LIDAR를 이용한 삼차원 점군 데이터의 삼각망 구성 방법 및 샘플링에 따른 암반 불연속면 방향 검출에 관한 연구

이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.1

본 연구는 LIDAR라고 불리는 레이져 스캐너를 이용하여 관악산 주변 암반 불연속면을 스캔하여 얻은 삼차원 점군 데이터로부터 삼각망을 구성하고 이로부터 암반 불연속면의 방향을 검출하는 내용을 다루고 있다. 각 불연속면의 방향정보를 획득하는 데 Ball Pivoting, Wrap 알고리즘 두 가지 방법을 사용하고 점군의 샘플링 간격을 원간격, 2, 5, 10 ㎝로 다운샘플링 하였을 때의 방향 검출 효율성을 확인하였고 각각으로부터 얻어지는 방향정보를 퍼지 K-평균 클러스터링 기법을 이용하여 평사투영망 위에서 비교 분석하였다. 투영방향에 의존적인 Delaunay 삼각망 구성방법보다 Ball Pivoting, Wrap 알고리즘이 암반 불연속면 정보 검출에 더 적합함을 확인하였고, 샘플링 간격이 5 ㎝일 때 Ball Pivoting, Wrap 알고리즘 모두 가장 많은 패치를 검출해내었고 또한 가장 넓은 패치들의 면적을 검출해냄을 확인하였다. In this study, a LIDAR laser scanner was used to scan a rock slope around Mt. Gwanak and to produce point cloud from which directional information of rock joint surfaces shall be extracted. It was analyzed using two different algorithms, i.e. Ball Pivoting and Wrap algorithm, and four sampling intervals, i.e. raw, 2, 5, and 10 ㎝. The results of Fuzzy K-mean clustering were analyzed on the stereonet. As a result, the Ball Pivoting and Wrap algorithms were considered suitable for extraction of rock surface orientation. In the case of 5 ㎝ sampling interval, both triangulation algorithms extracted the most number of the patch and patched area.

LIDAR를 이용한 암반 절리면의 거칠기 측정에 관한 연구

이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.1

광학기술의 발달로 LIDAR장비들은 사양이 급속도로 발전하여 현재 암반의 정보들을 효과적으로 얻어낼 정도의 정밀성과 정확성을 확보하고 있고 현장 활용이 용이하도록 경량화 및 보급화가 이루어진 상황이다. 본 연구에서는 넓은 영역의 암반 사면을 대상으로 LIDAR를 이용하여 절리면 거칠기를 측정하는 방법의 적용성에 대하여 고찰해 보았다. 점 간격에 따른 네 가지 거칠기 변수와 JRC와의 상관관계를 회귀 분석하였으며 LIDAR를 이용하여 삼차원 삼각망을 구성하고 면 구조인 패치를 검출하여 암반 사면 절리면의 거칠기를 산정하는 연구를 수행하였다. 실내시험을 통하여 네 가지 거칠기 파라미터와 JRC의 회귀식을 제시하였으며, 네 가지 파라미터 모두 점 간격이 커질수록 거칠기 파라미터 값의 감소를 보이며, 더 큰 거칠기를 갖는 시료에서 더 큰 감소폭을 보임을 알 수 있었다. 현장에서 LIDAR 스캔을 통하여 RS 파라미터와 점 간격을 고려한 거칠기를 산정하는 알고리즘을 제시하였으며 실제 거칠기 측정 결과보다 다소 과대평가 되는 경향이 있음을 확인하였다. According to the development of optical technology, the capacity of LIDAR equipments has been greatly improved to get rock mass characteristics precisely and accurately enough and it has been lightened and popularized so that it can be easily used in the field. In this study, we examined the applicability of roughness measurement for joints in a rock slope using LIDAR technique. A triangular irregular network was constructed using LIDAR and a patch, which is a plane structure of discontinuity on rock mass measured from LIDAR scanning, was extracted to estimate the roughness of the rock slope. Four different kinds of roughness parameters were analyzed to find out their correlation with JRC for various point intervals. Among them, RS parameter was used to measure theroughness of a patch. Regression analysis between four roughness parameters and JRC with respect to point intervalwas performed. All the roughness parameters decreased with the increase of point interval. In addition, the parametervalue showed greater decrease for rougher surfaces. A method of roughness measurement using RS parameter onrock slope discontinuities was suggested which showed slight overestimation of the real roughness value.

