지표레이더(GPR) 탐사자료를 이용한 지하공동 분석 시 신뢰도 향상을 위한 영상처리기법의 활용 Application of Image Processing Techniques to GPR Data for the Reliability Improvement in Subsurface Void Analysis원문보기
최근 도심 내 지반침하 사고가 증가하면서 지하공동 분포의 정밀한 조사를 위하여 지표레이다 탐사가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 지표레이다 탐사 자료의 일반적인 해석은 기초적인 자료처리만 적용된 후, 주관적인 분석이 수행되기 때문에 해석 결과의 신뢰도 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 이 연구에서는 영상처리 분야 기술 중에 하나인 모서리 탐지 기법을 지표레이다 탐사 자료의 공동 및 파이프와 같은 강력한 회절원에 의한 이벤트에 적용시켜 그 특성을 분석하였다. 분석을 위하여 공동 또는 매설관로 등에 대해 얻어진 지표레이다 탐사 현장자료에 영상처리 기술을 적용하였다. 그 결과, 모서리 탐지 기법을 이용하여 공동 또는 매설관로 등의 회절원에 의한 주요 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 급격한 경사를 가지며 기록되는 강력한 회절원에 의한 이벤트와 달리 지반침하를 일으키는 공동은 비교적 넓은 규모를 가지고 있어 완만한 경사 이벤트로 기록되기 때문에 진폭변화에 따른 방향성 분석을 통해 회절원에 의한 이벤트들과 효과적으로 분리할 수 있었다. 효과적으로 분리된 결과들을 바탕으로 해석을 수행하게 되면 지하공동 분석 시 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 향후, 이러한 기법들이 많은 현장자료에 대해 검증을 거친다면 방대한 양의 지표레이다 탐사 자료 해석의 반자동화에도 기여할 수 있을 것이라고 기대된다.
최근 도심 내 지반침하 사고가 증가하면서 지하공동 분포의 정밀한 조사를 위하여 지표레이다 탐사가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 지표레이다 탐사 자료의 일반적인 해석은 기초적인 자료처리만 적용된 후, 주관적인 분석이 수행되기 때문에 해석 결과의 신뢰도 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 이 연구에서는 영상처리 분야 기술 중에 하나인 모서리 탐지 기법을 지표레이다 탐사 자료의 공동 및 파이프와 같은 강력한 회절원에 의한 이벤트에 적용시켜 그 특성을 분석하였다. 분석을 위하여 공동 또는 매설관로 등에 대해 얻어진 지표레이다 탐사 현장자료에 영상처리 기술을 적용하였다. 그 결과, 모서리 탐지 기법을 이용하여 공동 또는 매설관로 등의 회절원에 의한 주요 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 급격한 경사를 가지며 기록되는 강력한 회절원에 의한 이벤트와 달리 지반침하를 일으키는 공동은 비교적 넓은 규모를 가지고 있어 완만한 경사 이벤트로 기록되기 때문에 진폭변화에 따른 방향성 분석을 통해 회절원에 의한 이벤트들과 효과적으로 분리할 수 있었다. 효과적으로 분리된 결과들을 바탕으로 해석을 수행하게 되면 지하공동 분석 시 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이라고 생각한다. 향후, 이러한 기법들이 많은 현장자료에 대해 검증을 거친다면 방대한 양의 지표레이다 탐사 자료 해석의 반자동화에도 기여할 수 있을 것이라고 기대된다.
Recently, ground-penetrating radar (GPR) surveys have been actively carried out for precise subsurface void investigation because of the rapid increase of subsidence in urban areas. However, since the interpretation of GPR data was conducted based on the interpreter's subjective decision after apply...
