KR102047206B1 - 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법은, 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료에 대한 체적함수비를 획득하는 단계; 및 상기 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
아래의 실시예들은 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치에 관한 것이다.
지반의 투수성은 사면과 터널의 안정성 해석, 매립지의 차수재 설계, 댐 설계 및 해석 등 여러 지반공학적 구조물 해석에서 중요한 인자로 인식되고 있다. 특히, 지하수위 위에 존재하는 불포화 사면에서 지반의 투수계수는 강우시 지표면 침투로 인한 사면의 거동 및 안정해석을 위한 필수적인 지반물성이다. 이러한 필수적이고 중요한 지반물성임에도 불구하고 국내 대부분의 지반을 이루는 풍화토를 대상으로 한 투수성에 관한 연구가 미흡한 실정이다.
일반적으로 비교적 변형이 발생하지 않는 지반에서 불포화 투수계수는 지반의 포화도, 즉 함수특성과 밀접한 관련을 맺고 있다. 이러한 함수특성은 물의 표면장력과 지반의 간극분포로 인하여 발생하는 모관 흡수력의 함수로 표현되며, 이러한 관계를 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)이라 한다. 결과적으로 지반의 불포화 투수계수는 모관 흡수력에 따라 변하게 된다.
하지만, 함수특성곡선 시험은 시간적, 경제적으로 모두 소비가 매우 크고 시험이 복잡하여 실질적인 공학적 적용을 위해 시험을 수행하기에는 어려움이 있다.
한국등록특허 10-1502423호는 이러한 불포화 토양의 흡입응력 측정장치에 관한 것으로, 불포화 토양의 응력상태를 평가하고 함수량에 따른 지반의 강도를 예측 및 평가하기 위해 사용되는 흡입응력 특성(suction stress characteristic)을 측정하기 위한 불포화 토양의 흡입응력 측정장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
실시예들은 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 불포화 토양의 흡입응력 측정을 위한 시료제작 방법 및 체적함수비와 초분광 카메라 시험의 연결성에 관한 기술을 제공한다.
실시예들은 기존의 함수특성 시험 및 분광특성 시험의 문제점을 보완하기 위해 함수특성곡선 시험장치와 초분광 카메라를 연계하여 시험을 진행함으로써, 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있는 지반의 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법은, 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료에 대한 체적함수비를 획득하는 단계; 및 상기 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계를 더 포함하고, 상기 반사율 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 상기 체적함수비를 추출할 수 있다.
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계는, 상기 함수특성곡선 시험을 통해 구한 상기 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화하여, 지반 시료의 체적함수비별 분광정보에 따른 회귀분석을 수행할 수 있다.
상기 함수특성곡선 시험 및 상기 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화할 수 있다.
상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계는, 상기 초분광 카메라 시험은 라인스캔(line scan) 방식을 통해 데이터를 측정하여 상기 반사율을 포함하는 분광정보를 획득할 수 있다.
상기 초분광 카메라 시험은, 대상물의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈와 입구 슬릿을 통해 받아들인 다음, 이미지분광기(Imaging spectrograph)를 거쳐 센서에 도달하게 하여 분광정보를 획득할 수 있다.
상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계는, 지반 시료의 조밀 정도인 상대밀도가 높거나 입자가 작을수록 표면적이 증가되어 반사율이 높으며, 상기 시료의 상대밀도 및 입자 크기에 따라 분광특성이 달라질 수 있다.
다른 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치는, 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료에 대한 체적함수비를 획득하는 함수특성곡선 시험부; 및 상기 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 초분광 카메라 시험부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 데이터베이스부를 더 포함하고, 상기 반사율 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 상기 체적함수비를 추출할 수 있다.
상기 데이터베이스부는, 상기 함수특성곡선 시험을 통해 구한 상기 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화하여, 지반 시료의 체적함수비별 분광정보에 따른 회귀분석을 수행할 수 있다.
상기 함수특성곡선 시험 및 상기 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화할 수 있다.
상기 초분광 카메라 시험부에서, 상기 초분광 카메라 시험은 라인스캔(line scan) 방식을 통해 데이터를 측정하여 상기 반사율을 포함하는 분광정보를 획득할 수 있다.
상기 초분광 카메라 시험은, 대상물의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈와 입구 슬릿을 통해 받아들인 다음, 이미지분광기(Imaging spectrograph)를 거쳐 센서에 도달하게 하여 분광정보를 획득할 수 있다.
