KR20160031323A - method for detection of underground structure through measurement of electrical resistivity - Google Patents

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KR20160031323A
KR20160031323A KR1020140121257A KR20140121257A KR20160031323A KR 20160031323 A KR20160031323 A KR 20160031323A KR 1020140121257 A KR1020140121257 A KR 1020140121257A KR 20140121257 A KR20140121257 A KR 20140121257A KR 20160031323 A KR20160031323 A KR 20160031323A
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underground
sensor
sensors
underground structure
ground
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KR1020140121257A
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류희환
김경열
이대수
이근직
강태희
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한국전력공사
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Abstract

Disclosed in the present invention is a method for detecting an underground structure through measurement of electrical resistivity, which detects a depth and a direction of an underground structure in the ground, thereby improving economic efficiency, preventing accidents, and facilitating work when the underground structure is constructed. According to an embodiment, the method for detecting an underground structure, in the method for detecting an underground structure which installs a plurality of source sensors and receiver sensors on the ground where a globular underground structure exists and applies voltage to the source sensors to measure an electrical resistance value measured by a receiver sensor in an opposite side and detects the underground structure using the electrical resistance value, wherein the electric resistance value (R_s-p) satisfies the electric resistance formula shown in the representative drawing, enables the detection of electrical conductivity (σ_p) of the underground structure, electrical conductivity (σ_s) of surrounding media, a dielectric ratio (K_p), a center coordinate (x_p, y_p, l) of the underground structure, radius (r_p) of the underground structure, and a direction (θ) of the underground structure, using the inverse algorithm.

Description

전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법 {method for detection of underground structure through measurement of electrical resistivity}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for detecting underground structures,

본 발명은 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of detecting underground objects through electrical resistivity measurement.

공동구, 전력구, 터널 등 지하구조물을 건설 시, 지반 하부의 상태를 평가하기 위해 지반조사를 반드시 수행하게 된다. 지반조사를 수행하여 지반 하부에 존재하는 암반, 흙, 지하수 등의 특징을 파악하고 이를 설계에 반영함으로써 공사비, 공사일정 등을 결정한다. 하지만, 지반조사를 수행함에도 불구하고 지하구조물을 시공하면서 예측하지 못한 지하매설물 및 이상대 출현으로 공사가 중단되는 사례가 많이 보고되고 있다. 뿐만 아니라, 기 매설된 지하구조물의 설계도면이 존재하지 않아, 지하매설물 노선계획을 수립하는데 많은 어려움이 있으며 공사도중 그릇된 정보로 인하여 기 매설된 지하구조물을 손상시키는 사고가 빈번히 발생하고 있다. When constructing underground structures such as communal areas, power centers, tunnels, etc., ground survey must be performed to evaluate the condition of the underground. The ground survey is conducted to determine the characteristics of rock, soil, and groundwater in the lower part of the ground, and to reflect the result in the design to determine the construction cost and construction schedule. However, there are many cases where underground structures are under construction and under construction due to unforeseen underground burials and anomalies, despite the ground survey. In addition, there are no plans for underground structures to be buried, so there are many difficulties in establishing the underground burial route plan, and accidental injuries to underground structures buried due to erroneous information occur frequently during construction.

지반조사에 사용되는 기법은 시추 및 물리탐사 방법이 있으며, 주로 사용되는 물리탐사는 탄성파 탐사, 전기비저항 탐사, 전자탐사, 자력탐사, GPR 등이 있다.
The techniques used in the ground survey include drilling and geophysical methods, and physical geophysical methods mainly include seismic surveys, electrical resistivity surveys, electronic surveys, magnetic exploration, and GPRs.

본 발명은 지반 내의 지하매설물의 깊이 및 방향을 예측함으로써 지하구조물의 건설시 사고 방지, 용이한 작업 및 경제성 향상 효과를 얻을 수 있는 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법을 제공한다.
The present invention provides a method of detecting underground burials through electrical resistivity measurement that can prevent accident, easy operation and economical efficiency in construction of an underground structure by predicting the depth and direction of underground buried ground in the ground.

