KR102117865B1

KR102117865B1 - Gpr 지질 탐사 시스템

Info

Publication number: KR102117865B1
Application number: KR1020190158754A
Authority: KR
Inventors: 이동기; 정지용
Original assignee: 이동기
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-06-09

Abstract

하나 이상의 SFMC 방식의 GPR 탐사장치와 하나 이상의 단말기를 포함하는 GPR 지질 탐사 시스템을 개시한다. 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템은 안테나부와 제어부를 포함하고, 상기 안테나부는 송신기와 송신안테나를 포함하여, 외부로 전자기파를 발사할 수 있는 송신안테나부; 그리고 발사되어 반사된 반사파를 수신하여 1차 가공할 수 있는 수신기와 수신안테나부를 포함하는 수신안테나부를 포함하고, 제어부는 지반 스캐닝을 제어하기 위해 제공되는 설정 주파수대역과, 미리 입력되어 있는 매질 중 사용자가 선택하는 어느 하나의 매질을 이용하여 선택된 매질의 선택된 범위 깊이에서의 탐사 데이터를 획득하는 신호제어부; 상기 수신기가 송신하는 반사파를 디지털 신호로 변환하는 신호변환부; 그리고 적어도 둘 이상의 변수 클럭을 생성하고 상기 신호변환부에 동기 신호를 전송하는 클럭발생기; 상기 신호제어부에게 설정 주파수대역을 생성하기 위하여 출력 최소값~최대값 범위 내에서 출력을 조절하는 출력조절부; 상기 신호제어부가 획득한 탐사 데이터를 구분하여 저장하는 기억장치; 상기 탐사장치가 이동하는 거리에 비례하여 펄스 신호를 상기 신호제어부에 제공하는 펄스 인코더; GPS 위치정보를 획득할 수 있는 GPS; 전원을 공급하기 위한 전원부; 그리고 상기 하나 이상의 단말기와의 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 탐사장치 통신부를 포함하며, 상기 단말기는 상기 하나 이상의 탐사장치와 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 단말기 통신부; 상기 하나 이상의 탐사장치가 송신하는 탐사데이터를 사용자의 선택에 따라 2D 도는 3D 모델로 시각화하는 합성 프로그램; 그리고 상기 합성 프로그램에 의해 시각화된 탐사데이터를 지반탐사정보 데이터로서 하나 이상 구분되어 저장하는 데이터 저장부를 포함하고, 상기 단말기는 또한 둘 이상의 기 설정된 매질 종류 중 어느 하나를 선택할 수 있는 입력 인터페이스를 제공한다.

Description

GPR 지질 탐사 시스템{GPR GEOLOGICAL EXPLORATION SYSTEM}

본 발명은 GPR(지표투과 레이더; Ground Penetrating Radar)를 이용하여 지질을 탐사하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 60MHz~500MHz 대역의 다중 주파수를 사용하고 탐사 펄스를 가변하여 지면으로부터 특정 깊이의 지하 범위내 지질을 선별적으로 탐사할 수 있는 GPR 지질 탐사 시스템에 관한 것이다.

GPR(지표투과 레이더; Ground Penetrating Radar)은 지표를 투과할 수 있는 고주파수 대역 전자기파로서, MHz~GHz 대역의 전자기파를 발신하고, 지반 및 구조물에 반사된 파를 수신하여 반사파의 파형을 분석함으로서 눈으로 보이지 않는 지반 및 구조물의 내부를 관측할 수 있게 해 준다.

상기와 같은 GPR을 이용한 지질 탐사 장치는 일반적으로 도 1a에서 도시된 것과 같인 형태의, 초광대역 펄스열을 생성하여 사용하는 Pulse-train GPR을 사용한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, Pulse-train GPR용의 전자기파는 펄스 폭 수nsec 이내, 펄스 간격은 수십 nsec~ 수 usec 내외로 구성된다. 특정 지점에 대한 투과 탐지 신호 하나를 얻기 위한 동작을 단위 스캔이라고 하며, 단위 스캔을 수행하기 위해서는 하나의 펄스열이 필요하고 이를 단위 펄스열이라고 한다.

상기와 같은 Pulse-train GPR은 이미 잘 알려진 기술 형태로서 대다수의 지질 탐사 장치에 사용되고 있으나 다양한 단점들을 가지고 있는데 그중 가장 큰 단점은 단위 스캔 한 번의 실시를 위하여 지나치게 넓은 대역의 전자기파를 발신 및 송신하여 사용함으로서, 지질 탐사 데이터의 용량이 지나치게 커지고 복잡해진다는 것이었다. 특히 이러한 단점은 지질 탐사 장치와 탐사된 데이터를 분석하고 저장하는 단말기 간에 분리되어 있을 때 두드러지는데, 지질 탐사 장치가 생성한 지질 탐사 데이터를 단말기로 유선 또는 무선 통신을 이용하여 전송을 해야 하는데 상술한 바와 같이 데이터의 크기가 지나치게 커져 데이터의 송수신에 상당한 시간이 걸리고 오류 발생의 가능성이 높아지게 되었다. 특히 지질 탐사를 수행하는 지역이 산간 등의 벽지이거나 터널 내부 등 통신장애가 발생할 가능성이 높은 지역에서 수행한다는 것을 감안하였을 때 이러한 문제점은 더 크고 심각한 것이 되었다.

게다가 Pulse-train GPR 기술은 이미 1970년도부터 개발되어 사용된 기술로서, 기술적 성숙도가 포화 상태로서 더 이상의 새로운 기술적 진보는 기대하기 어려운 실정이다.

이에 비해 비교적 최근에 개발되어 사용하기 시작하는 것이 도 1b에 도시된 바와 같은 Stepped-frequency GPR이다. 상술한 바와 같이, 한순간에 초광대역 신호를 생성해야 하는 Pulse-train GPR과는 달리, Stepped-frequency GPR은 시간 간격(도 1b의 Dwell time)당 특정 주파수의 협대역 톤 신호를 생성하고, 주어진 대역폭(도 1b의 Bandwidth) 내에서 톤 주파수를 계단형으로 제어하는 방식으로 초광대역 신호를 합성하여 생성하는 방식을 사용한다. 시간 간격(Dwell time), 대역폭(Bandwidth) 및 빈도 단계(Frequency step)에 따라 초광대역 신호 생성 시간이 결정되는데, 일반적으로 대역폭(Bandwidth)이 동일한 조건이라면 일반적으로 Stepped-frequency GPR 방식이 이전의 Pulse-train GPR 방식에 비하여 스캔 속도가 떨어진다는 단점이 발생하였다.

상기와 같이 스캔 속도가 떨어진다는 Stepped-frequency GPR 방식의 단점을 보완하기 위하여 개발된 것이 SFMC(Stepped-frequency multi carrier) GPR 방식으로서, 도 1c의 (a)에 도시되어 있다. 도 1c의 (b)는 비교를 위하여 도시한 상기 Stepped-frequency GPR 그래프이다.

도 1c의 (a)에 도시된 바와 같이, SFMC GPR 방식은 동일한 대역폭(Bandwidth)을 기준으로 할 때, 더 짧은 주파수 스윕 시간만을 요구함으로서 스캐닝 속도를 일반적인 Stepped-frequency GPR 방식보다 고속화할 수 있다. 일반적으로 SFMC GPR 방식은 Stepped-Frequency FPR 방식보다 더 좁은 대역폭을 사용하지만, 스캔 속도를 20배 이상 빠르게 할 수 있다고 알려져 있다.

도 2는 상기와 같은 GPR 방식으로 지반을 스캐닝하여 얻어진 데이터에 대한 신호처리 기술의 일반적인 절차를 간단히 도시한 것이다. 이하에서는 도 2를 통하여 지반을 스캐닝하여 얻어진 데이터에 대한 일반적인 신호처리 절차에 대하여 간략히 설명한다.

