Leica BLK2GO와 뉴샤텔 수문지질·지열 연구센터가 함께한 동굴 수자원 관리

스위스 수자원의 상당 부분은 복잡한 카르스트 대수층에 저장되어 있습니다. 카르스트 대수층은 연구자들의 호기심을 끊임없이 자극하는 중요한 자연 시스템입니다. 뇌샤텔 수문지질학·지열학 센터(CHYN)에서는 Phillipe Renard 교수가 이끌고 기후 과학자 Tanguy Racine 박사가 참여한 연구팀이 이 자원을 깊이 이해하기 위한 연구를 시작했습니다.  

목표는 분명했습니다. 혁신적인 기술, 특히 Leica BLK2GO를 이용한 3D 레이저 스캐닝과 Méandre Technologie의 맞춤형 조명 장치를 사용해 동굴이나 지하 카르스트 도관 내 물 흐름의 물리학을 연구함으로써, 기존 측정 및 모델링 방법으로는 다룰 수 없었던 대수층 이해의 공백을 메우는 것이었습니다.  

지하 카르스트 지형 탐구 

미국 지질조사국(USGS)에 따르면 “카르스트 지역은 독특한 지형(샘, 동굴, 싱크홀 등)과 생산성이 높지만 오염에 극도로 취약한 대수층을 만드는 독특한 수리지질이 특징입니다.” CHYN이 연구한 카르스트 대수층의 경우, 프로젝트에는 물의 흐름과 오염 등을 이해하기 위해 카르스트 동굴의 내부 표면을 자세히 매핑하는 작업이 포함되었습니다.  

3D 포인트 클라우드, 다채로운 파노라마 이미지, 고해상도 메시를 통합한 디지털 트윈을 만드는 것이 목표였습니다. 팀은 Môtiers의 폭포 동굴과 Vallorbe 동굴 등 여러 곳을 탐사했습니다.  

수 킬로미터에 달하는 카르스트 도관을 따라 이동하려면 최첨단 모바일 스캐닝 기술이 필요했습니다. 이 작업의 도구로 선택된 BLK2GO는 복잡한 형상을 효율적이고 정확하게 캡처해야 하는 이번 과제에 딱 맞는 솔루션이었습니다. BLK2GO 덕분에 연구자들은 기존 스캔 방식보다 훨씬 자유롭게 움직이며 넓은 구역을 빠르게 매핑할 수 있었습니다. 

수직굴, 터널, 너덜 지대(scree) 등 구간마다 다른 특징을 캡처하면서도, BLK2GO의 효율성 덕분에 팀은 필요한 구역을 빠짐없이 담을 수 있도록 데이터 캡처 전략을 그때그때 조정할 수 있었습니다. 예전에는 측정조차 어려웠을 곳들이 연구자들이 기록해야 할 모든 구역의 정확한 3D 포인트 클라우드로 바뀌었습니다. 

어두운 지하 동굴망을 밝히다 

이 지하 탐험의 주요 과제 중 하나는 적절한 조명이었습니다. 빛이 들지 않는 환경에서 BLK2GO가 모든 데이터를 제대로 캡처하도록 하는 것이 관건이었습니다. 컬러 포인트 클라우드를 만들려면 조명이 필요한데, 스캐너는 대개 자체 조명이 없습니다. 자연광이나 인공 조명이 장면을 밝혀 줘야 이미지를 찍을 수 있고, 이 이미지로 LiDAR 데이터에 색을 입히기 때문입니다.  

하지만 연구자들은 이동하면서도 컬러 포인트 클라우드를 캡처할 수 있을 만큼 충분한 조명을 확보할 방법을 찾아냈습니다. 

팀은 Méandre Technologies가 설계한 특수 조명 시스템을 사용했습니다. 가벼운 BLK2GO 손잡이 아래쪽에 간단히 부착하는 이 보조 조명 장치가 도관 내부를 밝혀 준 덕분에, 연구자들은 형상 데이터와 색상 데이터를 결합해 필요한 디테일을 빠짐없이 담을 수 있었고, 이는 연구에 큰 도움이 되었습니다. 

대수층과 도관의 디지털 트윈 생성 

현장에서 돌아온 후 다음 단계는 획득한 데이터를 처리하는 것이었습니다. Leica Cyclone REGISTER 360 PLUS 소프트웨어를 사용하여 색상화된 3D 포인트 클라우드를 처리 및 정리하고 다루기 쉬운 형태로 압축해 효율적인 지형학적 분석을 수행했습니다.  

