현대사회에서는 통신 전기 상하수도 가스 등 도시기반 시설물들을 지하에 매설하게 되면서 굴착공사로 인한 많은 사고 위험을 내재하게 되었다. 사고를 방지하기 위해서는 매설된 지하시설물에 대한 정확한 위치와 속성정보가 구축되어야 한다. 하지만 2004년부터 2009년까지 상수관로의 공공측량성과심사를 분석한 결과, 관로매설 전 시행하는 위치측량은 신규관로만을 관측하며 전자유도 탐사는 콘크리트 구간에서 자장간섭으로 인한 탐지 불가와 금속관로만을 탐사하는 한계점으로 인해 52.4%의 저조한 탐사율을 보이고 있다. 따라서 탐사율을 향상할 수 있는 정확하고 효과적인 탐사 기법에 대한 개발과 검증이 필요하다. 본 연구에서는 매설 전 금속관로와 비금속관로에 대한 위치측량 결과를 기준으로 정하여 지중레이더와 전자유도탐사를 통해 얻은 값과 비교 분석하였다. 그 결과 콘크리트구간 100%, 비포장구간 94.7%, 아스팔트구간 60%의 탐사율을 보여 지하매설물 탐사 시에 지중레이더 탐사의 적용가능성을 확인하였다.
현대사회에서는 통신 전기 상하수도 가스 등 도시기반 시설물들을 지하에 매설하게 되면서 굴착공사로 인한 많은 사고 위험을 내재하게 되었다. 사고를 방지하기 위해서는 매설된 지하시설물에 대한 정확한 위치와 속성정보가 구축되어야 한다. 하지만 2004년부터 2009년까지 상수관로의 공공측량성과심사를 분석한 결과, 관로매설 전 시행하는 위치측량은 신규관로만을 관측하며 전자유도 탐사는 콘크리트 구간에서 자장간섭으로 인한 탐지 불가와 금속관로만을 탐사하는 한계점으로 인해 52.4%의 저조한 탐사율을 보이고 있다. 따라서 탐사율을 향상할 수 있는 정확하고 효과적인 탐사 기법에 대한 개발과 검증이 필요하다. 본 연구에서는 매설 전 금속관로와 비금속관로에 대한 위치측량 결과를 기준으로 정하여 지중레이더와 전자유도탐사를 통해 얻은 값과 비교 분석하였다. 그 결과 콘크리트구간 100%, 비포장구간 94.7%, 아스팔트구간 60%의 탐사율을 보여 지하매설물 탐사 시에 지중레이더 탐사의 적용가능성을 확인하였다.
In modern society, as to the underground urban infrastructure facilities(communication electricity water and sewage gas etc.) were contained many risks because of excavating. The exact position of underground facilities and the attribute information should be built in order to prevent accidents. As ...
In modern society, as to the underground urban infrastructure facilities(communication electricity water and sewage gas etc.) were contained many risks because of excavating. The exact position of underground facilities and the attribute information should be built in order to prevent accidents. As the result of analyzing the public surveying results from 2004 to 2009, it shows that low detecting rate of water pipeline which is only 52.4%, because the exploration of electromagnetic induction only detect metal pipeline and positioning survey only detect new pipeline before burying. Therefore development and verification of the correct and efficient exploration techniques are needed to improve the detecting rate. In this study, determined based on the location measurement results for the non-metal pipes and metal pipes before burial. It was compared with values that obtained through the ground penetrating radar and electromagnetic induction detecting. As a result, detecting rate of the concrete section showed a 100%, unpaved section showed a 94.7%, asphalt section showed 60%. So it confirmed the applicability of the ground penetrating radar at underground facilities detecting.
In modern society, as to the underground urban infrastructure facilities(communication electricity water and sewage gas etc.) were contained many risks because of excavating. The exact position of underground facilities and the attribute information should be built in order to prevent accidents. As the result of analyzing the public surveying results from 2004 to 2009, it shows that low detecting rate of water pipeline which is only 52.4%, because the exploration of electromagnetic induction only detect metal pipeline and positioning survey only detect new pipeline before burying. Therefore development and verification of the correct and efficient exploration techniques are needed to improve the detecting rate. In this study, determined based on the location measurement results for the non-metal pipes and metal pipes before burial. It was compared with values that obtained through the ground penetrating radar and electromagnetic induction detecting. As a result, detecting rate of the concrete section showed a 100%, unpaved section showed a 94.7%, asphalt section showed 60%. So it confirmed the applicability of the ground penetrating radar at underground facilities detecting.
