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문제 정의
- 본 연구에서는 정확한 지하시설물의 위치와 관측 문제점 그리고 오차원인을 파악하기 위해서 실험지역을 설정하였다. 대표적인 지하시설물인 상·하수도 가스를 대상으로 직접 지하시설물 측량을 실시하여 그 정확도를 평가하였다.
- 지하시설물 속성정보는 관련기관의 협조를 바탕으로 현장조사를 통하여 획득하였으며, 획득된 위치정보와 속성정보로 D/B를 구축하여 ArcView를 이용한 지하시설물에 대한 3차원 시각화를 시도하였다. 이를 위한 D/B 구축방법을 제시하여 지하매설관거의 효과적인 유지관리, 재해방지, 합리적 의사결정에 기여하고자 한다.
제안 방법
- GPR 탐사는 225MHz의 안테나를 이용하여 시간에 따른 감쇠를 보정하고, 관측회수는 총 10회로 하였다. 매질의 상대투자율은 강성체를 제외하고 보통의 유전체에서 1 이며, 상대유전율의 차이에 의해 상부매질과 하부매질의경계, 즉 지층의 경계면에서 반사가 일어난다.
- 특히 RTK-GPS 관측성과를 수치지도에 맞는 지도좌표로 변환하기 위해 그림 10과같이 지적 도근점에 대한 측량을 실시하여 좌표변환계수를 산출하였다(표 4 참조). RTK-GPS 측량이 불가능한 지역은 TS를 이용하여 보완측량을 실시하여 평면위치를 결정하였다.
- 관내 유수의 유무에 따른 분석 즉 물이 흐르는 상태와 흐르지 않은 경우에 대해 분석하기 위해서 매설심도 3.0m 및 1.0m 지점에 각각 파형강관과 주철관을 매설하여 탐사하였다. 관내의 물은 관의 양지점을 막고 관 중앙에 연결된 호스를 통하여 물을 가득 채운 후에 관측되었다.
- 55m이하로 지거법보다 상대적으로 높은 정확도로 위치를 결정할 수 있었다. 그리고 지하매설물에 대해 RTK-GPS로 획득한 X, y, z의 3차원 좌표값과 실제 심도 관측으로 얻은 매설 심도를 GIS DB 구축 자료로 활용하였다. 활용 예는 다음 그림과 같이 시각화하였다.
- 대표적인 지하시설물인 상·하수도 가스를 대상으로 직접 지하시설물 측량을 실시하여 그 정확도를 평가하였다.
- 지중 레이다에서 송수신 안테나 사이의 간격 및 배열방향, 안테나와 지면의 접촉 등의 변화가 탐사결과에 크게 영향을 미치므로 좋은 자료를 얻기 위해서는 이들 조건의 정확한 적용이 필요하다. 따라서 GPR 현장탐사는 그림 2와 같이 0.5m 간격으로 나란히 배열된 송신안테나 및 수신 안테나를 지면에 밀착하여 매설관에 수직한 방향으로 탐사측선을 유지하며 탐사간격을 조정하면서 수행하였다.
- 발생될 수 있는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 GPS 측량게 의한 시설물 기준점을 결정한 후 RTK-GPS 방법으로 지하시설물의 위치를 결정하였으며, 콘트롤러 에 입력된 좌표를 직접 컴퓨터와 연결하여 자동편집하였다.
- 또한 관내 유수에 따른 분석을 수행하였다. 지하매설물의 위치정보는 일반적인 지하시설물 탐사방법과 같이 관측대상 지역에 기준점을 설치하여 GPS로 기준점 좌표를 결정한 후, 이들 기준점을 기준으로 RTK-GPS로 관측하였고 이러한 관측이 불가능한 지 역은 TS(Total Station)를 이용하였다.
- 흄관은 주로 하수도관에 이용되고 주철관은 상수도관에 이용되기 때문에 적용하였고, 일정량의 물이 흐르도록 하여 탐사를 하였다. 또한 굴착한 흙이 실제 현장에서 많이 이용하는 흙이어서 소형진동 다짐기로 지표 다짐 작업을 실시하였다. 또한 지표 매질에 따른 정확도를 파악하기 위해서 일반토사와 아스팔트에 대해 실험하였다.
- 하였다. 또한 시설물 기준점을 이용한 지하시설물의 위치측량은 관측이 신속하고 위치정확도가 높eRTK-GPS와 TS를 이용하였다. 특히 RTK-GPS 관측성과를 수치지도에 맞는 지도좌표로 변환하기 위해 그림 10과같이 지적 도근점에 대한 측량을 실시하여 좌표변환계수를 산출하였다(표 4 참조).