압입시험 및 세르샤 마모시험에 의한 TBM의 설계변수 추정

정호영,이수득,전석원,Jeong, Ho-Young,Lee, Sudeuk,Jeon, Seokwon 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.2

TBM의 사양을 설계하고 굴진성능을 예측할 때 실대형 선형절삭시험을 통하여 설계변수를 획득하는 것이 매우 효과적인 방법인 것으로 알려져 있다. 하지만 선형절삭시험을 위해서는 대형 시편을 획득하고 큰 하중용량의 시험을 수행하는 과정에서 상당한 비용과 노력이 소모된다는 단점이 있다. 따라서 선형절삭시험을 대체하는 경험적 예측 모델, 즉 CSM모델과 NTNU모델을 사용하여 몇 가지 지수를 산정하고 이로부터 설계변수를 추정하는 경우가 많다. 본 연구에서는 압입시험 및 세르샤 마모시험을 이용하여 TBM의 사양(추력, 토크)과 굴착에 따라 소요되는 디스크 커터의 개수를 추정하는 방법에 대하여 고찰하였다. 압입시험과 세르샤 마모시험은 TBM의 설계 변수를 추정하기 위한 유용한 시험법이나 그 활용법이 연구 되고 있지 못한 실정이다. 이 연구에서는 압입시험과 세르샤 마모시험결과를 간단한 형태의 지수형태로 도출하고 이를 선형절삭시험 및 실제 굴진자료와 비교하여 상관관계를 도출하고 이로 부터 디스크 커터의 작용력 및 수명을 예측하였다. 또한 이 일련의 계산 과정을 프로그램화 하였으며, 터널의 연장 정보, TBM의 기계정보, 구간별 암석의 물성을 입력변수로 하여 구간별 굴진율과 TBM 사양 및 운영조건, 디스크 커터의 소모개수를 예측할 수 있었다. Linear cutting test is known to be very effective to determine machine parameters (i.e. thrust force and torque) and to estimate penetration rate of TBM and other operation conditions. Although the linear cutting test has significant advantages, the test is expensive and time-consuming because it requires large size specimen and high load capacity of the testing machine. Therefore, a few empirical prediction models (e.g. CSM, NTNU and QTBM) alternatively adopt laboratory index tests to estimate design parameters of TBM. This study discusses the estimation method of TBM machine parameters and disc cutter consumption using punch penetration test and Cerchar abrasion test of which the researches are rare. The cutter forces and cutter consumption can be estimated by the empirical models derived from the relationship between laboratory test result with field data and linear cutting test data. In addition, the estimation process was programmed through which the design parameters of TBM (e.g. thrust, torque, penetration rate, and cutter consumption) are automatically estimated using laboratory test results.

입체사진측량기법을 이용한 지하 광산의 발파 여굴 분석에 관한 연구

이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung-Oong Choi),이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon),진연호(Yeon-Ho Jin),정민수(Min-Su Jung) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.5

본 연구에서는 지하광산에서의 굴착면에 대한 입체사진측량기법의 적용성을 검토하기 위하여, LIDAR 시스템에 의한 결과와 비교 검토를 수행하였으며, 이를 위해 현장에서 실시된 총 4회의 시험발파로부터 여굴분석을 실시하였다. 분석 결과, 두 가지 측량기법으로 해석된 발파 굴착단면의 부피와 면적은 각각 0.81% 및 1.05% 의 근소한 값 차이를 보였으며 이를 통해 입체사진측량기법의 지하광산에 대한 현장 적용성을 확인할 수 있었다. 총 4회의 시험발파로부터 분석된 여굴량은 각각 29.84 ㎥, 22.45 ㎥, 14.54 ㎥ 및 5.46 ㎥으로서, 1차 시험발파에서 가장 큰 여굴이 발생하였으나 점차 시험발파가 진행되면서 그 양이 줄어듦을 확인할 수 있었다. 이와 같이 본 연구에서 적용한 입체사진측량기법은 굴착단면을 매우 효과적으로 묘사할 수 있으며, 여기서 얻어진 정량적 데이터들은 굴착단면의 부피, 단면적 및 여굴 분석 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This study describes the results of blasting overbreak analysis using the stereo photogrammetry method in an underground mine. For comparing its quantitative measurements, LIDAR system was applied to the test site and blasting overbreak was analyzed for 4 test blasting operations. The difference in values obtained from the two methods showed only 0.81% in volume and 1.05% in area, respectively, therefore authors verify the field applicability of stereo photogrammetry method on underground mine. The volumes of overbreak measured from 4 test blastings were 29.84 ㎥, 22.45 ㎥, 14.54 ㎥ and 5.46 ㎥, respectively, in photogrammetry analysis on excavation surface, and it was shown that the volume of overbreak decreases with blasting sequence. From these measurements, it is concluded that the stereo photogrammetry method can describe the underground excavation surface effectively and the its quantitative data can be used for analysis of volume, area and overbreak of excavation zone.

