KR200375453Y1 - Remote Roughness Measurement System for Discontinuities of Rock Mass by Laser Scanning - Google Patents
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Abstract
암반의 불연속면에 대한 거칠기를 측정하여 이를 도면화하여 거칠기 계수(JRC)를 용이하고 정확하게 산출할 수 있으므로 전체 암반영역에서의 절리면의 공학적 전단강도 특성 파악 및 거동을 분석하는 것이 가능하도록, 소정의 각도로 회전하면서 불연속면에 레이저빔을 주사하고 불연속면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 측량을 행하는 레이저 스캐너와, 레이저 스캐너를 안정적으로 지지하는 지지대와, 레이저 스캐너에서 측량한 불연속면의 각 측점을 삼각망으로 연결하여 프레임을 형성하고 랜더링처리를 행하여 3차원 형상을 구현하고 임의의 절리면 상의 직선구간을 설정하면 그 구간에 대한 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면, 거칠기 계수 등를 산출하는 컴퓨터를 포함하여 이루어지는 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템을 제공한다.Since the roughness coefficient of the rock surface can be measured and plotted, the roughness coefficient (JRC) can be calculated easily and accurately, so that it is possible to grasp the engineering shear strength characteristics and the behavior of the joints in the entire rock region and analyze the behavior. A laser scanner that scans a laser beam on a discontinuous surface and receives and scans a laser beam reflected from the discontinuous surface while rotating it, and a support for stably supporting the laser scanner, and each point of the discontinuous surface measured by the laser scanner is connected by a triangular network. To form a frame, perform rendering process to realize a three-dimensional shape, and set a straight section on an arbitrary joint surface, and include a computer for calculating a roughness profile graph and / or drawing, roughness coefficient, etc. for the section, and a rock discontinuous surface. Remote roughness by scanning Provide a measurement system.
Description
본 고안은 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 스캐너를 이용하여 불연속면을 스캔하여 얻은 3차원 위치정보로 3차원 형상을 구현하고 이로부터 주어진 직선구간에 대한 거칠기 프로파일 그래프 및 거칠기계수를 실시간으로 매우 용이하고 정확하게 산출하는 것이 가능한 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a remote roughness measurement system by laser scanning of rock discontinuities, and more particularly, to realize a three-dimensional shape with three-dimensional position information obtained by scanning a discontinuity plane by using a laser scanner, The present invention relates to a remote roughness measurement system by laser scanning of a rock discontinuity surface, which can calculate the roughness profile graph and the roughness number very easily and accurately in real time.
일반적으로 암반역학에서 불연속면(discontinuity)은 암반(rock mass)에서 나타나는 모든 연약면을 총괄적으로 의미하며, 불연속면은 그 크기면에서 작은 열극(fissure)에서 큰 단층(fault)까지 다양하다. 이 불연속면을 경계로 암석(intact rock)은 구조적으로 불연속적이며, 불연속면이 반드시 분리면은 아니지만, 실제로 대부분의 불연속면은 분리면이고 매우 작은 인장강도를 갖거나 인장강도가 없다. 불연속면으로는 주로 절리(joint)나 층리(bedding plane), 습곡(fold), 단층(fault) 및 파쇄대, 벽개(cleavage), 편리(schistosity), 열극(fissure) 등이 있다.In rock mechanics, in general, discontinuity refers to all the soft surfaces that appear in rock mass, which vary in size from small fissures to large faults. The rock is structurally discontinuous at this discontinuity, and although the discontinuity is not necessarily a separation plane, in practice most discontinuities are separate and have very little tensile strength or no tensile strength. Discontinuities are mainly joints, bedding planes, folds, faults and fractures, cleavage, schistosity, fissures, and the like.
그리고 지표로부터 수백m 내에 있는 대부분의 암반은 역학적 거동을 결정하는 불연속면을 내포함으로써 불연속체의 거동을 하게 되므로, 암반의 구조와 불연속면의 성질이 암석의 종류와 함께 매우 중요하다. 따라서 암반사면 안정성의 경우에는 불연속면의 방향, 위치, 연속성, 절리의 수압, 전단응력 등이 직접적인 자료로 되며, 거칠기, 벽면의 강도, 풍화정도, 충전물의 형태, 지하수의 용출흔적 등이 공학적인 면에서 중요한 간접적인 자료로 된다. 즉 암반에서는 암석 자체의 강도보다는 암반에 포함된 불연속면이 암반 전체의 공학적 특성을 지배하기 때문에 암반을 대상으로 하는 공사에서는 암석 강도가 아무리 높다고 하더라도 불연속면에서의 파괴가 있을 수 있으므로, 건설 및 토목 공사시의 안정성은 암석 자체에 대한 평가가 아니라 전체적인 암반으로서의 평가가 이루어져야 한다.And most rocks within hundreds of meters from the surface contain discontinuities that determine their mechanical behavior, so the structure of the rocks and the properties of the discontinuities are very important with the type of rock. Therefore, in the case of rock slope stability, the direction, position, continuity of the discontinuity, hydraulic pressure of the joint, shear stress, etc. are directly data, and the roughness, wall strength, weathering degree, form of filling, elution trace of groundwater, etc. It becomes an important indirect source of data. In other words, in rock, rather than the strength of the rock itself, the discontinuities contained in the rock dominate the engineering characteristics of the entire rock. The stability of the rock should be assessed as a rock mass, not an assessment of the rock itself.
국내 지형의 약 70%는 산악지역이어서 국가 산업 활동의 대동맥 역할을 수행하는 기존의 도로 및 철도에는 무수한 암반사면이 존재하고, 국가 정책적 인프라 구축에 병행되어 새로운 사면개착이 계획되고 있으며, 암반을 대상으로 한 터널, 지하비축기지, 핵폐기물처리장 등의 암반 구조물이 산업화가 가속화됨에 따라 그 수요와 필요성이 증대되고 있다. 따라서 암반과 관련된 구조물의 안정성 문제와 관련하여 대상 암반의 역학적 거동을 파악, 이해하는 것은 설계 및 시공에 있어 매우 중요한 요소로 된다.About 70% of the country's topography is mountainous, so there are countless rock slopes on existing roads and railways that play aortic role in national industrial activities, and new slopes are planned alongside national policy infrastructure. As the industrialization of rock structures such as tunnels, underground stockpiling bases, and nuclear waste treatment plants accelerates, the demand and necessity of these structures increase. Therefore, understanding and understanding the mechanical behavior of the rock in relation to the stability of the rock-related structure is a very important factor in the design and construction.
일반적으로 전 세계적으로 암반사면 및 암반 구조물에 대한 최적의 설계안을 수립하기 위하여 현지 암반에 발달된 불연속면의 분포특성을 조사하고, 이에 따른 암반구조 분석결과에 의거하여 개착 사면의 거동 양상을 예측하는 일련의 해석방법이 활용되고 있다.In general, in order to establish the optimum design of rock slopes and rock structures worldwide, the distribution characteristics of discontinuities developed in local rocks are investigated, and a series of predictions of the behavior of the interlocking slopes are based on the rock structure analysis results. The interpretation method is used.
