KR100640000B1 - 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법 - Google Patents

레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법 Download PDF

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김춘식
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Abstract

발파 작업 및 쇼크리트 타설 작업의 적정성 여부를 단시간에 용이하게 확인하는 것이 가능하도록, 터널 내면의 측면 및 천정으로부터 일정한 거리를 두고 터널 바닥에 레이저 스캐너를 설치하고, 절대 좌표를 알고 있는 터널 내면의 기준점을 4개 이상 측량하고, 레이저 스캐너를 터널 축과 90°를 이루도록 회전시킨 상태에서 위치주사를 행하고, 레이저 스캐너를 회전시켜 터널 축과 일치시킨 상태에서 표면주사를 행하고, 기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 레이저 스캐너의 설치 위치를 파악하고, 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정하고자 하는 터널 내면에 대한 표면 자료 및 영상을 구현하는 과정으로 이루어지는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법을 제공한다.
터널, 발파, 철도 건설, 쇼크리트, 레이저 스캐너, 포지셔닝 스캔, 서페이스 스캔, 측량

Description

레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법 {Measurement Method for Tunnel Surface by Laser Scanning}
도 1은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 사용되는 레이저 스캐너를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 사용되는 레이저 스캐너의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 사용되는 레이저 스캐너의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 레이저 스캐너의 또 다른 실시예를 터널 내부에 설치한 상태를 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 기준점을 설치한 상태를 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 위치주사를 행하는 상태를 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 영상이다.
도 8은 레이저 스캐너의 라인스캔과 프레임스캔을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 레이저 스캐너의 라인스캔을 설명하기 위한 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 위치주사를 행한 데이터를 처리한 상태를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 11은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 표면주사를 행하는 상태를 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 영상이다.
도 12는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 커널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 표면주사를 행한 데이터를 처리한 상태를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 13은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 단면을 분석한 결과를 나타내는 컴퓨터 시뮬레이션 영상이다.
도 14는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 평면을 분석한 결과를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 15는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 설계단면과 발파단면을 분석한 결과를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 16은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 여굴량을 분석한 결과를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 17은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 분석한 단면상 쇼크리트의 두께 분포를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
도 18은 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예에 있어서 측정 데이터를 처리하여 분석한 평면상 쇼크리트의 두께 분포를 나타내는 컴퓨터 화면 영상이다.
본 발명은 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 시공시 발파 단면 및 쇼크리트 타설면을 레이저 스캐너를 이용하여 측정하고 이를 분석하는 것에 의하여 발파 및 쇼크리트 타설의 적정성 여부를 단시간에 용이하게 확인하는 것이 가능한 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도, 도로 등을 건설하는 경우에 산악지형에서는 터널의 건설이 필수적으로 수반된다. 특히 산악지형이 전 국토의 70% 이상인 우리나라의 경우에는 철도나 도로의 건설시에 터널 공사가 높은 비중을 차지하고 있으며, 터널의 안 전과 품질관리가 전체 공사의 공기와 경제성 면에서 매우 중요한 부분을 차지한다.
대부분의 터널 공사는 천공 및 장약, 발파 및 환기, 버력 및 부석 처리, 쇼크리트 타설, 지보공 및 록볼트 설치, 콘크리트 라이닝 등의 순서로 이루어진다.
상기에서 발파 및 환기, 버력 및 부석처리를 행한 다음과 쇼크리트 타설을 행한 다음에, 발파 단면과 쇼크리트 타설면에 대하여 각각 측정을 행하고, 발파와 쇼크리트 타설 작업의 적정성 여부를 판단하는 과정을 수행한다. 이러한 측정은 터널의 안정성을 파악하고 필요한 경우 시공 작업에 반영하여 보다 경제적이고 안전한 터널 시공을 도모하기 위한 것이다.
그런데 종래 측정방법에 의하면, 발파 단면과 쇼크리트 타설면의 일부분에 대한 포인트 자료를 얻는 수준이므로, 발파 단면이 불규칙한 터널의 현장 조건을 감안하면 각 단면에 대한 입체적, 정량적 분석에 한계를 나타낸다.