본 발명에 따른 지하매설물 탐지 방법은 구형의 지하매설물이 존재하는 지반의 상부에 다수의 소스 센서 및 리시버 센서를 설치하고, 상기 소스 센서에 전압을 주어 반대편 리시버 센서에서 측정되는 전기저항값을 이용하여 지하매설물을 예측하는 지하매설물 탐사 방법에 있어서, 상기 전기저항값(Rs-p)은 아래의 전기저항식A method for detecting underground objects according to the present invention includes the steps of providing a plurality of source sensors and receiver sensors on the ground where a spherical underground buried object exists and applying a voltage to the source sensors to use an electric resistance value measured at the opposite receiver sensor A method for exploring an underground buried object in an underground buried object, the electric resistance value (R sp )

Figure pat00001
Figure pat00001

을 만족하고, 역해석 알고리즘을 이용하여 지하매설물의 전기전도도(σp), 주변 매질의 전기전도도(σs), 유전율비(Kp), 지하매설물의 중심좌표(xp, yp, l), 지하매설물의 반지름(rp) 및 지하매설물의 방향(θ)을 예측할 수 있다.Satisfaction, and by using the inverse analysis algorithm electrical conductivity of the ground maeseolmul electrical conductivity (σ p), the surrounding medium of the (σ s), a dielectric constant ratio (K p), the coordinates of the center of the underground maeseolmul (x p, y p, l ), it is possible to predict the direction (θ) of the radius of the underground maeseolmul (r p), and the basement maeseolmul.

(여기서,(here,

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

이고, a는 센서의 반지름, k는 센서들 사이의 거리 및 n은 센서의 개수, α는

Figure pat00005
이다.)Where a is the radius of the sensor, k is the distance between the sensors, n is the number of sensors,
Figure pat00005
to be.)

여기서, 상기 소스 센서 및 리시버 센서는, 지반 위에 서로 이격되어 마주보는 센서선 2개를 설치하고, 각 선마다 최소 8개의 센서를 설치하며, 상기 설치된 센서들 중 어느 하나를 소스 센서로 선택하고 상기 소스 센서 반대편의 대응되는 센서들 중 어느 하나를 리시버 센서로 선택할 수 있다.Here, the source sensor and the receiver sensor may include two sensor lines spaced apart from each other on the ground, at least eight sensors installed on each line, one of the installed sensors being selected as a source sensor, Any one of the corresponding sensors on the opposite side of the source sensor may be selected as the receiver sensor.

그리고 상기 센서 선은 상기 지하매설물이 존재할 것으로 예상되는 영역의 범위보다 크게 설치될 수 있다.And the sensor line may be installed to a larger extent than the range of the area where the underground buried object is expected to be present.

또한, 상기 소스 센서 및 리시버 센서를 변경해가며 상기 리시버 센서로부터 측정되는 전류를 통해 최소 8개의 전기저항값(Rs-p)을 획득하고, 이로부터 전기저항식을 역해석할 수 있다.Also, at least eight electric resistance values (Rs-p) can be obtained through the current measured from the receiver sensor while changing the source sensor and the receiver sensor, and the electric resistance formula can be inversely analyzed therefrom.

또한, 상기 역해석 알고리즘은 유전 알고리즘 또는 Monte Carlo 방법을 이용할 수 있다.
In addition, the inverse analysis algorithm may use a genetic algorithm or a Monte Carlo method.

본 발명에 의한 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법은 지반 내의 지하매설물의 깊이 및 방향을 예측함으로써 지하구조물의 건설시 사고 방지, 용이한 작업 및 경제성 향상 효과를 얻을 수 있다.
The method for detecting underground burials through the electrical resistivity measurement according to the present invention can prevent an accident in the construction of an underground structure, improve the workability and economical efficiency by predicting the depth and direction of the underground buried ground in the ground.

도 1은 지반 하부에 지하매설물이 존재할 때 지반 위에 설치된 두개의 전극에 의하여 이상 영역에 형성되는 전기장을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 지하매설물이 존재하는 지반 위에 설치되는 센서의 배열에 대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지하매설물 탐사를 위한 전기비저항 측정 장비를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 실험에 따른 전기저항 측정 결과를 표로 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 실험에 따른 역해석 결과를 도시한 것이다.
도 6은 실험 결과에 따른 지표면에서 본 상수도관의 예측 방향을 나타낸 것이다.
도 7은 실험 결과에 따른 상수도관의 깊이를 종단면도로 나타낸 것이다.FIG. 1 is a view for explaining an electric field formed in an abnormal region by two electrodes installed on a ground when underground objects are present in a lower portion of the ground.
FIG. 2 is a view showing an arrangement of sensors installed on a ground where underground objects are present. FIG.
FIG. 3 illustrates an electrical resistivity measuring apparatus for exploring underground objects according to an embodiment of the present invention.
4A to 4D show the results of electrical resistance measurement according to the experiment.
Figs. 5A to 5D show the results of inverse analysis according to the experiment.
6 shows the prediction direction of the water pipe from the ground surface according to the experimental result.
7 is a vertical sectional view of the depth of the water pipe according to the experimental result.

