KR101680589B1 - Automatic deduction method of geological structures in seabed using echo sounder data - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향측심 데이터를 이용한 해저지반 지질구조의 자동 지도표출방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 직접 현장조사, 물리탐사 또는 시추조사의 한계가 있는 해저지반을 대상으로, 음향측심 조사를 통하여 획득한 해저 지형정보 데이터를 입력 데이터로 하여, 공간 통계학적 분석 기법과, 객관화 및 표준화된 분석 프로세스를 이용하여 해저지반의 지질구조를 자동으로 추출하여 지형도(地形圖)상에 표출될 수 있게 하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of automatic map presentation of a subsea ground geological structure using acoustic echo data, and more particularly, to a method of automatically mapping an undersea geological structure obtained from an echo sounding survey to a submarine ground having a limitation of direct field survey, physical exploration or drilling survey A method of automatically extracting the geological structure of the seabed ground using the spatial statistical analysis technique and the objectification and standardized analysis process using the undersea topographical information data as input data to be displayed on the topographical map .
육상 지반의 경우, 직접적인 현장 조사, 물리적인 탐사, 시추조사 등을 통해서 지형분석을 수행할 수 있고 지질구조 등을 파악할 수 있다. 그러나 심해저와 같이 수중에 위치하는 지반의 경우에는, 위와 같이 종래 기술에서 이용하던 직접적인 현장 조사, 물리적인 탐사 또는 시추조사 자체가 불가능할 수 있다. In the case of land-based grounds, topographic analysis can be performed through direct field surveys, physical surveys, and drilling surveys, and geological structures can be identified. However, in the case of the ground located in the water such as the deep sea, direct field survey, physical survey or drilling survey itself used in the prior art may not be possible.
대한민국 등록특허 제10-1552261호에는 해상의 탐사선에서 해저 지층을 향하여 탄성파를 발생시키고, 해저 지층에서 반사되어 되돌아오는 탄성파 신호를 수신하는 기술이 제시되고 있으나, 이는 단지 지층의 부정합면을 모델링하는 것에 그칠 뿐이며, 해저지반의 전체적인 지질구조를 파악하는데는 충분하지 않다. Korean Patent No. 10-1552261 discloses a technique for generating seismic waves from a marine probe toward an undersea layer and receiving an elastic wave signal reflected back from the seabed layer, And it is not enough to grasp the overall geological structure of the seabed.
따라서 종래에는 이미 구축해놓은 수중 지반의 지형도나 지질도와 같은 지도를 기준으로 전문가가 정성적인 판단을 통해서 지반의 특성을 파악하고 있는 실정인데, 이러한 정성적인 판단은 정확도 및 신뢰도가 낮다는 문제점이 있다. Therefore, in the past, the experts have been grasping the characteristics of the ground based on the map such as the topographical map or the geological map of the underwater ground that has been constructed before. However, such a qualitative judgment has a problem of low accuracy and reliability.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 직접 현장조사, 물리탐사 또는 시추조사의 한계가 있는 해저지반을 대상으로, 음향측심 조사를 통하여 획득한 해저 지형정보 데이터를 입력 데이터로 하여, 해저지반의 지질구조를 자동으로 추출하고 이를 지형도상에 자동으로 표출될 수 있게 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been developed in order to overcome the limitations of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting undersurface geographical information data obtained through acoustic sounding survey, It is an object of the present invention to provide a method for automatically extracting a geological structure of a seabed sole and automatically displaying it on a topographic map.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계, 지형도 생성 단계, 격자 데이터 추출 단계, 이동창(移動窓)을 이용한 국소통계량 값 산출 단계, 및 분석한 국소통계량 값을 지형도에 표출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향측심 데이터를 이용한 해저지반 지질구조의 자동 지도표출방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for acquiring and analyzing acoustic echo data, comprising the steps of acquiring and editing acoustic echo data, generating a topographic map, extracting grid data, calculating a local statistical value using a moving window, The method comprising the steps of: (a) displaying the geomorphological structure of the submarine geological structure using the echo sounding data.
이와 같은 본 발명의 방법에 있어서, 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계에서는, 음향측심 탐사를 통해서 취득한 위도 좌표와 경도 좌표를 각각 "도" 단위로 변환하고, 음향측심 탐사를 통해서 취득한 해당 위도 및 경도 좌표 위치에 대한 해수면으로부터 해저면까지의 거리를 지형 등고선을 위한 (-) 값으로 변환하여, 위도 좌표 변환값, 경도 좌표 변환값, 및 지형 등고선으로의 변환값으로 이루어진 3차원 공간정보를 형성하는 작업이 수행될 수 있고, 지형도 생성 단계에서는, 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계를 통해 만들어진 3차원 공간정보를 연속된 벡터 데이터 형식으로 변환하며, 연속 벡터 데이터 형식으로 변환된 결과로부터 지형도를 위한 등고선 정보를 생성하게 되는 과정이 수행될 수 있다. In the method of the present invention as described above, in the step of acquiring and editing acoustic echo data, the latitude and longitude coordinates acquired through the echo sounding are respectively converted into units of "degrees", and the corresponding latitude and longitude The distance from the sea surface to the sea floor with respect to the coordinate position is converted into a negative value for the terrain contour line to form three-dimensional spatial information consisting of the latitude coordinate conversion value, the hardness coordinate conversion value, In the topographic map generation step, the three-dimensional spatial information created through the acquisition and editing steps of the sound echo data is converted into a continuous vector data format, and contour data for the topographic map The process of generating information can be performed.
