KR101932883B1 - 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법에 관한 것으로, 공동 부피 산정 방법은 다중채널 지표투과레이다(ground penetrating radar)로부터 제공되는 GPR 레이다그램(radargram)의 B-스캔에서 쌍곡선(hyperbola) 형태를 찾아 공동(cavity)을 검출하는 단계; 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 상부의 반사 반응으로 상기 검출된 공동 상부심도를 획득하는 단계; 상기 GPR 레이다그램의 C-스캔으로 C-스캔 등고선을 수득하는 단계; 상기 C-스캔 등고선을 이용하여 상기 검출된 공동의 상부 면적을 얻는 단계; 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 하부 경계면에서의 회절 반응으로 상기 검출된 공동 하부심도 및 공동폭을 획득하는 단계; 얻어진 상기 하부심도에서 상기 상부심도를 차감하여 상기 검출된 공동의 두께를 계산하는 단계; 및 상기 공동의 상부 면적, 두께, 공동폭을 이용하여 상기 공동의 부피를 산정하는 단계;를 포함한다.

Description

지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법{Estimation method of cavity volume from GPR data by C-scan contour, reflex response and diffraction response}

본 발명은 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, GPR 레이다그램의 C-스캔 등고선으로부터 공동의 상부 면적을 얻고, 반사 반응과 회절 반응으로 공동의 두께 및 폭을 획득하여 공동 부피를 산정할 수 있어 공동의 채움재의 양을 쉽게 산정할 수 있는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법에 관한 것이다.

최근, 도심지에서 노면 하부에 발달해 있는 공동으로 인해 도로가 함몰하는 지반침하 사고가 빈번하게 발생하면서 사회적 불안을 야기하고 있다.

이에 따라, 국내에서는 이러한 피해를 사전에 예방하기 위해 공동의 위치 및 심도를 확인할 수 있는 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar; GPR) 탐사를 활발히 수행 중에 있다.

하지만, 현재 GPR 탐사로 분석한 공동의 크기는 각 기술자의 주관적인 판단에 기반을 두고 있기 때문에 그 정확성과 신뢰성에 많은 문제점이 있다.

한편, 노면 하부에서 발견된 공동의 복구 방법은 크게 개착식과 비개착식 공법으로 나눌 수 있다.

개착식 공법은 현재 주로 사용하는 공법으로 노면에서 공동 위치까지 도로를 개착한 후 흙을 메우고 다짐을 한 다음 도로를 재포장하는 방법이다.

비개착식 공법은 지표면에서 공동까지 천공한 후 유동성 채움재를 주입하는 그라우팅(grouting) 공법이다.

개착식의 경우 원지반이 교란됨에 따라 지반 강도가 약해지고 비개착식에 비해 공사 기간과 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

반면, 그라우팅 공법은 원지반의 교란을 최소화할 수 있고, 개착식에 비해 시공이 용이하고 간단하지만 환경오염의 가능성과 공동 부피를 알아야 한다는 단점이 있다.

현재 공동 부피는 공동까지 천공한 후 내시경 카메라를 삽입하여 회전시키면서 측정하는 방법으로 이루어지는데, 이 경우 천공과 카메라 촬영을 위한 교통 통제가 필요하다. 공동 내부 촬영의 경우 레이저 거리 측정기기 부착된 고가의 내시경 카메라는 어느 정도 정확한 부피 산정이 가능하나 화면만 제공하는 일반 내시경 카메라의 경우 부피 산정이 어렵다.

