KR20110127517A - 대단면 기초 지질조사방법 - Google Patents

대단면 기초 지질조사방법 Download PDF

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Abstract

건축물을 건설하기 위하여 지하를 파내는 터파기 공사단계에서 일정한 깊이를 파낼 때마다 지반의 단면에 대한 레이저 스캐닝을 행하여 정확한 지질상태를 조사하고 그 결과를 피드백을 행하여 설계를 보완 및 변경하므로 건축물의 안전성과 내구성을 크게 향상시키는 것이 가능하도록, 지질조사를 행하기 위한 현장에 복수의 기준점을 배치하여 설치하는 단계와, 다양한 방향의 정해진 위치에서 지반 및 기준점에 대한 레이저 스캐닝을 행하는 단계와, 레이저 스캐닝을 행한 지반에 대하여 디지털 카메라로 촬영을 행하는 단계와, 터파기 공사를 진행함에 따라 일정한 깊이마다 레이저 스캐닝과 디지털 카메라 촬영을 반복하여 행하는 단계와, 레이저 스캐닝에서 얻어진 값과 디지털 카메라로 촬영한 이미지를 이용하여 지반에 대한 3차원 영상자료를 생성하는 단계와, 생성된 영상자료를 분석하여 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 대단면 기초 지질조사방법을 제공한다.

Description

대단면 기초 지질조사방법 {Method for Geological Investigation of Large Scaled Foundation}
본 발명은 대단면 기초 지질조사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 건축물을 건설하기 위하여 지하를 파내어 기초 지반을 형성하는 경우에 일정 깊이마다 단면에 대한 레이저 스캐닝을 행하여 지질상태를 정확하게 조사하여 피드백을 행하므로 안전한 설계가 가능한 대단면 기초 지질조사방법에 관한 것이다.
일반적으로 아파트나 고층빌딩, 발전설비, 플랜트시설 등의 건축물을 건설하는 경우에는 지하 수미터 또는 수십미터를 파내어 단단한 지반을 드러내어 바닥을 다지는 기초공사가 건축물의 안전과 내구성에 매우 중요하게 작용하며, 설계단계에서부터 정확한 지반의 지질을 파악하는 것이 중요하다.
그런데 건축물을 설계하는 단계에서는 정확한 지질을 확인할 수 없으므로, 터파기 공사를 진행하면서 수직으로 굴착하는 방식으로 채취한 토질 샘플을 통하여 수직단면의 지층상태를 추정하고, 건축물에 대한 설계를 보완 및 변경하고 있다.
그러나 수직 굴착 방식의 경우에는 국부적인 지층상태를 확인하는 것은 가능하지만, 건축물이 건설될 전체 단면에 대한 지질상태를 정확하게 파악하는 것은 불가능하다.
또한 대단면 기초와 인접하여 단층대(Shear Zone)가 존재할 경우 단층대의 영향으로 기초의 지지력 저하 및 침하량 증가가 발생하여 기초 설계 및 기초에 놓이는 건축물의 설계를 보완하거나 변경하여야 한다. 따라서 단층대 및 파쇄대 등이 3차원 공간적으로 분포하고 있어 이에 대한 합리적인 조사방법은 대단면 기초 지질조사방법에 있어서 매우 중요한 부분이다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 건축물을 건설하기 위하여 지하를 파내는 터파기 공사단계에서 일정한 깊이를 파낼 때마다 지반의 단면에 대한 레이저 스캐닝을 행하여 정확한 지질상태를 조사하고 그 결과를 피드백을 행하여 설계를 보완 및 변경하므로 건축물의 안전성과 내구성을 크게 향상시키는 것이 가능한 대단면 기초 지질조사방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법은 지질조사를 행하기 위한 현장에 복수의 기준점을 배치하여 설치하는 단계와, 다양한 방향의 정해진 위치에서 지반 및 기준점에 대한 레이저 스캐닝을 행하는 단계와, 레이저 스캐닝을 행한 지반에 대하여 디지털 카메라로 촬영을 행하는 단계와, 터파기 공사를 진행함에 따라 일정한 깊이마다 레이저 스캐닝과 디지털 카메라 촬영을 반복하여 행하는 단계와, 상기 레이저 스캐닝에서 얻어진 값과 디지털 카메라로 촬영한 이미지를 이용하여 지반에 대한 3차원 영상자료를 생성하는 단계와, 생성된 영상자료를 분석하여 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계는 레이저 스캐닝으로 얻어진 데이터를 기준점을 이용하여 1개의 단일 좌표체계의 점군 데이터로 변환하고, 변환된 점군 데이터를 처리하여 연속적 자료형태인 디지털 서페이스 모델(DSM;Digital Surface Model)을 생성하는 과정으로 이루어진다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법에 의하면, 실제 터파기 공사를 진행하면서 일정 깊이마다 단면 전체에 대하여 레이저 스캐닝을 행하여 얻어진 데이터를 이용하여 3차원 영상자료를 생성하여 분석을 행하므로, 수직 굴착에 의하여 얻어지는 자료에 비하여 보다 정확한 설계에 필요한 데이터를 제공하는 것이 가능하고, 건축물의 안전성 및 내구성 향상을 위한 정확한 피드백이 가능하다.
