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문제 정의
- 본 연구에서는 단축방향의 변위만을 측정할 수 있는 고가의 LVDT 장비를 사용하지 않고 간단한 검정판과 함께 비측량용 카메라를 이용하여 콘크리트보에 대한 재하실험에서 나타나는 보의 변형을 3차원으로 정밀하게 측정하고자 하였다. 이를 위해 다음과 같은 내용의 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 저가의 DSLR 카메라를 이용하여 재하 실험에 있어 보의 변형 측정에 사진측량 기법을 적용할 수 있는지를 실험하여 검증하였다. 일반적인 재하실험에서는 소수의 LVDT와 같은 장비를 활용하여 부재의 단방향 변위만을 측정하며, LVDT 장비 파손의 우려 때문에 완전한 실험을 하기 어렵다.
제안 방법
- 측량이 이루어진 좌표계는 X-축을 부재를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 방향, Y-축을 사진기로부터 멀어지는 광축방향 그리고 Z-축을 실험실 바닥으로부터 연직방향으로 설정하였다. 검정판은 서로 높이가 다른 막대를 20cm 간격으로 배열하여 구성하였다. 이용된 토탈스테이션은 Sokia SET3 30RK3으로 거리측정의 정밀도는 ±3mm+3ppm이고, 각 측정의 정밀도는 ±1“이다.
- 보의 하단에 부착된 타겟의 좌표를 변형전, 1차변형, 2차변형 및 3차변형에 따라 측정하여 변형량을 측정하였다. 16번 타겟은 압축강도시험기에 가려져 측정이 불가능하였으며, 1차변형은 초기균열로 5ton의 하중이, 2 차변형은 사인장균열로 6.
- 본 실험의 내외부 표정 및 자체검정을 위해 만들어진 검정판을 그림 2.와 같이 부재 전면에 거치하고 실험실 내의한 점을 원점으로 설정한 지역 좌표계에 따라 검정 판 표적의 좌표를 토탈스테이션을 이용하여 측정하였다. 측량이 이루어진 좌표계는 X-축을 부재를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 방향, Y-축을 사진기로부터 멀어지는 광축방향 그리고 Z-축을 실험실 바닥으로부터 연직방향으로 설정하였다.
- 본 연구에서는 50ton의 하중을 재하할 수 있는 압축강도시험기를 활용하여 재하실험을 수행하였다. 재하시험 의 대상은 60Mpa의 경량콘크리트로 제작된 보이다.
- 본 연구에서는 검정판을 통해 충분한 수의 기준점이 제공되었기 때문에 식(1)을 이용한 광속조정법을 이용하여 내부표정, 외부표정 및 자체검정을 수행하였다.
- 실험을 위해 부재의 균열을 찾기 쉽도록 흰색 수성 페인트를 얇게 칠하고, 10cm 간격으로 격자망을 구성하여 균열 양상을 쉽게 볼 수 있도록 하였다. 부재를 압축강도시험기에 거치하고 하중을 재하하면서 변위량을 동적으로 측정하고, 첫 균열이 발생하기까지 하중을 재하하였다. 첫 균열 이후 1000KG씩 하중을 증가한 후 균열을 검토하였다.
- 과 같이 좌우에서 부재의 변형 전 사진을 촬영하였다. 부재에 하중을 부과하여 부재에 균열이 발생하면 LVDT 값을 측정하고, 동시에 사진을 촬영하여 3회에 걸쳐 변형량을 측정하였다(그림 4.). 따라서 좌우 각 5매씩 총 10 매의 사진이 촬영되었다.
- 재하시험 의 대상은 60Mpa의 경량콘크리트로 제작된 보이다. 부재의 변형을 정확하게 측정하기 위하여 부재의 중앙부 하단에 그림 1.과 같이 LVDT를 세우고 변형을 측정하였다. 본 연구에 사용된 LVDT 장비는 CDP-50으로 제원은 표 1.
