[논문]현장 GPR 탐사자료와 지하공간통합지도 상호위치 정확도 분석에 관한 연구

송석진; 조해용; 한담혜; 김성길

doi:10.11108/kagis.2020.23.4.208

초록
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최근의 도심지에서 발생하고 있는 지반함몰 및 침하, 노후 지하시설물 파손 등의 지하 안전에 관한 이슈가 증가하고 있어 보다 정확한 지하시설물의 관리 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 현장에서 취득하는 GPR 탐사 성과로부터 취득한 지하시설물 공간정보와 지하공간통합지도의 공간정보를 상호 비교하는 기법을 도출하였다. 본 연구를 통해 개발한 지하공간통합지도 연계 현장활용 서비스 프로토타입 프로그램을 사용하여 강남역 주변 일부 구간에 대하여 현장 활용성 검증을 위한 GPR 탐사성과와 지하공간통합지도의 위치 정보를 비교한 결과 최대 0.879m, 최소 0.101m, 평균 오차는 0.625m로 나타났다. GPR탐사 성과의 정확도가 보장될 경우 지하공간통합지도의 위치정확도 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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Recently, issues regarding underground safety such as sink hole, ground subsidence and damage to old underground facilities have been increasing in urban areas, raising the need for more accurate management of underground facilities. Thus, this study derived a technique for comparing spatial data of...

Recently, issues regarding underground safety such as sink hole, ground subsidence and damage to old underground facilities have been increasing in urban areas, raising the need for more accurate management of underground facilities. Thus, this study derived a technique for comparing spatial data of underground facilities acquired from GPR exploration results acquired at the site with spatial data of integrated underground spatial maps. Using this underground space integrated map-linked service prototype program developed through this study, comparing the location information of the GPR exploration results and the underground space integrated map for the verification of site usability in some sections around Gangnam Station, the results demonstrated that the location of the map is 0.879m maximum, minimum of 0.101m and the average fudge factor was 0.625m. If accuracy of the GPR exploration results is guaranteed, it is judged that it can be used to improve the location accuracy of the underground space integration map.

주제어

표/그림 (11)

그림 FIGURE 1. Background and necessity of the study
그림 FIGURE 2. The final goal of the unit task and the scope of this study
표 TABLE 1. Software used for processing spatial information
그림 FIGURE 3. Structure of an underground space integration map object in glTF format
그림 FIGURE 4. Reconstruction of underground space integrated map object
그림 FIGURE 5. GPR survey result Object extraction
그림 FIGURE 6. GPR survey section and underground space integration map object intersection extraction
그림 FIGURE 7. Extraction of height of Upper pipe of Underground space integration map Object and GPR survey Object position analysis
그림 FIGURE 8. relate accuracy analysis module class design
그림 FIGURE 9. Field verification test with portotype program ※ The source if "prototype program execution screen capture" R&D report
표 TABLE 2. Accuracy comparison of underground space integrated map object and GPR survey result object

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는『지하공간통합지도 갱신 자동화 및 굴착 현장 안전관리지원 기술개발』연구사업의 2세부『지하공간통합지도 현장 활용기술 개발』 연구 중 단위과제인『탐사 현장 지하 공간 통합지 도 실시간 활용 기술 개발』연구에 속하며, 총 4차년도에 걸쳐 추진되는 연차 추진 연구 단계의 1차년도 연구에 해당한다. 또한, 본 단위과 제는 실시간 지하 공간 통합지도 활용 기반 지하 정보 탐사 현장 지원 시스템을 개발하는 것을 최종 목표로 추진하고 있으며, 본 연구에서는 2-2 세 세부 성과인 지하 공간통합 지도의 3차원 지하시설물 객체와 2-1세 세부의 성과인 GPR 탐사 성과로부터 추출 및 구성하는 3차원 지하 시설물 공간정보의 상호 간 위치를 비교하는 프로토타입 프로그램을 개발하여 지하 공간 통합지 도 데이터와 탐사 성과의 정확도를 검토하기 위한 기초자료로 활용하였다. 그림 2는 본 연구의 최종 목표 및 범위를 나타낸다.
최근의 도심지에서 지하 안전에 관한 이슈가 증가하고 있어 더욱 정확한 지하시설물의 관리 필요성이 대두되고 있으며, 지하시설물 탐사 현장 및 건설(굴착) 현장에서의 지하 공간 통합지도 활용이 매우 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지하 공간통합 지도를 현장에서 실시간으로 활용하고, 현장에서 취득하는 GPR 탐사 성과로부터 지하시설물의 공간정보를 쉽게 취득하며, 취득한 지하시설물 공간정보와 인근 위치의 지하 공간통합 지도의 공간정보를 상호 비교하는 기법을 통해 지하공 간통합지도의 위치 정확도를 간접적으로 확인하였다.