본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for detecting underground objects through electrical resistivity measurement according to an embodiment of the present invention will be described.

여기서는, 지하매설물의 기하학적 형상이 구형 이상영역(구형)이 연속적으로 이어져있다고 가정하여 구형 이상영역에서의 전기장 변화를 이론적으로 유도하였다.
Here, assuming that the geometrical shape of the underground material is continuous with the spherical abnormal region (spherical shape), the electric field change in the spherical abnormal region is theoretically derived.

<이론적 해석><Theoretical Analysis>

도 1은 지반 하부에 지하매설물이 존재할 때 지반 위에 설치된 두개의 전극에 의하여 이상 영역에 형성되는 전기장을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 지하매설물이 존재하는 지반 위에 설치되는 센서의 배열에 대하여 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view for explaining an electric field formed in an abnormal region by two electrodes installed on a ground when underground objects are present in a lower portion of the ground. FIG. 2 is a view showing an arrangement of sensors installed on a ground where underground objects are present. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 구형의 이상영역, 즉 지하매설물(20)(전력구 또는 관로 단면)이 존재하는 지반(10) 위에 두개의 전극(30) A, B를 설치한다. 이 때, 두 전극(30)에 의해 지하매설물(20)에 형성되는 전기장은 쿨롱의 법칙을 통하여 다음과 같이 표현된다.As shown in FIG. 1, two electrodes 30 A and 30 B are installed on a ground 10 in which a spherical abnormal region, that is, a subterranean buried material 20 (electric power section or channel section) exists. At this time, the electric field formed in the underground object 20 by the two electrodes 30 is expressed as follows through Coulomb's law.

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서,

Figure pat00009
는 전극 A에 의해 임의의 점 P(xp, yp, l)에 형성된 전기장,
Figure pat00010
는 전극 B에 의해 임의의 점 P(xp, yp, l)에 형성된 전기장, εs는 주변매질(예를 들어, 흙)의 유전율, Q는 전하량, L은 두 전극 사이의 거리,
Figure pat00011
는 x축 방향의 단위벡터이다.here,
Figure pat00009
An electric field formed at an arbitrary point P (x p , y p , l) by the electrode A,
Figure pat00010
Is an electric field formed at an arbitrary point P (x p , y p , l) by an electrode B,? S is a permittivity of a surrounding medium (e.g., earth), Q is a charge amount, L is a distance between two electrodes,
Figure pat00011
Is a unit vector in the x-axis direction.

한편, 전류는 시간이 경과하는 동안 임의의 단면적을 통과하는 전하의 양을 의미한다. 국소적인 관점에서, 도체 내부의 임의의 점에서의 전류 분포는 전류밀도(J) 개념을 사용하여 표현 가능하다. 전류밀도는 전류를 면적으로 정규화한 값이며, 전기전도도(σ)와 전기장(

Figure pat00012
)의 곱으로 표현 가능하다. 전류밀도와 전류 사이의 일반적인 관계를 구하면 다음과 같다(Gauss’ law).On the other hand, current means the amount of charge passing through an arbitrary cross-sectional area over time. From a local viewpoint, the current distribution at any point inside the conductor can be expressed using the concept of current density (J). The current density is a value normalized by the area of the electric current, and the electric conductivity () and the electric field (
Figure pat00012
). &Lt; / RTI &gt; The general relationship between current density and current is as follows (Gauss' law).

Figure pat00013
Figure pat00013

여기서, da는 표면 S의 임의의 면적요소, n은 da에 수직인 단위벡터이다. Where da is an arbitrary area element of surface S and n is a unit vector perpendicular to da.

