비파괴 기술을 활용한 석조문화재 보존관리

석조문화재는 수분을 기본 요소로 사용재료와 주변 환경에 의해 화학적 풍화가 진행되어 원암의 조직과 색을 확인할 수 없을 정도로 변질된다. 무기적 기원에 의해 발생된 표면 오염물은 크게 백화현상과 흑화현상으로 나뉘며 그 밖에 페인트, 락카칠 낙서 등과 같은 인위적 훼손을 들 수 있다. 백화현상은 암석 표면에 백색의 오염물질이 단단한 고착물질로 점착되어 표면이 변질된 상태이다. 백화현상을 야기하는 무기오염원은 방해석, 석고와 같은 염 물질로 문화재에 공통적으로 사용되는 석회재료(시멘트, 모르타르, 강회 등)가 주요한 공급원이다. 흑화현상은 암석 표면이 농도에 따라 황색에서 갈색, 갈색에서 흑색에 가까운 색상으로 변화하는 것으로 오염물질이 다양한 두께로 암석 표면을 피복한 것과 같은 상태를 보인다. 흑화현상을 야기하는 무기오염원은 크게 철, 망간과 같은 광물 산화물, 방해석 및 석고와 같은 염, 분진, 대기오염물질 등으로 대표된다. 표면변색은 석조문화재 훼손양상 중 하나로 변질된 요인을 비롯한 손상 메커니즘을 이해하는데 유용한 정보를 제공한다. 이를 위해 현장에서 육안으로 변색을 분류하고 기재하지만 변색 정도를 단어와 같은 묘사보다 좀 더 정확히 표현하기 위해서는 색표준을 이용한 비교 가능한 정보 수집이 필요하다 분광반사곡선은 매질에서 반사되어 나오는 빛을 파장별로 분광하여 데이터를 획득할 수 있다. 한 지점의 분광반사곡선만을 획득할 수 있는 일반 분광계와는 달리 하이퍼스펙트럴 센서는 스캔 미러 또는 슬롯을 통해 측정대상의 각 좌표별 분광데이터를 획득할 수 있다. 따라서 단기간에 수백만 개의 분광반사곡선을 측정대상의 각 위치별로 획득하여 분광데이터의 이미지를 획득할 수 있다. 석조문화재 표면에서 확인되는 표면오염물은 종류에 따라 특정한 분광반사곡선을 나타낸다. 따라서 훼손양상별 분광데이터를 통계학적으로 계산하여 동일한 분광반사곡선을 군집화하는 영상분류를 통해 훼손상태를 파악할 수 있다. 하이퍼스펙트럴 이미지 분류에서 활용되는 알고리즘은 일반적으로 파장별 스펙트럼의 각도를 계산하는 SAM(Spectral Angle Mapper)법이 사용된다. 영상분류의 과정을 마친 이미지는 훼손영역에 해당하는 픽셀수를 계산하여 훼손율을 산출하고, 통계값에 색상을 부여하여 훼손지도를 작성할 수 있다. 신선한 암석의 경도값과 암석의 풍화 상태에 따른 경도값 변화를 확인하고자 석조문화재의 경도 측정에 많이 사용되는 초음파속도를 이용하여 에코팁 경도 측정값과 비교하여 풍화 등급을 산출하였다. 측정 결과, 신선한 암석(F)에서 810~870HLD의 범위를 보이며, 표면 풍화암(SW)은 714~812HLD로 나타났다. 상당한 풍화암(HW)은 538~752HLD, 현저한 풍화암(CW)은 423~801HLD의 광범위한 범위의 값을 보인다. 초음파 측정은 에코팁 경도 측정지점과 동일한 지점을 200㎜ 거리로 직접법으로 측정하였다. 이 결과, 신선한 암석(F)의 초음파 속도는 3636~3884㎧의 높은 속도대를 보이며, 표면 풍화암(SW)과 상당한 풍화암(HW)은 각각 2700~3333㎧와 2008~2180㎧로 신선한 암석에 비해 다소 낮아진 속도대를 나타낸다. 특히 현저한 풍화암(CW)은 평균 1019㎧로 835~2180㎧의 속도대를 보여 급격히 낮아진 속도대를 보인다. 현재 석조문화재 보존관리 내역에 관한 대부분의 정보들은 서술식으로 기록되어 있어 개별 속성정보에 대한 검색 및 주제도 작성이 어렵다. 따라서 석조문화재 보존관리 데이터베이스는 GIS 프로그램과 연동하여 정보공유가 용이하게 하기 위해 수치 데이터, 단어, 이미지 형태인 표준화된 데이터로 구축해야 한다. 또한 향후 발생하는 정기점검, 정밀진단, 보존처리, 모니터링 등 각각의 보존활동 단계마다 발생하는 정보들을 지속적으로 구축하여 유기적인 정보공유가 실시되어야 한다. 석조문화재 보존관리 현황에 대한 데이터베이스는 각 석조문화재에 DB 관리번호를 지정하여 위치좌표와 속성정보를 순차적으로 구축한다. 석조문화재의 위치좌표는 문화재청 HGIS에서 제공하는 좌표를 기준으로 작성하며, 속성정보는 문화재명, 위치좌표, 소재지, 조성시대, 암석종류, 풍화양상별 훼손등급, 훼손양상, 보존처리 시행연도 및 보수재료 등 보존관리에 필요한 모든 사항들을 전산화하여 구축한다.