특히 절리면과 관련해서는 절리면의 상태, 하중의 조건, 거칠기 등에 따른 암석의 전단강도 및 변형 거동 등에 대한 연구, 조사가 필요하다. 즉 불연속면인 절리면의 거칠기는 전단강도의 잠재적 중요한 인자이며, 절리면의 거칠기는 전단 변형에 영향을 준다. 따라서 절리면의 전단강도와 팽창 정도를 평가하기 위하여 절리면의 거칠기를 측정할 필요가 있다. 일반적으로 불연속면의 거칠기(roughness)는 평균 평면에 대한 불연속면에 나타나는 작은 규모의 요철(unevenness)이나 큰 규모의 만곡(waveness)으로 정의되며, 실제에 있어서 만곡은 전단변위의 초기 방향에 영향을 주는 반면에 요철은 중간 규모의 현지 직접 전단강도 시험이나 실험실 시험에서 구해지는 전단강도에 영향을 준다.Especially with regard to joint surface, research and investigation on shear strength and deformation behavior of rock according to the condition of joint surface, load condition and roughness are necessary. That is, the roughness of the joint surface, which is a discontinuous surface, is a potential important factor of shear strength, and the roughness of the joint surface affects the shear deformation. Therefore, it is necessary to measure the roughness of the joint surface in order to evaluate the shear strength and degree of expansion of the joint surface. In general, the roughness of the discontinuity plane is defined as small unevenness or large waveness that appears in the discontinuity plane with respect to the average plane, while in practice the curvature affects the initial direction of shear displacement. Irregularities affect the shear strength obtained from medium-scale local direct shear or laboratory tests.
전단강도를 표현하는 식으로 Patton이 제시한 τ=σntan(φu+i)(여기에서 τ는 전단강도를 나타내고, σn은 수직응력을 나타내고, φu는 마찰각을 나타내고, i는 거칠기 각을 나타낸다) 및 Barton이 제시한 τ=σntan(JRC X log(JCS/σn)+φb )(여기에서 τ는 전단강도를 나타내고, σn은 수직응력을 나타내고, JRC는 거칠기 계수를 나타내고, JCS는 절리면 압축강도를 나타내고, φb는 기본 마찰각을 나타낸다)이 주로 사용된다. 상기 2개의 식을 보면, 거칠기 각(i) 또는 거칠기 계수(JRC)가 중요한 변수로 사용되고 있다.Τ = σ n tan (φ u + i), where τ represents shear strength, σ n represents vertical stress, φ u represents friction angle, and i is roughness. Τ = σ n tan (JRC X log (JCS / σ n ) + φ b ) (where τ represents shear strength, σ n represents vertical stress, and JRC represents roughness coefficient). JCS represents the compressive strength when the joint is broken, φ b represents the basic friction angle). Looking at the above two equations, roughness angle i or roughness coefficient JRC are used as important variables.
종래 불연속면의 거칠기를 조사 측정하는 방법으로는 선형 종단면(linear profile) 방법, 컴파스 및 클리노메터(compass and clinometer) 방법, 사진측량(photogrammetric) 방법, 프로파일 게이지(profile gauge) 또는 핀형 게이지(pin-type gauge) 방법 등이 알려져 있다.Conventional methods of investigating roughness of discontinuities include linear profile methods, compass and clinometer methods, photogrammetric methods, profile gauges or pin-type gauges. type gauge method and the like are known.
상기에서 선형 종단면 방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 2m 이상의 직선자(접자)나 줄자를 불연속면의 가장 높은 점과 점들에 접촉하여 가능한 한 직선이 되도록 작은 돌이나 점토 덩어리를 이용하여 직선자나 줄자와 불연속면 사이를 군데 군데 받혀 불연속면의 평균방향에 대하여 평행하게 놓은 다음, 직선 형태의 접선방향 거리(x)에 대하여 직선자 또는 줄자로부터 불연속면까지의 직선거리(y)를 측정하여 단위로 표시하고, 이를 이용하여 그래프로 거칠기의 프로파일(profole)을 작성하는 과정으로 이루어진다. 상기에서 접선방향 거리(x)의 간격은 전체 측정 길이의 대략 2% 정도로 선택하면, 전체 거칠기를 나타내는 데 충분한 것으로 알려져 있다.In the linear longitudinal section method, as shown in FIG. 1, a straight line or tape measure using a small stone or clay mass is made to contact the highest point and points of the discontinuity plane as much as possible. Placed between the discontinuous planes and placed in parallel to the average direction of the discontinuous plane, then measure the straight line distance (y) from the straight or tape measure to the discontinuous plane with respect to the straight line tangential distance (x) and display it in units. It is a process of creating a profile of roughness by using a graph. The spacing of the tangential distance x in the above is known to be sufficient to represent the overall roughness, if it is chosen to be approximately 2% of the total measurement length.
그리고 컴파스 및 클리노메터 방법은 도 2에 나타낸 바와 같이, 여러가지 직경(5cm, 10cm, 20cm, 40cm)을 갖는 원판 중에서 가장 큰 원판을 작은 규모의 거칠기 각도의 불연속면의 표면에 놓고, 적어도 25개의 다른 위치에서 각 측점의 경사방향과 경사를 측정하며, 이러한 작업을 다른 크기의 원판 위에서 차례로 반복하여 행하고, 각 원판의 크기에 따라 측정된 경사방향과 경사 데이터를 서로 다른 스테레오 네트 상에 극점 형태로 작도하고, 각 극점을 연결하는 등고선을 그려 거칠기를 표시하는 과정으로 이루어진다.And the compass and clinometer method, as shown in Figure 2, the largest disk among the various diameters (5cm, 10cm, 20cm, 40cm) is placed on the surface of the discontinuous surface of the roughness angle of small scale, and at least 25 different Measure the inclination direction and inclination of each point at the position, and repeat this operation on a different size disc in turn, and plot the inclination direction and inclination data according to the size of each disc in the form of poles on different stereo nets. And drawing the contours connecting the poles to display the roughness.
또 프로파일 게이지 또는 핀형 게이지 방법은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 프로파일 게이지나 핀형 게이지를 이용하여 불연속면의 상태를 본뜨고, 종이에 프로파일 게이지나 핀형 게이지를 대고 본뜬 형태를 기록하고, 본뜬 그림과 거칠기 표준등급을 디지타이징(digitizing)하고, 각각의 거칠기를 표준등급과 비교하여 등급을 결정하는 과정으로 이루어진다.In addition, the profile gauge or the pin-type gauge method, as shown in Figs. 3 and 4, using the profile gauge or pin gauge to imitate the state of the discontinuous surface, the profile shape or the pin-shaped gauge is recorded on the paper and recorded as And digitizing the roughness standard grade and comparing the roughness with the standard grade to determine the grade.
상기에서 프로파일 게이지는 폭이 작고 길이가 긴 직사각형으로 이루어지며, 불연속면에 대고 일정 정도의 압력을 가하면 불연속면과 접하는 면이 변형되고, 그 변형된 상태가 유지되어 불연속면을 본뜨는 것이 가능하도록 이루어진다. 상기 핀형 게이지는 좁은 간격으로 다수의 핀이 조립되어 이루어지며, 불연속면에 핀을 대고 일정 정도의 압력을 가하면 불연속면에 대응하여 핀의 돌출길이가 변형되어 불연속면을 본뜨는 것이 가능하도록 이루어진다.The profile gauge is made of a rectangle having a small width and a long length, and when a certain amount of pressure is applied to the discontinuous surface, the surface in contact with the discontinuous surface is deformed, and the deformed state is maintained so as to emulate the discontinuous surface. The pin-type gauge is made of a plurality of pins are assembled at a narrow interval, and when the pin is applied to the discontinuous surface by applying a certain degree of pressure, the protruding length of the pin is deformed corresponding to the discontinuous surface so as to emulate the discontinuous surface.
그러나 상기한 종래의 거칠기 측정 방법은 사람(측정자)이 접근할 수 있고 전단파괴가 일어날 수 있는 전형적인 표면을 가지는 불연속면을 선택하여 행하기 때문에, 불연속면 전체의 상황을 파악하는 데에는 일정한 제약이 있다. 또한 측정 간격이 너무 넓으면 데이터가 정확하지 않으며, 너무 좁으면 측정에 장시간이 소요된다는 문제가 있다.However, since the conventional roughness measuring method is performed by selecting a discontinuous surface having a typical surface accessible to a person (measurer) and causing shear failure, there are certain limitations in grasping the entire discontinuous surface. In addition, if the measurement interval is too wide, the data is not accurate, if too narrow there is a problem that takes a long time to measure.
