WO2014208886A1 - 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템 - Google Patents

균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템 Download PDF

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discontinuous surface
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discontinuity
discontinuous
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노영환
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부경대학교 산학협력단
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    • G01V2210/646—Fractures

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional imaging method and an imaging system for a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock. More specifically, in order to provide information necessary for effective design and maintenance of the ground structure, the inclination direction of the discontinuous surface in the rock, The present invention relates to a three-dimensional imaging method and an imaging system for discontinuous surface interconnection structures in cracked rocks for three-dimensional representation of joint structure in rock using the angle of inclination and length of joint line.
  • the discontinuous surface has lower shear strength, higher tensile strength, and higher hydraulic conductivity than intact rock, and acts as a major factor to lower rock strength and cause deformation.
  • one of the important procedures in identifying hydrodynamic and mechanical characteristics of discontinuous rocks and enhancing the geological utility is to accurately recognize the distribution patterns and states of discontinuities according to the geological and structural characteristics of the site.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a trace of a joint on a cross section according to the prior art.
  • this method has a limitation that cannot be expressed about the intersection line of joints appearing inside the rock.
  • the discontinuities are assumed to be in the form of discs or polygons, and their three-dimensional visualization techniques are presented to implement and visualize the structural geometry of the discontinuous plane connecting structure which has a great influence on the mechanical and hydraulic characteristics of the rock.
  • the present invention is to solve the above problems, technical limitations that can only grasp the distribution of the joint only on the cross section, such as the exposed or cut surface of the rock and problems that are difficult to determine the distribution of the joint distributed in the rock Three-dimensional imaging of the discontinuity connection structure in the cracked rock for three-dimensional representation of the joint distribution using information on the joint in the rock that can identify the shape of the internal distribution. To provide a method and an imaging system.
  • the three-dimensional imaging method of the discontinuous surface connection structure in the crack rock is divided into three-dimensional visualization process of the discontinuous surface, three-dimensional connection structure formation process of the discontinuous surface, three-dimensional image implementation process
  • a three-dimensional imaging method comprising the steps of: setting a discontinuity in a cracked rock to a disc shape, the disc comprising a first step of setting the center coordinates, radius, and inclination / tilt path of the discontinuity in three-dimensional space; And setting a number of points on the circumference and calculating three-dimensional coordinates of each set point to express a circle forming a boundary of each discontinuous surface, and completing a three-dimensional visualization process of the discontinuous surface; Characterized in that it comprises a.
  • the three-dimensional imaging system of the discontinuous surface connection structure in the crack rock including an I / O interface, a control unit, a storage unit and an output unit
  • the control unit sets the discontiguous surface in the crack rock to disc shape, and the disc sets the center coordinates, the radius, and the inclination / tilt path of the discontinuity plane in three-dimensional space, and then sets the boundary of each discontinuity plane.
  • a three-dimensional visualization module of the discontinuous plane which sets the number of points on the circumference to calculate a circle and calculates three-dimensional coordinates of each set point, thereby completing a three-dimensional visualization process of the discontinuous plane; Characterized in that it comprises a.
  • a three-dimensional imaging method and an imaging system of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock provide a three-dimensional visualization technique that assumes a disc or polygonal shape for the discontinuous plane, and implements a structural geometry of the discontinuous plane connecting structure. And an algebraic algorithm to visualize it.
  • the three-dimensional imaging method and imaging system of the discontinuous surface connecting structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention, by visually expressing the direction and size distribution and frequency of the rock discontinuous surface, to determine the structural characteristics of the discontinuous rock It can also be used to construct input data for discontinuity-based numerical analysis related to rock strength and deformation.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a trace of a joint on a cross section according to the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing a three-dimensional imaging system of the discontinuous surface connection structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the concept of the disk shape in three dimensions used in the three-dimensional imaging method and system of the discontinuous surface connection structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a three-dimensional representation of a disk-shaped discontinuous surface utilized in a three-dimensional imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional line and equivalent pipes of discontinuous surfaces formed by disc-shaped discontinuities in a three-dimensional pipe model used in the method and system for discontinuous-surface connection structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram for illustration.
  • FIG. 6 is a view for explaining the inclination direction and the inclination angle of the discontinuous surface used in the three-dimensional imaging method and system of the discontinuous surface connecting structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining an intersection line appearing at the intersection of two disc-shaped discontinuous surfaces used in a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining two cases where discontinuous surfaces applied in a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a crack rock according to an embodiment of the present invention cross.
  • FIG. 9 is a view for explaining a general example of an intersecting line generated by intersecting two discontinuous planes applied in a 3D imaging method and system of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining an intersection line that may be represented by two discontinuous surfaces by a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a joint network represented by a 5m hexahedron in three dimensions by a three-dimensional imaging method and system of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a 3D imaging method of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • the component when one component 'transmits' data or a signal to another component, the component may directly transmit the data or signal to another component, and through at least one other component. This means that data or signals can be transmitted to other components.
  • the three-dimensional imaging system 10 having a discontinuous plane connection structure in a cracked rock includes an I / O interface 11, a controller 12, a storage 13, and an output 14.
  • the controller 12 includes a data input module 12a, a three-dimensional visualization module 12b of a discontinuous surface, a three-dimensional connection structure forming module 12c of a discontinuous surface, and a three-dimensional image implementation module 12d.
  • Figure 3 is a view showing the concept of the disk shape in three dimensions used in the three-dimensional imaging method and system of discontinuous surface connection structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a three-dimensional representation of a disk-shaped discontinuous surface utilized in a three-dimensional imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional line and equivalent pipes of discontinuous surfaces formed by disc-shaped discontinuities in a three-dimensional pipe model used in the method and system for discontinuous-surface connection structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram for illustration.
  • FIG. 6 is a view for explaining the inclination direction and the inclination angle of the discontinuous surface used in the three-dimensional imaging method and system of the discontinuous surface connecting structure in the crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining an intersection line appearing at the intersection of two disc-shaped discontinuous surfaces used in a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining two cases where discontinuous surfaces applied in a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a crack rock according to an embodiment of the present invention cross.
  • FIG. 9 is a view for explaining a general example of an intersecting line generated by intersecting two discontinuous planes applied in a 3D imaging method and system of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining an intersection line that may be represented by two discontinuous surfaces by a 3D imaging method and system of a discontinuous surface connecting structure in a crack rock according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view illustrating a joint network represented by a 5m hexahedron in three dimensions by a three-dimensional imaging method and system of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention.
  • the module may mean a functional and structural combination of hardware for performing the technical idea of the present invention and software for driving the hardware.
  • the module may mean a logical unit of a predetermined code and a hardware resource for performing the predetermined code, and means a physically connected code or does not necessarily mean one kind of hardware. It can be easily inferred by the average expert in the art.
  • the data input module 12a receives information about jointing in the rock mass through the I / O interface 11 and stores the information on the storage 13.
