KR20040092508A

KR20040092508A - Ｇｐｓ와 ｇｐｒ을 이용한 하상 지반 조사 시스템

Info

Publication number: KR20040092508A
Application number: KR1020030025974A
Authority: KR
Inventors: 손강희
Original assignee: 지오글로버스(주)
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-04

Abstract

본 발명은 하천 하부의 지반 탐사를 위한 하상 지반 조사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지중탐사레이더(GPR) 장치 및 GPS 장치를 이용하여 하천 하부 기반암의 위치나 퇴적층 정보 등을 조사하고 조사된 자료를 이용하여 더욱 정확하고 간편하게 하상 지형도를 작성할 수 있는 하상 지반 조사 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 하천 하부의 지반 탐사를 위한 하상 지반 조사 시스템으로서, 하천의 수면 상부를 이동할 수 있는 수상이동수단과; 상기 수상 이동수단의 상부에 탑재되며, 콘트롤 유니트와 송수신 레이더를 포함하는 지중탐사레이더(GPR) 장치와; 상기 수상이동수단의 상부에 탑재되어 현재의 위치정보를 연산하는 GPS 장치와; 상기 지중탐사레이더 장치 및 GPS 장치에 데이터의 교환이 가능하도록 연결된 정보처리장치;를 포함하여 구성되는 하상 지반 조사 시스템을 제공한다.

Description

ＧＰＳ와 ＧＰＲ을 이용한 하상 지반 조사 시스템{System for investigation of river bottom topography and fluctuation using GPS and GPR}

현재 토목, 수자원 개발 등 다양한 분야에서 하천 바닥의 지형 및 층상 구조에 대한 정확한 정보를 필요로 하고 있으며, 이러한 필요에 따라 여러 가지 장비및 방식을 사용하여 하천 저면의 지반을 탐사하고 있다. 예를 들면 하천의 상부에 교량과 같은 구조물을 설치하여야 하는 토목 분야에서는 구조물의 설치에 앞서 그 기초의 지지를 위한 기반암의 위치 및 깊이를 정확하게 파악할 필요가 있으며, 골재 수급의 목적으로 하천 하부에서 모래 채취를 하는 경우 채취 가능량 및 경제성의 예측을 위하여 모래층의 분포 및 퇴적량 등에 관한 정확한 정보를 필요로 한다. 또한 강 하부 퇴적층의 분포 상황, 총 퇴적량 및 그 변화 추이에 대한 정보는 준설 계획 수립을 위한 기초 자료로서 중요한 의미를 가진다.

하상 지반 조사 시스템이란 상기와 같이 강의 수면 하부 하저면의 지반 정보를 조사하기 위한 시스템으로서 조사하고자 하는 하천의 수면 상부에서 탐사 장비를 이용하여 수면 아래 지반에 관한 데이터를 수집하고 이렇게 수집된 데이터를 분석하여 수심, 기반암의 위치 및 퇴적층 정보와 같은 하저(河底) 지형 정보를 제공하기 위한 시스템을 말한다.

일반적으로 하저 지형의 탐사를 위해서 토목 공사에서는 하저면에 직접 보오링하고 채취한 시료를 분석하여 하저면의 층상 구조 및 기반암의 위치, 종류 등을 조사하고 있으나 이와 같은 방법은 사용되는 장비가 고가이고 그 작동에 숙련된 기술자를 필요로 하며, 일정 면적 이상의 강 하부 지형을 조사하여야 하는 경우에는 전체 지역의 조사에 오랜 시간이 소요된다는 문제점이 있다.