- 또한 굴착한 흙이 실제 현장에서 많이 이용하는 흙이어서 소형진동 다짐기로 지표 다짐 작업을 실시하였다. 또한 지표 매질에 따른 정확도를 파악하기 위해서 일반토사와 아스팔트에 대해 실험하였다.
- 실험부지 조성은 첫째 탐사 대상체의 모양을 단순히 하고 둘째 탐사 부지 내의 매질 조성은 일정하여야 하며, 셋째 지표는 최대한 수평을 유지하였다. 마지막으로 탐사부지에 접근이 용이하고계속적인 유지가 가능하도록 하였다. 현장실험모형은 길이 45m, 너비 2.
- 매질에 따른 분석에서는 동일한 심도로 매설된 동일한관에 대해 포장재료를 달리하여 분석하였다. 일반토사로 매설한 지역은 다짐도를 90%로 하여 탐사되었고, 아스팔트로 매설된 지역은 다짐도를 95%로 하였다.
- 그림 1과 같이 총 5개의 관을 매설하였는데 현장에서구하기 쉬운 파형강관과 흄관 그리고 주철관을 매설하였으며, 표 1에 매설물의 크기와 형상을 나타내었다. 본 모형탐사에 사용된 총 5개의 관중 3개의 관은 파형 강관으로서 직경이 최소 300mm~최대 800mm로서 비교적 탐사 결과를 쉽게 획득할 수 있으며, 매설 심도를 1 ~3m로 각기 달리하여 매설하여 매설 심도에 따른 정확도 차이를 비교할 수 있게 하였다. 나머지 2개의 관은 흄관과 주철관을 매설하였다.
- 본 연구는 RTK-GPS를 이용한 지하시설물 탐사 정확도 평가에 관한 연구로서 현장탐사모형을 구성하여 지중 탐사법과 전자유도탐사법에 대한 조건별 탐사 정확도를 평가하 였고 시설물기준점을 설치하여 RTK-GPS측량 및 지거 측량에 의한 지하시설물 위치에 대한 정확도를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 실제 관측에 앞서 현장실험모형을 구성하여 탐사법에 따라 조건별로 관의 종류, 관의 매설 심도 및 매설 재료에 따른 매설심도 오차를 비교하였다. 또한 관내 유수에 따른 분석을 수행하였다.
- 시설물 기준점인 CP1과 CP2는 연구대상지역의 블록에서 가장 높은 두 건물 옥상을 선택하여 RTK-GPS 측량에 유리하도록 하였다. 또한 시설물 기준점을 이용한 지하시설물의 위치측량은 관측이 신속하고 위치정확도가 높eRTK-GPS와 TS를 이용하였다.
- 이 정보를 바탕으로 ArcView을 이용하여 위치정보와 속성정보의 DB구축 및 시각화를 도모하므써 효율적인 시설물 관리 시스템을 구축하였다.
- 이들 관측방법을 이용하여 대상지역의 상·하수관로 위치를 콘트롤러와 전자이장에 기록함으로써 지하시설물에 대한 3차원 좌표를 획득할 수 있었다. 지하시설물의 탐사와 속성정보 조사는 탐사 지점별로 수행되었으며, 속성정보는 관련기관의 협조를 얻어 획득된 자료를 기초로 조사되었고, 기초자료와 다른 부분은 정밀조사를 거쳐 재수정되었다.
- 지하 매설물 위치 정보 획득에서 실시간으로 위치 정보를 획득할 수 있는 RTK-GPS와 GPR, 전자유도 탐사법으로 측정하였다. 이 정보를 바탕으로 ArcView을 이용하여 위치정보와 속성정보의 DB구축 및 시각화를 도모하므써 효율적인 시설물 관리 시스템을 구축하였다.
- 또한 관내 유수에 따른 분석을 수행하였다. 지하매설물의 위치정보는 일반적인 지하시설물 탐사방법과 같이 관측대상 지역에 기준점을 설치하여 GPS로 기준점 좌표를 결정한 후, 이들 기준점을 기준으로 RTK-GPS로 관측하였고 이러한 관측이 불가능한 지 역은 TS(Total Station)를 이용하였다. 매설심도정보는 GPR(Ground Penetration Radar)을 적용하여 관측하였다.
- 매설심도정보는 GPR(Ground Penetration Radar)을 적용하여 관측하였다. 지하시설물 속성정보는 관련기관의 협조를 바탕으로 현장조사를 통하여 획득하였으며, 획득된 위치정보와 속성정보로 D/B를 구축하여 ArcView를 이용한 지하시설물에 대한 3차원 시각화를 시도하였다. 이를 위한 D/B 구축방법을 제시하여 지하매설관거의 효과적인 유지관리, 재해방지, 합리적 의사결정에 기여하고자 한다.