  • the information about the joint in the rock means information such as the inclination direction, the inclination angle, the length of the joint line obtained through the irradiation of the irradiation line. Then, the obtained information is used to perform coordinate calculation through algebraic calculation and to express three-dimensionally through the calculated coordinate.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane is input through the I / O interface 11 by the data input module 12a and uses the input data for the crack rock stored on the storage unit 13. Perform visualization.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane is a visualization model of the discontinuity plane, and assumes the discontinuity plane as a disc shape. Accordingly, each disc corresponding to the discontinuous surface may be embodied in the center coordinates, the radius, and the inclination / tilt of the discontinuous surface in three-dimensional space.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane sets the number of points on the circumference to represent a circle forming a boundary of the discontinuity plane having arbitrary size and direction, and calculates three-dimensional coordinates for each point. Adopt the connection method.
  • the implemented discontinuous surface becomes a shape that approaches the circle in the polygon.
  • ⁇ is an angle formed by the line segment connecting the point on the circumference at the origin and the X axis.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane is provided for any point (X, Y, Z) if the circle on the XY plane implemented by the corresponding Equations 1 to 3 has an inclination direction and an inclination. Coordinate transformation equations moving in the oblique direction / tilt ( ⁇ / ⁇ ) are calculated on the output unit 14 by calculating Equation 4 and Equation 5 below.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuous surface rotates the X axis by the inclination in the rotation axis according to [Equation 4], and then rotates the Z axis by the inclination direction in the rotation axis by [Equation 5], thereby inclining direction / inclination.
  • the coordinates of the points (X ”, Y”, Z ”) can be calculated in the disc-shaped discontinuous plane of? / ?.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane has a point (X n , Y n , Z) through the coordinate transformation according to the following Equations (6) to (8). n ) to be implemented on the output unit 14.
  • FIGS. 4A and 4B are examples of three-dimensional visualization of a disc-shaped discontinuity plane by the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane with respect to the same discontinuity plane structure.
  • the structure being visualized is an example of the structure being visualized.
  • the system 10 in which a three-dimensional imaging method of a discontinuous surface connecting structure in a cracked rock according to the present invention is implemented includes coordinates of lines of intersection between discontinuities formed when two or more disc shaped discontinuous surfaces intersect in three-dimensional space.
  • the coordinates of equivalent pipes connecting the center of each disc-shaped discontinuity and the midpoint of the intersecting line can be calculated.
  • FIG. 5 shows the lines of intersection between discontinuities and equivalent pipes formed by the disc-shaped discontinuities according to the three-dimensional pipe model performed by the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuities.
  • the three-dimensional visualization module 12b of the discontinuity plane is based on the visualization model of the discontinuity plane.
  • the discontinuity plane assumed as a disc shape is referred to as "center coordinate", “radius of the discontinuity plane”, and " Inclination direction / inclination ".
  • the 3D connection structure forming module 12c of the discontinuous surface derives an equation for each discontinuous surface in order to calculate and visualize the discontinuous surface connecting structure when the simulated discontinuous surface intersects with the other discontinuous surface, and then solves the solution of the simultaneous equation. You must get it.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface can derive the equation of a circle for defining the discontinuous surface assumed to be discotic in space as a "sphere” and a "plane intersection" having a specific direction.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface expresses the equation of the circle as a simultaneous equation of "sphere” and "plane” having a specific direction.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous plane calculates an equation of a plane passing through points L, M, and N in a normal direction [a, b, c] by Equation 9 below.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface defines an equation of a sphere having a radius r about the points L, M, and N on the plane as shown in Equation 10 below.
  • the three-dimensional connection structure formation module 12c of the discontinuity plane is a disc-shaped discontinuity plane having a specific orientation in the three-dimensional discontinuity connection structure model of a circle equation derived by combining [Equation 9] and [Equation 10] in three-dimensional space. Can be treated as
  • Figure 5 is a schematic view showing a direction of inclination ( ⁇ d) and the inclination ( ⁇ d) factors used to represent the direction of the discontinuity in space.
  • a plane is like an infinite line of radial lines distributed on the same plane about one point. One of these lines will be the one with the highest slope.
  • the normal of a plane is an imaginary line perpendicular to a given face, with the ends pointing down or up, but here the line pointing downwards is defined as the normal, which is the line of discontinuity (line n ) and line slope ( ⁇ n ). It is indicated by the dimensional connection structure forming module 12c.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface can express the relationship with the inclination direction when the perimeter is known instead of the inclination direction of the plane as shown in Equation 13 below.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface implements the absolute value n of the line whose origin is the starting point in the three-dimensional rectangular coordinate system as shown in Equation 14 below.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface is configured to calculate the three-dimensional coordinate components (n x , n y , n z ) of the vector having the line periphery / line inclination ⁇ n / ⁇ n as follows. Equation 17].
  • the coordinate components (n x , n y , n z ) are the direction cosines, and the direction cosines of the normal vector perpendicular to the plane of Equation 9 are a, b, and c.
  • connection structure 6 is an example of a connection structure in which two disc-shaped discontinuities appear alternately.
  • the direction components of the normals are [a 1 , b 1 , c 1 ], [a 2 , b 2 , c 2 ], respectively, and arbitrary points O 1 (L, M, N), O 2 (U, V, W)
  • the planar equation of the infinite plane passing through is expressed by the following Equations 18 and 19 by the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous plane.
  • y-M Y
  • z-N Z
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuity plane is expressed as follows. 20] and [Equation 21] can be derived.
  • d is a constant calculated by substitution.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuity plane is a system of equations (20) and (21), whereby the equations of a straight line created by the intersection of two infinite planes are represented by the following equations (22) and 23].
  • each of P, t 1 , Q, and t 2 is represented by the following [Equation 24] to [Equation 27].
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface can express the intersection line equation by the parametric equation as shown in [Equation 28] by using the two infinite plane equations [Equation 20] and [Equation 21]. have.
  • T is a parameter
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuity plane has an equation of the intersection line of two infinite planes passing through arbitrary points O 1 (L, M, N) and O 2 (U, V, W) by Equation 28.
  • O 1 (L, M, N) and O 2 (U, V, W) the intersection between them is "intersection and center of each sphere. Calculate the vertical distance of the liver and compare it with the "radius of the circle”.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface does not form an intersection line when the "distance between the intersection line and the center of the sphere" is larger than the "radius of the sphere", it is preferable to omit the calculation.
  • the equation of a sphere centered on the point O 1 can be expressed as Equation 29 below.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuity plane follows the distance d 1 between the point F 1 (QT + t 2 , PT + t 1 , T) on the intersection line perpendicular to O 1 from [Equation 28]. Can be expressed as in Equation 30 below.
  • T is derived as in Equation 31 below.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface can also obtain the distance d 2 between the point F 2 on the intersection line at a perpendicular distance from O 2 from the equation of the sphere centered on the point O 2 .
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface forms an intersection line only when d 1 is less than or equal to r 1 and d 2 is less than or equal to r 2 on the two disc shaped discontinuous surfaces.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface may calculate the coordinates of the intersecting line segment from Equations 28 and 29.
  • the discontinuous three-dimensional connection structure forming module 12c may not be able to perform an operation in the process of solving a nonlinear simultaneous equation.
