해저자원 탐사자료의 효율적인 활용을 위한 3차원 GIS 기반의 표출 시스템 설계 및 구축

김동일,김계현,이성주,박용현 대한공간정보학회 2013 Spatial Information Research Vol.21 No.3

Recently, interest of submarine mineral resources has been increasing from the depletion of land resources around the world and many countries are involving in submarine mineral resource exploration work. South Korea is also in progress of mineral exploration and relevant study to ensure the submarine mineral resources from around the Korean Peninsula. As a result, the submarine mineral resource exploration data have been increasing annually. A database and 2D GIS-based system have been constructed for the management of the data. However, submarine mineral resource exploration data is explored and created on the sea-bed. Consequently, the visual confirmation of the water levels and marine landform is important for high dimension analysis. Therefore, the major aims of this study are to collect marine landform data from around the Korean Peninsula and to develop 3 dimension GIS based system that is linked to the submarine mineral resource exploration data. In detail, marine landform data were acquired for the Korean Peninsula and they were interpolated into raster file format. The raster file was then processed to be easily used and was entered into an Oracle database. Based on this database, 3D expression and overlap function between marine landform data and submarine mineral resource exploration data were designed using ArcScene offered by the ESRI. After design, 3D GIS based expression system was developed. Confirmations of locations and changes in the submarine mineral resource exploration data based on 3D GIS are enabled to support the efficient application of the proposed system. It is expected that this system will be highly useful for estimating the reserves of mineral resources and for providing valuable information for economic evaluations. 최근 전 세계적인 육상자원의 고갈로 인하여 해저광물자원에 대한 관심이 증가하고 있다. 우리나라도 한반도 주변 해역의 해저광물자원을 확보하기 위한 탐사와 연구가 진행되고 있다. 탐사의 결과로 매년 해저자원 탐사자료가 생성되고 있으며, 데이터베이스와 2차원 GIS 기반 시스템을 구축하여 데이터를 관리하고 있다. 하지만 해저자원 탐사자료는 해저면 하부를 탐사하기 때문에 해저자원 탐사자료의 고차원적 분석을 위해서는 수심과 해저 지형의 시각적 확인이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 GIS를 이용하여 한반도 주변에 대한 해저 지형 데이터를 구축하고 이를 3차원화하여 해저자원 탐사자료와 연계하는 3차원 GIS 기반의 표출 시스템 개발에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위하여 한반도 주변 해역에 대한 수심 데이터를 획득하였고, 수심 데이터를 래스터 파일 형태로 보간하였다. 또한, 래스터 파일을 사용이 용이하도록 처리한 후 오라클에 구축하였다. 데이터베이스를 기반으로 ESRI사의 ArcScene을 이용하여 구축한 해저 지형 데이터의 3차원화와 해저자원 탐사자료 중첩 기능의 설계를 진행한 후, ArcObjects를 이용하여 시스템으로 구현하였다. 이러한 3차원 GIS를 이용한 해저자원 탐사자료의 활용은 해저 지형을 이용하여 탐사자료의 위치와 변화를 시각적으로 확인함으로써 탐사지역과 탐사자료에 대한 고차원적인 해석이 가능할 것으로 판단된다.

해저 착저식 시추기 시험시추 보고 및 기술 동향

박상준,김현섭,Pak, Sang Joon,Kim, Hyun-Sub 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.6

