지상 및 지하 현장 지질 조사

연구 목표 본 연구는 지상 및 지하를 대상으로 하는 현장 지질 조사를 위해 기존에 널리 보급된 모바일 장비를 기반으로 한 통합적인 현장 조사 소프트웨어를 개발하는 것을 그 목표로 한다.기존에 현장 조사에서 사용되는 지질 자료,조사 및 분석 기법 등을 적용하여 현장에서 지질 조사 자료를 조회하고,지질 구조 자료를 취득하며 이러한 자료의 분석 및 장비 간 공유가 가능한 소프트웨어를 각 기능별로 구분하여 개발하며,이러한 기능별 세부 목표는 다음과 같다. (1) 클리노미터 모듈: 기존의 디지털 컴퍼스 클리노미터와 같이 내장된 디지털 센서를 사용하여 지질 구조의 경사각 및 경사방향을 취득하되, 정확도를 유지하면서 취득 방법을 단순화하는 측정 알고리즘을 개발하여 간단한 방법으로 신속하게 측정이 가능한 소프트웨어 모듈을 구현한다. (2)지질구조 자료 가시화 및 사면 안정성 분석 모듈:클리노미터 모듈을 이용하여 측정되거나 사용자로부터 직접 입력된 지질구조 자료를 평사투영법을 사용하여 가시화하고,절리면의 방향성 및 각도에 따른 사면의 안정성 기법을 적용하여 분석 및 자료의 도출을 수행하는 기능을 개발한다. (3)증강현실 가시화 모듈:증강현실 기술을 이용하여 사용자 주변에 위치한 시추공 자료를 카메라 화면과 융합하여 가시화하고, -9- 시추주상도와 같은 내용의 지하 지질 정보를 조회할 수 있도록 하여 직관적으로 지하 공간 정보를 제공 가능한 모듈을 개발한다. (4)지도 가시화 모듈:측정된 지질구조의 위치 및 시추공의 위치를 2차원 지도상에 가시화함과 동시에 사전 탑재된 지질도를 함께 표시하여 지표,지하 지질을 평면도상으로 조회할 수 있는 모듈을 개발한다. (5) 데이터베이스 및 네트워킹 모듈:현장 지질 조사 및 측정에 필요한 데이터베이스 요소를 선정하고,모바일 데이터베이스 체계를 이용하여 현장 조사의 각 단계에서 전반적으로 사용 가능한 모바일 데이터베이스를 구축 및 개발한다.또한 자료의 상호 교환이 가능한 모바일 기기의 통신 기능을 응용하여 대규모의 조사 작업에서도 본 소프트웨어를 사용 가능할 수 있도록 하는 협업 보조 기능을 개발한다. 개발된 기능은 각각의 목적에 따라 운용되는 것을 목표로 하되, 필요에 따라 기능 또는 취득된 자료를 연동하여 필요한 자료를 가공 또는 제공하도록 한다.또한 실제 장비를 이용한 구현 및 현장 시험을 수행하여 측정 및 가시화의 정밀도와 정확도를 측정하고,분석 기능에 대한 현장 적용을 수행한다. -10- 2.배경 이론 본 연구에서 개발하고자 하는 지질 조사용 소프트웨어는 지질 조사의 각 단계별 기본 요소들을 포함한다.본 절에서는 이러한 요소들의 개발 및 적용에 있어 기초가 되는 현장에서의 조사 및 분석 기법에 대하여 설명하고,각 요소의 개발에 필요한 필수 하드웨어 및 소프트웨어 기반을 정의한다.또한 이러한 내용을 토대로 소프트웨어에 핵심적으로 사용되는 알고리즘 및 구현 방법의 개발에 대해 설명한다. 2.1.기존 지질구조 측정 및 현장조사 기법의 개요 2.1.1.지질구조 측정 장비 및 현장 안정성 평가 기법 공학적 안정성의 평가를 위한 지질구조의 측정은 단층,절리와 같은 불연속면을 대상으로 수행하게 되며,이러한 불연속면의 속성을 토대로 사면의 안정성 분석을 수행하여 사면의 가능한 파괴 양상에 대한 정보를 취득할 수 있다.지질 구조의 조사에서는 암석의 거칠기,간극,풍화 상태 등의 주요 지표들을 기록하게 되며,특히 불연속면의 경사각과 방향각은 사면 붕괴 시 붕괴의 형태와 방향을 결정하는 중요한 요소이다(WyllieandMah,2004). 지질 구조의 측정에는 컴퍼스 클리노미터(compassclinometer,또는 geologicalcompass,clino-compass,inclinometerwith compass 등)를 사용한다.이 장비는 통상적으로 정사각형 또는 직사각형의 형태를 띠며, 본체에 나침반이 포함되어 있어 측정하고자 하는 구조에 특정 모서리를 -11- 밀착하여 해당 구조의 방향각을 측정할 수 있다.경사각의 측정은 힌지 등에 포함된 각도계나 중력 방향으로 기울어지는 보조 지침을 이용하여 수행 가능하며,두 측정을 동시에 수행하거나 정확한 측정을 위해 각 측정을 별도로 수행할 수 있다(WyllieandMah,2004).경사방향은 그 정의상 수평면에서 측정되어야 하므로 측정하고자 하는 구조에 밀착한 상태에서 장비를 수평으로 조정하는 단계가 필요하며,이를 보조하기 위한 기포 수준기(air bubble level)가 부착되어 있는 경우가 많다. 각도의 측정은 나침반 등의 지침이 흔들리지 않고 안정될 때까지 대기하거나 별도의 보조 조작을 통해 지침을 안정화시킨 후 수행하며, 지질구조의 형태에 따라 값을 읽는 방법이 다르고,구조의 위치상 값을 읽기 어려운 경우도 존재하므로 측정자는 조사의 수행에 있어 어느 정도의 숙련 과정을 거칠 필요가 있다. 컴퍼스 클리노미터를 이용하여 취득한 자료는 노트와 같은 별도의 도구를 사용하여 기록 후,데스크톱이나 노트북 등의 장비를 통해 디지털화한 뒤 추가적인 소프트웨어를 사용하여 가시화와 분석을 수행한다.이때 가시화의 종류에는 여러 가지가 있으나,일반적으로는 경사각 및 경사방향 정보를 즉시 구조적으로 나타낼 수 있는 입체투영법이 사용된다(Wyllie and Mah, 2004). 입체투영은 3차원 지질구조를 2차원의 화면에 효율적으로 나타내고 이러한 구조를 이용한 기하학적인 문제를 풀기 위해 사용된다(Lisle and Leyshon, 2004).