그리고 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법에 의하면, 디지털 카메라를 이용하여 촬영한 이미지를 활용하여 레이저 스캐닝 데이터에 의한 3차원 영상의 색상과 이미지를 보정하므로, 실제 지질에 근접한 3차원 영상자료를 생성하는 것이 가능하고, 지질에 대한 효과적인 분석이 가능하다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법에 의하면, 조사자의 숙련도나 지형도상의 위치표시 불명확 등에 의한 한계를 극복하고 측정오차를 최소화하는 것이 가능하고, 정밀한 데이터 자료를 얻는 것이 가능하다.
또 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법에 의하면, 넓은 면적이나 접근 위험성이 있는 기초지반에 대해서도 비접촉식으로 정확한 데이터를 얻는 것이 가능하므로, 안전성과 정확성을 동시에 추구하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법에 의하면, 레이저 스캐닝을 사용하므로, 터파기 공사의 진행에 큰 지장을 주지 않고 빠른 시간내에 설계에 필요한 데이터를 획득하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에서 사용하는 레이저 스캐너의 일예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에서 사용하는 레이저 스캐너의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 레이저 스캐닝을 행하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 서페이스 스캔을 행하는 과정 및 결과를 나타내는 이미지이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 포지셔닝 스캔을 행하는 과정 및 결과를 나타내는 이미지이다.
도 9는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 텍스쳐 매핑을 행하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 지표면에 대한 레이저 스캐닝을 행한 다음 지반의 방향성을 예측한 상태를 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 11은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 다단계로 레이저 스캐닝을 행한 다음 지반의 방향성을 분석하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 12는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 레이저 스캐닝으로 얻어진 점군자료를 이용하여 생성한 디지털 서페이스 모델을 나타내는 이미지이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 불연속면의 방향성을 분석하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 절리방향성을 분석하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 17 내지 도 20은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 단면 프로파일을 행하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 전면기초의 콘크리트 타설량을 분석하는 과정을 개념적으로 나타내는 이미지이다.
도 23 및 도 24은 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서 지오메트리 분석을 행하는 구조물의 형상 전경과 점군자료를 나타내는 이미지이다.
다음으로 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 기준점설치단계(S10)와, 레이저스캐닝단계(S20)와, 디지털촬영단계(S30)와, 영상생성단계(S40)와, 데이터생성단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서, 사용 가능한 레이저 스캐너로는 대한민국 특허 제10-0640000호 및 등록실용신안 제20-0425299호 등에 공개된 레이저 스캐너를 응용하여 적용하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에서 사용하는 레이저 스캐너(10)는 내부에 레이저발진기가 설치되며, 레이저빔을 주사하는 발광부(12)와 반사된 레이저빔을 수광하는 수광부(14)가 설치되는 헤드체(11)가 한쪽에 설치된다.
상기 헤드체(11)는 360°회전이 가능하게 설치된다.
또 상기 레이저 스캐너(10)는 수평방향으로 회전하는 회전체(16)에 의하여 지지된다.
상기 레이저 스캐너(10)에는 헤드체(11)의 회전과 레이저빔의 주사를 제어하며, 상기 수광부(14)로 수광된 데이터를 처리하는 컴퓨터(30)가 연결 설치된다. 상기 컴퓨터(30)에는 레이저 스캐너(10)의 제어를 위한 프로그램과 측정된 데이터를 수신하여 처리하기 위한 프로그램 등을 탑재한다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)에는 전원을 공급하는 전원공급부(20)가 연결되고, 지면에 설치되는 지지체(40) 위에 회전체(16)가 설치된다.
