간행물
한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집
- 발행기관 한국도로학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 반년간
- 수록기간 1999 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 534DDC 625
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2013년도 제15회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2013년 9월) 102건
1.
2013.09
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최근 융설포장용 화학용 제설제가 콘크리트 포장 및 구조물에 좋지 않은 영향을 미치고 있으며, 환경적으로 좋지 못하여 친환경 융설제 개발 및 융설에 효율에 높은 아스팔트 포장 개발에 노력을 기울이고 있 다. 일반적으로 융설용 아스팔트 포장은 지열이나 태양열을 이용하여 물을 뜨겁게 한 다음 눈을 제거하는 방식으로 이를 효율적으로 수행하기 위해서는 열전달율이 좋은 포장이 효율적이다. 본 연구에서는 융설용 아스팔트 혼합물 재료개발을 위하여 그라파이트를 습식과 건식 두방법을 이용하여 아스팔트 혼합물에 첨가하였다. 습식에 사용하는 아스팔트의 소성변형과 피로균열 저항성을 평가하기 위하여 Dynamic Shear Rheometer와 Bending Beam Rheometer를 이용하여 아스팔트 시험을 하였다. 습식과 건식으로 아스팔트 혼합물 시료를 만들어 아스팔트 혼합물의 전도율을 측정하였으며, 인장강도를 측정하였다. 1차원 열전달 이론에 근거하여 아스팔트 혼합물의 융설을 모사하였다. 전도율 측정결과 그라파이트 함량이 증가할수록 전도율은 증가하였으며, 습식이 더 전도율 상승효과가 좋은 것으로 나타났다.
2.
2013.09
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도로의 확포장과 유지보수로 인하여 발생되는 폐아스팔트 콘크리트 (reclaimed asphalt Pavement: RAP)는 100% 재활용이 가능한 고급의 자원이다. 국내의 자원 여건과 환경을 고려할 때 재활용 공법이 가 지는 친환경성은 물론 경제성 면에서도 매력이 있는 대안으로 부각되고 있다. 안정적 품질을 가지는 재활용 아스팔트 혼합물의 사용 확대는 경제적, 환경적으로 여러 유리함을 제공할 수 있으며, 양질의 재생혼 합물을 생산하는 것이 중요하다. 국내의 KS 표준에 의하면 가열아스팔트 혼합물 제조 시 RAP의 사용 비율은 25% 이하면 침입도 등급 이 한 단계 낮은 아스팔트를 사용토록하고, 이상이면 침입도 기준의 Blending Chart를 활용하여 적정한 재생첨가제 (rejuvenator)의 사용을 요구하고 있다. 더불어 설계 침입도는 65이상, 추출 및 회수 후의 침 입도를 55 이상 만족하도록 규정하고 있다. 본 연구에서는 RAP의 사용 비율을 0, 30, 40, 50%로 하고 점도 등급의 Blending Chart를 활용하여 신규 바인더의 등급을 결정하고 재생 혼합물 배합설계를 수행한 후, 다양한 공용성 시험을 수행하였고, 시험 종료 후 공시체를 추출․회수 (recovery)하여 바인더 특성시험을 수행하였다. 바인더 시험으로는 침입도, 절대점도, 동점도, DSR 시험을 수행하였다. 시험 결과 재생혼합물의 RAP 사용비율이 증가할수록 침입도는 감소하였고, 절대점도, 동점도, DSR의 P/F (pass failure temperature)는 증가하였다. 재생비율이 증가되면서 P/F 온도가 조금씩 높아지는 것 을 알 수 있었으나 0%와 30% 간에는 그 차이가 거의 없었다. 이를 통해 절대 점도가 DSR보다는 바인더의 노화상태를 분석하는데 변별력이 더 좋고, DSR은 침입도 보다는 좋으나 동점도와는 변별력이 유사한 것으로 나타났다.
3.