또한 상기한 본 발명의 방법에서, 격자 데이터 추출 단계에서는, 사용자가 설정한 격자 크기를 격자를 만들어서, 격자의 교차점에 해당하는 위치에서 등고선 정보로부터 지형 고도값(z값) 데이터를 격자 데이터로서 추출하게 될 수 있으며, 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계에서는, 사용자가 정한 크기의 이동창에 대해, 이동창을 이동시켜가면서 각각의 이동창마다 그 내부에 포함된 격자 데이터의 국소통계량 값을 계산하게 될 수 있는데, 이 경우 계산된 국소통계량 값으로서 이동분산값을 산출할 수 있고, 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계에서는, 이동창을 이동시켜가면서 각각의 이동창에 대해 산출된 국소통계량 값으로서의 이동분산 값 중에서 사용자가 정한 이동분산 백분위수 기준 이상이 되는 이동분산 값의 분포를 도출하는 작업을 더 수행할 수도 있다. Further, in the method of extracting grid data in the above-described method of the present invention, a grid is set to a grid size set by the user, and topographic altitude value (z value) data is extracted as grid data from contour information at a position corresponding to the intersection of the grid In the local statistical value calculating step using the moving window, the local statistical value of the grid data included in each moving window may be calculated for the moving window of the size determined by the user while moving the moving window In this case, the mobile variance value can be calculated as the calculated local statistical value. In the local statistical value calculating step using the moving window, among the moving variance values as the local statistical value calculated for each moving window while moving the moving window, And derives the distribution of the mobile variance value which is more than the predetermined mobile dispersion percentile standard It may perform a more up.
더 나아가 본 발명의 방법에서 분석한 국소통계량 값을 지형도에 표출하는 단계에서는, 산출된 국소통계량 값을 지형도상에 표출하고, 단계 S2를 통해서 생성한 등고선 정보의 위치정보에 근거하여 지형도의 형태로 표출할 수도 있다. Further, in the step of expressing the local statistical value analyzed in the method of the present invention on the topographic map, the calculated local statistical value is displayed on the topographic map, and based on the positional information of the contour information generated in step S2, It can also be displayed.
본 발명에 의하면, 직접적인 현장 조사, 물리적인 탐사, 시추조사 등을 통한 지형분석이나 지질구조의 파악이 매우 어려움 해저지반에 대해서도, 음향측심 조사를 통하여 획득한 해저 지형정보 데이터를 입력 데이터로 하여, 공간 통계학적 분석 기법과, 객관화 및 표준화된 분석 프로세스를 이용하여 해저지반의 지질구조를 자동으로 추출할 수 있고, 이를 지형도상에 자동적으로 표출할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. According to the present invention, it is very difficult to analyze the topography and the geological structure through direct field surveys, physical exploration, drilling survey, etc. With respect to the seabed, the undersea topographical information data acquired through acoustic sounding survey is used as input data, By using spatial statistical analysis technique and objectification and standardized analysis process, it is possible to automatically extract the geological structure of the seabed ground and to display it automatically on the topographical map.
따라서 본 발명에 의하면, 해저지반에 대해서도 다양한 공간통계량(이동평균, 이동분산, 이동 변동계수)의 변화를 쉽게 파악할 수 있게 되며, 공간통계량의 형태와 배경 그림 및 설정 기준값의 지정에 따라 공간통계량의 변화를 쉽게 파악할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily grasp the variation of various spatial statistics (moving average, moving dispersion, and movement variation coefficient) with respect to the seabed ground, and the spatial statistic So that the change can be easily grasped.
도 1은 본 발명에 따른 해저지반 지질구조의 자동 지도표출방법의 구성을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계를 통해서, 음향측심 데이터를 3차원 공간정보로 변환한 일예를 보여주는 컴퓨터 화면이다.
도 3은 본 발명에서 지형도 생성 단계를 통해서 3차원 공간정보가 지형 데이터로 변환되고, 이를 이용하여 지형도를 위한 등고선 정보가 생성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 격자 데이터 추출 단계를 통해서, 지형도의 등고선 정보로부터 격자 데이터를 추출하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에서 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계를 통해서 이동창으로 영역을 설정하고 국소통계량 값을 계산한 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계를 통해서 산출된 국소통계량으로서 이동분산 값에 대해 백분위수 기준에 따라 분석한 결과를 보여주는 도면이다.
도 7는 본 발명에서 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계를 통해서 분석된 결과를 지형도상에 표출한 도면이다.
도 8은 본 발명에서 분석한 국소통계량 값을 지형도에 표출하는 단계를 수행하여 도 7로 표현된 결과물을 등고선 지형도 배경 위에 데이터의 좌표정보를 기준으로 오버랩시킨 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic flow chart showing a configuration of an automatic map display method of a submarine ground geological structure according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a computer screen showing an example of conversion of acoustic echo data into three-dimensional spatial information through acquisition and editing of acoustic echo data in the present invention.
3 is a diagram showing a state in which three-dimensional spatial information is converted into terrain data through the topographic map generation step and contour information for the topographic map is generated using the converted three-dimensional spatial information.
FIG. 4 is a diagram showing a state in which grid data is extracted from contour information of a topographic map through a grid data extraction step in the present invention. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation of a local statistic value by setting a region in a moving window through a local statistical value calculating step using a moving window in the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a result of analyzing a moving variance value according to a percentile standard, as a local statistic calculated through a local statistical value calculation step using a moving window in the present invention.
FIG. 7 is a topographical diagram showing the result of analyzing the local statistical value using the moving window in the present invention. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the result of local statistical analysis analyzed in the present invention on a topographic map, and overlaps the result shown in FIG. 7 based on coordinate information of data on a contour map topographical background.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and operation are not limited thereby.