본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 레이저 스캐너를 이용하여 터널의 발파 단면 및 쇼크리트 타설면을 측량하고 이를 분석하는 것에 의하여 발파 작업 및 쇼크리트 타설 작업의 적정성 여부를 단시간에 용이하게 확인하는 것이 가능한 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명이 제안하는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법은 측정하고자 하는 터널 내면의 측면 및 천정으로부터 일정한 거리를 두고 터널 바닥에 레이저 스캐너를 설치하고, 절대 좌표를 알고 있는 터널 내면의 기준점을 4개 이상 측량하고, 상기 레이저 스캐너를 터널 축과 90°를 이루도록 회전시킨 상태에서 위치주사(positioning scan)를 행하고, 상기 레이저 스캐너를 회전시켜 터널 축과 일치시킨 상태에서 표면주사(surface scan)를 행하고, 상기 기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 레이저 스캐너의 설치 위치를 파악하고, 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정하고자 하는 터널 내면에 대한 표면 자료 및 영상을 구현하는 과정으로 이루어진다.
상기에서 레이저 스캐너는 대략 터널 바닥과 수평을 이루도록 설치하고, 설치 지점에서 막장 후방으로 주시하였을 때 절대좌표를 이미 알고 있는 최소 4개 이상의 기준점이 시야에 확보되는 지점에 설치하여야 한다.
상기 기준점은 발파 전에 측량을 통하여 절대좌표가 확인된 지점에 표시하고, 발파 과정에서 분진 및 발파 풍압에 의해 위치가 변경되었는 지의 여부를 측량하여 점검한다.
상기 위치주사는 대략 1∼200m의 범위에서 실시하고, 상기 표면주사의 1회 측정폭은 터널 반경(d)의 2배 정도로 설정한다.
다음으로 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼전 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 일실시예는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 측정하고자 하는 터널 내면의 측면 및 천정으로부터 일정한 거리를 두고 터널 바닥에 레이저 스캐너(10)를 설치하고(S10), 절 대 좌표를 알고 있는 터널 내면의 기준점을 4개 이상 측량하고(S20), 상기 레이저 스캐너(10)를 터널 축과 90°를 이루도록 회전시킨 상태에서 위치주사(positioning scan)를 행하고(S30), 상기 레이저 스캐너(10)를 회전시켜 터널 축과 일치시킨 상태에서 표면주사(surface scan)를 행하고(S40), 상기 기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 레이저 스캐너(10)의 설치 위치를 파악하고(S50), 표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정하고자 하는 터널 내면에 대한 표면 자료 및 영상을 구현(S60)하는 과정으로 이루어진다.
상기에서 레이저 스캐너(10)는 대략 터널 바닥과 수평을 이루도록 설치한다(S10).
상기 레이저 스캐너(10)는 설치 지점에서 막장 후방으로 주시하였을 때 절대좌표를 이미 알고 있는 최소 4개 이상의 기준점이 시야에 확보되는 지점에 설치하여야 한다.
상기 레이저 스캐너(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 필요에 따라 이동이 편리하도록 바퀴(44)가 설치된 수레(40)에 적재 설치하는 것도 가능하다.
상기 수레(40)에는 설치 위치를 일정하게 고정하기 위하여 고정봉(46)을 설치하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 수레(40)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 이동시에 잡을 수 있는 손잡이(48) 등을 설치하는 것도 가능하다.
상기에서 레이저 스캐너(10)를 수레(40) 대신에 소형 트럭 등에 적재하여 설치 장소를 이동시키며 측정을 행하는 것도 가능하다.
상기 수레(40)의 바닥판(42)에는 레이저 스캐너(10)를 안정적으로 지지하고, 레이저 스캐너(10)와 연결되는 전원공급장치(20) 등을 수납할 수 있는 수납장(18)이 설치된다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)와 컴퓨터(30)를 연결하여 측정한 데이터의 수신과 제어 등을 컴퓨터(30)를 통하여 행하는 것도 가능하다.