상기 초분광 카메라 시험부는, 지반 시료의 조밀 정도인 상대밀도가 높거나 입자가 작을수록 표면적이 증가되어 반사율이 높으며, 상기 시료의 상대밀도 및 입자 크기에 따라 분광특성이 달라질 수 있다.
실시예들에 따르면 기존의 함수특성 시험 및 분광특성 시험의 문제점을 보완하기 위해 함수특성곡선 시험장치와 초분광 카메라를 연계하여 시험을 진행함으로써, 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있는 지반의 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 함수특성곡선 시험 및 초분광 카메라 시험의 연계를 통해 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축함으로써, 기존의 데이터베이스 구축을 위한 시간/인력 소모성 및 데이터 신뢰성에 대한 한계점을 극복할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 파장대별 활용 가능 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 온도에 따른 파장대별 분광복사량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 질량 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 물 분자의 기준 진동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 물 분자 반응 스펙트럼 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a은 일 실시예에 따른 초분광 카메라 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 통한 데이터 측정 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 시료별 완전 건조 분광특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 주문진 표준사 상대밀도별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토(풍화토)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사(모래)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 함수특성곡선 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치를 나타내는 블록도이다.
도 14a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 14b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 14c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 온도에 따른 파장대별 분광복사량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 질량 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 물 분자의 기준 진동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 물 분자 반응 스펙트럼 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a은 일 실시예에 따른 초분광 카메라 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 통한 데이터 측정 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 7a는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 시료별 완전 건조 분광특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 주문진 표준사 상대밀도별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토(풍화토)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사(모래)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 함수특성곡선 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치를 나타내는 블록도이다.
도 14a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 14b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 14c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 최적 방재시설 설계기술 및 재난대응 분야에 관한 것으로, 불포화 토양의 흡입응력 측정을 위한 시료제작 방법 및 체적함수비와 초분광 카메라 시험의 연결성에 관한 기술을 제안한다.
실시예들은 기존의 함수특성 시험 및 분광특성 시험의 문제점을 보완하기 위해 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험장치와 초분광 카메라(초분광 캠)를 연계하여 시험을 진행함으로써, 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있는 지반의 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
아래의 실시예들은 지반의 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 기술에 관한 것으로, 먼저, 분광기법을 적용한 지반 체적함수비 추출 기술에 관해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 파장대별 활용 가능 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 흙과 물 등 모든 물체는 그 종류에 따라 고유의 전자파 반사특성을 가진다. 분광반사곡선(100)은 물체의 종류에 따라 에너지를 흡수하고 반사하는 파장대가 서로 달라 각 물체가 가지고 있는 고유정보 추출이 가능하다.
예를 들어, 분광반사곡선(100)에서 110은 그림자로 가려진 물질을 분석하고, 해안선 조사를 위한 물 투과성을 확인할 수 있고, 120은 식생 인식 및 분류를 할 수 있고, 수체 표면의 기름막 존재 여부를 분류할 수 있다. 130은 해안선 조사를 위한 물 투과성을 확인할 수 있고, 식생간 분류를 할 수 있으며, 140은 위장막 탐지 및 분류, 해안선 탐지, 식생 인식, 해양 선박 확인, 및 인공 대상물 탐지가 가능하다. 그리고, 150은 광물질 분석, 수체 표면 기름막 분류 분석, 수분함량 분석, 위장막 탐지 및 분류, 및 폭발물 탐지가 가능하고, 160은 야간 대상물 식별, 해수온 분석, 매연 확인, 가스상 물질 인식, 및 열 유동성 확인이 가능하며, 170은 해수온 분석, 가스상 물질 인식 및 분석, 열 유체 분석, 및 광물질 분석이 가능하다.
이러한 특성을 이용하여 분광법을 적용한 지반 체적함수비를 추출할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 지반의 수분 함량이 증가함에 따라 분광 반사율이 낮아지는 특성을 이용하여 지반의 함수량에 따른 분광특성을 분석함으로써 현장 지반의 함수비(체적함수비) 데이터를 획득하고, 기존 함수비 측정결과와 비교하여 신뢰성을 검증할 수 있다.