Seabed drilling system has recently been used to drill seafloor mineral resources. This case report highlights the procedure and result of sea-trial of seabed drilling system at off-shore of Japan on March, 2016 as well as briefs an international-technical trend of seabed drilling system. In case of having less than 100 m drill depth, seabed drilling system is favorable for seafloor mineral deposits which are mostly distributed within a narrow district and situated between 1000~3000 m water depth, compared with vessel-mounted drilling system. The system is featured by the remotely-operated drill gear, which has top drives, drill strings and mud system on it. The core samples are generally recovered to ship with seabed driller after a dive. In this sea-trail, recovery rate of core samples averagely shows about 55% and the recovered rocks mostly correspond to fresh and/or weak-altered basalt. In case of drilling hydrothermal ore deposit, the recovery rate would be lower than 55% because of the fragile nature of ores. Alternatively it is used to collect cutting chips through riser or bins in order to increase the recovery rates. Recently a reverse circulation method is taken considered to acquire the better cutting-chips. Three-leg type outrigger system and four-leg type leveling system are the competing landing-instruments of seabed drill system. However the landing efficiency using these gears has to be further monitored due to lack of case reports. 해저 착저식 시추 시스템은 해저 광물자원 시추를 위해 최근 들어 사용이 증가하고 있는 시추 시스템이다. 2016년 3월 일본 근해에서 수행된 해저 착저식 시추 시스템 실해역 테스트의 과정, 결과 및 착저식 시추 기술과 관련된 국제동향을 보고한다. 해저 착저식 시추기는 선상 탑재식 시추기와 비교하여 1000~3000 m 사이 수심의 좁은 면적에 산재하여 분포하는 광체를 100 m 내외의 깊이로 시추하는데 유리한 시추 시스템이다. 해저 착저식 시추 시스템은 시추에 필요한 동력, 시추로드 및 코어베럴 등을 착저식 시추기에 장착한 후 해저 착저를 시켜 시추를 수행한다. 시추 시 획득되는 암추 시료는 시추기와 함께 회수한다. 본 실해역 시험 시추에서 회수된 시료는 모두 현무암으로, 시추 시료 회수율은 약 55%를 보인다. 그러나 현무암 보다 연약한 열수 광체를 시추 할 경우 이보다 회수율이 낮을 것으로 판단된다. 회수율을 높이기 위해 전통적인 암추 시료 회수 방법에 부가하여 무암추 시료 회수 방법을 이용하기도 하며, 최근에는 보다 안정적인 무암추 시료 회수를 위해 reverse circulation 방법 적용이 고려되고 있다. 착저 방식에 있어서 세 개 및 네 개의 다리를 이용하여 착저하는 방법이 경쟁하고 있으나, 더 많은 시추 결과를 통해 해저 착저에 유리한 방안을 고려하여야 한다.

해저자원 탐사자료의 효율적인 활용을 위한 3차원 GIS 기반의 표출 시스템 설계 및 구축

김동일,김계현,이성주,박용현,Kim, Dong Il,Kim, Kye Hyun,Lee, Sung Joo,Park, Yong Hyun 한국공간정보학회 2013 한국공간정보학회지 Vol.21 No.3