상기 레이저 스캐너(10)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 필요에 따라 이동이 편리하도록 지지체(40)에 바퀴(44)를 설치하는 것도 가능하고, 이동시에 잡을 수 있는 손잡이(48)를 지지체(40)에 설치하는 것도 가능하다.
상기 지지체(40)에는 스캐닝을 행할 때에 설치된 위치를 일정하게 고정하기 위하여 고정봉(46)을 설치하는 것이 바람직하다.
상기 지지체(40)의 바닥판(42)에는 레이저 스캐너(10)를 안정적으로 지지하고, 레이저 스캐너(10)와 연결되는 전원공급장치(20) 등을 수납할 수 있는 수납장(18)을 설치한다.
상기 레이저 스캐너(10)는 1∼200m의 측정범위와 5mm의 해상도, 12,000pts/sec의 측정속도를 갖는 제품을 사용하는 것이 정확하고 신속하게 필요로 하는 데이터를 얻을 수 있으므로 바람직하다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)에는 도 2에 나타낸 바와 같이, 발광부(12)와 수광부(14)가 설치되는 헤드체(11)에 상기 발광부(12)에서 주사된 레이저빔이 스캔하는 위치를 확인할 수 있도록 시인용 빔을 주사하는 포인터(13)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 헤드체(11)에 시인용 빔을 주사하는 포인터(13)를 설치하게 되면, 사용자는 용이하게 현재 스캔되는 부위를 확인하는 것이 가능하다.
그리고 상기 레이저 스캐너(10)에는 헤드체(11)에 촬영을 행하는 디지털 카메라(15)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 디지털 카메라(15)를 설치하게 되면, 상기 헤드체(11)가 회전하면서 스캔을 행할 때에 터널 내면에 대한 촬영을 동시에 행하는 것이 가능하므로, 레이저빔에 의한 측정값과 디지털 카메라(15)에 의한 영상을 중첩시켜 보다 현장 상황에 근접한 시뮬레이션 영상을 구현하는 것이 가능하다.
또 상기 레이저 스캐너(10)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 지지체(40) 대신에 삼각대(19)를 이용하여 지면에 설치하는 것도 가능하다.
상기 삼각대(19)에는 레이저 스캐너(10)를 좌우 수평방향 및 상하방향으로 회전 가능하게 지지하는 상기 회전장치(16)가 설치된다.
다음으로 상기와 같이 구성되는 레이저 스캐너(10)를 이용하여 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예를 구현하는 과정을 순차적으로 설명한다.
본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 일실시예에 있어서, 상기 기준점설치단계(S10)에서는 터파기를 진행함에 따라 변경되지 않을 지점에 쉽게 시인될 수 있도록 지면의 색상과 구별되는 색상으로 위치를 고정시켜 기준점(50)을 다수 설치한다.
즉 상기 기준점설치단계(S10)는 지질조사를 행하기 위한 현장에 복수의 기준점(10)(Positioning target)을 배치하여 설치한다.
상기 기준점(50)은 측량 등을 통하여 절대좌표값을 확인하여 기준데이터로 입력할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉 상기 기준점(50)은 측정 데이터를 구조물 단면의 설계자료 및 각종 설계 기준자료로서 이용할 수 있도록, 기준점(50)의 절대좌표값을 파악하여 프로세싱과정에 입력함으로써 절대좌표체계의 데이터로 변환할 수 있도록 한다.
상기 기준점(50)은 터파기 과정에서 낙석이나 차량 간섭 등에 의하여 위치가 변경되었는 지의 여부를 레이저 스캐너(10)를 설치하여 스캐닝을 행하기 전에 측량하여 점검하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 기준점(50)을 설치하면, 레이저 스캐너(10)를 이용하여 행한 데이터를 이미 알고 있는 기준점(50)의 절대좌표를 이용하여 변환하는 것에 의하여, 실제 상태에 근접한 영상으로 시뮬레이션하는 것이 가능하다.
상기 레이저스캐닝단계(S20)에서는 다양한 방향의 정해진 위치에서 지반 및 기준점(50)에 대한 레이저 스캐닝을 행한다.
상기에서 레이저 스캐닝 측정방식으로는 방출된 레이저펄스가 대상물체에 반사되어 돌아오는 이동시간(Travel time)으로부터 거리를 역산하고 대상점 좌표를 인지하는 방식을 측정의 기본 이론으로 하는 TOF(Time Of Flight)방식을 사용한다.