상기 컴퓨터(30)에는 레이저 스캐너(10)의 제어를 위한 프로그램과 측정된 데이터를 수신하여 처리하기 위한 프로그램 등을 탑재한다.
상기 컴퓨터(30)는 이동시에 휴대가 간편한 노트북 컴퓨터 등을 이용하여 구성하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(30)로는 1회의 스캐닝시 획득되는 20∼30MB 용량의 데이터(프로젝트 기간에 따라 전체 5∼10GB 용량의 데이터)를 효과적으로 처리할 수 있는 높은 사양의 노트북 컴퓨터나 테스크탑 컴퓨터 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또는 상기 레이저 스캐너(10)에 연결된 컴퓨터(30)에 이동식 메모리를 장착하여 데이터를 저장한 다음, 높은 사양의 다른 컴퓨터에서 데이터의 처리 작업을 수행하는 것도 가능하다.
상기 레이저 스캐너(10)는 좌우 및 상하 방향으로 회전이 가능하게 구성되는 회전장치(16)에 장착된다.
상기 레이저 스캐너(10)는 레이저빔을 주사하는 발광부(12)와, 반사된 레이저빔을 수광하는 수광부(14)가 설치된다.
상기 레이저 스캐너(10)는 1∼200m 거리의 대상 구조물에 대하여 초당 12,000 포인트의 측정 자료를 획득할 수 있는 장비를 사용하는 것이 단시간에 정확한 측량이 가능하므로 바람직하다.
또 본 발명의 실시예에서 사용하는 레이저 스캐너(10)로는 정밀도 ±6mm 이내, 해상도 5mm 이내 등의 사양을 갖춘 장비를 사용하는 것이 정확한 측량 데이터를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 발광부(12)와 수광부(14)가 설치되는 헤드체(11)에 상기 발광부(12)에서 주사된 레이저빔이 스캔하는 위치를 확인할 수 있도록 시인용 빔을 주사하는 포인터(13)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기 레이저 스캐너(10)의 발광부(12)로부터 주사되는 레이저빔은 그 주파수가 매우 높기 때문에 스캔시에 이를 육안으로 살펴보는 것이 불가능하다. 즉 터널 내면에 스캔하는 빔이 반사되는 곳이 다른 부분과 전혀 차이가 없어 보이므로, 사용자가 현재 스캔하는 곳을 확인하는 것이 불가능하다.
상기와 같이 헤드체(11)에 시인용 빔을 주사하는 포인터(13)를 설치하게 되면, 사용자는 용이하게 현재 스캔되는 부위를 확인하는 것이 가능하다.
상기 포인터(13)로부터 주사되는 빛은 육안으로 시인이 가능한 저주파수의 레이저나 적외선, 가시광선 등의 빛으로 이루어지는 것이 터널 내면이 반사되는 여부를 용이하게 확인할 수 있으므로 바람직하다.
상기 포인터(13)에서 주사되는 시인용 빔은 빔경이 대략 2∼20mm 정도를 유지하도록 구성한다. 상기 포인터(13)에서 주사되는 시인용 빔의 색상은 적색, 황 색, 백색 등 다양한 색상을 선택하여 구성하는 것이 가능하고, 어두운 터널에서 용이하게 식별이 가능한 적색을 선택하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 헤드체(11)에 촬영을 행하는 디지털 카메라(15)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 디지털 카메라(15)를 설치하게 되면, 상기 헤드체(11)가 회전하면서 스캔을 행할 때에 터널 내면에 대한 촬영을 동시에 행하는 것이 가능하므로, 레이저빔에 의한 측정값과 디지털 카메라(15)에 의한 영상을 중첩시켜 보다 현장 상황에 근접한 시뮬레이션 영상을 구현하는 것이 가능하다.