최근 전 세계적인 육상자원의 고갈로 인하여 해저광물자원에 대한 관심이 증가하고 있다. 우리나라도 한반도 주변 해역의 해저광물자원을 확보하기 위한 탐사와 연구가 진행되고 있다. 탐사의 결과로 매년 해저자원 탐사자료가 생성되고 있으며, 데이터베이스와 2차원 GIS 기반 시스템을 구축하여 데이터를 관리하고 있다. 하지만 해저자원 탐사자료는 해저면 하부를 탐사하기 때문에 해저자원 탐사자료의 고차원적 분석을 위해서는 수심과 해저 지형의 시각적 확인이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 GIS를 이용하여 한반도 주변에 대한 해저 지형 데이터를 구축하고 이를 3차원화하여 해저자원 탐사자료와 연계하는 3차원 GIS 기반의 표출 시스템 개발에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위하여 한반도 주변 해역에 대한 수심 데이터를 획득하였고, 수심 데이터를 래스터 파일 형태로 보관하였다. 또한, 래스터 파일을 사용이 용이하도록 처리한 후 오라클에 구축하였다. 데이터베이스를 기반으로 ESRI사의 ArcScene을 이용하여 구축한 해저 지형 데이터의 3차원화와 해저자원 탐사자료 중첩 기능의 설계를 진행한 후, ArcObjects를 이용하여 시스템으로 구현하였다. 이러한 3차원 GIS를 이용한 해저자원 탐사자료의 활용은 해저 지형을 이용하여 탐사자료의 위치와 변화를 시각적으로 확인함으로써 탐사지역과 탐사자료에 대한 고차원적인 해석이 가능할 것으로 판단된다. Recently, interest of submarine mineral resources has been increasing from the depletion of land resources around the world and many countries are involving in submarine mineral resource exploration work. South Korea is also in progress of mineral exploration and relevant study to ensure the submarine mineral resources from around the Korean Peninsula. As a result, the submarine mineral resource exploration data have been increasing annually. A database and 2D GIS-based system have been constructed for the management of the data. However, submarine mineral resource exploration data is explored and created on the sea-bed. Consequently, the visual confirmation of the water levels and marine landform is important for high dimension analysis. Therefore, the major aims of this study are to collect marine landform data from around the Korean Peninsula and to develop 3 dimension GIS based system that is linked to the submarine mineral resource exploration data. In detail, marine landform data were acquired for the Korean Peninsula and they were interpolated into raster file format. The raster file was then processed to be easily used and was entered into an Oracle database. Based on this database, 3D expression and overlap function between marine landform data and submarine mineral resource exploration data were designed using ArcScene offered by the ESRI. After design, 3D GIS based expression system was developed. Confirmations of locations and changes in the submarine mineral resource exploration data based on 3D GIS are enabled to support the efficient application of the proposed system. It is expected that this system will be highly useful for estimating the reserves of mineral resources and for providing valuable information for economic evaluations.

해저보행로봇을 위한 통신 시스템 설계

김방현(Banghyun Kim),박성우(Sung-Woo Park),박진영(Jin-Yeong Park),이판묵(Pan-Mook Lee),전봉환(Bong-Huan Jun) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

현재 한국해양연구원에서 개발 중인 해저보행로봇은 프로펠러 방식으로 추력을 얻는 기존의 해저로봇과는 달리 여러 개의 관절로 이루어진 다리를 이용하여 해저면에 근접해서 보행과 유영으로 이동하는 새로운 개념의 해저로봇이. 다본 논문에서는 Crabster라고 불리는 해저로봇과 이를 보조하는 완충기, 그리고 선상시스템으로 구성되는 다관절 해저로봇 시스템을 위해 설계된 통신 시스템을 소개한다. 구성 요소 사이의 통신은 기가비트 이더넷 광변환기에 연결된 광케이블을 통하여 이루어지, 며내부 통신은 기가비트 이더넷을 주 네트워크로 사용한다. 이더넷 이외의 통신 방식을 갖는 장비들은 입출력 컴퓨터나 이더넷 컨버터를 통하여 주 네트워크에 연결되며, 특히 아날로그 카메라의 경우에는 비디오 인코더를 통하여 연결된다. 이러한 구조의 장점은 전체 통신 시스템의 구조가 간단해지기 때문에 통신 하드웨어와 소프트웨어의 구현이 쉽다는 것이다. 또한 저가의 소형 상용 광변환기를 그대로 사용할 수 있으며, 탑재 장비가 변경되거나 추가될 경우에는 통신 시스템의 변경을 최소화할 수 있는 이점이 있다 . 설계된 통신 시스템의 핵심 부분만으로 구축된 테스트베드로 실험한 결과는 본 연구에서 제안한 통신 시스템 구조가 설계된 모든 장비가 연결되었을 경우에도 충분네한트 워크 대역폭과 100㎐의 제어 주기 이내의 네트워크 지연을 보여주었다

Modelling of Wind Wave Pressure and Free-surface Elevation using System Identification

Cieslikiewicz, Witold(위톨드 키에스키윅즈),Badur, Jordan(요르단 바두르) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.6