따라서 위와 같이 직접 하저면을 조사하지 않고 보우트와 같은 수상 이동 수단에 탐사 장비를 탑재하고 이를 사용하여 수집된 데이터를 분석하여 간접적으로 하저 지반에 대한 정보를 얻는 하상 지반 조사 방식이 일반적으로 사용된다. 이러한 시스템에 사용되는 탐사 장비로는 우선 음파를 이용한 수심 측정 장비를 들 수 있는데 이러한 음파를 이용한 장비를 사용하면 수심은 손쉽게 구할 수 있는 반면, 12KHz 내외의 주파수를 사용하는 이들 장비로는 침투력의 한계로 인하여 하상 퇴적층을 조사하기는 어렵다는 문제가 있다. 또, 3.5KHz 내외의 주파수를 사용하여 해저면 하부 천부 퇴적층을 조사하는 SBP(Sea Bottom Profiler)는 장비의 규모가 커서 중소 규모의 하천 퇴적물을 조사하기에는 적절하지 않다는 문제가 있었다.

이에 지하 매설물 탐사의 목적으로 개발된 지반탐사레이더(GPR; Ground Penetrating Radar)를 하저 지반 탐사에 응용하여 사용하는 방식이 제안된 바 있다. GPR은 주로 육상에서 지층 구조의 파악, 구조물의 비파괴 검사 및 지하 매설물 탐사 등에 주로 사용되어 왔으나, 하상 또는 호상의 퇴적물 및 수심 조사를 위해서도 그 사용이 증가되고 있는 추세이다. 상기 방식은 GPR로부터 전자파를 방사하고, 전기적 물성이 다른 하저 경계면에서 반사되어 되돌아오는 반사파의 강도 및 수신 시간 등을 측정하여 이로부터 하저면의 지층 두께, 지형 등을 파악하는 방식으로서, 지하 불균질대에 대한 고분해능의 영상을 연속적으로 얻을 수 있어 본 발명의 대상인 하천과 같이 수심이 얕고 비교적 고분해능이 요구되는 지역의 경우 그 효용성이 뛰어나고 대단히 경제적으로 적용될 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기와 같이 GPR을 사용하여 하저 지반을 조사하는 경우 미리 설정된 측선을 따라 보우트를 이동해 가며 GPR로부터 방사하여 수신된 반사파 정보를 취득하고 이 정보를 분석 프로그램이 로딩된 컴퓨터와 같은 정보처리장치에 의해 데이터 처리 및 해석 과정을 통하여 측선 방향에 걸쳐 연속적인 하저 지형 단면도(profile)를 얻을 수 있다. 그러나 이와 같은 방식에서는 보우트와 같은 소형 선박을 이용하고 이를 수면상에서 이동시키면서 관측을 수행하고 있는 바, 이러한 이동 수단의 특성상 탐사 측선을 유지하면서 정확히 이동하는 것이 매우 어려우며, 또한 이동 속도의 조절에 있어서도 전 탐사 측선에 걸쳐 일정한 속도를 유지하는 것이 거의 불가능하므로 관측된 조사 결과에 어느 정도의 오차가 포함되는 것을 피할 수 없었다. 또한 이와 같이 조사된 정보를 토대로 조사 하천의 일정 면적에 대하여 하상 평면 지형도와 같은 지도를 작성하고자 하면 탐사 측선을 여러개 설정하고 이들 각각의 측선을 따라 지형 정보를 취득한 다음, 이들 취득된 여러개의 단면 정보를 결합하여 하상 지형도를 작성하게 되는데, 상기와 같이 각 측선별 단면 정보에 포함된 오차로 인하여 전체 하상 지형도에도 상당한 오차가 발생하게 된다.

한편, 종래의 GPR을 이용한 하상 지반 조사 시스템에서는 GPR을 탑재함에 있어 보우트 위에 위치시키고 탐사를 수행하였는데, 이 경우 안테나 하부의 선박 바닥면에 의해 전파의 감쇠가 불가피하다는 문제가 있었다. 또한 이의 해결을 위해 GPR의 안테나를 탐사 선박과는 별도로 부이(buoy) 또는 튜브에 실어 탐사하기도 하였으나 이 경우에도 더욱 선명한 하저 단면도의 취득을 위해 GPR 안테나를 하저면에 될 수 있는대로 접근시킬 필요가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 하상 지반 조사 시스템에 있어 GPR과 GPS를 함께 탑재하고 이들 GPR과 GPS로부터 얻어진 정보를 연계하여 저장할 수 있도록 함으로써 오류 없이 정밀한 탐사 결과의 취득이 가능하며, 나아가 각 측선별로 관측하여 얻어진 자료를 종합하여 하상 지형도를 제작함에 있어서도 더욱 정확하고 신뢰성 있는 하상 지형도를 간편하게 작성할 수 있는 하상 지반 조사 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 GPR 안테나를 수중 일정깊이만큼 잠기도록 하여 탐사를 수행함으로써 기존의 방법에 비해 더욱 정밀한 탐사 결과를 얻을 수 있는 하상 지반 조사 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

