중금속으로 오염된 지반의 침하계측을 위한 수치사진측량의 적용성 평가 A Study on Applicability Evaluation of digital Photogrammetry for Settlement Measurement of Soil Contaminated with Heavy Metals원문보기
본 연구에서는 오염된 지반의 정화 시에 발생되는 침하량 계측에 대한 VMS의 적용성을 평가하기 위하여, 오염지반의 침하에 대한 실내실험을 수행하였다. 즉, 수치사진측량기법을 기반으로 개발된 3D-Visual Monitoring System(VMS)와 기존 계측장비인 토탈스테이션을 이용하여, 오염지반 침하에 대한 계측결과를 비교하였다. 실험결과, 중금속으로 오염된 지반의 침하량은 친수성 필터가 적용된 실험조건에서 많이 발생하였다. 계측결과를 바탕으로 VMS의 오차범위를 산정한 결과, 최소 및 최대 오차범위는 각각 ±0.36mm와 ±0.87mm 산정되었고, VMS의 오차량은 모든 실험조건에서 오차범위를 만족하는 것으로 확인되었다. VMS의 평균오차율을 산정한 결과, 소수성 필터조건에 비하여 친수성 필터 조건에서 낮은 평균오차율을 보였다. 이를 바탕으로 오염된 지반의 침하량 계측에 있어서 VMS의 적용이 가능한 것으로 평가되었다.
본 연구에서는 오염된 지반의 정화 시에 발생되는 침하량 계측에 대한 VMS의 적용성을 평가하기 위하여, 오염지반의 침하에 대한 실내실험을 수행하였다. 즉, 수치사진측량기법을 기반으로 개발된 3D-Visual Monitoring System(VMS)와 기존 계측장비인 토탈스테이션을 이용하여, 오염지반 침하에 대한 계측결과를 비교하였다. 실험결과, 중금속으로 오염된 지반의 침하량은 친수성 필터가 적용된 실험조건에서 많이 발생하였다. 계측결과를 바탕으로 VMS의 오차범위를 산정한 결과, 최소 및 최대 오차범위는 각각 ±0.36mm와 ±0.87mm 산정되었고, VMS의 오차량은 모든 실험조건에서 오차범위를 만족하는 것으로 확인되었다. VMS의 평균오차율을 산정한 결과, 소수성 필터조건에 비하여 친수성 필터 조건에서 낮은 평균오차율을 보였다. 이를 바탕으로 오염된 지반의 침하량 계측에 있어서 VMS의 적용이 가능한 것으로 평가되었다.
This study describes the results of laboratory model test on settlement of soil contaminated with heavy metals, in order to evaluate the applicability of VMS to the measurement of gound settlements generated during the purification of contaminated soil. The measurement results for settlement of cont...
This study describes the results of laboratory model test on settlement of soil contaminated with heavy metals, in order to evaluate the applicability of VMS to the measurement of gound settlements generated during the purification of contaminated soil. The measurement results for settlement of contaminated soil were compared using a 3D-Visual Monitoring System (VMS) based on digital photogrammetry and a total station. The test result showed that the settlement of the soil contaminated with heavy metals occurred a lot in the experimental condition in which the hydrophilic filter was applied. The minimum and maximum error ranges of VMS were calculated as ±0.36mm and ±0.87mm, respectively, and the error of VMS was satisfied in all experimental conditions. The average error rate of VMS was lower in the hydrophilic filter condition than in the hydrophobic filter condition. Therefore, it was evaluated that VMS can be applied to measure the settlement of contaminated soil.
This study describes the results of laboratory model test on settlement of soil contaminated with heavy metals, in order to evaluate the applicability of VMS to the measurement of gound settlements generated during the purification of contaminated soil. The measurement results for settlement of contaminated soil were compared using a 3D-Visual Monitoring System (VMS) based on digital photogrammetry and a total station. The test result showed that the settlement of the soil contaminated with heavy metals occurred a lot in the experimental condition in which the hydrophilic filter was applied. The minimum and maximum error ranges of VMS were calculated as ±0.36mm and ±0.87mm, respectively, and the error of VMS was satisfied in all experimental conditions. The average error rate of VMS was lower in the hydrophilic filter condition than in the hydrophobic filter condition. Therefore, it was evaluated that VMS can be applied to measure the settlement of contaminated soil.