A 전극으로 전압을 주면 지반 하부에 전기장이 형성되고, 이러한 전기장은 지하매설물을 만나 변형하게 된다. 따라서 B 전극에서부터 측정되는 전류는 구형 지하매설물과 지표면 사이(0~l-rp)에 흐르는 전류, 구형 지하매설물에 흐르는 전류(l-rp~l+rp), 구형 지하매설물 주변에 흐르는 전류(l-rp~l+rp), 구형 지하매설물 아래로 흐르는 전류(l+rp~∞)의 합으로 표현 가능하다. 즉, 지하매설물의 중심 좌표를 (xp, yp, l)라고 가정할 경우, B 전극으로부터 측정되는 전류는 다음과 같다.When the voltage is applied to the A electrode, an electric field is formed at the bottom of the ground, and such an electric field is deformed when it meets underground objects. Thus, the current is measured from the B electrode are spherical underground maeseolmul and the ground surface between the (0 ~ lr p) current, the current passing through the spherical underground maeseolmul (lr p ~ l + r p), current flows around the spherical underground maeseolmul flowing to (lr p ~ l + r p ) and the current flowing under the spherical underground (l + r p ~ ∞). That is, assuming that the center of gravity of the underground object is (x p , y p , l), the current measured from the B electrode is as follows.

Figure pat00014
Figure pat00014

여기서, σs는 주변 매질의 전기전도도, rp는 지하매설물의 반지름(전력구 혹은 관로 등), σp는 지하매설물의 전기전도도,

Figure pat00015
는 지하매설물에서 형성된 전기장,
Figure pat00016
는 주변 매질에서 형성된 전기장, l은 지하매설물의 중심과 지표면 사이의 거리, α는
Figure pat00017
이다.Where σ s is the electrical conductivity of the surrounding medium, r p is the radius of the underground (eg, power sump or conduit), σ p is the electrical conductivity of the underground,
Figure pat00015
Is an electric field formed in the underground,
Figure pat00016
Is the electric field formed in the surrounding medium, l is the distance between the center of the underground and ground surface,
Figure pat00017
to be.

그리고 상기에서 언급하였듯이, 지하매설물이 구형의 연속체라고 가정할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 센서(xp, yp, l)에서 거리 k만큼 떨어진 센서, 2k만큼 떨어진 센서, 3k만큼 떨어진 센서에서 측정되는 전류는 다음으로 표현될 수 있다.Assuming that the underground buried object is a spherical continuum, as shown in Fig. 2, a sensor separated by distance k from the reference sensor (x p , y p , l), a sensor separated by 2 k, The current measured at the distant sensor can be expressed as:

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020
Figure pat00020

이 때, 각각의 [수학식 6], [수학식 7], [수학식 8]은 센서의 위치가 각각

Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
일 경우 계산되는 전류식이다. 여기서, θ는 지하매설물의 방향을 의미한다.In this case, each of the equations (6), (7), and (8)
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
Is the current equation calculated. Here, θ denotes the direction of the underground.

주변 매질의 전기장과 지하매설물의 전기장은 기존 연구에 의하여 다음과 같이 표현된다.The electric field of the surrounding medium and the electric field of the underground material are expressed as follows by the existing study.

Figure pat00024
Figure pat00024

여기서, Kp는 주변매질의 유전율(εs)과 구형 지하매설물의 유전율(εp)의 비(εs/εp)이다. Where K p is the ratio (ε s / ε p ) of the permittivity (ε s ) of the surrounding medium to the permittivity (ε p ) of the spherical underground mass.

전극 표현에서의 전압(Vs)은 두 전극 사이의 전압(V)의 절반과 동일하다. 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.The voltage V s in the electrode representation is equal to half the voltage V between the two electrodes. This can be expressed as follows.

Figure pat00025
Figure pat00025

여기서, a는 전극의 반지름이다.Here, a is the radius of the electrode.

[수학식 9], [수학식 10]을 [수학식 6], [수학식 7], [수학식 8]에 대입하여 정리하면 다음과 같이 지표면 내 지하매장물이 존재할 경우 측정되는 전기저항식을 획득 가능하다.(9), (10) are substituted into [Equation 6], [Equation 7], and [Equation 8], the following electric resistivity equation measured in the presence of underground burials on the earth surface Available.

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서, f1, f2 및 f(x)는 다음과 같다.Here, f1, f2, and f (x) are as follows.

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
Figure pat00029

여기서, n은 지표면 상 배열된 전극의 번호를 의미한다.Here, n means the number of electrodes arranged on the earth surface.

