무인항공기는 최근 10년간 빠르게 성장하고 있는 한편, 복잡하고 어려운 환경에서 적용가능하며, 높은 분해능을 가진 효율적인 탐사 기법의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 기존의 탐사기술을 보완하고 대체할 수 있는 효율적인 탐사 방법으로 무인항공 탐사기술이 주목받고 있다. 특히나, 자력탐사기술은 무인항공기와 접목되어 빠르게 탐사 시장에서 자리를 잡아가고 있으며, 향후 활발하게 탐사분야에서 사용될 것이라고 기대된다. 국내 탐사시장에서 적절하게 활용되기 위해서는 최신 연구 동향에 대한 검토가 필요하며, 이를 위해 이 해설논문에서는 현재까지의 무인항공기반 자력탐사시스템 개발에 대한 연구동향들을 정리한 후, 향후과제들에 대해 검토하였다.
천부와 광역적인 지체 구조를 해석하기 위하여 일본 혼슈섬 중부에 위치한 노토 반도 연안을 따라 2008년 10월 헬리콥터를 이용한 항공 중력 탐사를 수행하였다. 항공탐사 측선은 총 700 km 정도이며, 세 개의 교차측선을 포함하여 2 km 간격으로 연안에서 20 km 이내에서 수행되었다. 항공탐사를 통해 해석된 부게 이상은 육상탐사와 선상탐사의 결과와 잘 부합하고 있으며, 해안으로 갈수록 중력값이 감소하는 패턴 및 선행연구 결과로 알려진 와지마만의 특성을 잘 보여주고 있어 타당성 있는 항공 탐사 결과임을 확인할 수 있었다. 이번 연구에서 제안하는 항공중력 시스템은 공간적으로 2km 정도의 해상도를 제공해 주고 있다. 항공탐사 결과를 기준변의 자료로 보정해 주기 위하여 항공, 선상, 육상 탐사 결과를 모두 이용하였으며, 이를 위하여 입체각을 이용한 수치 적분을 반복적으로 수행하였다. 최종적으로는 해발 300 m 높이의 중력 이상값으로 계산하였다. 그러나, 선상중력자료와의 자연스러운 자료 통합을 수행하기 위해서는 2-5 mGal 정도의 추가 보정이 필요하였으며, 이를 고려하면, 이번 항공 중력 측정 자료는 2-g mGal 의 오차 범위를 갖는 것으로 판단된다.
현대사회의 산업 현장에서 기계가 사람들을 대체하면서 작업의 효율을 높이고 있다. 많은 산업 분야에서 사람들을 기계로 대체하고 있는데, 재해 및 사고 현장이나 위험 지역 조사 등에 대한 탐사 활동은 대부분 인력이 차지하고 있으며, 탐사 활동에 참여하는 많은 인력들은 2차, 3차 사고에 쉽게 노출되어 있으며, 그로 인한 인력소모가 심하다. 따라서 우리는 인력 투입 전 사고 및 재난 현장이나 위험 지역에 인력을 투입하기 전 피해를 최소화 하면서 탐사 인력에 대한 안전이 보장된 근무 환경을 개선 시키기 위해서 무인 탐사차량을 생각하게 되었다. 무인 탐사 차량에는 아두이노와 라즈베리파이를 메인으로 삼았고, 현장의 온도와 습도, 화재여부, 가스여부를 측정하기 위한 센서들은 아두이노에 연결하고, 카메라와 라이다센서의 경우 라즈베리파이에 연결을 하였다. 그리고 모든 데이터값은 블루투스와 와이파이 모듈을 통해서 수신받을 수 있게 프로그램을 구성하였다.
한국항공우주연구원은 공공기술연구회 산하 한국지질자원연구원, 한국해양연구원, 한국건설기술연구원과 협력하여 2002년 4월 17일에 본격적인 원격탐사 연구 및 공공지원 업무의 주축을 담당하게 될 공공원격탐사센터를 설립하였다. 별도의 독립조직이 아니라 원격탐사위성인 아리랑위성을 개발, 운영하고 있는 한국항공우주연구원을 중심으로, 한국해양연구원, 한국지질자원연구원, 한국건설기술연구원등 관련기관이 해양분야, 지상분야, 건설분야 등 각 전문분야 별로 협동연구 체계를 구축, 실질적인 국가원격탐사센터 역할을 수행할 것이다. 이와 같이 설립된 공공원격탐사센터에 대한 홍보, 위성자료의 공공활용 지원 및 원격탐사 Tutorial 등을 사용자들이 쉽게 접속하여 이용할 수 있도록 공공원격탐사센터 홈페이지를 구축하여 Open 하게 되었다. 공공원격탐사센터 본부인 한국항공우주연구원을 비롯하여 전문센터별로도 홈페이지를 구축하여 서로 연결되도록 하였다. 2003년도에는 이와 같이 open 된 홈페이지에 위성자료 통합 DB를 구축하여 서비스할 예정이다.
항공 전자 탐사법은 지하 천부의 전도성 광체 탐사를 위하여 이미 수십년 전에 도입되었다. 그러나 통상적인 시간 영역 항공 전자 탐사(ATEM) 시스템은 신호가 미약하여 가탐 심도에 한계가 있다. 최근 이러한 문제점을 극복하기 위하여 지상 송신원 시간 영역 항공 전자 탐사법(GREATEM)이 개발되었다. GREATEM은 지상에 설치된 긴 전선을 송신원으로 사용하는 준 항공 전자 탐사법이다. 항공 전자 탐사에서는 방대한 자료가 획득되므로, 계산 시간의 절감을 위하여 대개 1차원 해석 방법이 사용되고 있다. 그러나 GREATEM은 1차원 모델링의 경우에도 긴 전선을 따라 수치 적분이 필요하므로 루프 송신원을 사용하는 ATEM의 1차원 모델링에 비하여 계산 시간이 많이 걸린다는 문제점이 있다. 이 논문에서는 일반적인 1차원 모델링보다 비교할 수 없을 정도로 계산 속도가 빠른 ABFM법을 도입하여 ATEM 1차원 모델링을 수행하였다. 통상적인 모델링과 ABFM 결과를 비교한 결과, ABFM법은 GREATEM 1차원 모델링에도 적용 가능할 것으로 확인되었다.