아래에서는 분광과 관련된 법칙 및 방법론에 대해 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 온도에 따른 파장대별 분광복사량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 온도에 따른 파장대별 분광복사량 변화를 확인할 수 있으며, 이는 키르히호프 복사법칙에 의해 설명될 수 있다. 키르히호프 복사법칙은 일정한 온도에서 같은 파장의 복사에 대한 물체의 흡수율/반사율 비는 항상 일정하다.
즉, 같은 온도로 달구어진 물체는 돌이든 쇠든 방출하는 빛의 분포가 똑같은 것을 의미한다. 온도가 감소하면, 흑채복사 곡선 정점의 크기는 줄어들고 파장은 길어지는 방향으로 이동한다.
또한, 플랑크 법칙을 통해 온도 T의 흑체로부터 나오는 모든 파장의 복사를 설명할 수 있다. 플랑크 법칙을 주파수 v의 함수로 나타내면 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
이 함수는 표면의 단위면적당, 단위 입체각당 및 단위 주파수당 방출되는 파워(단위 시간당 에너지)를 나타낸다. 플랑크 법칙은 모든 입체각에 대해 적분하여 방출되는 파워에 대해 
로 표현될 수 있다. 또한, 단위부피에 대한 에너지에 대해, 
로 표현될 수 있다. 이 함수 
는 hv = 2.82kT에서 최대값을 가지며 주파수가 증가할수록 급격하게 감소한다.
도 3은 일 실시예에 따른 질량 스펙트럼을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 질량 분광법(Mass Spectrometry, MS)은 분자를 이온화하고, 질량과 전하의 비에 따라 이온을 분류할 수 있는 것으로, 스펙트럼을 이용하여 샘플의 원소 또는 동위 원소, 입자 및 분자의 질량을 결정하고 화학구조를 규명할 수 있다.
즉, 시료를 진공 방전법, 전자 충격법 등에 의해 이온화시키고, 전자기적인 방법으로 각 이온을 질량수마다 분리하여 이온량을 측정할 수 있다. 결과는 질량과 전하의 비에 따라 시료 고유의 질량 스펙트럼을 측정할 수 있다.
한편, 원자들의 결합으로 이루어진 분자는 각 결합원자들 사이에 각각 고유의 진동을 한다. 이러한 분자에 파장을 변화시킨 적외선을 연속적으로 조사해 나가면 분자고유의 진동 에너지에 대응하는 적외선이 흡수됨에 따라 분자의 구조에 대응하는 특유의 스펙트럼이 얻어지게 된다. 이 적외선 흡수 스펙트럼으로부터 분자의 구조를 해석하는 방법을 적외선 흡수 분광법(infrared absorption spectroscopy)이라 하며, 어떤 화합물이 가지는 작용기의 종류를 밝히는데 가장 적당한 방법이라 할 수 있다.
분자 내 원자의 진동은 신축 진동(stretching vibration)과 굽힘 진동(bending vibration)의 2 종류로 구분할 수 있다. 신축 진동은 원자간의 거리가 증감하는 진동이고, 굽힘 진동은 원자의 위치가 결합 축으로부터 벗어나는 진동이다. 이러한 진동과 동일한 진동수의 적외선이 분자에 조사되면 그 광자의 에너지가 흡수되어 분자는 들뜬 상태(exited state)가 된다. 이것이 적외선 흡수의 원리이며 작용기에 따라 흡수되는 적외선의 파장이 다르므로 이러한 성질을 분석에 이용할 수 있다.
아래에서 적외선 흡수 분광법을 이용한 분광특성에 대해 보다 상세히 설명한다.
자외선 가시선 분광법은 전자 전이에 바탕을 두고 있지만, 적외선 흡수 분광법은 분자의 운동과 회전운동에 관계가 있다. 어떤 분자에 적외선을 조사하면 X-선이나 자외선, 가시광선보다 에너지가 낮으므로 원자 내 전자가 전이 현상을 일으키지 못하고 분자의 진동(vibration), 회전(rotation), 병진(translation) 등과 같은 여러 분자운동을 일으키게 된다. 주로 분자의 진동에 의한 특수한 흡수 스펙트럼이 나타나며, 이것을 분자의 진동 스펙트럼(molecular vibration spectrum) 또는 적외선 스펙트럼(IR spectrum)이라 할 수 있다.