Recently, ground-penetrating radar (GPR) surveys have been actively carried out for precise subsurface void investigation because of the rapid increase of subsidence in urban areas. However, since the interpretation of GPR data was conducted based on the interpreter's subjective decision after applying only the basic data processing, it can result in reliability problems. In this research, to solve these problems, we analyzed the difference between the events generated from subsurface voids and those of strong diffraction sources such as the buried pipeline by applying the edge detection technique, which is one of image processing technologies. For the analysis, we applied the image processing technology to the GRP field data containing events generated from the cavity or buried pipeline. As a result, the main events by the subsurface void or diffraction source were effectively separated using the edge detection technique. In addition, since subsurface voids associated with the subsidence has a relatively wide scale, it is recorded as a gentle slope event unlike the event caused by the strong diffraction source recorded with a sharp slope. Therefore, the directional analysis of amplitude variation in the image enabled us to effectively separate the events by the subsurface void from those by the diffraction source. Interpretation based on these kinds of objective analysis can improve the reliability. Moreover, if suggested techniques are verified to various GPR field data sets, these approaches can contribute to semiautomatic interpretation of large amount of GPR data.
Recently, ground-penetrating radar (GPR) surveys have been actively carried out for precise subsurface void investigation because of the rapid increase of subsidence in urban areas. However, since the interpretation of GPR data was conducted based on the interpreter's subjective decision after applying only the basic data processing, it can result in reliability problems. In this research, to solve these problems, we analyzed the difference between the events generated from subsurface voids and those of strong diffraction sources such as the buried pipeline by applying the edge detection technique, which is one of image processing technologies. For the analysis, we applied the image processing technology to the GRP field data containing events generated from the cavity or buried pipeline. As a result, the main events by the subsurface void or diffraction source were effectively separated using the edge detection technique. In addition, since subsurface voids associated with the subsidence has a relatively wide scale, it is recorded as a gentle slope event unlike the event caused by the strong diffraction source recorded with a sharp slope. Therefore, the directional analysis of amplitude variation in the image enabled us to effectively separate the events by the subsurface void from those by the diffraction source. Interpretation based on these kinds of objective analysis can improve the reliability. Moreover, if suggested techniques are verified to various GPR field data sets, these approaches can contribute to semiautomatic interpretation of large amount of GPR data.
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문제 정의
또한, 실제 다양한 이벤트들이 기록된 GPR 탐사 자료에서 공동에 의한 이벤트를 효과적으로 분리할 수 있는지 알아보기 위하여 실제 공동 모사 사이트에서 획득된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법 및 방향성 추출기법을 적용하여 이벤트들을 추출 및 분석하였다. 그리고 분석결과를 토대로 기존 방법 보다 신뢰도 높게 지하 공동의 존재 여부를 분석할 수 있는지의 가능성에 대해 고찰해 보았다.
다음으로 지하 공동과 함께 GPR 탐사 자료에 혼재되어 나타날 가능성이 있는 강력한 회절원에 의한 이벤트가 포함된 자료의 특성을 분석해 보았다. 연구에 사용된 자료는 앞에서와 마찬가지로 GSSI 사이트에서 무료로 제공되는 예시자료로 Fig.
7(b)와 같이 일반적인 GPR 탐사 자료는 앞선 분석에 사용된 간단한 예시 자료들과 달리 다양한 이벤트가 혼재되어 나타나기 때문에, 이 자료를 가지고 해석자가 해석을 실시할 경우, 객관성이 결여되어 낮은 신뢰도의 해석 결과가 도출되게 된다. 따라서, 이러한 문제를 보완하고 해석의 신뢰도를 향상 시키기 위하여 기초자료처리가 된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용하여 공동에 의한 이벤트를 효과적으로 분리해보고자 하였다.
이 연구에서는 GPR 탐사 자료를 이용하여 지하공동을 분석할 때, 영상처리기법 중 하나인 모서리 탐지 기법을 적용하여 보다 신뢰도 높은 해석 가능성에 대하여 검토했다. 이를 위하여 먼저 간단한 GPR 탐사 예시 자료를 분석함으로써 공동 및 강력한 회절원의 이벤트 특성을 분석하였다.
이 연구에서는 Harris and Stephens (1988)이 제안한 모서리 탐지 기법 및 방향성 추출기법을 소개하고, GPR 탐사 예시 자료에 적용해 봄으로써 지하공동에서 발생하는 이벤트와 매설관 등의 회절원에서 발생하는 이벤트들의 차이를 분석하였다. 또한, 실제 다양한 이벤트들이 기록된 GPR 탐사 자료에서 공동에 의한 이벤트를 효과적으로 분리할 수 있는지 알아보기 위하여 실제 공동 모사 사이트에서 획득된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법 및 방향성 추출기법을 적용하여 이벤트들을 추출 및 분석하였다.