  • the simultaneous equation does not hold when the two discontinuous planes are geometrically coincident and the zero is present in the denominator. Therefore, in the present invention, the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface classifies such a case as a special solution and induces a solution according to the case.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface combines the following Equations 32 and 33, which can be derived from Equations 20 and 21, to form Z and X. You can get it.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface can be obtained from the equations (32) and (33), and the following equations (34) and (35).
  • X, Y, and Z may be obtained from Equation 29, Equation 34, and Equation 35 to obtain coordinates of a disc-shaped discontinuous plane intersection line.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuity plane is used to calculate and visualize the position of the discontinuity plane and the equivalent pipe connecting the center of the discontinuity plane and the center of the discontinuity plane and the intersection line as described above.
  • the relationship between the vertical distance and the radius of the discontinuities should be checked to see if they intersect.
  • the discontinuous surface 7 illustrates a case where the discontinuous surface is in contact with an intersection line at one point or intersects between two points.
  • the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface is d 1 ⁇ r 1 , d 2 ⁇ r 2 when judging whether the two discs intersect, and thus, it is possible that the two disc shaped discontinuous surfaces may intersect. have.
  • Equation 36 the three-dimensional connection structure forming module 12c of the discontinuous surface determines that the two disc shaped discontinuous surfaces intersect.
  • FIG. 9 shows various types of intersection lines and equivalent pipes that may appear when two disc shaped discontinuities intersect in three-dimensional space.
  • Fig. 9 (a) is a case where the circumferences of two disc discontinuous surfaces contact at one point, and no intersecting lines are formed.
  • d 1 r 1
  • d 2 r 2 in each disc, and the coordinates necessary for constructing an equivalent pipe are the intersections M between the centers O 1 and O 2 of the two disc discontinuities.
  • intersection lines of two disc-shaped discontinuities form a string at each discontinuity, and both end points of the intersection lines are located on the circumference of the two discs.
  • Fig. 9 (c) is a case where the circle of the disc shaped discontinuous surface is in contact with another disc shaped discontinuous surface.
  • the coordinate required for constructing the equivalent pipe is the contact point M where O 1 , O 2 and the two discs meet.
  • FIG. 9E illustrates a case where another disc shaped discontinuous surface intersects with one disc shaped discontinuous surface. At the intersection of the two discontinuities end Greater than, end A smaller relationship holds, and the intersection line in each case or to be.
  • Equivalent pipes are O 1 , O 2 or It can be configured by connecting the emphasis of the.
  • FIG. 10 is an example of implementing and visualizing a disc-shaped discontinuity connection structure by using the above-mentioned visualization part and connection structure part based on jointing data of daylight mine located in Gijang-gun, Busan.
  • the three-dimensional image realization module 12d of the present invention can visually provide information on the direction, size, and frequency of the discontinuous surface of the target rock, and when the disc-shaped discontinuous surface is set to a square and outputted, the strength and deformation of the rock It can be used to construct input data for related discontinuity-based numerical analysis.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating a 3D imaging method of a discontinuous plane connecting structure in a cracked rock according to an embodiment of the present invention. 2 to 12, as shown in Figure 12, the three-dimensional imaging method of the discontinuous surface connection structure in the crack rock, as shown in Figure 12, the three-dimensional visualization process of the discontinuous surface, the process of forming the three-dimensional connection structure of the discontinuous surface, three-dimensional image implementation It is divided into processes.
  • the control unit 12 of the system 10 in which the three-dimensional imaging method of the discontinuous plane connecting structure in the cracked rock is implemented sets the discontiguous surface in the cracked rock into a disc shape, and the disc has the center coordinates, the radius, and the slope of the discontinuous plane in the three-dimensional space.
  • the implementation of the direction / tilt is set (S11).
  • control unit 12 sets the number of points on the circumference to calculate the circle forming the boundary of the discontinuous plane, and calculates the three-dimensional coordinates for each set point (S12), thereby making the three-dimensional visualization of the discontinuous plane. Perform the process.
  • step S12 the controller 12 analyzes the relationship between the vertical distance between the center of each discontinuity plane and the intersection line and the radius of the discontinuity plane to determine whether the discontinuity planes intersect (S21).
  • step S21 the controller 12 calculates coordinates of the intersection line when two or more disc shaped discontinuities intersect in three-dimensional space (S22).
  • step S23 the controller 12 calculates coordinates of an equivalent pipe connecting the center of each disc-shaped discontinuous surface and the center of the intersecting line (S23) to perform a process of forming a three-dimensional connection structure of the discontinuous surface.
  • the controller 12 completes the three-dimensional visualization of the discontinuous surface by the step S11 and the step S12, and the formation of the three-dimensional connection structure of the discontinuous surface by the steps S21 to S23.
  • the controller 12 completes the three-dimensional visualization of the discontinuous surface by the step S11 and the step S12, and the formation of the three-dimensional connection structure of the discontinuous surface by the steps S21 to S23.
  • the invention can also be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all kinds of recording devices that store data that can be read by a computer system.
  • Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). It also includes.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.
  • the three-dimensional visualization method of the discontinuous plane, the process of forming the three-dimensional connection structure of the discontinuous plane, the three-dimensional image implementation process A first step of setting the discontinuities in the cracked rock to a disc shape, and the disc to set the center coordinates, the radius, and the inclination / tilt path of the discontinuities in three-dimensional space; And setting a number of points on the circumference and calculating three-dimensional coordinates of each set point to express a circle forming a boundary of each discontinuous surface, and completing a three-dimensional visualization process of the discontinuous surface; It includes.
  • the three-dimensional image of the discontinuous surface connection structure in the crack rock is implemented on the output unit to realize the three-dimensional image.
  • the three-dimensional imaging system of the discontinuous surface connection structure in the crack rock in the three-dimensional imaging system of the discontinuous surface connection structure in the crack rock including an I / O interface, a control unit, a storage unit and an output unit,
  • the control unit sets the discontiguous surface in the crack rock to disk shape, and the disc sets the center coordinates, the radius, and the inclination / tilt direction of the discontinuity plane in three-dimensional space, and then expresses the circle forming the boundary of each discontinuity plane. Setting a number of points on the circumference, calculating a three-dimensional coordinate for each set point, and completing a three-dimensional visualization process of the discontinuous surface; It includes.
  • control unit the three-dimensional connection structure forming module of the discontinuous surface to determine whether the discontinuous surface cross by analyzing the relationship between the vertical distance between the center of the discontinuous surface and the intersection line and the discontinuous surface radius; It is preferable to further include.
  • the three-dimensional connection structure forming module of the discontinuity plane when two or more disc-shaped discontinuity planes intersect in three-dimensional space, calculates the coordinates of the intersection line, the coordinate of the equivalent pipe connecting the center of each discontinuity plane and the center of the intersection line It is desirable to complete the process of forming the three-dimensional connection structure of the discontinuous surface by calculating.
  • control unit when the formation of the three-dimensional connection structure of the discontinuous surface after the three-dimensional visualization of the discontinuous surface, three-dimensional imaging of the discontinuous surface connection structure in the crack rock to implement the three-dimensional image implementation process on the output unit It is desirable to complete.