도 1에는 본 발명에 따른 해저지반의 지질구조 자동 지도표출방법(이하, "해저 지질구조 도출방법"이라고 약칭한다)의 구성을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 해저 지질구조 도출방법은, 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1), 지형도 생성 단계(단계 S2), 격자 데이터 추출 단계(단계 S3), 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4) 및 산출된 국소통계량 값을 지형도에 표출하는 단계(단계 S5)를 포함하여 구성된다. Fig. 1 is a schematic flow chart showing a configuration of a geological structure automatic map presentation method (hereinafter referred to as "a method for deriving a submarine geological structure") of a seabed ground according to the present invention. As shown in the figure, the method for deriving the submarine geological structure according to the present invention comprises the steps of acquiring and editing sound echo data (step S1), generating a topographic map (step S2), extracting grid data (step S3) A step of calculating a statistic value (step S4) and a step of displaying the calculated local statistic value on a topographic map (step S5).
음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)는 해상에서 배를 이용하여 음향측심 탐사를 수행하여 파악된 해저지반 지형 자료를 수신하여, 후속하는 분석 프로세스에 이용하기 적합한 형태로 변환하는 과정이다. 음향측심 탐사는 일반적으로 해수면에서 음파를 발생하여 해저면(해저 지형에 해당함)에서 반사되어 돌아오는 음파의 속도를 측정하여 그 측정값을 데이터로 획득하게 된다. 이러한 음향측심 탐사 방법 자체는 공지된 것이다. Acquisition and editing of the sounding survey data (step S1) is a process of performing the sound echo survey using the ship at sea, receiving the seabed geotechnical landform data, and converting it into a form suitable for use in the subsequent analysis process. Echo sounding usually generates sound waves from the sea surface and measures the speed of the sound waves reflected from the ocean floor (corresponding to the sea floor terrain) and obtains the measured values as data. Such an echo sounding method itself is well known.
음향측심 탐사를 수행하게 되면 특정 위치(특정 위도 및 경도 좌표값을 가지는 위치)에서 해저면으로부터 반사된 음파의 속도 즉, 음파의 반사속도를 취득하게 되는데, 이렇게 음향측심 탐사에 의해 취득된 측정값은 "위도 및 경도 좌표값(도/분/초), 및 해수면에서 해저면까지의 거리에 대한 값"의 형태가 되며, 이는 수학적으로 각각 x축의 값(위도 좌표값), y축의 값(경도 좌표값), 및 z축의 값(해수면에서 해저면까지의 거리 값)으로 표현할 수 있다. When the acoustic echo survey is performed, the velocity of the sound wave reflected from the seabed surface, that is, the reflection velocity of sound waves, is obtained at a specific position (position having a specific latitude and longitude coordinate value) Is a form of "latitude and longitude coordinate values (degrees / minute / second), and values for distances from the sea surface to the sea floor," which mathematically indicate the values of the x axis (latitude coordinate value) and y axis Coordinate value), and the z-axis value (distance value from the sea surface to the sea floor).
음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)에서는, 위와 같이 음향측심 탐사를 통해서 취득한 데이터(위도 좌표와 경도 좌표, 그리고 해수면으로부터 해저면까지의 거리)를, 해저지반 지형 자료를 분석 프로세스에 이용하기 적합하도록, 위도 좌표와 경도 좌표의 단위를 변환(예를 들면 위도 좌표와 경도 좌표의 단위를 각각 "도" 단위로 변환)하고, 해수면으로부터 해저면까지의 거리는 수심 개념인 (+) 값(양의 값)에서 지형 등고선 개념인 (-) 값(음의 값)으로 변환하여 "위도 좌표 변환값, 경도 좌표 변환값, 및 지형 등고선으로의 변환값으로 이루어진 <3차원 공간정보>"를 형성하게 된다. 도 2는 음향측심 데이터로서 취득한 위도 좌표와 경도 좌표, 그리고 해수면으로부터 해저면까지의 거리를, 위와 같은 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)를 통해서, 3차원 공간정보로 변환한 일예를 보여주는 컴퓨터 화면이다. 이와 같이, 현장에서 취득된 음향측심 데이터를 편집하여 3차원 공간정보로 변환하는 작업은 실제 컴퓨터에서 작동되는 프로그램에 의해 수행된다. In the acquisition and editing step (step S1) of the echo sounding data, data (latitude coordinates and hard coordinates, and distance from the sea surface to the sea floor) obtained through the echo sounding survey as described above are used for the analysis process (For example, units of latitude coordinates and longitude coordinates are converted into units of degrees), and the distance from the sea surface to the sea floor is converted into the (+) value Dimensional spatial information "made up of latitude coordinate conversion values, hardness coordinate conversion values, and conversion values to terrain contour lines by transforming the values from the positive value (positive value) to the negative value (negative value) . 2 shows an example in which latitude coordinates and hard coordinates obtained as acoustic echo data and the distance from the sea surface to the sea floor are converted into three-dimensional spatial information through the step of obtaining and editing acoustic echo data (step S1) It is a computer screen showing. As described above, the operation of editing the acoustic echo data acquired in the field and converting it into the three-dimensional spatial information is performed by a program operated on an actual computer.
단계 S1에 후속하여 지형도 생성 단계(단계 S2)가 수행된다. 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)를 거친 데이터, 즉 음향측심 탐사에 의해 취득된 해저지반 지형의 3차원 공간정보 자료인 "위도 및 경도 좌표값(도/분/초)과 해수면에서 해저면까지의 거리에 대한 x,y,z값 데이터를, 지형도를 생성할 수 있는 형식으로 변환하는 과정이 수행되는 것이다. Following the step S1, a topographic diagram generation step (step S2) is performed. (Degree / minute / second), which is the three-dimensional spatial information data of the submarine ground terrain acquired by the echo sounding survey, and the data obtained through the acquisition and editing step (step S1) The process of converting the x, y, z value data of the distance to the seafloor into a format that can generate the topographic map is performed.