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문제 정의
특히, 지하시설물의 위치정확도 확보의 중요성을 강조하였으나 정확도에 대한 검증 연구는 상대적으로 부족한 실정이므로 본 연구를 통하여 매설 전 노출 관로를 기준으로 지중레이더 탐사의 정확도 검증을 통한 적용가능성을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 상수관로가 설치된 지역에서 매설 전 관로에 대한 위치측량을 기준으로 전자유도 탐사기법과 지중레이더 탐사기법을 비교 · 분석하고 지중레이더 탐사기법의 적용가능성을 확인하는데 그 목적이 있다.
본 연구에서는 상수관로의 지반상태, 관재질 그리고 관경에 따라 매설 전 관로에 대한 위치측량을 기준으로 전자유도 탐사기법과 지중레이더 탐사기법을 비교 · 분석하고 지중레이더 탐사기법의 적용가능성을 확인하고자 하였다.
이를 토대로 각각의 탐사환경에서 탐사방법별 정확도를 비교 · 분석하여 기존의 탐사 방식인 매설전 관로에 대한 위치측량 방법과 전자유도탐사의 한계를 알아보고 정위치 방법 검증을 통하여 지중 레이더 탐사의 적용가능성을 제시하고자 한다.
이에 본 연구에서는 상수관로에 대해 지중레이더 탐사법이 적용가능한지 검증하고자 상수관로의 지반상태(아스팔트, 콘크리트, 비포장), 관재질(금속, 비금속) 그리고 관경(소형관로, 중형관로)별로 실험군 및 대조군을 설정하여 도출될 수 있는 다양한 탐사환경을 설계하였다. 상수관로 매설 전 관로에 대한 위치측량을 통해 위치와 심도정보를 취득하고 되메우기 이후 전자유도 탐사와 지중레이더(GPR) 탐사 방법을 이용하여 위치와 심도정보를 취득하였다.
제안 방법
포장재질별 탐사에 이어 관로의 관경에 따른 분류를 하여 탐사를 실시하였다. 관경은 80㎜, 100 ㎜, 150㎜의 3가지 크기로 분류하여 실시하였다. 청색은 대조군인 매설 전 관로에 대한 위치측량이며 적색은 실험군인 지중레이더 탐사 결과를 나타내고 있다.
이렇게 취득한 좌표는 관로의 상단에 대한 높이 값을 가지고 있으며 지표면의 측량을 추가로 실시한 후 지반고를 취득하고, 그 지반고로부터 관상 단고를 차감하여 심도를 계산, 추출하였다. 그 결과는 전자유도 탐사와 지중레이더 탐사 비교표에서 제시하였다.
1m인 포물선 반사이벤트 ‘B’ 가 형성되었다. 그 지점을 지상에 표시한 후 위치 측량을 실시하고, 전방 약 5m 지점에서 위와 같은 방법으로 총 4회~5회를 실시하였다. B의 포물선 반사이벤트는 가로등선으로 확인되었다.
최초의 지하시설물 측량은 1875년 독일의 튜빙겐(Tubingen)에 의해 수행되었고 1881년에는 폴란드의 바르샤바(Warszawa)시, 1915년 스위스의 올튼(Olten)시, 1917년 스위스 바젤(Basel)시, 1954년 베른(Bern)시 등에서 수행하기에 이르렀다. 당시 지하시설물 측량은 특별한 탐사 장비가 개발되지 않았던 시기였으므로 원초적이면 서도 가장 정확한 방법인 굴착을 통해 시행하였고, 이를 기초로 하여 지하시설물도를 작성하였다. 그러나 도시가 복잡해짐에 따라 비경제적이고 비효율적인 굴착보다 간단한 지상에서의 지하시설물 측량을 위한 방법을 강구하고 있다.
탐사법의 종류는 직접법, 간접법, 클램프 접속법, 탐침법에 의한 방법 등으로 구분되며 그중 직접법은 탐지하고자 하는 지하시설물에 두 개의 단자중 송신기 단자를 한쪽에 연결시키고 다른 한쪽 단자를 지하시설물과 직각 방향으로 약 5~7m지점의 땅에 접지시키는 방법으로써 정확도는 높으나 작업조건이 까다로운 단점이 있다. 본 연구에 사용한 전자유도탐사 장비는 일본의 다카치요(高千) 산업주식회사의 MPL(Micro-Computerize Pipe Locator) 시리즈 중 MPL-10S 장비를 사용하여 관로탐사를 진행하였다.