일반적으로 발파를 행하고 쇼크리트를 타설하는 터널 내면은 매우 어두운 상태가 유지되므로, 터널 내면의 상황을 육안으로 용이하게 파악하는 것이 매우 어렵다. 따라서 디지털 카메라(15)를 설치하여 촬영을 행하게 되면, 외부에서도 용이하게 터널 내면의 상태를 확인하고 적절하게 조치를 취하는 것이 가능하다.
또 상기 레이저 스캐너(10)는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 수레(40) 대신에 삼각대(19)를 이용하여 터널 바닥(2)에 설치하는 것도 가능하다.
상기 삼각대(19)에는 레이저 스캐너(10)를 좌우 수평방향 및 상하방향으로 회전 가능하게 지지하는 회전장치(16)가 설치된다.
상기와 같이 삼각대(19)를 이용하여 지지체를 구성하게 되면, 터널 바닥면의 상태가 매우 울퉁불퉁한 경우에도 레이저 스캐너(10)를 수평상태로 설치하는 것이 가능하다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)와 컴퓨터(30)는 고속 데이터 통신을 위하여 TCP/IP 포트 등을 통하여 연결하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 스캐너(10)는 터널에서의 분진, 누수 및 낙석 등의 위험조건을 고려하여 견고한 하우징(케이스) 및 방수기능이 필수적으로 요구된다. 또한 레이저 스캐너(10)는 터널 현장이 분진, 진동, 지하수 누수, 습도, 낙석 발생 등으로 인하여 정밀 장비에 대해서는 열악한 사용조건임을 감안하여 우수한 내구성을 갖춘 장비를 사용하는 것이 바람직하다.
또 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 기준점(50)은 발파 전에 측량을 통하여 절대좌표가 확인된 지점에 쉽게 시인될 수 있도록 터널 내면의 색상과 구별되는 색상으로 위치를 고정시켜 표시한다.
상기 기준점(50)은 발파 과정에서 분진 및 발파 풍압에 의해 위치가 변경되었는 지의 여부를 레이저 스캐너(10)를 터널 바닥에 설치하기 전후에 측량하여 점검한다(S20).
상기에서 레이저 스캐너(10)를 설치하기 전에 기준점(50)의 위치를 측량하는 경우에는 일반적인 토목, 건설 현장에서 사용하는 측량기법과 측량기기를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우 기준점(50)을 설치할 때에 절대좌표를 측량하는 방법과 동일한 방법을 사용하는 것도 가능하다.
그리고 상기 기준점(50)의 측량을 터널 바닥(2)에 설치된 레이저 스캐너(10)를 이용하여 행한 다음, 기준점(50)의 위치를 이미 알고 있는 절대좌표로 변환하게 되면, 그 위치에서 측량하는 데이터를 모두 절대좌표로 변환하는 것이 가능하고, 실제 상태에 근접한 영상으로 시뮬레이션하는 것이 가능하다.
상기 위치주사(S30)는 레이저 스캐너(10)의 설치된 위치를 파악하기 위한 것으로서, 측정된 데이터를 처리하면 기준점(50)을 인식하는 것이 가능하고, 정밀 스캔(fine scan) 과정을 통해 기준점(50)의 변위 발생 여부 및 정확한 레이저 스캐너(10)의 위치를 파악하는 것이 가능하다.
상기에서 위치주사(S30)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 레이저 스캐너(10)의 발광부(12)와 수광부(14)를 터널 축과 수직(90°)을 유지하도록 설치한 상태에서 실시한다.
예를 들면, 상기 위치주사(S30)는 터널 중심축 좌우 각각 45°, 총 90° 정도의 방출각 범위를 설정하여 라인스캔(line scan)을 행하고, 지구 중심방향을 0°로 하였을 때 20∼160°로 회전 범위를 설정하여 프레임스캔(frame scan)을 행하는 것으로 이루어진다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 라인스캔은 대상물의 좌우방향으로 수평으로 레이저빔을 주사하여 행하고, 프레임스캔은 대상물의 상하방향으로 회전하면서 행한다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 라인스캔은 고속으로 회전하는 반사경을 이용하여 레이저빔의 방출각을 조절하여 측정하고, 프레임스캔은 360° 회전시키면서 라인스캔을 여러번 중첩시켜 행한다.