상기와 같이 대상 구조물에 대한 스캐닝 과정을 거치면 무수히 많은 점들이 3차원 공간상에 분포하는 점군데이터(point cloud)를 얻게 되고, 얻어진 점군데이터는 각종 필터링 과정을 통해 노이즈를 제거하고, 위치별로 얻어진 점군데이터를 하나의 덩어리로 합치는 정합과정을 거치게 된다.
상기 레이저스캐닝단계(S20)는 레이저 스캐너(10) 설치, 서페이스 스캔(Surface Scan), 포지셔닝 스캔(Positioning Scan)이 과정으로 이루어진다.
도 4에는 레이저스캐닝단계(S20)를 수행하는 과정을 개념적으로 나타낸다.
상기 레이저 스캐너(10)는 대략 지면과 수평을 이루도록 고정 설치한다.
상기 레이저 스캐너(10)는 설치 지점에서 터파기를 진행하는 지면을 스캐닝하는 경우 상기 기준점(50) 중의 최소 3개 이상이 시야에 확보되는 지점에 설치하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 스캐너(10)에 대한 설치 및 기준점(50)에 대한 점검이 완료되면, 분석자료 획득을 위한 서페이스 스캔을 실시한다.
상기와 같이 서페이스 스캔을 실시하면, 도 6에 나타낸 바와 같은 인텐시티(intensity) 영상(Gray scale image)으로 얻어진다. 도 5는 도 6에 나타낸 인텐시티 영상을 얻기 위하여 해당 지표면에 대하여 서페이스 스캔을 행하는 상태를 촬영한 사진이다.
상기 인텐시티 영상은 서페이스 스캔에 의하여 얻어진 기초자료(raw data)인 군점(point cloud) 데이터라고 하는 대상 구조물의 표면을 구성하는 격자점의 3차원 좌표와 해당 측점의 반사강도(intansity) 값으로 이루어진다. 즉 대상 구조물의 전체 표면에 대한 3차원 좌표 정보를 파악함으로써 구조물에 대한 입체적이고 다각적인 분석이 가능하게 된다. 도 6의 경우에는 해상도(resolution)를 0.02deg 간격으로 스캐닝하여 100만개 이상의 취득점이 얻어진다.
상기와 같이 서페이스 스캔이 마무리되면, 레이저 스캐너(10)의 설치 위치를 파악하기 위한 포지셔닝 스캔을 실시한다.
상기와 같이 포지셔닝 스캔을 실시하게 되면, 도 8에 나타낸 바와 같이, 기준점 데이터베이스(DB)에서 자동으로 기준점(50)을 인식하게 되며, 파인 스캔(fine scan) 과정을 통하여 기준점(50)의 변위발생 여부 및 정확한 위치를 파악하는 것이 가능해진다. 도 7은 도 8에 나타낸 영상을 얻기 위하여 해당 지역에 대한 포지셔닝 스캔을 행하는 상태를 촬영한 사진이다.
상기에서 서페이스 스캔(surface scan) 및 포지셔닝 스캔(positioning scan)은 현장 표면의 굴곡에 의해 발생되는 음영영역을 최소화하도록 각 위치별로 음영지역이 상호 상쇄되도록 레이저 스캐너(10)의 설치 위치를 설정하여 행한다.
상기 레이저스캐닝단계(S20)는 레이저 스캐너(10)의 설치 위치를 각 설정된 위치로 이동하면서 서페이스 스캔과 포지셔닝 스캔을 반복하여 행하는 것으로 이루어진다. 여기에서 레이저 스캐너(10)의 이동 지점의 수는 스캔 지역의 넓이와 굴곡 형상에 따라 충분한 데이터가 얻어지면서, 너무 데이터가 중복되지 않도록 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면 하나의 단면에서 대략 5~20회 정도 위치를 이동하여 스캐닝 작업을 행하도록 레이저 스캐너(10)의 설치 위치를 설정하는 것이 바람직하다.
상기에서 서페이스 스캔을 통하여 얻어진 자료는 각 위치별 상대좌표체계를 가지게 되고, 개별적인 좌표체계를 기준점(50)에 대한 포지셔닝 스캔을 통하여 얻어진 데이터를 이용하여 자동 정합(registration, merging) 과정을 거쳐 1개의 단일좌표체계를 가지는 3차원 영상자료로 변환한다.