분자 진동의 종류는 크게 신축(streching)과 굽힘(bending)진동으로 나눌 수 있다. 신축진동은 2개의 원자 사이의 결합 축에 따라 원자간의 거리가 계속적으로 변하는 운동으로 대칭과 비대칭 운동이 있다. 굽힘진동은 2 개의 결합 사이의 각도가 변하는 진동으로 가위질진동(scissoring), 좌우흔듦운동(rocking), 앞뒤흔듦진동(wagging) 및 꼬임진동(twisting)으로 구분할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 물 분자의 기준 진동을 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 5는 일 실시예에 따른 물 분자 반응 스펙트럼 양상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, (a)는 대칭 신축진동을 나타내며, (b)는 비대칭 신축진동을 나타내고, (c)는 굽힘진동을 나타낸다. 적외선에 의하여 물 분자(H2O)가 진동하게 되고, 각각의 기준 진동 방식에 따라 물 분자 고유의 진동 에너지에 대응하는 적외선이 흡수되어, 도 5와 같은 스펙트럼 양상을 나타내게 된다.
아래에서는 지반 시료의 예시로써 국내 화강 풍화토, 주문진 표준사 및 실트를 채취하여 분광특성을 파악한다.
도 6a은 일 실시예에 따른 초분광 카메라 원리를 설명하기 위한 도면이다. 그리고 도 6b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 통한 데이터 측정 결과의 예를 나타내는 도면이다.
초분광 카메라(초분광 센서) 시험을 통하여 영상을 구성하는 각 화소에 해당하는 지표물의 완전한 분광특성곡선을 얻을 수 있다. 지난 100여 년 동안 화학, 생물학, 천문학 등에서 대상물체의 특성을 구명하기 위한 수단으로 분광계(spectrometer, spectro-radiometer)를 사용해 왔고, 원격탐사 분야에서도 실험실이나 야외에서 다양한 지표물의 분광반사곡선을 측정하기 위하여 분광계를 사용하고 있다. 분광계가 하나의 물체에서 하나의 분광곡선을 측정할 수 있는 반면에, 초분광 영상은 영상을 구성하는 모든 화소마다 분광특성곡선을 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 각 화소에 해당하는 목표물과 관련된 정보를 추출하는 데 사용된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 초분광 카메라(600)는 라인스캔(line scan) 방식을 통해 데이터를 측정할 수 있다. 이 때, 측정된 데이터는 공간 정보, 스펙트럼 정보 및 이미지 정보를 포함하는 데이터큐브(DataCube) 형태로 저장될 수 있다.
초분광 카메라(600)를 이용하여 데이터를 측정하는 원리는 대상물(Target, 610)의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈(620)와 입구 슬릿(630)을 통해 받아들이게 되면, 이것을 Imspector이라고 하는 이미지분광기(Imaging spectrograph, 640)를 거쳐 센서(650)(예컨대, Matrix detector)에 도달하게 된다.
일반적인 분광 카메라는 어느 한 점(spot)만을 측정하지만, 도 6b에 도시된 바와 같이, 초분광 카메라(600)는 라인(line)을 측정하게 되며, 이 라인(line)에는 수많은 점들에 대한 정보가 포함되어 있고, 결국 라인스캔을 하여 촬영된 이미지에서는 각각의 픽셀마다 분광정보가 포함된 결과를 얻을 수 있다.
아래에서는 하나의 예를 들어 풍화토, 표준사 및 실트의 완전 건조 시료의 분광특성을 시험을 통해 확인할 수 있다.
단파장 적외선 영역은 물질을 구성하고 있는 분자의 운동에 의한 에너지의 흡수가 일어나는 파장대이므로, 반사스펙트럼에서의 흡수피크는 광물의 구조적 특징보다는 구성원소의 종류에 따라 결정되며, 광물 내의 결합은 부차적인 요소가 된다. 광상 형성과 관련된 열수 변질대는 광화 유체에 의한 원소의 이동과 이와 관련된 광물의 붕괴 및 형성과정에 의해 만들어지므로, 단파장 적외선에 의한 광상탐사를 통하여 효과적인 결과를 얻을 수 있다.