해저지반의 지질구조를 분석하는데 궁극적으로 필요한 데이터의 형식은, 특정 간격의 격자단위로 만들어진 데이터이다. 그런데 음향측심 탐사에 의하여 취득된 데이터는 불규칙적으로 산재된 특정 위치에 분포되어 있는 점(point)에 대한 데이터이다. 따라서 이러한 데이터를 해저지반의 지질구조 분석에 활용할 수 있는 형태로 변환하기 위하여, 지형도 생성 단계(단계 S2)에서는, 음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)를 통해 만들어진 3차원 공간정보를 연속된 벡터 데이터 형식으로 변환하고, 그 결과를 이용하여 지형도 작성을 위한 등고선 정보를 생성하게 된다. 여기서 연속된 벡터 데이터 형식으로의 변환은 공지의 GIS(Geographic Information System) Tool을 이용하여 수행할 수 있다. The format of the data that is ultimately necessary for analyzing the geological structure of the seabed ground is the data created in grid units at specific intervals. However, the data acquired by acoustic echo sounding is data on a point distributed at irregularly scattered specific locations. Therefore, in order to convert such data into a form that can be utilized for analyzing the geological structure of the seabed sole, in the topographic diagram generation step (step S2), three-dimensional spatial information created through the acquisition and editing step And the contour information for creating the topographic map is generated by using the result. Here, the conversion to the continuous vector data format can be performed using a known GIS (Geographic Information System) tool.
변환된 연속 벡터 데이터에서 동일한 수심(水深)값을 선으로 연결하게 되면 등고선 형태로 표현될 수 있다. 이와 같이 지형도 생성 단계(단계 S2)에서는 3차원 공간정보를 연속 벡터 데이터 형식으로 변환하는 작업 및 그 결과를 이용하여 지형도를 위한 등고선 정보를 생성하는 작업이 수행되는 것이다. 도 3은 이와 같이 지형도 생성 단계(단계 S2)에 의해 3차원 공간정보가 연속 벡터 데이터로 변환된 후, 이를 이용하여 지형도를 위한 등고선 정보가 생성된 상태를 보여주는 도면이다. 이와 같은 지형도 생성 단계(단계 S2) 역시 컴퓨터에서 작동되는 프로그램에 의해 수행된다. If the same depth value is connected to the line in the converted continuous vector data, it can be expressed in a contour shape. As described above, in the topographic map generation step (step S2), an operation of converting the three-dimensional spatial information into the continuous vector data format and a process of generating contour information for the topographic map by using the result are performed. FIG. 3 is a diagram showing a state in which contour information for a topographic map is generated by converting the three-dimensional spatial information into continuous vector data by the topographic map generation step (step S2). This topographic map generation step (step S2) is also performed by a program operated on a computer.
격자 데이터 추출 단계(단계 S3)는, 단계 S2의 결과로 도출된 등고선 정보로부터, 통계 분석을 위하여 사용자가 정한 간격의 격자에 위치하는 데이터만을 추출하는 단계이다. 위에서 살펴본 지형도 생성 단계(단계 S2)를 통해서 생성된 등고선 정보는, 분석하고자 하는 해저지반의 영역 전체에 대해 등고선 형태로 데이터가 분포하고 있으며, 정해진 간격의 등고선 상의 값뿐만 아니라 등고선과 등고선 사이에 존재하는 값도 포함되어 있다. 이 모든 등고선 정보를 전부 통계처리하는 것은 시간, 비용, 그리고 효율면에서 적절하지 않기 때문에 특정된 간격으로 값을 추출하여 추출된 값들만을 활용하여 통계 분석을 수행할 필요가 있다. 이러한 이유 때문에, 본 발명에서는, 사용자가 정한 간격을 가지도록 격자를 형성하고, 그 격자에 위치하는 값만을 추출하여 통계 분석을 수행하는 격자 데이터 추출 단계(단계 S3)를 수행하게 된다. 즉, 본 발명에서는 위 단계 S2를 통해서 생성된 지형도의 등고선 정보에 대해 격자 데이터 추출 단계(단계 S3)를 수행함으로써, 통계 분석이 가능한 형태의 데이터를 추출하게 되는 것이며, 이와 같이 단계 S3에 의해 추출된 데이터를 "격자 데이터"라고 부른다. The lattice data extracting step (step S3) extracts only the data located in the lattice spaced by the user for statistical analysis from the contour information derived as a result of step S2. The contour information generated through the topographic map generation step (step S2) as described above is distributed in a contour line form over the entire area of the seabed soil to be analyzed. The contour information is not only the contour line of the predetermined interval, but also exists between the contour line and the contour line. Is also included. Since it is not appropriate in terms of time, cost, and efficiency to statistically process all the contour information, it is necessary to extract the values at specified intervals and perform statistical analysis using only the extracted values. For this reason, in the present invention, a lattice is formed so as to have an interval determined by a user, and a lattice data extraction step (step S3) is performed in which statistical analysis is performed by extracting only values located in the lattice. That is, in the present invention, by performing the lattice data extraction step (step S3) on the contour information of the topographic map generated through the above step S2, data of a form capable of statistical analysis is extracted, Quot; grid data ".
우선 격자 데이터 추출 단계(단계 S3)에서는 데이터를 추출할 격자의 크기를 사용자가 결정하게 된다. 이 때, x,y 좌표상에서 각각 10m 씩의 간격으로 격자가 만들어지도록 격자 크기를 선택하는 것이 통계 분석에 가장 적절하지만, 격자 크기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 사용자는 키보드 등과 같은 다양한 입력장치를 이용하여 격자 크기를 컴퓨터에 입력하게 된다. In the lattice data extraction step (step S3), the size of the grid to extract data is determined by the user. In this case, it is most appropriate for the statistical analysis to select the grid size such that the grid is formed at intervals of 10 m each on the x and y coordinates, but the grid size is not necessarily limited thereto. The user inputs the grid size to the computer using various input devices such as a keyboard or the like.
