1.서론
Fig. 1. PDA S/W 프로그램 구성도
일반적으로 터널 굴착시 매 굴착면의 지질정보는 막장일지를 통해 아날로그형 문서로 저장되며 기록된 막장 정보는 다시 관리자 및 암판정 위원회 등을 거쳐 지보등급 및 지보패턴을 정하는데 사용된다. 그러나 이와 같은 일련의 과정은 데이터의 단순성에도 불구하고 의사결정 과정에서 장시간이 소요되어 적절한 공학적 판단이 지연되는 경우가 발생할 수 있다. 특히 터널 시공은 외업 중심으로 이루어지기 때문에 종이 및 기타 통신 수단을 통한 정보의 기록과 전달과정에서 정보손실이 예상되며, 작업자의 실수와 중복작업 등의 비효율이 발생할 수 있다. 따라서 기존 아날로그 방법에 의한 정보처리의 대안으로 인터넷 기반 PDA를 이용한 디지털 막장정보 처리방안을 고려할 수 있다 (배찬권, 2002; 이태식 외, 2001). PDA (Personal Digital Assistant)는 정보의 수집, 저장, 작성, 검색 및 통신기능이 결합되어 휴대를 목적으로 하는 정보 단말기들을 총칭하는 것으로써, 인터넷을 기반으로 한 PDA는 이동성과 편의성을 제공하며, 사용자는 어느 장소에서도 업무를 수행할 수 있고 건설현장과 사무실의 연계가 가능하게 된다. 따라서 본 연구에서는 터널 공사를 수행하는 과정에서 PDA의 기능을 최대한 활용한 터널막장용 S/W 개발과정을 상세히 소개하였다.
본 시스템의 기본개념은 터널기술자가 발파가 끝난 터널 막장에 진입하여 PDA에 직접 절리패턴과 관련정보를 입력하고 관련 암질등급을 자동으로 계산하는 한편 이러한 정보를 기간망을 이용하여 무선 인터넷으로 관련 기술자에게 송신하는 과정이라 할 수 있다. 즉, 현장 작업자와 데이터 서버간 무선 인터넷을 이용하여 막장면 자료와 암질 등의 데이터가 전송되는 시스템을 구성하였으며, 구성도는 Fig. 1과 같다.
개발된 시스템은 현장 작업자가 손쉽게 막장면의 일반정보를 입력하고 관련 영상 촬영 및 암반등급을 산정할 수 있는 알고리즘으로 구성되었으며, 특히 현장 작업자의 개인 신상, 막장면의 위치, 굴착 패턴 등의 기본자료를 입력하고 전자펜을 이용하여 막장면의 절리 형태를 굴착패턴별로 입력할 수 있다. 또한, 입력된 절리의 형상과 각종 지반정보를 이용하여 자동적으로 RMR 값 (Barton 등, 1974)이나 Q 값 (Bieniawski, 1989)을 취사 선택하여 계산한 후 정보를 현장 사무실로 전송하는 일련의 과정을 프로그램화하였다.
본 프로그램 및 시스템은 Embedded Visual C++ 4.0으로 개발하였으며, 시스템 개발시 PDA 와 PC에 설치한 프로그램 및 장비는 Table 1과 같다.
2. PDA용 S/W의 개발
2.1 데이터의 구조 및 정의
현장 데이터는 PDA에서 임시로 가공된 후 서버프로그램에 전송되며, MS Access Database 형태로 저장되는 방식을 취하였다. 데이터 테이블은 RMR, Q 값 테이블로 나누어지며, Table 2는 각각에 대한 테이블을 정의하였다.
절리면의 형상 이미지는 PDA에서 작업자가 직접 전자펜으로 작성하며, 서버에 전송되어 서버측 PC에 비트맵 파일과 텍스트 파일로 저장된다. 이때, 현재 굴진거리(Station), 검측 날짜, 터널 지보형태, 터널의 형상 (Dimension) 및 절리면 등으로 구분되며, 이미지의 매핑을 위한 포인트 데이터를 같은 이름의 텍스트 파일로 저장한다. 이때 터널의 형상은 현지 굴착패턴에 따라 가변적으로 구성할 수 있으며 본 연구에서는 6가지 형태로 구분하였다. Fig. 2는 각각의 터널형상에 대해 설명하고 있으며 여기서, F는 터널의 정면(Front), L은 왼쪽(Left), R은 오른쪽 (Right), U는 윗쪽(Upper), B는 아래쪽(Bottom)을 의미한다.
Fig. 2. 6가지 터널 형상
2.2 PDA용 S/W의 인터페이스
본 PDA용 S/W와 시스템은 Server-Client 환경을 기본으로, 작업자의 요구사항을 반영하여 개발하였다. 서버와 접속환경을 설정하는 DB 메뉴, PDA 자체 내에 정보를 저장하는 기능 및 RMR, Q 값, 터널 형상 이미지 검측 및 전송에 관련된 Job 메뉴로 구성하였으며, 초기화면은 Fig. 3과 같다.