  • the three-dimensional visualization module of the discontinuity plane has coordinates (X, Y, Z) of any point located on the circumference of the horizontal discontinuity plane centered on the origin (0, 0, 0) with a radius r in the two-dimensional XY plane.
  • the center coordinate of the discontinuity plane to be visualized is the point (X 0 , Y 0 , Z). 0 ), for the points X ', Y', Z ', , , It is preferable to implement on the output by moving to a point (X n , Y n , Z n ) through the coordinate transformation by.
  • the three-dimensional visualization module of the discontinuous surface it is preferable to visualize in a variety of shapes by setting the ⁇ as an input variable for the discontinuous surface.
  • the three-dimensional imaging method and the imaging system of the discontinuous plane connecting structure in the cracked rock according to the embodiment of the present invention can output the three-dimensional spatial coordinates of the intersecting lines or equivalent pipes of the discontinuous plane, and analyze the three-dimensional key block according to the rock excavation Or it provides a high degree of utility in the description of groundwater flow characteristics.

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Abstract

본 발명은, 불연속면의 3차원 가시화 과정, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정, 3차원 영상 구현 과정으로 구분되는 3차원 영상화 방법에 있어서, 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 증심좌표, 반경, 그리고 경사방향 /경사로의 구현을 설정하는 제 1 단계; 및 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 상기 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 제 2 단계;를 포함하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법을 제공하며, 이를 수행하기 위한 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템을 제공 한다. 효과면에서, 불연속면에 대하여 원판또는 다각형 형태로 가정한 3차원 가시화 기법을 제시하며, 불연속면 연결구조의 구조기하형태를 구현하고 이를 가시화하기 위한 대수학적 알고리즘을 제시한다.

Description

균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템
본 발명은 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 지반구조물의 효과적인 설계 및 유지관리에 필요한 정보를 제공하기 위하여, 암반 내 불연속면에 대한 경사방향, 경사각, 절리선의 길이 등의 자료를 이용하여 암반 내 절리구조를 3차원적으로 표현하기 위한 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 암반의 수리·역학적 특성은 암반을 구성하는 암석의 물질적 특성에 좌우되지만 암반 내에 존재하는 절리, 단층, 전단대, 파쇄대, 층리, 엽리 등과 같은 불연속면(discontinuity)에 의해서도 큰 영향을 받으므로 불연속면에 대한 연구는 지질공학 분야에서 중요한 주제로 인식되고 있다.
일반적으로 불연속면은 무결암(intact rock)에 비하여 낮은 전단강도 및 인장강도, 높은 수리전도도를 가지며 암반의 강도를 저하시키고 변형을 유발하는 주요한 요인으로 작용한다.
따라서 불연속암반의 수리·역학적인 특성을 규명하고 지질공학적 활용성을 제고하는 데에 있어서 중요한 절차 중 하나는 현장의 지질 및 구조 특성에 따른 불연속면의 분포양상 및 상태를 정확하게 인지하는 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 단면상에 절리의 트레이스를 표현한 예를 나타내는 도면이다. 종래의 기술에서는 도 1에서 나타나는 것과 같이 절취면이나 단면에 나타나는 절리선 만을 가시화하는 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 암반 내부에 나타나는 절리들의 교차선에 대하여 표현하지 못하는 한계가 있다.
이에 따라 해당 기술분야에 있어서는 불연속면을 원판 또는 다각형의 형태로 가정하고 이들의 3차원 가시화 기법을 제시함으로써, 암반의 역학적 및 수리적 특성에 지대한 영향을 미치는 불연속면 연결구조의 구조기하형태를 구현하고 이를 가시화하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
[관련기술문헌]
1. 방향제어 시추조사장치, 조사방법 및 그에 따른 터널의 시공법 (대한민국특허출원번호 제10-2002-0011454호)
2. 엘엔지 등 극저온 액체가스 저장에 따른 지하공동 주변암반의 열역학적 안정성 평가 방법 및 이를 이용한 설계방법 (대한민국 특허출원번호 제10-2005-0062937호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단지 암반의 노출면이나 절취면과 같은 단면에 대해서만 절리의 분포를 파악할 수 있는 기술적인 한계 및 암반 내부에 분포하는 절리의 분포를 확인하기 어렵다는 문제점들을 해소하기 위하여 대상암반 내의 절리 분포를 3차원적으로 표현할 수 있으며 내부의 분포 형태까지도 확인할 수 있는 암반 내 절리에 대한 정보를 이용한 절리 분포의 3차원 표현을 위한 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법은, 불연속면의 3차원 가시화 과정, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정, 3차원 영상 구현 과정으로 구분되는 3차원 영상화 방법에 있어서, 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정하는 제 1 단계; 및 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 상기 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템은, I/O 인터페이스, 제어부, 저장부 및 출력부를 포함하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정한 뒤, 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 불연속면의 3차원 가시화 모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템은, 불연속면에 대하여 원판 또는 다각형 형태로 가정한 3차원 가시화 기법을 제시하며, 불연속면 연결구조의 구조기하형태를 구현하고 이를 가시화하기 위한 대수학적 알고리즘을 제시하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템은, 암반 불연속면의 방향성 및 크기 분포와 빈도를 시각적으로 표현함으로써, 불연속암반의 구조적 특성을 파악하는 데에 기여할 수 있으며, 암반의 강도 및 변형성과 관련된 불연속체 기반의 수치해석을 위한 입력 자료를 구성하는 데에 활용할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 단면상에 절리의 트레이스를 표현한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 활용되는 3차원 상에서 디스크형태의 개념을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 활용되는 원판형의 불연속면을 3차원적으로 표현한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 3차원 파이프 모델에서 원판형 불연속면에 의해 형성되는 불연속면의 교차선 및 등가파이프(Equivalent pipes)를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 불연속면의 경사방향 및 경사각을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 디스크 형태의 두 불연속면의 교차로 나타나는 교차선을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 적용되는 불연속면이 교차하는 두 가지 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 적용되는 두 불연속면이 교차하여 생성하는 교차선의 일반적인 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에 의한 두 개의 불연속면에 의해 나타날 수 있는 교차선을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에 의해 3차원 상에서 5m 육면체로 나타낸 절리망을 표현한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템(10)을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 2를 참조하면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템(10)은 I/O 인터페이스(11), 제어부(12), 저장부(13) 및 출력부(14)를 포함한다. 그리고 제어부(12)는 데이터 입력 모듈(12a), 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b), 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c) 및 3차원 영상 구현 모듈(12d)을 구비한다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 활용되는 3차원 상에서 디스크형태의 개념을 나타내는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 활용되는 원판형의 불연속면을 3차원적으로 표현한 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 3차원 파이프 모델에서 원판형 불연속면에 의해 형성되는 불연속면의 교차선 및 등가파이프(Equivalent pipes)를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 불연속면의 경사방향 및 경사각을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 사용되는 디스크 형태의 두 불연속면의 교차로 나타나는 교차선을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 적용되는 불연속면이 교차하는 두 가지 경우를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에서 적용되는 두 불연속면이 교차하여 생성하는 교차선의 일반적인 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에 의한 두 개의 불연속면에 의해 나타날 수 있는 교차선을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 시스템에 의해 3차원 상에서 5m 육면체로 나타낸 절리망을 표현한 도면이다.