이렇게 격자의 크기가 정해지면, 분석대상 해저지반의 영역에 대하여 단계 S2에 의해 도출된 등고선 정보 위에, 정해진 격자 크기를 가지는 격자가 만들게 되며, 해당 격자의 교차점에 해당하는 위치에서 등고선 정보로부터 지형 고도값(z값) 데이터를 "격자 데이터"로서 추출하게 된다. 즉, 분석대상 해저지반의 지도 위에 사용자가 정한 격자 간격(위의 예시에서는 10m)으로 가로선 및 세로선을 그어서 격자를 형성하고, 가로선과 세로선이 교차하는 지점(격자의 교차점)에 해당하는 위치에서의 지형 고도값을 등고선 정보로부터 읽어 내며, 이렇게 판독된 정보가 바로 "격자 데이터"가 되는 것이다. 이러한 단계 S3도 컴퓨터에서 구동되는 프로그램에 의해 수행된다. When the size of the grid is determined in this way, a grid having a predetermined grid size is created on the contour information derived by the step S2 for the area of the seabed ground to be analyzed. From the contour information at the position corresponding to the intersection of the grid, Value (z value) data as "grid data ". That is, a grid is formed by grinding a horizontal line and a vertical line with a grid interval (10 m in the above example) set by the user on the map of the underwater floor to be analyzed, and a grid is formed at a position corresponding to the intersection of the horizontal line and the vertical line The terrain elevation value is read from the contour information, and the read information becomes "lattice data ". This step S3 is also performed by a program that is run on the computer.
도 4는 이와 같이 지형도의 등고선 정보에서 격자 데이터를 추출하는 상태를 보여주는 도면이다. 이와 같이 본 발명에서는 단계 S1을 통해서 만들어진 <분석대상 해저지반의 지도상에 불규칙한 간격으로 분포하는 데이터>를 단계 S2에 의하여 연속적으로 분포하는 등고선 형태의 <등고선 정보>로 변환하고 단계 S3에서는 이러한 등고선 정보로부터 <격자 데이터>를 추출하게 되는 것이다. FIG. 4 is a diagram showing a state of extracting grid data from contour line information of the topographic map. As described above, in the present invention, data distributed at irregular intervals on the map of the sea floor under analysis created through step S1 is converted into contour information of contour lines continuously distributed in step S2, and in step S3, The " grid data " is extracted from the information.
단계 S3에 후속하여 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)가 수행되는데, 이동창(移動窓)을 이용한 국소통계량 값 산출 단계에서는, 사용자가 정한 이동창 크기의 이동창에 대해, 이동창별로 그 내부에 포함된 격자 데이터의 이동평균 값, 이동분산 값, 이동 변동계수 값 등의 국소통계량 값을 계산하는 것이다. 사용자가 확인하기 쉽도록, 이동창별로 계산된 국소통계량 값은 이동창의 중간지점 위치에 표시할 수도 있으며, 이러한 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4) 역시 실제 컴퓨터에서 작동되는 프로그램에 의해 수행된다. In step S3, a local statistical value calculation step (step S4) is performed using the moving window. In the local statistical value calculation step using the moving window, the moving statistic value of the moving window determined by the user is calculated for each moving window A local variance value such as a moving average value, a moving variance value, and a moving variation coefficient value of the included grid data. The local statistical value calculated for each moving window may be displayed at the intermediate point position of the moving window so that the user can easily confirm the local statistical value, and the local statistical value calculating step using the moving window (step S4) is also performed by a program operated on the actual computer .
"이동창의 크기"는 각각의 이동창에 포함되는 데이터의 개수를 의미하는데, 예를 들어, 이동창의 크기를 3×3으로 설정하였다면, 이는 가로와 세로 각각 3개의 데이터 즉, 정사각형을 이루도록 배열된 9개의 데이터를 포함하도록 사각형상의 이동창을 설정하게 되는 것이다. 따라서 사용자는 이동창에 포함시키고자 하는 데이터의 개수를 가로와 세로로 정하여 이동창의 크기를 설정하게 되며, 설정된 이동창의 크기를 입력장치를 이용하여 컴퓨터 프로그램에 입력하게 된다. 위에서 예시한 이동창의 크기 3×3는 본 발명을 실시함에 있어서 최적의 것이지만, 이동창의 크기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. For example, if the size of the moving window is set to 3 x 3, it means that three pieces of data in each of the width and the height, that is, 9 pieces arranged in a square form, A rectangular moving window is set so as to include the data. Accordingly, the user sets the size of the moving window by setting the number of pieces of data to be included in the moving window in the horizontal and vertical directions, and inputs the size of the set moving window into the computer program using the input device. The size of 3 x 3 of the moving window exemplified above is optimal in the practice of the present invention, but the size of the moving window is not necessarily limited thereto.
그에 따라 컴퓨터 프로그램은 해당 이동창 내에 존재하는 격자 데이터에 대해 국소통계량 값을 산출하게 된다. 필요에 따라서는 해당 이동창에 대해 산출된 국소통계량 값을 해당 이동창의 중간지점 위치에 표시할 수 있다. 그리고 이동창은 단계 S3에 의해 추출된 <격자 데이터>에 대해, 종,횡으로 격자 데이터의 줄을 하나씩 이동하게 되고, 각 이동된 위치에서 해당 이동창에 대해 위와 같은 국소통계량 값을 산출하게 된다. Accordingly, the computer program calculates the local statistical value for the grid data existing in the moving window. If necessary, the local statistical value calculated for the movement window can be displayed at the position of the middle point of the movement window. Then, the moving window moves the grid data rows vertically and horizontally one by one with respect to the <grid data> extracted at step S3, and calculates the above local statistical value for the corresponding window at each of the moved positions.