- 셋째, Z-축 방향으로 측정된 변형량과 LVDT의 측정 값을 비교하여 지상수치사진측량에 의해 얻어진 측량 결과의 활용 가능성을 검토하였다.
- 재하실험의 목적은 압축에 의한 휨 균열의 형상과 극 한강도 그리고 중심부의 최대 변위를 찾는 것이다. 실험을 위해 부재의 균열을 찾기 쉽도록 흰색 수성 페인트를 얇게 칠하고, 10cm 간격으로 격자망을 구성하여 균열 양상을 쉽게 볼 수 있도록 하였다. 부재를 압축강도시험기에 거치하고 하중을 재하하면서 변위량을 동적으로 측정하고, 첫 균열이 발생하기까지 하중을 재하하였다.
- 부재를 압축강도시험기에 거치하고 하중을 재하하면서 변위량을 동적으로 측정하고, 첫 균열이 발생하기까지 하중을 재하하였다. 첫 균열 이후 1000KG씩 하중을 증가한 후 균열을 검토하였다. 실험 마감 시점은 시각적으로 부재의 균열이 최대 진전되고 완전한 파단 직전으로 하였다.
- 와 같이 부재 전면에 거치하고 실험실 내의한 점을 원점으로 설정한 지역 좌표계에 따라 검정 판 표적의 좌표를 토탈스테이션을 이용하여 측정하였다. 측량이 이루어진 좌표계는 X-축을 부재를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 방향, Y-축을 사진기로부터 멀어지는 광축방향 그리고 Z-축을 실험실 바닥으로부터 연직방향으로 설정하였다. 검정판은 서로 높이가 다른 막대를 20cm 간격으로 배열하여 구성하였다.
- 본 실험에서 LVDT는 점 12번의 위치에서 보의 중앙에 설치되었다. 한편 LVDT는 Z축 방향의 변위만을 검출하기 때문에 본 연구에서는 LVDT의위치에 인접한 점 12번의 Z방향 변위와 LVDT로 측정된 변위를 비교하였다(표 5.). 두 측정값 사이의 차이는 1mm 이내로 나타났으며, 차이의 평균은 -0.
대상 데이터
- 비측량용 카메라로는 최근 가격이 많이 하락하고 있는Nikon D80 DSLR 카메라 2대를 사용하였다. D80 카메라의 화소수는 가로 3872, 세로 2592이며, 화면에서 화소의 크기는6.1 µm이며, 촬영 시 초점거리는 29mm이고 대상물의 중심으로부터 좌측 카메라까지의 거리는 2.95m, 우측 카메라까지의 거리는 2.76m, 카메라 간의 거리는 4.07m로 촬영이 이루어 졌다..
- ). 따라서 좌우 각 5매씩 총 10 매의 사진이 촬영되었다. 사진의 촬영은 카메라의 리모콘을 이용하여 카메라의 위치나 자세에 변동이 최소화 될 수 있도록 하였으나, 사용된 삼각대의 안정성이 크지 않아 셔터의 움직임에 따라 약간의 진동이 발생하였다.
- 과 같이 LVDT를 세우고 변형을 측정하였다. 본 연구에 사용된 LVDT 장비는 CDP-50으로 제원은 표 1.과 같다.
- 비측량용 카메라로는 최근 가격이 많이 하락하고 있는Nikon D80 DSLR 카메라 2대를 사용하였다. D80 카메라의 화소수는 가로 3872, 세로 2592이며, 화면에서 화소의 크기는6.
- 검정판은 서로 높이가 다른 막대를 20cm 간격으로 배열하여 구성하였다. 이용된 토탈스테이션은 Sokia SET3 30RK3으로 거리측정의 정밀도는 ±3mm+3ppm이고, 각 측정의 정밀도는 ±1“이다. 검정판외에도 재하실험 장비에 타겟을 부착하여 외부표정 을 위한 기준점 및 변형전후 사진을 접합하기 위한 접합점으로 사용하였다.
