선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 250MHz, 500MHz, 800MHz 주파수의 레이더를 이용하여 공기와 유전상수가 유사한 스티로폼으로 제작된 모의동공 탐지능력을 확인하였다. Bscan 화면에 나타난 형상이 포물선으로 나타날 때를 동공을 탐지하였다고 판단하고, 이 지점에서의 A-scan 데이터에 해당 심도의 피크점을 찾아 이때의 진폭을 읽어 결과 값으로 나타내었다.
- 본 연구에서는 도로하부에서 발생한 동공을 정확하게 탐사하기 위한 GPR시험의 적정 주파수를 결정하고자 한다. 이를 위하여 실제 동공과 유전상수가 유사한 것으로 알려진 스티로폼을 활용한 도로동공 탐지용 테스트 베드를 실물크기로 제작하였다(Baek et al, 2014).
제안 방법
- B→B′방향으로 진행 시 70cm에 매설된 모의동공이 철판의 전자파 간섭으로 측정이 어려울 것을 고려하여 모든 측정은 B′→B 방향으로 실시하였다.
- 이를 위하여 실제 동공과 유전상수가 유사한 것으로 알려진 스티로폼을 활용한 도로동공 탐지용 테스트 베드를 실물크기로 제작하였다(Baek et al, 2014). GPR 주파수는 250MHz, 500MHz, 800MHz를 사용하였으며, 도로동공의 깊이 및 크기의 변화에 따른 GPR 신호 특성을 분석하여 도로동공 탐지에 적절한 GPR 주파수를 선정하였다.
- 7과 같다. 각 동공위치별로 GPR 신호가 중첩되지 않게 하기 위하여 충분한 간격을 두어 스티로폼을 설치하였다.
- 여기서, 보조기층과 노상은 모래계열로서 통일분류법의 SW에 해당되는 사질토이다. 또한 아스팔트 혼합물은 중교통량 이하의 표층에 일반적으로 사용되는 WC-2를 사용하였으며, 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침의 품질기준을 만족하도록 시공하였다.
- 6m 떨어진 곳에 모의동공을 매설하였다. 매설깊이는 포장 층 20cm를 포함하여 포장표면으로부터 0.7m, 1.0m, 1.5m, 2.0m로 설정하였으며, 스티로폼의 윗면이 설정한 깊이와 일치하도록 하였다. 테스트베드의 평면도는 Fig.
- 모의동공은 규격에 맞게 특수 제작하였으며, 각 축의 기준과 높이 기준을 잡기 위해 30cm×30cm 규격의 철판을 매립하였다.
- 국내에서는 아직까지 도로함몰 위험구간 탐지 및 기술개발에 대한 구체적인 연구가 매우 미비한 실정이다. 이러한 도로함몰 현상은 육안조사를 통해 파악하기에는 한계가 있어 코어채취나 굴착과 같은 파괴시험(Destructive Test)과 전기비저항 탐사나 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)를 이용하는 비파괴시험(Non-Destructive Test)으로 조사한다.
- 본 연구에서는 도로하부에서 발생한 동공을 정확하게 탐사하기 위한 GPR시험의 적정 주파수를 결정하고자 한다. 이를 위하여 실제 동공과 유전상수가 유사한 것으로 알려진 스티로폼을 활용한 도로동공 탐지용 테스트 베드를 실물크기로 제작하였다(Baek et al, 2014). GPR 주파수는 250MHz, 500MHz, 800MHz를 사용하였으며, 도로동공의 깊이 및 크기의 변화에 따른 GPR 신호 특성을 분석하여 도로동공 탐지에 적절한 GPR 주파수를 선정하였다.
- 측정은 주파수별 3회씩 총 9회 진행하였으며, Fig. 11과 같이 GPR 결과 분석 프로그램인 GPRLate를 사용하여 B-Scan화면을 출력하였다. 여기서, 포물선의 형태가 뚜렷하게 나타나는 지점을 탐지 가능한 모의동공이라 판단하고, 그 지점을 사용자가 선택하면 Fig.
대상 데이터
- 테스트베드 시공을 완료한 후 GPR 주파수별 데이터 수집을 실시하였다. 본 논문에서는 Ground Coupled 방식의 M사 장비를 사용하였으며, 적용한 GPR 중심 주파수는 250MHz, 500MHz, 800MHz이다. 측정 방향은 Fig.
- 본 연구를 수행하기 위해 Fig. 4와 같이 경상북도 안동에 위치한 한국건설기술연구원 안동하천실험센터 내 시험도로 약 15m 구간을 도로동공 모사시험 구간으로 선정하였다. 아스팔트 포장 하부에 도로동공 모사는 스티로폼을 제작하여 정해진 위치에 설치하였으며, 이는 공기와 스티로폼의 유전상수가 유사하여 GPR 장비가 획득하는 데이터의 파형이 비슷하기 때문이다(AlQadi et al, 2014).
- 테스트베드 시공을 완료한 후 GPR 주파수별 데이터 수집을 실시하였다. 본 논문에서는 Ground Coupled 방식의 M사 장비를 사용하였으며, 적용한 GPR 중심 주파수는 250MHz, 500MHz, 800MHz이다.