이하에서는 도 2의 제어부(12) 상의 각 모듈(12a 내지 12d)을 중심으로, 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법이 구현되는 시스템(10)에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다. 그리고 본 명세서에서 모듈이라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 모듈은 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
데이터 입력 모듈(12a)은 암반 내 절리에 대한 정보를 I/O 인터페이스(11)를 통해 수신한 뒤, 저장부(13) 상에 저장한다. 여기서 암반 내 절리에 대한 정보는 조사선조사를 통하여 얻어진 절리의 경사방향, 경사각, 절리선의 길이 등의 정보를 의미한다. 이후 얻어진 정보를 대수학적 계산을 통하여 좌표 계산을 수행하고, 계산된 좌표를 통하여 3차원적으로 표현하는데 사용된다.
<불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)에 의한 불연속면의 3차원 가시화>
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 데이터 입력 모듈(12a)에 의해 I/O 인터페이스(11)를 통해 입력받아 저장부(13) 상으로 저장된 균열 암반에 대한 입력데이터를 이용하여 불연속면의 3차원 가시화를 수행한다.
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 불연속면의 가시화 모델로, 불연속면을 원판형으로 가정한다. 이에 따라, 불연속면에 해당하는 각각의 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로 구현될 수 있다.
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 임의의 크기 및 방향성을 갖는 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위하여 원주상에 점의 개수를 설정하고, 각각의 점에 대한 3차원 좌표를 계산하여 점들을 연결하는 방식을 채택한다.
즉, 원주 상에 설정되는 점의 개수가 증가할수록 구현된 불연속면은 다각형에서 원에 근접하는 형상을 이루게 된다.
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 이차원 X-Y 평면에서 반경이 r이고 원점(0, 0, 0)을 중심으로 하는 수평 불연속면의 원주상에 위치하는 임의의 점의 좌표 (X, Y, Z)에 대해서 하기의 [수학식 1] 내지 [수학식 3]과 같이 연산하여 출력부(14) 상으로 구현한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000001
[수학식 2]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000002
[수학식 3]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000003
여기서, θ는 원점에서 원주상의 점을 연결한 선분과 X축이 이루는 각이다.
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 해당 [수학식 1] 내지 [수학식 3]에 의해 구현된 X-Y 평면상의 원이 경사방향과 경사를 갖는다면 임의의 점(X, Y, Z)에 대한 경사방향/경사(α/β)에 의해 이동하는 좌표변환 식을 다음의 [수학식 4] 및 [수학식 5]과 같이 연산하여 출력부(14) 상으로 구현한다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000004
[수학식 5]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000005
즉, 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 [수학식 4]에 의하여 X축을 회전축으로 경사만큼 회전시킨 후, [수학식 5]에 의하여 Z축을 회전축으로 경사방향만큼 회전시킴으로써, 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면에서 점(X”, Y”, Z”)의 좌표를 산정할 수 있다.
이때 구현된 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면의 중심좌표는 원점이므로, 도 3에서와 같이 최종적으로 가시화하고자 하는 불연속면의 중심좌표가 점(X0, Y0, Z0)이라면, 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 점(X”, Y”, Z”)을 다음의 [수학식 6] 내지 [수학식 8]에 의한 좌표변환을 통하여 점(Xn, Yn, Zn)으로 이동시켜 출력부(14) 상으로 구현한다.
[수학식 6]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000006
[수학식 7]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000007
[수학식 8]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000008
이와 같은 방법으로 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 구현되는 불연속면에 대해서 θ를 입력변수로 설정하면 삼각형(θ = 120°), 사각형(θ = 90°) 등 θ에 따라 다양한 모양으로 가시화할 수 있다. 즉, 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 불연속면에 대하여 원판 또는 다각형 형태로 가정한 3차원 가시화 기법을 제시하는 효과가 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b는 동일한 불연속면 구조에 대하여 불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)에 의해 원판형의 불연속면을 3차원적으로 가시화한 사례이며, 사용자가 지정한 방향에 따라 각각 다른 모습으로 불연속면 연결구조가 가시화되는 예를 보여준다.
<불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의한 불연속면의 3차원 연결구조 형성>
본 발명에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법이 구현되는 시스템(10)은 두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우 형성되는 교차선(Lines of intersection between discontinuities)의 좌표를 산정하고, 각각의 원판형 불연속면의 중심과 교차선의 중점을 연결하는 등가파이프(Equivalent pipes)의 좌표도 산정할 수 있다.
도 5는 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의한 3차원 파이프모델 수행에 따라, 원판형 불연속면에 의해 형성되는 불연속면의 교차선(Lines of intersection between discontinuities) 및 등가파이프(Equivalent pipes)가 구현된 예를 나타낸 개념도이다.
<불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의한 비선형 연립방정식의 일반해>
불연속면의 3차원 가시화 모듈(12b)은 불연속면의 가시화 모델을 통해 불연속면을 특정한 크기의 원판으로 가정한 경우, 원판형으로 가정된 불연속면을 "중심좌표", "불연속면의 반경(직경)", 그리고 "경사방향/경사"로 설정한다.
이에 따라, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 모사된 불연속면이 다른 불연속면과 교차하는 경우, 불연속면 연결구조를 산정하고 가시화하기 위해서는 각 불연속면에 대한 방정식을 유도한 후, 연립방정식의 해를 구해야 한다.
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 공간상에서 원판형으로 가정된 불연속면을 정의하기 위한 원의 방정식을 "구"와 특정한 방향성을 갖는 "평면의 교선"으로 유도할 수 있다.
즉, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 원의 방정식을 "구"와 특정한 방향성을 갖는 "평면"의 연립방정식으로 표현한다. 법선 방향이 [a, b, c] 이고 점(L, M, N)을 지나는 평면의 방정식을 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 다음의 [수학식 9]에 의해 연산한다.
[수학식 9]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000009
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 평면 위의 점(L, M, N)을 중심으로 반경이 r인 구의 방정식을 다음의 [수학식 10]과 같이 정의한다.
[수학식 10]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000010
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 3차원 공간상에서 [수학식 9] 및 [수학식 10]을 연립하여 유도한 원의 방정식을 3차원 불연속면 연결구조 모델에서 특정한 방향성을 갖는 원판형 불연속면의 방정식으로 취급할 수 있다.
한편, 도 5는 공간상에서 불연속면의 방향성을 나타낼 때 사용하는 요소인 경사방향(αd)과 경사(βd)를 나타낸 모식도이다. 평면은 무한한 선들이 한 점을 중심으로 방사형으로 동일 면상에 분포한 것과 같다. 이런 선들 중의 하나가 최대경사를 갖는 선이 될 것이다.
도 5에서 경사벡터(dip vector)로 표시된 최대경사를 가지는 선의 선주향(αd)과 아래로 향하는 선경사(βd)가 각각 불연속면의 "경사방향"과 "경사"로 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의해 정의된다.
