차량이 자력계를 끌면서 자기장을 측정하는 차량자력탐사시스템을 구성하였다. 이 때 측정된 벡터합으로서의 총자기장에는 차량 자체가 발생하는 자기장이 포함되어 있다. 이 자기장은 잡음으로 작용하므로, 이를 제거해야 한다. 이를 위하여, 차량을 한 지점에 세워 두고 주위에서 자기장을 측정한 것과 같은 효과를 내도록 상황을 설정하여 자기장을 측정하였다. 이렇게 한 경우, 측정 지역 내에 차량 외의 다른 이상체가 없다면, 지구자기장을 소거한 자기장은 모두 차량이 발생한 자기장이라고 여길 수 있다. 이처럼 차량이 발생한 것으로 여긴 자기장을 역산하여 차량이 가진 잔류자기와 유도 자기 각각에 대해서 자기모멘트의 크기와 방향을 추출하고자 하였는데, 그 결과는 성공이었다. 일단 잔류자기와 유도자기의 자기모멘트의 크기와 방향을 추출하고 나면, 그들에 의해서 특정한 지점에서 발생되는 자기장은 직접 계산된다. 이 결과는 앞으로 차량자력탐사시스템을 이용하여 자력탐사를 수행한 뒤 획득된 자료를 처리하는 과정에서 차량에 의한 잡음을 소거함에 이용될 수 있다.
차량이 자력계를 끌면서 자기장을 측정하는 차량자력탐사시스템을 구성하였다. 이 때 측정된 벡터합으로서의 총자기장에는 차량 자체가 발생하는 자기장이 포함되어 있다. 이 자기장은 잡음으로 작용하므로, 이를 제거해야 한다. 이를 위하여, 차량을 한 지점에 세워 두고 주위에서 자기장을 측정한 것과 같은 효과를 내도록 상황을 설정하여 자기장을 측정하였다. 이렇게 한 경우, 측정 지역 내에 차량 외의 다른 이상체가 없다면, 지구자기장을 소거한 자기장은 모두 차량이 발생한 자기장이라고 여길 수 있다. 이처럼 차량이 발생한 것으로 여긴 자기장을 역산하여 차량이 가진 잔류자기와 유도 자기 각각에 대해서 자기모멘트의 크기와 방향을 추출하고자 하였는데, 그 결과는 성공이었다. 일단 잔류자기와 유도자기의 자기모멘트의 크기와 방향을 추출하고 나면, 그들에 의해서 특정한 지점에서 발생되는 자기장은 직접 계산된다. 이 결과는 앞으로 차량자력탐사시스템을 이용하여 자력탐사를 수행한 뒤 획득된 자료를 처리하는 과정에서 차량에 의한 잡음을 소거함에 이용될 수 있다.
We have constructed a car-borne magnetic exploration system, in which a car drags a non-magnetic cart on which a magnetometer is installed. In the total magnetic field measured as a vectorial sum in this system, are included the magnetic field generated by the car itself. This magnetic field, doing ...
We have constructed a car-borne magnetic exploration system, in which a car drags a non-magnetic cart on which a magnetometer is installed. In the total magnetic field measured as a vectorial sum in this system, are included the magnetic field generated by the car itself. This magnetic field, doing the role of a magnetic noise, should be eliminated. For this purpose, we have set up a measurement condition to get the same effect as if we have put the car in one point and thereafter measured the magnetic field around it. In this case, if there is any magnetically anomalous body in the area, we can consider all the remaining magnetic field to have been generated by the car itself, once the geomagnetic field eliminated. We tried to invert the magnetic field considered to have been generated by the car and succeeded to derive the magnetic moment and the direction of the induced and remanent magnetic field of the car respectively. Once the magnetic moment and the direction of the induced and remanent magnetic field have been calculated, the magnetic field generated by them in specific points can be directly and analytically calculated. This result can be used in the future to eliminate the magnetic field generated by the car itself doing the role of a magnetic noise during the procedure of reduction of the measured magnetic exploration data by the car-borne magnetic exploration system.