성능/효과
- 250MHz 주파수의 동공 탐지 임계한도는 가로×세로×높이 70cm 이상은 약 2.0m까지 가능하고, 50m 이하는 1.5m까지 탐지 가능한 것으로 파악되었다.
- 국내에서 최근 지하 매설물 탐사 및 철도, 도로포장 하부상태 파악을 위해 주로 사용되고 있는 GPR 장비는 Table 1과 같이 토목, 건축 분야를 비롯하여 지질, 교통, 고고학, 환경 등 여러 분야에서 활용하는 것으로 파악되었다.
- 그러나 800MHz의 경우 육안으로 식별 가능한 모의 동공의 개수가 12개 모의동공 중 1개로 다른 주파수들에 비해 현저히 탐지능력이 떨어지는 것으로 파악되었다. 또한, 발견된 1개 지점에서의 진폭의 크기 또한 1000μV 이하로 250MHz, 500MHz 안테나와 비교하였을 때 동공 탐지용 주파수로는 효용성이 떨어지는 것으로 확인되었다.
- 동공 탐지 임계한도는 가로×세로×높이 70cm 이상은 1.0m까지 가능하고, 30cm 이하는 0.7m까지 탐지 가능한 것으로 파악되었다.
- 7m 이내는 500MHz, 표층 주변은 800MHz 안테나를 사용하는 것이 용이할 것으로 사료되었다. 또한 2m 이상의 깊은 심도의 동공을 탐지하고자 하는 경우는 250MHz 이하의 저주파수 안테나를 이용하는 것이 적합할 것으로 판단되었다. 주파수별 동공 크기에 따른 임계 한도는 250MHz의 경우 2.
- 250MHz 안테나의 경우 총 12개의 모의동공 중 10개, 500MHz 안테나는 5개, 800MHz 안테나는 1개의 모의동공을 탐지하였다. 또한 깊이별 진폭의 차이는 250MHz가 500MHz보다 컸으며, 이는 저주파수 안테나를 적용하면 매설 깊이를 추정하기 쉬울 것으로 판단되었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 심도 0.
- 또한, 발견된 1개 지점에서의 진폭의 크기 또한 1000μV 이하로 250MHz, 500MHz 안테나와 비교하였을 때 동공 탐지용 주파수로는 효용성이 떨어지는 것으로 확인되었다.
- 또한 깊이별 진폭의 차이는 250MHz가 500MHz보다 컸으며, 이는 저주파수 안테나를 적용하면 매설 깊이를 추정하기 쉬울 것으로 판단되었다. 이와 같은 결과로 볼 때, 심도 0.5m~2.0m 사이의 동공을 탐지할 때 적합한 GPR 주파수는 250MHz, 심도 0.7m 이내는 500MHz, 표층 주변은 800MHz 안테나를 사용하는 것이 용이할 것으로 사료되었다. 또한 2m 이상의 깊은 심도의 동공을 탐지하고자 하는 경우는 250MHz 이하의 저주파수 안테나를 이용하는 것이 적합할 것으로 판단되었다.
- 서울시에서 최근 5년간 도로침하, 동공, 함몰 발생 현황을 조사한 결과 총 3,328건이 발생하였으며, 연간 665건으로 발생건수가 점차 증가하는 추세이다(서울시, 2015). 주요 도로함몰 발생원인인 상하수관 손상 및 누수, 도로굴착 공사 불량, 지하수위 강하 등으로 발생한 도로침하 및 함몰 건수의 계절별 발생건수를 조사한 결과, 장마철인 여름과 해빙기에 발생건수가 매우 높은 것으로 밝혀졌다. 이러한 현상이 지속적으로 발생하고, 해당 내용을 언론이 대대적으로 보도함에 따라 국민 불안이 커지면서 이에 대한 대책 마련이 필요한 실정이다.
후속연구
- 1. 현재 지하 매설물 탐사 및 동공탐지를 위해 사용되는 50MHz-1GHz 주파수의 안테나 중 범위를 좁혀 최적주파수를 선정할 계획이다.
- 2. GPR 데이터 분석프로그램에서 예측한 모의동공의 심도와 실제 동공의 심도파악을 위해 코어 또는 시추를 통해 오차의 범위를 최소화할 예정이다.
- 3. 아스팔트 포장 두께 및 구조에 따른 안테나 감쇠율 또는 투과율에 대한 실험을 수행할 예정이다. 또한 포장층 하부 매질에 따른 신호 양상을 분석할 예정이다.
- 4. 스티로폼으로 제작했던 본 연구 외에 해외 문헌에서 소개된 Glucose(포도당 성분)와 얼음 등을 모의동공으로 제작하여 검증한 후 적합하다 판단되면 실대형 테스트베드를 구축할 예정이다.
- 5. 본 연구에 적용한 정육면체 모양의 스티로폼 외에 다양한 형태의 스티로폼을 특수 제작하여 동일한 조건으로 실험하여 실제 동공 형상 모양과의 차이점을 분석해 볼 예정이다.
- 아스팔트 포장 두께 및 구조에 따른 안테나 감쇠율 또는 투과율에 대한 실험을 수행할 예정이다. 또한 포장층 하부 매질에 따른 신호 양상을 분석할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.