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문제 정의
- 본 연구에서는 발파의 결과물로 생산되는 발파 파쇄 암의 파쇄도를 보다 정확히 측정하기 위한 방법으로 무인항공기(UAV)를 이용한 평면 촬영 이미지 획득 및 그 분석 결과를 비교하였다. 중규모 발파와 대규모 발파 후 각각 생산된 파쇄암들을 대상으로 정면 및 평면 디지털 이미지를 동시에 획득하였으며 이를 Split Desktop 2.
가설 설정
- 1. 각각 이미지의 분석 결과 파쇄입도 분포도에서 확연한 차이점은 드러나지 않았다. 파쇄입도 분포의 전체적인 추세는 유사하였으나, 특히 미세 입도 부분(5 mm 이내)에서 정면 이미지의 결과는 고르지 못한 분포양상을 나타내었다.
제안 방법
- 2차원 파쇄도 분석 프로그램 중 하나인 Split Desktop Ver. 2.0 을 사용하여 각각 3장씩 촬영된 이미지를 파쇄도 분석 하였으며 그 결과는 다음과 같다.
- 부산 국제물류 9공구 현장에서 발파 파쇄암을 대상으로 디지털 이미지를 수집하였다. 각각 중규모, 대규모 발파작업 후 생산된 파쇄암 구역을 크게 3등분하여 임의로 분할하였고 각각의 구역에 대하여 평면 이미지와 정면 이미지를 동시에 획득하였다. 파쇄암 더미의 경사각도가 일정하지 않았으나 항공짐벌의 틸트를 조절해 경사각의 수직 방향으로 카메라 각도를 일치시킨 후 평면 이미지를 획득하였으며, 촬영에 사용된 기종은 Matrice 600 기체 및 전용 짐벌 카메라 X3를 사용하였다.
- 각각의 이미지들은 3장씩 촬영되었으며 모두 Split Desktop Ver. 2.0 으로 파쇄도 분석을 실시하였다.
- 3, 4 와 같이 각각의 파쇄물을 대상으로 전체 촬영 후 임의 분할하였다. 드론을 이용한 평면 촬영 시에는 전체 대상물의 이미지 획득에 문제가 없으나, 이를 정면 촬영할 시에는 촬영 각도 및 발파암 경사면의 각도에 의해 간섭 현상이 심하게 나타나므로 이를 보완하기 위하여 정면 촬영을 우선적으로 실시하고 그 후 획득된 이미지를 기준으로 구역을 분할하였다. 정면 촬영된 이미지의 최대 능선을 기준하여 마킹을 하고 분석 구간을 나누었다(Fig.
- 또한 본 연구에서는 평면 이미지와 정면 이미지의 분석 결과 차이에만 중점을 두었으며 렌즈의 화각 특성에 따른 이미지 왜곡 및 각 이미지 해상도 차이에 따른 디지털 엣지 검출의 오류는 무시하고 모든 디지털 이미지를 1024 × 768 해상도로 변환하여 분석에 사용하였다.
- 본 연구에서는 이러한 무인 항공기의 촬영 기술을 이용해 발파 파쇄석의 평면 디지털 이미지와 기존 정면 이미지를 동시에 획득하였고, 이를 상용 프로그램인 Split Desktop 2.0 으로 분석하여 그 결과를 비교하였다. 각각의 결과들은 큰 차이점이 나지 않는 부분도 있었으나, 최대 입도 크기와 노이즈 처리 비율에서 뚜렷한 차이를 나타내었다.
- 정확도 검증을 위해 각각의 분석 결과들 중 최대 입도 부분에 대하여 수동으로 분석 후 결과를 도출하였다. 수동 분석은 디지털 이미지 취득시 설치한 스케일을 모니터 픽셀수로 환산한 뒤 최대 입도를 가지는 물체의 픽셀수와 비례식을 적용하여 계산하였다. 그 결과 평면 촬영된 이미지 분석 결과값이 93% 이상의 유사도를 보여 정면 촬영된 이미지 분석결과에 비해 월등함을 확인하였다.