모서리 탐지 기법을 적용한 결과 주변의 불필요한 이벤트를 제외하고 공동 또는 회절원에 의한 이벤트가 효과적으로 분리되는 것을 확인하였으며, 지반침하에 원인이 되는 지하공동은 매설관로에 비해 규모가 크기 때문에 강렬한 회절원에 의해 발생된 급격한 쌍곡선 이벤트와 달리 완만한 경사를 가지며 기록되는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 결과를 바탕으로 현장 적용성을 알아보기 위하여 실대형 실험장에서 획득된 탐사자료에 제안된 방법을 적용해 보았다. 이때, 이득제어와 주파수 필터를 적용하는 과정이 모서리 탐지 기법의 결과에 많은 영향을 줌을 확인할 수 있었고, 이득제어의 경우 전체적인 진폭이 유사하게 보상되도록 설정하는 것이 중요하며, 주파수 필터의 경우, 전체적으로 나타나는 이상 잡음의 주파수 성분 분석을 토대로 적절한 필터를 적용해 주어야 함을 확인할 수 있었다.
가설 설정
The events in the image can be classified based on the R value: (1) Flat event in the image is in accord with R value close to zero. (2) Edge event in the image correspond to negative R value. (3) Corner event in the image correspond to positive R value (modified from lecture note of Robert Collins, http:// www.
제안 방법
연구에 사용된 GPR 탐사 자료는 UGS (Under Ground Safety)융합연구단 지하수지질환경감시연구팀의 지하수 및 지질환경 실시간 예측기술 과제의 일환으로 수행된 실험에서 획득된 것으로, 실험에 대해 간략하게 소개하면 다음과 같다. Fig. 6와 같이 가로길이 6 m, 세로길이 4 m, 깊이 2.5 m의 토조를 제작하고, 공동을 형성하기 위하여 토조내부에 가로, 세로 및 높이 1 m, 1 m, 0.5 m의 크기의 얼음을 1.5 ~ 2.0 m 심도의 토조 중앙부에 배치하였다. 배치된 얼음을 융해하여 공동을 형성하였으며, 지하수위를 상승시켜 지하공동이 함몰되도록 유도하였다.
GPR 탐사는 얼음 해빙 전, 후 그리고 지하수위를 변경하면서 3번의 추가 탐사가 실시되었으며, 이때, 종방향으로 8개의 측선(L1, L3, L5-L7, L9, L11, L13), 횡방향으로 9개의 측선(C3, C5, C7-C11, C13, C15)을 따라 자료가 취득되었다.
이 연구에서는 Harris and Stephens (1988)이 제안한 모서리 탐지 기법 및 방향성 추출기법을 소개하고, GPR 탐사 예시 자료에 적용해 봄으로써 지하공동에서 발생하는 이벤트와 매설관 등의 회절원에서 발생하는 이벤트들의 차이를 분석하였다. 또한, 실제 다양한 이벤트들이 기록된 GPR 탐사 자료에서 공동에 의한 이벤트를 효과적으로 분리할 수 있는지 알아보기 위하여 실제 공동 모사 사이트에서 획득된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법 및 방향성 추출기법을 적용하여 이벤트들을 추출 및 분석하였다. 그리고 분석결과를 토대로 기존 방법 보다 신뢰도 높게 지하 공동의 존재 여부를 분석할 수 있는지의 가능성에 대해 고찰해 보았다.
0 m 심도의 토조 중앙부에 배치하였다. 배치된 얼음을 융해하여 공동을 형성하였으며, 지하수위를 상승시켜 지하공동이 함몰되도록 유도하였다. GPR 탐사는 얼음 해빙 전, 후 그리고 지하수위를 변경하면서 3번의 추가 탐사가 실시되었으며, 이때, 종방향으로 8개의 측선(L1, L3, L5-L7, L9, L11, L13), 횡방향으로 9개의 측선(C3, C5, C7-C11, C13, C15)을 따라 자료가 취득되었다.
