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Digital Image Correlation기법을 이용한 구조물의 다중 동적변위응답 측정
Multi-point Dynamic Displacement Measurements of Structures Using Digital Image Correlation Technique 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.13 no.3 = no.67, 2009년, pp.11 - 19  

김성완 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ,  김남식 (부산대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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최근 대형구조물의 유지관리에 대한 관심이 커지고 있으며 자연재해, 구조물의 노후 등으로 구조적 안전성의 검토가 요구되는 대형구조물의 수가 급증하고 있는 실정이다. 실제 사용하고 있는 구조물의 구조적 특성은 최초 설계 당시의 특성과 차이점을 보이는 것이 일반적이며 부재의 균열 및 구조물의 노후화 등으로 인한 강성저하에 의하여 구조물의 동특성에 변화가 나타날 수 있다. 구조물의 동특성의 변화를 관찰하면 손상의 위치를 파악할 수 있으며 정량적 평가 또한 가능하다. 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 동적응답 계측을 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과 및 GPS를 이용하는 방법 등이 있으나 비경제적이기 때문에 교량구조물에 적용하기에 보편적이지 못하다. 그러나 영상 이미지를 이용하는 방법은 경제적이며 접근이 어려운 구조물의 진동 및 동특성 추출에 적합하다. 기존에 도 센서를 대신하여 카메라의 영상신호를 이용하는 연구가 수행되었으나 구조물에 부착된 target의 한 지점을 기록한 후 이미지 처리기법 을 이용하여 변위응답을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서 제안한 DIC(Digital Image Correlation)기법을 이용한 다중 변위응답 측정기법을 검증하기 위하여 실내모형실험을 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, concerns relating to the maintenance of large structures have been increased. In addition, the number of large structures that need to be evaluated for their structural safety due to natural disasters and structural deterioration has been rapidly increasing. It is common for the structural...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • DIC기법을 이용하여 target의 변위를 측정할 경우 카메라의 중앙지점이 아니면 오차가 발생할 수 있으므로 본 연구에서는 다중 변위응답을 측정을 할 경우 왜곡영상을 확인하기 위해 3회의 실험을 수행하였다. 표 3과 같이 카메라 화상 중심과 레이저 변위계의 위치를 변화시키며 화상왜곡에 대한 영향을 확인하였다.
  • 그러나 기존의 방법은 구조물에 부착된 target의 한 지점을 기록한 후 이미지 처리 기법을 이용하여 변위응답을 측정하는 방법으로서 측정 대상이 비교적 국한적일 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 DIC (Digital Image Correlation)기법(7),(8)을 사용하여 다중 변위 응답을 측정할 수 있는 방법의 타당성을 검증하기 위하여 실내모형실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 구조물의 지점 및 다중변위응답을 계측하는 경우에 적합한 방법으로 상업용 디지털 캠코더를 기반으로 하는 영상처리 분석을 통한 비접촉식 변위 계측방법을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조물 모니터링에 사용되는 대표적인 계측장비는 무엇인가? 구조물의 동특성의 변화를 관찰하면 손상의 위치를 파악할 수 있으며 정량적 평가 또한 가능하다. 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다.
현재 구조용 동적계측기는 어떤 방식을 취하고 있나? 교량, 건물 등 구조물 모니터링에 사용되는 대표적 계측장비가 동적계측기이다. 현재 구조용 동적계측기는 각 센서와 계측기를 1:1로 연결하는 방식을 취하고 있어 많은 케이블 작업을 필요로 하기 때문에 센서를 부착하지 않고 원거리에서 진동을 측정하는 방법이 필요하다. 구조물의 동적응답 계측을 위하여 적용 가능한 비접촉식 방법으로는 레이저의 도플러효과 및 GPS를 이용하는 방법 등이 있으나 비경제적이기 때문에 교량구조물에 적용하기에 보편적이지 못하다.
상호상관은 어떤 단점이 있나? 상호상관은 유클리디안 거리(Euclidean Distance)를 이용하여 이미지와 등록된 target의 상관성을 구하며 입력된 패턴에 따라 노이즈 제거, 확대, 축소, 회전 등을 하여 패턴을 정규화한다. 그러나 이미지 강도 변화에 의한 매칭율 변화, 등록 패턴의 크기에 따라 결과 값이 변화하는 단점이 있다. 정규상호상관(Normalized Cross Correlation)은 빛과 조명의 변화에 둔감하며, 비율 및 회전의 변화에 대해 불변한 특성을 가지며 임계한계(Threshold Limit)를 설정할 수 있는 장점이 있으므로 본 연구에서는 정규상호상관을 적용하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Nassif, H.H. Gindy, M., and Davis, J., “Comparison of laser doppler vibrometer with contact sensors for monitoring bridge deflection and vibration,” NDT & E International, Vol. 38, No. 3, 213-218, 2005 

  2. 강용균, 이문진, “두 대의 GPS 수신기를 이용한 DGPS 정밀 측위”, 한국지형공간정보학회논문집, 제3권, 제2호, 15-28, 1995 

  3. 서대완, 이영재, 박훈철, 윤광준, 지규인, 박찬국, “GPS 반송파를 이용한 구조물의 3차원 진동 측정”, 한국소음 진동공학회, 추계학술대회 논문집, 1303-1310, 2000 

  4. 김기영, 곽문규, “영상 처리 방법을 이용한 구조물의 큰 변위 저주파 진동 계측”, 한국소음진동공학회논문집, 제15권 제3호, 329-333, 2005 

  5. Lee J.J., Shinozuka, M., “Real-time displacement of a flexural bridge using digital image processing technique,” Experimental Mechanics, Vol. 46, 105-114, 2006 

  6. Ji, Y.F. and Chang, C.C. “Nontarget image-based technique for small cable vibration measurement,” Journal of Bridge Engineering, Vol. 13, No. 1, 34-42, 2008 

  7. Bruck, H.A., McNeil, S.R., Sutton, M.A., and Peter, W.H., “Digital image correlation using netwon-raphson method of partial differential correlation,” Experimental Mechanics, Vol. 29, No. 3, 261-268, 1986 

  8. Vendroux, G. and Knauss, W.G. “Submicron deformation field measurements: part2. improved digital image correlation” Experimental Mechanics, Vol. 38, No. 2, 86-92, 1998 

  9. Lewis, J.P. “Fast normalized cross-correlation,” Vision Interface, 120-123, 1995 

  10. 장성진, 김남식 “모드분해기법을 이용한 동적변형률신호로부터 변위응답추정”, 한국토목학회논문집, 제28권, 4A호, 507-515, 2008 

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