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표제지

국문 초록

ABSTRACT

목차

Ⅰ. 서론 14

1. 연구 배경 및 목적 14

2. 이론적 배경 17

(1) Interferometric SAR (InSAR) 17

(2) 연구 동향 22

Ⅱ. 연구 방법 25

1. Persistent Scatterer InSAR(PS-InSAR) 25

2. PS-InSAR 분석 방법 결정 29

3. 위성정보 취득 33

Ⅲ. 파라메트릭 분석 34

1. 개요 34

2. 조정 파라미터 검토 35

(1) SLC Looks Factor 35

(2) Reference Point Subarea 35

(3) Low pass, High pass Filters 37

(4) Product coherence threshold 39

3. 실험 대상 지역 41

(1) 연선 환경 조사 41

(2) 일대의 지질학적 특성 및 지하수 검토 42

4. 파라미터 조정 결과 45

(1) SLC Looks Factor 45

(2) Reference Point Subarea 47

(3) Low pass, High pass Filters 50

(4) Product coherence threshold 56

5. 파라미터 조합 적합성 평가 60

(1) 후보 파라미터 조합 구성 60

(2) 토공 구간 비교 결과 63

(3) 결과 분석 68

(4) 최적 파라미터 조합 결정 69

(5) 소결 70

Ⅳ. 분석 정밀도 검증 71

1. 검증 방법 개요 71

2. PSC Box 교량의 장기거동 특성 72

3. 수치해석 74

(1) 설계자료 검토 74

(2) 수치해석 결과 75

4. 교량 변위 분석 78

(1) 대상 교량 개요 78

(2) 교량 변위 분석 80

5. 시계열 분석 85

(1) 경간별 변위 이력 85

(2) 경간 거동 해석 89

(3) 온도에 의한 주기적 변위 93

Ⅴ. 결론 98

참고문헌 100

표 1. TerraSAR-X 주요 스펙 33

표 2. 선로 노반 SPT 실험 결과 43

표 3. 샘플링 배수 단계별 수집 PS 수 45

표 4. 분할지역 면적 단계별 침하량 통계 사분위 값 49

표 5. 로우패스 필터 단계별 침하량 통계 사분위 값 51

표 6. 하이패스 필터 단계별 침하량 통계 사분위 값 54

표 7. 하한 긴밀도 단계별 PS 수집 수 56

표 8. 하한 긴밀도 단계별 침하량 통계 사분위 값 59

표 9. 조정 대상 파라미터의 단계별 침하량 중위값 60

표 10. 후보 파라미터 조합 61

표 11. 침하량 사분위 통계치 비교 67

표 12. 파라미터 조합별 영점 조정 효과 예측과 실험 결과 68

표 13. 수치해석 결과-교량 상면의 위치별 변위량과 최대 최소 변위량 77

표 14. InSAR를 이용한 교량 A, B의 철근콘크리트 선형 장기거동량 계측 결과 92

표 15. 교량 온도 변위와 평균기온 간의 선형회귀분석 결과 96

표 16. InSAR를 이용한 교량 A, B의 철근콘크리트 온도 변위 계측 결과 97

그림 1. (a) 감천천교 붕괴사고(2002) 15

그림 1. (b) 가좌역 선로 지반침하 사고(2007) 15

그림 2. SAR 이미지 촬영 방법 17

그림 3. SAR 원시데이터(왼쪽 위)와 레인지, 애지머스 방향으로 압축처리 된 SAR 이미지(오른쪽 위, 아래) /... 18

그림 4. InSAR 기본 기하구조 19

그림 5. 고정산란체를 이용한 간섭 위상 보정 결과 27

그림 6. 콘크리트 궤도 단면 28

그림 7. PS-InSAR 분석 절차 29

그림 8. PS-InSAR 커넥션 그래프 30

그림 9. X-band SAR 위성 TerraSAR-X 33

그림 10. 대표점 선정이 최종 변위량에 미치는 영향 36

그림 11. 분할지역 조정에 따른 대표점 이동 현상 36

그림 12. 결이 다른 두 파장의 긴밀도 관계 39

그림 13. 대상 노선 배경과 실험 현장 3곳의 위치 41

그림 14. 대상 노선 인근의 지질도 42

그림 15. 선로 노반 SPT 실험 결과 43

그림 16. 대상 노선 인근의 2016~2018년 지하수위 이력 44