또 상기와 같이 측정된 거칠기에 대한 데이터는 종이에 불연속면의 상태를 얻어진 측정값을 중심으로 그래프로 표기하고, Barton과 Choubey에 의해 제시되는 거칠기 종단면과 거칠기 계수(JRC)와의 관계(도 5 참조)로부터 거칠기 계수를 선정하는 데 이용된다. 즉 Barton과 Choubey는 1977년에 거칠기에 따라 10개의 대표적인 단면곡선 군을 만들고, 거칠어질수록 각각 0에서 20까지의 거칠기 계수(JRC)를 할당하여 도 5에 나타낸 도표(이하에서 "표준등급"이라 한다)를 제시하였다.In addition, the data on the roughness measured as described above is plotted on the paper centered on the measured value obtained, and the relationship between the roughness longitudinal section presented by Barton and Choubey and the roughness coefficient (JRC) (see FIG. 5). It is used to select the roughness coefficient from. That is, Barton and Choubey made ten representative cross-sectional curve groups according to roughness in 1977, and assigned roughness coefficients (JRC) of 0 to 20 as roughnesses were respectively referred to as the chart (hereinafter referred to as "standard grade"). To
상기와 같이 측정되고 선정된 거칠기 및 거칠기 계수를 이용하여 전단강도를 해석하는 경우에도, 현장 암반에 자연적으로 생성된 불연속면들은 지역적으로 분포 양상이 크게 변화되기 때문에 종래 거칠기 측정 방법을 활용한 특정 구역에서의 분석 결과는 전체 영역의 암반구조를 대표할 수 없으며, 현재 설계, 시공을 위하여 대부분의 현장에서 적용하고 있는 기술은 실제 불연속면의 분포 특성에 의거한 최적 사면설계 및 보강 계획을 제공하지 못하고 있는 실정이다.Even when the shear strength is analyzed using the roughness and roughness coefficients measured and selected as described above, the discontinuous surfaces naturally generated in the field rock vary greatly in the local distribution, so in a specific area using the conventional roughness measurement method. The results of analysis cannot represent the rock structure of the entire area, and the technology currently applied in most sites for design and construction does not provide the optimal slope design and reinforcement plan based on the distribution characteristics of the discontinuous surface. to be.
상기와 같은 종래 암반의 불연속면에 대한 조사의 한계성을 극복하기 위해서는 전체 암반영역에서의 불연속면 측정 및 각종 정보의 획득이 필요하며, 조사 인력 및 시간을 절약하고 현장 접근성의 난이도를 극복하기 위한 원격 자동 측정(측량) 방법의 개발이 절실하게 요구되고 있다.In order to overcome the limitations of the conventional research on the discontinuity of the rock, it is necessary to measure the discontinuity of the entire rock area and obtain various information, and to save the survey manpower and time, and to remotely measure the difficulty of on-site accessibility. There is an urgent need for the development of methods for surveying.
본 고안의 목적은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 레이저 스캐너를 이용하여 암반의 불연속면에 대한 거칠기를 측정하고 이 데이터를 이용하여 도면화하고 정확한 거칠기 계수(JRC)를 계산하는 것에 의하여 전체 영역의 암반구조를 파악하는 것이 가능하고 전체 암반영역에서의 절리면의 공학적 전단강도 특성을 정확하게 파악하고 거동을 분석하는 것이 가능한 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템을 제공하기 위한 것이다.The object of the present invention is to take a look at the above points, and the whole area by measuring the roughness of the discontinuous surface of the rock using a laser scanner, drawing using this data and calculating the correct roughness coefficient (JRC) It is to provide a remote roughness measurement system by laser scanning of rock discontinuity, which is able to grasp the rock structure of the rock, and to accurately analyze the mechanical shear strength characteristics of the joint in the entire rock area and to analyze its behavior.
본 고안이 제안하는 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템은 소정의 각도로 회전하면서 불연속면에 레이저빔을 주사하고 불연속면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 측량을 행하는 레이저 스캐너와, 상기 레이저 스캐너를 안정적으로 지지하는 지지대와, 상기 레이저 스캐너에서 측량한 불연속면의 각 측점을 삼각망으로 연결하여 프레임을 형성하고 랜더링처리를 행하여 3차원 형상을 구현하고 임의의 절리면 상의 직선구간을 설정하면 그 구간에 대한 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면, 거칠기 계수 등를 산출하는 컴퓨터를 포함하여 이루어진다.The remote roughness measuring system by laser scanning of rock discontinuity proposed by the present invention includes a laser scanner which scans a laser beam on a discontinuous surface and receives a laser beam reflected from the discontinuous surface while rotating at a predetermined angle, and performs the measurement. A support frame is stably supported, and each point of the discontinuous surface measured by the laser scanner is connected by a triangular network to form a frame, and a rendering process is performed to realize a three-dimensional shape and to set a straight section on an arbitrary joint surface. And a computer for calculating the roughness profile graph and / or the drawing, the roughness coefficient, and the like.
상기 컴퓨터에서 작성된 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면을 표준등급(Barton과 Choubey가 1977년에 거칠기에 따라 10개의 대표적인 단면곡선 군을 만들고 거칠어질수록 각각 0에서 20까지의 거칠기 계수(JRC)를 할당하여 만든 등급)과 이미지 비교를 수행하여 가장 근접한 거칠기 계수(JRC)를 산출하도록 이루어지는 것도 가능하다.The computer-generated roughness profile graphs and / or drawings were made of standard grades (Barton and Choubey in 1977 with roughness of ten representative cross-sectional curve groups, and each roughness was assigned a roughness coefficient from 0 to 20 (JRC). It is also possible to perform a comparison of the image with the created grade) to calculate the closest roughness factor (JRC).
또 본 고안의 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템은 수준계가 설치되는 수평판과 나침반이 설치되는 진북판으로 이루어지고 불연속면에 근접된 위치에 설치되는 기준좌표대를 더 포함하는 것도 가능하다.In addition, the remote roughness measurement system by laser scanning of the rock discontinuous surface of the present invention is composed of a horizontal plate on which the level gauge is installed and a true north plate on which the compass is installed, and may further include a reference coordinate table installed at a position close to the discontinuous surface. .
상기 지지대와 기준좌표대는 굴곡이 있는 지형에서도 안정적으로 지지할 수 있도록 삼각대로 구성한다.The support and the reference coordinate table is configured as a tripod so that it can be stably supported even in curved terrain.
다음으로 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of a remote roughness measuring system by laser scanning of a rock discontinuous surface according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 일실시예는 도 6∼도 8에 나타낸 바와 같이, 소정의 각도로 회전하면서 레이저빔을 불연속면(2)에 주사하고 불연속면(2)에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 측량을 행하는 레이저 스캐너(20)와, 상기 레이저 스캐너(20)를 안정적으로 지지하는 지지대(30)와, 상기 레이저 스캐너(20)에서 측량한 불연속면(2)의 각 측점을 삼각망으로 연결하여 프레임을 형성하고 랜더링처리를 행하여 3차원 형상을 구현하고 임의의 절리면 상의 직선구간을 설정하면 그 구간에 대한 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면, 거칠기 계수 등을 산출하는 컴퓨터(40)를 포함하여 이루어진다.First, one embodiment of the remote roughness measuring system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention, as shown in Figures 6 to 8, while scanning the laser beam on the discontinuous surface 2 while rotating at a predetermined angle (2) Of the laser scanner 20 for receiving and surveying the laser beam reflected by the beam, the support 30 for stably supporting the laser scanner 20, and the discontinuous surface 2 measured by the laser scanner 20. A computer that calculates roughness profile graphs and / or drawings, roughness coefficients, etc., by connecting each point with a triangular network to form a frame, rendering and implementing a three-dimensional shape, and setting a straight section on an arbitrary joint surface. 40 is made.