상기 라인스캔시에는 고속으로 회전하는 반사경에 의해 초당 12,000 포인트의 측정이 가능하며 90°의 측정범위를 가지며, 레이저 스캐너(10)의 해상도는 방출된 레이저빔의 주사각도를 얼마나 정밀하게 제어하느냐에 따라 성능이 좌우된다.
상기에서 레이저 스캐너(10)의 측정방식은 트라이앵귤레이션(triangulation) 방식과 TOF(Time Of Flight)방식으로 나뉘며, 트라이앵귤레이션방식은 삼각측량법에 근거하고 있고, TOF방식은 방출된 레이저빔이 대상물에 반사되어 돌아오는 이동시간으로부터 거리를 역산하고 대상물의 좌표를 인지하는 방식이다.
도 10에는 상기와 같이 발파가 이루어진 터널 내면에 대하여 위치주사를 행하여 얻어진 데이터를 처리하여 터널 내면을 시뮬레이션한 상태를 나타낸다.
상기 표면주사(S40)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 레이저 스캐너(10)의 발광부(12)와 수광부(14)를 터널 축방향과 일치(0°)되도록 유지한 상태에서 실시한다.
예를 들면, 상기 표면주사(S40)는 지구 중심방향을 0°로 하였을 때 30∼330° 범위에 대하여 프레임스캔을 실시하는 것으로 이루어진다.
도 12에는 상기와 같이 표면주사를 행하여 얻어진 데이터를 처리하여 쇼크리트면과 발파면을 흑백영상으로 시뮬레이션한 상태를 나타낸다.
상기 표면주사의 1회 측정폭은 라인스캔의 측정각 범위가 90°인 점을 고려하면, 터널 반경(d)의 2배 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
상기에서 위치주사(S30) 및 표면주사(S40)에 소요되는 시간은 대략 7분 정도이며, 얻어진 데이터를 처리하여 분석결과를 도출(S50 및 S60)하는 데까지 소요되는 시간은 대략 1시간 내외 정도이다.
예를 들면, 발파를 행하고 버력 및 부석을 처리한 다음, 발파 단면에 대한 위치주사와 표면주사를 행하고, 쇼크리트를 타설하고 쇼크리트면에 대한 위치주사와 표면주사를 행하는 경우에도, 측정에 소요되는 시간이 7분 정도로 매우 짧으므로, 전체 시공시간이 측량공정때문에 지연되는 일이 발생하지 않는다. 특히 발파 단면에 대한 측정 데이터를 분석하는 동안 쇼크리트 타설을 행하는 것이 가능하므로, 시공시간의 관리를 매우 효율적으로 행하는 것이 가능하다.
상기 표면자료 및 영상을 구현하는 단계(S60)에서는 측정된 데이터를 처리하여 대상 구조물의 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intensity)값으로 이루어지는 기초자료(raw data)를 얻고, 이를 분석하여 사전에 입력된 터널의 설계자료(터널 전구간의 중심점 좌표자료, 각 구간별 종방향과 횡방향 축경사, 터널 각 단면의 설계자료 및 각종 설계 기준자료 등이 포함)와 상호 비교할 수 있도록 2차원 또는 3차원 영상으로 시뮬레이션한다.
도 13 및 도 14에는 상기와 같이 시뮬레이션하는 것에 의하여 단면 및 평면에서 미굴의 발생위치, 분포형상, 체적 등의 자료를 정확하게 산정할 수 있음을 나타내며, 이로부터 발파의 적정성 여부를 신속하면서도 정량적으로 파악할 수 있다. 이러한 자료는 준공후에 유지관리를 위한 기초자료로도 활용이 가능하다.
