터널공사의 시대에 따라 그 시공방법이 많은 발전을 해왔으나 아직도 시시각각으로 일어나는 터널 공사중의 사고는 반드시 극복해야할 과제다. 이러한 위험요소를 빨리 발견하고 대비하기 위해서는 계측의 정확성과 신속성이 요구되고 있으나 아직도 천단침하 및 내공변위 계측에 줄자, 레벨 또는 토털스테이션 등을 이용하는 일반적인 측량방법에 의존하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 산업사진측량기법을 이용하여 터널의 내공변위를 더욱더 정밀하고 신속하게 측정할 수 있는 기법을 제시하므로서 산업사진측량을 응용한 터널계측의 발전과 향후 무인 자동 계측시스템의 개발에 이바지 하고자 하는데 목적이 있다.
터널공사의 시대에 따라 그 시공방법이 많은 발전을 해왔으나 아직도 시시각각으로 일어나는 터널 공사중의 사고는 반드시 극복해야할 과제다. 이러한 위험요소를 빨리 발견하고 대비하기 위해서는 계측의 정확성과 신속성이 요구되고 있으나 아직도 천단침하 및 내공변위 계측에 줄자, 레벨 또는 토털스테이션 등을 이용하는 일반적인 측량방법에 의존하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 산업사진측량기법을 이용하여 터널의 내공변위를 더욱더 정밀하고 신속하게 측정할 수 있는 기법을 제시하므로서 산업사진측량을 응용한 터널계측의 발전과 향후 무인 자동 계측시스템의 개발에 이바지 하고자 하는데 목적이 있다.
Together with the requirements of tunnels, its construction methods and technologies have been pretty much developed, but frequent accidents happened under the constructions are just one of important problems which should be improved. To detect the potential hazardous factors in or ahead of time, sp...
Together with the requirements of tunnels, its construction methods and technologies have been pretty much developed, but frequent accidents happened under the constructions are just one of important problems which should be improved. To detect the potential hazardous factors in or ahead of time, speedy and accurate measurement are absolutely required, but currently surveying method using tapes, level and total station, has been generally taken in measuring of tunnel convergence and crown. The purpose of this study is, as using of 'Industrial photogrammetry' system which is supplying more accuracy and speedy in the measure of tunnel convergence, aimed at promotion of tunnel measurement technique and development in unmanned automatic measuring system in the future finally.e finally.
Together with the requirements of tunnels, its construction methods and technologies have been pretty much developed, but frequent accidents happened under the constructions are just one of important problems which should be improved. To detect the potential hazardous factors in or ahead of time, speedy and accurate measurement are absolutely required, but currently surveying method using tapes, level and total station, has been generally taken in measuring of tunnel convergence and crown. The purpose of this study is, as using of 'Industrial photogrammetry' system which is supplying more accuracy and speedy in the measure of tunnel convergence, aimed at promotion of tunnel measurement technique and development in unmanned automatic measuring system in the future finally.e finally.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 산업사진측량기법을 이용하여 터널의 천단침하 및 내공 변위를 더욱더 정밀하고 신속하게 측정할 수 있는 기법을 제시하므로서 산업사진측 량을 응용한 터널계측의 발전과 향후 무인 자동 계측시스템의 개발에 이바지 하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 연구는 사진측량의 응용중 토목, 건축의 시설물의 크기 및 변위량을 파악하 고자 하는 것이다.
이를 위하여 본 연구에서는 산업사진측 량의 응용으로서 터널의 내공변위 및 침하량 등 사진으로 촬영할 수 있는 외적인 변위량을 측정하고, 현재 사용하고 있는 측정기법과 정확성, 소요시간, 소요인원 등을 연구하고자 한다.
제안 방법
내공변위 및 천단침하의 측정빈도는 표 1과 같으며 변위량이 작은 터널(내공변위 량이 25mm이하, 50mm이하)의 경우에는 비교적 빨리 수렴하므로 변위량이 일정치에 달하고부터 1주일 정도를 1회 2일의 빈도로 지반의 안정상태 및 변위의 수렴 상태를 확인후 결정한다. 변위가 큰 터널 (내공변위량이 복선단면 50mm이상, 단선 단면이 25mm 이상)의 경우에는 변위량이 완전히 수렴한 후 2주간 정도 1회/2일의 빈도로 안정상태를 확인하여 결정한다.
내공변위를 측정하기 위해서는 스틸테이프를 주체로한 테이프식 내공변위계 또는 토털스테이션을 이용하여 관측한다. 내공변위계는 측선양단의 터널벽면에 앙카 볼트를 설치하여 2측점간의 간격 변위량 을 측정한다.
본 연구는 산업측량분야에 지금까지 해오던 방법들을 탈피하여 취급의 용이성, 결과의 신뢰성, 취득데이터의 정밀성, 소요시간 및 경제성 등을 고려하여 최신 산 업사진측량기법으로 터널의 내공변위 및 천단침하를 측정한 것으로서 다음과 같은 결론을 얻었다.
연구방법은 현재 시공중에 있는 터널을 선정하여 근거리 사진측량 장비인 EOC사 의 Photomodeler Pro 5.0 system을 이용하여 측정하고 분석함으로써 붕괴위험이 있는 터널 막장에서 정밀하고 짧은 시간 내에 경제적으로 각종 변위량을 측정할 수 있는 기법을 개발 제시하고자 한다.