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문제 정의
본 연구에서는 오염된 지반의 침하계측에 있어서 수치 사진측량기법의 적용성을 평가하고자 기존에 개발된 VMS를 이용하였기에, 이미지 기반의 디지털 수치사진측량기법과 VMS의 원리 및 해석과정은 각각 Fig. 1 및 Fig. 2와 같고, 기존 연구(Han et al., 2012)를 통해 자세히 확인할 수 있다.
본 연구에서는 중금속으로 오염된 연약지반의 정화를 목적으로 연직배수재의 필터 표면특성에 따른 중금속 오염물의 거동을 평가한 기존 연구(Han et al., 2015)를 바탕으로, 중금속으로 오염된 세립토 지반의 함수비에 따른 침하계측에 관한 실내실험 수행하였다. 즉, 수치 사진측량기법을 기반으로 개발된 3D-Visual Monitoring System(이하 VMS)와 기존 계측장비인 토탈스테이션을 이용하여, 오염지반 침하에 대한 계측결과를 비교/분석하였다.
본 연구에서는 중금속으로 오염된 지반의 정화 시에 발생되는 침하량 계측에 대한 VMS의 적용성을 평가하기 위하여 일련의 실내실험을 실시하였으며, 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
이때, 동일한 위치에서의 침하계측을 위하여 계측타켓을 제작/적용하였으며, 계측타겟이 오염지반과 일체거동을 할 수 있도록 타겟 하부에 얇은 핀을 부착하여 지반 내에 관입하였다. 계측위치는 각각의 오염지반과 필터조건에 따라 오염지반의 시간경과별 상대변위를확인하기 위하여, 고정점 4개소와 변위발생 지점 4개소를적용하였다. 그리고 계측시간은 세립토 지반의 침하변형에 소요되는 시간을 고려하여 초기계측 이후 24시간(1일), 48시간(2일), 96시간(4일), 192시간(8일)으로 하였다.
계측위치는 각각의 오염지반과 필터조건에 따라 오염지반의 시간경과별 상대변위를확인하기 위하여, 고정점 4개소와 변위발생 지점 4개소를적용하였다. 그리고 계측시간은 세립토 지반의 침하변형에 소요되는 시간을 고려하여 초기계측 이후 24시간(1일), 48시간(2일), 96시간(4일), 192시간(8일)으로 하였다. Fig.
3m 높이로 조성하였고, 구리와 납의 농도는 동일한 조건으로 적용하였다. 그리고 오염물이 용해된 간극 수의 배출과 오염물 종류에 따른 침하경향을 파악하기 위하여, 전극봉이 설치되는 코너 4개소의 다공질관에 동일한 오염물질별로 각각 친수성 및 소수성 필터를 부착하였다. 또한 오염지반 침하 시에 토조 벽면과의 마찰을 최소화하기 위하여 마찰저감처리를 실시하였다.
45m(H)이다. 그리고 중금속 종류 및 필터 표면특성에 따른 실험을 위하여 토조내부는 4등분하였으며, 분리된 재료 및 오염물의 상호간섭이 없도록 경계면에 유출방지처리를 실시하였다. Fig.
그리고 오염물이 용해된 간극 수의 배출과 오염물 종류에 따른 침하경향을 파악하기 위하여, 전극봉이 설치되는 코너 4개소의 다공질관에 동일한 오염물질별로 각각 친수성 및 소수성 필터를 부착하였다. 또한 오염지반 침하 시에 토조 벽면과의 마찰을 최소화하기 위하여 마찰저감처리를 실시하였다.
3(b)에서 보는 바와 같이, VMS 계측을 위한 이미지 획득용 영상장치는 130만 화소의 CCD 카메라 2대를 이용하였고, VMS의 계측결과와 비교하기 위한 기존 계측장치로는 sokkia사의 토탈스테이션(모델; set510)을 활용하였다. 마지막으로 세립토로 이루어진 오염지반 상에 별도의 하중을 재하하지 않기 때문에, 침하유도를 위해 중금속으로 오염된 간극수의 이동을 촉진시켜 침하를 유발할 수 있도록 전극봉과 전류 공급장치를 이용하 동전기를 적용하였다 (Fig. 3(c)).