- 3차원 좌표를 획득할 수 있었다. 지하시설물의 탐사와 속성정보 조사는 탐사 지점별로 수행되었으며, 속성정보는 관련기관의 협조를 얻어 획득된 자료를 기초로 조사되었고, 기초자료와 다른 부분은 정밀조사를 거쳐 재수정되었다.
- 또한 시설물 기준점을 이용한 지하시설물의 위치측량은 관측이 신속하고 위치정확도가 높eRTK-GPS와 TS를 이용하였다. 특히 RTK-GPS 관측성과를 수치지도에 맞는 지도좌표로 변환하기 위해 그림 10과같이 지적 도근점에 대한 측량을 실시하여 좌표변환계수를 산출하였다(표 4 참조). RTK-GPS 측량이 불가능한 지역은 TS를 이용하여 보완측량을 실시하여 평면위치를 결정하였다.
- 마지막으로 탐사부지에 접근이 용이하고계속적인 유지가 가능하도록 하였다. 현장실험모형은 길이 45m, 너비 2.0m로 하여 굴착한 후 여러 종류의 관을 매설하고, 매설물에서 반사된 신호를 잘 수신하기 위해 잡음이 잘 일어나지 않으며 전파의 전달이 용이한 균질한 일반 토사를 포설하여 현장실험모형를 구성하였다. 그림 1과 같이 총 5개의 관을 매설하였는데 현장에서구하기 쉬운 파형강관과 흄관 그리고 주철관을 매설하였으며, 표 1에 매설물의 크기와 형상을 나타내었다.
- 나머지 2개의 관은 흄관과 주철관을 매설하였다. 흄관은 주로 하수도관에 이용되고 주철관은 상수도관에 이용되기 때문에 적용하였고, 일정량의 물이 흐르도록 하여 탐사를 하였다. 또한 굴착한 흙이 실제 현장에서 많이 이용하는 흙이어서 소형진동 다짐기로 지표 다짐 작업을 실시하였다.
대상 데이터
- 0m로 하여 굴착한 후 여러 종류의 관을 매설하고, 매설물에서 반사된 신호를 잘 수신하기 위해 잡음이 잘 일어나지 않으며 전파의 전달이 용이한 균질한 일반 토사를 포설하여 현장실험모형를 구성하였다. 그림 1과 같이 총 5개의 관을 매설하였는데 현장에서구하기 쉬운 파형강관과 흄관 그리고 주철관을 매설하였으며, 표 1에 매설물의 크기와 형상을 나타내었다. 본 모형탐사에 사용된 총 5개의 관중 3개의 관은 파형 강관으로서 직경이 최소 300mm~최대 800mm로서 비교적 탐사 결과를 쉽게 획득할 수 있으며, 매설 심도를 1 ~3m로 각기 달리하여 매설하여 매설 심도에 따른 정확도 차이를 비교할 수 있게 하였다.
- 시설물 기준점은 지하시설물 작업규정에 따라 그림 8에서와 같이 연구대상지역에 2점(CPI, CP2)을 설치하였으며, 사용된 기준점의 좌표는 그림 9와 같이 삼각점 3점과 수준점 1점으로 망을 구성하고 GPS로 관측하여 획득하였다.
- 연구대상지 역은 시간과 인력, 비용적 측면을 고려하였을 뿐만 아니라 RTK-GPS를 이용한 지하시설물 측량에 용이하고, 관리가 양호한 그림 8과 같은 경남 양산시 일부 지역을 선정하였다.
이론/모형
- 관측 장비로는 L1/L2 C/A-code와 P-code및 반송파 위상을 수신할 수 있는 SOKKIA사의 장비를 사용하여 RTK-GPS 기법을 이용하였다.
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4.1 현장탐사와 관측장비
관측과정은 기초재료인 흙의 재질과 포장재료를 변화시키며 전자유도측량기 법과 지중레이다(GPR) 측량기 법을 이용하였고, 지중레이다 방식의 pulseEKKO 1000는 탐사심도에 따라 225MHz, 450MHz의 중심주파수를 갖는 쌍극자안테나를 교환하여 사용하였으며, 전자유도 방식의 DETECTONe 간접법으로 관측하였다. 지중 레이다에서 송수신 안테나 사이의 간격 및 배열방향, 안테나와 지면의 접촉 등의 변화가 탐사결과에 크게 영향을 미치므로 좋은 자료를 얻기 위해서는 이들 조건의 정확한 적용이 필요하다.
- 지하매설물의 위치정보는 일반적인 지하시설물 탐사방법과 같이 관측대상 지역에 기준점을 설치하여 GPS로 기준점 좌표를 결정한 후, 이들 기준점을 기준으로 RTK-GPS로 관측하였고 이러한 관측이 불가능한 지 역은 TS(Total Station)를 이용하였다. 매설심도정보는 GPR(Ground Penetration Radar)을 적용하여 관측하였다. 지하시설물 속성정보는 관련기관의 협조를 바탕으로 현장조사를 통하여 획득하였으며, 획득된 위치정보와 속성정보로 D/B를 구축하여 ArcView를 이용한 지하시설물에 대한 3차원 시각화를 시도하였다.