또 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 일실시예는 도 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 수준계(13)가 설치되는 수평판(12)과 나침반(15)이 설치되는 진북판(14)으로 이루어지고 암반 불연속면(2)에 근접된 위치에 설치되는 기준좌표대(10)를 더 포함한다.In addition, one embodiment of the remote roughness measurement system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention is a horizontal plate 12 and the compass 15 is installed, as shown in Figures 6 and 8 It further comprises a reference coordinate table 10 made of a true north plate 14 is installed in a position close to the rock discontinuous surface (2).
상기와 같이 기준좌표대(10)를 설치하는 경우에는 상기 레이저 스캐너(20)에서 불연속면(20)을 스캔할 때에 기준좌표대(10)의 수평판(12) 및 진북판(14)도 함께 스캔하여 3차원 위치정보를 수집하도록 구성한다. When the reference frame 10 is installed as described above, the horizontal plate 12 and the true north plate 14 of the reference frame 10 are also scanned together when the discontinuous surface 20 is scanned by the laser scanner 20. It is configured to collect three-dimensional location information.
상기 컴퓨터(40)에서는 수집된 3차원 위치정보를 이용하여 기준좌표대(10)에 대한 3차원 형상을 구현하고, 상기 기준좌표대(10)의 수평판(12) 및 진북판(14)의 3차원 형상을 기준좌표계로 설정하고, 기준좌표계를 이용하여 불연속면(2)의 3차원 형상을 기준좌표계로 좌표변환하도록 구성한다.The computer 40 implements a three-dimensional shape of the reference coordinate table 10 by using the collected three-dimensional position information, and the horizontal plate 12 and the true north plate 14 of the reference coordinate table 10 The three-dimensional shape is set as the reference coordinate system, and the three-dimensional shape of the discontinuous surface 2 is converted to the reference coordinate system using the reference coordinate system.
상기 기준좌표대(10)에는 굴곡이 있는 지형에서도 안정된 상태로 설치할 수 있도록 3개의 다리(16)를 설치한다.The reference coordinate table 10 is provided with three legs 16 to be installed in a stable state in the curved terrain.
상기 3개의 다리(16)를 길이를 변경시킬 수 있도록 구성하며, 서로의 각도를 변경시키는 것도 가능하도록 구성하는 것이, 필요에 따라 다양하게 변화시켜 대응하는 것이 가능하므로 바람직한다.It is preferable to configure the three legs 16 so that their lengths can be changed, and to configure the angles of the three legs 16 so that the angles can be changed.
상기 3개의 다리(16)는 일반적으로 카메라나 측량기구 등에 많이 사용하는 삼각대의 구성을 이용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Since these three legs 16 can be implemented using the structure of the tripod generally used for cameras, a surveying instrument, etc., detailed description is abbreviate | omitted.
그리고 상기 기준좌표대(10)의 수평판(12)과 진북판(14)의 이웃하는 한쪽 모서리에는 수직판(19)을 설치하여 수평판(12)과 진북판(14)의 위치가 구조적으로 안정된 상태를 유지하도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, a vertical plate 19 is installed at one corner of the horizontal plate 12 and the true north plate 14 of the reference frame 10 so that the position of the horizontal plate 12 and the true north plate 14 is structurally determined. It is preferable to comprise so that a stable state may be maintained.
상기 진북판(14)에 설치하는 나침반(15)은 진북판(14)의 방향을 진북(도북)에 정확하게 일치시키기 위한 것으로, 진북판(14)의 윗면에는 나침반(15)의 N극 및/또는 S극의 일치여부를 확인할 수 있는 표시를 형성하는 것이 바람직하다.The compass 15 installed on the true north board 14 is for precisely matching the direction of the true north board 14 to the true north (dobuk), and on the upper surface of the true north board 14, the north pole of the compass 15 and / Alternatively, it is preferable to form a display that can confirm whether or not the S-pole matches.
상기 수평판(12)에 설치하는 수준계(13)는 수평판(14)의 수평여부를 정확하게 맞추기 위한 것으로, 도 8에 나타낸 바와 같이 직각을 이루는 2개의 직선형상으로 구성하는 것도 가능하고, 도 9에 나타낸 바와 같이 십자표시가 있는 원형상으로 구성하는 것도 가능하다.The level gauge 13 installed on the horizontal plate 12 is for precisely adjusting the horizontal level of the horizontal plate 14, and may be configured as two straight lines formed at right angles as shown in FIG. As shown in Fig. 9, it is also possible to form a cross with a cross.
상기 지지대(30)는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 굴곡이 있는 지형에서도 안정적으로 레이저 스캐너(20)를 지지할 수 있도록 삼각대형상으로 구성한다.6 and 7, the support 30 is configured in a tripod shape so as to stably support the laser scanner 20 even in a curved terrain.
상기 지지대(30)는 도 6에 나타낸 바와 같이 수평상태로 레이저 스캐너(20)를 위치시키는 것도 가능하고, 도 7에 나타낸 바와 같이 수직상태로 레이저 스캐너(20)를 지지하는 것이 가능하도록, 각도를 변경시키는 것이 가능하게 구성하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, the support 30 may also position the laser scanner 20 in a horizontal state, and as shown in FIG. 7, the angle may be adjusted to support the laser scanner 20 in a vertical state. It is preferable to comprise so that change is possible.
상기 지지대(30)는 상기 레이저 스캐너(20)를 회전가능하게 지지하는 축지지부(32)와, 상기 축지지부(32)의 밑면에 설치되는 제1브라켓(33)과, 상기 제1브라켓(33)과 소정의 각도로 변화시키는 것이 가능하도록 연결되는 제2브라켓(34)과, 상기 제2브라켓(34)의 밑면에 설치되는 3개의 다리(36)로 이루어진다.The support 30 includes an axial support 32 for rotatably supporting the laser scanner 20, a first bracket 33 installed on the bottom of the axial support 32, and the first bracket 33. ) And a second bracket 34 connected to be able to be changed at a predetermined angle, and three legs 36 installed on the bottom surface of the second bracket 34.
상기 지지대(30)의 제1브라켓(33)과 제2브라켓(34)은 일정 각도(예를 들면 0.1°단위, 0.5°단위, 1°단위 또는 5°단위 등)단위로 각도를 변경시킨 다음 위치를 고정할 수 있도록 구성한다.The first bracket 33 and the second bracket 34 of the support 30 change the angle by a predetermined angle (for example, 0.1 ° unit, 0.5 ° unit, 1 ° unit or 5 ° unit, etc.) Configure to fix the position.
상기 지지대(30)의 제1브라켓(33)과 제2브라켓(34)의 각도는 최대 90°까지 변경가능하게 구성한다.The angle of the first bracket 33 and the second bracket 34 of the support 30 is configured to be changeable up to 90 °.
상기 지지대(30)의 제1브라켓(33)과 제2브라켓, 3개의 다리(36) 등의 구성은 일반적으로 카메라 또는 측량기구의 삼각대에 사용하는 구성을 이용하여 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the configuration of the first bracket 33, the second bracket, three legs 36, etc. of the support 30 can be generally performed using a configuration used for a tripod of a camera or a surveying instrument, the detailed description will be made. Omit.
