GPR탐사 원리 / 활용

GPR탐사 원리 및 활용

1. GPR은?

- GPR은 ‘땅속을 투과하는 레이다’를 뜻합니다. 지표상에서 안테나로부터 출발한 전자기파가 지하를 투과했다가 반사되어 오는 파장을 저장합니다. 이때 수신된 신호에는 전자기파가 땅속을 여행한 왕복시간과 진폭의 크기에 대한 정보를 가지고 있습니다. 이 시간정보를 이용하여 물체의 존재와 깊이를 알 수 있게 됩니다.

- 레이다탐사는 지표에 손상을 가하지 않고 탐사하기 때문에 비파괴 검사법으로 볼 수 있으며, 아스팔트나 콘크리트, 하천 등에서도 탐사가 가능합니다.

 

2. GPR로 알 수 있는 것들

 1) 지장물의 위치와 깊이를 알 수 있습니다.
  - 땅 속의 콘크리트 구조물, 상하수관로, 전력관, 통신관, 열배관, 가스관 등 다양한 지장물을 지장물도를 활용해 파악할 수 있습니다. 그래선지 주로 건물신축 현장 주변의 방음벽을 설치하거나 굴착공사, 흙막이공사 전후 때 자주 이용됩니다. 이때 지장물에 관한 공간정보를 알 수 있다면, 탐사구간의 관로의 위치와 깊이 뿐만 아니라 종류와 매설 특성까지도 일정 부분 파악할 수 있지요. 다만, 현장 여건을 고려해서 맨홀을 직접 조사하거나 금속관로 탐지기를 이용해서 정확성을 높이기도 합니다.

 2) 땅 속 구멍이나 침하 등을 알 수 있습니다.
  - 요즘 매체를 통해 자주 접하게 되는 싱크홀이나 지반함몰, 도로함몰, 땅 속 구멍 등을 찾아낼 수 있습니다. 물론 탐사과정에서 레이다 주파수를 방해하는 여러 종류의 간섭으로 인해 정밀도가 떨어지는 경우도 있습니다. 그렇지만, 그런 악조건에서도 땅 속 상태를 비교적 명확하게 육안으로 확인할 수 있습니다. 특히, 노후하수관 정밀조사나 흙막이공사 후 인접대지, 굴착공사 후 다짐상태 파악 등에는 GPR 이외에 다른 탐사수단이 없다는 점에서 그 유용성은 매우 높습니다.

 

3. 국내에서 이용되는 GPR 장비 종류 및 국내적용 특성

- 국내에서는 미국의 GSSI(Geophysical SurveySystem Inc.), 캐나다의 Sensors & Software, 스웨덴의 Mala Geoscience, 라트비아에서 개발한 GPR 등이 도입, 운용되고 있습니다. 이들 장비는 본체(main unit), 안테나(antenna), 케이블(cable), 마커(marker), 밧데리(battery), GPR전용cart 등으로 구성돼 있습니다. 참고로 당사가 보유한 장비는 미국의 GSSI(Geophysical SurveySystem Inc.)가 개발한 장비로서 2015년형입니다.

- 우리나라의 표토는 점토질인데 땅속에서는 젖어있는 상태인 경우가 많습니다. 이때 전기 전

도도가 높으면 전자기파의 감쇠가 심하게 일어나서 땅속 깊은 곳까지의 투과를 어렵게 만듭니다. 이 때문에 투과 깊이에 따라 주파수를 달리 적용하기도 합니다.

- 대체로 주파수는 높을수록 작은 물체까지 감지할 수 있으나 파의 투과 깊이가 상대적으로 얕아지게 됩니다. 반면, 저주파일수록 투과 깊이는 깊어지나 물체를 감지할 수 있는 능력이 떨어지기 때문에 탐사시 찾고자 하는 대상의 크기 및 예상되는 매장 깊이를 충분히 사전조사하여 적절한 안테나를 선택하게 됩니다.

- 아무튼 탐지가능한 물체의 최소 크기를 ‘분해능’이라고 하는데 이것은 토양의 영향을 많이 

받습니다. 일단, 땅속은 예측 불허하고 변화가 매우 심해서 그대로 보이지 않는 영역에서 파의 감쇠로 인한 노이즈가 발생하므로 판독에 주의가 필요합니다.

- 일반적으로 탐사하고자 하는 지중 물체의 추정 깊이에 따라 다음 표와 같은 주파수대의 안테나를 선택하고 있습니다. 당사는 대체로 400Mhz 주파수를 이용하여 평균적인 깊이대에 초점을 맞춰 탐사하고 있습니다

 

4. GPR 탐사원리

  1) 현장에서 사용되는 GPR 장비 탐사 원리

- 수신되는 반사파의 도달시간은 반사면까지의 왕복주행시간(Two-Way Travel Time )이며 전자파의 매질내 속도를 이용하여 왕복주행시간을 심도(Depth)로 전환하면 물체(반사면)의 심도(깊이)를 알 수 있습니다. 

- 일반적으로 주파수가 낮아짐에 따라 파장이 길어지고 영상의 분해능은 낮아지나, 탐사심도는 증가합니다. 이에 반해 주파수가 높아짐에 따라 파장이 짧아지며 영상의 분해능은 높아지나, 탐사심도는 감소합니다. 


  2) 탐사결과를 이미지화한 데이터의 판독 원리

 - 현장에서 탐사한 결과는 초음파 사진과 유사한 단면을 추출합니다. 이때 추출된 측정단면 또는 영상에 나타나는 반사파의 양상을 분석함으로써 이상체의 위치나 형상을 추정하게 됩니다. 매설물이나 공동과 같은 점 반사원인 경우에는 구조보정 처리(migration)를 적용함으로써 실제의 위치나 형상에 가까운 영상을 얻을 수 있습니다.

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