예시 자료에 의한 연구 결과를 토대로 다양한 이벤트가 혼재되어 있는 GPR 탐사 자료에 영상처리기법을 적용하여 보다 신뢰도 높게 공동의 존재여부를 분석할 수 있는지에 대해 연구하고자 실제 공동함몰을 모사한 사이트에서 획득된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용해보았다. 연구에 사용된 GPR 탐사 자료는 UGS (Under Ground Safety)융합연구단 지하수지질환경감시연구팀의 지하수 및 지질환경 실시간 예측기술 과제의 일환으로 수행된 실험에서 획득된 것으로, 실험에 대해 간략하게 소개하면 다음과 같다.
이러한 주파수 영역 진폭 빛띠의 경우 비이상적으로 하나의 주파수에서 강한 진폭을 가지며 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 파수 영역 진폭 빛띠의 경우 전체 영역에 걸쳐 잡음과 같은 에너지가 섞여서 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이러한 두 특성을 동시에 효과적으로 제거하고 주요한 이벤트 만을 남기기 위하여 이 연구에서는 주파수-파수 영역에서 공간적으로 가우시안 형태를 가지는 필터를 적용해주었다(Fig. 8(i)).
이 연구에서는 GPR 탐사 자료를 이용하여 지하공동을 분석할 때, 영상처리기법 중 하나인 모서리 탐지 기법을 적용하여 보다 신뢰도 높은 해석 가능성에 대하여 검토했다. 이를 위하여 먼저 간단한 GPR 탐사 예시 자료를 분석함으로써 공동 및 강력한 회절원의 이벤트 특성을 분석하였다. 모서리 탐지 기법을 적용한 결과 주변의 불필요한 이벤트를 제외하고 공동 또는 회절원에 의한 이벤트가 효과적으로 분리되는 것을 확인하였으며, 지반침하에 원인이 되는 지하공동은 매설관로에 비해 규모가 크기 때문에 강렬한 회절원에 의해 발생된 급격한 쌍곡선 이벤트와 달리 완만한 경사를 가지며 기록되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 이러한 잡음을 효과적으로 제거하기 위한 추가적인 필터의 적용이 필요하게 된다. 이를 위하여 주파수-파수 영역( f-k domain)으로 자료를 변환하여 잡음의 특성을 분석하였다. Fig.
지하공동에 의해 발생하는 GPR 탐사 이벤트의 특성을 알아보기 위하여 먼저 공동에 의한 이벤트가 강하게 나타나는 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용해 보았다. 연구에 사용된 탐사자료는 GSSI사 사이트(http://www.
대상 데이터
예시 자료에 의한 연구 결과를 토대로 다양한 이벤트가 혼재되어 있는 GPR 탐사 자료에 영상처리기법을 적용하여 보다 신뢰도 높게 공동의 존재여부를 분석할 수 있는지에 대해 연구하고자 실제 공동함몰을 모사한 사이트에서 획득된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용해보았다. 연구에 사용된 GPR 탐사 자료는 UGS (Under Ground Safety)융합연구단 지하수지질환경감시연구팀의 지하수 및 지질환경 실시간 예측기술 과제의 일환으로 수행된 실험에서 획득된 것으로, 실험에 대해 간략하게 소개하면 다음과 같다. Fig.
성능/효과
공동이 무너지면서 공동 상부가 점점 지표면 방향으로 위치이동을 하여 앞선 Fig. 9(b)보다 초기 시간대에 공동 상부가 경계로 분리되어 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 공동 하부가 무너짐에 따라 복잡한 파의 산란이 발생하게 되고, 잡음을 제거하고 모서리 탐지 기법을 적용하였을 때에도 공동하부가 대부분 모서리로 분리 되어 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 현장 자료만을 이용하여 해석을 진행하는 것보다 모서리 탐지 기법 등을 적용함으로써 특성이 부각된 자료와 동시 해석을 진행하게 되면, 보다 공동 존재 여부를 신뢰도 높게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 공동의 함몰 진행 여부 등의 추가적인 정보를 얻을 수 있다.