평면의 법선은 주어진 면에 수직인 가상적인 선으로, 양 끝은 아래나 위로 향하지만 여기서는 면의 아래로 향하는 선을 법선으로 정의하여 선주향(αn)과 선경사(βn)로 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의해 표기된다.
현장에서 측정된 불연속면의 방향성 αd/βd와 불연속면의 법선 αn/βn 사이의 관계를 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의해 다음의 [수학식 11] 및 [수학식 12]와 같이 연산된다.
[수학식 11]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000011
[수학식 12]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000012
또한, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 평면의 경사방향 대신 주향을 알고 있을 때 경사방향과의 관계를 다음의 [수학식 13]과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 13]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000013
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 3차원 직교좌표계에서 원점이 시작점인 선의 크기 절대값 n을 다음의 [수학식 14]와 같이 구현한다.
[수학식 14]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000014
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 선주향/선경사가 αn/βn인 벡터의 3차원 좌표성분(nx, ny, nz)를 다음의 [수학식 15] 내지 [수학식 17]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000015
[수학식 16]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000016
[수학식 17]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000017
여기서,
Figure PCTKR2014003726-appb-I000018
인 단위벡터의 경우 좌표성분(nx, ny, nz)는 방향여현이 되며, [수학식 9]의 면에 수직인 법선벡터의 방향여현은 a, b, c이다.
도 6은 두 개의 원판형 불연속면이 교차하여 나타나는 연결구조의 예이다. 법선의 방향성분이 각각 [a1, b1, c1], [a2, b2, c2]이고, 임의의 점 O1(L, M, N), O2(U, V, W)를 지나는 무한평면의 평면방정식은 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의해 다음의 [수학식 18] 및 [수학식 19]와 같이 표현된다.
[수학식 18]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000019
[수학식 19]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000020
[수학식 18] 및 [수학식 19]에서 x - L = X, y - M = Y, z - N = Z로 치환하면 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 다음과 같은 [수학식 20] 및 [수학식 21]을 유도할 수 있다.
[수학식 20]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000021
[수학식 21]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000022
여기서, d는 치환에 의해 산정되는 상수이다. 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 20]과 [수학식 21]을 연립함으로써, 두 무한평면이 교차하여 생성되는 직선의 방정식을 다음의 [수학식 22] 및 [수학식 23]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 22]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000023
[수학식 23]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000024
여기서, P, t1, Q, t2 각각은 다음의 [수학식 24] 내지 [수학식 27]과 같다.
[수학식 24]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000025
[수학식 25]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000026
[수학식 26]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000027
[수학식 27]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000028
따라서 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 두 무한평면방정식 [수학식 20]과 [수학식 21]을 활용하여 교차선의 방정식을 다음의 [수학식 28]과 같은 매개변수 방정식으로 표현할 수 있다.
[수학식 28]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000029
여기서, T는 매개변수이다.
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 임의의 점 O1(L, M, N)과 O2(U, V, W)을 지나는 두 무한평면의 교차선의 방정식을 [수학식 28]로 나타낼 수 있으며, 무한평면을 O1(L, M, N)과 O2(U, V, W)를 중심으로 하는 원판형의 불연속면으로 한정하는 경우 이들 간의 교차 여부는 "교차선과 각각의 구의 중심 간의 수직거리"를 계산하고, "원의 반지름"과 비교하여 확인할 수 있다.
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 "교차선과 구 중심 간의 거리"가 "구의 반지름" 보다 큰 경우에는 교차선을 형성하지 못하므로 연산을 생략하는 것이 바람직하다. 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 점 O1을 중심으로 하는 구의 방정식은 다음의 [수학식 29]와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 29]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000030
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 28]로부터 O1과 수직거리에 있는 교차선 상의 점 F1(QT+t2, PT+t1, T) 간의 거리 d1을 다음의 [수학식 30]과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 30]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000031
여기서, T는 다음의 [수학식 31]과 같이 유도된다.
[수학식 31]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000032
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 같은 방식으로 점 O2를 중심으로 하는 구의 방정식으로부터 O2와 수직거리에 있는 교차선 상의 점 F2 간의 거리 d2도 구할 수 있다. 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 두 원판형 불연속면상에서 d1이 r1보다 작거나 같고 d2가 r2보다 작거나 같은 경우에만 교차선을 형성한다. 또한, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 28] 및 [수학식 29]로부터 교차선 선분의 좌표를 산정할 수 있다.
<불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의한 비선형 연립방정식의 특수해 연산>
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 비선형 연립방정식의 해를 구하는 과정에서 연산을 수행할 수 없는 경우가 발생한다. 즉, 기하학적으로 두 불연속면이 평행한 경우와 일치하는 경우 및 수학적으로 분모에 0이 존재하는 경우는 연립방정식이 성립하지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 이러한 경우를 특수해로 분류하고, 경우에 따른 해를 유도한다.
[수학식 20]과 [수학식 21]에 의해 정의되는 두 불연속면의 경사방향이 동일한 경우 a1b2 = a2b1 ≠ 0가 성립할 수 있다. 이러한 경우 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 20]과 [수학식 21]로부터 유도할 수 있는 다음의 [수학식 32] 및 [수학식 33]을 연립하여 Z와 X를 구할 수 있다.
[수학식 32]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000033
[수학식 33]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000034
또한, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 32]와 [수학식 33]으로부터 해를 구할 수 있으며, 다음의 [수학식 34] 및 [수학식 35]와 같다.
[수학식 34]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000035
[수학식 35]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000036
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 [수학식 29], [수학식 34], [수학식 35]로부터 X, Y, Z를 구하면 원판형 불연속면 교차선의 좌표를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 일반적으로 연산을 수행할 수 없는 모든 경우를 분류하고 각각에 대한 특수해를 유도하여 하기의 [표 1]과 같이 제시한다. 하기의 [표 1]에서 a1 = b1 = 0과 a2 = b2 = 0 조건은 두 원판형 불연속면 중 하나가 수평인 경우이다. a1 = b1 = 0과 a2 = b2 = 0 조건은 두 불연속면의 경사방향이 동일한 경우이며, a1 = a2 = b1 = b2 = 0은 두 불연속면이 평행한 경우이다.
표 1
특이해 각각의 해
Figure PCTKR2014003726-appb-I000037
Figure PCTKR2014003726-appb-I000038
Figure PCTKR2014003726-appb-I000039
Figure PCTKR2014003726-appb-I000040
Figure PCTKR2014003726-appb-I000041
Figure PCTKR2014003726-appb-I000042
Figure PCTKR2014003726-appb-I000043
Figure PCTKR2014003726-appb-I000044
Figure PCTKR2014003726-appb-I000045
Figure PCTKR2014003726-appb-I000046
Figure PCTKR2014003726-appb-I000047
Figure PCTKR2014003726-appb-I000048
<Lists of particular solutions of non-linear equations>
<불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)에 의한 불연속면의 연결구조 형성>
불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 불연속면의 교차선 및 불연속면의 중심과 교차선의 중점을 연결하는 등가파이프의 위치를 산정하고 가시화하기 위해서는 상술한 연산한 바와 같이 각각의 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 파악하여 불연속면의 교차 여부를 확인하여야 한다.