대상 데이터
검정된 카메라를 이용하여 3차원 측정의 정확도를 분석하기 위하여 그림 4와 같이 가로 6m, 세로 6m의 벽면에 타겟을 가로 60cm간격으로 5열, 세로 70cm간격 으로 5열로 총 25매를 부착하였다.
0 에서 제공하는 검정방식에 따라 실험하였다. 그림 3과 같이 검정판을 4 방향에서 총 8매를 촬영하여 카메라 검정 데이터를 프로그램에 의해 취득하였다.
대상물 촬영은 사전 실험에 의해 검정된 600만 화소의 Nikon D100 디지털카메라와 SunSpark Ring Flash를 이용하였다. 본 연구에서는 카메라 검정 및 3차원 좌표측정을 위하여 Photomodeler Pro 5.
본 연구에서는 현재 시공중인 도로공사 현장의 터널을 연구대상으로 선정하였으며, 현장사진은 그림 5와 같다.
측정 소요시간은 타겟을 설치하기 위하여 1개 단면에 약 3분이 소요되어 5개 단 면의 타겟 설치에 약 15분이 소요되었으나, 일단 타겟을 부착한 단면은 다음 계측시 계속 이용할 수 있었다. 사진촬영은 총 10매의 사진을 촬영하였으며, 소요시간은 약 1분이 소요되었다. 자료처리시간은 메모리카드에 저장된 영상을 노트북 컴퓨터에 전송하고, 표정과 광속조정을 거쳐 측 점의 3차원 좌표를 출력하는데 약 5분이 소요되었다.
실험에 사용할 타겟은 어두운 막장의 환경을 고려하여 카메라 플레쉬의 빛에 민감하게 반응할 수 있도록 광반사 타겟을 제작하여 이용하였다. 또한, 촬영된 영상에서 측점의 3차원 위치를 자동으로 처 리하기 위하여 그림 6과 같이 Coded 타겟과 원형 타겟을 터널 계측점에 부착하였다.
이론/모형
대상물 촬영은 사전 실험에 의해 검정된 600만 화소의 Nikon D100 디지털카메라와 SunSpark Ring Flash를 이용하였다. 본 연구에서는 카메라 검정 및 3차원 좌표측정을 위하여 Photomodeler Pro 5.0 에서 제공하는 검정방식에 따라 실험하였다. 그림 3과 같이 검정판을 4 방향에서 총 8매를 촬영하여 카메라 검정 데이터를 프로그램에 의해 취득하였다.
성능/효과
1. 터널의 내공변위 및 천단침하 계측을 레벨, 토털스테이션 등을 이용하는 방법을 탈피하여 산업사진측량기법을 적용하여 계측할 수 있었다.
2. 본 연구에서 검정된 디지털 카메라를 산업사진측량에 이용할 경우 1:20, 000의 정밀도로 측정이 가능하며, 터널계측에 적용한 결과 0.6mm이내의 오차로 측정 할 수 있다.
3. 5개의 단면을 측정하는데 총 소요시간은 21분이 소요되었으나, 초기 타겟 설 치 시간을 제외한 사진촬영 및 자료처리시간은 6분이 소요되었다. 특히, 막장 현장에서 이루어지는 사진촬영에 소요 되는 시간은 1분 이내이었다.
3차원 측정결과 삼각수준측량 성과와 비교하여 실험에 사용한 카메라의 정확도를 분석한 결과 0.311mm의 평균표준오차 를 나타났으며, 대상물의 크기를 고려할 때 검정된 카메라를 이용하여 3차원 좌표를 계산할 경우 약 1:20, 000의 정밀도로 측정할 수 있다.
4. 초기 타겟 설치에 필요한 인원과 장비를 제외하면, 사진촬영에서 자료처리까지 1인의 작업자를 통해 중분히 결과를 취득할 수 있었다.
이상과 같은 연구를 통하여 열악한 작업환경 즉, 어둡고, 공기가 탁하며, 항상 붕괴의 위험을 안고 있는 터널 막장에서 오랜 시간을 정해진 주기에 따라 반복적으로 측량을 해야했던 방법을 지양하고 터널에 체류하며 작업하는 시간을 최소화하고, 최소의 작업인원으로 많은 측점의 자료를 취득할 수 있는 기법을 제시할 수 있었다. 향후, 유/무선 디지털 영상 데이터를 전송할 수 있는 카메라와 본 시스템을 이용하여 무인 자동 계측시스템에 관한 연구가 필요하다.
후속연구
이상과 같은 연구를 통하여 열악한 작업환경 즉, 어둡고, 공기가 탁하며, 항상 붕괴의 위험을 안고 있는 터널 막장에서 오랜 시간을 정해진 주기에 따라 반복적으로 측량을 해야했던 방법을 지양하고 터널에 체류하며 작업하는 시간을 최소화하고, 최소의 작업인원으로 많은 측점의 자료를 취득할 수 있는 기법을 제시할 수 있었다. 향후, 유/무선 디지털 영상 데이터를 전송할 수 있는 카메라와 본 시스템을 이용하여 무인 자동 계측시스템에 관한 연구가 필요하다.
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