3D Laser Scanner를 이용한 암반사면의 절리방향 측정의 신뢰성에 관한 연구 :A Study on Reliability of Joint Orientation Measurements in Rock Slopes using 3D Laser Scanner

박선현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박선현 (서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원)

지도교수: 이수곤

발행연도: 2015

저작권: 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

3D Laser Scanner를 이용한 암반사면의 절리방향 측정의 신뢰성에 관한 연구

박선현 , 이수곤 , 이벽규 외 1명 터널과 지하공간 2015.02 학술저널

3D Laser Scanner를 이용한 암반사면의 절리방향 측정의 신뢰성에 관한 연구

박선현 토목공학과 2015.01 학위논문

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암반사면을 안전하고 효율적으로 설계하기 위해서는 암반의 역학적 특성인 암반의 절리의 방향, 길이 등의 기하학적특성을 조사하여야 한다. 일반적으로 절리의 특성을 조사하기 위해서는 조사선 또는 조사창 조사법을 사용해왔다. 그러나 긴 조사시간, 조사영역의 제한과 같은 기존 조사방법의 단점을 보완하기 위하여 3D Laser Scanner를 적용한 암반사면의 절리조사법 연구가 많은 연구자들을 통해서 활발하게 진행되고 있다.
3D Laser Scanner를 이용한 절리조사 방법은 단시간에 암반사면의 정확한 위치를 얻을 수 있고, 대절토사면 및 접근이 불가능한 지역에서도 절리 데이터를 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 한 번의 조사로 데이터를 영구적으로 보관 및 관리를 할 수 있기 때문에 컴퓨터를 이용한 분석 및 해석을 통하여 높은 신뢰도의 결과를 도출 할 수 있다. 그리고 짧은 시간에 많은 양의 정보를 획득할 수 있기 때문에 기존 조사법을 보완할 수 있는 조사법이라고 판단된다.
본 연구에서는 연구지역으로 설정한 반구대 암각화 주변지역의 사면을 3D Laser Scanner를 이용하여 X, Y, Z 좌표를 가지는 점군 데이터를 획득하였으며, 이 데이터를 활용하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
첫째, 3차원 공간좌표를 가지는 점군 데이터와 디지털카메라로 촬영한 이미지를 병합하여 연구 사면의 3D 모델을 구현하였다.
둘째, 절리면 자동추출 기능을 통하여 총 495개의 절리데이터를 얻었으며 연구 지역에 절리면의 방향성에 따라서 총 4 set의 절리군(10/254, 78/246, 83/46, 80/327)이 존재하는 것을 확인하였다.
셋째, 클리노미터를 이용하여 측정한 40개의 데이터와 3D Laser Scanner를 통해 추출된 동일 포인트의 데이터를 비교·분석한 결과 경사는 ±5°, 경사방향은 ±10°의 편차를 가지는 것을 확인하였다. 이러한 측정결과는 조사자에 따른 경사/경사방향의 오차 ±5°/±10° 및 측정 장비의 기계 오차 1-2°를 고려한 오차범위에 속하기 때문에 3D Laser Scanner를 통한 결과의 높은 신뢰도를 확인 할 수 있었다.
따라서 본 연구를 통하여 3D Laser Scanner를 이용한 절리데이터 취득 및 분석은 기존의 조사법을 보완할 수 있는 효율적이고 신뢰성 있는 조사법이라고 판단된다.

Designing the rock slope safely and efficiently, it is necessary to investigate the rock mechanical characteristics such as orientations and persistence. In general, we used the Scanline or Window Method to investigate the rock joint characteristics. But these methods have some disadvantages like long investigate time and restriction of the region. So many researchers are study on analysis of the characteristics on rock slope joint using 3D Laser Scanner to make up for two investigation method.
The investigation method of using the 3D Laser Scanner have a advantages that can take the accurate location in rock slope and the joint data of inaccessible area such as large scale rock slopes and precipitous cliffs. And it''s possible to storage and management permanently the joint data by once investigation. Therefore the analysis and interpretation using computers can obtain results of high reliability.
This study showed it can acquire numerous point clouds data that have three dimensional spatial coordinates values (x, y, z) from rock slope using 3D Laser Scanner. The following results are elicited by this point cloud data.
First, 3D model can be developed after being combined the point clouds data measured using 3D Laser scanner with the digital images taken by the camera together.
Second, to acquire a total of 495 pieces data through the automatic extraction of features. And confirm the 4 joint set''s are exist according to the joint orientations in research area.
Third, according to 40 data of the dip and the dip direction measured the clinometer and 3D laser scanner, it is confirmed that there are the margin of the error with ±5° of dip and ±10° of dip direction. Generally when clinometer shows ±5° and ±10° error of dip and dip direction due to surface roughness and investigator (Ewan, 1981). And measured clinometer''s instrumental error lange is ±1-2°. This being so, the result of 3D laser scanner method for rock slope survey is quite reliable.
Throughout the study, joint data acquisition and analysis using a 3D laser scanner are determined in and efficient manner to be able to complement the existing research methods.

#암반사면 절리조사 #절리면 자동추출 #3D 레이저 스캐너 #절리 특성 #절리의 방향성 #점군데이터

제1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 3
1.3 연구 내용 및 방법 5
제2장 이론적 배경 6
2.1 안정성 평가에 적용되는 절리의 특징 6
2.1.1 절리의 방향성 7
2.1.2 절리의 간격 8
2.1.3 절리의 연장성 10
2.1.4 절리의 거칠기 11
2.2 3D Laser Scanner의 구성 및 원리 13
2.2.1 3D Laser Scanner의 구성 13
2.2.2 3D Laser Scanner를 이용한 3차원 모델링 17
2.2.3 3D Laser Scanner 자료의 좌표변환 19
2.3 점군 데이터를 이용한 자동절리 추출 프로그램(Split-FX) 22
제3장 자료획득 24
3.1 연구 지역 선정 및 개요 24
3.1.1 대상사면의 개요 25
3.1.2 대상사면의 지질 및 지형 25
3.2 절리 데이터 측정 27
3.2.1 관측 장비 27
3.2.2 자료 취득 28
3.2.3 점군 데이터의 정합 및 좌표변환 29
3.3 절리 데이터의 추출 33
3.3.1 절리면의 방향 33
제4장 절리 데이터 분석 35
4.1 3차원 모델링을 이용한 절리 데이터 결과 35
4.1.1 Zone 1 37
4.1.2 Zone 2 39
4.1.3 Zone 3 40
4.1.4 Zone 4 43
4.1.5 Zone 5 45
4.2 측정 결과의 비교·분석 47
4.2.1 구역별 절리 데이터 비교·분석 47
4.2.2 절리면 종류에 따른 절리 데이터 비교·분석 63
4.3 오차 원인 분석 78
제5장 결론 및 제언 81
참고문헌 84
Abstract 87

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