상기 [수학식 11]에 의해 표현된 바와 같이, 지표면 위의 센서들로부터 획득되는 전기저항값은 지하매설물의 중심좌표(xp, yp, l), 지하매설물의 반지름(rp), 지하매설물의 전기전도도(σp), 주변 매질의 전기전도도(σs), 유전율비(Kp), 센서의 반지름(a), 센서들 사이의 거리(k) 및 센서 개수(n)의 함수로 이루어져 있다. 이 중에서 현장 또는 실내실험을 수행할 경우 사전에 알 수 있는 변수는 센서의 반지름(a), 센서들 사이의 거리(k), 센서 개수(n) 및 측정 장치로부터 획득되는 전기저항값(Rs-p)이다. 상기 [수학식 11]을 통하여 획득하고자 하는 변수를 얻기 위해서는 다음과 같은 작업을 수행하게 된다. Wherein, as expressed by Equation 11, the electric resistance value of the coordinates (x p, y p, l), the radius of the underground maeseolmul (r p) of the underground maeseolmul be obtained from above the ground surface sensors, ground As a function of the electrical conductivity (σ p ) of the implant, the electrical conductivity of the surrounding medium (σ s ), the permittivity ratio (K p ), the radius of the sensor (a), the distance between the sensors (k) consist of. Among them, when performing the field or laboratory variables that can be known in advance the electric resistance value is obtained from the radius of the sensor (a), the distance between the sensor (k), the sensor number (n) and measuring device (R sp )to be. In order to obtain the variable to be obtained through the above Equation (11), the following operation is performed.

(1) 지표면 위에 센서 선 2개를 설치하고, 각 선마다 최소 8개의 센서를 설치한다. 이 때 상기 센서 선은 개략적으로 예상되는 개략적으로 예상되는 지하매설물의 범위보다 크게 설치해야 한다.(1) Install two sensor wires on the ground surface, and install at least 8 sensors on each wire. At this time, the sensor line should be installed so as to be larger than the roughly anticipated range of roughly anticipated underground burials.

(2) 소스 센서에 전압을 주어 이와 대응되는 반대편의 리시버 센서로부터 전류를 측정하고, 이를 통해 전기저항값을 구한다.(2) Apply a voltage to the source sensor to measure the current from the receiver sensor on the opposite side, and obtain the electrical resistance value.

(3) 동일한 센서 선 위의 다른 소스 센서를 선택하여 상기 (2)의 과정을 반복한다.(3) Select another source sensor on the same sensor line and repeat the above process (2).

(4) [수학식 11]을 통해 획득하고자 하는 변수가 8개(지하매설물의 전기전도도(σp), 주변 매질의 전기전도도(σs), 유전율비(Kp), 지하매설물의 중심좌표(xp, yp, l), 지하매설물의 반지름(rp) 및 지하매설물의 방향(θ)이므로 최소 8개의 전기저항값을 획득한다.(4) The variables to be obtained through the equation (11) are eight (electrical conductivity of the underground material (σ p ), electrical conductivity of the surrounding medium (σ s ), permittivity ratio (K p ) (x p , y p , l), the radius of the underground (r p ), and the direction of the underground (θ).

(5) 역해석 알고리즘(유전알고리즘, Monte Carlo 방법 등)을 이용하여 예측하고자 하는 변수를 획득한다.(5) Obtain the variables to be predicted using an inverse analysis algorithm (genetic algorithm, Monte Carlo method, etc.).

상기 작업을 통하여 지하매설물의 위치, 크기, 방향 및 주변과의 상대적 연약 정도 등을 획득할 수 있다.
The position, size, direction, and relative softness of the underground buried object can be obtained through the above operations.

이와 같이 하여, 상기 [수학식 11]을 통해 지표면 위 두 센서로부터 획득되는 저항값을 이론적으로 유도함으로써, 실내 또는 현장에서 측정된 저항값과 상기 [수학식 11]을 이용하여 적절한 역해석기법을 적용하면 지표면 내 지하매설물(전력구, 관로 등)의 위치 및 방향 등을 유추할 수 있다.
In this manner, by theoretically deriving the resistance values obtained from the two sensors on the surface of the earth through the above-mentioned Equation (11), it is possible to obtain the resistance value measured indoors or in the field, It is possible to deduce the position and direction of underground objects (electric power lines, pipelines, etc.) in the surface of the earth.