상기 디지털촬영단계(S30)에서는 레이저 스캐닝을 행한 지반에 대하여 디지털 카메라(15)로 촬영을 행한다.
상기 디지털 카메라(15)는 레이저 스캐너(10)에 일체로 장착하여 레이저 스캔과 동시에 디지털 영상 촬영이 이루어지도록 구성하는 것이, 스캔 데이터와 촬영된 영상을 효과적으로 병합하는 것이 가능하므로 바람직하다.
상기 레이저 스캐너(10)를 통하여 얻어지는 데이터는 x, y, z 축의 값과 반사강도(intensity)로 한정되며, 무수히 많은 3차원 점좌표로서 단층이나 대규모 절리의 방향성 등을 분석하는 것은 가능하지만, 그 외의 상세한 지질정보를 획득하기에는 한계를 가진다. 따라서 고해상도(예를 들면, 1,000만 화소급)의 디지털 카메라(15)를 이용하여 얻어진 칼라 이미지(RGB pixel)를 점군자료(point cloud)와 병합함으로써 각종 암반지질조건에 대한 레이저 스캐너(10)의 인식 능력 및 활용성을 향상시키는 것이 가능하다.
예를 들면, 디지털 카메라(15)에 의해 얻어진 고해상도 칼라이미지와 레이저 스캐너(10)에 의해 얻어진 점군자료는 개개 장치의 광학중심을 기준 좌표축으로 하는 좌표값을 가지게 되지만, 이를 사전에 설정된 카메라 이미지 보정값 및 좌표변환행렬(transformation matrix)을 이용하여 점군자료의 개개 점좌표에 칼라값을 부여하는 텍스쳐 매핑(texture mapping) 과정을 거치게 되면, 3차원 고해상도 칼라이미지를 얻는 것이 가능하고, 이를 이용하여 지질정보 분석능력을 향상시키는 것이 가능하다.
도 9에는 점군자료에 고해상도 칼라이미지를 병합하여 텍스쳐 매핑을 행하는 과정을 나타낸다.
상기와 같은 텍스쳐 매핑을 행한 영상 자료를 활용하게 되면, 암종경계와 소규모 불연속면의 방향 및 위치, 누수지점의 인식 및 판단 능력을 증대시키는 것이 가능하다. 따라서 보다 정밀한 기초암반에 대한 지질 정보 획득, 기초설계 및 해석을 위한 모델링이 가능하다.
그리고 상기 레이저스캐닝단계(S20)와 디지털촬영단계(S30)는 터파기 공사를 진행함에 따라 일정한 깊이마다 반복하여 수행한다.
상기와 같이 터파기 공사를 진행함에 따라 일정 깊이마다 레이저 스캐닝과 디지털 촬영을 반복하여 행하면, 지표면에서 얻어진 데이터에 의해서 추정되는 암반의 불연속면 방향을 올바르게 수정하여 확인하는 것이 가능하다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 지표면에서 얻어진 데이터는 실제 지하에서는 ①, ②, ③의 어느 방향으로도 진행하는 것이 가능하므로, 정확한 방향성을 추정하는 것이 불가능하다. 그러나 도 11에 나타낸 바와 같이, 일정 깊이마다 데이터를 측정하게 되면, 정확한 방향성을 확인할 수 있다.
상기 영상생성단계(S40)에서는 상기 레이저 스캐닝에서 얻어진 값과 디지털 카메라로 촬영한 이미지를 이용하여 지반에 대한 3차원 영상자료를 생성한다.
상기한 레이저스캐닝단계(S20)에서 얻어진 점군자료는 각 포인트의 좌표값을 가지는 불연속적(discrete)인 자료 형태이므로, 각종 분석을 위해서는 연속적 자료 형태인 디지털 서페이스 모델(DSM;Digital Surface Model)을 형성하여야 한다.
예를 들면, 상기 레이저 스캐닝으로 얻어진 데이터를 기준점을 이용하여 1개의 단일 좌표체계의 점군 데이터로 변환하고, 변환된 점군 데이터를 처리하여 연속적 자료형태인 디지털 서페이스 모델(DSM;Digital Surface Model)을 생성한다.
상기에서 디지털 서페이스 모델(DSM)을 생성하기 위해서는 전문상용프로그램인 Rapidform 프로그램을 사용하는 것도 가능하다.
도 12에는 Rapidform 프로그램을 이용하여 점군자료를 디지털 서페이스 모델(DSM)로 형성한 한가지 예를 나타낸다.
