초록
이 논문에서는 시추공을 이용한 탐사나 자료 해석 시에 중요한 시추공 궤적 정보 획득 방법에 대한 이해를 공유하고자, 깊이에 따른 시추공의 좌표를 구하는 시추공 공곡 측정 문제를 좌표계 변환 공식에 기초하여 수학적으로 정리하였다. 먼저, 철재 케이싱이 설치되어 있지 않은 시추공에 적용 가능한 방법으로서 3성분 가속도계와 3성분 자력계를 함께 이용하여 시추공의 방위각, 편차각 그리고 센서회전각을 구하는 원리를 정리하였다. 다음으로, 철재 케이싱이 설치되어 있을 경우에 자이로스코프에서 3성분 각속도가 측정되었을 때, 좌표계 변환 행렬의 시간 미분 관계식에 기초해 각속도의 시간에 따른 적분을 통해 요-피치-롤 각을 구하는 수학적 이론을 정리하고 지구 자전의 영향을 제거함으로써 측정자료의 시간 적분에 의해 시추공의 궤적을 구하는 방법을 설명하였다. 오차가 포함된 측정 자료로부터 시추공 공곡 결정의 정확도를 높이는 중요한 방법으로 센서 또는 측정 자료를 융합하는 원리도 예를 들어 설명하였다. 시추공 공곡 측정원리는 GPS 수신이 불가능한 터널내에서의 궤적 추적 또는 무인비행체를 이용한 공중 탐사나 항공 탐사 시 센서의 자세 측정에도 활용될 수 있다. 또한, 센서의 융합에서 필수적으로 접목되어야 할 최적화 필터에 대해서도 중요 문헌 및 사례를 소개함으로써, 앞으로의 연구에 도움을 주고자 하였다.
To share an understanding of trajectory measurement in surveys using borehole, this tutorial summarizes the relevant mathematical principles of the borehole deviation survey based on coordinate transform. For uncased or open holes, calculations of the azimuth-deviation-tool face rotation using three-component accelerometer and magnetometer measurements are summarized. For the steel-cased holes, calculations are based on the time-derivative formula of the coordinate transform matrix; yaw-pitch-roll angles through time are mathematically determined by integrating the threecomponent angular velocity measurements from the gyroscope while also removing the Earth's rotation effect. Sensor and data fusion to increase the accuracy of borehole deviation survey is explained with an example of the method. These principles of borehole deviation surveys can be adapted for attitude estimation in air-borne surveys or for positioning in tunnels where global positioning system (GPS) signals cannot be accessed. Information on the optimization filter that must be incorporated in sensor fusion is introduced to help future research.