제안 방법

이상과 같이 정의한 계산식을 바탕으로 지하 공간 통합지도 객체와 GPR 탐사 성과 객체 간의 위치정확도 비교 분석 모듈을 그림 8과 같이 모듈 클래스를 설계하고 지하 공간 통합지도 연계 현장 활용 서비스 프로토타입 프로그램을 개발하였다.
지하 공간 통합지도 3차원 객체와 GPR 탐사 성과로부터 추출한 3차원 공간정보의 상호 위치 비교 분석을 개발하기 위해 Visual Studio 2019, .Net C#을 사용하였다, C# OpenGL 라이브러리인 OpenTK(Open Toolkit library) 4.
첫째, 지하 공간통합 지도와 GPR 탐사 성과로부터 추출한 객체 간의 위치 오차를 산출할 수 있는 프로토타입 프로그램을 개발하였다
탐사 현장 지하 공간 통합지도 실시간 활용을 위하여 지하 공간 통합지도 연계활용 서비스 프로토타입 프로그램을 개발하였으며, 현장 실증 테스트를 통해 프로그램의 정확도 분석 결과 및 활용성을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

지하 매질을 다라 전자파가 확산하기 때문에 전파되면서 습득되는 속도나 주파수에 따라 매질 층의 두께 및 위치정보를 습득할 수 있다. 2-1세세부 연구를 통해 현장에서 취득한 자료는 그림 5와 같이 GPR 탐사 단면을 구성한다.
본 연구사업의 2세부『지하공간통합지도 현장 활용기술 개발』중 2-1세 세부 연구의 단위 과제“3D 정밀 지하정보 수집 및 통합데이터 처리 기술 개발”을 통해 현장에서 수집되는 GPR 탐사 성과는 CSV 형태로 수집된다. GPR (Ground Penetrating Radar) 탐사는 전자기파 (Electromagnetic wave) 중 고주파를 탐사 장비에서 방사 시켜 반사되는 신호의 속도, 세기 등을 통해 목표물의 위치와 성질을 파악하는 레이다 탐사법을 지하 공간에 적용한 기술이다 (Travassos et al.

성능/효과

두 지역 모두 단면 1∼단면 5까지 모든 단면에서 지하 공간통합 지도와 GPR 탐사 성과 객체 간의 위치 오차를 산출할 수 있었으며, 상호 비교 분석 결과 Loc.1의 단면 1에서 최대 0.844 m, 단면 5에서 최소 0.101m, Loc.2의 단면 1에서 최대 0.879m, 단면3에서 최소 0.799m의 위치 오차가 보였다. 표 2는 현장 실증 위치에서 GPR 탐사 성과로 생성한 객체 위치와 지하공 간통합지도 객체 간의 상호 위치 값을 나타낸다.
둘째, 본 연구에서 개발한 프로그램을 활용하여 분석한 결과 현장 실증 지역에서 최소 0.101m, 최대 0.879m, 평균 0.625m, RMSE 0.668m의 위치 오차를 확인하였다.

후속연구

본 연구에 사용된 GPR 탐사 장비의 성과는 향후 테스트베드의 정확도 검증을 통해 공공측량 성과 기준을 만족할 경우 지하 공간 통합지도 갱신에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
셋째, 현재 개발된 프로토타입 프로그램의 상대 위치 산출 결과를 토대로 단면 간격의 조정 기능 및 거리오차에 따른 지하시설물 종류의 일치 여부를 판단하는 기능이 추가로 필요할 것으로 판단되어 차년도 연구에서 고도화에 적용할 계획이다. 추후 지속적인 연구를 통해 GPR 탐사성과의 정확도가 보장될 경우 지하공간 통 합지도의 위치정확도 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 탐사 현장에서의 지하공간 통합 지도 활용에 기여할 수 있을 것으로 판단한다.
셋째, 현재 개발된 프로토타입 프로그램의 상대 위치 산출 결과를 토대로 단면 간격의 조정 기능 및 거리오차에 따른 지하시설물 종류의 일치 여부를 판단하는 기능이 추가로 필요할 것으로 판단되어 차년도 연구에서 고도화에 적용할 계획이다. 추후 지속적인 연구를 통해 GPR 탐사성과의 정확도가 보장될 경우 지하공간 통 합지도의 위치정확도 개선에 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 탐사 현장에서의 지하공간 통합 지도 활용에 기여할 수 있을 것으로 판단한다.
현장 실증 위치 두 지역에 대하여 GPR 탐사 성과로부터 생성한 지하시설물 객체와 인접한 지하 공간 통합지도 객체 간의 상호 위치 비교를 통해 지하 공간통합 지도의 위치 정확도를 확인하고, 이를 통해 측량성과의 속성정보를 효율적으로 추출 반영할 수 있는 기초 판단자료로 활용 할 수 있었다.

참고문헌 (5)

Lee, W.B., W.Y. Hao, B.P. Kyung and S.H. Ryu. 2015. Dismantling Simulation of Nuclear Reactor Using Par tial Mesh Cutting Method for 3D Model. Journal of Digital Convergence 13(4):303-310.

원문보기 상세보기
Park, D.H., Y.G. Jang and H.S. Choi. 2018. A Study on the Construction Plan of 3D Geotechnical Information for the Support of Underground Space Safety, Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies 21(1):23-34.

원문보기 상세보기
Park, M.S., E.J. Kim, H.S. Lee, K.P. Lee and S.W. Suh. 2013. Real Time Safety Management Framework at Construction Site based on Smart Mobile, Korean journal of construction engineering and management 14(4):3-14.

원문보기 상세보기
Travassos, X.L., S. L. Avila. R. L. da S, Adriano and N. Ida. 2018. A Review of Ground Penetrating Radar Antenna Design and Optimization, Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications 17(3):385-402.

상세보기
The Khronos Group Inc. 2020. gltf-20-reference-guide. https://www.khronos.org/developers/reference-cards/ (Accessed March 11, 2020).

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