<실험장비 개발><Development of experimental equipment>

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지하매설물 탐사를 위한 전기비저항 측정 장비를 구성한 것이다. 각각의 기기에 대한 설명은 표 1과 같다.3 is an electrical resistivity measuring apparatus for exploring underground objects according to an embodiment of the present invention. The description of each device is shown in Table 1.

Figure pat00030
Figure pat00030

상기 전기비저항 측정장비를 통하여 지표면에 설치된 여러 센서들로부터 전기저항값을 측정할 수 있으며, 측정된 전기저항값과 역해석 프로그램을 이용하여 예측하고자 하는 지하매설물의 매설 깊이와 방향을 예측할 수 있다.
The electrical resistivity can be measured from various sensors installed on the ground surface through the electrical resistivity measuring device and the depth and direction of the underground buried object to be predicted can be predicted by using the measured electrical resistance value and the inverse analysis program.

도 4a 내지 도 4d는 실험에 따른 전기저항 측정 결과를 표로 나타낸 것이다. 도 5a 내지 도 5d는 실험에 따른 역해석 결과를 도시한 것이다. 도 6은 실험 결과에 따른 지표면에서 본 상수도관의 예측 방향을 나타낸 것이다. 도 7은 실험 결과에 따른 상수도관의 깊이를 종단면도로 나타낸 것이다.4A to 4D show the results of electrical resistance measurement according to the experiment. Figs. 5A to 5D show the results of inverse analysis according to the experiment. 6 shows the prediction direction of the water pipe from the ground surface according to the experimental result. 7 is a vertical sectional view of the depth of the water pipe according to the experimental result.

이하에서는 도 4a 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 현장실험 수행 결과를 설명하도록 한다.
Hereinafter, results of field tests performed according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

<현장실험 수행><Field Experiment>

상기의 이론적 해석 및 실험장비를 검증하기 위한 현장실험을 수행하였다. 현장실험은 서울 ΟО천 구간에서 이루어졌으며, 상수도(지하매설물)의 노상에서부터 위치한 깊이와 노선 위치를 파악하기 위하여 수행되었다. 상수도가 지나는 지역은 ОО천과 ОО천 하부에 존재하는 고지배수로가 존재하는 지역이며 ОО천 중심으로 ОО천 주위의 2지역(Site 1, Site 2)과 도로상으로 연결되는 계단(Site 3) 및 도로 상(Site 4)에서 실험을 수행하였다. Field experiments were conducted to verify the above theoretical analysis and experimental equipment. Field experiments were carried out in Seoul ΟО thousand section and it was carried out in order to determine the depth and route location from the street of the waterworks (underground). The area where the waterworks pass is the area where the highland drainage channel exists in the ОО and the ОО subsoil, and ОО is the center of the river and the site (Site 3) and the roads (Site 1 and Site 2) Experiments were performed on the road site (Site 4).

즉, 총 4개의 지역에서 실험을 수행하였으며, 전기저항 측정결과를 각각 도 4a 내지 도 4d의 표로 도시하였다. 측정된 전기저항값으로부터 [수학식 11]을 역해석하기 위해서는 총 8개의 전기저항값이 필요한데 여기서는 결과값의 신뢰도 향상을 위해 8개 이상의 전기저항값을 획득하였다. 보다 구체적으로, Site 1 내지 Site 3에 대해서는 총 56개의 전기저항값을 획득하였으며, Site 4의 경우 총 12개의 전기저항값을 획득하였다.That is, a total of four regions were tested, and electrical resistance measurement results were shown in the tables of FIGS. 4A to 4D, respectively. In order to inverse analyze Equation (11) from the measured electrical resistance value, a total of eight electrical resistance values are required. Here, eight or more electrical resistance values are obtained to improve the reliability of the resultant value. More specifically, a total of 56 electric resistances were obtained for Site 1 to Site 3, and a total of 12 electric resistances were obtained for Site 4.