삼차원 인공 절리면의 생성과 이에 대한 거칠기 특성 평가

최승범(Seung-Beum Choi),이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.6

절리면의 거칠기는 암반의 역학적, 수리적 거동에 중요한 영향을 미치는 요인이다. 따라서 이를 해석하기 위한 여러 가지 구성 모델 및 거칠기 정량화 연구가 실험적, 경험적으로 수행되어 왔다. 최근 3D 프린팅 기술의 발전은 특정 거칠기를 갖는 절리면을 생성하는 데 활용될 수 있으며 본 논문에서는 이에 적합한 절리면 생성기법을 소개하고 정량적 평가를 수행하였다. 프랙탈 이론에 따른 랜덤중점변위법을 적용하였으며 생성된 절리면의 거칠기 평가는 Z2의 분포를 계산하여 수행하였다. 그 결과 입력변수 제어를 통하여 목표로 한 거칠기를 구현할 수 있었으며 더 나아가 특정 거칠기 이방성비를 갖는 절리면을 생성할 수 있음을 확인하였다. Roughness of a joint surface is one of the most important parameters that affects the mechanical and hydraulic behavior of rock mass. Therefore, various studies on making constitutive model and/or roughness quantification have been conducted in experimental and empirical manners. Advances in recent 3D printing technology can be utilized to generate a joint surface with a specific roughness. In this study, a reliable technique to generate a rough joint surface was introduced and its quantitative assessment was made. Random midpoint displacement method was applied to generate a joint surface and the distribution of Z2 was investigated to assess its roughness. As a result, a certain roughness can be embodied by controlling input parameters and furthermore it was able to generate a joint surface with specific roughness anisotropy.

국내외 해·하저터널 건설 사례 분석

최승범(Seung-Beum Choi),이수득(Sudeuk Lee),김현우(Hyunwoo Kim),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.2

최근 전 세계적으로 여러 건의 대규모 해저터널 건설 사업이 완료되었거나 진행 혹은 계획 중에 있다. 우리나라 역시 한중, 한일 해저터널에 대한 기본 구상이 이루어지고 있으며 동시에 국내 도서 지역을 연결하는 해저터널이 구상 단계에 있다. 국내 기술수준과 해저터널 건설이 갖는 파급효과를 고려할 때, 해저터널 관련기술의 확보 및 개선이 요구되어진다. 이 논문은 사례연구를 통하여 해저터널이 갖는 특징과 국내외 해・하저터널 건설동향을 분석하였고 해저터널과 관련된 사고 발생 사례를 수집하여 이로부터 요구되는 관련기술에 대하여 정리하였다. Recently, a few mega projects of subsea tunneling are completed or ongoing or under planning stage all across the world. In Korea, subsea tunnels connecting to Japan and China have been considered in the past decades. At the same time, subsea tunnels connecting to domestic islands were planned with preliminary design concepts. Development and improvement of indigenous techniques regarding subsea tunneling are essential in light of current technical level in Korea and their future impact on tunneling industry. In this paper, distinct features of subsea tunnel and construction trend of subaqueous tunnels are analyzed via case studies. Also, case studies about incidents related to subsea tunneling and required techniques to secure safety are presented.