상기 레이저 스캐너(20)는 예를 들면 320°회전가능하게 구성되고, 레이저빔을 주사하는 발광부(22)와, 반사되어 돌아오는 레이저빔을 수광하는 수광부(24)와, 레이저빔을 주사할 때에 불연속면(2)의 촬영을 행하는 카메라부(26)를 포함하여 이루어진다.The laser scanner 20 is configured to be rotatable, for example, by 320 °, and includes a light emitting unit 22 for scanning a laser beam, a light receiving unit 24 for receiving a reflected laser beam, and a laser beam for scanning. It comprises a camera unit 26 for photographing the discontinuous surface 2 at the time.
상기에서 발광부(22)의 미러(mirror)(도면에 나타내지 않음) 및/또는 카메라부(26)의 렌즈(도면에 나타내지 않음)를 소정의 각도(예를 들면 46°정도)로 회전하도록 구성하면, 레이저 스캐너(20)가 320°회전하면서 다시 좌우로 46°회전하므로, 구의 일부를 이루는 면적에 대하여 폭넓게 레이저를 주사하는 것이 가능하고 선이 아닌 면에 대하여 측량하는 것이 가능하다.The mirror (not shown) of the light-emitting part 22 and / or the lens (not shown) of the camera part 26 are configured to rotate at a predetermined angle (for example, about 46 °). In this case, since the laser scanner 20 rotates again by 46 ° to the left and right while rotating 320 °, it is possible to scan the laser widely over the area forming a part of the sphere, and to survey the non-line surface.
그리고 상기 지지대(30)의 제1브라켓(33)과 제2브라켓(34) 사이의 각도를 조절하는 것에 의하여 1개의 지점에 고정된 상태에서 보다 넓은 면적을 측량하는 것이 가능하다.And by adjusting the angle between the first bracket 33 and the second bracket 34 of the support 30 it is possible to survey a larger area in a fixed state at one point.
상기 카메라부(26)는 CCD 카메라 등을 이용하여 이루어진다.The camera unit 26 is made using a CCD camera or the like.
상기 레이저 스캐너(20)는 다양한 방식으로 구성하여 사용하는 것이 가능하며, 기본적인 구성은 일반적인 레이저 측정방법에서 사용하는 다양한 시스템을 적용하여 실시하는 것이 가능하므로, 구체적인 구성에 대한 설명은 생략한다.The laser scanner 20 may be configured and used in various ways, and the basic configuration may be implemented by applying various systems used in a general laser measuring method, and thus, a detailed description thereof will be omitted.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 일실시예를 이용하여 암반 불연속면의 거칠기를 측정하는 과정은 도 10∼도 13에 나타낸 바와 같이, 측정하고자 하는 불연속면(2)으로부터 일정한 거리를 두고 레이저 스캐너(20)를 설치하는 단계(S10)와, 상기 레이저 스캐너(20)를 일정 각도 간격으로 상하좌우로 회전(예를 들면 320°×46°×90°)시키면서 레이저빔을 불연속면(2)에 주사하고 반사되는 빛을 수광하여 각 측점에 대한 3차원 위치정보를 수집하는 단계(S20)와, 컴퓨터(40)에서 수집된 3차원 위치정보를 삼각망으로 연결하여 프레임을 형성하고 랜더링처리를 행하여 3차원 형상을 구현하는 단계(S30)와, 사용자가 3차원 형상에서 임의의 절리면 상의 직선구간을 설정하는 단계(S40)와, 컴퓨터(40)에서 설정된 직선구간을 소정의 간격으로 세분화하여 x축 값을 설정하고 각 간격마다의 위치값을 y축 값으로 설정하는 단계(S50)와, 컴퓨터(40)에서 설정된 x값과 이에 대응하는 y값을 이용하여 해당 직선구간에서의 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면을 작성하는 단계(S60)와, 컴퓨터(40)에서 상기 직선구간의 x값과 이에 대응하는 y값을 이용하여 거칠기 계수(JRC)를 산출하는 단계(S70)를 포함하여 이루어진다.The process of measuring the roughness of the rock discontinuous surface by using an embodiment of the remote roughness measuring system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention configured as described above, as shown in Figs. Installing the laser scanner 20 at a predetermined distance from (2) (S10), and rotating the laser scanner 20 up, down, left, and right at regular angle intervals (for example, 320 ° × 46 ° × 90 °) While scanning the laser beam on the discontinuous surface (2) and receiving the reflected light to collect the three-dimensional position information for each point (S20), and connecting the three-dimensional position information collected by the computer 40 with a triangular network Forming a frame and performing a rendering process to implement a three-dimensional shape (S30), and setting a straight section on an arbitrary joint surface in the three-dimensional shape (S40), and in the computer 40 Setting the x-axis value by subdividing the set straight line sections at predetermined intervals (S50) and setting the position value of each interval to the y-axis value, and setting the x value and the corresponding y value set in the computer 40. Step S60 of creating a roughness profile graph and / or a drawing in the corresponding straight section using the x value and the corresponding y value of the straight section in the computer 40 to calculate the roughness coefficient JRC. It comprises a step (S70).
상기 단계(S20)에서 레이저 스캐너(20)는 소정의 각도(예를 들면 320°)로 회전하면서 불연속면(2)에 대한 스캐닝을 행한 다음, 발광부(22) 미러(mirror)의 각도를 일정 간격(예를 들면 0.1°)으로 조정하고, 다시 소정의 각도로 회전하면서 스캐닝을 행하는 과정을 반복하여 불연속면(2)에 대한 측량을 수행한다.In the step S20, the laser scanner 20 scans the discontinuous surface 2 while rotating at a predetermined angle (for example, 320 °), and then sets the angle of the mirror of the light emitting part 22 at a predetermined interval. (For example, 0.1 °), the process of scanning while rotating again at a predetermined angle is repeated to carry out the survey on the discontinuous surface 2.
상기에서 레이저 스캐너(20)에 의하여 측량이 가능한 각 측점 사이의 간격은 0.1㎜ 정도까지 정밀하게 설정하는 것이 가능하므로, 매우 정밀하고 정확하게 불연속면(2)에 대한 3차원 위치정보를 얻을 수 있다.Since the distance between the points that can be measured by the laser scanner 20 can be set precisely to about 0.1 mm, three-dimensional position information on the discontinuous surface 2 can be obtained very precisely and accurately.
상기와 같이 불연속면(2)에 대한 측량을 행하는 경우 불연속면(2)의 특정 지점(측점)을 기준점으로 설정하고, 얻어진 위치정보를 기준점을 기준으로 상대적인 값으로 수집하는 것도 가능하다.When performing the survey on the discontinuous surface 2 as described above, it is also possible to set a specific point (point) of the discontinuous surface 2 as a reference point and collect the obtained positional information as a relative value based on the reference point.
또는 레이저 스캐너(20)의 발광부(22)를 기준점으로 설정하고, 이 기준점을 기준으로 상대적인 값으로 불연속면(2)의 각 측점에 대한 3차원 위치정보를 수집하도록 구성하는 것도 가능하다.Alternatively, the light emitting unit 22 of the laser scanner 20 may be set as a reference point and configured to collect three-dimensional position information of each point of the discontinuous surface 2 at a relative value based on the reference point.
상기 지지대(30)의 제1브라켓(33)과 제2브라켓(34)의 각도를 조정하면 레이저 스캐너(20)로 스캔하여 측량할 수 있는 범위가 매우 폭넓은 범위로 확대된다.By adjusting the angle of the first bracket 33 and the second bracket 34 of the support 30, the range that can be scanned and measured by the laser scanner 20 is expanded to a very wide range.
