본 연구는 강원도 태백일대의 지반침하 분석을 위해, 인공위성레이더를 이용하여 차분간섭기법(DInSAR)과 시계열분석기법인 SBAS알고리즘을 수행하였다. 이러한 기법들은 쉽게 접근하기 어렵고 넓은 지역의 변위를 관측하는데 효과적이다. 2006년 10월부터 2010년 12월까지 ALOS PALSAR 위성레이더(경로/위치=425/730)를 통해 획득된 23개의 자료를 이용하여, 위성자료간의 수직기선거리가 1100 m 이하인 96개의 차분간섭영상을 ROI_PAC을 이용하여 제작하였다. 생성된 차분간섭영상을 시계열 분석기법인 SBAS 분석에 적용하여 구한 평균 지표변위 속도로부터 경동광산, 석공 장성광산에서 약 4 cm/yr, 정동광산, 황지광산에서는 약 2 cm/yr에 해당하는 지반침하가 확인되었다. 대부분의 침하지역이 지하갱도분포 지역과 일치하므로, 침하의 주요원인이 광산개발과 밀접하게 연관되어 있다고 판단된다. 특히 경동광산은 약 $2{\times}2$ km의 비교적 넓은 지역에서 빠른 지반침하 속도와 지속적인 침하 양상을 보이므로 추가적인 분석을 통한 재해방지 대책 수립이 요구된다.
본 연구는 강원도 태백일대의 지반침하 분석을 위해, 인공위성레이더를 이용하여 차분간섭기법(DInSAR)과 시계열분석기법인 SBAS 알고리즘을 수행하였다. 이러한 기법들은 쉽게 접근하기 어렵고 넓은 지역의 변위를 관측하는데 효과적이다. 2006년 10월부터 2010년 12월까지 ALOS PALSAR 위성레이더(경로/위치=425/730)를 통해 획득된 23개의 자료를 이용하여, 위성자료간의 수직기선거리가 1100 m 이하인 96개의 차분간섭영상을 ROI_PAC을 이용하여 제작하였다. 생성된 차분간섭영상을 시계열 분석기법인 SBAS 분석에 적용하여 구한 평균 지표변위 속도로부터 경동광산, 석공 장성광산에서 약 4 cm/yr, 정동광산, 황지광산에서는 약 2 cm/yr에 해당하는 지반침하가 확인되었다. 대부분의 침하지역이 지하갱도분포 지역과 일치하므로, 침하의 주요원인이 광산개발과 밀접하게 연관되어 있다고 판단된다. 특히 경동광산은 약 $2{\times}2$ km의 비교적 넓은 지역에서 빠른 지반침하 속도와 지속적인 침하 양상을 보이므로 추가적인 분석을 통한 재해방지 대책 수립이 요구된다.
We performed DInSAR (Differential Interferometric SAR) and SBAS (Small BAseline Subset) analysis using spaceborne SAR (Synthetic Aperture Radar) in order to detect a surface subsidence in Taebaek area, Kangwon, which are suitable to the monitoring of broad and inaccessible areas. During the period f...
We performed DInSAR (Differential Interferometric SAR) and SBAS (Small BAseline Subset) analysis using spaceborne SAR (Synthetic Aperture Radar) in order to detect a surface subsidence in Taebaek area, Kangwon, which are suitable to the monitoring of broad and inaccessible areas. During the period from October 2006 to June 2010, we acquired twenty-three ALOS PALSAR data sets (path/frame=425/730) for this study. The ninety-six differential interferograms with a perpendicular baseline less than 1100 m were constructed by ROI_PAC, then the mean velocity map of surface displacement was derived from SBAS analysis. As a result, it was confirmed that the ground displacement occurred about 4 cm/yr at Seokgong-Jangseong and Kyungdong mines and 2 cm/yr at Saehan-Eoryong-Jungdong and Hwangji mines in Taebaek area, Kangwon. It seems that the subsidence in study area is closely related to mining activities because the most of subsiding areas are well matched with mining areas. The subsidence at Kyungdong mine shows continuous and fast velocity in about $2{\times}2$ km area. Therefore the further analysis and the effort to prevent disaster are required in this area.