실험에 적용된 필터는 친수성으로 생산된 제품을 이용하였기 때문에, 소수성의 필터 표면특성을 확보하기 위해 친수성 필터를 소수성 용액에 일정시간 침지하여 표면 접촉각이 120°∼125° 범위를 갖도록 하였다. 일반적으로 친수성과 소수성은 재료 표면의 습윤정도(wettability) 로 평가하는데, 습윤정도는 용액에 대한 재료 표면의 접촉각으로 확인이 가능하다.
오염된 모형지반은 세립토에 구리와 납으로 각각 용해된 용액을 함수비 조건(30%, 50%)에 맞춰 교반하여 토조내에 0.3m 높이로 조성하였고, 구리와 납의 농도는 동일한 조건으로 적용하였다. 그리고 오염물이 용해된 간극 수의 배출과 오염물 종류에 따른 침하경향을 파악하기 위하여, 전극봉이 설치되는 코너 4개소의 다공질관에 동일한 오염물질별로 각각 친수성 및 소수성 필터를 부착하였다.
3(d)는 소수성이 적용된 필터를 나타낸 것이다. 오염된 모형지반의 모사는 세립토(황토)에 구리(Cu)와 납(Pb)으로 오염된 간극수를 함수비 조건에 부합하도록 조성하였으며, 세립토의역학적 특성은 Table 1에 나타낸 바와 같다.
적용하였다. 이때, 동일한 위치에서의 침하계측을 위하여 계측타켓을 제작/적용하였으며, 계측타겟이 오염지반과 일체거동을 할 수 있도록 타겟 하부에 얇은 핀을 부착하여 지반 내에 관입하였다. 계측위치는 각각의 오염지반과 필터조건에 따라 오염지반의 시간경과별 상대변위를확인하기 위하여, 고정점 4개소와 변위발생 지점 4개소를적용하였다.
즉, 수치 사진측량기법을 기반으로 개발된 3D-Visual Monitoring System(이하 VMS)와 기존 계측장비인 토탈스테이션을 이용하여, 오염지반 침하에 대한 계측결과를 비교/분석하였다. 이를 통해 오염지반의 정화 시에 발생되는 지반침하 계측에 대한 VMS의 적용성을 평가하였다.
전술한 바와 같이, 모형지반의 침하는 별도의 하중조건이 적용되지 않았기 때문에, 전압경사를 이용한 동전기 방법으로 유도하였으며, 침하계측은 토탈스테이션과 VMS 를 적용하였다. 이때, 동일한 위치에서의 침하계측을 위하여 계측타켓을 제작/적용하였으며, 계측타겟이 오염지반과 일체거동을 할 수 있도록 타겟 하부에 얇은 핀을 부착하여 지반 내에 관입하였다.
중금속 오염물 종류에 따른 간극수의 흡수 및 배출의다양성을 확보하기 위하여, 다공질관 표면에 부착되는 필터의 표면특성은 각각 친수성 및 소수성의 성질을 갖도록 하였다. 실험에 적용된 필터는 친수성으로 생산된 제품을 이용하였기 때문에, 소수성의 필터 표면특성을 확보하기 위해 친수성 필터를 소수성 용액에 일정시간 침지하여 표면 접촉각이 120°∼125° 범위를 갖도록 하였다.
, 2015)를 바탕으로, 중금속으로 오염된 세립토 지반의 함수비에 따른 침하계측에 관한 실내실험 수행하였다. 즉, 수치 사진측량기법을 기반으로 개발된 3D-Visual Monitoring System(이하 VMS)와 기존 계측장비인 토탈스테이션을 이용하여, 오염지반 침하에 대한 계측결과를 비교/분석하였다. 이를 통해 오염지반의 정화 시에 발생되는 지반침하 계측에 대한 VMS의 적용성을 평가하였다.
대상 데이터
Fig. 3(b)에서 보는 바와 같이, VMS 계측을 위한 이미지 획득용 영상장치는 130만 화소의 CCD 카메라 2대를 이용하였고, VMS의 계측결과와 비교하기 위한 기존 계측장치로는 sokkia사의 토탈스테이션(모델; set510)을 활용하였다. 마지막으로 세립토로 이루어진 오염지반 상에 별도의 하중을 재하하지 않기 때문에, 침하유도를 위해 중금속으로 오염된 간극수의 이동을 촉진시켜 침하를 유발할 수 있도록 전극봉과 전류 공급장치를 이용하 동전기를 적용하였다 (Fig.
