(주)비젼테크

1.사진측량이나 LiDAR를 통해 as-built 굴착 형상(및 구조)을 생성

2.위치와 크기로 3D에서 지질 구조를 매핑

3.as-built 형상 및 측정된 구조를 사용하여 굴착 주위에서 블록이 형성될 수 있는 위치를 찾고 불안정의 위치 및 규모를 식별

4.단계별 굴착과 지보공을 현실적으로 반영하여 위험을 평가

as-built 환경과 현실적인 시공 순서를 모델링하는 가치는 결코 과소평가할 수 없습니다. 몇 가지 예시로, 이 과정은 다음을 가능하게 합니다:

• 실제 데이터로 설계 가정 검증
  
• 드릴 및 발파 작업을 개선하고 시공에 정보를 제공할 수 있는 암반 질량 특성화의 추가 근거 제공
  
• 시공 중에 잠재적으로 안전하지 않은 구역을 식별하고 시정 조치 적용
  
• 현장 데이터와 3D 모델링을 결합하여 위험 예측
  

Figure 1. ShapeMetriX와 RocTunnel3 워크플로우: 1) 사진측량 또는 LiDAR 데이터로 ShapeMetriX에서 굴착 3D 모델 구축; 2) ShapeMetriX에서 방향, 위치, 크기로 구조 매핑; 3) 굴착 표면 3D 모델을 RocTunnel3로 내보내기; 4) RocTunnel3에서 암반 질량(volume) 구축 및 ShapeMetriX에서 매핑한 구조 가져오기; 5) 구조의 교차점을 계산하여 블록을 찾고, 안전율 또는 블록의 파괴 확률 계산.

Figure 2. 지하 사진측량용 삼각대에 장착된 DSLR 카메라; 카메라에는 라이브뷰 디스플레이와 원격 트리거가 있음.

사진은 렌즈 및 장치 사양을 고려하여 충분한 세부 정보를 제공하는 거리와 각도에서 촬영해야 합니다. 3D 측정은 여러 위치와 각도에서 촬영된 사진이 있을 때만 가능합니다. 인접 사진 간에는 약 80%의 중첩이 유지되어야 합니다. 3D 모델은 몇 장의 사진부터 수천 장 이상의 사진까지 생성할 수 있습니다.

Lighting
여러 소스의 플러드 라이트(투광 조명)를 사용하는 것이 모든 관련 굴착 면에 일정한 조명을 제공하는 데 권장됩니다. 플러드 라이트는 손전등에 비해 다음과 같은 문제를 피할 수 있기 때문에 추천됩니다:

• 변화하는 그림자
  
• (손전등) 렌즈 가까이에 먼지가 있어 안개처럼 보이는 현상
  
• 전체 장면에 필요한 적절한 조명 부족
  

휴대용 LED 어레이는 충분한 배터리 수명과 함께 우수한 조명을 제공합니다. 암반 표면의 그림자를 최소화하기 위해 여러 개의 광원이 사용됩니다.

Georeferencing
3D 모델 생성을 위해 일반적으로 여러 가지 지오리퍼런싱 옵션이 있지만, 지하 환경에서는 주로 두 가지가 적용됩니다:

1.기준점(Ground control points)

2.스케일 바(또는 측정봉)

Figure 3. 기준점의 예(왼쪽에서 오른쪽): 스프레이 마커, 사전 설치된 측량 타깃, 전용 GCP 마커.

GCP는 이상적으로는 전체 사진측량 영역에 분포해야 하지만, 실제로는 어렵습니다. 실용적인 설치는 보통 굴착의 여러 면에 약 3개의 GCP를 포함합니다.

Figure 4. 터널 굴착에 배치된 GCP(노란색 구체)

스케일 바 또는 측정봉의 사용은 측량사 및 토탈 스테이션에 의존하지 않는 장점이 있습니다. 측정봉은 스케일과 수직 기준을 제공하며, 외부 나침반 판독값이나 드리프트의 알려진 축에서 경사 보정이 제공될 수 있습니다.