한국 등록특허공보 제10-1820805호(특허문헌 1)에는 동공탐사용차(C)가 도로를 주행하면서 도로 하부 지하에 숨은 동공을 탐색하는 것으로서, 상기 동공탐사용차(C)의 전후방 하단부에 도로의 상태를 촬영하는 카메라가 각각 구비되어 있고 운전석 후방으로는 도로 하부 지하에 숨은 동공 탐색에 따른 정보 처리 및 표시부와 전방 정보수집부 및 후방 정보수집부가 순차적으로 구비되어 동공탐사용차(C) 자체에서 숨은 동공을 탐색 정보 수집, 처리, 표시를 전체적으로 이루어질 수 있도록 하되, 상기 전방 정보수집부에는 동공탐사용차(C) 외측 바닥면에 형성된 복수개의 제1 지표투과레이더부(10)가 도로의 지면과 일정간격을 유지 및 지면의 탐사 범위를 확개 가능하도록 상하 및 좌우 슬라이딩구동수단(100)이 구비되어 있고, 상기 후방 정보수집부에는 동공탐사용차(C) 외측 바닥면에 형성된 제2 지표투과레이더부(20)가 도로의 지면과 일정간격을 유지가능하도록 상하 슬라이딩구동수단(200)이 구비되고, 상기 제1, 2 지표투과레이더부(10,20)는 25채널로 구성되어 있어 1회 탐사시 25개의 종단면 및 평면, 횡단면이 획득이 가능한 차량형 멀티채널 안테나(120)를 포함하며, 상기 상하 및 좌우 슬라이딩구동수단(100)는, 중앙에 제1 유압실린더(101)가 구비되어 있고 상기 제1 유압실린더(101) 끝단에는 제1 푸싱판(102)이 구비되며 상기 제1 푸싱판(102)에는 다수개의 와이어(103)의 일단이 고정 결합되어 있고 상기 다수개의 와이어(103)의 타단은 상기 복수개의 제1 지표투과레이더부(10)의 하우징 상단 모서리에 각각 고정 결합되어 있으며 상기 다수개의 와이어(103) 사이에는 방향 전환을 위한 다수개의 롤러(104)가 결합되어 있으며, 상기 각각의 제1 지표투과레이더부(10)의 중앙에는 가로방향 일측으로 인입출되는 제2 유압실린더(105)가 구비되어 상기 제2 유압실린더(105)에 의해 상기 제1 지표투과레이더부(10)의 확개 하우징(106)이 상기 동공탐사용차(C)의 외측으로 확개토록 되어 있고, 상기 전방 및 후방 정보수집부에 연결된 제어부는 기계학습 알고리즘을 이용하여, 동공에서 취득한 진동 주파수의 특징 정보로부터 동공을 실시간으로 탐지 및 분류된 동공에 대한 항목별 조치요령에 따라 현장의 상황에 대한 보고서의 점검 항목에 "일치" 또는 "불일치"에 대한 정보를 입력할 수 있는 표시부를 포함하고, 상기 진동 주파수의 특징 정보로부터 동공을 실시간으로 탐지 및 분류된 동공에 대한 항목과 일치되지 않은 경우 관리자가 동공 상태를 상기 표시부에 수기로 기입하여, 상기 수기 기입 부분에 해당하는 동공을 재 탐색할 수 있고, 상기 재탐색에서 특수 상황에 따른 알람은 첫 번째 알람 대상자인 관리자가 부재 중이거나 일정 시간 내에 연락을 안 받을 경우 제 2, 제 3의 관리자에게 차례 대로 연락이 갈 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 지표 투과 레이더 탐사장치가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 차량형 멀티채널 안테나는 차량에 장착되어 25채널로 구성되어 있어 기존 단일채널 안테나 보다 폭 2.4m의 25개의 종단면 거리별 횡단면을 용이하게 획득 가능한 이점이 있고, 동공에 의한 도로함몰 발생전 동공 탐지를 수행하여 동공에 대한 피해를 사전 조치를 취함으로써 시민의 안전과 생명을 보호하는 장점이 있으나, 공동의 탐지만 가능하고 공동의 부피를 산정하는 기술이 구비되어 있지 않아 공동의 채움재의 양을 산정없는 단점이 있다.

또한, 본 발명의 출원인은 구조보정(migration), 힐버트 변환(Hilbert transform) 및 최대응답반전(Peak Response Inversion)을 수행하여 비슷한 형태의 신호들로부터 공동을 보다 정확하게 검출할 수 있는 지표투과레이다 자료 기반의 공동 검출 방법 및 공동 검출 장치로 특허 출원하여 등록(한국 등록특허공보 제10-1865016호(특허문헌 2))된 바 있으나, 이 특허문헌 2도 공동의 부피를 산정하는 기술이 개시되어 있지 않다.