2013.09
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전 세계적으로 산업의 고도화로 인하여 환경오염이 급속도로 진행되고 있으며, CO2 발생의 증가로 지 구 온난화 현상이 급속도로 진행되고 있다. 기존의 일반 아스팔트포장은 약 160℃의 고온에서 생산 및 시공되기 때문에 CO2가 크게 발생되며, 시멘트포장 또한 시멘트 생산 시 CO2가 발생되고 있다. 최근 강상판 장대교량(케이블교)의 건설이 증가하고 있으며, 사하중을 절감하기 위한 박층 폴리머 콘크리트가 개발되고 있다. 그러나 폴리머 수지도 석유계 재료로 생산되기 때문에 CO2가 발생되며 석유자원 의 고갈로 인한 폴리머 수지의 가격 상승 등이 문제점으로 부각되고 있다. 이러한 문제점의 대안으로 식물성 수지를 사용한 바이오 폴리머 수지를 개발하는 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 그러나 식물성 재 료를 사용하게 되면 기존 석유계 수지에 비하여 강도 및 환경 영향에 대한 물리적 특성이 감소하는 문제 가 발생하여 차량하중의 영향이 작은 주차장, 보도, 자전거 도로 등에 적용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기존 석유계수지의 약 30~50%를 식물성 재료로 대체한 도로포장용 바이오 폴리머 수지를 개발하고자 한다. 식물성 재료는 콩유(Soybean Oil), 피마자유(Castor Oil), 야자수유(Palm Oil) 등 그 종류가 다양하지만 폴리올(Polyol)공정을 거치지 않고 생산이 가능한 피마자유를 이용하여 생산비용을 절감하였으며, 환경 영향 저항성과 관련된 시험을 수행하여 도로포장에 대한 적용성을 평가하였다. 식물 성 재료가 약 30% 첨가된 수지(906-3)와 50% 첨가된 수지(2I)를 대상으로 무처리 상태의 강도와 처리 후(동결융해, 자외선)의 강도를 측정하여 비교·평가하고 염화물에 대한 저항성을 시험하였다. 그 결과 기 존 석유계 폴리머 수지에 식물성 재료를 50% 대체하여도 강도변화가 미미한 결과를 도출하여 바이오 폴리머 수지를 도로포장에 적용하여도 문제가 없음을 확인하였다.
4.
2013.09
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굵은골재의 입자 특성은 골재혼합물의 다짐도, 아스팔트 콘크리트 또는 시멘트 콘크리트 혼합물의 역 학적 특성에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이다. 도로포장 재료로서 골재의 특성을 최대한 활용하기 위한 골재의 최적배합설계를 결정하기 위해서는 다양한 골재의 단위중량, 크기뿐만 아니라 역학적으로 설명될 수 있는 형상적 특성이 정량화할 필요가 있는데, 이를 위하여 사용되는 다짐밀도실험은 많은양의 실내실험을 요구하는 단점이 있다. 이산요소법 또는 개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 유한요소법(Finite Element Mehtod, FEM)과는 달리 이산되어 있는 재료의 거동을 수치적인 방법으로 모사할 수 있는 장점이 있으며, 이를 활용한 연구가 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 그러나 아스팔트 혼합물에 관련된 분야에서는 골재자체의 특성이나 다짐밀도를 분석하기 위한 연구보다는 혼합물의 피로특성을 분 석하는 연구를 중심으로 이루어져 골재다짐에 관련된 연구는 많이 진행되지 못하였다. 본 연구에서는 골재의 형상적 특성을 반영한 역학적 물성을 정량화하고자 이미지 분석(Image Analysis)결과, 골재자체의 단위중량 및 무게 등의 기초물성 실험결과, 상용 DEM 소프트웨어, 문헌에서 확인된 역학적 인자 및 등가구형지름(Equivalent Sphere Diamter) 개념을 이용하여 골재슬럼프 실험에 서의 골재의 거동을 시뮬레이션하였으며, 높이 및 퍼진 골재의 지름을 기준으로 시뮬레이션 실험과 실제 실험결과와 유사한 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 x-ray CT 등을 이용한 향후 3D 골재형상 이미지 또는 혼합물 속의 골재의 분포 등을 이용한 골재다짐밀도 모형과 Flow Modeling Software 등과의 coupling을 통하여 시멘트 콘크리트의 배합설계법개발에 적용되기 위하여 지속적으로 수행될 예정이다.
5.