- 드론을 이용한 평면 촬영 시에는 전체 대상물의 이미지 획득에 문제가 없으나, 이를 정면 촬영할 시에는 촬영 각도 및 발파암 경사면의 각도에 의해 간섭 현상이 심하게 나타나므로 이를 보완하기 위하여 정면 촬영을 우선적으로 실시하고 그 후 획득된 이미지를 기준으로 구역을 분할하였다. 정면 촬영된 이미지의 최대 능선을 기준하여 마킹을 하고 분석 구간을 나누었다(Fig. 3(b), 4(b)).
- 본 연구에서는 발파의 결과물로 생산되는 발파 파쇄 암의 파쇄도를 보다 정확히 측정하기 위한 방법으로 무인항공기(UAV)를 이용한 평면 촬영 이미지 획득 및 그 분석 결과를 비교하였다. 중규모 발파와 대규모 발파 후 각각 생산된 파쇄암들을 대상으로 정면 및 평면 디지털 이미지를 동시에 획득하였으며 이를 Split Desktop 2.0 으로 분석하여 파쇄입도 분포, 노이즈 비율, P80 입도 및 최대입자 사이즈를 각각 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 부산 국제물류 9공구 현장에서 발파 파쇄암을 대상으로 디지털 이미지를 수집하였다. 각각 중규모, 대규모 발파작업 후 생산된 파쇄암 구역을 크게 3등분하여 임의로 분할하였고 각각의 구역에 대하여 평면 이미지와 정면 이미지를 동시에 획득하였다.
- 각각 중규모, 대규모 발파작업 후 생산된 파쇄암 구역을 크게 3등분하여 임의로 분할하였고 각각의 구역에 대하여 평면 이미지와 정면 이미지를 동시에 획득하였다. 파쇄암 더미의 경사각도가 일정하지 않았으나 항공짐벌의 틸트를 조절해 경사각의 수직 방향으로 카메라 각도를 일치시킨 후 평면 이미지를 획득하였으며, 촬영에 사용된 기종은 Matrice 600 기체 및 전용 짐벌 카메라 X3를 사용하였다.
데이터처리
- 3. 정확도 검증을 위해 각각의 분석 결과들 중 최대 입도 부분에 대하여 수동으로 분석 후 결과를 도출하였다. 수동 분석은 디지털 이미지 취득시 설치한 스케일을 모니터 픽셀수로 환산한 뒤 최대 입도를 가지는 물체의 픽셀수와 비례식을 적용하여 계산하였다.
- Top Size를 분석한 결과에서 정면 이미지와 평면 이미지의 차이가 확연하게 나타났으며 이를 검증하기 위해 이미지 상에 표기된 1.0m 스케일 바의 pixel 값을 기준으로 재측정 하였다. 그 결과 평면 이미지상에서 수동으로 추출한 최대 입도가 분석결과의 최대 입도와 평균 약 93% 이상 동일하게 나왔으며, 따라서 평면 이미지 분석결과의 최대입도는 정면 이미지 분석결과에 비해 신뢰도가 월등하다고 판단된다.
성능/효과
- 2. 상대적으로 많은 파쇄암 엣지가 검출됨에 따라 정면 이미지 분석에서는 보다 많은 양의 노이즈 처리 부분이 나타났다. 노이즈 필터링은 보다 정확한 분석결과를 얻기 위한 기법이나, 15%를 초과하는 노이즈 처리는 분석결과 중 평균 입도를 현저히 낮추는 결과를 야기하였다.
- 4. 대규모 발파의 평균 파쇄도 분석에서 평면 이미지의 분석 결과가 정면 이미지 분석결과에 비해 높게 나타났다. 이 또한 상대적으로 낮은 노이즈 비율로 인한 전체 파쇄입도 상승으로 판단된다.