GPR 방식으로 지반을 스캐닝하여 얻어진 데이터에 대하여, 일반적으로 3단계의 과정을 거친다. 온라인 단계(On-line process)에서는 우신 지반으로 발사하여 반사된 전자기파를 수신하고, 이를 저장하며, 또한 간단히 시각적 확인을 위하여 초기 신호처리를 거친 미처리 신호에 대한 데이터 시각과 화정으로 구성된다. 상기와 같은 온라인 단계에서는 도로함몰 등 지반 내부의 구체적인 정보를 파악하기 어렵다.

그리고 오프라인 단계(Off-line process)를 통해 이를 구체화할 수 있는데, 신호포화보정(DEWOW), 클러터 제거(Clutter removal), 저역통과 필터링(Lowpass filtering), TVG(Time-varied gain)제어 등의 기본 신호처리 과정, 신호전환(Migration), 시간-주파수 분석(Time-frequency analysis), 시공간 분석(Time-space analysis), 속도 분석(Velocity analysis), 매질 분석(Material analysis) 등의 고급 신호처리 과정, 그리고 2D/3D 시각과 및 영상 보강 과정으로 구성된다.

일반적으로 온라인 단계에서 산출되는 정보는 복잡한 지반 내부의 구체적 정보를 파악하기 어려우며, 오프라인 단계를 거쳐 산출되는 정보는 전문가에 의한 검사 및 진단에 이용된다. 대부분 실무적으로는 전문가에 의해 수작업(Handcraft process)을 거쳐 검사 및 진단이 이루어지며, 자동화는 일부 검사 및 진단 응용 부분에만 사용되는 실정이다.

KR등록특허 제10-1557865호 KR등록특허 제10-1267017호 KR등록특허 제10-1637414호 KR등록특허 제10-0660562호

본 발명은 상기와 같은 종래의 방식과는 다른 방식으로 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 탐사하고자 하는 지층의 매질과 주파수의 범위를 사용자가 설정할 수 있도록 하여 탐사하고자 하는 특정 부분만을 유효하고 빠르게 탐사할 수 있도록 하는 GPR 지질 탐사 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,

하나 이상의 SFMC 방식의 GPR 탐사장치와, 하나 이상의 단말기를 포함하는 GPR 지질 탐사 시스템으로서, 상기 탐사장치는 안테나부와 제어부를 포함하고, 상기 안테나부는 송신기와 송신안테나를 포함하여, 외부로 전자기파를 발사할 수 있는 송신안테나부; 그리고 발사되어 반사된 반사파를 수신하여 1차 가공할 수 있는 수신기와 수신안테나부를 포함하는 수신안테나부를 포함하고, 상기 제어부는 지반 스캐닝을 제어하기 위해 제공되는 설정 주파수대역과, 미리 입력되어 있는 매질 중 사용자가 선택하는 어느 하나의 매질을 이용하여 선택된 매질의 선택된 범위 깊이에서의 탐사 데이터를 획득하는 신호제어부; 상기 수신기가 송신하는 반사파를 디지털 신호로 변환하는 신호변환부; 그리고 적어도 둘 이상의 변수 클럭을 생성하고 상기 신호변환부에 동기 신호를 전송하는 클럭발생기; 상기 신호제어부에게 설정 주파수대역을 생성하기 위하여 출력 최소값~최대값 범위 내에서 출력을 조절하는 출력조절부; 상기 신호제어부가 획득한 탐사 데이터를 구분하여 저장하는 기억장치; 상기 탐사장치가 이동하는 거리에 비례하여 펄스 신호를 상기 신호제어부에 제공하는 펄스 인코더; GPS 위치정보를 획득할 수 있는 GPS; 전원을 공급하기 위한 전원부; 그리고 상기 하나 이상의 단말기와의 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 탐사장치 통신부를 포함하며, 상기 단말기는 상기 하나 이상의 탐사장치와 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 단말기 통신부; 상기 하나 이상의 탐사장치가 송신하는 탐사데이터를 사용자의 선택에 따라 2D 도는 3D 모델로 시각화하는 합성 프로그램; 그리고 상기 합성 프로그램에 의해 시각화된 탐사데이터를 지반탐사정보 데이터로서 하나 이상 구분되어 저장하는 데이터 저장부를 포함하고, 상기 단말기는 또한 둘 이상의 기 설정된 매질 종류 중 어느 하나를 선택할 수 있는 입력 인터페이스를 제공하는 GPR 지질 탐사 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기에서, 수신기는 저잡음 증폭기; 가변 이득 증폭기; 그리고 탐지기를 포함하고, 상기 1차 가공은 저잡음 증폭, 가변 이득 증폭 및 주파수 탐지 및 입력 절차를 포함한다.

상기에서, 신호변환부는 14bit ADC 또는 16bit ADC 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

상기에서, 클럭발생기는 하나 이상의 플립플롭 IC, 하나 이상의 동기회로, 하나 이상의 클럭 펄스 발생기 및 하나 이상의 위상동기회로를 포함하는 게이트 로직, 그리고 하나 이상의 멀티플렉서를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 클럭발생기가 생성하는 변수 클럭은 8개 또는 16개로 하는 것이 바람직하다.

상기에서의 신호제어부 및 신호변환부, 클럭발생부 및 안테나부는 설정 주파수대역과 매질이 선택되어 있는 신호제어부가 설정된 주파수 대역에 따라 지반 스캐닝 실시를 명령하는 지반 스캐닝 명령단계(S11); 상기 단계(S11) 이후 상기 클럭발생기가 상기 둘 이상의 변수클럭 중 하나를 선정하고, 선정된 변수클럭을 송신 주파수대역으로서 상기 송신기에 입력시키며, 동기 신호를 생성하는 변수클럭 생성 및 선정단계(S12); 상기 단계(S12) 이후, 상기 송신기가 입력 받은 상기 송신 주파수대역을 증폭시켜 전자기파를 생성하는 송신주파수 증폭단계(S13); 상기 단계(S13)에 따라 생성된 전자기파를 지반으로 발사하여 지반 스캐닝을 실시하는 지반 스캐닝 단계(S14); 상기 단계(S14)의 실시에 따라 반사된 반사파가 상기 수신안테나를 통해 수신되어 상기 수신기가 이를 1차 가공한 후 상기 신호변환부에 송신하고, 상기 신호변환부가 상기 1차 가공한 반사파를 수신하여 상기 단계(S12)에서 생성된 동기 신호를 참조하여 지연시간을 설정한 뒤 아날로그-디지털 변환을 실시하는 반사파 수신 및 변환단계(S15); 그리고 상기 단계(S15)를 통해 디지털 변환된 반사파를 탐사 데이터로서 상기 신호제어부(210)가 획득하여 저장하는 탐사데이터 획득단계(S16)가 실시되어 데이터를 획득한다.

상기에서, 신호제어부가 생성하는 설정 주파수대역은 60MHz~500MHz 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다.

상기에서의 출력조절부는 RF출력조절부를 포함하고, 상기 RF출력조절부의 출력 최소~최대값 범위는 0.2~1watt로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기에서의 RF출력조절부는 정해진 출력 최소~최대값 범위인 0.2~1watt에서 0.1watt 단위로 단계적으로 조절할 수 있는 다이얼 형태의 watt출력조절부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기에서, 출력조절부는 생성되는 주파수대역의 출력을 조절하는 주파수대역 출력조절부를 포함하고, 상기 주파수대역 출력조절부는 60~500MHz 범위 내에서 하나 이상의 단위대역으로 구분되며, 상기 주파수대역 출력조절부는 하나 이상의 주파수 범위로 나누어진 상기 단위대역을 단계적으로 조절할 수 있는 다이얼 형태의 조절장치를 포함하는 것이 바람직하다.