도 15에는 설계단면과 발파단면과의 두께 차이를 색상을 통해 표시할 수 있음을 나타내고, 도 16에는 설계에서 제시하는 굴착면과 측정으로 얻어진 굴착단면을 비교 분석한 결과를 나타낸다. 도 16에서 적색으로 표시된 부분은 미굴부위이고, 청색으로 표시된 부분은 여굴부위를 나타낸다. 그리고 이들 적색으로 표시된 부분과 청색으로 표시된 부분의 면적을 합산하는 것에 의하여 미굴량(Underbreak)과 여굴량(Overbreak)을 분석하는 것도 가능하다.
도 17 및 도 18에는 동일 지점의 단면에서 쇼크리트 타설후 두께분포 양상을 나타낸다. 도 17를 살펴보면, 전반적으로 고르게 쇼크리트가 피복되어 있지만, 좌 측 아치부 및 천정부에서 약간 두껍게, 우측 측벽부에서 다소 얇게 분포하는 것을 파악할 수 있다. 도 18에 의하면, 측정 데이터를 터널의 축방향으로 병합하여 전개하는 것에 의하여 터널 위치에 따른 쇼크리트 분포를 단계별로 색상이 다르게 표시하는 것이 가능하므로, 분포현황을 파악하는 데 용이하다.
상기에서는 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법의 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 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 의하면, 시공 공정에 지체(지연)을 발생시키지 않으면서 발파 단면의 적정성 및 쇼크리트 타설의 적정성 여부를 현장에서 관리자에게 1시간 이내에 확인시키는 것이 가능하므로, 품질관리와 공정관리에 매우 효과적이다.
또 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 의하면, 타설된 쇼크리트의 두께 및 부피를 정확하게 계산, 기록, 관리하는 것이 가능하므로, 정량적인 현장 관리 및 시공이 효율적으로 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 의하면, 레이저 스캐너의 헤드체에 포인터를 설치하여 시인용 빔을 주사하므로, 사용자가 현재 스캐닝을 행하는 부위를 정확하게 파악하는 것이 가능하고, 설치 위치의 변경이나 정정을 행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법에 의하면, 레이저 스캐너의 헤드체에 디지털 카메라를 설치하여 스캐닝되는 터널 내면을 촬영하는 것이 가능하므로, 레이저빔에 의한 측정값과 촬영된 영상을 이용하여 실제 환경에 근접한 상태의 시뮬레이션 영상을 제공하는 것이 가능하고, 보다 정확한 현장 상황을 파악하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 측정하고자 하는 터널 내면의 측면 및 천정으로부터 일정한 거리를 두고 터널 바닥에 레이저 스캐너를 설치하고,
    절대 좌표를 알고 있는 터널 내면의 기준점을 4개 이상 측량하고,
    상기 레이저 스캐너를 터널 축과 90°를 이루도록 회전시킨 상태에서 위치주사를 행하고,
    상기 레이저 스캐너를 회전시켜 터널 축과 일치시킨 상태에서 표면주사를 행하고,
    상기 기준점 측량 및 위치주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 레이저 스캐너의 설치 위치를 파악하고,
    표면주사에서 얻어진 데이터를 처리하여 측정하고자 하는 터널 내면에 대한 표면 자료 및 영상을 구현하는 과정으로 이루어지는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 설치 지점에서 막장 후방으로 주시하였을 때 절대좌표를 이미 알고 있는 최소 4개 이상의 기준점이 시야에 확보되는 지점에 설치하는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 위치주사는 레이저 스캐너의 발광부와 수광부를 터널 축과 수직을 유지하도록 설치한 상태에서 실시하고,
    상기 위치주사는 터널 중심축 좌우 각각 45°, 총 90°의 방출각 범위를 설정하여 라인스캔을 행하고, 지구 중심방향을 0°로 하였을 때 20∼160°로 회전 범위를 설정하여 프레임스캔을 행하는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 표면주사는 레이저 스캐너의 발광부와 수광부를 터널 축방향과 일치되도록 유지한 상태에서 실시하고,
