건설공사에서 흙을 주재료로 하는 비율은 상당히 많으며, 구조물의 형태 및 기초 등의 많은 부분을 차지하고 있다. 따라서 토공은 사회기반시설의 중요 구조물을 구성하고 이러한 구조물들은 시공 시행당시 보다 완성된 형태의 안정성이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 토공에서의 중요 부분을 차지하는 사면에 대한 안정성 평가 자료를 지상 LiDAR로 취득할 경우의 정확도, 경제성, 효용성을 평가하기 위하여 현장 실험을 통한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 토털스테이션과 지상 LiDAR를 이용하여 관측한 결과, 수평위치오차 RMSE는 ${\pm}2.2cm$, 수직위치오차 RMSE는 ${\pm}3.0cm$로 분석되었으며, 공공측량 작업 규정의 허용범위와 비교한 결과 충분히 정확도를 확보하는 것으로 분석되었다. 또한, 토공 사면의 안정평가 자료중 중요한 부분을 차지하는 검토단면의 추출을 지상 LiDAR 자료를 이용함으로써 과학적이고 합리적으로 추출 할 수 있었으며, 이러한 추출 결과들은 토공 사면 안정평가자료에 중요한 기초자료로 제공되리라 판단된다.
건설공사에서 흙을 주재료로 하는 비율은 상당히 많으며, 구조물의 형태 및 기초 등의 많은 부분을 차지하고 있다. 따라서 토공은 사회기반시설의 중요 구조물을 구성하고 이러한 구조물들은 시공 시행당시 보다 완성된 형태의 안정성이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 토공에서의 중요 부분을 차지하는 사면에 대한 안정성 평가 자료를 지상 LiDAR로 취득할 경우의 정확도, 경제성, 효용성을 평가하기 위하여 현장 실험을 통한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 첫째, 토털스테이션과 지상 LiDAR를 이용하여 관측한 결과, 수평위치오차 RMSE는 ${\pm}2.2cm$, 수직위치오차 RMSE는 ${\pm}3.0cm$로 분석되었으며, 공공측량 작업 규정의 허용범위와 비교한 결과 충분히 정확도를 확보하는 것으로 분석되었다. 또한, 토공 사면의 안정평가 자료중 중요한 부분을 차지하는 검토단면의 추출을 지상 LiDAR 자료를 이용함으로써 과학적이고 합리적으로 추출 할 수 있었으며, 이러한 추출 결과들은 토공 사면 안정평가자료에 중요한 기초자료로 제공되리라 판단된다.
The ratio of using soil as the main material in construction is quite numerous, and it covers many parts in forms and bases of the structure. Thus, the earthwork forms many structures for social infrastructure, and the stability of these structures is most crucial when completed than under construct...
The ratio of using soil as the main material in construction is quite numerous, and it covers many parts in forms and bases of the structure. Thus, the earthwork forms many structures for social infrastructure, and the stability of these structures is most crucial when completed than under construction. This study executed a field experiment to evaluate the accuracy and utility of the slope, which is an important part in earthwork, when terrestrial LiDAR is obtained, and the results are as follow. First, as the result of the observation using Total Station and terrestrial LiDAR, the horizontal error RMSE was ${\pm}2.2cm$, and the vertical error RMSE was ${\pm}3.0cm$. As the result of the comparison between the errors and permissible range of public surveying regulation, it sufficiently secure the accuracy. Also, the extraction of the check section, which covers the most important part among the stability checks could be scientifically and rationally processed, and these extraction results are expected to be provided as important basic materials for the earthwork slop stability evaluation.
The ratio of using soil as the main material in construction is quite numerous, and it covers many parts in forms and bases of the structure. Thus, the earthwork forms many structures for social infrastructure, and the stability of these structures is most crucial when completed than under construction. This study executed a field experiment to evaluate the accuracy and utility of the slope, which is an important part in earthwork, when terrestrial LiDAR is obtained, and the results are as follow. First, as the result of the observation using Total Station and terrestrial LiDAR, the horizontal error RMSE was ${\pm}2.2cm$, and the vertical error RMSE was ${\pm}3.0cm$. As the result of the comparison between the errors and permissible range of public surveying regulation, it sufficiently secure the accuracy. Also, the extraction of the check section, which covers the most important part among the stability checks could be scientifically and rationally processed, and these extraction results are expected to be provided as important basic materials for the earthwork slop stability evaluation.
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문제 정의
하지만, 건설현장에서 필요로 하는 토공에 대한 공간적 자료 및 활용에 대한 연구가 더욱 요구되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 토공에서 중요한 부분을 차지하는 사면에 대한 공간 자료를 지상 LiDAR로 취득할 경우의 토털스테이션과의 비교 정확도를 분석하며, 속성자료를 통한 공간분석으로 사면 자료를 구축하여 토공 사면의 안정성 평가를 위한 전반적인 기초자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 토공에서의 중요한 부분을 차지하는 사면에 대한 안정성 평가 자료를 지상 LiDAR로 취득할 경우의 정확도 및 효용성을 평가하기 위하여 현장 실험을 통한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
지상 LiDAR를 이용하여 토공사면의 안정평가자료의 취득 및 활용성을 연구하기 위하여 토공 사면의 안정평가자료의 중요한 요소인 토공 사면 경사를 추출하였다. 횡단면의 설정 단면은 그림 11과 같으며 취득된 횡단면들중 한 개의 단면의 추출결과는 그림 12와 같이 정확하게 취득됨과 소요시간 또한 짧은 시간에 검출할 수 있음을 알 수 있었다.