완전 건조된 각 시료별 분광특성을 규명하기 위하여 시험 장비를 구성하여 진행할 수 있다. 시험에 사용된 풍화토(화강 풍화토)는 부산시 황령산에서 채취되었고, 모래는 주문진 표준사가 채취되었으며, 실트는 새만금 지역에서 채취된 준설토를 이용하여 시험을 시행하였다. 시험에 이용된 흙의 분류 특성을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[표 1]
도 7a는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 그리고 도 7b는 일 실시예에 따른 초분광 카메라를 이용한 시험 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 일 실시예에 따른 초분광 카메라(710)를 이용한 시험 장비를 나타내며, 초분광 카메라(710)는 하부에 스펙토그래프(Spectrograph, 720) 및 렌즈부(730)를 포함할 수 있으며, 하부의 시료를 측정할 수 있다. 이 때 하부의 시료는 샘플 받침부(750) 상에 배치될 수 있고, 샘플 받침부(750)는 트렌스레이션 스테이지(Translation Stage, 760) 상에 구성되어 모터(770)에 의해 수평 방향으로 이동될 수 있다. 그리고 상측에 적어도 하나 이상의 광원(740)이 구성되어 시료를 비추도록 구성될 수 있다. 한편, 초분광 카메라(710)는 컴퓨터 시스템(780)과 연결될 수 있다.
여기에서는 하나의 예시로써 시험에 사용된 초분광 카메라(710)는 SPECIM FX 17로 900~1700nm 영역대의 파장을 사용하고, 랩 스캐너는 LabScanner Setup 40*20을 사용할 수 있다. 또한 시험은 빛을 차단한 암실에서 진행하고 광원은 광량 조절이 가능한 할로겐 조명을 이용하였으며, 광원은 양쪽에서 시료를 비추도록 복수의 광원이 수직방향에서 약 15°씩 기울어지도록 설치하여 반사광의 공간에 따른 불균일성을 최소화할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 시료별 완전 건조 분광특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일반적으로 가시광선 및 근적외선 파장대에서 흙의 입자가 작을수록 분광 반사율이 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 토양 입자가 작을수록 표면적이 증가되고 표면적의 증가는 보다 많은 광 에너지를 반사해 반사율이 높게 나타나는 이유이다. 그러므로 간극비 또한 반사율에 영향을 미친다고 볼 수 있다.
간극비가 클수록 흙 입자가 차지하는 표면적은 감소하게 되므로, 모래(820)와 실트(810)에 비해 간극비가 큰 화강 풍화토(830)의 반사율이 가장 낮게 측정되었고, 간극비가 가장 작은 실트(810)가 반사율이 가장 크게 측정되었다.
또한, 모래(820)는 주로 석영으로 이루어져 있고, 석영은 마그마의 분화 말기단계에서 유리된 H2O가 증가된 과포화상태와 함께 고립된 환경을 통하여 석영의 결정구조 내에 부분적으로 O-H 결합 또는 H2O 결합이 가능한 것으로 보고되고 있다. 표준석영의 스펙트럼에서는 매우 미약한 1400nm와 2200nm 부근의 O-H기에 의한 흡수피크가 인지되고 있고, 1900nm는 석영 결정 내에 함유된 H2O의 존재 가능성을 시사하고 있다. 마찬가지로 본 실시예에서도 도 8에 도시된 바와 같이 건조된 모래(820)와 화강 풍화토(830)에서 1400nm 부근의 미약한 흡수피크를 발견할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 주문진 표준사 상대밀도별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 상대밀도에 따른 모래의 분광특성을 규명하기 위해 시험을 구성하여 진행할 수 있다. 시험에는 하나의 예로써 주문진 표준사를 사용하였다. 상대밀도는 다음 식과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 상대밀도는 모래의 조밀 정도를 나타내는 좋은 지표이다. 상대밀도가 높을수록 모래의 입자가 조밀한 것을 나타내고, 상대밀도가 낮을수록 느슨한 것을 나타낸다.
높은 상대밀도일수록 입자가 조밀하게 구성되어 표면적이 증가하게 된다. 따라서 증가된 표면적에 의하여 반사될 수 있는 면적이 증가하게 된다. 이는, 상대밀도가 증가할수록 표면적이 증가함에 따라 보다 많은 광 에너지를 반사해 반사율이 높게 나타나는 이유와 일치한다. 그러므로 상대밀도에 따라 분광특성이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상대밀도 80%(910)의 경우, 상대밀도 60%(920) 및 상대밀도 40%(930) 보다 증가된 표면적에 의하여 반사될 수 있는 면적이 증가하게 됨으로써 보다 많은 광 에너지를 반사해 반사율이 높게 나타난다.