도 13 및 도 14에는 도 12의 디지털 서페이스 모델(DSM)을 분석하여 지질 구조에 대한 방향성 측정을 행하는 과정을 나타낸다. 예를 들면, 도 12의 디지털 서페이스 모델에 분포하는 단층에 대해서 대표 단층면에 위치를 표시하고, 이를 포함하는 가상기준평면을 도 14에 나타낸 바와 같이 설정함으로써 불연속면의 방향성을 측정할 수 있다.
예를 들면, 구조물 스캐닝으로 얻어진 점군자료를 Rapidform 프로그램으로 프로세싱하여 쉘(shell)을 형성하고, 그 결과로 구조물 표면에 드러나 있는 불연속면의 입체적 형태를 획득할 수 있으며, 새로운 쉘(shell) 형태의 데이터를 프로그램(예를 들면 Riscan-Pro Processing 프로그램)에 입력하고, 입력된 3D-구조물 데이터에서 불연속면 지점 위의 세점을 잡아 가상기준평면을 형성하고, 그 평면의 절리방향성을 얻는 것이 가능하다. 또한 현장에서도 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, 스캐닝한 점군자료 중 불연속면 위의 세점을 이용하여 가상기준평면을 형성하는 것에 의하여 곧바로 불연속면의 방향성을 분석하는 것이 가능하다.
그리고 상기와 같이 얻어지는 디지털 서페이스 모델(DSM)을 이용하면, 기초지반의 단면해석 정보를 제공할 수 있는 섹션프로파일(section profile)을 추출하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 17 내지 도 20에 나타낸 바와 같이, 생성된 디지털 서페이스 모델(DSM)에 대하여 임의의 가상 기준면을 설정하고, 이 가상 기준면에 대하여 사용자가 원하는 간격, 개수를 설정함으로써 단면 형상을 추출하는 것이 가능하다. 추출된 단면 형상에 대해서는 캐드(CAD) 파일 형식으로 추출(exporting)함으로써 설계시 모델링(modeling) 과정에 활용하는 것이 가능하다.
상기에서 레이저 스캐닝을 실시하여 3차원 입체 구조물 모델을 형성하고, 설계 및 시공에 필요한 보다 객관적인 정보자료로 단면을 추출하는 것이 가능하다. 즉 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 형성된 쉘(shell)을 단면분석을 위해 축을 이동시켜 분석구조물의 정면부가 축의 방향과 평행하게 만들고, 축과 평행하게 만든 구조물에 대해 축과 수직이 되는 방향으로 기준이 되는 두 가상기준평면을 생성하고, 생성된 가상기준평면을 축과 수직인 방향으로 이동시켜 단면자료가 필요한 부분의 영역을 잡고, 단면 분석 지점에서 단면추출 프로세싱을 실시하여 구조물의 단면형상을 추출하는 것이 가능하다.
상기와 같이 추출된 구조물 단면은 캐드(CAD) 파일 형식(dxf 파일)으로 추출하여 캐드에서 파일을 확인한 다음, 설계 단면으로 활용하는 것이 가능하며, 기존의 측량방법에 비하여 단면 산출위치를 자유롭게 선정하는 것이 가능하며, 도출된 자료는 기존의 제한된 소수의 점 좌표를 얻어 직선으로 연결하는 방법에 비하여, 도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 실제 단면형상을 세밀하게 얻을 수 있는 장점이 있으며, 붕괴 구조물에서의 수치해석을 위한 모델링 입력 자료로 활용하는 것도 가능하다.
그리고 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 노출된 기초부에 대해 전면기초를 타설하고 구조물을 건설하고자 할 경우에 전면기초 설치를 위한 예상 콘크리트 타설량을 분석하는 것이 가능하다. 예를 들면, 얻어진 디지털 서페이스 모델(DSM)에 대하여 타설두께를 감안한 가상기준면을 설정하고, 이 가상기준면에 디지털 서페이스 모델을 투영하여 생성된 3D 체적에 대하여 체적분석을 실시하고, 전면기초 설치를 위한 콘크리트 타설량을 계산하는 것이 가능하다.