DB 메뉴에서는 서버의 구동상태를 확인하여, 무선 네트워크를 통해 온라인 데이터 베이스를 사용할 수 있도록 환경설정을 할 수 있으며, Job 메뉴에서 터널명과 검측위치, Station (굴진거리), 터널 형상 등의 일반적인 정보를 입력한다. 또한 Job 메뉴에서는 각 굴진단계별 정보처리 과정을 통해 자동으로 계산된 RMR 및 Q 값을 출력 또는 저장할 수 있으며, 선택한 데이터를 서버로 전송할 수 있다. RMR 및 Q 값 산정을 위한 계산 화면은 Fig. 4와 같다. 또한 Fig. 5와 같이 Job 메뉴상에서 사용자가 직접 화면에 터널형상을 각 굴착패턴별로 한 가지를 선택하여 절리면 형상을 그려 저장하거나 전송할 수 있게 하였다.
Fig. 3. 초기 화면
이상 일련의 과정을 거쳐 작업자가 PDA용 S/W에서 서버로 데이터를 전송하면, 데이터는 서버에 실시간으로 이미지가 그려지는 이미지 데이터 처리와 동시에 RMR 값과 Q 값을 수신하여 MS Access Database에 저장되며, Fig. 6과 같이 출력된다.
2.3 PDA Client 및 Server
PDA의 가장 큰 장점은 휴대성과 무선 통신에 있으며 본 연구에서는 이를 최대한 효율적으로 사용하기 위해 유선 LAN 환경과 동일하게 동작하는 무선 LAN 및 Web 서버를 구축하였다. 무선 LAN은 기존 유선 LAN을 휴대성과 이동성을 가지고 이용할 수 있게 하는 기술로서, 전화선이나 전용선 등의 케이블을 컴퓨터에 연결하여 사용하지 않는 즉, 선이 없는 (Wireless) 무선단말기나 무선모뎀을 통해 인터넷 서비스를 이용하는 것을 말하며, 본 시스템의 무선 LAN 환경을 구축하는데 IEEE 802.11 b 표준이 사용되었다. 무선 LAN은 네스팟 존에서 제공하는 Access Point 에 접속하여 인터넷망과 연결되는 방식을 취하였으며, 터널 현장 등과 같이 네스팟 존에 접근하기 곤란한 경우에는 CDMA 통신으로 전환할 수 있다 (박용우, 2000).
Fig. 7. PDA 프로그램의 구성
Fig. 8. PC 서버 프로그램 구성
PDA Client 프로그램은 SDI 형식의 프로그램으로써, 모든 모듈은 메인프레임에서 관리되며, Fig. 7과 같이 메뉴바에서 (DB, Job, Exit) 버튼을 클릭하여 하위 세부 메뉴를 클릭하면 해당모듈이 호출되어 작업이 진행된다. 이미지 데이터 전송은 3개의 블록 전송을 통해 이루어지며, 첫 번째 블록은 서버쪽 터널 배경 이미지를 갱신하는 역할을 담당한다. 그 다음 실제 점정보들이 두 번째 블록으로 구성되어 전송되어지고, 세 번째 블록은 서버 쪽에 저장될 이미지 데이터의 이름과 터널 형상, Dim-ension, 총라인 갯수들을 전송하며 비로소 PC Server가 이미지를 저장하게 된다.
PC Server는 PDA에서 보내오는 데이터를 수신하는 기능을 하며, 데이터는 크게 수치데이터와 이미지 정보 데이터로 분류된다. 수치 데이터는 ADO 방식의 MS Access 데이터베이스를 사용하여 저장되며, 이미지 데이터는 비트맵 (Bmp) 파일과 텍스트 파일 두 가지 형식으로 저장된다. Fig. 8은 PC Server의 구성도를 나타낸다.
3. 결론 및 향후과제
본 연구에서는 PDA를 기반으로 터널 시공중 막장면 매핑자료의 실시간 데이터 수집 및 갱신, 지보패턴의 결정 등 일련의 공학적 의사결정을 위한 PDA용 S/W를 개발하여, 건설공정의 효율화와 시공자료의 시스템화를 도모하였다. 즉, 터널 막장면 지질자료를 자동적으로 저장하고 지보패턴을 결정할 수 있으며 (Zhang 등, 1988), 무선 인터넷 기능을 추가하여 현장에서 사무실로 실시간 데이터 전송이 가능하게 함으로써, 터널 현장에서 높은 정확도의 신속한 자료 추출, 중복작업 방지 및 다량의 정보를 이용해 업무효율을 증가시키는 등의 효과를 기대할 수 있다. 본 S/W는 현재 타 연구과제에서 개발중인 터널의사결정체계 (Decision Aids for Tunneling; Einstein, 2001; Sinfield 등, 1996)의 서브시스템으로 활용될 예정이다.
향후에는 결정된 지보패턴에 따른 실제 지보, 즉 rock-bolt 및 터널보조공법 등에 대한 시공자료를 함께 수록하는 방안을 고려할 예정이며 이를 기반으로 가상현실 (virtual reality) 기법과의 연계를 통해 실시간 터널시공정보를 획득할 수 있는 시스템을 개발할 예정이며 현장 적용 및 feedback을 통한 실용화를 도모할 예정이다.