We have constructed a car-borne magnetic exploration system, in which a car drags a non-magnetic cart on which a magnetometer is installed. In the total magnetic field measured as a vectorial sum in this system, are included the magnetic field generated by the car itself. This magnetic field, doing the role of a magnetic noise, should be eliminated. For this purpose, we have set up a measurement condition to get the same effect as if we have put the car in one point and thereafter measured the magnetic field around it. In this case, if there is any magnetically anomalous body in the area, we can consider all the remaining magnetic field to have been generated by the car itself, once the geomagnetic field eliminated. We tried to invert the magnetic field considered to have been generated by the car and succeeded to derive the magnetic moment and the direction of the induced and remanent magnetic field of the car respectively. Once the magnetic moment and the direction of the induced and remanent magnetic field have been calculated, the magnetic field generated by them in specific points can be directly and analytically calculated. This result can be used in the future to eliminate the magnetic field generated by the car itself doing the role of a magnetic noise during the procedure of reduction of the measured magnetic exploration data by the car-borne magnetic exploration system.
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문제 정의
이 논문은 위와 같은 연구의 후속 연구로서, 측정된 자기장분포 자료에 대한 역산을 통하여 차량이 가지고 있는 잔류자기 및 유도자기의 자기모멘트와 방향을 추출하고자 하는 연구이다. 이것이 성공하면, 그 결과는 차량자력탐사시스템을 이용하여 자력탐사를 수행한 뒤 획득된 자료를 처리하는 과정에서 차량에 의한 잡음을 소거함에 이용될 수 있을 것이다.
가설 설정
5의 (a), (b), (c)의 오른쪽 그림의 내용과 Fig. 6의 (a), (b), (c)의 내용이 서로 사이에서 일관성이 있어야 할 것이다. 그런데, 실제로는 많이 다르다.
둘째, 측정할 때 지구자기장의 크기, 방향은 시간에 따라 계속 변하는 것이 일반적이지만(Merril et al., 1983, p. 57), 역산을 수행할 때에는 크기, 방향이 고정되어 있다고 가정하였다.
제안 방법
둘째, 차량을 또다른 어떤 특정한 방향을 향해서 세워 둔 상태에서 자력탐사기를 움직이면서 측정한다. 첫째 경우에 얻은 자료세트와는 다른 형태의 자료세트를 얻게 될 것이지만, 역산결과 얻은 유도 자기장 샘과 잔류 자기장 샘은 첫째 경우의 자료세트로부터 얻은 것들과 오차 범위 내에서 같을 것으로 기대할 수 있다.
먼저 정방향 모델링 및 역산이 제대로 작동하는가를 보기 위하여, 유도 자기장만 발생된 것으로 가정한 모델에 대해서 정방향 모델링 및 역산을 수행하였는데, Fig. 3은 그 결과이다. 이 때, 크기가 20 nT인 백색 잡음을 더해 주었고, 역산 후 계산된 RMS 오차는 11.
그리고, 후자를 위해서는 다음과 같이 하였다. 먼저, 차량이 발생하는 자기적 잡음을 차량과 자기장 측정 센서 사이의 모든 상대적인 위치에 대하여 측정해 두었다. 실제 자력탐사를 수행할 때에는 각 위치에서의 자기장값을 기록함과 동시에, 고정된 점에 송신용 GNSS 수신기를 설치하고, 차량의 위치와 자기장 측정 센서의 위치를 두 대의 실시간이동측량(RTK; Real-Time Kinematic Survey)용 GNSS 수신기를 이용하여 독립적으로 측정하였다.
먼저, 차량이 발생하는 자기적 잡음을 차량과 자기장 측정 센서 사이의 모든 상대적인 위치에 대하여 측정해 두었다. 실제 자력탐사를 수행할 때에는 각 위치에서의 자기장값을 기록함과 동시에, 고정된 점에 송신용 GNSS 수신기를 설치하고, 차량의 위치와 자기장 측정 센서의 위치를 두 대의 실시간이동측량(RTK; Real-Time Kinematic Survey)용 GNSS 수신기를 이용하여 독립적으로 측정하였다. 그 뒤, 측정된 각 자기장값으로부터 먼저 측정해 놓은 잡음으로서의 차량에 의해 발생한 자기장값을 빼 줄 수 있도록 하였다.