    상기 표면주사는 지구 중심방향을 0°로 하였을 때 30∼330° 범위에 대하여 프레임스캔을 실시하는 것으로 이루어지는 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 표면주사시에 레이저 스캐너에 설치된 포인터로부터 시인용 빔을 함께 주사하는 레이저 스캐너에 의한 터널 내면 측정방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 표면주사시에 레이저 스캐너에 설치된 디지털카메라가 작동하여 스캔하 는 부위의 촬영을 함께 행하는 레이저 스캐너에 의한 터널 내면 측정방법.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100898061B1 (ko) 2007-05-25 2009-05-19 한국철도기술연구원 하이브리드 터널 스캐닝 장치
KR100925724B1 (ko) * 2007-02-22 2009-11-10 한국철도기술연구원 레이저 스캐닝 데이터를 이용한 시설물 검측 장치 및 그방법과 그를 이용한 터널 관리 시스템 및 그 방법
KR101260620B1 (ko) 2012-01-10 2013-05-03 현대건설주식회사 비정형 구조물의 시공 시스템 및 방법
KR101404188B1 (ko) 2012-06-07 2014-06-09 한국철도기술연구원 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법
CN105783759A (zh) * 2016-04-08 2016-07-20 中国矿业大学 一种巷道围岩整体变形监测装置及方法
KR101816383B1 (ko) * 2016-03-24 2018-01-08 김정현 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법
CN109443226A (zh) * 2018-11-06 2019-03-08 北京市政建设集团有限责任公司 一种用于隧道掌子面挤出变形监测设备
CN110736434A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 中国矿业大学 一种煤矿巷道表面位移在线监测系统及监测方法
KR20220040658A (ko) 2020-09-24 2022-03-31 정찬섭 연속 결합형 파력 분산 블록
CN115615346A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 江苏南京地质工程勘察院 一种隧道及轨道变形的自动化监测方法及监测装置
CN116255904A (zh) * 2023-02-27 2023-06-13 北京城建设计发展集团股份有限公司 矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001289620A (ja) 2000-04-10 2001-10-19 Ohbayashi Corp トンネル内施工状態検知方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001289620A (ja) 2000-04-10 2001-10-19 Ohbayashi Corp トンネル内施工状態検知方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100925724B1 (ko) * 2007-02-22 2009-11-10 한국철도기술연구원 레이저 스캐닝 데이터를 이용한 시설물 검측 장치 및 그방법과 그를 이용한 터널 관리 시스템 및 그 방법
KR100898061B1 (ko) 2007-05-25 2009-05-19 한국철도기술연구원 하이브리드 터널 스캐닝 장치
KR101260620B1 (ko) 2012-01-10 2013-05-03 현대건설주식회사 비정형 구조물의 시공 시스템 및 방법
KR101404188B1 (ko) 2012-06-07 2014-06-09 한국철도기술연구원 3차원 터널 모델 생성을 위한 옵토-레이저 터널 스캐닝 시스템 및 그 데이터 처리 방법
KR101816383B1 (ko) * 2016-03-24 2018-01-08 김정현 비정형부에 시공되는 구조물의 재료량 최적화 방법
CN105783759A (zh) * 2016-04-08 2016-07-20 中国矿业大学 一种巷道围岩整体变形监测装置及方法
CN105783759B (zh) * 2016-04-08 2018-04-13 中国矿业大学 一种巷道围岩整体变形监测装置及方法
CN109443226A (zh) * 2018-11-06 2019-03-08 北京市政建设集团有限责任公司 一种用于隧道掌子面挤出变形监测设备
CN110736434A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 中国矿业大学 一种煤矿巷道表面位移在线监测系统及监测方法
KR20220040658A (ko) 2020-09-24 2022-03-31 정찬섭 연속 결합형 파력 분산 블록
CN115615346A (zh) * 2022-12-19 2023-01-17 江苏南京地质工程勘察院 一种隧道及轨道变形的自动化监测方法及监测装置
CN116255904A (zh) * 2023-02-27 2023-06-13 北京城建设计发展集团股份有限公司 矿山法隧道洞壁喷混凝土体积自动测量方法及系统

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