- 본 연구에서는 50ton의 하중을 재하할 수 있는 압축강도시험기를 활용하여 재하실험을 수행하였다. 재하시험 의 대상은 60Mpa의 경량콘크리트로 제작된 보이다. 부재의 변형을 정확하게 측정하기 위하여 부재의 중앙부 하단에 그림 1.
- LPS 프로그램에서는 사진의 광축방향을 Y방향으로 하는 지상좌표계를 지원한다. 타겟 중의 일부는 사진상에서 명확히 식별되지 않아, 사진상에서 정확히 식별되는 타겟만을 사용하였다.
이론/모형
- )가 포함되어 있는 회전행렬요소이다. 본 연구에서는 렌즈왜곡의 모델로 식 (2)와 같은 렌즈 왜곡 모델을 사용하였다.
- 촬영된 사진은 Leica Photogrammetry Suite(이하 LPS) 프로그램을 사용하여 처리하였다 . LPS 프로그램에서는 사진의 광축방향을 Y방향으로 하는 지상좌표계를 지원한다.
성능/효과
- 6mm로 나타나고 있다. 기준점에서 나타나는 RMSE는 촬영거리를 약 2.85m, 초점거리를 약 29mm라고 할 때, 사진면상에서 한화소(6.1µm) 크기에 대응되는 크기로 전체적으로 1화소의 정확도로 측정이 이루어졌음을 알 수 있다.
- 본 연구에서 Nikon D80 카메라를 이용하여 보의 변형을 측정한 결과 1화소 내외의 정확도로 타겟을 측정할 수 있었으며 보의 3차원 변형 역시 정밀 변위측정장치인 LVDT와 ±0.57mm의 정밀도로 변위를 측정할 수 있었다. 본 연구에서는 간이로 제작된 타겟을 활용하여 사진 상에서의 타겟의 식별이 용이하지 않았으며, 재하시험기의 구조상 카메라의 배치가 곤란함에도 불구하고 오차의 크기는 1화소를 벗어나지 않아 저가의 비측량용 카메라를 이용해서도 만족스러운 정확도로 변위를 측정할 수 있었다.
- 일반적인 재하실험에서는 소수의 LVDT와 같은 장비를 활용하여 부재의 단방향 변위만을 측정하며, LVDT 장비 파손의 우려 때문에 완전한 실험을 하기 어렵다. 본 연구에서 제안한 방법을 적용하면 장비 파손의 우려 없이 완전한 실험을 할 수 있을 뿐만 아니라 보에서 발생하는 3차원 변형을 정확하게 관측할 수 있음을 확인 하였다.
- 57mm의 정밀도로 변위를 측정할 수 있었다. 본 연구에서는 간이로 제작된 타겟을 활용하여 사진 상에서의 타겟의 식별이 용이하지 않았으며, 재하시험기의 구조상 카메라의 배치가 곤란함에도 불구하고 오차의 크기는 1화소를 벗어나지 않아 저가의 비측량용 카메라를 이용해서도 만족스러운 정확도로 변위를 측정할 수 있었다.
- 41551 이다. 사진에서 명확하게 측정되어 기준점으로 사용된 타겟은 모두 15점으로 검정판에서 13점, 재하시험기에 부착된 점 2점이 선택되었다. 이로부터 산출된 오차 및 RMSE는 표 3.
후속연구
- 6mm와 유사한 값을 얻었다. 단 본 연구에서 LVDT의 위치와 측점의 위치가 일치하지 않았기 때문에 3.2절에서 분석한 내용과 같이 측정 대상인 보가 1 차원의 변형을 일으키는 것이 아니라 3차원의 변형을 일으키기 때문에 이러한 방법에 의한 직접 비교에는 한계가 있다.
- 식별이 용이한 타겟을 사용하면 더 향상된 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상되며, 향후 본 실험에 사용된 재하시험기와 같이 부재 전면에 기등이 있는 경우에 향상된 정확도를 얻을 수 있는 카메라의 배치에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.