3과 같다. R 값을 계산하여 영상을 분석하는 방법 이외에 구조텐서의 성분 및 구조텐서의 고유값 분석을 통해 획득된 고유벡터를 이용하여 영상의 방향성을 분석하는 방법이 있으며, 이 방법들의 결과를 바탕으로 영상에 대해 종합적인 분석을 실시하면 분석하고자 하는 이벤트를 보다 정밀하게 파악할 수 있다. 이때, 방향성을 분석하는 두 가지 방법 중 구조텐서의 성분을 이용하는 방법의 경우, 추가적인 계산 과정 없이 적용이 가능한 장점이 있으며, 구조벡터의 고유벡터를 이용하는 방법의 경우, 보다 세밀한 이벤트 각도에 따른 분석을 수행 할 수 있다.
다음으로 선형 경계의 경우, 한쪽 방향으로 넓게 퍼진 분포로 나타나기 때문에 하나의 고유값만 크게 나타남을 확인할 수 있다. 마지막으로, 모서리의 경우, 양쪽 방향으로 넓게 퍼진 분포로 나타나기 때문에 두 개의 고유값이 모두 큰 값을 나타냄을 확인할 수 있다. 따라서, 이 예를 통해 영상 내 진폭 변화에 따른 성분들의 고유값 특성을 이용하여, 자료에서 평면, 선형경계, 모서리를 구분할 수 있음을 알 수 있다.
이를 위하여 먼저 간단한 GPR 탐사 예시 자료를 분석함으로써 공동 및 강력한 회절원의 이벤트 특성을 분석하였다. 모서리 탐지 기법을 적용한 결과 주변의 불필요한 이벤트를 제외하고 공동 또는 회절원에 의한 이벤트가 효과적으로 분리되는 것을 확인하였으며, 지반침하에 원인이 되는 지하공동은 매설관로에 비해 규모가 크기 때문에 강렬한 회절원에 의해 발생된 급격한 쌍곡선 이벤트와 달리 완만한 경사를 가지며 기록되는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 분석된 결과를 바탕으로 현장 적용성을 알아보기 위하여 실대형 실험장에서 획득된 탐사자료에 제안된 방법을 적용해 보았다.
이때, 직접파를 제거하는 다양한 방법이 존재하지만, 직접파를 제외한 다른 이벤트에 영향을 주지 않는 방법을 선택하는 것이 중요하다. 여러가지 직접파 제거 기법을 적용해본 결과, 평균 트레이스를 전체 트레이스에서 제거해주는 평균 트레이스 제거 필터(Trace mean filter)를 걸어주는 방법이 가장 효과적임을 확인할 수 있었고, 이는 직접파가 다른 신호들과 달리 모든 트레이스에서 같은 시간에 같은 진폭으로 기록되기 때문이다. 이 방법을 이용하여 직접파를 제거한 결과는 Fig.
이때, 이득제어와 주파수 필터를 적용하는 과정이 모서리 탐지 기법의 결과에 많은 영향을 줌을 확인할 수 있었고, 이득제어의 경우 전체적인 진폭이 유사하게 보상되도록 설정하는 것이 중요하며, 주파수 필터의 경우, 전체적으로 나타나는 이상 잡음의 주파수 성분 분석을 토대로 적절한 필터를 적용해 주어야 함을 확인할 수 있었다. 이 연구에 사용된 탐사자료의 경우, 주파수-파수영역에서 공간적으로 가우시안 형태를 가지는 필터를 적용해주면 효과적으로 잡음이 제거됨을 확인할 수 있었다. 처리된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용한 결과, 현장 자료에서도 효과적으로 이벤트들이 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 앞서 분석된 결과를 토대로 공동에 의한 이벤트와 그 외 회절원에 의한 이벤트들을 분리하기 위하여 모서리 탐지 기법 중 유도된 방향성 성분을 도시하였다.
이렇게 분석된 결과를 바탕으로 현장 적용성을 알아보기 위하여 실대형 실험장에서 획득된 탐사자료에 제안된 방법을 적용해 보았다. 이때, 이득제어와 주파수 필터를 적용하는 과정이 모서리 탐지 기법의 결과에 많은 영향을 줌을 확인할 수 있었고, 이득제어의 경우 전체적인 진폭이 유사하게 보상되도록 설정하는 것이 중요하며, 주파수 필터의 경우, 전체적으로 나타나는 이상 잡음의 주파수 성분 분석을 토대로 적절한 필터를 적용해 주어야 함을 확인할 수 있었다. 이 연구에 사용된 탐사자료의 경우, 주파수-파수영역에서 공간적으로 가우시안 형태를 가지는 필터를 적용해주면 효과적으로 잡음이 제거됨을 확인할 수 있었다.