이에 본 연구에서는 상수관로에 대해 지중레이더 탐사법이 적용가능한지 검증하고자 상수관로의 지반상태(아스팔트, 콘크리트, 비포장), 관재질(금속, 비금속) 그리고 관경(소형관로, 중형관로)별로 실험군 및 대조군을 설정하여 도출될 수 있는 다양한 탐사환경을 설계하였다. 상수관로 매설 전 관로에 대한 위치측량을 통해 위치와 심도정보를 취득하고 되메우기 이후 전자유도 탐사와 지중레이더(GPR) 탐사 방법을 이용하여 위치와 심도정보를 취득하였다. 이를 토대로 각각의 탐사환경에서 탐사방법별 정확도를 비교 · 분석하여 기존의 탐사 방식인 매설전 관로에 대한 위치측량 방법과 전자유도탐사의 한계를 알아보고 정위치 방법 검증을 통하여 지중 레이더 탐사의 적용가능성을 제시하고자 한다.
이렇게 취득한 좌표는 관로의 상단에 대한 높이 값을 가지고 있으며 지표면의 측량을 추가로 실시한 후 지반고를 취득하고, 그 지반고로부터 관상 단고를 차감하여 심도를 계산, 추출하였다.
본 연구에서는 상수관로가 설치된 지역에서 매설 전 관로에 대한 위치측량을 기준으로 전자유도 탐사기법과 지중레이더 탐사기법을 비교 · 분석하고 지중레이더 탐사기법의 적용가능성을 확인하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 두 가지의 탐사방법으로 동일한 지점을 탐사하되, 그 매설물의 관경, 관재질, 포장재질의 세 가지 조건을 달리하여 결과를 추출하고 기준이 되는 매설 전 관로에 대한 위치측량 결과와 비교하여 정확도 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 상수관로의 지반상태, 관재질 그리고 관경에 따라 매설 전 관로에 대한 위치측량을 기준으로 전자유도 탐사기법과 지중레이더 탐사기법을 비교 · 분석하고 지중레이더 탐사기법의 적용가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 두가지의 탐사방법으로 동일한 지점을 탐사하되, 그 매설물의 관경, 관재질, 포장재질의 세 가지 조건을 달리하여 다양한 탐사환경에서 탐사 결과를 얻고 기준인 매설 전 관로에 대한 위치측량 결과 값과 비교하여 정확도 분석을 실시하였고 다음과 같은 결과를 얻었다.
지반상태(아스팔트, 콘크리트, 비포장), 관재질( 금속, 비금속) 그리고 관경(소형관로, 중형관로)별로 매설 전 관로에 대한 위치측량과 전자유도탐사를 통해 취득한 결과를 비교한 결과는 다음과 같다.
지중레이더 탐사는 [그림 8]과 같이 아스팔트, 콘크리트, 비포장 순으로 실시하였으며, 도로를 기준으로 우측면에서 좌측면 또는 좌측면에서 우측면으로 일정한 간격으로 약 4~5회 탐사를 실시하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
포장재질별 탐사에 이어 관로의 관경에 따른 분류를 하여 탐사를 실시하였다. 관경은 80㎜, 100 ㎜, 150㎜의 3가지 크기로 분류하여 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 지중레이더 장비는 Logis사의 GeoRadar 장비를 사용하였다. 이 장비는 고성능의 비전도 광섬유케이블을 사용하여 Signal Noise 를 최소화하고 안테나의 구성이 매우 다양하며 단독탐사가 가능하다.
실험 대상지역은 경기도 광주시 일대로 2013년 도부터 2015년도까지 상수도 급수공사를 실시한 지역으로 포장상태가 다양하고(포장, 비포장) 금속관로, 비금속 관로가 다양하게 매설되어 있으며, 측량이(GPS, 토털스테이션) 용이한 지역을 선정하였다. 비교대상 연구개소는 오포읍 신현리 1개소, 오포읍 능평리 3개소, 오포읍 문형리 2개소, 초월읍 신대리 1개소, 도척면 상림리 2개소, 도척면 방도리 3개소로 총 12개소이며, 물량은 금속관로 구간 약 1.2km, 비금속관로 구간 약 1.3km이다.