도 5의 (a)는 이동창의 크기를 3×3로 설정한 이동창의 첫 번째 영역을 보여주는 것이고, 도 5의 (b)는 위와 같은 3×3 크기의 이동창을 이동시킨 두 번째 영역을 보여주는 것이며, 도 5의 (c)는 이와 같이 이동창을 이동시키면서 각각의 이동창에 대해 국소통계량 값으로서 이동분산 값을 계산한 결과를 보여주는 것이다. 도 5의 (a)에 예시된 것처럼 사용자가 이동창의 크기를 최적의 이동창 크기 값인 3×3로 설정하게 되면, 가로로 3개의 격자 데이터가 포함되고 세로로 3개의 격자 데이터가 포함되도록 이동창이 설정된다. 이렇게 설정된 이동창에 대해, 우선 도 5의 (a)에 도시된 위치일 때 해당 이동창 내에 포함되어 있는 격자 데이터에 대해 국소통계량 값을 산출한다. 후속하여 도 5의 (b)에 도시된 것처럼, 횡방향으로 이동창을 바로 이웃하는 격자 데이터가 포함되도록 움직인다. 이렇게 이동창을 바로 이웃하는 줄에 위치하는 격자 데이터가 포함되도록 움직이는 것이 바로 <이동창을 이동시키는 것>이다. 이렇게 이동창이 이동되면, 이동된 위치에서 해당 이동창에 포함된 격자 데이터에 대해 다시 국소통계량 값을 산출한다. 이와 같은 <이동창의 이동>은 격자 데이터 전체에 대해, 횡방향으로 격자 데이터의 하나의 열(列)씩 이동하고, 종방향으로도 격자 데이터의 하나의 행(行)씩 이동하면서, 각 이동된 위치에서 해당 이동창에 포함된 격자 데이터의 국소통계량 값을 산출하는 것이다. 위에서는 이동창의 크기를 3×3로 설정하고, 이동창을 횡방향으로 그리고 하나의 열마다 이동하는 것으로 예시하였지만 본 발명에서 이동창의 크기 및 이동창의 이동순서, 그리고 방향은 이에 한정되지 않는다. 5 (a) shows the first area of the moving window in which the size of the moving window is set to 3 × 3, and FIG. 5 (b) shows the second area in which the moving window of the size of 3 × 3 is moved , And FIG. 5 (c) shows the result of calculating the moving dispersion value as the local statistical value for each moving window while moving the moving window. 5A, when the user sets the size of the moving window to 3 × 3, which is the optimum moving window size value, the moving window is set so that three pieces of grid data are included horizontally and three pieces of grid data are vertically included do. For the movement window thus configured, first, the local statistical value is calculated for the grid data included in the movement window at the position shown in Fig. 5 (a). As shown in Fig. 5 (b), the grating data immediately adjacent to the movement window in the lateral direction is included. Moving the moving window so that the grid data located on the immediately adjacent row includes the moving window. When the moving window is moved, the local statistical value is calculated again for the grid data included in the moving window at the moved position. The " movement of moving window ", as described above, moves one row (column) of lattice data in the horizontal direction and one row (row) of lattice data in the vertical direction with respect to the entire lattice data, The local statistical value of the grid data included in the corresponding window is calculated. In the above example, the size of the moving window is set to 3 x 3, and the moving window is moved in the horizontal direction and every one column. However, the size of the moving window and the moving order and direction of the moving window in the present invention are not limited thereto.
이와 같이 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)에서는 사용자가 정한 이동창 크기의 이동창을 격자 데이터의 한 칸씩(한 개의 열 및 한 개의 행)이동하면서 각각의 이동창에 포함되어 있는 격자 데이터에 대해 이동분산 값, 표준편차 값, 이동평균 값 등의 국소통계량 값을 산출하게 되는 것이다. 이러한 단계 S4 역시 컴퓨터에서 작동되는 프로그램에 의해 수행된다. In the step of calculating local statistical value using the moving window, the moving window of the size of the moving window determined by the user is moved by one space (one column and one row) of the grid data, A local variance value, a standard deviation value, a moving average value, and the like. This step S4 is also performed by a program operated on a computer.
이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)에서 각 이동창에 대한 국소통계량 값으로서 이동분산값을 산출한 경우, 단계 S4에서는 산포측도(measure of spread) 개념에 기초하여 이동분산의 백분위수 기준에 따른 분석작업을 더 수행할 수 있다. 즉, 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)에서는 각각의 이동창에 대해 산출된 이동분산 값의 분포 경향을 파악하는 작업이 더 수행될 수 있는 것이다. 도 6은 이동분산의 백분위수 기준에 따른 분석 결과를 보여주는 도면인데 도 6의 (a)에는 이동분산 값의 상위 70%에 해당하는 값이 붉은 색으로 표현되어 있고, 도 6의 (b)에는 이동분산 값의 상위 60%에 해당하는 값이 붉은색으로 표현되어 있다. 도 6의 (c), (d), (e), (f), (g), (h) 및 (i)에는 이동분산 값에 대해서 각각 상위 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, 5% 및 0.5%에 해당하는 값을 붉은색으로 표현되어 있다. In a case where the mobile dispersion value is calculated as the local statistical value for each moving window in the local statistical value calculation step (step S4) using the moving window, in step S4, based on the measure of spread concept, Can be further analyzed. That is, in the local statistical value calculating step using the moving window (step S4), it is possible to further perform an operation of grasping the distribution tendency of the calculated moving variance value for each moving window. 6 (a) and 6 (b) are graphs showing the result of the analysis according to the percentile of the mobile dispersion. In FIG. 6 (a), values corresponding to the upper 70% The value corresponding to the upper 60% of the moving dispersion value is represented in red. 40%, 30%, 20%, 30%, 50%, 50%, 50%, 50%, 50%, 50% 10%, 5% and 0.5% are represented in red.