상기 Site 1 내지 Site 4에서 측정된 전기저항값을 이용하여 상기 [수학식 11]을 역해석한 결과를 각각 아래의 표 2 내지 표 5에 나타내었다. 이 때, [수학식 11]을 역해석하기 위하여 상기 도 4a 내지 도 4d에서 측정된 전기저항값 중 8개를 선택하는 모든 경우의 수를 조합하여 역해석을 수행하였다. 지반 내에 예측하지 못한 변수(예를 들어, 상수도, 관로 등이 여러개 존재함)가 존재할 수 있으므로, 역해석 결과값은 하나로 수렴되지 않고 여러 개로 수렴될 수 있다. 표 2 내지 표 5에서는 역해석 결과 나타나는 대표적인 수렴값들만을 기재하였다.The results of inverse analysis of the above equation (11) using the electric resistance values measured at the sites 1 to 4 are shown in the following Tables 2 to 5, respectively. In this case, in order to inverse analyze Equation (11), inverse analysis was performed by combining all the cases in which eight of the electric resistance values measured in FIGS. 4A to 4D were selected. Because there are some unexpected variables in the ground (for example, there are several waterworks, pipelines, etc.), the results of reverse analysis can be converged into several without converging into one. In Tables 2 to 5, only typical convergent values appearing as a result of inverse analysis are described.

Figure pat00031
Figure pat00031

Figure pat00032
Figure pat00032

Figure pat00033
Figure pat00033

Figure pat00034
Figure pat00034

그리고 상기 [표 2] 내지 [표 5]에 따른 결과값을 그림으로 도시하면 도 5a 내지 도 5d와 같다. 보다 구체적으로, 도 4a 내지 도 4d에서 측정된 전기저항값을 이용하여 역해석한 다수의 결과값들을 점으로 표시하여 그 수렴되는 형태를 도 5a 내지 도 5d와 같이 도시하였다. 이 때, 표식이라고 도시되어 있는 점들은 각각 도 4a 내지 도 4d의 첫번째 소스 센서의 좌표를 의미한다.And FIGS. 5A to 5D are graphs illustrating the results of Table 2 through Table 5, respectively. More specifically, a plurality of result values, which are inversely analyzed using the electric resistance values measured in FIGS. 4A to 4D, are represented by dots and their converged shapes are shown in FIGS. 5A to 5D. At this time, the points shown as marks represent the coordinates of the first source sensor in Figs. 4A to 4D, respectively.

도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 상수도관의 노선은 현장 실험 시 표시한 장소에서 수 m 이내에 위치하는 것으로 예측된다. 특히, Site 1 및 Site 2에서 수행한 현장실험 결과, 예측된 지하매설물의 x, y 좌표에 의해 상수도관의 상부는 약 4m에서 7.5m에 있다고 판단할 수 있다. 또한, Site 3에서 수행한 현장실험 결과, 예측된 지하매설물의 위치는 현장에서 판단하고 있는 곳과 비슷하나 삽입된 깊이는 다른 Site보다 깊은 것으로 판단된다. 더불어, Site 4에서 수행한 현장실험 결과, 측정값 수의 한계에 의해 신뢰성 있는 결과값을 획득하지는 못했지만, 대략적인 상수도관의 위치와 깊이가 예측되었다. 기존 실험을 통해 예측된 상수도관의 위치와 지질구조를 참조할 때, 최소 깊이로 예측된 상수도관의 깊이는 풍화층의 경계면을 예측한 것으로 판단되며, 최대 깊이로 예측된 상수도관의 깊이가 상수도관의 깊이로 판단된다.Referring to Figs. 5A to 5D, it is predicted that the route of the water supply pipe is located within a few meters from the place indicated in the field test. In particular, the site tests of Site 1 and Site 2 show that the top of the waterworks can be estimated at about 4 m to 7.5 m depending on the predicted x, y coordinates of the underground. In addition, as a result of the field test conducted at Site 3, the predicted location of the underground burial is similar to that at the site, but the inserted depth is deeper than other sites. In addition, the field test conducted at Site 4 did not yield a reliable result due to the limit of the number of measured values, but the approximate location and depth of the water pipe were predicted. It is assumed that the depth of the water pipe predicted to the minimum depth predicted the interface of the weathered layer when referring to the location of the water pipe and the geological structure predicted by the existing experiment, The depth of the pipe is judged.