해수면과 해저파압을 연계하는 모수 모형을 개발하기 위한 시스템 식별법을 제시하였다. 비선형 고정변수를 포함한 선형 시불변 모형 구조를 가정하고 추가적인 입력자료를 갖는 자기회귀모형 (ARX)을 이용하여 해저파압 시계열자료로부터 해수면 시계열자료를 또는 해수면 시계열자료로부터 해저파압 시계열자료를 추출하는 방법을 제시하였다. 임의로 선정된 해수면과 해저 파압 자료를 이용하여 모형을 검증하였으며, 유사한 해저수심의 파압자료와 다른 해상 기상조건으로 생성된 해수면 스펙트럼 자료를 통해 재검증하였다. 시스템 식별법을 이용한 방법이 전통적인 선형파 이론을 이용한 선형전송함수(LTF) 방법보다 전반적으로 더 정확하게 수행됨을 확인하였다. 또한 본 논문에서 제시된 방법으로 추정된 해저 파압 시계열모의는 수정 선형전송함수(corrected LTF)에 의한 결과와 유사함을 확인하였다. A System Identification method to develop parametric models linking free surface elevation and wave pressure is presented and two models are built allowing for either wave pressure or free surface elevation simulation. Linear, time invariant model structures with static nonlinearities are assumed and solutions are sought in a form of autoregressive model with extra input (ARX). An arbitrary chosen free-surface elevation and wave pressure dataset is used for estimation of the models, which are subsequently verified against datasets with similar pressure gauge depth but different free-surface elevation spectra due to different meteorological conditions. It is shown that free-surface simulation using System Identification methods can perform better than traditional linear transfer function derived from linear wave theory (LTF), while wave pressure simulation quality using presented methods is generally similar to that obtained with corrected LTF.

축소모형실험을 통한 터널 내 급속침수 차폐자동화 시스템 작동형태에 대한 연구

김연덕,공민택,황병현,김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.6

This study focuses on the verification of a rapid protection automation system using an inflatable structure. The inflatable structure is an automatic rapid protection system against human and material damage when the subsea tunnel is flooded. Especially, it is essential for construction and operation of subsea tunnels. In this study, we have experimentally verified the rapid protection automation system using the inflatable structure designed for this problem. In order to verify this, a model tunnel with a 40: 1 reduction ratio was constructed, and air pressure of 0.1 bar and 0.15 bar was injected to divide the tunnel according to the expansion rate at 10 sec and 20 sec. According to the results of the study, the protection efficiency was better at 0.15 bar than 0.1 bar when the expansion structure was expanded, and the protection efficiency and influent control efficiency were different according to the pneumatic injection time of the inflating structure. As a result of this study, it was found that the higher the internal air pressure of the inflated structure and the faster the inflation of rate, the more effectively the inflated structure was inflated. As a result of this study, it is necessary to further study the wedge type structure which is useful for the storage method of expansion structure, shape and expansion derivative, inhibition of expansion structure during protection and control of inflow water. 본 연구는 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템 검증에 중점을 두었다. 팽창구조체는 해저터널의 침수사고 발생시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하는데 이를 대비한 자동 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널의 시공 및 운영에 있어 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대하여 고안된 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템을 실험적으로 검증하였다. 이러한 검증을 하기 위해 모형터널을 40:1 축소율을 적용한 실내모형을 제작하여 0.1 bar, 0.15 bar의 공기압을 주입하여 10 sec, 20 sec로 팽창속도에 따라 나누어 4 case로 실험을 진행하여 누수량, 수압 등을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 팽창구조체의 팽창 시 0.1 bar 보다 0.15 bar일 때 차폐효율이 좋았으며 팽창구조체의 공기압주입 시간에 따른 차폐효율 및 유입수 제어효율의 차이도 나타났다. 본 연구 진행 결과 팽창구조체가 완벽하게 팽창한다는 가정조건에서는 팽창구조체의 내부공기압이 높고 팽창속도가 빠를수록 더욱 효과적으로 나타났다. 본 연구 결과로향후 추가적인 팽창구조체의 보관방법, 형상과 팽창유도체 및 차폐시 팽창구조체의 이동억제와 유입수 제어에 도움이되는 쐐기형 구조물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

