 분석하여 지하 매질 및 매설물 등에 대한 데이터 및 물성값을 연산하는 연산처리기(88)를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기한 제어부(80)에는 측선(4)에 대한 좌표값(x,y) 및 상기한 송신부(70)와 수신부(72)의 제어값, 구간의 범위 및 수에 대한 지정 등을 입력하는 입력장치(74)와, 상기한 제어부(80)에서 처리한 데이터 및 상기한 입력장치(74)를 통하여 입력된 입력값, 측정값 등에 대한 정보가 저장되는 저장장치(76)와, 상기한 제어부(80)에서 처리한 데이터를 문자 및 영상(화상)으로 표시하는 표시장치(78)와, 상기한 제어부(80)에서 처리한 데이터를 인쇄하는 프린터(79) 등이 연결된다.

상기한 제어부(80), 입력장치(74), 저장장치(76), 표시장치(78), 프린터(79) 등은 컴퓨터와 주변장치를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 컴퓨터를 이용하는 경우에는 통신을 통하여 장거리에 떨어져 있는 사용자에게도 지하탐사에 대한 데이터를 전송하여 공유할 수 있으므로 매우 편리하다.

상기한 송신부(70)는 10㎒∼수㎓의 레이더를 지하로 전파하도록 구성하는 것도 가능하고, 2㎑∼10㎒의 교류전류를 수직루프에 흘려주어 발생하는 전자기장을지하로 전파시키도록 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 측정값에 대한 좌표값(x,z)은 상기한 송신부(70)에서 전파하기 시작한 시간과 상기한 수신부(72)에서 측정되기 시작한 시간 사이의 지연시간으로부터 지하의 깊이에 대한 Z축의 값을 구할 수 있으므로 결정이 가능하다.

따라서 Z축의 값을 구하기 위하여 상기한 송신부(70)로부터 전자파 또는 1차 전자기장이 소정의 패턴으로 단속적으로 발생되어 전파되도록 구성하는 것도 가능하고, 트리거신호를 입력하여 지연시간을 측정하도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고 상기한 송신부(70)와 수신부(72)에 의한 탐사진행(P30)은 하나의 측선(4)에 대한 탐사가 완료되면, 다시 이웃하는 측선(4)에 대한 탐사를 진행하여 시작점으로부터 Y축방향으로 순서대로 측선(4) 하나씩 계속하여 수행한다.

또 측정완료지점에 대한 좌표값(x,y)은 탐사구역에 있어서 시작점의 대각선방향으로 반대지점에 대한 좌표값으로 상기한 완료판단단계(P60)에서는 상기한 좌표입력단계(P20)에서 입력된 측선의 좌표값(x,y)이 측정완료지점의 좌표값(x,y)과 같거나 큰 경우에 측정이 완료된 것으로 판단한다.

상기와 같이 측정값에 대한 처리를 행하면, 측정값에 대하여 X축, Y축, Z축의 좌표값이 모두 정해지므로, 이로부터 3차원으로 영상화하는 것이 가능하다.

도 6 및 도 7에는 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템의 일실시예를 이용하여 레이더탐사에 의한 탐사자료를 3차원으로 영상화하여 지하매장물 및 매설물의 형상 및 위치를 구현한 예를 나타낸다.

상기에서 측선(4)의 간격을 몇㎝로 설정하느냐에 따라 Y축의 정밀도가 정해지며, 지연시간의 측정 정확도에 따라 Z축의 정밀도가 정해진다.

또 구간의 크기(측선(4)의 길이를 X축을 따라 복수의 구간으로 나눈 한 구간의 크기)를 몇㎝로 설정하느냐에 따라 측정값에 대한 정확도가 정해진다.

상기에서 구간의 크기를 너무 작게 설정하면, 표준편차를 구하고 각 측정값에 대한 처리를 행하는 데 많은 시간이 소요되고, 특정 지점에 집중적인 잡음이 존재하는 경우 오히려 잡음이 표준편차에 영향을 크게 미치므로 잡음이 제거되지 않는다.

그리고 구간의 크기를 너무 크게 설정하면, 정확도가 떨어져 잡음이 완전하게 제거되지 않는다.

따라서 상기한 구간의 크기는 탐사하고자 하는 지하 매질 및 매설물, 매장문화재 등의 문화유적 등의 크기에 따라 적정한 크기로 설정하는 것이 바람직하다.

상기에서는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템에 의하면, 지하 매질 및 매설물, 매장문화재 등의 문화유적 등에 대한 탐사결과를 3차원 영상으로 보여주는 것이 가능하므로, 보다 정확한 위치와 형상을 판단할 수 있어 문화유적의 발굴작업이나 매설물의 교체나 제거 등의 작업을 정확하고 단시간에 완료할 수 있다.

또 종래에는 회절현상에 의한 쌍곡선 무늬로 지하 매설물의 위치를 판단하였지만, 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템에 의하면 구간 표준편차를 이용하여 잡음과 회절에 의한 영향을 제거하므로 보다 정확한 데이터에 의한 비교 분석이 가능하므로, 지하 매질 및 매설물 등을 판단함에 있어 고도의 숙련도가 없는 경우에도 정확한 판단이 가능하다.