도 7은 불연속면이 교차선과 한 점에서 접하거나 두 점 사이에서 교차하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)는 두 원판의 교차 여부에 대한 판단시 d1≤r1, d2≤r2이으로, 두 원판형 불연속면이 교차될 가능성이 있다고 볼 수 있다.
도 8에서와 같이 두 원판형 불연속면이 교차할 때 형성되는 교차선의 중점을 M이라 하고, E1, E2, E3, E4를 두 원판형 불연속면이 교차선과 접하는 점이라고 가정하면 일반적으로 하기의 [수학식 36]일 때 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈(12c)은 두 원판형 불연속면은 교차된다고 판단한다.
[수학식 36]
Figure PCTKR2014003726-appb-I000049
도 9는 3차원 공간에서 두 원판형 불연속면이 교차할 때 나타날 수 있는 교차선과 등가파이프의 다양한 형태를 보여준다.
도 9(a)는 두 원판형 불연속면의 원주가 한 점에서 접하는 경우로서 교차선은 형성되지 않는다. 이 경우에 각각의 원판에서 d1 = r1, d2 = r2이며, 등가파이프 구성에 필요한 좌표는 두 원판형 불연속면의 중심 O1, O2와 두 원판이 만나는 교차점 M이다.
도 9(b)는 두 원판형 불연속면에 의한 교차선이 각각의 불연속면에서 현을 이루는 경우로서 교차선의 양 끝점은 두 원판의 원주상에 위치한다.
이 경우에 각각의 원판에서 d1 < r1, d2 < r2 이고, 원판의 교차점들의 관계는 E1 = E3, E2 = E4이므로 교차선은
Figure PCTKR2014003726-appb-I000050
이며, 등가파이프는 O1, O2와
Figure PCTKR2014003726-appb-I000051
의 중점을 연결하여 구성할 수 있다.
도 9(c)는 원판형 불연속면의 원이 다른 원판형 불연속면 위에 접하는 경우이다. 이 경우에 각각의 원판에서 d1 < r1, d2 = r2 또는 d1 = r1, d2 < r2 이다. 이 때 등가파이프 구성에 필요한 좌표는 O1, O2와 두 원판이 만나는 접점 M이다.
도 9(d)는 불연속면 교차선의 양 끝점이 각각 서로 다른 불연속면 내에 위치하는 경우이다. 이 경우에 각각의 원판에서 d1 < r1, d2 < r2이며, 교차선은
Figure PCTKR2014003726-appb-I000052
또는
Figure PCTKR2014003726-appb-I000053
이다. 등가파이프는 O1, O2와
Figure PCTKR2014003726-appb-I000054
또는
Figure PCTKR2014003726-appb-I000055
의 중점을 연결하여 구성할 수 있다.
도 9(e)는 하나의 원판형 불연속면 내에 다른 원판형 불연속면이 포함되어 교차하는 경우이다. 이때 두 불연속면의 교차선 상에서
Figure PCTKR2014003726-appb-I000056
가
Figure PCTKR2014003726-appb-I000057
보다 크거나,
Figure PCTKR2014003726-appb-I000058
가
Figure PCTKR2014003726-appb-I000059
보다 작은 관계가 성립하며, 교차선은 각각의 경우
Figure PCTKR2014003726-appb-I000060
또는
Figure PCTKR2014003726-appb-I000061
이다. 등가파이프는 O1, O2와
Figure PCTKR2014003726-appb-I000062
또는
Figure PCTKR2014003726-appb-I000063
의 중점을 연결하여 구성할 수 있다.
도 10은 부산시 기장군에 위치한 일광광산의 절리자료(Choi et al., 2010)를 바탕으로 앞에서 언급한 가시화 부분과 연결구조 부분에 의하여 원판형 불연속면의 연결구조를 구현하고 가시화한 사례이다. 이 발명의 3차원 영상 구현 모듈(12d)은 대상암반에 대한 불연속면의 방향성, 크기, 빈도에 관한 정보를 시각적으로 제공할 수 있으며, 원판형 불연속면을 정방형으로 설정하여 출력하면 암반의 강도 및 변형성과 관련된 불연속체 기반의 수치해석을 위한 입력 자료를 구성하는 데에 활용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2 내지 도 12를 참조하면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법은 도 12에 도시된 바와 같이, 크게 불연속면의 3차원 가시화 과정, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정, 3차원 영상 구현 과정으로 구분된다.
균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법이 구현되는 시스템(10)의 제어부(12)는 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정한다(S11).
단계(S11) 이후, 제어부(12)는 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산함으로써(S12), 불연속면의 3차원 가시화 과정을 수행한다.
단계(S12) 이후, 제어부(12)는 각 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 분석하여 불연속면의 교차 여부를 확인한다(S21).
단계(S21) 이후, 제어부(12)는 두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우, 교차선의 좌표를 산정한다(S22).
단계(S23) 이후, 제어부(12)는 각 원판형 불연속면의 중심과 교차선의 중심을 연결하는 등가파이프의 좌표를 산정함으로써(S23), 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정을 수행한다.
단계(S23) 이후, 제어부(12)는 단계(S11) 및 단계(S12)에 의한 불연속면의 3차원 가시화와, 단계(S21) 내지 단계(S23)에 의한 불연속면의 3차원 연결구조 형성이 완료되면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화를 출력부(14) 상으로 구현함으로써(S31), 3차원 영상 구현 과정을 수행한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법은, 불연속면의 3차원 가시화 과정, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정, 3차원 영상 구현 과정으로 구분되는 3차원 영상화 방법에 있어서, 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정하는 제 1 단계; 및 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 상기 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 제 2 단계; 를 포함한다.
이때, 상기 제 2 단계 이후, 각 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 분석하여 불연속면의 교차 여부를 확인하는 제 3 단계; 두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우, 교차선의 좌표를 산정하는 제 4 단계; 및 각 불연속면의 중심과 교차선의 중심을 연결하는 등가파이프의 좌표를 산정하여 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정을 완료하는 제 5 단계; 가 더 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 5 단계 이후, 상기 불연속면의 3차원 가시화와, 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성이 완료되면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조를 3차원 영상화하여 출력부 상으로 구현하여 상기 3차원 영상 구현 과정을 완료하는 제 6 단계; 가 더 수행되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템은, I/O 인터페이스, 제어부, 저장부 및 출력부를 포함하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정한 뒤, 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 불연속면의 3차원 가시화 모듈; 을 포함한다.