제안 방법
검토단면 선정에 관한 추출 인자의 과정을 나타내면 그림 13과 같이 나타낼 수 있으며, 이에 따른 결과를 구체적으로 살펴보면, 연구 지역의 DEM(Elevation), 경사(Slope), 경사면을 추출하여 지형의 특성을 파악하였으며, 그림 14∼그림 16과 같다.
또한, 토공 사면의 안정평가 자료 중 가장 중요한 자료는 토공 사면의 검토단면이라고 할 수 있으며, 본 연구에서는 검토단면의 추출 인자를 표 2를 참고로 하여 설정하였다. 검토단면 선정에 관한 추출 인자의 과정을 나타내면 그림 13과 같이 나타낼 수 있으며, 이에 따른 결과를 구체적으로 살펴보면, 연구 지역의 DEM(Elevation), 경사(Slope), 경사면을 추출하여 지형의 특성을 파악하였으며, 그림 14∼그림 16과 같다.
본 연구의 세부 관측에 앞서 GPS를 이용하여 기준점 측량을 시행하였으며 기준점에 의하여 LiDAR을 이용하여 연구대상지역을 측정하였다. 측정 당시의 점 밀도 간격이 매우 조밀하게 측정된 관계로 본 연구에서는 0.
연구지역의 기준점 측량은 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 관측하였고 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 3 및 그림 6과 같으며, 자료의 구축은 지상 LiDAR로 관측하였고 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 4 및 그림 7과 같다. 또한, 구축 자료의 정확도 검증은 토털스테이션으로 수행하였으며 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 5 및 그림 8과 같다.
지상 LiDAR에 의한 토공 사면의 안정평가자료를 구축하기 위하여 그림 3과 같은 계획 흐름도를 설계하여 실험 및 분석을 수행하였다.
본 연구의 세부 관측에 앞서 GPS를 이용하여 기준점 측량을 시행하였으며 기준점에 의하여 LiDAR을 이용하여 연구대상지역을 측정하였다. 측정 당시의 점 밀도 간격이 매우 조밀하게 측정된 관계로 본 연구에서는 0.5m의 점 밀도로 샘플링하여 분석하였다. 측정 결과 그림 9와 같이 측정되었고 30개의 검사점을 선정하여 토털스테이션을 이용하여 정확도를 비교하였다.
, 2010)등에서도 활발한 연구가 진행중이다. 특히 사면에 대한 지상 LiDAR의 활용 연구를 살펴보면 지상 LiDAR와 토털스테이션의 관측값들의 정확도를 비교하여 지상 LiDAR의 사면모니터링의 효용성을 평가(Yoo et al., 2008)하였고, 항공 LiDAR 획득 자료의 최소 점밀도를 제시하여 대상물의 모델링 가능성을 정성적 및 정량적 방법으로 평가하였다(Han et al., 2003). 또한, 지상 LiDAR로서 접도사면의 위험평가요소를 GIS에 의하여 관리 가능함을 제시하였으며(Jang et al.
대상 데이터
또한, 토공 경사면 안정을 해석하기 위해서는 경사계, 신축계, 변형률계, 기타 센서로 이루어진 장비들의 조합인 계측장비로서 계측하므로 시간적, 경제적으로 많은 어려움이 있고, 현장에서 많이 사용되고 있는 토털스테이션에 의한 관측에는 측점 개수와 접근 불가능한 곳의 측정에는 한계가 존재한다. 따라서, 최근 다용도로 활용할 수 있는 LiDAR(Hudak et al., 2009)를 이용하여 토공 안전성 평가 자료를 취득할 수 있다. LiDAR에 의한 3차원 위치해석은 지형공간분야 뿐만 아니라 GIS DB 구축(Yoon et al.
본 연구지역 위치는 그림 4와 같이 부산광역시 남구 소재의 최근 성토와 절토가 동시에 취해지는 곳을 선정하여 관측을 실시하였으며 연구지역 전경은 그림 5와 같다.
데이터처리
이러한 인자들을 토대로 검토단면을 선정함에 있어 주의점은 지형의 형세, 적용 대상의 규모, 토질 조건, 배수 조건, 경사의 형태 등 매우 다양한 항목들이 복잡하게 작용하므로 이러한 인자들의 가중치를 어느 지역에서나 일괄적으로 적용한다는 것은 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 의사결정체계의 한 방법인 계층분석과정을 적용하여 각 항목들의 동일한 가중치를 적용하여 GIS 공간분석으로서 검토단면을 시험적으로 두 단면을 추출하였고, 최종 중첩된 결과를 토대로 검토단면을 추출한 결과는 그림 20과 같이 분석되었다.