상기와 같이 측량된 불연속면(2)의 각 측점에 대한 3차원 위치정보는 컴퓨터(40)에서 점으로 표시된다(도 11 참조). 상기 컴퓨터(40)에서는 점으로 표시된 각 측점을 이웃하는 측점끼리 삼각망으로 연결하여 프레임을 만들고(도 12 참조), 프레임에 랜더링처리를 행하므로 면을 구성하는 것에 의하여 불연속면(2)을 3차원 형상으로 구현한다(도 13 참조).The three-dimensional positional information for each point of the discontinuous surface 2 measured as described above is displayed as a point in the computer 40 (see FIG. 11). In the computer 40, each point indicated by a point is connected to a neighboring point by a triangular network to form a frame (see FIG. 12), and a rendering process is performed on the frame so that the discontinuous surface 2 is three-dimensional by constructing a face. Implemented in shape (see FIG. 13).
상기에서 레이저 스캐너(20)를 사용하여 측량을 행하는 경우 각 측점의 간격은 0.1㎜ 까지도 가능하므로, 소규모의 불연속면에 대한 측량도 가능하다.When performing a survey using the laser scanner 20 in the above, since the space | interval of each point can be 0.1 mm, it is also possible to survey a small discontinuous surface.
또 상기 각 측점을 삼각망으로 구성하여 면처리(랜더링처리)를 수행하므로 면을 용이하게 구성할 수 있으며 정확하게 구현하는 것이 가능하다.In addition, since each side point is configured by a triangular network to perform a surface treatment (rendering process), it is possible to easily configure the surface and to accurately implement.
도 13에는 암반 불연속면(2)의 3차원 형상에 사용자가 임의의 직선구간(Point ① - Point ②)을 설정한 상태를 나타낸다.FIG. 13 shows a state in which the user sets an arbitrary straight section (Point ①-Point ②) in the three-dimensional shape of the rock discontinuous surface 2. As shown in FIG.
상기와 같이 얻어진 불연속면(2)의 3차원 형상에서 임의의 직선구간(Point ① - Point ②)을 설정하면, 그 직선구간을 소정의 간격으로 세분화하여 x축 값을 설정하고, 각 간격마다의 위치값(3차원 위치정보로부터 얻은 값)을 y축 값으로 설정한다.In the three-dimensional shape of the discontinuous surface 2 obtained as described above, when an arbitrary straight line point (Point ①-Point ②) is set, the straight line section is subdivided at a predetermined interval to set the x-axis value, and the position at each interval. Set the value (the value obtained from the 3D location information) as the y-axis value.
상기 단계(S50)에서는 사용자가 컴퓨터(40)의 모니터에 나타난 불연속면(2)의 3차원 형상에서 임의의 직선구간(Point ① - Point ②)을 설정하면, 컴퓨터(40)에서는 그 직선구간(Point ① - Point ②)에 대응하는 직선을 x축으로 설정하고, 이 직선을 소정의 간격(예를 들면 1mm, 5mm, 1cm 등)으로 세분화하여 x값을 설정하고, 상기 세분화된 각각의 x값에 대응하는 불연속면(2)의 각 측점의 3차원 위치정보로부터 y값(도 14와 같은 단면도에 있어서 임의의 기준 수평선과의 수직거리)을 설정한다.In the step (S50), if the user sets an arbitrary straight line (Point ①-Point ②) in the three-dimensional shape of the discontinuous surface (2) shown on the monitor of the computer 40, the computer 40, the straight line (Point) ①-Point ②) sets a straight line corresponding to the x-axis, subdivids the straight line at predetermined intervals (for example, 1 mm, 5 mm, 1 cm, etc.) to set the x value, and then to each of the subdivided x values. From the three-dimensional positional information of each side of the corresponding discontinuous surface 2, a y value (a vertical distance from an arbitrary reference horizontal line in the cross section as shown in Fig. 14) is set.
상기 단계(S60)에서는 도 14에 나타낸 바와 같이, 상기 컴퓨터(40)에서 상기와 같이 얻어진 x값과 이에 대응하는 y값을 임의의 x-y 좌표계에 점으로 표시하고, 표시된 점을 서로 하나의 선으로 연결하여 해당 직선구간에 대한 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면(단면도)을 작성하여 모니터에 나타내고, 필요한 경우 프린터로 출력한다. 즉 상기 컴퓨터(40)에서 해당 직선구간에 대한 단면도로 도면화하는 것이 가능하고, 이를 그래프로 나타내는 것이 가능하다.In the step S60, as shown in FIG. 14, the x value obtained as described above in the computer 40 and the corresponding y value are displayed as points in an arbitrary xy coordinate system, and the displayed points are represented by one line with each other. Connect and create a roughness profile graph and / or drawing (cross section) for the straight section, display it on the monitor, and output it to a printer if necessary. In other words, the computer 40 can be drawn as a cross-sectional view of the straight line, and this can be represented by a graph.
상기 컴퓨터(40)의 프로그램을 상기와 같이 얻어진 거칠기 프로파일 그래프 및/또는 도면(단면도)을 컴퓨터(40)에 미리 입력된 표준등급을 나타내는 거칠기 그래프와 이미지 비교를 수행하여 가장 근접한 거칠기 계수(JRC)를 산출하도록 구성하는 것도 가능하다.The roughness coefficient (JRC) that is closest to the roughness profile graph and / or the drawing (cross section) obtained by the program of the computer 40 as described above is compared with the roughness graph representing the standard grade previously input to the computer 40. It is also possible to configure to calculate.
상기 컴퓨터(40)에 미리 입력되는 표준등급을 나타내는 거칠기 그래프로는 예를 들면, Barton과 Choubey가 1977년에 거칠기에 따라 10개의 대표적인 단면곡선 군을 만들고 거칠어질수록 각각 0에서 20까지의 거칠기 계수(JRC)를 할당하여 만든 도 5에 나타낸 도표 등을 사용하는 것이 가능하다.As a roughness graph representing the standard grade previously inputted to the computer 40, for example, Barton and Choubey made ten representative cross-sectional curve groups according to the roughness in 1977, and the roughness coefficients from 0 to 20 are respectively roughened. It is possible to use the diagram shown in Fig. 5 created by assigning (JRC).
상기 단계(S70)에서는 상기와 같이 얻어진 x값과 이에 대응하는 y값을 이용하여 거칠기 계수(JRC)를 산출한다.In the step S70, the roughness coefficient JRC is calculated using the x value obtained as described above and the corresponding y value.
예를 들면 다음의 수학식 1과 같이 Mayers의 1차 미분을 이용하여 RMS(Z2) 값을 산출하고, 이를 Tse와 Cruden이 1979년에 제시한 다음의 수학식 2에 Z2 값을 대입하여 거칠기 계수(JRC)를 산출한다.For example, the RMS (Z 2 ) value is calculated using Mayers' first derivative as shown in Equation 1 below, and the Z 2 value is substituted into Equation 2 given by Tse and Cruden in 1979. The roughness coefficient JRC is calculated.
상기와 같이 얻어진 거칠기 계수(JRC)는 전단강도를 표현하는 식인 Barton이 제시한 다음의 수학식 3에 대입하여 사용된다.The roughness coefficient (JRC) obtained as described above is used by substituting Equation 3 given by Barton, which is an expression representing shear strength.
상기에서 τ는 전단강도를 나타내고, σn은 수직응력을 나타내고, JRC는 거칠기 계수를 나타내고, JCS는 절리면 압축강도를 나타내고, φb는 기본 마찰각을 나타낸다.In the above, τ represents shear strength, sigma n represents vertical stress, JRC represents roughness coefficient, JCS represents compressive strength when severed, and φ b represents basic friction angle.