그러므로, 차량이 발생하는 총자기장은 차량이 어떤 방향으로 서 있는가에 따라 각각 다르다. 이를 고려하여, 차량이 서쪽에서 동쪽으로, 동쪽에서 서쪽으로, 남쪽에서 북쪽으로, 북쪽에서 남쪽으로 이동하는 4 경우에 대해서 모두 측정하였다.
전자는 비교적 험한 지형에서도 기동할 수 있는 간단한 차량인 EZGO를 사용하여 가능한 한 넓은 지역을 탐사할 수 있도록 함으로써 가능하였다.
첫째, 차량을 어떤 특정한 방향을 향해서 세워 둔 상태에서 자력탐사기를 움직이면서 측정한다. 이것의 일부로서, 그 전에 차량이 없는 상태에서 미리 자력탐사를 하여 그 자료세트를 저장해 두는 것이 필요한데, 이는 모형실험에서 말하는 blank test 라고 여길 수 있다.
이론/모형
역산 알고리듬으로는 Quasi-Newton 법을 이용하였다.
은 쌍극자의 중심과 측점을 잇는 방향의 단위 벡터이다. 이 식에 의하여 자기장을 계산하기 위한 프로그람은 Blakely (1996, p. 374)을 사용하였다.
차량자력탐사시스템을 구성하였으며, 이 시스템으로 얻은 자료세트를 처리할 때, 차량이 발생한 유도 자기장 및 잔류 자기장을 제거하기 위한 전 단계로서, 차량이 발생한 유도 자기장 및 잔류 자기장에 대하여, Quasi-Newton 법을 이용하여 역산을 수행하였고, 그 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
성능/효과
1) 이와 같은 경우에 역산은 최소한 수용할 만한 수준 내에서 작동함을 알 수 있었다.
3) 이러한 역산 결과 즉, 차량의 유도 자기장 샘과 잔류 자기장 샘을 추출하였으므로, 차량자력탐사로 얻어 둔, 차량이 발생하는 잡음으로서의 자기장도 포함하고 있는 자료세트로부터, 그러한 잡음을 제거할 수 있게 되었다. 차량의 잡음을 제거한 결과로서의 자료세트에 자력탐사자료에 대해 일반적으로 적용하는 여러 가지 자료처리 방법들을 적용함으로써 지하에 있는 자기 이상체의 양상들을 추출할 수 있게 될 것이다.
같은 맥락에서, 잔류 자기장만 존재하는 것으로 가정한 모델에 대해서도, 그 중간 과정은 똑같으므로, 정방향 모델링 및 역산을 수행한 결과는 유도 자기장만 발생된 것으로 가정한 경우와 마찬가지로 충분히 수용할 만한 것으로 나타났다.
세 경우를 전체적으로 보면, 몇 가지 예외도 있지만, 첫째, 유도 자기장 성분이 잔류자기장 성분보다 우세함을 알 수 있고, 둘째, 추출해 낸 잔류자화의 방향이 큰 규모 내에서 일관성을 가지고 있으며, 셋째, 당연한 일이지만 추출해 놓은 유도자화의 방향은 지구자기장의 방향과 같다.
셋째, 역산 시, 계산의 가능성, 편리성 등 때문에 차량의 유도 자기 모멘트, 잔류 자기 모멘트가 각각 서로 다른 아주 작은 구 안에 집중되어 있다고 가정하였으나, 실제로는 그렇지 않고 일반적으로는 차량 전체에 분포되어 있다고 볼 수 밖에 없다. 이러한 사실과 다른 가정 때문에 역산 결과도 또한 사실과 다르게 나타났다고 볼 수 있다.
셋째, 역산을 함에 있어서 유도 자기장 샘과 잔류 자기장 샘이 각각 한 점에 집중되어 있는 것이 아니라, 여러 점에 나뉘어 분포하고 있다는 제한 조건을 주는 것이다. 이렇게 하면 구해야 할 변수도 많아지겠지만 점점 현실에 가까와지는 것이고, 그럼으로써 RMS 오차가 줄어드는 방향으로 진행할 것이다.
첫째, 각 자료세트를 얻을 때, 차량이 특정한 방향을 유지한 채 한 곳에 세워진 상태로 있었다고 가정하였으나, 실제로는 차량이 움직였다. 또한, 예를 들어 Fig.
