3차원 블록 분할 알고리듬을 이용한 파쇄도 분석 기법 개발

Abstract

발파에서 파쇄암의 입도 분석은 발파 설계의 효율성과 발파 생산성을 평가하기 위한 기초 수단이다. 토질공학 분야에서는 체거름 시험을 통하여 토사의 입도를 분석하고 있으나, 암반공학 분야에서는 암석의 크기로 인해 일반적으로 컴퓨터 소프트웨어를 이용한 수치적인 분석이 주를 이루고 있다. Split Desktop, WipFrag, FragScan 등은 이러한 암석의 입도 분포 분석에 이용되는 대표적 소프트웨어로, 2차원 영상처리기법에 기초한 파쇄도 분석 전문 프로그램이다. 그러나 2차원 영상처리기법에서는 영상 내 대상의 경계 및 면적 정보 등 2차원 정보만을 이용하므로, 3차원 좌표 정보를 활용하지 못하는 한계가 있다. 또한 2차원 기법을 이용한 파쇄도 분석에 관한 연구는 컨베이어 벨트나 버킷 등의 위에 평면적으로 배치된 파쇄암들에 대한 해석이 주를 이루고 있다. 그러나 실제 발파 현장에서 파쇄암은 더미 형태로 존재하게 되므로, 발파 직후 이러한 암석 더미의 파쇄도를 분석할 수 있다면 발파 생산성을 높이는데 큰 도움을 줄 수 있다. 입체사진측량은 스테레오 영상을 취득한 후 대상의 3차원 공간 정보를 추출하는 기법이다. 이 기법을 통해 여러 방향에서 얻은 영상을 이용하여 대상의 3차원 형상 정보를 복원할 수 있으며, 2차원 영상처리기법과 비교하여 보다 많은 정보를 정확히 추출할 수 있다. 이 연구에서는 이러한 입체사진측량기법을 적용하여 암석의 크기를 3차원적으로 분석하였다. 우선, 입체사진측량기법을 이용하여 평면배치 파쇄암에 대하여 입도 분포를 분석하고 그 결과를 수조를 이용한 측정 및 2차원 영상처리기법의 결과와 비교함으로써 그 적용성을 평가하였다. 또한 더미배치에서는 더미 전체의 정보를 확인할 수 없으므로 더미 외측 블록들의 크기를 이용하여 전체 더미 암석의 파쇄도를 추정하였으며, 현장 파쇄 더미에 대한 분석을 통해 더미 외측 블록 정보를 이용한 통계 추정 기술의 적용성을 평가하였다. 마지막으로 블록 분할 알고리듬을 개발하였다. 우선 입체사진측량기법을 이용하여 파쇄 더미에 대한 3차원 점군(point cloud) 자료를 얻었다. 이후 암석 자료의 형상 특성을 고려하여 공통점이라고 생각되는 요소들을 파악한 후 이를 기초로 블록을 구분하는 알고리듬을 개발하였으며, 이 알고리듬과 상기 통계적 추정 기술을 통합하여 파쇄 더미의 입도 분포 분석 과정을 자동화하는 기술을 개발하였다.