다음은 일 실시예에 따른 풍화토, 모래 및 실트의 체적함수비별 반사율 양상을 나타낸다.
도 10a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토(풍화토)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이고, 도 10b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사(모래)의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이며, 도 10c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광특성을 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 단파장 적외선 영역인 1,300~2,500nm의 영역에서는 흡수피크가 주로 수분 및 광물 내의 수산기(OH)에 의해 일어날 수 있다. 1400nm에서 나타나는 수분에 의한 흡수피크는 결정구조상 팔면체에 위치한 수산기와 양이온에 의한 흡수피크에 비하여 넓고 비대칭적이기 때문에 대상 광물의 특성 피크를 상쇄시키는 결과로 나타날 수 있다. 또한, 반사율은 모든 흙에 대한 체적함수비 증가와 함께 감소할 수 있다.
본 실시예에 따른 실험에서 체적함수비의 증가와 함께 반사율이 감소하는 모습을 확인할 수 있다. 이러한 이유는 흙의 수분이 증가할수록 산란효과가 더 크게 발생하게 됨으로써 반사율이 낮아진다고 볼 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 함수특성곡선 형태를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 불포화 지반 내에서는 간극 내부에 존재하는 물과 공기의 압력차에 의한 표면장력으로 인해 모세관현상이 유발되고 이는 부의 간극수압을 야기시킨다. 불포화 지반의 중요한 물성 중의 하나는 흐름특성을 나타내는 불포화 투수계수이다. 불포화 지반의 투수성은 지반이 함유하고 있는 수분량, 즉 함수비와 밀접한 관련을 맺고 있다.
낮은 모관 흡수력으로 인하여 지반 내부에 함수비가 많은 상태에서 물이 보다 원활히 이동할 수 있을 때 투수계수가 커지는 경향을 보이는 것이 일반적이다. 반면, 모관 흡수력이 증가하여 함수비가 감소하면 지반의 투수성은 감소하게 된다. 이러한 불포화지반의 투수성은 함수특성곡선과 유사한 형태를 보이게 된다.
함수특성곡선(SWCC)은 흙 속의 물의 양과 모관 흡수력과의 관계로 정의되며, 물의 양은 중량함수비, 체적함수비, 또는 포화도로 나타낼 수 있다. 일반적으로는 체적함수비와 모관 흡수력과의 관계로 나타내며, 전형적인 함수특성곡선 모양은 도 11과 같이 나타낼 수 있다. 포화된 흙의 간극에서 모관 흡수력이 증가해도 공기함입치(air-entry value)를 초과할 때까지는 물이 유출되지 않는다. 이러한 공기함입치는 간극으로 공기가 유입되기 시작하는 압력으로 정의된다. 그리고 모관 흡수력의 증가에도 불구하고 더 이상 물이 추출되지 않는 함수비를 잔류 함수비라 한다.
하지만, 함수특성(함수특성곡선, SWCC) 시험은 시간적, 경제적으로 모두 소비가 매우 크고 시험이 복잡하여 실질적인 공학적 적용을 위해 시험을 수행하기에는 어려움이 있다.
또한, 분광특성 시험시 흙의 수분함량에 따른 시료의 조성 변화와 교란이 발생할 수 있으며, 지점별로 수분함량이 다를 수 있다.
따라서 각각의 함수특성 시험 및 분광특성 시험의 문제점을 보완하기 위해 본 실시예에서는 함수특성곡선 시험장치와 초분광 카메라를 연계하여 시험을 진행할 수 있다. 그 결과, 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있다. 아래에서 함수특성곡선 시험(SWCC Test) 및 분광특성 시험 연계 기술에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 12는 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법은, 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 체적함수비를 획득하는 단계(1210), 및 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계(1220)를 포함하여 이루어질 수 있다.
지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계(1230)를 더 포함하고, 반사율 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 체적함수비를 추출할 수 있다.
실시예들에 따르면 함수특성곡선 시험 및 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화할 수 있다. 또한, 지반의 수분 함량이 증가함에 따라 분광 반사율이 낮아지는 특성을 이용하여 지반의 함수량에 따른 분광특성을 분석함으로써 현장 지반의 함수비(체적함수비) 데이터를 획득할 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법을 하나의 예를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법은 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치를 통해 설명할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치를 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치(1300)는 함수특성곡선 시험부(1310) 및 초분광 카메라 시험부(1320)를 포함하여 이루어질 수 있다. 실시예에 따라 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치(1300)는 데이터베이스부(1330)를 더 포함할 수 있다. 이러한 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치(1300)는 하나의 장치로 구성될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치(1300)는 컴퓨터를 이용하여 수행될 수 있다.