연구지역의 기준점 측량은 GPS(Global Positioning System)를 이용하여 관측하였고 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 3 및 그림 6과 같으며, 자료의 구축은 지상 LiDAR로 관측하였고 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 4 및 그림 7과 같다. 또한, 구축 자료의 정확도 검증은 토털스테이션으로 수행하였으며 측정 장비의 제원과 실험 광경은 표 5 및 그림 8과 같다.
분석된 정확도의 실용성을 평가하기 위하여 표 7과 같이 규정된 공공측량 작업 규정 제 74조 ②(2012. 12. 21)항의 허용범위와 비교하였다.
5m의 점 밀도로 샘플링하여 분석하였다. 측정 결과 그림 9와 같이 측정되었고 30개의 검사점을 선정하여 토털스테이션을 이용하여 정확도를 비교하였다. 토털스테이션과 지상 LiDAR을 이용하여 검사점 30개를 관측한 결과, 표 6과 같이 수평위치 오차 RMSE는 ±2.
이론/모형
이러한 측정원리는 거리 및 범위, 측정 정확도, 스캐닝 속도에 있어서 표 1과 같은 특징을 가진다. 본 연구에서는 측량분야에서 일반적으로 활용하고 있는 TOF 방식을 사용하였다.
성능/효과
실험대상지에서 사면의 연장이 약 50m정도 되므로, 수평오차 허용범위는 ±10cm, 수직오차의 허용범위는 ±5.5cm이므로 본 연구에서의 분석된 수평위치 오차 ±2.2cm, 수직오차 ±3.0cm와 비교한 결과 본 연구의 결과는 충분히 정확도를 확보하는 것으로 분석되었다.
첫째, 지상 LiDAR와 토털스테이션을 이용하여 검사점 30개를 관측한 결과, 수평위치오차 RMSE는 ±2.2cm, 수직위치오차 RMSE는 ±3.0cm로 분석되었으며, 공공측량 작업 규정의 허용범위와 비교한 결과 충분히 정확도를 확보하는 것으로 분석되었다.
추출 결과를 분석하여 보면 일반적으로 측정하는 종단 선형의 직각방향으로 측정하는 횡단선형과는 형태가 다른 횡단 선형으로 두 단면(왼쪽 단면과 위쪽 단면) 모두 추출되었으며, 이는 일반적인 횡단면도 측정 자료로는 검토단면의 분석에 한계가 있으며, 정확한 분석이 어려울 것이라 판단된다. 따라서 이러한 분석 결과로서 토공사면 안정자료에 중요한 기초자료로 제공되리라 판단된다.
후속연구
둘째, 토공 사면의 안정평가 자료 중 중요한 부분을 차지하는 검토단면의 추출을 과학적이고 합리적으로 추출 할 수 있었으며, 이러한 추출 결과들은 토공 사면 안정평가자료에 중요한 기초자료로 제공되리라 판단된다.
추출 결과를 분석하여 보면 일반적으로 측정하는 종단 선형의 직각방향으로 측정하는 횡단선형과는 형태가 다른 횡단 선형으로 두 단면(왼쪽 단면과 위쪽 단면) 모두 추출되었으며, 이는 일반적인 횡단면도 측정 자료로는 검토단면의 분석에 한계가 있으며, 정확한 분석이 어려울 것이라 판단된다. 따라서 이러한 분석 결과로서 토공사면 안정자료에 중요한 기초자료로 제공되리라 판단된다.
향후, GIS 기반의 토공 안정을 평가할 경우, 공간 분석에 적용될 의사결정에서 체계적이며 세분화된 자료들이 입력된다면 더욱 합리적인 토공 안정 평가에 대한 자료들을 제공할 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
토공이란 무엇인가?
토공이란 흙을 쌓거나 파는 것과 관련된 일, 목재, 철재, 석재, 흙, 시멘트 따위를 이용하여, 도로, 제방, 교량, 항만, 철도 등을 건설하고 유지하는 온갖 공사를 통틀어 이르는 말이라는 사전적 의미를 가지고 있다(The national institute of the korean language, 2013.).
TOF 방식이란 무엇이며, 어떻게 구성되는가?
TOF 방식은 그림 1에서와 같이 송신된 레이저가 대상물의 표면에서 반사되어 되돌아오는 시간적 차이를 이용하여 거리를 계산하는 방식으로 송신부, 수신부, 처리부로 구성되어진다.
LiDAR는 측정 원리에 따라 어떻게 구분되는가?
또한 효율적인 3차원 위치정보의 획득을 위해서 레이저의 주사거리, 측정 정확도, 대상물의 규모, 스캐닝 속도 등을 고려하여 적합한 측정방식의 레이저 스캐너를 사용해야 한다. 측정원리에 따라 TOP(Time Of Flight) 방식, 위상변위방식, 삼각측량방식으로 구분된다. 이러한 측정원리는 거리 및 범위, 측정 정확도, 스캐닝 속도에 있어서 표 1과 같은 특징을 가진다.
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