데이터처리
2mm가 나타났다. 이는 각 조건에서 발생된전체 침하량을 고려하면 미미한 수준이라 판단되었으며, VMS의 오차량에 대하여 정량적으로 평가하기 위하여 오차범위를 평가하였다.
성능/효과
(1)중금속으로 오염된 간극수는 오염물에 따라 다소 차이는 나타났지만, 소수성의 표면성질을 갖는 필터보다 친수성 필터에서 많은 침하량이 발생하는 것을 알 수 있었고, VMS 계측결과에 의한 침하량 증가범위는 토탈스테이션에 의한 결과보다 작은 것을 확인하였다. 이는 상대적으로 수동적인 계측으로 수행되는 토탈스테이션의 계측결과가 다소 불규칙적이기 때문인 것으로 판단된다.
(2)계측결과를 바탕으로 VMS의 오차범위를 산정한 결과, 최소 및 최대 오차범위는 각각 ±0.36mm와 ±0.87mm 산정되었으며, 이를 바탕으로 토탈스테이션에 대한 VMS 의 오차량을 평가한 결과, 모든 실험조건에서 오차범위를 만족하는 것으로 평가되었다.
(3)VMS의 오차율을 시간이력 및 계측위치에 따라 평균값으로 산정한 결과, 소수성 필터조건에 비하여 친수성 필터 조건에서 낮은 평균오차율을 보였으며, 이를통해 오염된 지반의 침하량 계측에 있어서 VMS의 적용이 가능한 것으로 평가되었다.
Table 4에서 보는 바와 같이, 각 실험조건에서 토탈스테이션 대비 VMS의 오차율을 시간이력 및 계측위치에 따라평균값으로 산정한 결과, 침하량이 크게 발생한 친수성 필터 적용조건의 VMS 계측결과가 상대적으로 적은 침하량이 발생한 소수성 필터조건에 비하여 매우 낮은 평균오차율을 보였으며, 특히, 함수비가 높은 경우에는 2% 미만의평균오차율이 산정되었다. 이를 바탕으로 오염된 지반의오염 간극수 배출에 따른 침하량 계측에 있어서 VMS의적용가능성이 높을 것으로 판단되었다.
계측결과와 같이, 중금속으로 오염된 간극수는 오염물에 따라 다소 차이는 나타났지만, 소수성의 표면성질을 갖는 필터보다 친수성 필터에서 많은 침하량이 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한 VMS 계측결과에 의한 침하량 증가범위가 토탈스테이션에 의한 결과보다 작은 것으로 나타났다.
5와 같이 함수비가 30%인 경우, 구리로 오염된 지반의 침하량은 토탈스테이션 계측값을 바탕으로 소수성 필터 조건일 때보다 친수성 필터 적용조건에서 300% ∼2, 900% 정도 크게 발생되었다. 그리고 VMS를 이용한계 측 값은 친수성 필터 조건이 약 100%∼1, 400% 큰 침하량을 보였다. 이는 소수성 필터에 비하여 친수성 필터 조건에서 오염 간극수 배출이 크게 발생되었기 때문이다.
즉, 구리로 오염된 지반에서 토탈스테이션에 의해 계측된 침하량은 친수성 필터 조건이 소수성 필터 조건에 비하여 250%∼1, 600% 크게 발생되었으며, VMS 에 의해 계측된 침하량은 친수성 필터 조건에서 200%∼ 980%가 더 발생된 것으로 확인되었다. 그리고 납으로 오염된 지반에서도 친수성 필터 적용조건에서 토탈스테이션과 VMS가 각각 100%∼1, 330%, 150%∼840% 범위의 큰 침하량을 보였다.
이는 소수성 필터에 비하여 친수성 필터 조건에서 오염 간극수 배출이 크게 발생되었기 때문이다. 그리고 최대 침하량은 필터로부터 원거리인 계측위치(point 4)에서 나타났으며, 실험시작 후 48시간이 경과한 이후부터 침하량 증가율이 증가함을 알 수 있었다. 납으로 오염된 지반의 침하량은 구리 오염지반의 경우와 마찬가지로 친수성 필터 적용조건에서 토탈스테이션 계측값이 200% ∼1, 250%, VMS 계측값이 300%∼1, 050% 크게 발생된것으로 파악되었다.