그림 17. 샘플링 배수 단계별 수집 PS 수 45

그림 18. 샘플링 배수 조정 결과 46

그림 19. 분할지역 면적 단계별 침하량 히스토그램 48

그림 20. 분할지역 면적 단계별 침하량 통계 사분위 값 49

그림 21. 로우패스 필터 단계별 침하량 히스토그램 51

그림 22. 로우패스 필터 단계별 침하량 통계 사분위 값 51

그림 23. 하이패스 필터 단계별 침하량 히스토그램 53

그림 24. 하이패스 필터 단계별 침하량 통계 사분위 값 54

그림 25. 하한 긴밀도 단계별 수집 PS 수집 수 56

그림 26. PS 점의 긴밀도 분포도 57

그림 27. 하한 긴밀도 단계별 침하량 히스토그램 58

그림 28. 하한 긴밀도 단계별 침하량 통계 사분위 값 59

그림 29. 교량 구간 분석을 통한 정밀도 검증 계획 71

그림 30. 대상 PSC Box 교량의 길이방향 단면 72

그림 31. 교량의 장기거동을 유발하는 부재력 73

그림 32. 대상 노선이 위치한 지역의 연중 평균기온 74

그림 33. 단순화된 교량 단면과 설계 높이에 대응하는 온도분포 75

그림 34. (a) 경간 수치해석 모델 상면 76

그림 34. (b) 경간 수치해석 모델 측면 76

그림 35. 수치해석 결과-경간 측면의 변위량 77

그림 36. (a) 운행선 교량 A 전경 79

그림 36. (b) 운행선 교량 B 전경 79

그림 37. 확대된 교각의 반사신호 교란 효과 84

그림 38. 교차하는 도로의 반사신호 교란 효과 84

그림 39. 교량 A 연속 경간 (a), (b), (c)의 LOS 방향 변위 85

그림 40. 교량 A 연속 경간 (a), (b), (c)의 시계열 변위 86

그림 41. 교량 B 연속 경간 (i), (ii), (iii)의 LOS 방향 변위 87

그림 42. 교량 B 연속 경간 (i), (ii), (iii)의 시계열 변위 88

그림 43. 교량 상면의 이론상 변위와 성분 해석 90

그림 44. (a) 교량 A의 철근콘크리트 선형 장기거동량 91

그림 44. (b) 교량 B의 철근콘크리트 선형 장기거동량 91

그림 45. (a) 교량 A의 온도변위 이력 93

그림 45. (b) 교량 B의 온도변위 이력 94

그림 46. (a) 교량 A의 온도 변위와 평균기온 간 선형회귀분석 결과 95

그림 46. (b) 교량 B의 온도 변위와 평균기온 간 선형회귀분석 결과 95

초록보기

 시설물 노후화, 자연재해, 주행하중 누적과 같은 비선형 변위의 분석은 시설물 전체를 대상으로 장기간에 걸쳐 세심히 이루어져야 함에도 종래 계측 수단은 비용, 안전, 관측 범위와 같은 한계에 부딪혀 적극적인 모니터링이 이뤄지지 않고 있다. 이에 광범위한 영역을 자동으로 관측하는 원격탐사 기술이 연구되고 있다. 그중 인공위성 레이더를 이용한 PS-InSAR 기법은 시계열 분석이 가능하면서 수 mm 급 정밀도를 확보할 수 있는 것으로 입증되어 시설물 변위 분석에 효과적이다.

본 연구에서는 X-band SAR 위성 TerraSAR-X로 운영 중인 철도 노선 약 50km를 2016년부터 2018년까지 2년간 관측해 30장의 고해상도 레이더 이미지를 수집했다. 위성 분석프로그램 ENVI Sarscape를 이용한 PS-InSAR 분석에서 데이터의 영점과 민감도 보정을 위해 주요 파라미터 5종의 영향을 평가했다. 파라메트릭 분석을 통해 선별한 후보 파라미터 조합 세 개를 현장 수준 측량 자료와 대조해 가장 일치하는 최적 파라미터 조합을 선정했다. 이로써 분석 정밀도를 향상했고 선행 측량 자료가 없는 곳에서도 일차적으로 PS-InSAR를 적용하기 위한 기초 신뢰도를 확보했다.

이어진 교량 구간 분석에서는 구조물 변형 특성을 고려해 철근콘크리트의 장기간 미소변형 추적이 가능한지, 분석된 변위가 적절한 값인지 검증했다. 같은 노선의 교량 두 곳을 최적 파라미터를 이용해 분석한 결과 경간 중앙에 솟음이 발견되어 원인 추적을 위해 시계열 분석했다. 변위의 원인이 철근콘크리트 장기변형과 온도신축의 조합임을 수치해석과 평균기온 자료를 동원하여 검증함으로써 제안한 분석 방법의 성능과 활용성을 입증했다.

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