이때, 상기 제어부는, 각 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 분석하여 불연속면의 교차 여부를 확인하는 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈; 을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈은, 두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우, 교차선의 좌표를 산정하고, 각 불연속면의 중심과 교차선의 중심을 연결하는 등가파이프의 좌표를 산정하여 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정을 완료하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 불연속면의 3차원 가시화 이후 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성이 완료되면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조를 3차원 영상화하여 상기 출력부 상으로 구현하여 상기 3차원 영상 구현 과정을 완료하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은, 이차원 X-Y 평면에서 반경이 r이고 원점(0, 0, 0)을 중심으로 하는 수평 불연속면의 원주상에 위치하는 임의의 점의 좌표 (X, Y, Z)에 대해서 경사방향/경사(α/β)에 의해 이동하는 좌표변환 식을 연산한 뒤, X축을 회전축으로 경사만큼 회전시킨 후, Z축을 회전축으로 경사방향만큼 회전시켜, 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면에서 점(X”, Y”, Z”)의 좌표를 산정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은, 상기 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면의 중심좌표가 원점이므로, 최종적으로 가시화하고자 하는 불연속면의 중심좌표가 점(X0, Y0, Z0)이라면, 상기 점(X”, Y”, Z”)에 대해,
Figure PCTKR2014003726-appb-I000064
,
Figure PCTKR2014003726-appb-I000065
,
Figure PCTKR2014003726-appb-I000066
에 의한 좌표변환을 통하여 점(Xn, Yn, Zn)으로 이동시켜 상기 출력부 상으로 구현하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은, 불연속면에 대해서 상기 θ를 입력변수로 설정하여 다양한 모양으로 가시화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법 및 영상화 시스템은, 불연속면의 교차선 또는 등가파이프의 3차원 공간좌표를 출력할 수 있으며, 암반 굴착에 따른 3차원 키블록 해석 또는 지하수유동 특성에 관한 기술에 있어서 높은 활용도를 제공한다.

Claims (10)

  1. 불연속면의 3차원 가시화 과정, 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정, 3차원 영상 구현 과정으로 구분되는 3차원 영상화 방법에 있어서,
    균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정하는 제 1 단계; 및
    각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 상기 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 단계 이후,
    각 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 분석하여 불연속면의 교차 여부를 확인하는 제 3 단계;
    두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우, 교차선의 좌표를 산정하는 제 4 단계; 및
    각 불연속면의 중심과 교차선의 중심을 연결하는 등가파이프의 좌표를 산정하여 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정을 완료하는 제 5 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 5 단계 이후,
    상기 불연속면의 3차원 가시화와, 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성이 완료되면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조를 3차원 영상화하여 출력부 상으로 구현하여 상기 3차원 영상 구현 과정을 완료하는 제 6 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 방법.
  4. I/O 인터페이스, 제어부, 저장부 및 출력부를 포함하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템에 있어서, 상기 제어부는,
    균열 암반 내의 불연속면을 원판형으로 설정하고, 원판은 3차원 공간에서 불연속면의 중심좌표, 반경, 그리고 경사방향/경사로의 구현을 설정한 뒤, 각 불연속면의 경계를 이루는 원을 표현하기 위해 원주상에 점의 개수 설정, 각각의 설정된 점에 대한 3차원 좌표를 연산하여, 불연속면의 3차원 가시화 과정을 완료하는 불연속면의 3차원 가시화 모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는,
    각 불연속면 중심과 교차선 간의 수직거리와 불연속면 반지름과의 관계를 분석하여 불연속면의 교차 여부를 확인하는 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성 모듈은,
    두 개 이상의 원판형 불연속면이 3차원 공간에서 교차하는 경우, 교차선의 좌표를 산정하고, 각 불연속면의 중심과 교차선의 중심을 연결하는 등가파이프의 좌표를 산정하여 불연속면의 3차원 연결구조 형성 과정을 완료하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 불연속면의 3차원 가시화 이후 상기 불연속면의 3차원 연결구조 형성이 완료되면, 균열 암반 내 불연속면 연결구조를 3차원 영상화하여 상기 출력부 상으로 구현하여 상기 3차원 영상 구현 과정을 완료하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은,
    이차원 X-Y 평면에서 반경이 r이고 원점(0, 0, 0)을 중심으로 하는 수평 불연속면의 원주상에 위치하는 임의의 점의 좌표 (X, Y, Z)에 대해서 경사방향/경사(α/β)에 의해 이동하는 좌표변환 식을 연산한 뒤,
    X축을 회전축으로 경사만큼 회전시킨 후, Z축을 회전축으로 경사방향만큼 회전시켜, 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면에서 점(X”, Y”, Z”)의 좌표를 산정하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은,
    상기 경사방향/경사가 α/β인 원판형 불연속면의 중심좌표가 원점이므로, 최종적으로 가시화하고자 하는 불연속면의 중심좌표가 점(X0, Y0, Z0)이라면, 상기 점(X”, Y”, Z”)에 대해,
    Figure PCTKR2014003726-appb-I000067
    ,
    Figure PCTKR2014003726-appb-I000068
    ,
    Figure PCTKR2014003726-appb-I000069
    에 의한 좌표변환을 통하여 점(Xn, Yn, Zn)으로 이동시켜 상기 출력부 상으로 구현하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 불연속면의 3차원 가시화 모듈은,
    불연속면에 대해서 상기 θ를 입력변수로 설정하여 다양한 모양으로 가시화하는 것을 특징으로 하는 균열 암반 내 불연속면 연결구조의 3차원 영상화 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110362914A (zh) * 2019-07-08 2019-10-22 四川农业大学 一种不规则柱状节理网络模型随机生成方法
CN111007067A (zh) * 2019-12-31 2020-04-14 山东大学 岩体结构面自动识别方法及系统
CN113468639A (zh) * 2021-06-23 2021-10-01 西南交通大学 基于产状的裂隙网络三维可视化模型的建立方法
CN115688473A (zh) * 2022-11-15 2023-02-03 大连海事大学 一种由单节理迹线生成曲面节理圆盘的岩体结构重构方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813305B1 (ko) * 2007-11-30 2008-03-13 (주) 소암컨설턴트 암반 내 불연속면에 대한 정보를 이용한 절리구조 3차원입체 영상화 방법
KR20110127517A (ko) * 2010-05-19 2011-11-25 (주)넥스지오 대단면 기초 지질조사방법
KR101104444B1 (ko) * 2011-06-08 2012-01-12 배재대학교 산학협력단 터널 막장 불연속면 예측 시스템 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100813305B1 (ko) * 2007-11-30 2008-03-13 (주) 소암컨설턴트 암반 내 불연속면에 대한 정보를 이용한 절리구조 3차원입체 영상화 방법
KR20110127517A (ko) * 2010-05-19 2011-11-25 (주)넥스지오 대단면 기초 지질조사방법
KR101104444B1 (ko) * 2011-06-08 2012-01-12 배재대학교 산학협력단 터널 막장 불연속면 예측 시스템 및 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110362914A (zh) * 2019-07-08 2019-10-22 四川农业大学 一种不规则柱状节理网络模型随机生成方法
CN110362914B (zh) * 2019-07-08 2023-01-10 四川农业大学 一种不规则柱状节理网络模型随机生成方法
CN111007067A (zh) * 2019-12-31 2020-04-14 山东大学 岩体结构面自动识别方法及系统
CN113468639A (zh) * 2021-06-23 2021-10-01 西南交通大学 基于产状的裂隙网络三维可视化模型的建立方法
CN115688473A (zh) * 2022-11-15 2023-02-03 大连海事大学 一种由单节理迹线生成曲面节理圆盘的岩体结构重构方法

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