: 한국 등록특허공보 제10-1820805호(2018.01.22.공고) "지표 투과 레이더 탐사장치" : 한국 등록특허공보 제10-1865016호(2018.06.05.공고) "지표투과레이다 자료 기반의 공동 검출 방법 및 공동 검출 장치"

British Society for Geomorphology, Geomorphological techniques, Part 1, Sec. 5.5 (2013), "1.5.5. Ground Penetrating Radar" http://www.xsgeo.com/course/mig.htm, "Kirchhoff Migration"

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 공동 부피를 산정할 수 있는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법을 제공하는 데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법은, a) 다중채널 지표투과레이다(ground penetrating radar)로부터 제공되는 GPR 레이다그램(radargram)의 B-스캔에서 쌍곡선(hyperbola) 형태를 찾아 공동(cavity)을 검출하는 단계;

b) 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 상부의 반사 반응으로 상기 검출된 공동 상부심도를 획득하는 단계;

c) 상기 GPR 레이다그램의 C-스캔으로 C-스캔 등고선을 수득하는 단계;

d) 상기 C-스캔 등고선을 이용하여 상기 검출된 공동의 상부 면적을 얻는 단계;

e) 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 하부 경계면에서의 회절 반응으로 상기 검출된 공동 하부심도 및 공동폭을 획득하는 단계;

f) 얻어진 상기 하부심도에서 상기 상부심도를 차감하여 상기 검출된 공동의 두께를 계산하는 단계; 및

g) 상기 공동의 상부 면적, 두께, 공동폭을 이용하여 상기 공동의 부피를 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 c) 단계의 C-스캔 등고선을 수득하는 것은,

상기 GPR 레이다그램의 심도별 C-스캔을 추출하는 단계;

상기 추출된 심도별 C-스캔에 대하여 전처리(pre-processing)를 수행하는 단계; 및

상기 전처리된 심도별 C-스캔을 수직중합(vertical stack)하여 등고선 형태의 C-스캔 등고선(contour)를 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 전처리 수행은,

상기 추출된 심도별 C-스캔의 이득 조절(gain control)하는 단계;

상기 이득 조절된 심도별 C-스캔의 잡음을 제거하는 단계; 및

상기 잡음 제거된 심도별 C-스캔을 디콘볼류션(deconvolution)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 산정된 부피에 유동성 채움재를 사용하여 비개착식 그라우팅 공법으로 공동을 복구할 때 필요한 채움재의 양을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 상기 다중채널 지표투과레이다가 차량형 GPR 탐사 장비에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, GPR 레이다그램의 C-스캔 등고선으로부터 공동의 상부 면적을 얻고, 반사 반응과 회절 반응으로 공동의 두께 및 폭을 획득하여 공동 부피를 산정할 수 있어 공동의 채움재의 양을 쉽게 산정할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지표투과레이더 자료의 C-스캔 등고선 및 공동의 모서리 회절을 이용한 공동 부피 산정 방법의 흐름도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 공동 반응의 형태를 설명하기 위한 사진,
도 3은 본 발명에 따라 심도별 C-스캔 등고선을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따라 수직 중합하여 얻어진 C-스캔 등고선을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따라 C-스캔 등고선을 수득하는 방법의 흐름도,
도 6은 본 발명에 따라 C-스캔을 전처리하는 방법의 흐름도,
도 7은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응을 설명하기 위한 모식적인 도면,
도 8은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응에 대한 B-스캔 및 C-스캔 등고선의 도면,
도 9는 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응을 설명하기 위한 모식적인 도면,
도 10은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응에 대한 B-스캔 및 C-스캔 등고선의 도면,
도 11은 본 발명에 따른 지표투과레이다 시스템을 나타내는 블록도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 반드시 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 상대적 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서, 실시예를 설명하기 전에 부연해 두면, 본 발명의 청구범위의 구성을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있는바, 하기 실시예는 청구범위에 있는 구성을 구현하는 하나의 예를 보여주기 위한 것임을 밝힌다. 따라서 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의해 제한되지 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다

도 1은 본 발명에 따른 지표투과레이더 자료의 C-스캔 등고선 및 공동의 모서리 회절을 이용한 공동 부피 산정 방법의 흐름도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 지표투과레이더 자료의 C-스캔 등고선 및 공동의 모서리 회절을 이용한 공동 부피 산정 방법은 먼저, 다중채널 지표투과레이다(ground penetrating radar)로부터 제공되는 GPR 레이다그램(radargram)(원시 자료)의 B-스캔에서 쌍곡선(hyperbola) 형태를 찾아 공동(cavity)을 검출한다(S100).