Figure 5. 굴착면에 설치된 측정봉(오른쪽)

LiDAR as a Data Acquisition Alternative
사진 텍스처가 있는 LiDAR도 지하 데이터 취득의 실행 가능한 수단이며, ShapeMetriX는 .e57 포인트 클라우드 파일 포맷을 지원합니다. 항공 라이다와 달리 지상형 LiDAR는 주로 지하 굴착에서 사용되며, LiDAR 장치는 삼각대에 설치된 DSLR 카메라처럼 고정 위치에 설치됩니다. 지상형 LiDAR는 공간이 협소한 곳에서 항공 내비게이션의 잠재적 문제를 피할 수 있어 유리합니다.

Figure 6. 사진측량 데이터로 ShapeMetriX MultiPhoto 모듈에서 구축한 샘플 3D 굴착 모델

3D Geologic Mapping in ShapeMetriX
3D 구조-지질 데이터는 3D 모델 생성 이후 ShapeMetriX의 Analyst 모듈에서 매핑 및 평가됩니다. 데이라이팅 조인트는 열린 폴리라인으로 트레이스, 닫힌 폴리라인으로 평면에서 정의할 수 있습니다. 이러한 주석들은 조인트의 방향(경사 및 주향), 공간상의 위치, 외관상의 크기를 제공합니다. 매핑은 상호작용적으로 혹은 반자동 도구를 이용해 수행할 수 있습니다. 조인트는 평면 또는 굴곡면(거칠기 포함)으로 크기 외삽 또는 투영이 가능합니다.

Figure 7. ShapeMetriX Analyst 모듈에서의 지질 매핑

3D Block Stability Assessment in RocTunnel3
생성된 3D 모델과 매핑된 조인트는 RocTunnel3로 쉽게 가져와 지하 블록 안정성 평가에 사용될 수 있습니다. RocTunnel3는 ShapeMetriX에서 제공하는 .obj와 .dxf를 비롯한 일반적인 형상 포맷을 지원합니다. 매핑된 ShapeMetriX 조인트는 .3gdps 파일로 저장할 수 있으며, 이 파일은 Dips에서도 호환되어 동일한 조인트에 대해 추가적인 집합 및 운동학 평가를 수행할 수 있습니다.

Figure 8. 3D 굴착 표면을 .obj로 RocTunnel3에 가져옴

Figure 9. RocTunnel3에는 암반 질량(체적) 구축 및 3D 굴착 표면 결함 복구를 위한 내장 형상 도구가 있음

RocTunnel3는 3D 굴착 형상 및 지질 구조의 위치, 크기 데이터를 사용해 굴착 주위에서 블록을 형성하는 구조의 교차를 결정합니다. 각 블록에 대해 결정론적 또는 확률론적으로 안전율 또는 파괴 확률이 계산됩니다.

사용자는 RocTunnel3의 단계별(staged) 기능도 활용할 수 있습니다. 궁극적으로 블록은 daylighting face(외부로 노출된 면)가 존재할 때만 의미가 있으므로, 이는 단계별 굴착을 통해 형성됩니다.

as-built 프로젝트는 RocTunnel3의 3D 모델이 제공하는 위험 평가 인사이트로 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 모델 자체도 구축에 사용된 실제 데이터로 인해 현실과의 일치성을 확보할 수 있습니다.

Figure 10. 구조와 daylighting 굴착 표면의 교차로 계산된 블록들; 조인트는 평면으로 모델링됨

How can this benefit you?
현대적인 도구인 ShapeMetriX와 RocTunnel3는 암반 굴착에서 지하 위험을 현실적으로 평가하고, 위험 관리 및 현장 실무에 정보를 제공할 수 있습니다.
지하 응용을 위한 3D 모델 생성은 더욱 효율적이고 접근성이 높아지고 있으며, 일반적인 장비(예: 카메라)를 데이터 취득에 사용할 수 있습니다.
ShapeMetriX와 RocTunnel3의 연동을 활용하면 간단한 워크플로우를 구현할 수 있습니다.

원문 보기 - shapemetrix&roctunnel3: streamlining underground rock engineering from data capture to hazard assessment