도1은 본 발명에 따른 하상 지반 조사 시스템의 구성을 도시한 사시도이다.

도2는 본 발명에 따른 하상 지반 조사 시스템의 구성을 도시한 입면도이다.

도3은 본 발명에서의 GPR 송수신 레이더를 방수 처리한 상태를 도시한 사시도이다.

도4는 본 발명에서의 GPR 송수신 레이더의 결합 상태를 도시한 분해 사시도이다.

도5는 본 발명에서의 정보처리장치의 구성을 도시한 블럭도이다.

도6은 본 발명을 시험 실시한 하천에 설정된 탐사 측선의 위치를 도시한 도면이다.

도7은 본 발명의 시험 실시에서 취득된 GPR 자료를 가지고 추출된 하저 단면도를 도시한 도면이다.

도8은 도6의 탐사 측선을 따라 탐사를 수행하여 취득한 측선별 하저 단면도을 도시한 도면이다.

도9는 도8의 측선별 하저 단면도를 연산 처리하여 생성된 하상 지형도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 수상이동수단 20: 지중탐사레이더(GPR) 장치

22: 콘트롤 유니트 24: 송수신 안테나

30: GPS 장치 40: 정보처리장치

51: 수평 받침대 52: 수직 고정대

55: 부력 상쇄재 56: 고무판

B10: 데이터 저장부 B20: 지형도 생성부

B30: 지도 저장부 B40: 출력부

본 발명은 상기와 같은 기술적 목적을 달성하기 위하여, 하천 하부의 지반 탐사를 위한 하상 지반 조사 시스템으로서, 하천의 수면 상부를 이동할 수 있는 수상이동수단과; 상기 수상 이동수단의 상부에 탑재되며, 콘트롤 유니트와 송수신 레이더를 포함하는 지중탐사레이더(GPR) 장치와; 상기 수상이동수단의 상부에 탑재되어 현재의 위치정보를 연산하는 GPS 장치와; 상기 지중탐사레이더 장치 및 GPS 장치에 데이터의 교환이 가능하도록 연결된 정보처리장치;를 포함하여 구성되는 하상 지반 조사 시스템을 제공하며,

이 때 상기 정보처리장치는 상기 지중탐사레이더 장치로부터 전송된 지형정보와 상기 GPS 장치로부터 전송된 위치정보를 연계하여 동시에 저장하는 데이터 저장부와; 조사하고자 하는 하천의 위치 좌표가 포함된 전자 지도가 저장되어 있는 지도 저장부와; 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터와 상기 지도 저장부에 저장된 전자 지도를 결합하여 하상 지형도를 생성하는 지형도 생성부; 및, 상기 지형도 생성부에서 생성된 하상 지형도를 출력하는 출력부;를 포함하되, 상기 지형도 생성부는 상기 전자지도에 포함된 위치 좌표와 상기 GPS 장치에서 전송된 위치정보를 비교하고, 대응되는 지형정보를 상기 전자지도에 결합하여 하상 지형도를 생성함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 하나의 기술적인 특징은 GPR 안테나를 수중으로 일정깊이만큼 잠기도록 하여 탐사를 수행함으로써 기존의 방법에 비해 더욱 정밀한 탐사 결과를 얻을 수 있도록 하는 것에 있다. 즉, 종래에는 GPR 안테나를 사용함에 있어 조사 선박의 상부에 설치하거나 또는 별도의 부이 등에 탑재하여 사용하였으나 이와 같은 경우 GPR 안테나가 수면으로부터 상부쪽에 설치되므로 매질 경계면인 수면에서의 감쇠에 의해 획득된 결과의 선명도가 만족스럽지 못하다는 문제가 있었다. 이의 개선을 위해 본 발명에서는 GPR 안테나를 수중 일정깊이만큼 잠기도록 하여 설치하는 방식을 제안하고 있으며, 아울러 이를 위한 구체적인 시스템의 구성을 제공하고 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 하상 지반 조사 시스템의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도면을 참조하면, 본 발명의 하상 지반 조사 시스템은 수상이동수단(10)의 상부에 지중탐사레이더(GPR) 장치와 GPS 장치(30)를 탑재하고 상기 GPR, GPS에는 노트북 컴퓨터와 같은 정보처리장치(40)를 연결하여 상기 GPR과 GPS로부터 데이터를 전송받아 이를 가공하여 저장할 수 있도록 구성되어 있음을 알 수 있다.