그리고 최대 침하량은 필터로부터 원거리인 계측위치(point 4)에서 나타났으며, 실험시작 후 48시간이 경과한 이후부터 침하량 증가율이 증가함을 알 수 있었다. 납으로 오염된 지반의 침하량은 구리 오염지반의 경우와 마찬가지로 친수성 필터 적용조건에서 토탈스테이션 계측값이 200% ∼1, 250%, VMS 계측값이 300%∼1, 050% 크게 발생된것으로 파악되었다. 또한 침하량 증가율도 다소 차이는 있지만 48시간이 경과한 이후부터 증가하는 경향을 보였으며, 4번 계측위치(point 4)에서 오염 간극수가 가장 크게 배출된 것으로 확인되었다.
알 수 있었다. 또한 VMS 계측결과에 의한 침하량 증가범위가 토탈스테이션에 의한 결과보다 작은 것으로 나타났다.
납으로 오염된 지반의 침하량은 구리 오염지반의 경우와 마찬가지로 친수성 필터 적용조건에서 토탈스테이션 계측값이 200% ∼1, 250%, VMS 계측값이 300%∼1, 050% 크게 발생된것으로 파악되었다. 또한 침하량 증가율도 다소 차이는 있지만 48시간이 경과한 이후부터 증가하는 경향을 보였으며, 4번 계측위치(point 4)에서 오염 간극수가 가장 크게 배출된 것으로 확인되었다.
먼저, Fig. 5와 같이 함수비가 30%인 경우, 구리로 오염된 지반의 침하량은 토탈스테이션 계측값을 바탕으로 소수성 필터 조건일 때보다 친수성 필터 적용조건에서 300% ∼2, 900% 정도 크게 발생되었다. 그리고 VMS를 이용한계 측 값은 친수성 필터 조건이 약 100%∼1, 400% 큰 침하량을 보였다.
7은 동일한 오염물 조건에서 함수비에 따른 VMS와 토탈스테이션의 최소 및 최대 침하량 계측값에 대한 오차량을 나타낸 것이다. 먼저, 구리로 오염된 지반의 경우, VMS와 토탈스테이션에 의한 계측값의 오차량은 친수성필터가 적용된 경우에서 0.2mm인 것으로 나타났다. 그리고 납으로 오염된 지반에서 오차량은 소수성 필터가 적용된 경우에서 0.
87mm 평가되었다. 이를 바탕으로 각각의 동일한 실험조건에서 발생한 VMS와 토탈스테이션의 오차량을 평가한 결과, 모든 조건에서 오차범위를 만족하는 것으로 확인되었다.
산정되었다. 이를 바탕으로 오염된 지반의오염 간극수 배출에 따른 침하량 계측에 있어서 VMS의적용가능성이 높을 것으로 판단되었다.
(2011)은 오염지반 복원을 위한 연직배수시스템의 적용성 평가를 실시하였다. 이에 다양한 영향 인자 평가를 위한 파일럿 규모의 오염복원 실내실험을 수행하여 오염물질의 복원 효율을 분석한 결과, 추출배수재 주변에서는 오염물의 농도가 더 높게 나타남을 확인한 바 있다. 그리고 Park et al.
6에서 보는 바와 같이, 함수비가 50%인 경우의 침하량은 오염물 종류와 관계없이 함수비 30%인 경우와 동일하게 소수성 필터가 적용된 오염지반에 비하여 친수성필터가 적용된 오염지반에서 침하량이 크게 발생된 것을알 수 있었다. 즉, 구리로 오염된 지반에서 토탈스테이션에 의해 계측된 침하량은 친수성 필터 조건이 소수성 필터 조건에 비하여 250%∼1, 600% 크게 발생되었으며, VMS 에 의해 계측된 침하량은 친수성 필터 조건에서 200%∼ 980%가 더 발생된 것으로 확인되었다. 그리고 납으로 오염된 지반에서도 친수성 필터 적용조건에서 토탈스테이션과 VMS가 각각 100%∼1, 330%, 150%∼840% 범위의 큰 침하량을 보였다.
, 2007). 즉, 영상을 획득하여 좌표를 생성하고 해석도화를 통한 분석을 거쳐 3차원좌표를생성한 후, 변화벡터를 추출하는 과정을 통합하면 구조물의 변형을 해석할 수 있음을 의미한다. 따라서 CCD 카메라와 같은 영상획득장치를 이용하여 얻어진 이미지가 3차원영상구축 과정을 거치게 되면, 구조물 또는 지반의 변형해석이 가능하다.
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