[논문]지하투과레이더 신호의 보정을 통한 도심지 내 지반 이상구간의 검측

강성훈; 이종섭; 이성진; 이진욱; 홍원택

doi:10.9720/kseg.2017.3.217

지하투과레이더 신호의 보정을 통한 도심지 내 지반 이상구간의 검측
Detection of Abnormal Area of Ground in Urban Area by Rectification of Ground Penetrating Radar Signal 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.27 no.3, 2017년, pp.217 - 231

강성훈 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 이종섭 (고려대학교 건축사회환경공학부) , 이성진 (한국철도기술연구원 광역도시교통연구본부) , 이진욱 (한국철도기술연구원 광역도시교통연구본부) , 홍원택 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
AI-Helper

도심지 내 지반침하는 공동의 생성 및 체적함수비의 급격한 변화에 의하여 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 보정 기법이 적용된 지하투과레이더 신호를 이용하여 도심지 내 공동 및 체적함수비의 급격한 변화가 발생한 지반 이상 구간을 검측하고자 하였다. 지반 이상구간에 대한 신호 획득을 위하여 구형의 공동을 모사한 모형지반을 대상으로 지하투과레이더 탐사를 수행하였다. 필터링 기법을 적용하여 설정한 대역폭을 통과하는 신호만을 측정하였으며, 이후 이득 함수, 타임 제로, 배경 제거, 디콘볼루션, 영상 이득 기법을 적용하고 각 기법의 적용에 따른 신호의 변화양상을 비교하였다. 신호처리 및 영상화 기법을 적용한 결과, 공동 발생 구간의 전기적 임피던스 대소관계에 부합하는 위상이 나타났다. 지하투과레이더 측정 신호를 이용하여 산정한 상대 유전율과 모형지반의 체적함수비를 이용하여 예측한 상대 유전율을 비교한 결과, 각 방법으로 도출된 상대 유전율은 서로 유사한 값을 보였다. 이를 통하여 도심지와 같이 매설물의 깊이가 알려져 있는 경우, 보정된 지하투과 레이더 신호를 통하여 체적함수비의 급격한 변화 구간 또한 검측할 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서 제시된 신호의 보정 기법과 상대 유전율의 산정은 도심지 내 공동 발생 구간 및 체적함수비의 급격한 변화 구간과 같은 이상구간 검측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The subsidence of ground in urban area can be caused by the occurrence of the cavity and the change in ground volumetric water content. The objective of this study is the detection of abnormal area of ground in urban area where the cavity or the change in ground volumetric water content is occurred by the ground penetrating radar signal. GPR survey is carried out on the test bed with a circular buried object. From the GPR survey, the signals filtered by the bandpass filtering are measured, and the methods consisting of gain function, time zero, background removal, deconvolution and display gain are applied to the filtered signals. As a result of application of the signal processing methods, the polarity of signal corresponds with the relation of electrical impedance of the cavity and the ground in test bed. In addition, the relative permittivity calculated by GPR signal is compared with that of predicted by volumetric water content of the test bed. The relative permittivities obtained from two different methods show similar values. Therefore, the abnormal area where the change in ground volumetric water content is occurred can be detected from the results of the GPR survey in case the depth of underground utilities is known. Signal processing methods and estimation of relative permittivity performed in this study may be effectively used to detect the abnormal area of ground in urban area.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비파괴 시험법으로 널리 이용되고 있는 탐사에 무엇이 있는가?	비파괴 시험법으로는 지하투과레이더 탐사, 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사가 널리 이용되고 있다. 이들 탐사 방법들 중, 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사는 대상 지반에 대하여 전극 또는 수진기의 설치를 선행하여야 하므로 비교적 긴 탐사시간과 넓은 공간을 필요로 한다.
	도심지에서의 지반침하 및 지반함몰은 왜 일어나는가?	최근, 지반침하 및 지반함몰이 지속적으로 발생함에 따라 재산 및 인명피해가 잇따르고 있다. 특히 도심지에서의 지반침하 및 지반함몰은 수도관 손상으로 인한 공동의 발생 및 체적함수비 변화에 의하여 발생할 수 있으므로(Waltham et al., 2007), 이를 사전에 예방하기 위하여 공동의 생성 및 체적함수비의 급격한 변화가 발생한 지반 이상구간에 대한 조사는 필수적이다.
	본 논문에서 보정 기법이 적용된 지하투과레이더 신호를 이용하여 위상 분석 및 상대 유전율 산정을 수행하고 신호의 변화양상을 분석한 내용을 바탕으로 어떤 결론을 내렸는가?	1. 일련의 신호처리 기법을 거친 공동에 대한 지하투과레이더 측정 신호는 신호의 형상이 가시화되었으며, 실제 공동이 발생한 지반에서의 전기적 임피던스 대소관계에 부합 하는 위상을 띄었다. 이를 통하여 필터링, 이득 함수, 타임 제로, 배경제거, 디콘볼루션, 영상 이득으로 이루어진 보정 과정은 지하투과레이더 신호의 정확도를 향상시키는 것으로 판단되며, 보정된 지하투과레이더 신호를 통하여 공동이 발생한 이상구간을 검측 할 수 있을 것으로 판단된다. 2. 지하투과레이더 측정 신호의 도달 시간으로부터 도출된 상대 유전율과 모형지반의 체적함수비로부터 도출된 상대 유전율을 비교하였으며 두 상대 유전율은 유사한 값을 나타내었다. 이를 통하여 도심지와 같이 매설물의 깊이가 알려져 있는 경우, 보정된 지하투과레이더 신호의 도달 시간과 매설물의 깊이를 이용하여 대상지반의 체적함수비를 계산 할 수 있으며, 체적함수비가 급격하게 변하는 이상구간 또한 검측할 수 있을 것으로 판단된다.

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