2013.09
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교면 슬래브에 균열의 발생 및 수분의 침투는 구조물 내부의 철근 및 철골을 부식시키며, 아스팔트 콘 크리트 층의 파손, 특히 동절기 노면 결빙 방지를 위해 살포된 염화칼슘의 염해 피해 등을 고려할 시 교면 방수는 필수적인 항목이다. 피해를 방지하고자 적용하는 공법 중 방수성·내유동성·내마모성이 우수한 구스아스팔트 포장을 시공하는 방법이 있다. 하지만 설비비용과 운반, 포설장비에 드는 비용이 비경제적인 단점이 있으며, 강상판 위에 시공하였을 시 고온의 열이 전달되어 구조물의 변형을 유발하고 시공 후에는 잔류 응력 및 잔류 변형의 형태로 남게 된다. 고온 시공은 변형에 대한 우려 뿐 아니라 계속해서 높은 온도를 유지해야하기 때문에 작업의 안정성이 떨어지고 있다. 플랜트에서 아스팔트를 제작 후 포설 시까 지 항시 고온을 유지 하여야 하기 때문에 안전을 요하며 작업으로 한순간의 사고로 이어질 수 있는 위험 작업군으로 분류되고 있다. 여기에 온실가스배출 이라는 추가적인 단점을 볼 수 있다. 고온에서의 아스팔트 생산 및 포장 과정에서 이를 위하여 혼합물의 가열을 위해 많은 양의 연료가 소모되고, 이산화탄소와 황산화물 등 유해가스가 많이 발생한다. 아직 해결되지 않은 문제점으로 인하여 국내에서는 방수층 용도로 기층 포장에만 적용하고 있는 실정이다.
본 연구는 기존 구스아스팔트의 포장 및 방수층의 물리적 기능을 살리면서 60℃~80℃의 중온시공이 가능한 포장 공법에 대한 내용이다. 기존의 구스아스팔트와 동일한 골재입도 및 아스팔트함량을 적용하되 중온에서 최적의 구스함량으로 골재를 코팅한 후 반응성 아스팔트를 사용하여 중온에서 시공이 가능토록 하였다. 고온시공을 중온시공이 가능하도록 함으로써 유지보수 및 시공성의 효율성을 높였으며 탄소저감 과 공사비의 절감에 유리한 공법으로 판단된다.
6.
2013.09
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사회기반시설의 계획·설계·관리·평가에 수반되는 다양한 추정과정에 대한 신뢰성 확보는 인프라의 과대·과소 설계를 막고 한정된 예산의 비용-효율성을 높이는데 매우 중요한 사항이다. 도로 인프라, 특히 도로에 있어 가장 큰 이슈는 역시 “도로의 기대수명”, 그리고 중장기 생애주기비용분석에 있어 도로이용자비용의 규모를 결정하는 “연평균 교통량”이라 할 수 있다. 이와 관련하여 현실에서 주로 활용되고 있는 모형은 과거이력 자료를 기반으로 한 결정론적 기법(예: 회귀모형, 과거추세연장법)이나 시뮬레이션 기법에 주로 의존하고 있으며, 포장 파손과 같이 불확 실성이 큰 분야에는 주로 신뢰성 공학이나 마르코프 이론과 같이 확률과정(stochastic)에 근거한 기법들이 많이 활용되고 있다. 그러나, 변화특성은 시간이나 정책, 공법, 기타 다양한 외부변수에 따라 연속적으로 변화한다. 이는 곧 모형의 신뢰성 확보를 위해서는 모형의 끊임없는 갱신이 요구됨을 의미하며, 특성의 변화과정에 포함된 분산파악의 중요성을 의미한다. 본 연구에서는 이런 추정과정에서의 필요성에 주목하여 보다 유연하면서도 추정이 자유도가 높은 확률통계기법을 개발하고자 하였다.
본 연구에서 제안하는 모형의 핵심은 1)베이지안 추론, 2)비모수적 추론 기법인 MCMC(Markov Chain Monte-Carlo), 3)마르코프 체인, 4)마르코프 체인의 공간이동 및 제약기법, 5)샘플링에 필요한 몬테카를로 시 뮬레이션(Monte-Carlo simulation)이 있다. 먼저 베이지안 추론은 사전분포(사전지식)와 사후분포(사후지식) 와의 관계를 규명하는 것으로, 추정의 시간단위 별로 추론엔진을 갱신하는 과정을 의미한다. 여기서, 추론엔진의 모수추정에 MCMC기법을 활용하게 되는데, 이는 전통적 추정기법인 최대우도법이 가지고 있는 샘플 수 부족, 그리고 행렬의 차원증가 및 과분산으로 인해 발생하는 계산오류, 고질적인 초기값 설정문제, 전역이 아닌 지 역적 수렴(local maximum)에 대한 문제를 해결하기 위함이다. 다음으로 추정특성의 변화를 정량적으로 정의하기 위해 마르코프 연쇄를 도입한다. 그러나 전통적 마르코프 이론 그 자체로는 변화하는 특성을 정확히 묘사하기 어렵기 때문에, 마르코프 연쇄의 상태등급 자유롭게 이동할 수 있도록 공간이동형 마르코프 이론으로 재구성 할 필요가 있다. 그러나 이렇게 되면, 추정에 있어 분산이 매우 커지게 됨은 물론 개별 샘플의 특성을 반영할 수 없기 때문에 공간이동형 마르코프 이론의 수정이 불가피 하다. 이에 본 연구는 개별샘플의 정보를 활용해 이동 형 마르코프 전이확률모형에 다시 확률공간을 제약하는 기법을 개발하여 문제를 해결하고자 하였다. 마지막으로 각 연도별/샘플별 추론엔진이 구성되면 분포에서 샘플을 추출하기 위해 몬테카를로 기법을 활용한다.