전술한 구성요소 중, 상기 수상이동수단(10)은 하천의 상부에 부상하여 이동할 수 있는 이동 수단으로서, 예를 들면 통상의 보우트나 뗏목과 같은 것이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 도1에 도시된 것과 같이 탐사자가 승선하여 탐사를 수행할 수 있도록 보우트를 사용하고 있다.

상기 수상이동수단(10)에는 지중탐사레이더(GPR; Ground Penetrating Radar 이하 본 명세서 내에서 GPR이라 약칭함)와 GPS(Global Positioning System) 장치가 함께 탑재된다. 상기 GPR 장치는 내장된 펄스 발생기에 의해 소정 주파수의 전자기파를 발생시키고 강 하부면에 반사되어 수신된 전자기파를 입력받는 콘트롤 유니트(22)와 상기 콘트롤 유니트(22)에서 발생된 전자기파를 강 하부를 향하여 방사하고 상기 방사된 전자기파가 강 하부층에 반사되어 나오는 반사파를 수신하여 콘트롤 유니트(22)에 전달하는 송수신 안테나(24)를 포함하여 구성된다.

상기 콘트롤 유니트(22)에서는 사용자의 조작에 의해 임의의 주파수를 가진 전자가파를 발생시키며, 이 전자기파는 상기 송수신 안테나(24)의 송신부(Tx)를 통하여 방사되는데, 상기 방사된 전자기파의 일부는 직접 수신부(Rx)에 수신되거나 강 하부에 반사되어 다시 수신부(Rx)에 수신된다. 콘트롤 유니트(22)에서는 이렇게수신된 전자기파의 강도 및 도달 시간을 분석하고 분석된 데이터를 내장된 신호 출력기를 통하여 후술하는 정보처리장치(40)에 전달한다.

상기한 GPR 장치(20)를 구성하는 콘트롤 유니트(22)와 송수신 안테나(24)는 보우트와 같은 수상이동수단(10)의 상부에 함께 탑재할 수도 있으나, 송수신 안테나(24)가 보우트의 상부에 설치되는 경우에는 보우트 바닥면에 의해 전자기파의 감쇠가 심하게 일어날 수 있는 바, 상기 송수신 안테나(24)는 상기 수상이동수단(10)의 외부로 벗어나도록 하여 설치됨이 바람직하다. 또한 상기 송수신 안테나(24)는 수중으로 일정 깊이만큼 잠기도록 설치하여 하저면에 접근시킴으로써 기존의 방법에 비해 더욱 정밀한 탐사 결과를 얻을 수 있도록 할 수 있으며, 이를 위한 구성이 도1 및 도2에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 구성이 도시된 상기 도면들을 참조하면 수상이동수단(10)에는 그 본체로부터 외측으로 소정길이만큼 돌출되도록 수평 받침대(51)가 설치되고 상기 수평 받침대(51)에서 수직 하방으로 연장되며 단부가 수면 아래로 소정 깊이만큼 잠기도록 수직 고정대(52)가 설치되어 있으며, 상기 수직 고정대(52)의 하부측에 송수신 레이더(24)를 고정 설치함으로써 상기 송수신 레이더(24)가 수면 하부로 일정 깊이 잠겨진 상태로 탐사를 수행할 수 있게 된다.

