[논문]지상LiDAR자료를 이용한 모형사면의 모니터링

김성학; 최승필; 양인태

지상LiDAR자료를 이용한 모형사면의 모니터링
Monitoring analysis of Model Slope by using Terrestrial LiDAR data 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.16 no.4, 2008년, pp.17 - 23

김성학 (관동대학교 토목공학과) , 최승필 (관동대학교 토목공학과) , 양인태 (관동대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

산사태의 발생 징후를 효율적으로 사전에 감지하기 위한 방법을 도출하기 위하여 모형사면을 제작하여 지상LiDAR 장비로 사면의 변위를 파악하고자 모니터링 분석을 실시하였다. 그 결과 신속하게 사면 변위에 대한 영상을 모니터링 할 수 있었으며, 사면에 대한 모니터링 분석 정확도는 변위 전을 기준으로 1차,2차,3차 변위 후에 대하여 각각 평균 0.007m, 0.006m, 0.006m편차로 매우 적은 편차가 나타난 것이 입증 되었기에 향후 실제 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A model slope was made to work out a way of detecting the sign of the occurrence of landslides and monitoring analysis was conducted to grasp the slope displacement of Terrestrial LiDAR equipment. As a result, the image of slope displacement could be monitored quickly and the accuracy of monitoring analysis was a deviation of 0.007m, 0.006m and 0.006m on average based on the figures prior to displacement after the first, second and third displacements, respectively. As the figures represent a very small deviation, they will be able to be used helpfully in measuring the displacement of actual slope in the future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이런 면에서 유창호(2006)는 소일네일링 공법으로 보강된 절토사면을 대상으로 사면거동의 정확한 변위계측을 위해 지상LiDAR와 토털스테이션을 이용하여 계측을 실시하여, 변위량에 대해서 두 장비의 계측결과가 동일한 결과값을 보임에 따라 절토사면에 대한 사면거동계측에 있어 지상LiDAR장비의 활용 가능성을 보여주었다. 따라서, 본 연구에서는 산사태의 발생 징후를 효율적으로 사전에 감지하기 위한 방법을 도출하기 위하여 모형 사면을 제작하여 지상LiDAR장비로 사면의 변위를 파악 하고자 모니터링 분석을 실시하였다.
본 연구에서 무 프리즘 토털스테이션에 의한 측량은 지상 LiDAR자료의 정확도를 검증하기 위하여 실시되었으며, 그 측정 과정은 다음과 같다.
본 연구에서는 GIS 격자형 분석을 통해 사면변위에 대하여 모니터링 분석을 실시하기 위하여 자료 처리된 point자료를 격자화 하여 수평면을 기준으로 높이 값에 대하여 사면 변위 전에서 사면 변위후의 DEM을 빼는 방법으로 변위량을 추출하였다. 모니터링 분석 결과는 음의 값, 양의 값, 0의 값 형태로 나타나며, 음의 값이나 양의 값으로 나온 지역은 사면 변위가 있는 지역을 나타내고 0으로 나온 지역은 사면 변위가 없는 지역을 나타낸다.