단계(1210)에서, 함수특성곡선 시험부(1310)는 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료의 체적함수비를 획득할 수 있다.
단계(1220)에서, 초분광 카메라 시험부(1320)는 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 체적함수비별 반사율을 측정할 수 있다.
초분광 카메라 시험부(1320)에서, 초분광 카메라 시험은 라인스캔(line scan) 방식을 통해 데이터를 측정하여 반사율을 포함하는 분광정보를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로, 초분광 카메라 시험은 대상물의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈와 입구 슬릿을 통해 받아들인 다음, 이미지분광기(Imaging spectrograph)를 거쳐 센서에 도달하게 하여 분광정보를 획득할 수 있다.
초분광 카메라 시험부(1320)에서 지반 시료의 조밀 정도인 상대밀도가 높거나 입자가 작을수록 표면적이 증가되어 반사율이 높으며, 시료의 상대밀도 및 입자 크기에 따라 분광특성이 달라질 수 있다. 함수특성곡선 시험 및 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화할 수 있다.
더욱이, 단계(1230)에서, 데이터베이스부(1330)는 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축할 수 있다. 이에 따라 반사율 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 체적함수비를 추출할 수 있다.
데이터베이스부(1330)는 함수특성곡선 시험을 통해 구한 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화하여, 지반 시료의 체적함수비별 분광정보에 따른 회귀분석을 수행할 수 있다.
이와 같이 함수특성곡선 시험 및 초분광 카메라 시험의 연계를 통해 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축함으로써, 기존의 데이터베이스 구축을 위한 시간/인력 소모성 및 데이터 신뢰성에 대한 한계점을 극복할 수 있다.
상기와 같이 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축함으로써 지반의 분광정보(반사율)에 따른 시료별 체적함수비 특성 파악할 수 있다.
아래에서는 분광정보(반사율)에 따른 시료별 체적함수비 특성 파악과 데이터베이스(DB) 구축에 대해 설명한다.
다음은 일 실시예에 따른 각 시료 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다. 도 14a는 일 실시예에 따른 화강 풍화토의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이고, 도 14b는 일 실시예에 따른 주문진 표준사의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이며, 도 14c는 일 실시예에 따른 실트의 체적함수비별 분광정보 회귀분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 분광정보(반사율)는 수산기(OH) 흡수피크 구간인 1400~1450nm의 평균값을 사용하였으며, 함수특성곡선(SWCC) 시험을 통해 구한 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화할 수 있다. 화강 풍화토(풍화토), 주문진 표준사(모래) 및 실트 총 3가지 시료 모두에서 결정계수 
가 0.7 이상임을 확인할 수 있고, 분광정보(반사율)를 기반으로 체적함수비를 추출할 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한, 화강 풍화토, 주문진 표준사 및 실트에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축할 수 있다.
실시예들에 따르면 체적함수비와 초분광 카메라 시험의 연결성을 이용하여 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선(SWCC)-초분광 캠 테스트 방법 및 장치를 제공할 수 있고, 이에 따라 시료 제작의 신뢰성을 최대화시킬 수 있다.
실시예들에 따른 지반의 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선(SWCC)-초분광 캠 테스트 방법 및 장치는 최적 방재시설 설계기술 및 재난대응 분야에 관한 것으로, 최적 방재시설 설계 및 시공에 직접적으로 적용될 수 있다.