또 도 23 및 도 24에 나타낸 바와 같이, 레이저 스캐닝으로 얻어진 데이터로 쉘(shell)을 형성하여 대상구조물의 일반적인 형상인 길이, 폭, 심도 등의 지오메트리 분석을 행하는 것도 가능하다. 예를 들면, 거리계산을 위한 지점의 시작부와 끝부분에 기준면을 평행하게 잡고 각각의 두지점간 수직거리를 산출한다. 또 현장에서 바로 확인하고자 하는 경우에는 프로그램(예를 들면, Riscan-Pro Processing 프로그램)에 지점별 점군자료를 선택하여 길이를 산정하는 것도 가능하다.
상기 데이터생성단계(S50)에서는 생성된 영상자료를 분석하여 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성한다.
예를 들면, 상기 영상생성단계(S40)에서 설명한 바와 같이, 단면 프로파일의 생성, 지오메트리 분석, 절리방향성 분석, 체적 분석 등을 행하고, 이들 데이터를 캐드 파일 형식으로 추출하여 건축물 설계에 반영하는 것이 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 대단면 기초 지질조사방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
S10 - 기준점설치단계, S20 - 레이저스캐닝단계, S30 - 디지털촬영단계
S40 - 영상생성단계, S50 - 데이터생성단계
10 - 레이저 스캐너, 50 - 기준점

Claims (7)

  1. 지질조사를 행하기 위한 현장에 복수의 기준점을 배치하여 설치하는 단계와,
    복수의 정해진 위치에서 지반 및 기준점에 대한 레이저 스캐닝을 행하는 단계와,
    레이저 스캐닝을 행한 지반에 대하여 디지털 카메라로 촬영을 행하는 단계와,
    터파기 공사를 진행함에 따라 일정한 깊이마다 레이저 스캐닝과 디지털 카메라 촬영을 반복하여 행하는 단계와,
    상기 레이저 스캐닝에서 얻어진 값과 디지털 카메라로 촬영한 이미지를 이용하여 지반에 대한 3차원 영상자료를 생성하는 단계와,
    생성된 영상자료를 분석하여 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 대단면 기초 지질조사방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 스캐닝을 행하는 단계는 레이저 스캐너를 설치하고, 인텐시티 영상을 얻기 위한 서페이스 스캔과 기준점을 확인하여 절대좌표로 변화하기 위한 포지셔닝 스캔을 행하는 과정으로 이루어지는 대단면 기초 지질조사방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계에서는 레이저 스캐너를 통하여 얻어지는 데이터를 디지털 카메라를 이용하여 얻어진 칼라 이미지와 병합하여 점군자료의 개개 점좌표에 칼라값을 부여하는 텍스쳐 매핑 과정을 행하는 대단면 기초 지질조사방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계는 레이저 스캐닝으로 얻어진 데이터를 기준점을 이용하여 1개의 단일 좌표체계의 점군 데이터로 변환하고, 변환된 점군 데이터를 처리하여 연속적 자료형태인 디지털 서페이스 모델(DSM)을 생성하는 과정으로 이루어지는 대단면 기초 지질조사방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계 및 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계에서는 상기 디지털 서페이스 모델에 분포하는 단층에 대해서 대표 단층면에 위치를 표시하고, 이 단층면위의 세점을 잡아 가상기준평면을 설정하고, 그 가상기준평면의 방향성을 측정하여 불연속면의 방향성을 분석하는 대단면 기초 지질조사방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계 및 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계에서는 상기 디지털 서페이스 모델에 대하여 분석구조물의 정면부가 축의 방향과 평행하게 만들고, 축과 평행하게 만든 구조물에 대해 축과 수직이 되는 방향으로 기준이 되는 두 가상기준평면을 생성하고, 생성된 가상기준평면을 축과 수직인 방향으로 이동시켜 단면자료가 필요한 부분의 영역을 잡고, 단면 분석 지점에서 단면추출 프로세싱을 실시하여 구조물의 단면형상을 추출하고, 추출된 단면 형상에 대해서는 캐드(CAD) 파일 형식으로 추출(exporting)함으로써 설계시 모델링(modeling) 과정에 활용하는 대단면 기초 지질조사방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 3차원 영상자료를 생성하는 단계 및 건축물 설계에 필요한 데이터를 생성하는 단계에서는 상기 디지털 서페이스 모델에 대하여 타설두께를 감안한 가상기준면을 설정하고, 이 가상기준면에 디지털 서페이스 모델을 투영하여 생성된 3D 체적에 대하여 체적분석을 실시하고, 전면기초 설치를 위한 콘크리트 타설량을 계산하는 대단면 기초 지질조사방법.
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