이 때, 상기와 같이 송수신 레이더(24)를 수면 아래로 잠기도록 하여 탐사를 수행하는 경우 송수신 레이더(24)에는 방수처리를 함으로써 수분에 의한 기기의 오작동을 방지할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 본 실시예에서는 도3에 도시된 것과 같이 송수신 레이더(24)를 수용할 수 있는 방수 케이스(24')를 불투수성의 합성수지로 제작하여 사용하고 결합부의 틈새는 실런트(S)로 코킹 처리함으로써 송수신 레이더(24)가 물에 접촉하는 것을 방지하고 있다.

또, 상기와 같이 구성된 경우 방수 케이스(24')의 비중에 의해 부력이 발생하여 보우트가 안정된 자세를 유지하기 곤란할 수 있으므로 이와 같은 경우에는 부력을 상쇄하기 위해 소정 중량의 부력 상쇄재(55)를 더 설치하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 도4에 자세하게 도시된 것과 같이 상기 부력 상쇄재(55)를 석재와 같은 재질로 제작하고 이를 송수신 안테나(24)의 상면에 적층 설치하고 있다. 이 때, 상기 부력 상쇄재(55)와 송수신 안테나(24)의 사이에는 고무판(56)을 더 설치할 수도 있다.

상기 GPS(Global Positioning System) 장치는 GPS 위성이 송신하는 데이터를 수신하여 본 발명의 하상 지반 조사 시스템의 현재 위치를 연산하는 장치이다. 상기 GPS 장치(30)는 본 발명의 수상이동수단에 탑재될 수 있을 정도로 소형화된 것을 사용하며 본 실시예에서는 미국 Trimble사 제품인 Pathfinder ProXP 시스템을 사용하고 있다. 이는 GPS 및 비컨 일체형 수신기 및 안테나로 구성되어 있으며, 실 시각 오차보정을 통하여 수평거리 50cm의 정확도를 가진다.

상기 GPR 장치 및 GPS 장치에는 정보처리장치(40)가 연결된다. 상기 정보처리장치(40)는 노트북 컴퓨터와 같이 정보처리 능력을 갖춘 장치로서, 상기 GPR 장치로부터 전송받은 디지털화된 지형 정보와 상기 GPR 장치로부터 전송받은 위치 정보를 하나의 정보로 연계하여 동시에 저장하고, 이와 같이 저장된 정보를 이용하여 하상 지형도를 자동으로 생성할 수 있도록 구성된다. 첨부된 도5를 참조하여 상기 정보처리장치(40)의 구성을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도5는 본 발명에서의 정보처리장치(40)의 구성을 도시한 블럭도이다. 본 발명에서의 정보처리장치는 기본적으로 입력된 데이터의 연산 처리 및 저장 능력을 갖추며 처리된 결과를 출력할 수 있는 컴퓨터 시스템으로 구성된다. 특히 본 발명의 하상 지반 조사 시스템의 경우 휴대 및 이동이 간편하도록 노트북 컴퓨터를 사용하는 것이 적당하다. 첨부된 도5를 참조하면, 본 발명에서의 정보처리장치(40)는 GPR과 GPS로부터 데이터를 입력받아 이들을 연계하여 저장하는 데이터 저장부(B10)와; 조사 대상 하천에 대한 디지털화된 전자 지도가 저장된 지도 저장부(B30)와; 상기 데이터 저장부(B10)에 저장된 데이터와 상기 지도 저장부(B30)에 저장된 전자 지도를 결합하여 하상 지형도를 생성하는 지형도 생성부(B20); 및, 생성된 하상 지형도를 출력하는 출력부(B40)를 포함하도록 구성됨을 알 수 있다.