We performed DInSAR (Differential Interferometric SAR) and SBAS (Small BAseline Subset) analysis using spaceborne SAR (Synthetic Aperture Radar) in order to detect a surface subsidence in Taebaek area, Kangwon, which are suitable to the monitoring of broad and inaccessible areas. During the period from October 2006 to June 2010, we acquired twenty-three ALOS PALSAR data sets (path/frame=425/730) for this study. The ninety-six differential interferograms with a perpendicular baseline less than 1100 m were constructed by ROI_PAC, then the mean velocity map of surface displacement was derived from SBAS analysis. As a result, it was confirmed that the ground displacement occurred about 4 cm/yr at Seokgong-Jangseong and Kyungdong mines and 2 cm/yr at Saehan-Eoryong-Jungdong and Hwangji mines in Taebaek area, Kangwon. It seems that the subsidence in study area is closely related to mining activities because the most of subsiding areas are well matched with mining areas. The subsidence at Kyungdong mine shows continuous and fast velocity in about $2{\times}2$ km area. Therefore the further analysis and the effort to prevent disaster are required in this area.
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가설 설정
SBAS 분석에 의해 획득된 시계열 위상 값은 대기오차, DEM 오차, 궤도 오차 등에 의한 성분을 제거한 결과로 지표변위 성분만으로 가정될 수 있다. 시간에 따른 지표변위가 일정한 속도로 발생한다고 가정하여, 아래 식과 같이 평균지표변위 속도에 의한 선형 변위 성분을 구한 후, 이 값과 시계열 변위 관측 값과의 차이의 제곱 평균을 구한 후 이를 관측 정밀도로 간주하였다.
제안 방법
, 2007). 강원도 태백지역의 지표변위 추출에 필요한 수치지형고도자료 구축을 위해 1:25,000 수치지도 57개 도엽으로부터 10 m 간격의 수치고도모델(Digital Elevation Model, DEM)을 추출하였다. 생성된 수치고도모델은 추가적인 오류확인 작업을 거쳐 수정한 후 분석에 사용되었다.
, 2002). 따라서 본 연구에서는 이 두 가지 조건을 고려하여, 긴밀도가 좋지 못한 차분 간섭도를 제외한 총 64개의 간섭쌍을 이용하여 SBAS 분석을 실시하였다. SBAS 분석에 사용된 차분 간섭쌍을 Fig.
, 2004). 따라서 전체 23개의 영상을 이용하여 수직기선의 거리만을 1100 m 이하로 제한한 96개의 간섭쌍을 선택한 후, NASA/JPL에서 제공된 ROI_PAC을 프로그램을 사용하여 지표 변위도를 제작하였다. Fig.
(2008)은 1992년~1998년 동안 획득된 JERS SAR 영상을 이용한 분석을 통해 삼척시 일대 지역에서 22 cm 의 지표변위가 발생하였으며, 변위 발생 지역은 폐탄광 지역과 잘 일치하고 있음을 보였다. 본 연구는 2006년부터 2010년까지 ALOS 위성으로부터 획득된 강원도 지역의 PALSAR 자료를 이용하여, 강원도 태백시 일대에서 발생한 지반침하를 차분간섭기법과 SBAS 알고리즘을 이용하여 지표변위를 관측하고, 갱의 위치와 비교하였다.
SBAS 분석에 의해 획득된 시계열 위상 값은 대기오차, DEM 오차, 궤도 오차 등에 의한 성분을 제거한 결과로 지표변위 성분만으로 가정될 수 있다. 시간에 따른 지표변위가 일정한 속도로 발생한다고 가정하여, 아래 식과 같이 평균지표변위 속도에 의한 선형 변위 성분을 구한 후, 이 값과 시계열 변위 관측 값과의 차이의 제곱 평균을 구한 후 이를 관측 정밀도로 간주하였다.
