공동분석 매뉴얼

붙임

□ 탐사자료 분석 프로그램

○ 프로그램명 : Sinkhole Finder(대한민국, 이성주식회사)

○ 포지셔닝 시스템과 통합 운영되며, 채널별 종단면 데이터를 통하여 분석 수행이 가능한 프로그램이다. 이상 위치에 대해 노면영상과의 비교·분석을 통해 지하매설물, 맨홀 등 신호의 필터링을 수행한다. 또한 원하는 이상 지점에 공동조사서를 자동으로 작성하며, 공동조사서 양식은 변경 가능하다.

그림 1. 탐사자료 분석 프로그램(Sinkhole Finder)

포지셔닝 시스템 통합운영 및 분석 프로그램

□ 탐사자료의 분석방법

○ 차량형 GPR탐사 장비를 차량에 장착하여 일반통행차량의 속도로 노면하부 공동을 탐사하는 것으로 탐사연장은 1개차로 기준으로 산정된다.

○ 탐사결과 영상의 단면에서 가로방향은 측정거리, 세로방향은 심도를 나타내고 레이더 탐사 결과는 단면도에 나타나는 반사 형태(pattern)를 해석한다.

○ 공동파형의 종단 및 횡단의 길이는 포물선 꼭지점에서 약 1/3지점의 양 끝단 폭으로 산정하며, 필요시 구조보정(migration) 처리를 수행한 후에 반사 양상을 분석한다.

○ 결과단면 영상에서 색상은 수신된 전자기파의 세기를 나타내고 트레이스 파형의 특성에 따라 공동, 지하매설물 등의 구별이 용이하도록 설정하고 분석된 이상체 심도는 전자파의 왕복주시와 매질의 유전상수에 의해 결정되지만 매질에 따른 정확한 유전상수의 결정이 어렵기 때문에 오차가 발생할 수 있다.

○ 동일한 결과단면의 해석에 있어서 개인차에 따라 해석이 달라질 가능성을 고려해야 하며, 분석경험이 풍부한 기술자에 의한 교차검토가 필수적이다.

평면영상 분석

공동신호

그림 2. 멀티채널 GPR 탐사 결과 공동의 반응

종단 및 횡단 영상

공동신호

공동신호

○ 멀티채널 GPR탐사의 경우 그림 2에서처럼 평면적, 종단면적, 횡단면적인 3차원 해석을 기본으로 하며, 노반·노상 등 재료의 차이는 물론이고 동일한 재료 간에도 유전율 차이로 인하여 파형에 이상반응이 나타난다. 또한 매설관 내부가 빈 공간일 경우도 있기 때문에 공동 반응과 반드시 구별해야 한다.

□ 공동의 분석방법

○ GPR탐사에 의한 공동 분석방법은 기술자의 경험에 대한 의존도가 높으므로 그 기술적 방법을 자세히 설명할 수는 없지만, 기본이 되는 항목은 다음과 같다.

○ 공동 조사에 있어 GPR탐사는 땅 속에 입사된 전자파가 유전율이 다른 물질(노반, 노상, 공동, 매설물 등)의 경계면에서 반사되는 성질을 이용, 그 반사파를 분석하고 탐지하는 방법으로서 반사파의 극성, 반사파의 강도, 반사형상을 비교·분석하여 공동을 탐지한다.

(1) 반사계수를 활용한 해석

2차원 매질 경계면은 곡선이나 직선으로, 3차원의 지하매설물 혹은 공동은 포물선의 형태로 표시되며, 공동의 상부지점은 저속도층(포장층)에서 고속도층(공기)으로 진행되며 진폭은 음에서 양으로 진행하는 파형을 보인다.

그림 3. 반사강도 모식도 및 수신파형 출력(예)

반사강도 모식도	수신파형 출력(예)

(2) 반사파의 형태

공기와 매질은 유전율이 매우 다르다는 점에 착안하여 파형의 흰색 부분과 검은색 부분의 출현 순서에 따라 공동을 판별하는 방법이다. 일반 노면 아래 구성의 경우는 깊이 방향에 따라 상대유전율은 커지고 위상이 검정색에서 흰색으로 전환됨을 알 수 있다. 또한 노면 하부에 공동이 존재하는 경우, 깊이 방향으로 유전율이 작아지기 때문에 반사파의 위상이 180도 역전되어 흰색에서 검정색으로의 전환을 나타낸다. (그림 4, 그림 5 참조)

그림 4. 균질한 지층에서의 GPR탐사 결과

균질한 매질의 경우

그림 5. 지층내 공동이 존재할 경우 GPR탐사 결과

공동이 포함된 경우

공동

(3) 공동신호의 판별 및 크기 산정

공동신호를 분석하기 위하여 먼저 평면영상에서 이상신호를 선별해야 하며 매설관로의 경우에 직선 형태의 패턴이 나타나지만 급격한 진폭 변화를 보이는 경계부를 따라 일정한 영역을 형성하고 있는 패턴을 공동으로 특정하고 평면, 종단, 횡단영상을 종합하여 최종 판별한다.

종단면 영상에서 공동신호는 포물선 형태로 나타나며 심도는 진폭 변화가 시작되는 첨단부와 지표면 사이의 거리로 파악하고 종단 길이는 포물선 꼭지점에서 약 1/3지점의 양 끝단 폭으로 파악한다.

또한, 횡단면 영상에서 공동신호는 종단면 영상과 유사한 포물선 형태로 나타나며 횡단 폭의 길이는 포물선 꼭지점에서 약 1/3지점의 양 끝단 폭으로 파악한다.