상기 데이터 저장부(B10)는 상기 GPR 장치(30)로부터 전송받은 수치화된 지형 정보와 상기 GPS 장치(30)로부터 전송된 위치 정보를 연계하여 동시에 저장하는 기능을 하며, 이와 같이 저장된 데이터는 하상 지형도의 작성에 있어 기초 자료가 된다. 이와 비교하여 종래에는 단순히 탐사 측선을 따라 탐사선을 이동해가며 GPR 장치(20)로부터 연속적으로 반사파를 수신하여 분석과정을 통해 하저 단면을 추출하였으나 이와 같은 종래의 방식에 의할 경우에 정확한 하저 단면 정보를 얻기 위해서는 탐사선이 측선을 따라 정확한 직선 경로를 유지하여야 하고 동시에 일정한이동 속도를 유지하여야만 한다. 그러나 본 발명에 의하면 GPR에 의해 얻어진 하저 단면 정보에 GPR 장치(20)로부터 얻어진 정확한 위치 정보가 결합되므로 이와 같은 위치 정보를 기준으로 데이터를 처리하게 되면 조사 선박의 운전에 있어 다소간의 측선 이탈이 있거나 또는 일정한 이동 속도를 유지하지 못하더라도 정확한 탐사 결과의 도출이 가능하게 된다.

상기 지도 저장부(B30)는 조사하고자 하는 하천에 대한 전자 지도가 저장되어 있는 저장 장치이다. 상기 전자 지도는 조사 하천의 평면 형태가 수치화된 데이터 파일 형식으로 저장될 수 있으며 여기에는 조사 하천의 위치 좌표가 함께 포함되어 있어 상기 GPS로부터 입력받은 위치 정보와 비교 연산이 가능하도록 한다. 상기 지도 저장부(B30)는 본 실시예에서와 같이 정보처리장치로서 노트북 컴퓨터를 이용하는 경우 내장 하드 디스크, 시디롬 또는 플로피 디스크 등으로써 구현될 수 있다.

상기 지형도 생성부(B20)는 상기 데이터 저장부(B10)에 저장된 데이터와 상기 지도 저장부(B30)에 저장된 전자 지도를 결합하여 최종적으로 하상 지형도를 생성하는 모듈이다. 도5에 도시된 바와 같이 상기 지형도 생성부(B20)는 상기 데이터 저장부(B10)와 지도 저장부(B30)로부터 각각 데이터를 전송받아 이들을 연산하여 하상 지형도를 생성하는 데 상기 데이터 저장부(B10)로부터 전송된 데이터에는 GPR로부터 얻어진 위치 정보가 결합되어 있어 이를 상기 지도 저장부(B30)로부터 전송된 전자 지도에 포함된 위치 좌표와 비교 연산함으로써 하상 지형도를 작성한다. 본 실시예에서와 같이 정보처리장치로서 노트북 컴퓨터를 이용하는 경우에는 중앙처리장치(CPU)가 이에 해당한다.

상기 출력부(B40)는 상기 지형도 생성부(B20)에서 생성된 하상 지형도를 전달받아 이를 출력하는 모듈로서 액정 디스플레이, 혹은 CRT 모니터 등으로써 구현할 수 있다.

다음으로는 본 발명에 따른 하상 지반 조사 시스템을 사용하여 하상 지반 단면도를 취득하는 과정 및 이를 이용하여 하상 지형도를 작성하는 과정을 설명한다.

우선, 본 발명에 따른 하상 지반 조사 시스템을 사용하여 하천의 하저 지반 구조를 조사하기 위해서는 조사 하천에 미리 탐사를 수행할 탐사 측선을 설정하여야 한다. 이와 같이 탐사 측선이 설정되면 계획된 탐사 측선을 따라 본 발명의 하상 지반 조사 시스템을 이동해가며 자료를 취득한다. 도6은 본 발명을 시험 실시한 하천에 설정된 측선의 위치를 도시한 것이다.

상기와 같이 설정된 측선을 따라 자료를 취득함에 있어서는 GPR 장치의 작동과 함께 위치 정보를 제공하는 GPS 장치를 작동하여야 한다. 통상 GPR 자료는 초당 7개가 입수되며 GPS 위치 정보는 1초 간격으로 입수되는데 본 실시예에서는 매 10초마다 동시에 마크를 하여 두 종류의 자료를 동시화 하였으며 포트란 프로그램을 통하여 1초 간격(약 30cm정도)으로 디지털화 하였다.