- 직접법은 관에 직접 접지를 연결하여 측정할 수 있고, 간접법은 관의 직각 방향으로 탐사할 수 있다. 본 현장실험에서는 실제 관측을 고려하여 관측 시간을 빠른 간접법의 최대법(Peak)과 최소 법(Null)으로 관측되었다.
성능/효과
- 1. 현장실험을 통해 동일한 재료로 매설된 관로 심도별로 분석한 결과, GPR탐사법은 비슷한 정확도로 관측되었지만, 전자유도탐사법은 매설심도가 깊을수록 최대 0.16m의 평균 오차를 보여주고 있었고, 포장재료 다짐별로는 GPR 탐사법에서는 0.02m의 차이, 전자유도탐사법에서는 0.03m 의 차이를 알 수 있었다.
- 2. 관내 유수의 유무에 따라 파형강관과 주철관을 매설하여 탐사한 결과 매설심도에 관계없이 물이 흐르고 있을 때 탐사 정확도가 높게 나타났고 매설심도별 분석에서 GPRe 동일한 주파수를 이용했을 때 매설심도가 낮을수록 정확도가 높지만은 않았다.
- 3. 지적 도근점을 시설물 기준점으로 이용하는 RTK-GPS 측량에서 지하시설물의 위치는 일반적인 지거 측량의 정확도에 비해 0.55m이하의 표준제곱근오차를 나타내었기 때문에 현장에 적용할 수 있음을 알 수 있었고, 불합리한 작업공정을 줄일 수 있었다.
- 이 기존자료는 해당 지자체에서 취득한 것이며 지거 측량에 의한 방법이 었다. RTK-GPS 측량에 의한 좌표를 최확값으로 가정하였을 때 상수 관로에서는 X, Y 좌표에서+0.42m, ±0.48m, 집수정에서는 X, Y에 동일한 ±0.14m, 하수관로에서는 X ±0.49m, Y ±0.55m로 나타났다.
- 따라서, 시설물기준점과 도근점을 이용한 RTK-GPS 측량에 의한 지하시설물의 평면위치측량을 수행한 결과, 표준제곱근 오차가 0.55m이하로 지거법보다 상대적으로 높은 정확도로 위치를 결정할 수 있었다. 그리고 지하매설물에 대해 RTK-GPS로 획득한 X, y, z의 3차원 좌표값과 실제 심도 관측으로 얻은 매설 심도를 GIS DB 구축 자료로 활용하였다.
- 또한 관내에 물이 많을수록 반사쌍곡선의 구별이 쉬웠으며, 관내에 형성된 수면에 의한 반사도 확인되었다. 따라서, 지하에 매설된 관에 대한 정보를 사전에 알고 있고, 전파매질, 매설관 및 매설관내의 물질과 유전율의 차이가 커서 양질의 신호를 얻을 수 있는 경우에 관내의 유수 유무의 상황을 미리 예측할 수 있다는 것을 알 수 있다.
- 알 수 있었다. 또한 관내에 물이 많을수록 반사쌍곡선의 구별이 쉬웠으며, 관내에 형성된 수면에 의한 반사도 확인되었다. 따라서, 지하에 매설된 관에 대한 정보를 사전에 알고 있고, 전파매질, 매설관 및 매설관내의 물질과 유전율의 차이가 커서 양질의 신호를 얻을 수 있는 경우에 관내의 유수 유무의 상황을 미리 예측할 수 있다는 것을 알 수 있다.
- 이러한 차이는 2~3cm의 차이로서 포장재료나 다짐도가 매설심도에 미치는 영향이 미소하다고 볼 수 있다. 또한 매설심도를 1.5m 로 동일하게 하고 관측함에 있어 GPR탐사법이 전자유도 탐사법보다 더 정확하게 탐사됨을 알 수 있었다.
- 따라서 그림 2와 같은 현장실험모형을 구성하여금속관로 비금속관로 등을 매설하였다. 실험부지 조성은 첫째 탐사 대상체의 모양을 단순히 하고 둘째 탐사 부지 내의 매질 조성은 일정하여야 하며, 셋째 지표는 최대한 수평을 유지하였다. 마지막으로 탐사부지에 접근이 용이하고계속적인 유지가 가능하도록 하였다.
- 일반토사로 매설한 지역은 다짐도를 90%로 하여 탐사되었고, 아스팔트로 매설된 지역은 다짐도를 95%로 하였다.
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