상기에서, 지반탐사정보 데이터는 측정 시간, 측정지역의 GPS 위치정보, 측정 지역의 깊이구간 정보, 그리고 2D 또는 3D로 모델링되어 시각화된 측정 지역의 탐사데이터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기에서, GPR 지질 탐사 시스템은 상기 하나 이상의 단말기와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 있는 서버를 포함하고, 상기 서버는 제어를 위한 제어부; 그리고 상기 하나 이상의 단말기가 생성해서 전송하는 하나 이상의 지반탐사정보 데이터 또는 내부에서 합성한 하나 이상의 데이터를 지형정보로서 개별적으로 구분하여 저장하도록 하는 지형정보 DB를 포함하며, 상기 제어부는 상기 하나 이상의 단말기와 유선 또는 무선통신을 위한 서버 통신부; 상기 지반탐사정보 데이터 중 3D로 제작된 데이터에 대하여 해당 지역의 탐사가 잘 이루어졌는지 평가하는 평가 프로그램; 그리고 상기 지반탐사정보 데이터 중 3D로 제작된 데이터에 대하여 인접한 지반탐사정보 데이터를 엮어서 새로운 합성 탐사정보 데이터를 생성하여 상기 지형정보 DB에 저장하는 합성 프로그램을 포함할 수 있다.

상기에서의 지형정보는 탐사정보 플래그를 포함할 수 있다.

상기에서, 평가 프로그램은 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하고 상기 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S21); 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시하고 상기 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)를 개별 지형정보(GB')로 분류하여 저장하는 B지역 데이터 수신/저장단계(S22); 상기 단계(S22)의 실시 이후, 상기 평가 프로그램이 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하여 비교하는 비교 단계(S23); 상기 단계(S23)에서 비교하여 겹치는 구역(GE)이 발생한다면, 상기 겹치는 구역(GE)의 탐사데이터를 비교하여 평가하는 평가 단계(S24); 그리고 상기 단계(S24)에서 상기 겹치는 구역(GE)에 대하여 비교하였을 때 3D 탐사데이터가 완전히 다르거나 또는 설정된 오차범위를 초과하면 이를 해당 지역(A, B)를 탐사한 단말기에게 통보하는 통보 단계(S25)를 실시할 수 있다.

상기에서의 비교 단계(S23)에서의 비교는 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 겹치는 구간이 있는지 조사하고, 만약 겹치는 구간이 있다면, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 겹치는 부분이 있는지 확인할 수 있다.

상기에서, 합성 프로그램은 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하고 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S31); 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시하고 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)를 개별 지형정보(GB')로 분류하여 저장하는 B지역 데이터 수신/저장단계(S32); 상기 단계(S32)의 실시 이후, 상기 합성 프로그램이 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하여 비교하는 비교 단계(S33); 상기 단계(S33)에서 붙거나 또는 겹쳐 있는 구역(U)이 있다면, 상기 인접 구간(U)을 추출하는 인접구간 추출단계(S34); 그리고 상기 단계(S34)를 통해 상기 인접 구간(U)이 추출되면, 상기 인접 구간(U)을 포함하고, 상기 A지역 지형정보(GA')의 3D 탐사데이터 중 일부와, 상기 B지역(GB')의 3D 탐사데이터 중 일부를 인접 구간지역 데이터(GC)로서 추출하여 합성하는 인접 구간지역 데이터 합성단계(S35)가 실시되도록 할 수 있다.

상기에서의 비교 단계(S33)에서의 비교는 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 이 둘이 인접한지 비교하고, 만약 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보가 같이 붙어 있거나 또는 겹쳐 있는 경우, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 이 둘을 합성할 수 있는지 판단할 수 있다.

본 발명에 의하면, 일률적으로 최대 범위까지 탐사를 실시하였던 종래의 방법들과는 달리, 매질의 특성을 고려하여 사용자가 주파수 범위를 설정, 탐사하고자 하는 깊이의 부분만을 효율적으로 탐사함으로서 탐사 시간을 절감하고 데이터 부하를 줄여 보다 경제적이고 효과적인 탐사를 진행할 수 있도록 한다.

도 1a~1c는 GPR 탐사 방법의 그래프.
도 2는 종래의 GPR 탐사 시스템에서의 신호처리 과정을 도시한 구조도.
도 3은 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 제1형태 구조도.
도 3a는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 지질 탐사 데이터 획득을 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 제2형태 구조도.
도 5는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템에서 서버의 구조도.
도 6a 및 6b는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템에서 평가 프로그램의 동작 구조도 및 순서도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템에서 합성 프로그램의 동작 구조도 및 순서도.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 제1형태 구조도이다. 이하에서는 도 1을 통하여 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템 제1형태의 구성요소에 대하여 설명한다.

본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 제1형태는 한 명의 사용자(P)가 하나의 탐사장치(10)를 사용하는 형태에 적용될 수 있다. 이하에서는 우선 상기 탐사장치(10)에 대하여 설명한다.

설명에 앞서, 이하에서 설명할 상기 탐사장치(10)의 구성요소들은 특정한 기능을 묶어서 표현한 기능부 내지는 저장공간으로서, 상기 탐사장치(10)는 상기한 구성요소들을 구현하기 위한 하나 이상의 연산장치 및 기억장치, 그리고 상기 기억장치에 설치 또는 내장되어 있는 하나 이상의 프로그램을 포함한다.

또한 상기 탐사장치(10)는 기본적으로, SFMC(Stepped-frequency multi carrier) 방식의 GPR 기술을 이용하여 구현된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 우선 상기 탐사장치(10)는 안테나부(100)와 제어부(200)를 포함한다.

상기 안테나부(100)는 지질 탐사를 위하여, 송신 신호를 지하로 발사하기 위한 송신안테나부(110)와, 지하 매질의 경계면으로부터 반사되는 반사파를 수신하기 위한 수신안테나부(120)를 포함한다.

상기 송신안테나부(110)는 상기 제어부(200)로부터 전달 받은 송신 주파수로 전자기파를 증폭하는 송신기(111)와, 상기 송신기(111)에 의해 증폭된 전자기파를 수신하여 이를 외부로 발사하는 송신안테나(112)를 포함한다.

그리고 상기 수신안테나부(120)는 상기 송신안테나(112)가 발사하여 지하 매질의 경계면으로부터 반사되는 반사파를 수신하는 수신안테나(122)와, 상기 수신안테나(122)가 수신한 반사파를 1차 가공하여 상기 제어부(200)에 송신하는 수신기(121)를 포함한다.

이때 상기 수신기(121)는 상기 수신안테나(122)가 수신한 반사파가 상기 제어부(200)에서 용이하게 처리될 수 있도록 1차 가공하기 위하여, 저잡음 증폭기(Low-noise amplifier; LNA), 가변 이득 증폭기(Variable gain amplifier; VGA), 일정 대역의 주파수 범위내의 전파만 수신하도록 하는 탐지기(Detector)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 함으로서, 상기 수신기(121)는 저잡음 증폭기능, 가변 이득 증폭기능 및 주파수 탐지기능을 가지게 되고, 상기 1차 가공에는 상기한 저잡음 증폭, 가변이득 증폭 및 특정 주파수 탐지 및 입력 절차가 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 제어부(200)는 상기한 안테나부(100)의 동작을 위하여, 신호제어부(210)와 신호변환부(220), 그리고 클럭발생부(230)를 포함한다.

상기 제어부(200)의 설명에 앞서, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 본 발??의 지반 탐사 시스템에서 지반의 2D 또는 3D 스캐닝을 실시하기 위하여, 상기 송신안테나(112)에서 정해진 대역의 주파수를 발사하고, 상기 수신안테나(122)가 이를 수신하는 일련의 과정을 '지반 스캐닝' 으로 칭하기로 한다. 상기와 같은 지반 스캐닝은 스캔하고자 하는 지반의 면적 등에 따라 2회 이상 실시될 수 있다.

상기 신호제어부(210)는 지반 스캐닝을 제어하는 부분으로서, 상기와 같은 기능을 실시하기 위한 하나 이상의 연산장치와 기억장치, 그리고 상기 기억장치 내 설치 또는 내장되어 있는 하나 이상의 프로그램을 포함한다.