실험 대상지역은 경기도 광주시 일대로 2013년 도부터 2015년도까지 상수도 급수공사를 실시한 지역으로 포장상태가 다양하고(포장, 비포장) 금속관로, 비금속 관로가 다양하게 매설되어 있으며, 측량이(GPS, 토털스테이션) 용이한 지역을 선정하였다. 비교대상 연구개소는 오포읍 신현리 1개소, 오포읍 능평리 3개소, 오포읍 문형리 2개소, 초월읍 신대리 1개소, 도척면 상림리 2개소, 도척면 방도리 3개소로 총 12개소이며, 물량은 금속관로 구간 약 1.
연구 대상지역의 관로 시공 시에 매설 전 관로의 상단을 직접 측량하는 관로에 대한 위치측량을 통하여 검증의 기준값으로 사용하기 위해 토털스테이션과 GPS를 이용하여 위치와 심도 정보를 금속관로 34지점, 비금속관로 14점을 취득하였다. 이렇게 취득한 좌표는 관로의 상단에 대한 높이 값을 가지고 있으며 지표면의 측량을 추가로 실시한 후 지반고를 취득하고, 그 지반고로부터 관상 단고를 차감하여 심도를 계산, 추출하였다.
이론/모형
본 연구에서는 각각의 탐사환경에서 탐사방법별 정확도를 비교 · 분석하기 위해 공공측량 작업 규정 제140조 7항을 참고하였다.
성능/효과
1) 지하공간통합지도 제작을 위해서는 지하공간에 존재하는 매설물들에 대한 정확한 정보취득이 가장 중요한 부분이며 지하매설물을 탐지하기 위한 방법에는 매설 전 · 후 방법이 있다.
비포장 구간의 평균 제곱근오차는 다음 [그림 23]과 같이 결과 값을 얻었으며, 비포장 구간의 지중레이더 탐사는 금속관로 보다 비금속관로에서 더 정확하다고 판단된다. 또한 탐사율은 아스팔트 구간 60%, 콘크리트 구간 100%, 비포장 구간 94.7%를 나타냈다.
비포장 구간의 평균 제곱근오차는 다음 [그림 20]과 같이 결과 값을 얻었으며, 이는 공공측량작업 규정에 부합하며 정확도가 높은 탐사라고 판단된다. 또한 탐사율은 아스팔트 구간 60%, 콘크리트 구간 20%, 비포장 구간 100%를 나타냈다.
우측 도로면을 기준으로 좌측도로면까지 횡단으로 탐사를 실시한 결과, 우측도로면에서 0.2m의 지점에 심도 0.5m 인 포물선 반사이벤트 ‘A’ 와 5.9m의 지점에 심도 1.1m인 포물선 반사이벤트 ‘B’ 가 형성되었다.
전자유도 탐사법에서는 콘크리트 구간은 대략적인 위치만 가늠할 뿐 심도를 탐사할 수 없었으며 비포장 구간이 아스팔트 구간보다 결과 값의 정확도가 높게 나타났다. 또한 전자유도탐사는 비금속관로는 비전도성 물체로 탐사가 되지 않았으며, 콘크리트 구간은 자장 간섭으로 인해 관로의 평면위치는 대략적으로 파악할 수 있으나, 심도의 경우는 큰 오차로 인해 결정할 수 없는 불탐 현상이 발생하는 한계점을 보였다.
지반상태(아스팔트, 콘크리트, 비포장), 관재질 (금속, 비금속) 그리고 관경(소형관로, 중형관로) 별로 매설 전 관로에 대한 위치측량과 지중레이더 탐사를 통해 취득한 결과를 비교한 결과 전 구간에서 탐사가능하며 대체적으로 양호한 결과를 얻었다.
지중레이더 탐사법에서는 비금속관로는 비포장, 아스팔트, 콘크리트 구간 순으로 결과 값의 정확도가 높았으며, 금속관로는 비포장, 콘크리트, 아스팔트 구간 순으로 결과 값의 정확도가 높았다. 또한 지중레이더 탐사는 각각의 탐사환경에서 모두 탐사가능하며 전부 양호한 결과를 얻었다.