도 6에 예시된 것처럼, 사용자는 이동분산의 백분위수 기준을, 예를 들어 상위 50%, 40%, 30% 등과 같이 정하게 되는데, 이에 따라 이동창을 이동시켜가면서 각각의 이동창에 대해 산출된 국소통계량 값으로서의 이동분산 값 중에서 사용자가 정한 이동분산 백분위수 기준 이상이 되는 이동분산 값의 분포를 도출하게 되는 것이다. 이러한 과정이 바로 단계 S4에서 더 수행될 수 있는 <각각의 이동창에 대해 산출된 이동분산 값의 분포 경향을 파악하는 작업>에 해당한다. 도 6에 예시된 것 중에서는 이동분산 값의 백분위수 기준을 상위 0.5%로 정하였을 때, 실제 지질구조의 발달 형태와 가장 유사하다. As illustrated in FIG. 6, the user sets the percentile standard of the mobile dispersion to, for example, the upper 50%, 40%, 30%, etc. Accordingly, the local statistics The distribution of the mobile variance value that is more than the mobile distributed percentile standard set by the user is derived from the mobile variance value as the value. This process corresponds to < operation of grasping the distribution tendency of the calculated moving variance value for each movement window ' that can be further performed in step S4. Among the examples shown in FIG. 6, when the percentile value of the moving dispersion value is set at the upper 0.5%, it is most similar to the development pattern of the actual geological structure.
분석한 국소통계량 값을 지도에 표출하는 단계(단계 S5)는, 앞선 단계에 의해 분석되어 도출된 국소통계량 값을 지형도상에 표출하게 되며, 더 나아가, 위 단계 S2를 통해서 생성한 등고선 정보의 위치정보(x,y 좌표정보)도 함께 활용하여 국소통계량 값을 지형도상에 표출할 수 있다. 도 7는 단계 S4의 분석한 결과를 지형도상에 표출한 것이고, 도 8은 단계 S5를 수행하여 도 7로 표현된 결과물을 단계 S2 단계에서 생성한 등고선 지형도 배경 위에 데이터의 좌표정보를 기준으로 오버랩(overlap)시킨 것이다. 특히 도 8의 (a)는 국소통계량 값을 등고선 배경으로 표출한 것이고, 도 8의 (b)는 국소통계량을 색상 등고선 배경으로 표출한 것이다. 이와 같이, 단계 S5의 수행에 의해 도출된 지형도를 기반으로 사용자는 지질구조선을 도출할 수 있다. 즉, 사용자는 도 8의 (a)로 예시된 지도에서 붉은 색으로 표시된 부분을 이어준 형태로 지질구조선이 존재한다고 판단할 수 있으며, 실제 도 8의 (a)에 예시된 지형도에서 붉은 색으로 표시된 부분을 이어서 지질구조선을 표시하는 작업을 수행하여 지질구조선 표시도를 작성할 수도 있는 것이다. 이와 같은 국소통계량 값의 지형도 표출 단계(단계 S5) 역시 실제 컴퓨터에서 작동되는 프로그램에 의해 수행된다. The step of displaying the analyzed local statistical value on the map (step S5) displays the local statistical value derived and analyzed by the preceding step on the topographic map. Further, the position of the contour information generated through the above step S2 The information (x, y coordinate information) can also be used to display local statistical values on a topographic map. 7 is a topographical representation of the result of the analysis in step S4. FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of performing step S5 in which the result shown in FIG. 7 is superimposed on the contour topographical background generated in step S2, respectively. In particular, FIG. 8A shows the local statistical value as a contour line background, and FIG. 8B shows the local statistical value as a color contour background. Thus, the user can derive a geological structure line based on the topography derived by performing step S5. That is, the user can determine that there is a geological structure line in the form of continuing a portion indicated by red in the map illustrated in FIG. 8 (a). In fact, in the topographic map shown in FIG. 8 (a) It is also possible to create a map of the geological structure line by performing the operation of displaying the geological structure line followed by the marked portion. The topographical exposing step (step S5) of the local statistical value is also performed by a program operated on a real computer.
단계 S5에 의해서, 각각의 이동창에 대해 분석한 국소통계량 값을 지형도에 표시함으로써 지질구조를 지도상에 표출할 수 있게 되며, 이와 같은 본 발명의 결과물 즉, 지질구조가 표출된 지형도를 이용하여 사용자는 해당 지역의 지질구조선을 파악할 수 있게 되는 것이다. In step S5, the local statistical value analyzed for each moving window is displayed on the topographic map, so that the geological structure can be displayed on the map. The result of the present invention, that is, the topographic map in which the geological structure is displayed, Will be able to identify geological structure lines in the area.