그리고 상기 신호변환부(220)는 지반 스캐닝 이후 상기 수신기(121)가 1차 가공하여 송신한 반사파를 수신하여 디지털 신호로 변환하기 위한 부분이다. 이러한 상기 신호변환부(220)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있어야 하므로, 통상의 아날로그-디지털 컨버터(Analog-digital converter; ADC)를 하나 이상 포함해야 한다. 상기의 ADC는 일반적인 14bit ADC 또는 16bit ADC 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용하면 된다.

여기서, 상기와 같이 ADC를 14bit 또는 16bit ADC 중 어느 하나 이상을 선택하여 사용하는 이유는, 상기와 같이 함으로서 송신-수신 완료주기 측정 횟수를 증가시킴으로서, 지반탐사의 분해능을 향상시키도록 하기 위함이다.

또한 상기 클럭발생기(230)는 지반 스캐닝에 필요한 클럭을 발생하고, 상기 신호변환부(220)에 동기 신호를 전송하기 위한 부분이다.

상기와 같은 클럭발생기(230)는 상기한 기능을 실시하기 위하여, 하나 이상의 플립플롭 IC(Flip-flop IC) 및 동기회로를 포함하며, 또한 하나 이상의 클럭 펄스 발생기 및 위상동기회로(Phase locked loop; PLL)를 포함하는 게이트 로직, 그리고 상기 클럭 펄스 발생기에서 생성한 여러 클럭 중 하나를 선택하기 위한 멀티플렉서(Multiplexer; MUX)를 하나 이상 포함한다. 상기와 같은 클럭발생기(230)의 구성요소들은 모두 종래에 일반적으로 사용되고 있는 전자회로 구성부품 요소들로서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같은 구성요소들을 포함하는 클럭발생기(230)는 지반 스캐닝 명령을 상기 신호제어부(210)에서 전달받으면, 상기 클럭발생기(230)는 적어도 둘 이상의 변수 클럭(Variable clock)을 생성한다. 바람직하게는, 상기 변수 클럭은 8개 또는 16개를 생성한다.

상기와 같이 복수개 생성된 변수클럭에 대하여 상기 클럭발생기(230) 내 멀티플렉서가 이들 중 하나를 선택하고, 선택된 변수클럭은 상기 송신기(111)에 송신되는 주파수로서 기능하며, 또한 상기 신호변환부(220)로 송신되는 동기신호로서 기능한다.

도 3a는 상기 신호제어부(210) 및 신호변환부(220), 클럭발생부(230)가 상기 안테나부(100)를 이용해 탐사 데이터를 획득하는 순서를 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 3a를 통해 상기 탐사 데이터의 획득 순서에 대해 설명한다.

설명에 앞서, 실선 박스는 어떠한 동작이 실시되는 단계(Step)를 뜻하는 것이며, 점선 박스는 상기 단계를 통하여 산출되는 데이터(Data)를 뜻하는 것이다.

우선, 상기 신호제어부(210)가 사용자(P)가 입력하여 설정한 주파수 대역에 따라 지반 스캐닝 실시를 명령하는 지반 스캐닝 명령단계(S11)가 실시된다. 상기 단계(S11)에 따라, 사용자가 입력하여 설정한 설정 주파수대역(D11)이 상기 클럭발생부(230)에 전송된다.

여기서 상기 신호제어부(210)가 생성할 수 있는 설정 주파수대역(D11)은 60MHz 이상, 500MHz 이하의 범위에서 지정되는 것이 바람직한데, 이는 상기 설정 주파수대역(D11)의 설정 범위에 따라 지반 탐사의 깊이를 결정할 수 있기 때문이다.

상기 주파수대역(D11)에 따라 생성되는 전자기파의 주파수대역에 따라 투과깊이가 달라지기 때문에, 이를 이용하여 상기 주파수대역(D11)을 조절하여 사용자가 탐사하기를 원하는 깊이 범위만을 탐사할 수 있는 것이다. 예를 들어 지하 30~50m 범위만을 탐사하고자 할 때 상기 주파수대역(D11)을 조절하여 이를 달성할 수 있다.

이때, 상기 지하 내부의 매질의 종류에 따라서, 같은 범위의 주파수대역(D11)을 발사하더라도 다른 깊이의 범위가 탐사될 수 있다. 따라서 상기 지반 스캐닝 명령단계(S11)에서는 추가적으로, 사용자가 지반의 종류를 입력함으로서 상기 신호제어부(210)가 상기 설정 주파수대역(D11)을 설정할 때, 상기 입력된 지반의 종류를 고려하여 주파수 범위를 조절할 수 있다.

여기서 상기 사용자가 지반 종류를 입력할 수 있는 수단은, 상기 사용자의 단말기(30)에서 입력 인터페이스를 제공하여 둘 이상의 기 설정된 매질 종류 중 어느 하나를 선택함으로서 달성할 수 있다. 예를 들어, 선택할 수 있는 매질의 종류를 젖은 찰흙/젖은 콘크리트/마른 모래/마른 사암/마른 화강석/젖은 점토 등 다양한 종류의 매질을 제공하고, 사용자가 현재 지반 스캐닝을 실시할 지반의 매질을 입력하면 된다.

상기와 같이 함으로서, 종래의 방식과 같이 발사하는 전자기파가 닿는 모든 지역까지를 탐사하는 것이 아니라, 원하는 깊이 범위만을 탐사하게 됨으로서, 신호처리에 불필요한 작업을 줄여 더 빠른 신호변환을 가능하게 할 뿐 아니라, 매질에 따라 보다 정확한 탐사가 가능하고, 차후에 단말기(30)와의 통신 등에 있어서도 통신부하를 획기적으로 감소시켜 사용자가 보다 원활한 작업을 할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같이 상기 주파수대역(D11)을 60MHz 이상 500MHz 이하의 범위로 정하는 이유는, 일반적인 우리나라의 지형 상에서는 60MHz의 저주파로 지하 약 88m까지 탐사 가능하고, 500MHz의 고주파는 지하 1~2m까지 탐사 가능하여, 1~88m의 탐사 범위를 가지게 됨으로서 매장물, 매설물, 싱크홀 등을 사용자가 찾아내기에 충분한 범위를 확보할 수 있기 때문이다.

물론 전자기파가 지반 아래로 탐지할 수 있는 깊이 범위는, 토양 및 지반의 매질 및 토양의 유전상수, 전기전도도 등에 따라 달라질 수 있으나, 일반적인 우리나라의 지표면 대부분의 표토가 점토이고, 지하 역시 젖은 점토인 것을 감안하였을 때 상기와 같은 주파수대역(D11) 범위(60MHz~500MHz)로 상기와 같은 지반 탐사 범위(1~88m)를 확보할 수 있어서 상기와 같이 한다.

상기 단계(S11) 이후, 상기 클럭발생기(230)는 상술한 바와 같은 복수개의 변수클럭, 바람직하게는 8개 또는 16개의 변수클럭을 생성하고, 상기 클럭발생기(230) 내 멀티플렉서가 상기 복수개의 변수클럭 중 하나를 선정하는 변수클럭 생성 및 선정단계(S12)가 실시된다.

상기 단계(S12)에 따라 선정된 변수클럭은, 상술한 바와 같이 송신 주파수대역(D12)으로서 상기 송신기(111)에 입력된다. 그리고 이와는 별개로, 상기 선정된 변수클럭은 동기신호(D13)로서 상기 신호변환부(220)에 변환되는데 이는 상기 송신 주파수대역(D12)과 동일한 시간대에 제공되지 않고 차후의 단계에 제공된다.

상기 송신기(111)가 상기 송신 주파수대역(D12)을 제공받으면, 상기 송신기(111)는 상기 송신 주파수대역(D12)을 기반으로 이를 증폭시켜 상기 송신안테나(112)로 발사할 수 있는 전자기파를 생성하는 송신주파수 증폭단계(S13)를 실시한 다음, 생성된 상기 전자기파를 상기 송신안테나(112)를 통해 발사하는 지반 스캐닝 단계(S14)를 실시한다.