따라서 본 고안에 의하면 보다 정확하고 신속하게 암반 불연속면(2)에 대한 거동을 분석하는 것이 가능하다.Therefore, according to the present invention, it is possible to analyze the behavior of the rock discontinuous surface 2 more accurately and quickly.
그리고 상기 단계(S10)에서 레이저 스캐너(20)를 설치할 때에 수준계(13)가 설치되는 수평판(12)과 나침반(15)이 설치되는 진북판(14)으로 이루어지는 기준좌표대(10)를 측량하고자 하는 암반의 불연속면(2)과 근접한 위치에 설치하고, 상기 단계(S20)에서 레이저 스캐너(20)로 불연속면(2)을 스캔할 때에 상기 기준좌표대(10)의 수평판(12)과 진북판(14)을 함께 스캔하도록 구성하는 것도 가능하다.When the laser scanner 20 is installed in the step S10, the reference table 10 includes a horizontal plate 12 on which the level gauge 13 is installed and a true north plate 14 on which the compass 15 is installed. Installed at a position close to the discontinuous surface 2 of the rock to be surveyed, and when the discontinuous surface 2 is scanned with the laser scanner 20 in the step S20 and the horizontal plate 12 of the reference table 10 and It is also possible to configure the true north board 14 to be scanned together.
상기 기준좌표대(10)는 수평판(12)을 수평면으로 맞추고, 진북판(14)을 진북방향과 일치하도록 위치맞춤을 행하여 설치한다. 즉 상기 기준좌표대(10)의 수평판(12)에 설치된 수준계(13)를 이용하여 수평을 맞추면서 3개의 다리(16) 높이 및 각도를 조절하여 설정된 기준위치로 수평판(12)을 위치맞춤하고, 상기 진북판(14)에 설치된 나침반(15)을 이용하여 진북판(14)의 방향을 진북(도북)방향으로 위치맞춤한다.The reference coordinate table 10 is installed by aligning the horizontal plate 12 in a horizontal plane, and the true north plate 14 is aligned to match the true north direction. That is, by using the level gauge 13 installed on the horizontal plate 12 of the reference coordinate table 10 to adjust the height and angle of the three legs 16 to position the horizontal plate 12 to the set reference position And the position of the true north board 14 in the true north (dobuk) direction by using the compass 15 installed in the true north board 14.
상기와 같이 수평면과 진북방향으로 위치맞춤된 기준좌표대(10)의 수평판(12), 진북판(14), 수직판(19)이 만나는 내부의 꼭지점을 기준좌표계의 기준원점(0,0,0)으로 설정하고, 수평판(12)과 수직판(19)이 만나는 안쪽 모서리를 위도축으로 설정하고, 진북판(14)과 수평판(12)이 만나는 안쪽 모서리를 경도축(또는 진북축)으로 설정하고, 수직판(19)과 진북판(14)이 만나는 안쪽 모서리를 높이축으로 설정한다.The reference point of the reference coordinate system is the internal vertex of the horizontal plate 12, the true north plate 14, and the vertical plate 19 of the reference coordinate table 10 positioned in the horizontal plane and the true north direction as described above. , 0), the inner edge where the horizontal plate 12 and the vertical plate 19 meet as the latitude axis, and the inner edge where the true north plate 14 and the horizontal plate 12 meet as the longitudinal axis (or true north). Axis), and the inner edge where the vertical plate 19 and the true north plate 14 meet is set as the height axis.
상기에서 기준원점은 토탈스테이션(Total Station) 또는 GPS 등과 같은 측량기로 측량을 실시하여 원점에 절대좌표를 이식하는 것도 가능하다.In the above reference point, the reference point may be surveyed by a total station or a GPS, and the absolute coordinate may be implanted in the reference point.
상기에서는 기준좌표대(10)를 설치하여 기준원점을 설정하는 것으로 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고, 불연속면(2)의 특정 위치를 선정하여 기준원점으로 설정하도록 이루어지는 것도 가능하다. 이와 같이 불연속면(2)의 특정 위치를 기준원점으로 설정하는 경우에는 별도로 기준좌표대(10)를 설치하지 않아도 된다.In the above, the reference coordinate table 10 is installed to set the reference origin, but the present invention is not limited thereto, and the specific position of the discontinuous surface 2 may be selected and set as the reference origin. Thus, when setting the specific position of the discontinuous surface 2 as a reference origin, it is not necessary to provide the reference coordinate table 10 separately.
그리고 상기 레이저 스캐너(20)에서 측량한 기준좌표대(10)의 각 측점에 대한 3차원 위치정보를 이용하여 상기한 컴퓨터(40)에서 형상화한 기준좌표대(10)의 수평판(12), 진북판(14), 수직판(19)에 대한 3차원 형상을 기준좌표계로 설정한다.And the horizontal plate 12 of the reference coordinate table 10 shaped by the computer 40 using three-dimensional position information of each point of the reference coordinate table 10 measured by the laser scanner 20, The three-dimensional shape of the true north board 14 and the vertical board 19 is set to the reference coordinate system.
상기와 같이 구현되는 기준좌표계를 기준으로 불연속면(2)의 3차원 형상을 위도와 경도에 맞추어 기준좌표계로 좌표변환을 행하면, 실제 암반 불연속면(2)의 주향과 경사에 관한 정보도 함께 알 수 있다.When the coordinate transformation of the three-dimensional shape of the discontinuous surface 2 to the reference coordinate system based on the reference coordinate system implemented as described above is performed according to latitude and longitude, information about the periphery and the slope of the actual rock discontinuous surface 2 can also be known. .
도 15에는 좌표변환을 수행하기 전의 상태를 나타내고, 도 16에는 좌표변환을 수행한 상태를 나타낸다. 즉 직육면체로 표시되는 사용자가 설정한 좌표계(화면상 위도와 경도 및 높이를 나타내는 좌표계)와 기준좌표계가 소정의 각도로 어긋난 상태로 표시되는 도 15와 같은 상태에서 기준좌표계를 사용자가 설정한 좌표계와 방향을 일치시키는 것에 의하여 도 16과 같은 상태로 불연속면(2)에 대한 3차원 형상의 좌표변환이 이루어진다. 따라서 좌표변환이 매우 용이하게 이루어진다.15 shows a state before performing coordinate transformation, and FIG. 16 shows a state in which coordinate transformation has been performed. That is, the coordinate system set by the user (coordinate system indicating latitude, longitude, and height on the screen) displayed by the rectangular parallelepiped, and the reference coordinate system set by the user in the state shown in FIG. By matching the directions, coordinate transformation of the three-dimensional shape with respect to the discontinuous surface 2 is performed in the state as shown in FIG. Therefore, coordinate transformation is made very easy.
상기와 같이 사용자 및 기계 자체에 의한 좌표계와 기준좌표계가 일치되면, 암반 불연속면(2)에 대한 3차원 형상에 있어서, 기준좌표계와의 사이각으로부터 주향과 경사 등의 데이터를 산출하고 분석하는 것이 가능하다. 상기에서 불연속면(2)에 대한 주향과 경사를 산출하면, 해당 불연속면(2)의 거동을 보다 정확하게 분석하는 것이 가능하다.When the coordinate system and the reference coordinate system by the user and the machine itself coincide as described above, in the three-dimensional shape with respect to the rock discontinuous surface 2, it is possible to calculate and analyze data such as the strike and the slope from the angle between the reference coordinate system. Do. By calculating the strike and the slope with respect to the discontinuous surface 2 above, it is possible to analyze the behavior of the discontinuous surface 2 more accurately.