이 연구에서는 취득한 전체 영상으로부터 생성한 96개의 차분간섭영상을 이용하여 SBAS 알고리즘(Jung et al., 2008)을 기반으로 하여 처리속도와 처리지역을 확대하기 위한 알고리즘 수정을 통해 시계열 분석을 실시하였다. 이러한 시계열 분석을 통해 차분간섭영상 제작에 사용된 DEM 오차에 의한 영향, 대기성분에 의한 영향, 위성 궤도오차에 의한 영향 등을 효과적으로 제거할 수 있다(Berardino et al.
대상 데이터
본 연구에서 주요 관심대상인 정동-새한-어룡광산, 황지광산, 석공-장석광산은 탄층을 포함하는 지층인 평안계 사동통 위에 위치하고 있다(Korea Resources Corporation, 1977). 본 연구를 위해 2006년 10월 11일부터 2010년 12월 7일동안 일본의 항공우주연구소(Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA)의 ALOS PALSAR 인공위성레이더를 통해 획득된 23개 자료를 수집하였다(Table 1). 이중 13개는 HH 단일 편파로 획득된 FBS 모드 영상이며, 10개는 HH/HV 편파로 획득된 FBD 모드 자료이다.
1). 본 연구에서 주요 관심대상인 정동-새한-어룡광산, 황지광산, 석공-장석광산은 탄층을 포함하는 지층인 평안계 사동통 위에 위치하고 있다(Korea Resources Corporation, 1977). 본 연구를 위해 2006년 10월 11일부터 2010년 12월 7일동안 일본의 항공우주연구소(Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA)의 ALOS PALSAR 인공위성레이더를 통해 획득된 23개 자료를 수집하였다(Table 1).
연구지역은 기존의 연구로부터 폐광산주변의 지반침하가 보고된 바 있는 강원도 태백일대로 북위 37o04’53”~37o14’05”, 동경 128o52’19”~129o06’27”에 해당한다.
본 연구를 위해 2006년 10월 11일부터 2010년 12월 7일동안 일본의 항공우주연구소(Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA)의 ALOS PALSAR 인공위성레이더를 통해 획득된 23개 자료를 수집하였다(Table 1). 이중 13개는 HH 단일 편파로 획득된 FBS 모드 영상이며, 10개는 HH/HV 편파로 획득된 FBD 모드 자료이다. FBD 모드 자료의 거리방향 해상도(9.
대부분의 지역에서 약 1 cm 선형의 관측 오차를 보이고 있으며, 높은 산악지역에서 3~4 cm 정도의 높은 관측 오차를 보이고 있다. 주요 침하 발생지역에서 시간에 따른 침하의 진행 양상을 확인하기 위해 연간 4-5 cm의 침하가 발생하는 대표적인 침하 위치인 P1, P2와 주변의 약 2 cm/yr의 침하속도를 보이는 위치 P3, P4, P5, P6를 선정하였다(Fig. 6(a)).
이론/모형
이중 13개는 HH 단일 편파로 획득된 FBS 모드 영상이며, 10개는 HH/HV 편파로 획득된 FBD 모드 자료이다. FBD 모드 자료의 거리방향 해상도(9.4 m)는 FBS 모드 자료의 거리방향 해상도(4.7 m)에 정확히 두 배이므로 FBD 모드 자료를 거리방향으로 두 배 오버 샘플링하여 두 모드 자료간의 간섭기법을 적용하였다(Werner et al., 2007). 강원도 태백지역의 지표변위 추출에 필요한 수치지형고도자료 구축을 위해 1:25,000 수치지도 57개 도엽으로부터 10 m 간격의 수치고도모델(Digital Elevation Model, DEM)을 추출하였다.
강원도 폐탄광 지대에서의 지반침하 현상을 관측하기 위하여 2006-2010년에 걸쳐 4년 동안 수집된 ALOS PALSAR 자료의 차분간섭기법(DInSAR)을 통해 지표 변위 관측을 수행하였다. 차분간섭기법(DInSAR)을 이용한 지표변위 분석에 있어서 관측 정밀도는 간섭쌍의 수직기선 거리가 커질수록 그리고 두 SAR 영상의 관측기간이 길어질수록 공간적·시간적 상관관계가 낮아지게 된다.