여기서, 다중채널 지표투과레이다는 노면 하부 공동탐사를 위하여 여러 개의 안테나가 배열(antenna array)을 이룬다. 그리고, 본 발명에서는 다중채널 지표투과레이다가 차량형 GPR 탐사 장비에 설치된 것일 수 있다.

그 다음, 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 상부의 반사 반응으로 상기 검출된 공동 상부심도를 획득한다(S110).

이후, 상기 GPR 레이다그램의 C-스캔으로 C-스캔 등고선을 수득한다(S120).

계속, 상기 C-스캔 등고선을 이용하여 상기 검출된 공동의 상부 면적을 얻는다(S130).

이어서, 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 하부 경계면에서의 회절 반응으로 상기 검출된 공동 하부심도 및 공동 폭을 획득한다(S140).

그 후, 얻어진 상기 하부심도에서 상기 상부심도를 차감하여 상기 검출된 공동의 두께를 계산한다(S150).

연이어, 상기 공동의 상부 면적, 두께, 공동폭을 이용하여 상기 공동의 부피를 산정한다(S160).

이렇게 공동의 상부 면적, 두께, 공동 폭을 이용하여 부피를 산정한 후, 산정된 부피에 유동성 채움재를 사용하여 비개착식 그라우팅 공법으로 공동을 복구할 때 필요한 채움재의 양을 산정하는 단계를 더 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명은 GPR 레이다그램의 C-스캔 등고선으로부터 공동의 상부 면적을 얻고, 반사 반응과 회절 반응으로 공동의 두께 및 폭을 획득하여 공동 부피를 산정할 수 있어 공동의 채움재의 양을 쉽게 산정할 수 있는 이점이 있는 것이다.

한편, 각각의 송, 수신 안테나 조합에서 얻어진 레이다그램의 단면을 'B-스캔(scan)' 또는 '섹션(section)'이라 하고, 동시에 획득한 여러 채널의 단면에서 동일한 심도의 데이터를 모은 것을 '단면적(cross section)' 또는 'C-스캔'이라 한다.

여기서, 'B-스캔'은 'B-스캔 이미지' 또는 'B-스캔 반응'으로 지칭될 수 있고, 'C-스캔'은 'C-스캔 이미지' 또는 'C-스캔 반응'으로 지칭될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 공동 반응의 형태를 설명하기 위한 사진이고, 도 3은 본 발명에 따라 심도별 C-스캔 등고선을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따라 수직 중합하여 얻어진 C-스캔 등고선을 설명하기 위한 도면이다.

GPR 레이다그램의 B-스캔에서 공동 반응은 도 2a와 같이 쌍곡선 형태(A)로 나타나고 C-스캔에서는 도 2b에 도시된 바와 같이 원형(B)에 가까운 형태를 보이게 된다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 C-스캔에서 심도별로 공동 반응을 얻은 다음, 이들을 수직중합(vertical stack)하면 도 4와 같이 등고선 형태의 'C-스캔 등고선(contour)'을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 C-스캔 등고선을 수득하는 방법의 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 따라 C-스캔을 전처리하는 방법의 흐름도이다.

도 5를 참고하면, 본 발명에서는 C-스캔 등고선을 수득하는 방법은 심도별 C-스캔을 추출한다(S200).

즉, 동시에 획득한 여러 채널의 공동 단면에서 동일한 심도 데이터를 모은 C-스캔을 추출하는 것이다.

그 다음, 상기 추출된 심도별 C-스캔에 대하여 전처리(pre-processing)를 수행(S210)한 다음, 상기 전처리된 심도별 C-스캔을 수직중합(vertical stack)하여 등고선 형태의 C-스캔 등고선(contour)를 수득한다(S220).

여기서, 상기 C-스캔을 추출하는 단계 및 상기 C-스캔 등고선을 수득하는 단계 사이에 진행하는 전처리 단계는 심도별 C-스캔의 각 등고선의 진폭(amplitude)을 평준화하고 분해능을 높이기 위한 것이다.

이러한 전처리 단계는 도 6에 도시된 바와 같이 추출된 심도별 C-스캔의 이득 조절(gain control)한다(S211), 상기 이득 조절된 심도별 C-스캔의 잡음을 제거하고(S212), 상기 잡음 제거된 심도별 C-스캔을 디콘볼류션(deconvolution)을 수행한다(S213).

