지질구조 현장 조사를 위한 모바일 소프트웨어 개발

Abstract

모바일 기기의 발달 및 보급에 따라 이를 이용하는 다양한 분야의 소프트웨어가 연구 및 개발되고 있다. 특히 각종 센서를 이용한 측정 및 가시화 기술은 모바일 기기의 빠른 처리 속도 및 통신 기능 등과 함께 활용됨으로써 효율적인 지질 조사 도구의 개발에 사용 가능하다. 본 연구에서는 모바일 기기를 응용하여 현장 지질조사 수행 전반의 단계에서 사용 가능한 모바일 소프트웨어를 개발하였으며, 이에 필요한 알고리즘 및 모듈들을 개발하고 실제 프로그램으로의 구현 및 현장에서의 시험을 수행하였다. 본 소프트웨어는 크게 클리노미터 모듈, 지질구조 자료 가시화 및 사면 안정성 분석 모듈, 증강현실 가시화 모듈, 지도 가시화 모듈, 데이터베이스 및 네트워킹 모듈 등의 다섯 가지 모듈로 구성된다. 클리노미터 모듈은 디지털 센서를 응용하여 모바일 기기가 지질 구조에 밀착되었을 때 해당 구조의 경사각 및 경사방향 등의 구조 정보를 별도의 조정 없이 즉시 측정할 수 있도록 개발하였다. 이를 위해 센서 취득 정보에 기반을 둔 측정 알고리즘을 개발하고, 기존에 사용되는 컴퍼스 클리노미터의 기능성을 구현하되 빠르고 정밀한 측정과 기록을 수행 가능한 소프트웨어 모듈을 개발하였다. 가시화 및 분석 모듈은 클리노미터 모듈에서 센서를 통해 측정되거나 직접 입력된 지질 구조 자료를 입체투영법과 장미도표 등을 통해 가시화를 수행하고, 사면 안정성 분석을 수행하여 암반 사면의 파괴 위험을 분석할 수 있도록 개발하였다. 증강현실 가시화 모듈은 시추공 정보 내의 지하 지질 정보를 인간의 시야를 모사하여 가시화하는 모듈로서, 시추공 자료에 포함된 위치 정보와 현실 세계를 촬영하는 카메라 정보, 장비의 위치 및 자세 정보 등을 융합하여 단일 화면에 표시함으로써 시추공들의 위치와 분포 형태 등을 직관적으로 이해할 수 있도록 하였다. 이를 위해 표준 데이터베이스 요소를 선정하고 개선된 모바일 데이터베이스를 구축하여 모듈에서 대량의 정보를 빠른 속도로 이용할 수 있도록 설계하였다. 지도 가시화 모듈은 지질구조의 측정 위치와 시추공의 위치 등을 2차원 지도상에서 가시화하기 위한 보조 모듈로서 개발하였다. 본 모듈은 위치 및 상세 자료와 지질도를 함께 표시 가능하여 지질 조사에 필요한 정보를 확인할 수 있도록 하였으며, 타 모듈에 포함하여 각 자료의 위치를 즉시 표시함으로써 현장 조사를 보조할 수 있도록 하였다. 데이터베이스 및 네트워킹 모듈은 현장에서 수집되는 자료와 시추공 자료 등을 통합적으로 관리할 수 있도록 개발하였으며, 다양한 자료를 효율적으로 탑재 가능한 자료 흐름 및 데이터베이스 구조를 설계하여 자료를 손쉽게 이용하거나 가공, 분석할 수 있도록 하였다. 또한 협업을 통해 다수의 장비에서 수집된 자료를 현장에서 즉시 상호 전송하여 현장 지질 조사에서 전체적인 작업을 빠르게 진행할 수 있도록 보조하는 다수의 기능을 개발하였다. 이와 같은 내용으로 개발된 각 모듈은 모바일 기기에 실제 소프트웨어로 구현하여 다양한 환경에서의 시험을 수행하였다. 측정을 수행하는 클리노미터 모듈의 경우 측정을 위해 충분한 정밀도를 가지는 것을 확인하였으며, 인공 구조물을 이용한 정확도 측정 결과 경사각 및 경사방향 모두 평균 2도 미만의 오차를 보였다. 야외 및 지하 환경에서 기존의 컴퍼스 클리노미터를 이용한 비교 측정 시험에서는 5도 이내의 차이를 나타내었다. 경사방향의 경우 일부 환경에서 자기 간섭에 대한 영향이 완전히 제거되지 않아 특정 방향으로의 경향성을 보였으므로 측정 시 지속적인 물리적 보정이 필요함을 발견하였다. 증강현실을 통한 가시화 시험은 약 10만개의 실제 시추공 자료를 탑재하여 수행하였으며, 시추공 당 3.7ms의 검색 및 전처리 시간을 가져 일반적인 사용에 충분한 속도를 보였다. 가시화의 오차는 자력계의 보정 여부 및 현재 위치의 정확도에 따라 50m의 거리에서 최대 15도를 나타내었으며 이러한 오차는 앞선 측정 결과와 마찬가지로 지속적인 보정으로 해결 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 알고리즘 및 소프트웨어는 대중적으로 사용되는 장비를 기반으로 설계하여 지질 조사에 필요한 장비와 인원을 크게 줄일 수 있으며, 측정 및 사용 방법을 단순화함으로써 지질 조사의 숙련도에 따른 조사 신뢰도의 차이를 최소화하고 조사에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 또한 일반적인 장비 및 소프트웨어를 기반으로 개발하여 다양한 관련 연구에 적용이 가능하다.