Analysis of Parameters Affecting LiDAR Intensity on Rock

Moonjoo Kim(김문주),Sudeuk Lee(이수득),Seokwon Jeon(전석원) 한국암반공학회 2020 터널과지하공간 Vol.30 No.4

이 연구에서는 라이다(LiDAR) 반사강도를 이용하여 암반 풍화도 및 변질도를 산정하는 작업의 기초연구를 진행하였다. 실내 시험을 통하여 라이다 반사강도에 직접적으로 영향을 미치는 인자와 그 영향 정도를 정량적으로 고찰하고자 하였다. 영향 인자로는 주사거리, 입사각, 표면거칠기, 표면색상, 암석물성, 광물조성, 포화도를 선정하였다. 실험에서는 FARO 라이다 장비와 12가지 종류의 시험편을 사용하였다. 실험 결과 반사강도는 표면색상, 입사각, 주사거리, 암석물성, 포화도 혹은 표면습윤상태, 표면거칠기 순으로 영향을 크게 미치는 것으로 나타났다. In this study, a fundamental investigation was made on how to use LiDAR technology to determine the degree of weathering and alteration of rock mass. The purpose of the study was to identify the affecting parameters to LiDAR intensity and to quantitatively assess the relations among them through laboratory-scale experiment. A few potential affecting parameters were selected including scanning distance, incidence angle, surface roughness, surface color, mineral composition, and water saturation. In the experiment, FARO LiDAR unit was used for twelve different types of specimen. It was observed that the intensity was affected by, in the order of importance, surface color, incidence angle, scanning distance, property of rock, water condition, and surface roughness.

포화에 의한 암석물성 변화에 대한 실험적 연구

최승범(Seung-Beom Choi),이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2018 터널과지하공간 Vol.28 No.5

본 연구에서는 한반도 남부 지역에서 취득 가능한 응회암, 현무암, 섬록암 시험편에 대하여 다양한 실내시험을 수행하였다. 건조/포화 조건으로 대별하여 실내실험을 수행했으며 이를 바탕으로 포화에 따른 암석 물성변화를 실험적으로 고찰하였다. 실험결과, 비교적 공극률이 작은 시험편을 대상으로 했음에도 불구하고 확연한 강도 저하와 변형 특성 변화가 관찰되었다. 실험결과를 바탕으로 암석의 주요 역학적 물성인 일축압축강도, 탄성계수, 간접인장강도를 예측할 수 있는 회귀모델을 구성하였다. 비파괴 물성인 P파 속도, Shore 경도를 독립변수로 이용하였으며 그 결과 만족할 만한 수준의 물성 예측 모델이 구성되었음을 확인하였다. In this study, various laboratory experiments were conducted on tuff, basalt and diorite specimens, which were obtained in the southern part of Korean Peninsula. Experiments were performed under dry and water saturated conditions. Results showed that strength degradation and change of deformation characteristics were remarkable although the specimens had small porosity. Based on the results, regression models that are capable of predicting important mechanical rock properties, such as uniaxial compressive strength, Young’s modulus, Brazilian tensile strength were proposed. P-wave velocity and Shore hardness were selected as independent variables and the results showed satisfactory prediction performance for the experimental data collected in this study.

국내 고준위 방사성 폐기물 심부시추공 처분을 위한 개념 연구

전병규(Byungkyu Jeon),최승범(Seungbeom Choi),이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2019 터널과지하공간 Vol.29 No.2

우리나라는 1978년 4월 고리1호기를 시작으로 지금까지 총 24기의 원전을 가동하고 있으며 2기의 원전이 건설 중이다. 원자력 발전이 지속됨에 따라 원자력발전소에서 발생하는 방사성 폐기물의 양도 늘어나게 되어 이를 영구처분하기 위한 다양한 방법이 제안되어 왔다. 국내에서는 심층처분(DGD)을 중심으로 연구가 진행되어 왔으나 심부 시추공을 활용하는 심부시추공 처분(DBD) 역시 대안으로 고려할 필요가 있다. 본 논문에서는 기술 선진국의 선행 연구결과를 종합하여 심부시추공 처분에 요구되는 요소기술들을 소개하고 이를 국내에 적용하기 위한 적용성 평가를 수행하였다. 시추공 설계, 처분부지 등에 대한 개념적 연구를 수행하였으며 마지막으로 실제 처분을 위하여 향후 요구되는 기술적 과제에 대하여 정리하였다. With Kori nuclear power plant unit 1 as a beginning in April 1978, 24 nuclear power plants have been operated in Korea and two more plants are under construction. As the nuclear power plants being operated, radioactive wastes from the plants have been accumulated so that various methods for disposing them have been proposed. In Korea, researches have been conducted, being focused on DGD (Deep Geological Disposal), however, DBD (Deep Borehole Disposal) method needs considering as an alternative. In this technical note, element technologies for DBD were analyzed by compiling previous researches and their applicability on domestic cases were investigated. Conceptual studies regarding relevant designs were conducted and finally, technical challenges for actual disposal were described.