DOI QR코드

DOI QR Code

Tunnel Reverse Engineering Using Terrestrial LiDAR

지상LiDAR를 이용한 터널의 Reverse Engineering

  • 조형식 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 손홍규 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 김종석 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 이석군 (영남건설기술교육원)
  • Received : 2008.11.05
  • Accepted : 2008.11.06
  • Published : 2008.11.30

Abstract

Surveying by using terrestrial LiDAR(Light Detection And Ranging) is more rapid than by using total station which enables tunnel section profile surveying to be done in suitable time and minimize centerline error, occurrence of overcut and undercut. Therefore, utilization of terrestrial LiDAR has increased more and more in section profile survey and measurement field Moreover, studies of terrestrial LiDAR for accurate and efficient utilization is now ongoing vigorously. Average end area formula, which was generally used to calculate overcut and undercut, was compared with existing methods such as total station survey and photogrammetry. However, there are no criteria of spacing distance for calculating overcut and undercut through terrestrial LiDAR surveying which can acquire 3D information of whole tunnel. This research performed reverse engineering to decide optimal spacing distance when surveying tunnel section profile by comparing whole tunnel volume and tunnel volume in difference spacing distance. This result was utilized to produce CAD drawing for the test tunnel site where there is no design drawings. In addition to this, efficiency of LiDAR and accuracy of CAD drawing was compared with targetless total station surveying of tunnel section profile. Finally, error analysis of target coordinate's accuracy and incidence angle was done in order to verify the accuracy of terrestrial LiDAR technology.

지상LiDAR는 토탈스테이션에 비해 신속한 측량이 가능하기 때문에 터널의 내공단면 측량을 적기에 수행하고 중심선 오차와 여 미굴량 발생을 최소화할 수 있는 강점을 가지고 있어 지상LiDAR를 이용한 터널의 내공단면 측량 및 계측이 점점 증대되고 있으며 보다 효율적이고 정확한 지상LiDAR 활용을 위한 연구도 활발하게 진행 중이다. 현재 일반적으로 터널의 여 미굴량을 계산할 때 사용되는 양단면 평균법의 경우 기존 측량 방식인 토탈스테이션 및 사진측량 등과의 비교는 많이 이루어졌으나 터널 전체의 3차원 위치정보를 얻을 수 있는 지상LiDAR를 이용하여 터널의 내공단면을 측량 체적 및 여 미굴량을 구할 때 관측간격에 따른 기준이 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 시험터널에 대한 reverse engineering을 실시하여 터널 내공단면 측량 시 터널단면의 체적을 비교하여 가장 합리적인 간격을 결정하고 이 결과를 토대로 현재 설계 데이터가 존재하지 않는 시험터널에 대한 CAD도면을 제작하였다. 또한 지상LiDAR 기술의 정확도를 검증하기 위하여 토탈스테이션과의 비교를 통하여 타겟좌표 정확도, 입사각에 따른 정확도 분석을 실시하였다.

Keywords

References

  1. 김인섭, 임수봉(2007) 터널굴착시 3차원 레이저스캐너에 의한 내공단면 측량에 관한 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제27권 제4호, pp. 541-546.
  2. 윤부열, 박운용, 장상규, 정창식(2005) 3D Laser Scanning을 이용한 터널의 천단 및 내공변위 관측, 대한토목학회 정기학술대회 논문집, 대한토목학회, pp. 5162-5166.
  3. 이임평, 최윤수, 사석재, 오의종(2004) 지상 라이다를 이용한 건물의 정밀 모델링, 한국측량학회 춘계학술대회 논문집, 한국측량학회, pp. 491-500.
  4. 이재원, 김용석, 송연경(2007), 3차원 레이저 측량기를 이용한 터널 변위 관측, 지구물리, 대한지구물리학회, 제10권 제1호, pp. 27-35.
  5. 이종출, 문두열, 김남식, 서동주(2005) 3차원 레이저 스캐너를 이용한 터널 여굴량 산정, 대한토목학회 정기학술대회 논문집, 대한토목학회, pp. 1903-1906.
  6. 이종출, 문두열, 김남식, 서동주(2005), 수치사진측량과 3차원 레이저 스캐너 조합을 이용한 문화재 정밀 복원자료, 대한토목학회 정기학술대회 논문집, 대한토목학회, pp. 5108-5111.
  7. 이홍민, 박효선, 이임평(2005) 지상 LiDAR를 이용한 철골보의 안전 및 사용성 모니터링을 위한 변위계측기법, 한국전산구조공학회 논문집, 한국전산구조공학회, 제18권 1집, pp. 190-197.
  8. 장경수(2004) 3D Scanning System을 이용한 문화재디지털복원에 관한 연구, 석사학위논문, 성균관대학교 정보통신대학원.
  9. 한국도로공사(1995) 터널설계 실무 자료집, 한국도로공사 설계사업소, pp. 207-208.
  10. Blais, F., Beraldin, J. A., and EI-Hakim, S. F. (2000) Range error analysis of an integrated time-of-flight, triangulation and photogrammetry 3D laser scanning system, Published in SPIE Proceedings AeroSense Orlando, FL April 24-28, Volume 4035, NRC 43649.
  11. Boehler, W., Heinz, G., and Marbs, A. (2002) The Potential of Noncontact Close Range Laser Scanners for Cultural Heritage Recording, CIPA Working Group, pp. 289-295.
  12. Sarkar, B. and Menq, C. H. (1991) Smooth-surface approximation and reverse engineering, Butterworth-Heinmann Ltd, Vol. 23, No. 9, pp. 623-628.