상기의 결과값들을 토대로 공사 업체 등에서 가지고 있는 설계도면에 종합적인 결과를 도시하면 도 6 및 도 7과 같이 나타날 수 있다.
Based on the above results, a comprehensive result can be shown in FIG. 6 and FIG. 7 in a design drawing held by a construction company or the like.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법은 지표면에 센서를 설치하여 다수의 전기저항값을 획득하고, [수학식 11]을 통해 역해석함으로써 지하매설물의 위치 및 방향을 예측할 수 있다. 따라서, 지하매설물의 위치를 사전에 알 수 있으므로 공사 진행 도중 사고를 방지할 수 있으므로 작업이 용이하게 이루어질 수 있으며, 경제적 효과도 확보할 수 있다.
In this way, the method of detecting underground burials through the electrical resistivity measurement according to the present invention is characterized in that a sensor is installed on the ground surface to obtain a plurality of electrical resistance values, and the inverse analysis is carried out through Equation (11) Can be predicted. Therefore, since the location of the underground buried object can be known in advance, it is possible to prevent the accident during the construction work, so that the work can be easily performed and the economic effect can be secured.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

10; 지반 20; 지하매장물
30; 센서10; Ground 20; Underground Warehouse
30; sensor

Claims (5)

구형의 지하매설물이 존재하는 지반의 상부에 다수의 소스 센서 및 리시버 센서를 설치하고,
상기 소스 센서에 전압을 주어 반대편 리시버 센서에서 측정되는 전기저항값을 이용하여 지하매설물을 예측하는 지하매설물 탐사 방법에 있어서,
상기 전기저항값(Rs-p)은 아래의 전기저항식
Figure pat00035

을 만족하고, 역해석 알고리즘을 이용하여 지하매설물의 전기전도도(σp), 주변 매질의 전기전도도(σs), 유전율비(Kp), 지하매설물의 중심좌표(xp, yp, l), 지하매설물의 반지름(rp) 및 지하매설물의 방향(θ)을 예측하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐사 방법.
(여기서,
Figure pat00036

Figure pat00037

Figure pat00038

이고, a는 센서의 반지름, k는 센서들 사이의 거리 및 n은 센서의 개수, α는
Figure pat00039
이다.)A plurality of source sensors and receiver sensors are installed on an upper part of the ground where spherical underground objects exist,
The method comprising the steps of: providing a voltage to the source sensor to estimate an underground buried object by using an electric resistance value measured at the opposite receiver sensor,
The electrical resistance value (R sp )
Figure pat00035

Satisfaction, and by using the inverse analysis algorithm electrical conductivity of the ground maeseolmul electrical conductivity (σ p), the surrounding medium of the (σ s), a dielectric constant ratio (K p), the coordinates of the center of the underground maeseolmul (x p, y p, l ), underground exploration maeseolmul characterized in that predicting the radius (the direction (θ) of r p), and the basement maeseolmul underground maeseolmul.
(here,
Figure pat00036

Figure pat00037

Figure pat00038

Where a is the radius of the sensor, k is the distance between the sensors, n is the number of sensors,
Figure pat00039
to be.) 제 1 항에 있어서,
상기 소스 센서 및 리시버 센서는,
지반 위에 서로 이격되어 마주보는 센서선 2개를 설치하고, 각 선마다 최소 8개의 센서를 설치하며,
상기 설치된 센서들 중 어느 하나를 소스 센서로 선택하고 상기 소스 센서 반대편의 대응되는 센서들 중 어느 하나를 리시버 센서로 선택하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the source sensor and the receiver sensor comprise:
Two sensor lines facing each other on the ground are installed, at least 8 sensors are installed for each line,
Wherein one of the installed sensors is selected as the source sensor and one of the corresponding sensors on the opposite side of the source sensor is selected as the receiver sensor. 제 2 항에 있어서,
상기 센서 선은 상기 지하매설물이 존재할 것으로 예상되는 영역의 범위보다 크게 설치되는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐사 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the sensor line is installed in a range larger than a range of the area where the underground buried object is expected to be present. 제 2 항에 있어서,
상기 소스 센서 및 리시버 센서를 변경해가며 상기 리시버 센서로부터 측정되는 전류를 통해 최소 8개의 전기저항값(Rs-p)을 획득하고, 이로부터 전기저항식을 역해석하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐사 방법.3. The method of claim 2,
Wherein at least eight electrical resistance values (R sp ) are obtained through a current measured from the receiver sensor while changing the source sensor and the receiver sensor, and the electrical resistance equation is inversely analyzed therefrom. 제 1 항에 있어서,
상기 역해석 알고리즘은 유전 알고리즘 또는 Monte Carlo 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 지하매설물 탐사 방법.The method according to claim 1,
Wherein the inverse analysis algorithm uses a genetic algorithm or a Monte Carlo method.
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KR102042764B1 (en) * 2018-12-18 2019-11-08 한양대학교 산학협력단 Apparatus and method for salt body delineation by deep learning

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