한편, GPR 단면도를 얻기 위해서는 탐사 측선을 수평 방향으로 연속적으로 이동하며 자료를 취득하여야 하며, 이의 해석 처리를 거치면 수평거리를 나타내는 수평축과 깊이 또는 시간을 나타내는 수직축에 반사파의 강도를 색상으로 표시한 도7과 같은 하저 단면도를 얻을 수 있다. 여기서 하저면이나 기반암층 등 현저한 반사면은 단면도 상에서 일정한 반사강도를 가진 연속된 프로파일로 나타나게 되며, 이와 같은 연속된 프로파일은 반사면 추출 프로그램을 통하여 디지털화된 파일로 변환되고 이는 하상 지형도 작성의 기초 자료가 된다. 상기 디지털 파일에는 반사파의 도달 시간과 강도가 포함되며, 도달 시간으로부터는 반사층까지의 거리를 계산할 수 있고, 강도는 퇴적물의 종류를 유추할 수 있는 단서를 제공한다.

도7(a)는 시험 실시에서 취득된 GPR 자료에 대해 하저면을 추출한 예를 도시한 것으로 추출된 하저면 지형을 나타내는 반사파 수평 프로파일이다. 여기서 하저면은 최초 반사파로 표시되는 곡면이며 명암은 반사 강도를 표시한다. 반사면 추출 프로그램은 상기와 같은 단면도 파일을 읽어 들여 지정된 반사파의 반사시간과 강도를 아스키 파일로 생성한다.

한편, 본 발명에서는 GPR 송수신 안테나를 설치함에 있어 수중에 일정 깊이만큼 잠기도록 하여 설치하는 구성을 제시하고 있는데, 이와 같은 구성에 따르게 되면 송수신 안테나가 하저면에 더욱 가까이 접근하게 되므로 추출된 단면도의 해상도 향상을 기대할 수 있다. 상기와 같은 수중 안테나를 사용하여 탐사를 수행하여 얻은 단면도를 도7(b)에 도시함으로써 도7(a)에 도시한 안테나를 침수하지 않고 취득한 결과와 비교하였다. 상기 침수 깊이는 50cm로 하였으며 도면에서 알 수 있는 것과 같이 안테나를 수중에 침수시켜 취득한 단면도가 기반암으로부터의 반사파를 더욱 선명하게 보여줌을 알 수 있다.

상기와 같이 설정된 다수개의 측선별로 하저 단면도 파일이 얻어지면 이를 조사 하천의 평면 정보가 포함된 전자 지도와 결합함으로써 하상 지형도를 생성하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명은 GPS 장치로부터 주기적으로 위치 정보를 입력받고 이를 상기 디지털 파일 형태로 저장된 GPR 자료와 결합함으로써 탐사 결과 취득된 GPR 자료가 수평 위치에 대한 정보를 포함하게 된다. 본 발명에서는 하상 지형도를 작성함에 있어 조사 하천의 평면 형태가 표시된 전자 지도에 상기 측선별로 얻어진 GPR 자료를 결합하고 이를 내삽(interpolation) 처리하여 하상 지형도를 작성하게 된다. 이 때, GPR 자료와 전자 지도의 결합은 상기 GPS 장치로부터 전송된 위치 정보를 참조로 하여 상기 전자 지도에 포함된 위치 좌표와 비교하고 그 위치에 해당하는 GPR 정보를 전자 지도에 결합함으로써 이루어진다. 상기 정보처리장치 중의 지형도 생성부는 이와 같이 GPR 정보가 결합된 전자 지도를 가지고 동일한 심도를 가지는 부위를 등고선으로 연결하여 하상 지형도를 생성해 낸다. 첨부한 도8은 도6의 측선을 따라 탐사를 수행하여 얻은 하상 단면도이며, 도9는 상기 도8의 하상 단면도를 연산 처리하여 생성한 하상 지형도를 도시한 것이다.