제안 방법

따라서 3차원 이동변환을 수행하여 지상 LiDAR자료의 좌표에 대하여 변환을 실시하였다.
또한 표정 점은 측정을 다시 수행할 때 항상 동일한 좌표에서 측정 성과를 얻기 위한 것이다. 또한 두 자료의 성과를 상호 비교할 수 있도록 하기 위해 모형 사면에 측정 점 16개를 부착하여 모형사면에 대한 변위 전과 1차 변위후, 2차 변위 후, 3차 변위 후의 측정 점에 대한 변화를 측정하였다.
또한 무 프리즘 토털스테이션으로 16개의 측정 점에 대하여 정확도를 검증하기 위해 지상LiDAR자료와 토털테이션 자료의 좌표계가 같아야 되는데 이를 위해 모형 사면의 모서리 부근에 표정 점 4개를 설치하였다.
모형사면에 대하여 레이저스캐닝을 수행하여 얻어진 자료는 휴대용 PDA전달되어 표준 텍스트 문서의 형태로 저장되었으며 이것을 그림 4 Leica사의 Cyclone을 이용하여 자료를 시각화하였다.
본 연구에서는 산사태가 발생하기 직전의 초기 징후인 사면의 변위 발생을 지상LiDAR자료를 통해 정보를 획득한 후 모니터링을 통하여 변위에 대한 분석을 실시하였다.
사면 변위 모니터링을 위하여 모형사면 형틀에 임의로 충격을 가하여 강제로 변위를 발생시킨 LiDAR 자료에 대하여 전처리를 거친 후 DEM을 구축하였다. LiDAR장비에서 취득된 자료는 점군 자료로 Vector 구조이나, DEM 은 격자로 이루어진 Raster 구조이다.
실험은 산사태 발생 전의 사면 움직임을 파악 하고자 모형 사면 형틀에 충격을 가하기 전에 스캔을 실시하여 변위전의 자료를 취득하였으며, 망치를 이용하여 형틀에 약간의 충격을 주어 1차 변위를, 약20분후 중간 정도의 충격을 가하여 2차 변위를 각각 발생하게 하였다. 그리고 모형형틀에 대하여 약 20분후 더 충격을 가하여 3차변위를 발생하게 하였다.
이 실험 장치에 모래질 흙을 10cm 두께로 깔아놓고, 최근 산사태 발생의 30~35°에서 38%, 40~45°에서 6%였고, 일본의 시라스 지역에서 36~40° 경우 44.2%, 41~45°의 경우 18.9% 인 점을 고려하여 모형 사면 각도를 30°로 고정하였다(김재철,2005).
이때 표정 점의 타켓은 black/White 타켓으로 지상 LiDAR장비가 표정 점 타켓의 색의 반사값을 받아들여 반사값이 변하는 타켓의 중심점을 찾아내어 표점 점의 위치를 인지하는 기능을 이용하여 해결하였다.
그리고 모형형틀에 대하여 약 20분후 더 충격을 가하여 3차변위를 발생하게 하였다. 이를 지상LiDAR장비를 이용하여 3m 거리에서 변위 전, 1차 변위 후, 2차 변위 후, 3차변위 후에 대하여 3mm간격으로 스캔하였다.
지상LiDAR자료에서 사면변위에 대한 16개 측정 점의 정확도를 평가하기 위하여 무 프리즘 토털스테이션에서 획득된 변위 전, 1차 변위 후, 2차 변위 후 및 3차 변위 후에 대한 포인트 정보와 지상LiDAR자료에서 얻어진 변위 전, 1차 변위 후, 2차 변위 후 및 3차 변위 후의 DEM 을 서로 중첩하였고 이를 그림 8에 나타내었다.
지상LiDAR장비로 사면의 변위 등을 파악하기 위하여 1,230mm×2,160mm 크기의 나무 재질 합판과 각재를 사용하여 그림 2와 같이 산사태 발생 모형 실험 장치를 제작하였다.

대상 데이터

사면 변위 모니터링을 위하여 모형사면 형틀에 임의로 충격을 가하여 강제로 변위를 발생시킨 LiDAR 자료에 대하여 전처리를 거친 후 DEM을 구축하였다. LiDAR장비에서 취득된 자료는 점군 자료로 Vector 구조이나, DEM 은 격자로 이루어진 Raster 구조이다. 따라서 지상 LiDAR 자료에서 DEM을 구축하기 위해서는 TIN을 이용한 보간이 선행되어야 한다.
따라서 지상 LiDAR 자료에서 DEM을 구축하기 위해서는 TIN을 이용한 보간이 선행되어야 한다. 자료는 ARC GIS을 이용하여 격자 간격 3mm로 DEM을 구축하여 그림 5에 나타내었다.