도 7은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응을 설명하기 위한 모식적인 도면이고, 도 8은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응에 대한 B-스캔 및 C-스캔 등고선의 도면이다.

GPR이나 탄성파 탐사 자료에서 회절반응을 보는 것은 어렵지 않다. GPR 레이다그램에서 대표적인 회절반응은 각종 지중 매설물(케이블, 매설 관로 등)에서 오는 것이고, 그 밖에 소규모 공동이나 큰 돌멩이 등으로부터 발생하기도 한다.

회절반응은 반사면이 점(point reflector)이거나 각진 경우, 또는 뾰족한 경우에 흔히 발생한다.

어떤 반사면 형상에서 회절반응이 발생하느냐 아니면 반사 반응이 발생하느냐 하는 것은 탐사에 사용되는 GPR 안테나의 주파수에 따라 상대적인 것으로, 주파수가 낮을수록 파장이 커지므로 상대적으로 큰 형태에서도 회절반응이 생길 수 있다.

공동이 아주 둥근 형태이거나 매끈한 형태가 아니면 도 7과 같이 공동의 가장자리 경계면에서 회절반응(D)을 보이게 된다.

그리고, 공동의 상부 경계면에서는 반사반응(R)이 나타난다.

이러한 회절반응은 지하에서의 레이다파 속도에 따라 그 위치와 형태가 결정되는데, 동일 속도, 동일 심도에서는 동일한 모양을 가지게 된다.

따라서, C-scan에서 회절반응은 도 8에 도시된 바와 같이 심도에 따라 일정한 간격을 가진 등고선으로 나타나게 되고 중심에서 밖으로 갈수록 좁아지는 특성을 보이게 된다.

반면, 공동 상부 반사면에서의 반사파는 그 간격이 일정하지 않은데 이러한 회절반응과 반사파 반응의 패턴 인식(pattern recognition)하면 이들을 쉽게 구별해 낼 수 있다.

도 9는 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응을 설명하기 위한 모식적인 도면이고, 도 10은 본 발명에 따라 공동에서의 반사 반응과 회절 반응에 대한 B-스캔 및 C-스캔 등고선의 도면이다.

본 발명에서는 GPR 레이다그램의 B-스캔의 공동 반응 중 도 9에 도시된 바와 같이 공동의 하부경계면(또는 모서리)의 회절 반응(D)으로 공동의 하부심도 및 공동폭을 획득한다.

여기서, 공동의 모든 경계면이 아주 둥그스름하여 회절반응이 잘 나타나지 않는 경우도 있으나 대부분의 경우 공동은 어느 정도 각진 경계면을 포함하고 있고, 이 경계면에서 회절반응이 나타난다.

이러한 공동 하부 경계면에서의 회절반응을 분석하면 공동의 공동폭과 심도에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 공동 상부의 반사 반응(R1)으로 얻어진 공동 상부심도에서 공동 하부 경계면에서의 회절 반응(D1,D2)으로 검출된 공동 하부심도를 차감하여 공동의 두께를 계산한다.

그리고, 공동 하부 경계면 양측에서의 회절 반응(D1,D2)으로 획득된 공동의 공동폭을 계산할 수 있다. 여기서, 공동의 공동폭은 공동 하부 경계면 일측에서의 회절 반응(D1)에서 공동 하부 경계면 타측에서의 회절 반응(D2)의 거리이다.

도 11은 본 발명에 따른 지표투과레이다 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 11을 참조하면, 지표투과레이다 시스템은 지표투과레이다(110) 및 공동 검출 장치(120)를 포함할 수 있다.

지표투과레이다(110)는 펄스 신호(WAVE1)(또는, 임펄스 신호, 송신파)을 생성하여 송신부(111)(또는, 송신 안테나)를 통해 지표(GROUND)를 향해 방사하고, 피검출체(OBJ)(예를 들어, 공동(cavity) 등)에 의해 펄스 신호(WAVE1)가 반사된 반사 신호(WAVE2)를 수신부(112)(또는, 수신 안테나)를 통해 획득할 수 있다. 여기서, 펄스 신호(WAVE1)은 10MHz 내지 수 GHz 주파수 대역의 짧은 펄스를 가질 수 있다. 펄스 신호(WAVE1)의 주파수는 지표투과레이다의 해상도(resolution) 및 조사 심도(또는, 투과 깊이)를 결정하며, 펄스 신호(WAVE1)의 주파수가 높아질수록 해상도가 증가하며, 주파수가 낮아질수록 조사 심도가 증가할 수 있다. 피검출체의 특성에 따라 주파수가 결정되며, 복수의 주파수들(예를 들어, 600MHz, 200MHz)이 이용될 수 있다.