해저터널 급속차폐시스템의 Inflater 분할구조에 따른 터널 내 차수효율에 대한 실험적 연구

유광산,이지현,김연덕,김상환,Yoo, Kwang-San,Lee, Ji-Hyun,Kim, Yeon-Deok,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.3

This paper presents the study of leakage effect due to multi-cell inflater of rapid protection system to protect the possibilities of tunnel damages by flooding threats and unusual leakage to be occurred during and after subsea tunnel construction. Particularly, this protect system should be necessary in subsea tunnel. This research concentrates the physical model tests due to several multi-cell inflater to study protection capacity of leakage between the inflater and tunnel liner. A 27:1 small scale model are used in the model tests. The leakage rate, water pressure and axial displacement of inflater are measured during the model tests. According to the results, the minium leakage rate clearly shows in the case of two-cell inflater compared with in other cases. It is concluded that the results of this research will be very useful to understand the fundamental information of inflater structure design and development the technology of tunnel protection structures in the future. 본 논문은 해저터널 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고에 대비하기 위한 해저터널 급속차폐시스템의 Inflater 분할구조에 따른 터널 내 차수효율에 대한 실험적 연구이다. 해저터널 특성상 해수 유입 또는 지하수 유입, 호우로 인한 침수 등 물과 관련된 피해에 대한 방호시스템은 필수적이다. 이 연구에서는 이러한 급속차폐를 위해 고안된 Inflater 구조에 대하여 형태 및 분할에 따른 차폐능력, 누수량, 수압 그리고 축방향 변위 등을 연구하기 위하여 27:1 축소율을 적용한 실내모형을 다양한 Inflater 분할구조별로 실시하였다. 연구결과에 의하면 2분할 Inflater 구조인 경우가 다른 분할에 비해 시간당 누수량 및 축방향 변위가 낮아 차폐능력이 좋은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 해저터널의 제원에 따라 다소 차이는 있을 것으로 예측되나 기본적으로 차폐시스템 설계 및 개발기술 발전에 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

해저터널 열차 화재 시 구난역 에어커튼 시스템의 성능에 관한 실험 연구

박병직,신현준,유용호,박진욱,김휘성,김양균,Park, Byoung-Jik,Shin, Hyun-Jun,Yoo, Yong-Ho,Park, Jin-Ouk,Kim, Hwi-Seong,Kim, Yang-Kyun 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1

터널 화재는 밀폐된 공간에서 발생하기 때문에 시야 확보가 매우 어려우며, 빠른 속도로 연기가 차오르기 때문에 대형재난사고로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 해저터널 열차 화재 시 구난역을 안전하게 사용하기 위하여 에어커튼 및 가압송풍기를 구난역 플랫폼에 설치하고 실물화재실험을 통하여 에어커튼 시스템의 적용성을 확인하였다. 실제 규모의 구난역에 에어커튼 시스템을 설치하였으며, 화원으로 사용한 액체 햅탄이 전소될 때까지 약 2분 동안 실험을 진행하였다. 에어커튼 시스템이 작동한 경우에는 구난역 플랫폼의 온도와 외부의 온도는 약 $160^{\circ}C$ 차이가 발생하였으며, 에어커튼 시스템이 작동한 경우에 구난역 플랫폼 내부의 일산화탄소는 작동하지 않은 경우의 구난역 플랫폼 내부와 비교하여 약 160 ppm 적게 일산화탄소가 측정되었다. 따라서 본 실물화재 실험을 통하여 해저터널 구난역 에어커튼 시스템이 화재로부터 발생한 열기와 유독가스를 차단할 수 있음을 확인하였다. Visibility is very poor in tunnel fire because of confined space where the fire may easily lead to the mass casuality incident because of fast smoke spread. In this test, air curtain and the fan were installed at rescue station in a bid to make use of rescue station in safe way during the train fire in undersea tunnel and a full-scale fire test was conducted to identify the applicability of air curtain system. Air curtain system was installed at a real rescue station and the test was continued for 2 minutes till heptane which was used as fire source was completely burned out. When air curtain was working, difference in temperature between inside and outside the platform was $160^{\circ}C$ and carbon monoxide measured inside the platform was less than the case of no air curtain system by 160 ppm. Thus a full-scale fire test demonstrated that the air curtain system installed at rescue station in undersea tunnel was able to effectively block the heat and smoke generated from the fire.