따라서 본 발명에 의하면, 직접적인 현장 조사, 물리적인 탐사, 시추조사 등을 통한 지형분석이나 지질구조의 파악이 매우 어려운 해저지반에 대해서도, 해저지반의 지질구조선을 표시하는데 이용할 수 있는 해저지반 지질구조를 자동으로 추출할 수 있고, 이를 지형도상에 자동적으로 표출할 수 있게 된다. 이와 같이 본 발명에 의해 지질구조가 표출된 지형도를 이용하게 되면, 사용자는 해저지반에 대해서도 다양한 공간통계량(이동평균, 이동분산, 이동 변동계수)의 변화를 쉽게 파악할 수 있게 된다. 또한 사용자는 본 발명에 따라 해저지반의 지질구조가 지도에 표출되도록 함에 있어서, 이동창의 크기, 격자의 크기 등을 필요에 따라 설정할 수 있으며, 그에 따라 공간통계량의 변화를 쉽게 파악할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a submarine ground geological structure that can be used for displaying the geological structure line of the submarine ground, even for the submarine ground which is difficult to analyze the topography and the geological structure through direct field investigation, physical exploration, It can be extracted automatically, and it can be automatically displayed on the topographic map. Using the topographical map in which the geological structure is expressed by the present invention, the user can easily grasp the variation of various spatial statistics (moving average, geographical dispersion, and movement variation coefficient) with respect to the seabed ground. In addition, the user can set the size of the moving window, the size of the grid, and the like as needed in order to display the geological structure of the seabed sole according to the present invention, and thus the change of the spatial statistic can be easily grasped .
Claims (7)
음향측심 데이터의 취득 및 편집 단계(단계 S1)를 통해 만들어진 3차원 공간정보를 연속된 벡터 데이터 형식으로 변환하며, 연속 벡터 데이터 형식으로 변환된 결과로부터 등고선 정보가 표시된 지형도를 생성하는, 지형도 생성 단계(단계 S2);
분석대상 해저지반의 지형도 위에 사용자가 설정한 간격의 가로선과 세로선을 그어 격자를 만들고, 가로선과 세로선이 교차하는 격자의 교차점에 해당하는 위치에서 등고선 정보로부터 지형 고도값 데이터를 읽어내어 격자 데이터로 간주하는, 격자 데이터 추출 단계(단계 S3);
상기 격자 데이터 추출 단계(단계 S3)에서 읽어낸 격자 데이터를 분석대상 해저지반의 영역에 분포되도록 표시하고, 사용자가 이동창에 포함시키고자 하는 데이터의 개수를 가로와 세로로 정하여 이동창의 크기를 설정하면, 사용자가 정한 크기를 가지는 가상의 이동창을, 상기 격자 데이터 추출 단계(단계 S3)에서 격자 데이터로 읽어낸, 격자의 교차점에 해당하는 위치의 지형 고도값 데이터 위에 중첩시키고, 이동창을 종,횡으로 이동시켜가면서 각각의 이동창마다 그 내부에 포함된 격자 데이터의 국소통계량 값을 계산하는, 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4); 및
상기 지형도 생성 단계(단계 S2)를 통해서 생성한 등고선이 그려진 지형도 배경 위에, 데이터의 좌표정보를 기준으로, 상기 이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)를 통해서 도출된 국소통계량 값을 오버랩시켜서 표출하는 작업을 통해서, 국소통계량 값을 지형도에 표출하는 단계(단계 S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향측심 데이터를 이용한 해저지반 지질구조의 자동 지도표출방법.
The latitude and longitude coordinates of the subsoil geomorphologic features acquired through acoustic echo sounding are converted into units of "degree", and the distance from the sea surface to the sea floor is calculated from the sea surface to the corresponding latitude and longitude coordinates obtained through echo sounding. (-) values for contour lines, thereby obtaining three-dimensional spatial information composed of latitude coordinate conversion values, hardness coordinate conversion values, and conversion values to terrain contour. Acquisition and editing of acoustic echo data (Step S1);
A topographic map generation step of converting the three-dimensional spatial information created through the acquisition and editing step (step S1) of the sounding survey data into a continuous vector data format and generating a topographic map displaying contour information from the result of conversion into a continuous vector data format (Step S2);
A grid is created by grinding the horizontal line and the vertical line of the interval set by the user on the topographic map of the submarine ground to be analyzed and the topographic altitude value data is read from the contour information at a position corresponding to the intersection of the grid where the horizontal line and the vertical line intersect, A grid data extraction step (step S3);
The lattice data read out in the lattice data extracting step (step S3) is displayed so as to be distributed in the area of the submarine soils to be analyzed. When the size of the moving window is set by determining the number of data the user wants to include in the moving window, , A virtual moving window having a size determined by the user is superimposed on the topographic altitude value data at the position corresponding to the intersection of the grid read out as the grid data in the grid data extracting step (step S3) (Step S4) of calculating local statistical value of lattice data included in each moving window while moving the moving statistic value using the moving window; And
The local statistical values derived through the local statistical value calculating step using the moving window (step S4) are overlapped on the topographic map background drawn by the topographic map generating step (step S2) on the basis of the coordinate information of the data And displaying the local statistical value on the topographic map through an operation of displaying the map data (step S5). The automatic map presentation method of the submarine geological structure using the echo sounding data.
이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)에서 계산된 국소통계량 값은 이동분산값이며;
이동창을 이용한 국소통계량 값 산출 단계(단계 S4)에서는,
이동창을 이동시켜가면서 각각의 이동창에 대해 산출된 국소통계량 값으로서의 이동분산값 중에서 사용자가 정한 이동분산 백분위수 기준 이상이 되는 이동분산값의 분포를 도출하는 작업을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 음향측심 데이터를 이용한 해저지반 지질구조의 자동 지도표출방법. The method according to claim 1,
The local statistical value calculated in the local statistical value calculating step using the moving window (step S4) is a moving variance value;
In the local statistical value calculation step (step S4) using the moving window,
Further comprising the step of deriving a distribution of a moving variance value that is equal to or greater than a user-defined moving dispersion percentile standard value among the moving variance values as local statistical value values calculated for each moving window while moving the moving window, Automatic Map Presentation Method of Geological Structure of Submarine Soil Using Data.
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