상기 단계(S14)의 실시에 따라, 반사된 반사파가 상기 수신안테나(122)를 통해 상기 수신기(121)가 수신하고, 1차 가공한 뒤 상기 신호변환부(220)로 송신하여 아날로그-디지털 변환을 실시하는 반사파 수신 및 변환 단계(S15)를 실시한다.

상기 단계(S15)가 실시될 때, 상기 동기신호(D13)가 상기 신호변환기(220)에 제공된다. 여기서 상기 동기신호(D13)는 상기 신호변환기(220)가 수신하여, 상기 신호변환기(220) 내 ADC가 최적의 지연시간(Delay time)을 설정하는 데 사용된다.

상기와 같이 상기 단계(S15) 동안, 상기 신호변환기(220)는 설정된 지연시간만큼 수신되어 1차 가공된 반사파에 대하여 샘플링을 실시하는데, 이때 상기 반사파의 파장은 상기 설정된 지연시간 동안 적어도 1회 이상 진동할 것이므로, 인입되는 순서에 따라 샘플링을 지속하여 상기 지연시간이 끝나는 N회차까지 샘플링이 실시될 것이다. 상기 샘플링이 종료될때까지의 회차(N)수는 인입되는 반사파의 진동수에 따라 변화할 것이다.

상기 단계(S15)를 통해 설정된 지연시간동안 디지털 변환된 반사파는, 탐사 데이터로서 상기 신호제어부(210)가 획득하여 저장하는 탐사데이터 획득단계(S16)를 실시한다. 상기와 같은 단계들을 통하여 상기 신호제어부(210)가 탐사데이터를 획득할 수 있다.

상기와 같은 절차(S11~S16)를 통해 데이터를 획득함으로서, 상술한 바와 같은 복잡한 신호처리 과정 없이도 쉽고 빠르게 디지털화된 탐사데이터를 획득할 수 있게 된다. 특징적으로, 상기한 디지털 신호처리 과정의 오프라인 과정(Off-line process)의 기본 신호처리 과정 및 고급 신호처리 과정을 생략하여도, 디지털화된 유효한 지반탐사 데이터를 얻을 수 있다.

이하에서는 도 3을 통하여, 상기 제어부(200)의 나머지 구성요소에 대하여 설명한다.

상기 제어부(200)는 상기 신호제어부(210)와 버스 토폴로지 형태로 연결되되어 통신 가능하게 연결되어 있는 구성요소인 출력조절부(240), 기억장치(250), 펄스 인코더(260), GPS(270), 전원부(280) 및 탐사장치 통신부(290)를 포함한다.

상기 출력조절부(240)는 사용자가 탐사여건에 맞게 출력을 조절하는 부분으로서, 상기 지반 스캐닝을 위해 발사하는 전자기파의 출력을 조절하기 위한 RF출력조절부(241)를 포함한다.

이에 대해 설명하면, 상기 RF출력조절부(241)는 상기 송신안테아(112)를 통해 발사하는 상기 전자기파의 출력을 조절하게 되는데, 상기 출력을 강하게 하면 좀 더 조밀하고 구체적인 지반탐사 데이터를 획득할 수 있고, 이를 바탕으로 높은 해상도를 가지는 시각화된 지반탐사정보 데이터를 얻을 수 있다. 하지만 이렇게 구체적인 지반탐사 데이터는 데이터 용량이 커지게 되므로 필연적으로 탐사장치(10)와 단말기(30) 간 통신 부하를 야기할 수 있으며, 가공에도 많은 시간이 걸릴 수 있다. 따라서 상기 RF출력조절부(241)의 출력 조절은 상기 탐사장치(10)를 사용하는 사용자가 탐사현장의 여건 및 탐사목적에 따라 조절하여 사용하면 된다.

이러한 상기 RF출력조절부(241)는 출력 최소~최대값 범위를 0.2~1watt로 하는 것이 바람직한데, 이는 본 발명의 출원인이 여러 지반탐사장치를 사용하면서 가장 효과적인 출력을 연구하여 얻어낸 값이다. 상기와 같이 출력 최소~최대값 범위로 할 경우, 사용자가 상기 범위 내에서 원하는 데이터의 형태 및 정밀도(적은 데이터량, 추상적인 지반 탐사 데이터~많은 데이터량, 구체적인 지반 탐사 데이터)를 예측하고 획득할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명의 RF출력조절부(241)는 0.2~1watt 범위 내에서 0.1watt씩 출력을 조절하여 총 8단계로 출력을 조절할 수 있도록 하는 watt출력조절부(2411)를 포함한다.

또한 사용의 편의를 위하여, 상기 RF출력조절부(241) 내 watt출력조절부(2411)는, 단계적으로 출력을 편리하게 조절할 수 있도록 다이얼(Dial) 형태로 구성하여 사용자가 편리하게 출력 또는 실행사이클을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 출력조절부(240)는 상기한 주파수대역(D11)내에서의 출력 최소값 및 최대값을 조절하는 주파수대역 출력조절부(242)를 포함한다.

상기 주파수대역 출력조절부(242)의 경우, 설정 주파수대역(D11)을 생성할 수 있도록 출력을 조절하는 기능을 한다. 상술한 바와 같이, 상기 주파수대역(D11)은 60~500MHz의 범위를 가지는 것이 바람직하므로, 상기 출력조절부(240) 또한 상기와 같은 주파수대역이 입력될 수 있도록 출력의 최소값과 최대값을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 주파수대역 출력조절부(242)는 사용자가 직접 그 범위를 입력할 수도 있지만, 바람직하게는 작업의 편리성 및 사용자의 조작 용이성을 고려하여 미리 구분하여 놓은 주파수 범위대를 선택하도록 하여, 이에 맞는 깊이 범위를 측정하도록 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 주파수 범위(D11)를 8개로 나뉘어 제공한다면, 55MHz 단위로 나뉘어진 단위, 즉 60~115MHz, 115~170MHz...445~500MHz의 8개 범위로 나뉘어지고, 이에 따라 측정할 수 있는 깊이 범위 또한 약 8.5m 정도의 깊이 간격을 가진 범위로 나뉘어질 것이다. 사용자는 상기와 같이 미리 나뉘어진 상기 출력조절부(240)의 출력값 범위를 선택하고 곧바로 사용함으로서, 빠르게 지반 탐사를 실시할 수 있을 것이다.

따라서 상기 주파수대역 출력조절부(242) 또한 하나 이상의 주파수 범위로 나누어진 단위를 단계적으로 조절할 수 있는 다이얼 형태의 별도의 조절장치를 제공하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 기억장치(250)는 상기한 단계(S11~S16)를 통해 생성된 탐사 데이터들을 구분하여 저장하는 역할을 한다. 또한 상기 기억장치(250)는 측정 실시할 때의 측정 시각과 상기 GPS(270)를 통해 측정한 GPS 위치정보를 각각 구분하여 저장한다.

또한 상기 제어부(200)는 펄스 인코더(260)를 포함한다. 상기 펄스 인코더(260)는 거리에 비례하는 펄스 신호를 상기 신호제어부(210)에 제공함으로서 지반 스캐닝이 연속적으로 실시되도록 하는 부분이다.

상기와 같은 펄스 인코더(260)의 신호에 의하여, 지반 스캐닝을 통해 탐사데이터를 획득한 뒤 다시 지반 스캐닝을 실시할 수 있는데, 상기 탐사장치(10)가 움직이는 속도에 따라 상기 펄스 인코더(260)가 펄스 신호를 제공하는 속도를 달리 해야 할 것이다. 예를 들어, 상기 탐사장치(10)를 사용자(P)가 들고 다니며 탐사를 실시할 경우, 상기 탐사장치(10)가 일정 길이 구간에 대한 지반 탐사를 실시할 때, 그 이동속도는 매우 느리게 될 것이다. 이와 반대로, 상기 탐사장치(10)가 차량에 부착되어 탐사가 실시된 다면 그 이동속도는 빠를 것이다. 이에 따라 상기 펄스 인코더(260)가 펄스 신호를 제공하는 샘플링 속도를 조절해야 하는데, 바람직하게는 상기 탐사장치(10)가 0~60km/h의 속도로 움직임에 따라 상기 펄스 인코더(260)의 샘플링 속도가 조절되도록 하는 것이 바람직한데, 상기 탐사장치(10)가 탐사를 시작할 때의 이동속도가 60km/h를 초과하면 상기 탐사장치(10)의 이동속도가 지나치게 빨라져 유의미한 탐사를 실시할 수 없으므로 상기 범위로 한다.