상기에서는 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 고안의 범위에 속한다.In the above, a preferred embodiment of a remote roughness measuring system by laser scanning of a rock discontinuous surface according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, the utility model registration claims and the detailed description of the invention and the scope of the accompanying drawings. Various modifications can be made therein, and this also belongs to the scope of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템에 의하면, 불연속면으로부터 일정 거리 떨어진 상태에서 거칠기를 측정하는 것이 가능하므로, 작업자가 접근하기 어려운 지점에 대해서도 정확하게 거칠기를 측정하는 것이 가능하고, 작업자의 안전과 정확도를 동시에 만족시키는 것이 가능하다.According to the remote roughness measuring system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention as described above, it is possible to measure the roughness at a distance away from the discontinuous surface, thereby accurately measuring the roughness even at a point that is difficult for an operator to approach. It is possible to satisfy the safety and accuracy of the operator at the same time.
본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템에 의하면, 불연속면 전체에 대한 측정이 가능하므로, 부분적인 분석이 아닌 전체적인 암반의 거동 및 전체 암반영역에서의 절리면의 공학적 전단강도 특성 등을 분석하는 것이 가능하고, 암반 불연속면에 대한 안전성의 예측이 보다 정확하게 이루어진다.According to the remote roughness measurement system by laser scanning of rock discontinuity according to the present invention, the entire discontinuity can be measured, so the overall shear behavior of the rock and the engineering shear strength characteristics of the cut surface in the entire rock region are not measured. It is possible to analyze and make more accurate predictions of the safety of rock discontinuities.
그리고 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템에 의하면, 기준좌표대가 불연속면과 일체화된 상태로 레이저 스캐너에 의하여 함께 스캔되어 각 측점에 대한 3차원 위치정보가 얻어지므로, 불연속면을 3차원 형상화함과 동시에 기준좌표계가 구현된다. 따라서 불연속면의 기계(레이저 스캐너) 자체의 좌표에 의한 3차원 형상을 자유롭게 기준좌표계로 좌표변환하는 것이 가능하고, 좌표변환작업이 매우 용이하게 이루어진다.And according to the remote roughness measuring system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention, since the reference coordinate table is scanned together by the laser scanner in an integrated state with the discontinuous surface to obtain three-dimensional position information for each point, the discontinuous surface is 3 At the same time as the dimensional shaping, the reference coordinate system is implemented. Therefore, it is possible to freely transform the three-dimensional shape by the coordinates of the machine (laser scanner) of the discontinuous surface into the reference coordinate system, and the coordinate conversion operation is made very easy.
상기와 같이 좌표변환을 용이하게 행하는 것에 의하여 불연속면의 3차원 형상에 있어서 주향과 경사를 거칠기와 함께 정확하고 빠르게 산출하는 것이 가능하다.By easily performing the coordinate transformation as described above, it is possible to accurately and quickly calculate the strike and the slope together with the roughness in the three-dimensional shape of the discontinuous surface.
도 1은 선형 종단면 방법으로 불연속면의 거칠기를 측정하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic view for explaining a process of measuring the roughness of the discontinuous surface by a linear longitudinal section method.
도 2는 컴파스 및 클리노메터 방법으로 불연속면의 거칠기를 측정하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.2 is a schematic view for explaining a process of measuring the roughness of the discontinuous surface by the compass and clinometer method.
도 3은 프로파일 게이지 방법으로 불연속면의 거칠기를 측정하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.3 is a schematic view for explaining a process of measuring the roughness of the discontinuous surface by the profile gauge method.
도 4는 핀형 게이지 방법으로 불연속면의 거칠기를 측정하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.4 is a schematic view for explaining a process of measuring the roughness of the discontinuous surface by the pin-type gauge method.
도 5는 Barton과 Choubey가 1977년에 제시한 대표적인 단면곡선 군에 0에서 20까지의 거칠기 계수(JRC)를 할당하여 만든 도표이다.5 is a chart created by assigning roughness coefficients (JRC) from 0 to 20 to a representative group of cross-sectional curves presented in 1977 by Barton and Choubey.
도 6은 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템의 일실시예를 나타내는 사시도이다.Figure 6 is a perspective view showing an embodiment of a remote roughness measurement system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention.
도 7은 본 고안에 따른 레이저스캐너의 일실시예를 나타내는 사시도이다.7 is a perspective view showing an embodiment of a laser scanner according to the present invention.
도 8은 본 고안에 따른 기준좌표대의 일실시예를 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view showing an embodiment of a reference coordinate table according to the present invention.
도 9는 본 고안에 따른 기준좌표대의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view showing another embodiment of the reference coordinate table according to the present invention.
도 10은 본 고안에 따른 암반 불연속면의 레이저스캐닝에 의한 원격 거칠기 측정 시스템을 이용하여 측정을 행하는 과정을 나타내는 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a process of performing a measurement using a remote roughness measurement system by laser scanning of the rock discontinuous surface according to the present invention.
도 11은 본 고안에 따른 레이저스캐너를 이용하여 불연속면을 측량한 각 측점을 나타내는 이미지 사진이다.Figure 11 is an image photograph showing each point measured a discontinuous surface using a laser scanner according to the present invention.
도 12는 각 측점을 삼각망으로 연결하여 프레임을 구성한 상태를 나타내는 이미지 사진이다.12 is an image photograph showing a state in which a frame is formed by connecting each point with a triangular net.
도 13은 프레임을 랜더링처리하여 3차원 형상으로 구현한 상태를 나타내는 이미지 사진이다.13 is an image photograph illustrating a state in which a frame is rendered and implemented in a three-dimensional shape.
도 14는 3차원 형상에서 임의의 절리면 상의 구간을 설정한 경우 이를 컴퓨터에서 단면도로 표시하는 상태를 나타내는 이미지 사진이다.FIG. 14 is an image photograph illustrating a state in which a section on an arbitrary joint surface in a three-dimensional shape is set in a cross-sectional view by a computer.
도 15는 불연속면의 3차원 형상을 좌표변환하기 전의 상태를 나타내는 이미지 사진이다.15 is an image photograph showing a state before coordinate transformation of a three-dimensional shape of a discontinuous surface.
도 16은 불연속면의 3차원 형상을 좌표변환한 상태를 나타내는 이미지 사진이다.Fig. 16 is an image photograph showing a state where coordinate transformation of a three-dimensional shape of a discontinuous surface is carried out.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20-2004-0033338U KR200375453Y1 (en) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | Remote Roughness Measurement System for Discontinuities of Rock Mass by Laser Scanning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20-2004-0033338U KR200375453Y1 (en) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | Remote Roughness Measurement System for Discontinuities of Rock Mass by Laser Scanning |
Publications (1)
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|---|---|
| KR200375453Y1 true KR200375453Y1 (en) | 2005-03-08 |
Family
ID=43677264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20-2004-0033338U KR200375453Y1 (en) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | Remote Roughness Measurement System for Discontinuities of Rock Mass by Laser Scanning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR200375453Y1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100894118B1 (en) | 2007-07-19 | 2009-04-20 | 한국건설기술연구원 | Side mold for tunnel lining form and manufacturing method thereof |
| KR101476745B1 (en) * | 2013-07-03 | 2014-12-29 | 포항공과대학교 산학협력단 | Method for quantitative analyses of roughness of powder surfaces using three-dimensional surface profiler |
| CN111024926A (en) * | 2019-12-19 | 2020-04-17 | 东南大学 | Ocean engineering rock mass quality scoring method based on simple test and fine test |
| CN112001907B (en) * | 2020-08-24 | 2024-02-27 | 大连海事大学 | Method for measuring roughness of surrounding rock in tunnel construction site |
-
2004
- 2004-11-25 KR KR20-2004-0033338U patent/KR200375453Y1/en not_active IP Right Cessation
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