그리고 본 발명에 따른 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법 및 처리시스템에 의하면, 3차원으로 데이터를 처리하므로 위치뿐만 아니라 크기와 형상도 정확하게 판단하는 것이 가능하다.

Claims (6)

1. 소정의 전자파 또는 1차 전자기장을 발생시켜 지하로 전파하는 송신부와, 상기한 송신부에서 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장이 지하 매질 및 매설물을 만나 반사되는 전자파 또는 발생되는 유도전류에 의한 2차 전자기장을 측정하는 수신부와, 상기한 송신부로부터 전파되는 전자파 또는 1차 전자기장과 상기한 수신부에서 측정한 반사되는 전자파 또는 2차 전자기장의 측정값을 구간별로 나누어 표준편차를 구하고 표준편차를 벗어나는 측정값을 해당 구간의 평균값으로 대체한 다음 상기한 송신부와 수신부가 순서대로 진행하는 이웃한 복수 측선의 좌표값과 표준편차 이내의 측정값을 연결 처리하여 3차원의 데이터로 변환하는 제어부를 포함하여 이루어지고,

   상기한 제어부는 상기한 송신부 및 수신부로부터 입력되는 신호를 증폭시키는 신호증폭기와, 아날로그신호를 디지탈신호로 변환시키는 아날로그/디지탈 변환기와, 상기한 수신부로부터 입력된 측정값 중에서 구간 표준편차를 벗어난 측정값을 제거하여 잡음 및 회절에 의한 영향을 최소화하는 신호처리기와, 상기한 송신부로부터 입력된 기준값과 상기한 수신부로부터 입력되어 상기한 신호처리기에서 처리된 측정값을 비교 분석하여 지하 매질 및 매설물 등에 대한 데이터 및 물성값을 연산하는 연산처리기를 포함하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기한 제어부에는 측선에 대한 좌표값(x,y) 및 상기한 송신부와 수신부의 제어값, 구간의 범위 및 수에 대한 지정 등을 입력하는 입력장치와,

   상기한 제어부에서 처리한 데이터 및 상기한 입력장치를 통하여 입력된 입력값, 측정값 등에 대한 정보가 저장되는 저장장치와,

   상기한 제어부에서 처리한 데이터를 문자 및 영상(화상)으로 표시하는 표시장치와,

   상기한 제어부에서 처리한 데이터를 인쇄하는 프린터가 연결되는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리시스템.
4. 삭제
5. 탐사구역을 세분하여 복수의 측선으로 나누고 측선의 길이방향을 X축, 측선의 트레이스순번을 Y축, 깊이를 Z축으로 설정하는 구획단계와, 각 측선의 시작점과 종점의 좌표값(x,y)을 입력하는 좌표입력단계와, 각 측선의 트레이스에 대한 레이더탐사를 진행하여 측정된 측정값과 좌표값(x,z)을 입력하는 측정입력단계와, 각 측선의 트레이스를 복수의 구간으로 나누고 각 구간에서 측정된 측정값에 대한 표준편차를 구한 다음 잡음과 특이점을 제거하고 잡음과 특이점 대신에 그 구간의 평균값을 대입하여 처리한 최종값과 좌표값(x,z)을 입력하는 잡음제거단계와, 상기한 각 측선의 좌표값(x,y)과 상기한 잡음제거단계에서 얻어진 최종값 및 좌표값(x,z)을 연결하여 3차원 영상으로 구현하는 3차원처리단계를 포함하고,

   상기한 잡음제거단계는 상기한 측정입력단계에서 입력된 측정값에 대한 구간 표준편차를 구하는 구간표준연산단계와, 상기한 측정입력단계에서 입력된 측정값이 상기한 구간표준연산단계에서 연산된 구간 표준편차의 범위내에 있는지를 판단하는 편차판단단계와, 상기한 편차판단단계에서 측정값이 구간 표준편차의 범위내인 것으로 판단되면 측정값과 측선의 좌표값(x,y), 측정값에 대한 좌표값(x,z), 편차를 저장하는 저장단계와, 상기한 편차판단단계에서 측정값이 구간 표준편차의 범위를 벗어나는 것으로 판단되면 측정값을 구간의 평균값으로 대체하는 측정값대체단계와, 측정값으로 대체한 구간의 평균값과 측선의 좌표값(x,y), 측정값에 대한 좌표값(x,z), 편차를 저장하는 수정저장단계를 포함하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법.
6. 제5항에 있어서, 상기한 저장단계 및 수정저장단계에서 저장된 측선의 좌표값(x,y)이 측정완료지점의 좌표값인가를 판단하고 측정완료지점의 좌표값인 경우에는 정지하고 측정완료지점의 좌표값이 아닌 경우에는 상기한 좌표입력단계로 진행하여 다음 측선의 측정값을 처리하는 완료판단단계를 더 포함하는 지하탐사 자료의 3차원 영상화 처리방법.