본 연구에서 제안하는 기법은 연간 교통량이나 포장상태 등과 같이 일정 단위기간별로 자료를 조사/누적해 나가는 분야에 접목이 용이하며, 그 누적/갱신기간이 길어질수록 (즉, 사후 분포가 불변분포에 가까워 질수 록) 높은 추정력을 기대할 수 있다. 또한, 특정변수가 발생하거나 유지관리 정책의 변화가 (예: 신포장기법·원료의 도입) 발생한 시점을 기준으로 갱신기간을 분할하여 모형을 구축하여 비교하면, 사전-사후 분석이 가능하기 때문에 프로젝트의 평가에도 유용하게 활용될 수 있다. 향 후 연구로는 제안된 추정기법을 현재 도로분야에서 시계열로 수집되고 있는 교통량 및 포장상태에 접목하여 실증분석을 수행하고, 부분적 수정을 통해 접목이 가능 분야를 넓혀 나가는 노력이 필요할 것이다.
7.
2013.09
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1986년에 국도에 포장관리시스템이 도입된 이래 최근 자산관리시스템(AMS; Asset Management System)에 대한 본격적인 연구가 시도되고 있다. 이는 도로유지보수 수요는 점점 증가하는 반면, 갈수록 줄어드는 사회간 접자본 관련예산, 그리고 예산지출의 투명성/객관성에 대한 공공의 요구 등에서 비롯된 자연스러운 현상이라 할 수 있다. 자산관리분야는 공학, 계획, 통계, 프로그래밍, 경제, 회계 등 다양한 학문이 복합적으로 접목하여 1)파손과정에 대한 해석, 2)생애주기비용분석에 관한 연구에 집중되어 있다. 이중에서 도로파손과정에 대한 연구는 경쟁관계에 있는 포장원료나 포장설계기법에 대한 우위를 결정하는 등 그 자체로도 존재의 의미가 충분하 지만, 생애주기비용분석에서도 도로이용자비용의 흐름을 결정하는 핵심적인 요소이기 때문에 파손과정분석결 과에 대한 신뢰성, 현실성은 무엇보다 중요하다. 이에 본 연구에서는 생애주기비용에 관한 내용은 배제하고 도로파손과정, 특히 현실적인 기대수명에 대해 심도 있는 고찰을 시도하고자 하였다.
기대수명의 추정과 관련된 선행연구들을 살펴보면, 대부분 기대수명(혹은 파손속도를)을 하나의 값으로 표현하고 있다. 이러한 접근방식은 파손과정의 평균적 특성만을 설명할 수 밖에 없기 때문에 포장파손과정에 포함된 불 확실성의 해석에 한계를 갖는다. 또한, 생애주기비용분석에서도 여러 유지보수기준에 해당하는 기대수명 중 가장 짧은 기대수명에만 영향을 받아 유지보수과정이 결정되는 문제점을 갖게 된다. 이는 다양한 유지보수공법을 다양 한 유지보수기준을 참조하여 시행하고 있는 포장관리의 현실에 비추어 볼 때 비현실적이며, 중장기 예산수요예측에도 영향을 미칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 1)포장의 파손과정은 파손정도에 따라 이질적인 특성을 갖고, 2) 그 포장파손과정에는 다양한 도로환경(예:포장강도, 교통하중 등)의 영향으로 인한 심각한 불확실성을 포함하고 있으며, 3)관리자가 운용하는 다양한 유지보수기준에 따라 기대수명이 달라진다는 현실을 반영하고자 하였다. 여 기에 추가적으로 4)각 유지보수기준에 해당하는 기대수명의 통계적 신뢰수준에 따라 최종 기대수명이 달라질 수 있다는 점도 추가적으로 고려하고자 하였다.