그 후 Leica Cyclone 3DR에서 여러 개의 메시를 만들어 카르스트 도관의 기하학적 특성을 규명했습니다. 

이번 연구의 큰 과제 중 하나는 지하에서는 GNSS로 기준점을 측정할 수 없는데도 동굴 전체를 하나의 연속된 포인트 클라우드로 만들어야 한다는 점이었습니다. 팀은 GrandSLAM 기술 덕분에 카르스트 동굴을 효율적으로 캡처할 수 있었습니다. 100미터가 넘는 거리를 스캔할 때는 시작 지점에서 스캔을 끝내는 폐합 루프 방식으로 스캔했습니다. 이렇게 하면 BLK2GO가 동일한 특징점을 찾아 긴 포인트 클라우드를 정확하게 정렬할 수 있고, 연구자들은 긴 구간을 걷는 동안 동굴 3D 모델이 어긋나지 않았음을 확인할 수 있었습니다.

지하수망 분석 

BLK2GO로 캡처해 팀이 만든 정밀한 디지털 트윈은 지하 수로망의 형상을 조사하고 종합하는 데 핵심적인 역할을 했습니다. 예를 들어 물에 섞인 오염 물질이 지하에서 얼마나 빨리 이동하는지 모델링하는 데 매우 유용합니다. 3D 데이터를 확보한 과학자들은 오염 가능성이 높은 지점을 모니터링하고 수자원의 취약성을 분석적으로 평가할 수 있었습니다. 이런 선제적 대응은 환경 보건을 개선하고 수자원을 효율적으로 관리하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다. 

물 흐름 용량을 추정할 때 디지털 트윈이 중요한 역할을 했습니다. 카르스트 도관의 기하학적 세부 사항, 모양, 굽이굽이 꺾이는 구간마다의 흐름 특성, 항력을 일으키는 지형 요소의 유무와 그 공간적 관계를 이해하는 것은 정확한 흐름 추정에 필수적입니다. BLK2GO 데이터를 사용하여 카르스트 대수층의 단면을 측정하고 추출함으로써 팀은 이러한 도관 내의 물 흐름, 효율성 및 용량에 대한 신뢰할 수 있는 예측 모델을 구축할 수 있었습니다. 이 데이터는 수자원 관리와 지속 가능한 물 이용 정책 수립에 중요한 근거가 됩니다. 

카르스트 대수층 연구의 발전 

이 프로젝트는 Leica BLK2GO의 강력한 성능을 보여주었고, 휴대용 3D 레이저 스캐닝 기술이 천연자원에 대한 이해를 넓히는 데 얼마나 큰 가능성을 지녔는지를 말 그대로 환히 비춰 주었습니다. BLK2GO는 한 번의 현장 조사로 데이터를 성공적으로 캡처하여 여러 현장 방문의 필요성을 없애고 프로젝트의 전반적인 효율성과 효과를 극대화했습니다. 

BLK2GO는 좁고 어두운 지하 환경을 캡처해야 하는 Racine 박사와 CHYN 팀의 요구를 충족했습니다. 특히 Méandre Technologie 조명 장치와 함께 이런 환경에서도 데이터를 빠르고 안정적으로 캡처할 수 있었던 덕분에, 스위스의 중요한 수자원을 더 깊이 이해하고 활용할 길이 열렸습니다. 

기후 연구가 진전되고 수자원을 지속 가능하게 관리하는 방법에 대한 이해가 깊어지는 가운데, 예전에는 닿을 수 없던 공간을 스캔하고 얻을 수 없던 데이터를 확보해 생태계를 더 잘 이해하려는 시도는 연구자들이 Môtiers와 Vallorbe 동굴의 대수층 시스템을 온전히 이해하는 길잡이가 될 것입니다. 

Racine 박사 연구팀의 작업은 닿기 어렵거나 측정·모니터링이 어려웠던 지하 수계와 우리를 기술이 이어 주는 미래를 보여 줍니다. 이제 연구팀은 대수층과 도관, 동굴이 어떻게 작동하는지 정밀하게 밝혀내고 있으며, 이는 연구자와 공공 부문 담당자가 수자원을 모니터링하고 더 지속 가능하게 활용하는 데 도움이 됩니다. 

성공은 신중한 계획이 영리한 기술과 만날 때 이루어집니다. Leica BLK2GO를 이용한 휴대용 스캔에 대해 여기에서 자세히 알아보세요.