이 연구에 사용된 탐사자료의 경우, 주파수-파수영역에서 공간적으로 가우시안 형태를 가지는 필터를 적용해주면 효과적으로 잡음이 제거됨을 확인할 수 있었다. 처리된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용한 결과, 현장 자료에서도 효과적으로 이벤트들이 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 앞서 분석된 결과를 토대로 공동에 의한 이벤트와 그 외 회절원에 의한 이벤트들을 분리하기 위하여 모서리 탐지 기법 중 유도된 방향성 성분을 도시하였다. 그 결과, 두 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과들을 이용하여 복합적으로 해석하게 되면, 보다 신뢰도 높은 객관적인 결과를 얻을 수 있을 것이라고 생각된다.
후속연구
(b)에서 분류된 성분들을 추가적으로 분리해 낼 수 있다면 보다 효과적으로 자료를 해석할 수 있을 것이라고 판단하였다.
10(d)에서 확인할 수 있듯이 사이트 구축 시 수행된 지반 다짐 과정에서 지층경계가 만들어져 발생한 것으로 분석되며, C로 표기된 하부의 이벤트가 공동상부로부터 발생된 것으로 확인되었다. 결과적으로 GPR 탐사자료에 모서리 탐지 기법 및 방향성 분석 기법을 적용하여 복합적인 해석을 수행함으로써 보다 정확하게 공동의 위치를 파악할 수 있었으며, 이러한 결과는 특히나 방대한 자료를 해석해야 하는 상황에서 해석의 시간을 단축하고, 신뢰도 높은 해석을 할 수 있게 도와줄 것으로 기대된다.
4(e)와 같이 공동에 의한 이벤트 만이 보다 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로 모서리 탐지 기법을 GPR 자료에 적용하면 해석의 대상이 되는 이벤트를 효과적으로 분리할 수 있기 때문에 해석 시 보다 객관적이고 신뢰도 높은 분석 결과를 얻는데 도움을 줄 수 있게 된다. 특히나, 방대한 자료를 해석할 때, 그 효과가 더욱 높아질 것으로 기대된다.
처리된 GPR 탐사 자료에 모서리 탐지 기법을 적용한 결과, 현장 자료에서도 효과적으로 이벤트들이 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 앞서 분석된 결과를 토대로 공동에 의한 이벤트와 그 외 회절원에 의한 이벤트들을 분리하기 위하여 모서리 탐지 기법 중 유도된 방향성 성분을 도시하였다. 그 결과, 두 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과들을 이용하여 복합적으로 해석하게 되면, 보다 신뢰도 높은 객관적인 결과를 얻을 수 있을 것이라고 생각된다. 앞으로 추가적인 영상처리기법들을 다양한 GPR 탐사 자료에 적용함으로써 공동에 의한 특성을 추출할 수 있는 기준을 분석하고 체계화 할 수 있다면, 향후 GPR 탐사 자료를 이용한 지하 공동 분석 자동화 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.
이러한 영상처리기법 중 모서리 탐지 기법(corner detection method)은 영상 내 진폭변화의 방향분석을 토대로 모서리(Corner), 선형경계(Linear edge), 평면(Flat)을 분석 및 추출하는 방법으로 영상 내 주요한 이벤트를 추출하거나 물체를 추론하기 위한 목적으로 활용되고 있다. 따라서, 모서리 탐지 기법을 이용하여 GPR 탐사 자료로부터 공동에 의한 이벤트만을 효과적으로 추출해 낼 수 있다면 해석의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이다.
향후 공동이 존재하는 지역에서 획득된 다양한 자료를 이용하여 공동만이 보여줄 수 있는 추가적인 특성에 대한 연구가 필요하다. 또한, 그 특성을 효과적으로 분류하기 위한 모서리 탐지 기법이나 방향성 분석 방법 등의 영상처리기법을 적용해봄으로써 분류기준을 체계화할 수 있다면, GPR 탐사 자료를 이용하여 지하공동 존재 여부에 대한 보다 향상된 신뢰도 높은 분석 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 GPR 탐사 자료를 이용한 지하공동 분석의 자동화로 연계될 수 있을 것이다.