그리고 상기 GPS(270)는 상기 탐사장치(10)의 위치정보를 얻기 위한 것으로서, 통상적으로 사용되는 GPS를 사용하면 된다.

또한 상기 전원부(280)는 상기 탐사장치(10)의 동작을 위한 전원을 공급하기 위한 부분으로서, 상기 전원부(280)는 외부의 전기선 등으로부터 전원을 공급받을 수 있도록 하기 위한 하나 이상의 콘센트나, 자체적으로 충전 가능한 하나 이상의 배터리, 또는 종래의 건전지를 탈착 또는 장착할 수 있는 하나 이상의 건전지 거치부 중 선택된 어느 하나 이상을 이용하여 구현하면 된다.

그리고 상기 탐사장치 통신부(290)는 상기 단말기(30)와의 유선 또는 무선통신을 실시하기 위한 부분으로서, 상기 단말기(30)와의 유선 또는 무선통신을 실시하기 위한 장치 및 통신 프로토콜을 포함한다. 바람직하게는, 상기 단말기(30)와의 편리한 통신을 위해 무선통신 방식으로 상호간에 연결되는 것이 바람직하고, 통신 방식은 블루투스를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 상기 단말기(30)의 구성요소에 대하여 설명한다.

상기 단말기(30)는 사용자(P)가 사용하는, 하나 이상의 연산장치 및 기억장치와 디스플레이를 포함하는 단말기로서 상기 탐사장치(10)로부터 획득하여 송신된 탐사데이터를 수신하여 2D 또는 3D 모델로 시각화하고 이를 저장하며, 또한 상기 사용자(P)가 가시적으로 상기 2D 또는 3D 모델을 확인할 수 있도록 디스플레이를 통해 제공하는 역할을 한다.

이러한 상기 단말기(30)는 일반적으로 사용되고 있는 스마트폰이나 PDA, 태블릿 PC, 노트북 등 휴대가 용이하고 유선 또는 무선 통신을 지원하는 단말기 중 어느 하나를 선택하여 사용하면 된다.

상기와 같은 단말기(30)는 상기 탐사장치(10)의 탐사장치 통신부(290)와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되도록 하는 단말기 통신부(310), 상기 탐사장치(10)가 송신하는 탐사데이터를 사용자의 선택에 따라 2D 또는 3D 모델로 시각화하는 합성 프로그램(320), 그리고 상기 합성 프로그램(320)에 의해 2D 또는 3D 모델로 시각화된 탐사데이터를 지반탐사정보 데이터로서 하나 이상 구분되어 저장되는 데이터 저장부(330)를 포함한다.

여기서 상기 데이터 저장부(330)에 저장되는 지반탐사정보 데이터는, 각각 측정 시간과 측정 지역의 GPS 위치정보, 측정 지역의 깊이구간 정보, 그리고 2D 또는 3D로 모델링되어 시각화된 측정 지역의 탐사데이터를 포함한다.

상기와 같이 함으로서, 상기 사용자는 상기 지반탐사정보 데이터를 열람함으로서 해당 측정 지역의 탐사데이터가 어느 시간, 어느 지역, 어느 깊이구간에서 측정한 데이터인지를 명확하게 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템의 제2형태 구조도이며, 도 5는 상기 GPR 지질 탐사 시스템의 제2형태 구조도에서 서버(40)의 구조도이다. 이하에서는 도 4 및 도 5를 통하여 본 발명의 GPR 탐사 시스템의 제2형태 구조에 대하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같은 GPR 지질 탐사 시스템의 제2형태는, 둘 이상의 사용자(P)가 각각 하나 이상의 탐사장치(10)를 사용할 때 적용될 수 있다. 제1형태와는 달리, 다수의 사용자가 자신의 탐사장치들(10a, 10b, 10c...)을 사용하며, 또한 사용자들 역시 자신의 단말기들(30a, 30b, 30c...)을 사용하므로, 상기 탐사장치들(10a, 10b, 10c...) 및 단말기들(30a, 30b, 30c...)이 생성하는 지반탐사정보 데이터를 보다 효율적으로 통합 관리하기 위하여 서버(40)가 더 포함된다. 상기 탐사장치들(10a, 10b, 10c...)과 단말기들(30a, 30b, 30c...)간에는 상술한 방식대로 유선 또는 무선 통신 연결되며, 또한 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...) 또한 상기 서버(40)와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되도록 한다.

여기서, 상기 탐사장치들(10a, 10b, 10c...)의 탐사 방법 및 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...)의 동작 등은 모두 상술한 탐사장비(10) 및 단말기(30)의 구성 및 동작과 동일하여 이에 대한 설명은 생략한다.

도 5에 상기 서버(40)의 구성요소가 개시되어 있다. 이하에서는 도 5를 통하여 상기 서버(40)의 구성요소 및 동작에 대하여 설명한다.

설명에 앞서, 이하에서 설명할 상기 서버(40)의 구성요소들은 특정한 기능을 묶어서 표현한 기능부 내지는 데이터베이스로서, 상기 서버(40)는 상기한 구성요소들을 구현하기 위한 하나 이상의 연산장치 및 기억장치, 그리고 상기 기억장치에 설치 또는 내장되어 있는 하나 이상의 프로그램을 포함한다.

상기 서버(40)는 제어를 위한 서버 제어부(410)와, 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...)이 생성해서 전송하는 하나 이상의 지반탐사정보 데이터나 내부에서 합성한 하나 이상의 데이터를 지형정보로서 개별적으로 구분하여 저장하도록 하는 지형정보 DB(420)를 포함한다.

상기 서버 제어부(410)는 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...)과의 유선 또는 무선통신을 위한 서버 통신부(411)와, 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...)이 생성해서 전송된 지반탐사정보 데이터들을 평가하여, 해당 지역의 탐사가 잘 이루어졌는지를 평가하는 평가 프로그램(412), 그리고 상기 지반탐사정보 데이터 중 3D로 제작된 데이터에 대하여 인접한 지반탐사정보 데이터를 엮어서 새로운 합성 탐사정보 데이터를 생성하여 상기 지형정보 DB(420)에 저장하는 합성 프로그램(413)을 포함한다.

또한 상기 지형정보 DB(420)에는 상술한 바와 같이, 각각의 개별 지형정보(421a, 421b...)가 구분되어 저장되는데, 상기 개별 지형정보는 상기 탐사정보 데이터가 상기 단말기들(30a, 30b, 30c...) 중 어느 하나에서 전송된 측정된 탐사정보 데이터인지 또는 상기 합성 프로그램(413)에 의해 생성된 합성 탐사정보 데이터인지를 표기하는 탐사정보 플래그를 포함한다.

따라서 상기 개별 지형정보는 지반탐사정보 데이터에 포함되어 있는 측정 시간, 측정 지역의 GPS 위치정보, 측정 지역의 깊이구간 정보, 그리고 2D 또는 3D로 모델링되어 시각화된 측정 지역의 탐사데이터, 탐사정보 플래그를 포함한다.

도 6a는 상기 평가 프로그램(412)의 동작을 설명하기 위한 지형 예시도이며, 도 6b는 상기 평가 프로그램(412)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는 도 6a 및 6b를 통하여 상기 평가 프로그램(412)의 동작에 대하여 설명한다.