송신부(111)를 통해 방사된 펄스 신호(WAVE1)는 하향 전파되며, 전기적 특성이 다른 물질과 접촉하는 경우, 펄스 신호(WAVE1)의 전파 속도가 변경될 수 있다. 유전율이 급격히 변화하는 경우(예를 들어, 펄스 신호(WAVE1)가 유전율이 상대적으로 크거나 작은 피검출체(OBJ1)와 만나는 경우), 펄스 신호(WAVE1)의 적어도 일부가 수신부(112)로 반사될 수 있다. 지표투과레이다 시스템(100)은 반사 신호(WAVE2)에 기초하여 피검출체(OBJ)의 존재 여부를 판단하고, 펄스 신호(WAVE1)의 송신 시점 및 반사 신호(WAVE)의 수신 시점 간의 시간 차이(two-way travel time; TWT)에 기초하여 피검출체(OBJ)의 위치(또는, 깊이(depth))를 산출할 수 있다. 피검출체(OBJ)의 위치는 전파 속도 및 시간 차이에 비례하는 함수로 표현될 수 있다.

한편, 도 11에 도시되지 않았으나, 지표투과레이다(110)는 펄스 신호(또는, 임펄스 신호)(WAVE1)를 생성하여 송신하는 송신수단(또는, 펄스 발생기 및 펄스 송신회로), 수신부(112)로부터 제공되는 반사 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭된 반사 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨터버(A/D 컨버터) 및 지표투과레이다(110) 전체를 제어하고 원시 데이터(raw data)를 수집하며 송신부(111), 수신부(112) 등을 제어하는 중앙처리장치(CPU)를 포함할 수 있다. 한편, 지표투과레이다(110)는 일반적인 지표투과레이다로 구현될 수 있으므로, 지표투과레이다(110)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

D,D1,D2: 회절 반응
R,R1: 반사 반응

Claims (5)

1. a) 다중채널 지표투과레이다(ground penetrating radar)로부터 제공되는 GPR 레이다그램(radargram)의 B-스캔에서 쌍곡선(hyperbola) 형태를 찾아 공동(cavity)을 검출하는 단계;
   b) 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 상부의 반사 반응으로 상기 검출된 공동 상부심도를 획득하는 단계;
   c) 상기 GPR 레이다그램의 C-스캔으로 C-스캔 등고선을 수득하는 단계;
   d) 상기 C-스캔 등고선을 이용하여 상기 검출된 공동의 상부 면적을 얻는 단계;
   e) 상기 B-스캔으로부터 제공되는 상기 공동 하부 경계면에서의 회절 반응으로 상기 검출된 공동 하부심도 및 공동폭을 획득하는 단계;
   f) 얻어진 상기 하부심도에서 상기 상부심도를 차감하여 상기 검출된 공동의 두께를 계산하는 단계; 및
   g) 상기 공동의 상부 면적, 두께, 공동폭을 이용하여 상기 공동의 부피를 산정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계의 C-스캔 등고선을 수득하는 것은,
   상기 GPR 레이다그램의 심도별 C-스캔을 추출하는 단계;
   상기 추출된 심도별 C-스캔에 대하여 전처리(pre-processing)를 수행하는 단계; 및
   상기 전처리된 심도별 C-스캔을 수직중합(vertical stack)하여 등고선 형태의 C-스캔 등고선(contour)를 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 전처리 수행은,
   상기 추출된 심도별 C-스캔의 이득 조절(gain control)하는 단계;
   상기 이득 조절된 심도별 C-스캔의 잡음을 제거하는 단계; 및
   상기 잡음 제거된 심도별 C-스캔을 디콘볼류션(deconvolution)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 산정된 부피에 유동성 채움재를 사용하여 비개착식 그라우팅 공법으로 공동을 복구할 때 필요한 채움재의 양을 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 다중채널 지표투과레이다가 차량형 GPR 탐사 장비에 설치된 것을 특징으로 하는 지표투과레이더 자료의 C-scan 등고선, 반사반응과 회절반응을 이용한 공동 부피 산정 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images