사용후핵연료 심층처분 부지조사는 그 중요성과 특수성을 고려할 때, 터널, 교량 등과 같은 일반적인 지반조사와는 달리 높은 수준의 품질관리가 요구된다. 본 논문에서는 단계별 부지조사에 적용할 물리탐사 기법을 선정하고, 탐사방법별 물리탐사 수행지침서를 작성한 사례를 소개하고자 한다. 물리탐사 수행지침서는 탐사계획, 자료획득, 자료처리 및 해석의 수행 절차와 고려사항 및 품질관리에 대한 내용이 포함되어 있으며, 이 중 항공전자탐사와 탄성파 반사법탐사 내용을 간략히 정리하였다.
태양을 중심으로 그 주위를 돌고 있는 혹성은 모두 9개, 지구까지 합하면 10개라고도 하고 달을 빼고 9개라고도 한다. 사람이 달 표면에 처음으로 착륙한 것이 1969년, 그로부터 30년이 가까워오는 지금 사람은 달 이외에 금성, 화성, 목성, 토성 등 여러 혹성을 탐사하는데 성공했지만 구체적으로 사람이 착륙한 곳은 달 밖에 없다.
날이 샐 무렵 멀리있는 작은 별들이 자취를 감출 때 서쪽 하늘에 밝게 빛나는 큰 별 속칭 샛별이라는 그 별이 바로 화성이다. 사람들의 눈에 띄기 어려운 시간에 크게 나타나는 별이기 때문에 달처럼 친숙한 많은 이야기는 없지만 인공위성을 띄우고 달나라에 사람을 보내고 달 표면에 흙을 가져온 지구인의 과학은 드디어 화성 탐사에 도전하게 되었다.
우리나라에서 본격적으로 물리탐사를 시도한것은 1958~1960년에 실시한 항공자력탐사로서 그후 현재까지 불과 20년이 지나지 않았다. 그간 물리탐사의 기술발전으로 자원탐사분야에 많은 공헌이 있었다. 현재까지 주로 적용된 분야는 철자원탐사를 위한 자력탐사, 지하수조사를 위한 전기비저항탐사동, 연등의 통화금속광물탐사를 위한 각종 전기탐사, 제3기층 지질구조와 땜공사, 공업단지조성등의 기반암조사, 그리고 광산의 갱내 출수조사등을 위한 탄성파탐사, 우라늄자원을 위한 방사능탐사, 그리고 해저지질 및 자원조사를 위한 해상물리탐사등이다. 이와 동시에 석탄층조사를 위한 전기탐사 및 Model연구자력탐사의 전산처리 적용, 그리고 광물 및 암석의 물리적 성질등 학술분야에 대한 기초연구도 계속하여 왔다. 우리나라에 있어 물리탐사의 적용조건은 비교적 험악한 지형, 복잡한 지질구조, 광상의 불규칙 또는 소규모의 발달과 산재등이다. 이와 같은 특징은 탐사해석의 정도를 높이기 위하여 보다 고도의 과학기술문제의 해결을 요구하고 있으며 이와 동시에 현대적 탐사방법과 연구개발로 대상자원의 탐사지역확대와 지하심부 탐사등이 당면과제이다. 기술과제로서는 석탄 및 기타자원에 대한 물리검층탐사, 경상계 지질구조구명을 위한 탄성파탐사 및 동력탐사의 적용, 항공자력, 전자 및 방사능탐사 및 해양의 각종물리탐사의 기술개발이 있으며 그외 탐사자료의 전산처리기술 및 지구과학의 기초연구등이 있다.
최근 도입된 지상 송신원 항공 전자탐사 시스템(grounded electrical-source airborne transient electromagnetic, GREATEM)은 신호가 강력하여 가탐심도 향상은 물론 잡음이 심한 지역에서도 적용 가능하다. 비록 GREATEM은 지상에 설치된 긴 전선을 송신원으로 사용하는 시간영역 전자탐사법이지만, 방대한 항공탐사 자료의 2차원 혹은 3차원 해석은 계산시간이 너무 많이 소요되어 실질적인 적용이 어렵기 때문에 GREATEM 탐사 자료는 주로 1차원 해석에 의존하고 있다. 일반적으로 방대한 항공 전자탐사 자료의 해석은 각 측점에서 얻어진 자료에 대한 1차원 역산 결과를 병합하여 전기비저항 2차원 단면을 작성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 병합 단면은 전기비저항이 너무 급격하게 변하는 문제점을 보인다. 횡적 제한 역산법(laterally constrained inversion, LCI)은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발되었으며, 연속성이 뛰어난 역산 단면을 제공하게 된다. 이 연구에서는 우선 수치 모델링을 통하여 곡선 전류원에 대한 GREATEM 탐사 자료의 특성을 분석하였다. 또한 GREATEM 탐사 자료에 대한 횡적 제한 역산법을 개발하였다. 이 방법은 각 측점에서 획득된 모든 1차원 자료와 층서 모델을 하나의 역산 시스템에 병합하여 처리하므로 수평적 연속성이 뛰어난 역산 단면을 제공하게 된다. 개발된 역산 알고리듬을 GREATEM 탐사 자료에 적용한 결과, 해당 지역의 층서를 효과적으로 반영하는 역산 영상을 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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