성능/효과

지상LiDAR자료에서 사면에 대한 시계열 분석 정확도는 변위 전을 기준으로 1차, 2차, 3차 변위 후의 각각 편차의 절대 값에 대해서 평균 0.007m, 0.006m, 0.006m 편차로 나타났다.

후속연구

국부적으로 사변 변위를 측정하는 방법은 GPS, 광섬유 센서, 신 축계 등 여러 가지 방법이 있으나 경제성 및 효율성에 있어 그 실효성이 떨어지고 있는 실정이다(김학승,2001). 그러나 이러한 관측 장비에 비해 높은 효율성 및 유지관리가 뛰어난 지상LiDAR을 활용하여 사면변위를 관측하면 사면 변위에 대한 거동 감지뿐만 아니라 넓은 지역을 모니터링 할 수 있어 산사태 거동 감지에 매우 효과적일 것이다.
따라서 지상LiDAR자료를 이용하여 사면 변위를 모니터링 분석한 결과 매우 적은 편차가 나타난 것이 입증 되었기에 향후 실제 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
이렇게 매년 되풀이 되는 장마철 집중호우와 태풍 등에 의해 발생하는 산사태 피해를 최소화하기 위해서는 산사태의 발생 징후를 사전에 감지하여 피해를 예방할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다. 따라서 산사태 발생을 사전에 감지할 수 있다면 위험사면에 대한 적절한 대책을 수립하여 산사태로 인한 심각한 인적ㆍ물적 피해를 방지하거나 극소화 할 수 있을 것이다(Kwong,2003).
지상LiDAR자료를 이용하여 사면 변위에 대하여 모니터링을 분석한 결과 변위 전을 기준으로 1차, 2차 ,3차변위 후에 대하여 각각 평균 0.007m, 0.006m, 0.006m로 매우 적은 편차가 나타난 것이 입증 되었기에 향후 실제 사면의 변위 측정에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
향후 지상 LiDAR장비를 실제 사면에 적용 시 여러 군데서 자료를 획득하여야 하므로 자료 정합 시 발생하는 정합오차까지 고려해야 될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LiDAR장비에서 취득한 자료는 어떤 구조인가?	사면 변위 모니터링을 위하여 모형사면 형틀에 임의로 충격을 가하여 강제로 변위를 발생시킨 LiDAR 자료에 대하여 전처리를 거친 후 DEM을 구축하였다. LiDAR장비에서 취득된 자료는 점군 자료로 Vector 구조이나, DEM 은 격자로 이루어진 Raster 구조이다. 따라서 지상 LiDAR 자료에서 DEM을 구축하기 위해서는 TIN을 이용한 보간이 선행되어야 한다.
	국부적으로 사변 변위를 측정하는 방법에는 무엇이 있는가?	국부적으로 사변 변위를 측정하는 방법은 GPS, 광섬유 센서, 신 축계 등 여러 가지 방법이 있으나 경제성 및 효율성에 있어 그 실효성이 떨어지고 있는 실정이다(김학승,2001). 그러나 이러한 관측 장비에 비해 높은 효율성및 유지관리가 뛰어난 지상LiDAR을 활용하여 사면변위를 관측하면 사면 변위에 대한 거동 감지뿐만 아니라 넓은 지역을 모니터링 할 수 있어 산사태 거동 감지에 매우 효과적일 것이다.
	지상 LiDAR 자료에서 DEM을 구축하기 위해서 TIN을 이용한 보간이 선행되어야 하는 이유는?	사면 변위 모니터링을 위하여 모형사면 형틀에 임의로 충격을 가하여 강제로 변위를 발생시킨 LiDAR 자료에 대하여 전처리를 거친 후 DEM을 구축하였다. LiDAR장비에서 취득된 자료는 점군 자료로 Vector 구조이나, DEM 은 격자로 이루어진 Raster 구조이다. 따라서 지상 LiDAR 자료에서 DEM을 구축하기 위해서는 TIN을 이용한 보간이 선행되어야 한다.

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동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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