수목 도복의 3D 충격량 산출 기법 개발 (Development of 3D Impulse Calculation Technique for Falling Down of Trees)

서지정보

· 발행기관 : 한국조경학회
· 수록지 정보 : 한국조경학회지 / 51권 / 2호 / 1 ~ 11페이지
· 저자명 : 김채원, 김충식

초록

수목의 파손은 주변 재산과 생명에 치명적인 위험을 초래한다. 특히, 도복으로 인한 위험은 피해범위가 넓고, 충격의 강도가 높기 때문에 선제적으로 대응하는 것이 중요하다. 이에 도복 시 예상되는 잠재적 위험범위를 산정하거나 위험등급을 평가한 시도가 있었지만, 구체적인 물리량으로 위험을 정량화하지 못하였다. 또한, 수목과 피해대상의 형상을 입체적으로 반영하지 못했다는 아쉬움이 있다. 본 연구는 수목의 도복 시 발생할 수 있는 위험범위와 충격량을 정량적, 입체적으로 예측하기 위한 기법의 개발을 목적으로 하였다. 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 수목의 도복 시 발생하는 위험범위와 충격량 산출식을 정립하였다. 위험범위 산출 시 수목이 쓰러져 미끄러지는 가능성을 반영해 수고의 1.5배를 반경으로 하는 원의 내부 범위로 확대하여 계산하였다. 수목의 기울기에 따라 직립으로 생육하는 수목은 근원부를 중심으로 360° 범위, 기울어져 생육하는 수목은 기운 방향에서 180° 범위로 설정하였다. 충격량은 충돌이 발생하기 직전 수목의 나중운동량이 피해대상에 전달되는 현상을 이용해 산출하였다. 또한, 수목이 쓰러질 때 근원부를 기점으로 회전운동 하는 것을 반영해 각운동량을 산출하였으며, 이를 선운동량으로 전환하여 충격량을 계산하였다. 둘째, Rhino3D와 Grasshopper를 이용하여 위험범위, 충격량 산출 알고리즘을 개발하였다. 알고리즘은 3차원 모델 제작, 산출, 조회 기능으로 구성하였다. 3차원 모델은 Rhino3D를 이용하여 지형, 건물, 수목의 형상을 입체적 모델로 제작하였고, 이를 Grasshopper에 연결하여 공간정보를 구축하였다. 산출 기능에서는 산출식을 활용하여 알고리즘을 코딩하였다. 산출 시 수고, 기울기, 중량 등 수목의 생육 정보와 인접수목, 피해대상, 분석범위 등 주변 환경을 고려하였다. 조회 기능에서는 산출 결과를 종합하여 3차원 모델에 가시화하였다. 산출값에 따라 색상으로 구분하여 위험수목과 위험구역을 효율적으로 판단하였다. 본 연구는 수목의 도복 시 발생하는 잠재적 위험범위와 충격량을 정량적으로 산출하고, 이를 가시화하여 우선관리가 필요한 대상을 효율적으로 판단하는 방법을 제시하였다. 이는 도복 발생 시, 주변 건물과 관람객의 안전을 위한 대책 수립 및 재난 예방의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다. 또한, 도심지와 공원, 문화재구역에서 명확한 기준 없이 진행되는 수목의 제거를 방지하는데 기여할 것이다.

영어초록

This study intended to develop a technique for quantitatively and 3-dimensionally predicting the potential failure zone and impulse that may occur when trees are fall down. The main outcomes of this study are as follows. First, this study established the potential failure zone and impulse calculation formula in order to quantitatively calculate the risks generated when trees are fallen down. When estimating the potential failure zone, the calculation was performed by magnifying the height of trees by 1.5 times, reflecting the likelihood of trees falling down and slipping. With regard to the slope of a tree, the range of 360° centered on the root collar was set in the case of trees that grow upright and the range of 180° from the inclined direction was set in the case of trees that grow inclined. The angular momentum was calculated by reflecting the rotational motion from the root collar when the trees fell down, and the impulse was calculated by converting it into the linear momentum. Second, the program to calculate a potential failure zone and impulse was developed using Rhino3D and Grasshopper. This study created the 3-dimensional models of the shapes for topography, buildings, and trees using the Rhino3D, thereby connecting them to Grasshopper to construct the spatial information. The algorithm was programmed using the calculation formula in the stage of risk calculation. This calculation considered the information on the trees’ growth such as the height, inclination, and weight of trees and the surrounding environment including adjacent trees, damage targets, and analysis ranges. In the stage of risk inquiry, the calculation results were visualized into a three-dimensional model by summarizing them. For instance, the risk degrees were classified into various colors to efficiently determine the dangerous trees and dangerous areas.

참고자료

· 없음