성능/효과
4). 각각의 차분간섭영상으로부터 중앙부와 동쪽에서 적색으로 표현되는 두 지역에서 주변과 구분되는 뚜렷한 변위가 관측됨을 확인할 수 있다. 이러한 변위는 간섭쌍의 기간이 긴 차분간섭영상에서 대체로 유사한 패턴으로 나타나고 있다.
본 연구를 통해 인공위성레이더를 통한 지반침하 관측이 휴·폐광산의 침하조사 및 광해방지의 사전자료로 사용되기 충분하며, 광산으로 인한 지표변위 모니터링에 비용과 시간적인 측면에서 매우 유용함을 확인하였다.
후속연구
따라서 비록 SBAS 기법을 사용하여 각 SAR 자료 관측시간에서의 변위 값이 역산되었지만 2008년 동안의 관측 오차는 상대적으로 다른 기간보다 높을 수 있기 때문에 해석에 한계가 있다. 다만 연구지역 광산의 개발 현황, 지하수위 변동 등 지반 변동에 영향을 줄 수 있는 다양한 정보가 획득된다면 좀 더 정확한 해석이 가능할 것이다.
본 연구를 통해 인공위성레이더를 통한 지반침하 관측이 휴·폐광산의 침하조사 및 광해방지의 사전자료로 사용되기 충분하며, 광산으로 인한 지표변위 모니터링에 비용과 시간적인 측면에서 매우 유용함을 확인하였다. 향후 연구지역의 직접적인 침하원인을 지질공학적으로 증명하기 위하여, 정밀 GPS 측량 및 추가적인 GIS 분석이나 갱도를 이용한 상관관계 분석(Choi, 2009) 등을 수행할 예정이다.
따라서 남쪽의 지표변위는 현재 획득되지 않은 다른 갱도의 존재에 의한 영향 또는 광산 주변보다 복잡한 지질구조에 의한 영향 등에 의한 것으로 보인다. 황지광산의 경우도 이와 같이 광산의 갱도분포지역 북쪽에 침하지역이 나타나는데, 이에 대한 더 정밀한 분석을 수행하기 위해서는 연구지역 전체를 포괄하는 정확한 갱도 자료 획득이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방치된 폐탄광이 야기하는 부정적인 영향은?
국내의 총 2,006개소의 광산 중 약 80%가 휴광 또는 폐광된 상황이며 대부분 적절한 환경복원 처리 없이 방치되어 있기 때문에, 휴·폐광산에서 발생하는 광해가 심각한 사회문제로 대두되고 있다(Jung, 2007). 특히, 방치된 폐탄광의 갱도 및 채굴적으로 인한 지반침하는 지상 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 미치고 있으며, 산성광산배수(Acid Mine Drainage, AMD)에 의한 수질오염과 토양오염은 지역개발의 장애요인으로 작용해 폐광산 지역의 공동화를 더욱 가속시키고 있다(Park et al., 2001).
폐광산에 의한 지반침하를 관측하는 방법은?
폐광산에 의한 지반침하를 관측하는 전통적인 방법으로 GPS 측량이나 수준측량 등이 있다. 하지만 이러한 현장측량기법은 관측점에서의 지표변위만을 관측하기 때문에 지표변위의 공간적인 양상을 파악하는데 한계가 있고, 인력과 장비에 따른 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
GPS 측량이나 수준측량의 단점은?
폐광산에 의한 지반침하를 관측하는 전통적인 방법으로 GPS 측량이나 수준측량 등이 있다. 하지만 이러한 현장측량기법은 관측점에서의 지표변위만을 관측하기 때문에 지표변위의 공간적인 양상을 파악하는데 한계가 있고, 인력과 장비에 따른 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 앞선 문제점을 극복한 방안으로서 인공위성레이더(Synthetic Aperture Radar, SAR)를 이용한 차분간섭기법 (Differential Interferometric SAR, DInSAR)이 1990년대부터 지진, 화산, 빙하, 지반침하 등의 관측에 널리 이용되고 있다(Kim, 2004; Kim et al.
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