그 결과, 두 이벤트들이 효과적으로 분리되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과들을 이용하여 복합적으로 해석하게 되면, 보다 신뢰도 높은 객관적인 결과를 얻을 수 있을 것이라고 생각된다. 앞으로 추가적인 영상처리기법들을 다양한 GPR 탐사 자료에 적용함으로써 공동에 의한 특성을 추출할 수 있는 기준을 분석하고 체계화 할 수 있다면, 향후 GPR 탐사 자료를 이용한 지하 공동 분석 자동화 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.
향후 공동이 존재하는 지역에서 획득된 다양한 자료를 이용하여 공동만이 보여줄 수 있는 추가적인 특성에 대한 연구가 필요하다. 또한, 그 특성을 효과적으로 분류하기 위한 모서리 탐지 기법이나 방향성 분석 방법 등의 영상처리기법을 적용해봄으로써 분류기준을 체계화할 수 있다면, GPR 탐사 자료를 이용하여 지하공동 존재 여부에 대한 보다 향상된 신뢰도 높은 분석 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 GPR 탐사 자료를 이용한 지하공동 분석의 자동화로 연계될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
모서리 탐지 기법이란 무엇인가?
한편, 영상처리 분야에서는 이벤트를 분석하여 분리해 내기 위한 다양한 접근 방법들이 개발되어 왔다. 이러한 영상처리기법 중 모서리 탐지 기법(corner detection method)은 영상 내 진폭변화의 방향분석을 토대로 모서리(Corner), 선형경계(Linear edge), 평면(Flat)을 분석 및 추출하는 방법으로 영상 내 주요한 이벤트를 추출하거나 물체를 추론하기 위한 목적으로 활용되고 있다. 따라서, 모서리 탐지 기법을 이용하여 GPR 탐사 자료로부터 공동에 의한 이벤트만을 효과적으로 추출해 낼 수 있다면 해석의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것이다.
GPR 탐사 자료를 이용한 해석의 한계점은 무엇인가?
, 2011; Kang and Hsu, 2013). 하지만,GPR 탐사 자료를 이용한 해석은 기초 자료처리만 수행한 후,해석자가 주관적으로 지하공동의 존재 여부를 분석하였기 때문에 다양한 이벤트가 혼재되어 나타나는 탐사자료에서 정확도 높은 분석을 하는데 한계가 있었다. 특히 최근 차량탑재형 3차원 GPR탐사 시스템을 이용하여 지반침하 취약 지역에 대한 GPR탐사가 실시됨에 따라 방대한 양의 탐사자료가 실시간으로 취득되는 상황에서 기존의 방법으로 해석을 하게 되면 많은 시간이 소요 될 뿐만 아니라 보다 많은 해석오류가 발생할 가능성이 있다.
모서리 탐지 기법은 어떤 원리를 이용하는가?
이 방법은 주어진 자료에서 작은 윈도우를 설정하고, 설정된 윈도우 내에 포함되는 에너지를 계산한 후, 이 윈도우가 위치이동을 하였을 때, 변화하는 에너지를 계산하여 에너지 변화를 기반으로 영상을 분석하는 방법이다. 따라서, 모서리(Corner)에서 가장 많은 에너지 변화가 발생하고 경계가 없는 부분에서 에너지 변화가 없는 원리를 이용하며, 식 (1)과 같이 표현된다.
참고문헌 (7)
Cassidy, N. J., Eddies, R., and Dods, S., 2011, Void detection beneath reinforced concrete sections: The practical application of ground penetrating radar and ultrasonic techniques, Journal of Applied Geophysics, 74, 263-276.
Harris, C., and Stephens, M., 1988, A combined corner and edge detector, Proceedings of the 4th Alvey Vision Conference, 147-151.
Kang, Y. V., and Hsu, H., 2013, Application of Ground Penetrating Radar to Identify Shallow Cavities in a Coastal Dyke, Journal of Applied Science and Engineering, 16, 23-28.
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