후속연구
2) 더 정확한 역산 결과를 얻기 위해서는 차량이 서 있는 방향, 위치 등을 매우 잘 고정하는 등 자료 획득 시에 엄격한 제한을 가할 필요가 있다.
이 논문은 위와 같은 연구의 후속 연구로서, 측정된 자기장분포 자료에 대한 역산을 통하여 차량이 가지고 있는 잔류자기 및 유도자기의 자기모멘트와 방향을 추출하고자 하는 연구이다. 이것이 성공하면, 그 결과는 차량자력탐사시스템을 이용하여 자력탐사를 수행한 뒤 획득된 자료를 처리하는 과정에서 차량에 의한 잡음을 소거함에 이용될 수 있을 것이다.
3) 이러한 역산 결과 즉, 차량의 유도 자기장 샘과 잔류 자기장 샘을 추출하였으므로, 차량자력탐사로 얻어 둔, 차량이 발생하는 잡음으로서의 자기장도 포함하고 있는 자료세트로부터, 그러한 잡음을 제거할 수 있게 되었다. 차량의 잡음을 제거한 결과로서의 자료세트에 자력탐사자료에 대해 일반적으로 적용하는 여러 가지 자료처리 방법들을 적용함으로써 지하에 있는 자기 이상체의 양상들을 추출할 수 있게 될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량이 발생하는 자기적 잡음으로서의 총자기장은 무엇의 합인가?
한편, 차량이 발생하는 자기적 잡음으로서의 총자기장은 지구자기장에 의해서 유도된 자기장과 차량 자체가 독립적으로 가지고 있는 잔류자기장의 합이며, 차량은 자성 물체라는 측면에서 볼 때 균질한 물체가 아니다. 또, 유도 자기장의 분포 방향은 차량이 어떤 방향으로 서 있는가에 상관없이 지구자기장의 방향에 의해서 결정되지만, 잔류자기장의 방향은, 지구자기장의 방향과는 상관없이 차량 자체의 좌표계 위에서 어떤 상대적인 방향에 고정되어 있으므로, 유도자기장의 방향과 잔류자기장의 방향은 일반적으로 다르다.
차량이 발생하는 자기적 잡음을 측정하는 방식에는 무엇이 있는가?
차량이 발생하는 자기적 잡음을 측정하는 방식에는 두 가지가 있다. 첫째는, 차량을 고정시켜 두고 가능한 모든 위치에 자력탐사기를 이동하면서 측정하는 것이고, 둘째는 자력탐사기를 고정시켜 두고 차량을 움직이면서 측정하는 것이다. 이 두 가지 방식은 차량을 중심으로 하느냐 또는 자력탐사기를 중심으로 하느냐 하는 점 말고는 똑같은 방식이고, 상대적인 위치만 점대칭으로 바꾸면 된다.
자력탐사를 수행을 발생하는 어떠한 자성 물체도 없도록 해야 하는데 그 이유는 무엇인가?
자력탐사를 수행할 때에는 센서 근처에 자기장(magnetic field)을 발생하는 어떠한 자성 물체도 없도록 해야 하는데, 그 이유는 자성 물체가 발생하는 자기장의 크기는 이격 거리의 제곱에 반비례하므로 거리가 가까울수록 매우 커지기 때문이다.
참고문헌 (5)
임무택, 박영수, 임형래, 구성본, 정현기, 2004, 차량자력탐사시 스템의 구축, 2004 대한지구물리학회/한국물리탐사학회 공동 학술대회 논문집, p. 77-82
임무택, 박영수, 정현기, 임형래, 구성본, 이영철, 2006, 차량 자 력탐사에서 차량의 영향의 제거, 2006 대한지구물리학회/한국 물리탐사학회 공동학술대회 논문집, p. 141-151
Blakely, R. J., 1996, Potential Theory in Gravity and Magnetic Applications, Cambridge University Press
Merril, R. T., McElhinny, M. W., McFadden, Ph. L., 1983, The magnetic Field of the Earth, Academic Press
Stanley, J. M., 1977, Simplified magnetic interpretation of the geologic contact and thin dyke, 99. 1236-1240, n. 6, v. 42, Geophysics
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