상기와 같이 하상 지형도가 생성되면 출력 장치를 통하여 이를 출력한다. 이는 노트북 컴퓨터와 같은 컴퓨터의 경우 액정 디스플레이를 통하여 영상 데이터의형태로 출력될 수 있고 또는 프린터 등의 장치를 통하여 출력되거나 컴퓨터 파일의 형태로 변환되어 다른 프로그램 등에서 이용할 수 있는 형태로 출력될 수도 있다.

이상에서 상세하게 설명한 본 발명에 따르면 하상 지반 조사 시스템에 있어 GPR과 GPS를 함께 탑재하고 이들 GPR과 GPS로부터 얻어진 정보를 연계하여 저장할 수 있도록 함으로써 오류 없이 정밀한 탐사 결과의 취득이 가능하며, 나아가 각 측선별로 관측하여 얻어진 자료를 종합하여 하상 지형도를 제작함에 있어서도 더욱 정확하고 신뢰성 있는 하상 지형도를 간편하게 작성할 수 있는 하상 지반 조사 시스템이 제공되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 GPR 안테나를 수중 일정깊이만큼 잠기도록 하여 탐사를 수행함으로써 기존의 방법에 비해 더욱 정밀한 탐사 결과를 얻을 수 있는 하상 지반 조사 시스템이 제공되는 효과가 아울러 나타난다.

Claims

하천 하부의 지반 탐사를 위한 하상 지반 조사 시스템에 있어서,

하천의 수면 상부를 이동할 수 있는 수상이동수단;

상기 수상이동수단에 탑재되며, 콘트롤 유니트와 송수신 레이더를 포함하는 지중탐사레이더(GPR) 장치;

상기 수상 이동수단에 탑재되어 현재의 위치정보를 연산하는 GPS 장치;

상기 지중탐사레이더 장치 및 GPS 장치에 데이터의 교환이 가능하도록 연결된 정보처리장치;를 포함하며,

상기 정보처리장치는,

상기 지중탐사레이더 장치로부터 전송된 지형정보와 상기 GPS 장치로부터 전송된 위치정보를 연계하여 동시에 저장하는 데이터 저장부;

조사하고자 하는 하천의 위치 좌표가 포함된 전자 지도가 저장되어 있는 지도 저장부;

상기 데이터 저장부에 저장된 데이터와 상기 지도 저장부에 저장된 전자 지도를 결합하여 하상 지형도를 생성하는 지형도 생성부; 및,

상기 지형도 생성부에서 생성된 하상 지형도를 출력하는 출력부;

를 포함하되, 상기 지형도 생성부는 상기 전자지도에 포함된 위치 좌표와 상기 GPS 장치에서 전송된 위치정보를 비교하고, 대응되는 지형정보를 상기 전자지도에 결합하여 하상 지형도를 생성함을 특징으로 하는 GPS와 GPR을 이용한 하상 지반조사 시스템.
제1항에서, 상기 지중탐사레이더의 송수신 레이더는 방수 처리가 되어 있으며 수면 아래로 소정 깊이 잠겨지도록 상기 수상 이동수단에 고정 설치됨을 특징으로 하는 GPS와 GPR을 이용한 하상 지반 조사 시스템.
제2항에서, 상기 수상 이동수단은 본체로부터 외측으로 소정 길이 돌출된 수평 받침대;와 상기 수평 받침대로부터 수직 하방으로 연장되어 단부가 수면 아래로 소정 깊이만큼 잠기도록 설치된 수직 고정대;를 더 포함하며 상기 송수신 레이더는 상기 수직 고정대의 하부측에 고정 설치됨을 특징으로 하는 GPS와 GPR을 이용한 하상 지반 조사 시스템.
제3항에서, 상기 송수신 레이더에는 부력 상쇄를 위한 소정 중량의 부력상쇄재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 GPS와 GPR을 이용한 하상 지반 조사 시스템.
제4항에서, 상기 부력상쇄재는 판상의 부재로서 상기 송수신 레이더의 상면에 적층 설치됨을 특징으로 하는 GPS와 GPR을 이용한 하상 지반 조사 시스템.