특히 많은 지하시설물 중 상수관로의 경우 노후된 상수관로가 많기 때문에 사고가능성이 높아 정확한 매설관의 위치정보를 취득하는 방안 확보가 시급하지만 2004년부터 2009년까지 공공측량성 과심사의 결과를 분석한 결과 상수관로의 탐사율이 평균 52.4%로 매우 저조한 탐사율을 보인다.2) 이와 같이 탐사율이 저조함을 보이는 이유는 상수 관로에 대한 탐사는 비용이 많이 들어가는 사업이기 때문에 대부분의 지방자치단체에서 비금속관로에 대한 탐사는 시행하지 않고 조사만 시행하며, 매설 전 관로에 대한 위치측량방법의 경우 가장 높은 정확도를 확보할 수 있는 장점이 있으나 신규관로만을 대상으로 하는 한계점이 있다.
후속연구
이는 지중레이더를 이용하여 탐사를 하면 탐사율이 크게 향상될 수 있다. 그러므로 지중레이더를 이용하여 상대적으로 우수한 정확도로 지하를 탐측하여 정확한 위치와 심도를 취득하여 지하시설물의 효율적인 운영관리와 안전사고 예방에 대처할 수 있으며 취득한 자료를 바탕으로 국토정보를 구축하는데 많은 도움을 줄 수 있다고 사료된다. 하지만 일부 오류 및 과실로 인하여 실제 시설된 시설물의 위치 오차가 발생하므로 스마트마커와 같이 RFID를 통한 보다 정확한 위치와 심도를 파악할 수 있는 장치에 대한 추가적인 연구가 요구된다.
이에 대비하기 위해서는 정확한 지하매설물의 위치 및 속성정보의 구축이 필요하다. 또한 국토교통부는 지하매설물, 지하구조물, 지반 등을 통합 구축하는 3차원 지하공간통합지도를 2017년까지 제작할 예정이다.1) 지하공간통합지도 제작을 위해서는 지하공간에 존재하는 매설물들에 대한 정확한 정보취득이 가장 중요한 부분이며 지하매설물을 탐지하기 위한 방법에는 매설 전 · 후 방법이 있다.
전자유도 탐사법에서는 콘크리트 구간은 대략적인 위치만 가늠할 뿐 심도를 탐사할 수 없었으며 비포장 구간이 아스팔트 구간보다 결과 값의 정확도가 높게 나타났다. 또한 전자유도탐사는 비금속관로는 비전도성 물체로 탐사가 되지 않았으며, 콘크리트 구간은 자장 간섭으로 인해 관로의 평면위치는 대략적으로 파악할 수 있으나, 심도의 경우는 큰 오차로 인해 결정할 수 없는 불탐 현상이 발생하는 한계점을 보였다.
그러므로 지중레이더를 이용하여 상대적으로 우수한 정확도로 지하를 탐측하여 정확한 위치와 심도를 취득하여 지하시설물의 효율적인 운영관리와 안전사고 예방에 대처할 수 있으며 취득한 자료를 바탕으로 국토정보를 구축하는데 많은 도움을 줄 수 있다고 사료된다. 하지만 일부 오류 및 과실로 인하여 실제 시설된 시설물의 위치 오차가 발생하므로 스마트마커와 같이 RFID를 통한 보다 정확한 위치와 심도를 파악할 수 있는 장치에 대한 추가적인 연구가 요구된다.
참고문헌 (17)
국토교통부(2010), 제4차 국가공간정보정책 기본계획 2010-2015.
국토지리정보원(2000), 지하시설물도 작성 세부지침.
국토지리정보원(2006), 수치지도작성 작업 규칙.
국토지리정보원(2011), 공공측량 작업규정 개정.
김영표.신동빈(2002), 지하시설물 전산화 사업 감리사례 연구, p.44.
김원대.황환국.박재우.채명진(2008), GPR 기법을 이용한 관로 배면 지반 상태 평가에 관한 연구, 한국건설관리학회 학술발표대회 논문집, No.11, pp.363-369.
김은정(2002), 地下施設物의 位置 正確度 向上方案. 석사학위논문, 충북대학교.
김인섭(2009), 자동수평마커와 DGPS를 이용한 지하시설물의 현장관리시스템 개발에 관한 연구, 한국측량학회지, 한국측량학회, 제27권, 제6호, pp.733-739.
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