실시예들은 시료 제작을 하면서 발생할 수 있는 오류를 최소화 시켰으며, 동시에 함수특성곡선(SWCC) 시험결과로 나타나는 체적함수비와 흡입응력을 초분광 카메라 시험에 이용할 수 있다. 종래 기술에서는 시료 제작간 발생할 수 있는 오류들을 무시하였고 이를 단지 함수특성곡선(SWCC)에만 적용하였으나, 본 발명에서는 데이터의 신뢰성을 높이며 함수특성곡선(SWCC)와 초분광 카메라 데이터 연계를 가능하게 하였다. 본 실시예들에 따른 함수특성곡선(SWCC) 시험을 통해 제작된 시료를 이용하여 초분광 카메라 시험을 진행하게 된다면, 기본 실험 방식보다 신뢰성 높은 데이터 획득이 가능하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (14)
- 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료에 대한 체적함수비를 획득하는 단계;
상기 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계; 및
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계
를 포함하고,
상기 초분광 카메라 시험은, 라인스캔(line scan) 방식에 따라 다수개의 점들에 대한 정보가 포함되어 있는 라인을 측정함에 따라 데이터를 측정하여, 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율의 정보를 포함하는 분광정보를 획득하며, 상기 라인스캔 방식을 통해 측정된 데이터는 공간 정보, 스펙트럼 정보 및 이미지 정보를 포함하는 데이터큐브(DataCube) 형태로 저장되고,
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계는,
구축된 상기 기초 데이터베이스(DB)를 이용하여 상기 지반 시료에 대한 반사율의 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 상기 체적함수비를 추출하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 단계는,
상기 함수특성곡선 시험을 통해 구한 상기 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화하여, 지반 시료의 체적함수비별 분광정보에 따른 회귀분석을 수행하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법. - 제1항에 있어서,
상기 함수특성곡선 시험 및 상기 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 초분광 카메라 시험은,
대상물의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈와 입구 슬릿을 통해 받아들인 다음, 이미지분광기(Imaging spectrograph)를 거쳐 센서에 도달하게 하여 분광정보를 획득하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법. - 제1항에 있어서,
상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 단계는,
지반 시료의 조밀 정도인 상대밀도가 높거나 입자가 작을수록 표면적이 증가되어 반사율이 높으며, 상기 시료의 상대밀도 및 입자 크기에 따라 분광특성이 달라지는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 방법. - 함수특성곡선(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC) 시험을 수행하여 지반 시료에 대한 체적함수비를 획득하는 함수특성곡선 시험부;
상기 함수특성곡선 시험 결과로 획득한 상기 체적함수비를 이용하여 초분광 카메라 시험을 수행하여 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율을 측정하는 초분광 카메라 시험부; 및
상기 지반 시료에 대한 반사율-체적함수비 기초 데이터베이스(DB)를 구축하는 데이터베이스부
를 포함하고,
상기 초분광 카메라 시험은, 라인스캔(line scan) 방식에 따라 다수개의 점들에 대한 정보가 포함되어 있는 라인을 측정함에 따라 데이터를 측정하여, 상기 지반 시료의 체적함수비별 반사율의 정보를 포함하는 분광정보를 획득하며, 상기 라인스캔 방식을 통해 측정된 데이터는 공간 정보, 스펙트럼 정보 및 이미지 정보를 포함하는 데이터큐브(DataCube) 형태로 저장되고,
상기 데이터베이스부는,
구축된 상기 기초 데이터베이스(DB)를 이용하여 상기 지반 시료에 대한 반사율의 정보를 포함하는 분광정보를 기반으로 상기 체적함수비를 추출하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치. - 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 데이터베이스부는,
상기 함수특성곡선 시험을 통해 구한 상기 체적함수비를 이용하여 지수형태 회귀분석(exponential regression)을 통해 정량화하여, 지반 시료의 체적함수비별 분광정보에 따른 회귀분석을 수행하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치. - 제8항에 있어서,
상기 함수특성곡선 시험 및 상기 초분광 카메라 시험을 연계하여 시험을 진행함에 따라 연속적인 측정이 가능하며 시험자에 의해 발생되는 오차를 최소화하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치. - 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 초분광 카메라 시험은,
대상물의 하나의 라인(line)을 광학 렌즈와 입구 슬릿을 통해 받아들인 다음, 이미지분광기(Imaging spectrograph)를 거쳐 센서에 도달하게 하여 분광정보를 획득하는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치. - 제8항에 있어서,
상기 초분광 카메라 시험부는,
지반 시료의 조밀 정도인 상대밀도가 높거나 입자가 작을수록 표면적이 증가되어 반사율이 높으며, 상기 시료의 상대밀도 및 입자 크기에 따라 분광특성이 달라지는 것
을 특징으로 하는, 체적함수비별 반사율 측정을 위한 함수특성곡선-초분광 캠 테스트 장치.
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| KR20180131763 | 2018-10-31 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112577906A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-30 | 上海市园林科学规划研究院 | 城市绿地土壤含水率检测方法 |
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