수평시추 방식에 의한 해저터널 시공중의 막장 수압경감

홍은수(Eun-Soo Hong),박의섭(Eui-Seob Park),신희순(Hee-Soon Shin),박찬(Chan Park),김형목(Hyung-Mok Kim) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.1

대부분의 터널 침수사고는 파쇄대나 단층대 등과 같은 큰 투수성을 가진 구간에서 발생하는 막대한 용수와 관련이 있다. 침수사고의 원인과 대책을 알아보기 위해 시공중 사고 사례를 연구하였으며, 사례분석 결과 침수가 사전에 예측되고 터널 굴착 전에 사전 배수가 이루어진다면 이러한 사고는 충분히 방지할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 분석 결과에 의하여 이 연구에서는 사전 지반조사와 사전 배수 개념에 의한 새로운 수평 배수 시스템을 제안하였다. 해저터널 시공중에 배수관에 의한 터널 막장의 수압 감소 효과를 분석하기 위해 침투류 해석을 실시 하였으며, 배수 시스템의 성능을 분석하기 위해 배수 시스템 분석을 실시하였다. 해석 결과 제안된 사전 배수 시스템이 명백한 배수와 수압감소 효과를 나타났다. 따라서 이 시스템은 해저 터널에 적용되는 기존의 배수 시스템에 대한 대안으로 적용하는 것이 충분히 가능하다. Most of flooding cases in tunnels are associated with huge inrushes of water due to the fracture zone with very high water head. To find out the causes and countermeasures for flooding cases, a dozen of tunneling cases are studied. Case studies presented here show that if the flooding had been forecasted and pre-drained prior to the tunnel excavation, such accidents could have been prevented. From this observation, we suggest a new horizontal drainage system with pre-investigation and pre-drainage concept. Seepage analyses are performed to analyze the water head reduction effect on the tunnel face by drainage pipes during the construction of subsea tunnels. Drainage system analyses are performed to analyze performance of the drainage system. These analysis results show that the suggested horizontal pre-drainage system provides a clear drainage and water head reducing effect. Finally, the proposed system can be a new alternative to the present water controlling methods applied to subsea tunnels.

해저 유정 제어 시스템에서의 누수 경로 FTA 분석

유원우(Won-Woo Yoo),박민선(Min-Sun Park),양영순(Young-Soon Yang),류원선(Won-Sun Ruy),장범선(Beom-Seon Jang) 한국해양공학회 2013 韓國海洋工學會誌 Vol.27 No.3

The growing need for energy (oil and gas) has led to offshore resource development. As a reflection of this trend, there have been many advances in the technologies used for the subsea production systems that make offshore resource development possible. As the technologies for subsea production systems continue to grow, a subsea X-mas tree, the core equipment in a subsea production system, is required to have more functions than before. Generally, these complex functions lead to a change in its configuration. Therefore, this paper investigates a change in a subsea X-mas tree system to enhance system understanding, and conducts a leakage path analysis of a subsea X-mas tree system. Utilizing the recent configuration of the subsea X-mas tree, an identification of the leakage path and a quantitative risk analysis for the leakage using an FTA (fault tree analysis) are conducted.