- 0 으로 분석하여 그 결과를 비교하였다. 각각의 결과들은 큰 차이점이 나지 않는 부분도 있었으나, 최대 입도 크기와 노이즈 처리 비율에서 뚜렷한 차이를 나타내었다. 최대입도의 상이점에 대해 디지털 이미지 상의 픽셀값을 수동 계산함으로서 평면 이미지 분석결과의 최대입도가 월등히 정확하다는 결과를 얻었다.
- 0m 스케일 바의 pixel 값을 기준으로 재측정 하였다. 그 결과 평면 이미지상에서 수동으로 추출한 최대 입도가 분석결과의 최대 입도와 평균 약 93% 이상 동일하게 나왔으며, 따라서 평면 이미지 분석결과의 최대입도는 정면 이미지 분석결과에 비해 신뢰도가 월등하다고 판단된다.
- 수동 분석은 디지털 이미지 취득시 설치한 스케일을 모니터 픽셀수로 환산한 뒤 최대 입도를 가지는 물체의 픽셀수와 비례식을 적용하여 계산하였다. 그 결과 평면 촬영된 이미지 분석 결과값이 93% 이상의 유사도를 보여 정면 촬영된 이미지 분석결과에 비해 월등함을 확인하였다.
- 상대적으로 많은 파쇄암 엣지가 검출됨에 따라 정면 이미지 분석에서는 보다 많은 양의 노이즈 처리 부분이 나타났다. 노이즈 필터링은 보다 정확한 분석결과를 얻기 위한 기법이나, 15%를 초과하는 노이즈 처리는 분석결과 중 평균 입도를 현저히 낮추는 결과를 야기하였다. UAV를 이용한 평면 이미지에서는 노이즈 부분이 5%를 초과 하지 않았다.
- 대규모 발파의 경우 입도 분포의 차이가 확연히 드러났으며 특히 평면 이미지 분석 결과의 입도가 비교적 고른 분포를 보인 반면, 정면 이미지 분석 결과의 경우 5 mm 이내 구간과 125 mm ~ 500 mm 입도구간에서 급격한 추세 변화를 보였다. 또한 Fig.
- 이것은 입자로 분류되지 못한 체적이 더 많이 존재한다는 의미이며 따라서 노이즈 처리 비율이 낮을수록 정확한 분석 결과에 가깝다고 볼 수 있다. 또한 대규모 발파 sector 3 파쇄암의 정면 이미지 분석 결과 P80 입도가 매우 상이하게 도출되었는데, 이를 육안상으로 재검토한 결과 P80 의 입도가 물리적으로 101 mm 내외가 될 수 없다는 결론을 내렸다. 따라서 이것은 과도한 노이즈 처리로 인한 전체 입도의 급격한 감소인 것으로 추정되며 프로그램상의 오류 혹은 정면 이미지 처리의 한계점으로 판단된다.
- 이러한 노이즈는 분석 시오차율에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 분석 전 노이즈 필터링을 거치는데 이러한 필터링이 과도하게 적용될 경우에도 마찬가지로 결과 오차가 발생할 수 있으므로 적절한 필터링이 필요하다. 본 실험의 분석 시 노이즈 필터링 값은 default 값인 7 pixel 을 적용하였으며 그 결과 정면 촬영된 이미지에서 노이즈 처리비율이 상대적으로 크게 나타났다. 이것은 입자로 분류되지 못한 체적이 더 많이 존재한다는 의미이며 따라서 노이즈 처리 비율이 낮을수록 정확한 분석 결과에 가깝다고 볼 수 있다.
- 중규모 발파의 분석 결과 200 mm ~ 300 mm 입도 구간에서 상이점을 보였으며, 250 mm 입도에서 차이가 뚜렷하게 나타났다. 특히 5 mm 이내 입도구간은 큰 차이가 나타났다.
- 각각의 결과들은 큰 차이점이 나지 않는 부분도 있었으나, 최대 입도 크기와 노이즈 처리 비율에서 뚜렷한 차이를 나타내었다. 최대입도의 상이점에 대해 디지털 이미지 상의 픽셀값을 수동 계산함으로서 평면 이미지 분석결과의 최대입도가 월등히 정확하다는 결과를 얻었다.
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