상기 평가 프로그램(412)은 수신되는 탐사데이터가 선형이 아니라, 일정 면적에 대하여 스캔하여 3D로 모델링 및 시각화된 탐사데이터에 대하여 적용할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하면, A지역의 지반탐사정보 데이터(GA)가 상기 서버(40)에 저장될 것이다. 상기 서버(40)는 상기 상기 지형정보 DB(420)에 공간을 할당하여 상기 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S21)가 실시된다.

상기 단계(S21) 실시 이후, 도 6a에 도시된 바와 같이, 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시할 수 있는데, 이에 따라 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)가 상기와 같은 방법으로 개별 지형정보(GB')로 저장되는 B지역 데이터 수신/저장단계(S22)가 실시된다.

상기 단계(S22)의 실시 이후, 상기 평가 프로그램(412)은 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하는데, 우선 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 겹치는 구간이 있는지 조사하고, 만약 겹치는 구간이 있다면, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 겹치는 부분이 있는지 확인하는 비교 단계(S23)를 실시한다.

상기 단계(S23)에서 GPS 위치정보 및 깊이구간 정보 중 어느 하나라도 겹치지 않는다면, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')는 겹치지 않아 비교할 수 없으므로 그대로 종료하며, 만약 두 정보 다 겹치는 구역(GE)이 발생한다면, 상기 겹치는 구역(GE)의 탐사데이터를 비교하여 평가하는 평가 단계(S24)를 실시한다.

상기 단계(S24)에서, 겹치는 구역(GE)에 대하여 3D 탐사데이터가 동일하거나, 또는 오차범위 내에서 유사한지를 판단하여 이상 유무를 판단한다. 만약 상기 겹치는 구역(GE)에 대하여 두 개별 지형정보(GA', GB')의 3D 탐사데이터가 동일하거나, 아니면 차이가 있더라도 설정된 오차범위 이내라면, 상기 겹치는 구역(GE)에서의 두 개별 지형정보(GA', GB') 모두 이상이 없다는 뜻이므로 단계를 종료한다.

그리고 상기 단계(S24)에서 상기 겹치는 구역(GE)에 대하여 비교하였을 때 3D 탐사데이터가 완전히 다르거나 또는 설정된 오차범위를 초과할 정도로 차이가 크다면, 두 개별 지형정보(GA', GB') 중 어느 하나 이상의 탐사가 잘못되었다는 뜻이므로 이를 해당 지역(A, B)를 탐사한 단말기에게 통보하는 통보 단계(S25)를 실시한다.

상기 단계(S25)를 통보 받은 단말기의 사용자는, 해당 지역(A, B)에 대한 측정을 다시 실시하거나, 또는 자신이 사용한 탐사장비의 고장 여부 등을 확인할 수 있다.

도 7a는 상기 합성 프로그램(413)의 동작을 설명하기 위한 지형 예시도이며, 도 7b는 상기 합성 프로그램(413)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 이하에서는 도 7a 및 7b를 통하여 상기 합성 프로그램(413)의 동작에 대하여 설명한다.

상기 합성 프로그램(413)은 수신되는 탐사데이터가 선형이 아니라, 일정 면적에 대하여 스캔하여 3D로 모델링 및 시각화된 탐사데이터에 대하여 적용할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하면, A지역의 지반탐사정보 데이터(GA)가 상기 서버(40)에 저장될 것이다. 상기 서버(40)는 상기 상기 지형정보 DB(420)에 공간을 할당하여 상기 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S31)가 실시된다.

상기 단계(S31) 실시 이후, 도 7a에 도시된 바와 같이, 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시할 수 있는데, 이에 따라 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)가 상기와 같은 방법으로 개별 지형정보(GB')로 저장되는 B지역 데이터 수신/저장단계(S32)가 실시된다.

상기 단계(S32)의 실시 이후, 상기 합성 프로그램(413)은 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하는데, 우선 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 이 둘이 인접한지 비교하고, 만약 도 7a에 도시된 바와 같이 붙어 있거나 또는 겹쳐 있는 경우, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 이 둘을 합성할 수 있는지 판단하는 비교 단계(S33)를 실시한다.

상기 단계(S33)에서 GPS 위치정보 및 깊이구간 정보 중 어느 하나라도 인접하거나 겹치지 않는다면, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')는 서로 거리를 두고 떨어져 있는 것으로서 이 둘을 합성할 수 없으므로 그대로 종료하며, 만약 두 정보 다 붙거나 또는 겹쳐 있는 구역(U, 이하 '인접 구간')이 있다면, 상기 인접 구간(U)을 추출하는 인접구간 추출단계(S34)를 실시한다.

상기 단계(S34)를 통해 상기 인접 구간(U)이 추출되면, 상기 인접 구간(U)을 포함하고, 상기 A지역 지형정보(GA')의 3D 탐사데이터 중 일부와, 상기 B지역(GB')의 3D 탐사데이터 중 일부를 인접 구간지역 데이터(GC)로서 추출하여 합성하는 인갑 구간지역 데이터 합성단계(S35)를 실시한다. 상기 인접 구간지역 데이터(GC)는 개별 지형정보(421)로서 저장될 때, 측정 시간은 없을 것이며 GPS 위치정보, 깊이구간 정보, 3D 시각화된 탐사데이터가 포함될 것이고 탐사정보 플래그는 합성된 것임이 표시될 것이다.

10 : 탐사장치. 100 : 안테나부.
110 : 송신안테나부. 111 : 송신기.
112 : 송신안테나. 120 : 수신안테나부.
121 : 수신기. 122 : 수신안테나.
200 : 제어부. 210 : 신호제어부.
220 : 신호변환부. 230 : 클럭발생부.
240 : 출력조절부. 241 : RF출력조절부.
2411 : watt출력조절기. 242 : 주파수대역 출력조절부.
250 : 기억장치. 260 : 펄스 인코더.
270 : GPS. 280 : 전원부.
290 : 탐사장치 통신부. 30 : 단말기.
310 : 단말기 통신부. 320 : 합성 프로그램.
330 : 데이터 저장부. 40 : 서버.
410 : 서버 제어부. 411 : 서버 통신부.
412 : 평가 프로그램. 413 : 합성 프로그램.
420 : 지형정보 DB. 421 : 개별 지형정보 DB.

Claims

하나 이상의 SFMC 방식의 GPR 탐사장치와, 하나 이상의 단말기를 포함하는 GPR 지질 탐사 시스템으로서,
상기 탐사장치는 안테나부와 제어부를 포함하고,
상기 안테나부는 송신기와 송신안테나를 포함하여, 외부로 전자기파를 발사할 수 있는 송신안테나부; 그리고 발사되어 반사된 반사파를 수신하여 1차 가공할 수 있으며, 저잡음 증폭기; 가변 이득 증폭기; 그리고 탐지기를 포함하고, 상기 1차 가공은 저잡음 증폭, 가변 이득 증폭 및 주파수 탐지 및 입력 절차를 포함하는 수신기와 수신안테나부를 포함하는 수신안테나부를 포함하고,
상기 제어부는 지반 스캐닝을 제어하기 위해 제공되는 설정 주파수대역과, 미리 입력되어 있는 매질 중 사용자가 선택하는 어느 하나의 매질을 이용하여 60MHz~500MHz의 설정 주파수대역 범위 내에서 선택되는 매질의 선택된 범위 깊이에서의 탐사 데이터를 획득하는 신호제어부; 상기 수신기가 송신하는 반사파를 디지털 신호로 변환하며, 14bit ADC 또는 16bit ADC 중 어느 하나 이상을 포함하는 신호변환부; 그리고 적어도 둘 이상의 변수 클럭을 생성하고 상기 신호변환부에 동기 신호를 전송하며, 하나 이상의 플립플롭 IC, 하나 이상의 동기회로, 하나 이상의 클럭 펄스 발생기 및 하나 이상의 위상동기회로를 포함하는 게이트 로직, 그리고 하나 이상의 멀티플렉서를 포함하고, 8개 또는 16개의 변수 클럭을 생성하는 클럭발생기; 상기 신호제어부에게 설정 주파수대역을 생성하기 위하여 출력 최소값~최대값 범위 내에서 출력을 조절하며 RF출력조절부를 포함하고, 상기 RF출력조절부의 출력 최소~최대값 범위는 0.2~1watt이며, 상기 RF출력조절부는 정해진 출력 최소~최대값 범위인 0.2~1watt에서 0.1watt 단위로 단계적으로 조절할 수 있는 다이얼 형태의 watt출력조절부를 포함하며, 또한 주파수대역의 출력을 조절하는 주파수대역 출력조절부를 포함하고, 상기 주파수대역 출력조절부는 60~500MHz 범위 내에서 하나 이상의 단위대역으로 구분되며, 상기 주파수대역 출력조절부는 하나 이상의 주파수 범위로 나누어진 상기 단위대역을 단계적으로 조절할 수 있는 다이얼 형태의 조절장치를 포함하는 출력조절부; 상기 신호제어부가 획득한 탐사 데이터를 구분하여 저장하는 기억장치; 상기 탐사장치가 이동하는 거리에 비례하여 펄스 신호를 상기 신호제어부에 제공하는 펄스 인코더; GPS 위치정보를 획득할 수 있는 GPS; 전원을 공급하기 위한 전원부; 그리고 상기 하나 이상의 단말기와의 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 탐사장치 통신부를 포함하며,
상기 단말기는 상기 하나 이상의 탐사장치와 유선 또는 무선 통신을 실시하기 위한 단말기 통신부; 상기 하나 이상의 탐사장치가 송신하는 탐사데이터를 사용자의 선택에 따라 2D 도는 3D 모델로 시각화하는 합성 프로그램; 그리고 상기 합성 프로그램에 의해 시각화된 탐사데이터를 측정 시간, 측정지역의 GPS 위치정보, 측정 지역의 깊이구간 정보, 그리고 2D 또는 3D로 모델링되어 시각화된 측정 지역의 탐사데이터를 포함하는 지반탐사정보 데이터로서 하나 이상 구분되어 저장하는 데이터 저장부를 포함하고, 상기 단말기는 또한 둘 이상의 기 설정된 매질 종류 중 어느 하나를 선택할 수 있는 입력 인터페이스를 제공하며,
상기 신호제어부 및 신호변환부, 클럭발생부 및 안테나부는 설정 주파수대역과 매질이 선택되어 있는 신호제어부가 설정된 주파수 대역에 따라 지반 스캐닝 실시를 명령하는 지반 스캐닝 명령단계(S11); 상기 단계(S11) 이후 상기 클럭발생기가 상기 둘 이상의 변수클럭 중 하나를 선정하고, 선정된 변수클럭을 송신 주파수대역으로서 상기 송신기에 입력시키며, 동기 신호를 생성하는 변수클럭 생성 및 선정단계(S12); 상기 단계(S12) 이후, 상기 송신기가 입력 받은 상기 송신 주파수대역을 증폭시켜 전자기파를 생성하는 송신주파수 증폭단계(S13); 상기 단계(S13)에 따라 생성된 전자기파를 지반으로 발사하여 지반 스캐닝을 실시하는 지반 스캐닝 단계(S14); 상기 단계(S14)의 실시에 따라 반사된 반사파가 상기 수신안테나를 통해 수신되어 상기 수신기가 이를 1차 가공한 후 상기 신호변환부에 송신하고, 상기 신호변환부가 상기 1차 가공한 반사파를 수신하여 상기 단계(S12)에서 생성된 동기 신호를 참조하여 지연시간을 설정한 뒤 아날로그-디지털 변환을 실시하는 반사파 수신 및 변환단계(S15); 그리고 상기 단계(S15)를 통해 디지털 변환된 반사파를 탐사 데이터로서 상기 신호제어부(210)가 획득하여 저장하는 탐지데이터 획득단계(S16)가 실시되어 동작하며,
또한 본 발명의 GPR 지질 탐사 시스템은 상기 하나 이상의 단말기와 유선 또는 무선으로 통신 가능하게 연결되어 있는 서버를 포함하고, 상기 서버는 제어를 위한 제어부; 그리고 상기 하나 이상의 단말기가 생성해서 전송하는 하나 이상의 지반탐사정보 데이터 또는 내부에서 합성한 하나 이상의 데이터를 탐사정보 플래그가 포함되어 있는 지형정보로서 개별적으로 구분하여 저장하도록 하는 지형정보 DB를 포함하며,
상기 제어부는 상기 하나 이상의 단말기와 유선 또는 무선통신을 위한 서버 통신부;
상기 지반탐사정보 데이터 중 3D로 제작된 데이터에 대하여 해당 지역의 탐사가 잘 이루어졌는지 평가하는 평가 프로그램;
그리고 상기 지반탐사정보 데이터 중 3D로 제작된 데이터에 대하여 인접한 지반탐사정보 데이터를 엮어서 새로운 합성 탐사정보 데이터를 생성하여 상기 지형정보 DB에 저장하는 합성 프로그램을 포함하며,
상기 평가 프로그램은 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하고 상기 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S21); 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시하고 상기 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)를 개별 지형정보(GB')로 분류하여 저장하는 B지역 데이터 수신/저장단계(S22); 상기 단계(S22)의 실시 이후, 상기 평가 프로그램이 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하여 비교하는 비교 단계(S23); 상기 단계(S23)에서 비교하여 겹치는 구역(GE)이 발생한다면, 상기 겹치는 구역(GE)의 탐사데이터를 비교하여 평가하는 평가 단계(S24); 그리고 상기 단계(S24)에서 상기 겹치는 구역(GE)에 대하여 비교하였을 때 3D 탐사데이터가 완전히 다르거나 또는 설정된 오차범위를 초과하면 이를 해당 지역(A, B)를 탐사한 단말기에게 통보하는 통보 단계(S25)를 실시하고,
상기 비교 단계(S23)에서의 비교는 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 겹치는 구간이 있는지 조사하고, 만약 겹치는 구간이 있다면, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 겹치는 부분이 있는지 확인하며,
상기 합성 프로그램은 특정 면적을 가지는 A지역에 대하여 탐사를 실시하고 A지역 지반탐사정보 데이터(GA)를 A지역 개별 지형정보(GA')로 분류하여 저장하는 A지역 데이터 수신/저장단계(S31); 특정 면적을 가지는 B지역에 대하여 탐사를 실시하고 B지역의 지반탐사정보 데이터(GB)를 B지역 개별 지형정보(GB')로 분류하여 저장하는 B지역 데이터 수신/저장단계(S32); 상기 단계(S32)의 실시 이후, 상기 합성 프로그램이 상기 A지역 개별 지형정보(GA')와 B지역 개별 지형정보(GB')를 참조하여 비교하는 비교 단계(S33); 상기 단계(S33)에서 붙거나 또는 겹쳐 있는 인접 구간(U)이 있다면, 상기 인접 구간(U)을 추출하는 인접구간 추출단계(S34); 그리고 상기 단계(S34)를 통해 상기 인접 구간(U)이 추출되면, 상기 인접 구간(U)을 포함하고, 상기 A지역 지형정보(GA')의 3D 탐사데이터 중 일부와, 상기 B지역 지형정보(GB')의 3D 탐사데이터 중 일부를 인접 구간지역 데이터(GC)로서 추출하여 합성하는 인접 구간지역 데이터 합성단계(S35)가 실시되고,
상기 비교 단계(S33)에서의 비교는 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보를 비교하여 이 둘이 인접한지 비교하고, 만약 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 GPS 위치정보가 같이 붙어 있거나 또는 겹쳐 있는 경우, 상기 두 개별 지형정보(GA', GB')의 깊이구간 정보를 비교하여 이 둘을 합성할 수 있는지 판단하는 것임을 특징으로 하는, GPR 지질 탐사 시스템.
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