이러한 연구목적을 충족시킬 수 있는 모형은 우선 확률론적(stochastic) 모형이어야 하며, 포장파손상태에 따라 독립적으로 파손속도가 예측됨은 물론 설명변수도 고려될 수 있어야 한다. 또한, 기대수명의 분산(혹은 모형계 수의 분산)정보 또한 제공 가능한 분석구조를 가지고 있어야 할 것이다. 본 연구에서는 이 모든 조건을 충족하는 분석기법으로 베이지안 마르코프 위험률 (Bayesian Markov hazard) 모형을 활용하였다. 이 모형은 마르코프 연쇄를 기반으로 한 확률과정모형으로, 마르코프전이확률행렬을 예측하는데 다단계위험률모형을 응용하여 각각 독립인 이산적 포장상태에 대한 위험률 함수를 단위시간으로 정식화한 후, 이 위험률 함수의 예측에 설명변수를 포함시키는 구조를 갖고 있다. 또한, 모형계수의 분산파악이 가능하고 지역수렴문제나 샘플수의 부족 등의 문제들을 해결할 수 있는 베이지안 통계기법을 접목하고 있다.
사례분석에서는 한국국도에서 2007~2011년에 수집된 균열, 소성변형, 종단평탄성 자료를 활용하였으며, 최근 예산부족으로 인해 수정된 유지보수기준을 활용하여 포장상태등급을 구성하였다. 본 논문의 주요결과로 1)각 상태 지표의 등급별 위험도 함수, 2)마르코프 전이확률행렬, 3)유지보수 기준 별 기대수명의 도출, 4)확률론적 개념에서의 유지보수 기준 별 위험영역(hazard zone)과 이 들을 통합한 결합확률분포를 제시하고 있으며, 최종적으로 5) 결정론적 개념에서의 기대수명이 현실에서의 기대수명과 상이함을 증명하고 있다.
8.
2013.09
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아스팔트 콘크리트 포장 파손 중 40cm-50cm 지름과 5cm-10cm 깊이를 갖는 움푹 파이는 형태의 포장 파손을 포트홀(pothole)이라고 한다. 포트홀 파손 발생 메커니즘은 아스팔트 혼합물에 수분이 침투하고, 아 스팔트 바인더와 골재의 점착력이 침투한 수분에 의하여 약화되어 발생한다. 따라서 아스팔트 콘크리트 포 장의 포트홀은 주로 장마 기간에 많이 발생하지만 최근 들어 지구 온난화의 영향으로 겨울철 강우 또는 강 설의 증가와 제설제의 영향으로 겨울과 봄에도 많이 발생하고 있다. 본 연구에서는 아스팔트 콘크리트 포장 에 발생한 포트홀 파손을 효율적으로 상온에서 보수할 수 있는 보수 재료에 대한 기본 물성 시험으로 마샬 시험을 수행하였으며, 시험에 적용된 보수 재료는 밀입도 아스팔트 콘크리트 포장용(공극률 4%, Type A)과 배수성 포장용(공극률 15%, Type A) 및 중간 단계의 공극(공극률 10%, Type C)을 갖고 있는 포장용으로 개발되었다. 목표 공극률 4% 혼합물(Type A)의 경우 안정도가 시험 장비의 재하하중 범위를 넘어 측정할 수 없었지만 세 가지 혼합물 모두 마샬시험 결과 모두 서울시의 마샬시험기준을 만족하는 것으로 나타났다.
9.
2013.09
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현재 사용자의 편이성을 구비한 역학적 평가 장비가 비파괴시험을 토대로 하여 발전하고 있으며, 또한 지반 및 도로하부 다짐공사 등 시공 중 관리와 완공 후 구조물에 대한 평가 및 진단은 유지관리시스템의 필수요소이다. 그러나 아직도 운용중인 도로포장이나 블록포장등 다양한 도로포장체에서 포장체 상부 및 하부의 적정한 능력평가 및 미래의 능력예측을 역학적으로 정량화하여 신속하게 평가하는데 어려움이 있다. LFWD(Light Falling Weight Deflectometer)평가장비는 운반의 용이성과 기존도로의 교란없이 강도와 지지력을 빠르게 측정할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 LFWD장비를 통한 도로 포장 진단평가를 위해 다양한 포장종류의 평가결과 및 활용방안을 소개하고, 각종 실제 도로현장시험을 실시하고, 실시한 결과로부터 도로포장의 상부 및 도로하부와 관련하여 시공 중의 다짐관리 및 시공후의 예방적 유지관리에 활용할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 추후 적용성연구에 대한 추가적인 연구를 통하여 LFWD 장비의 특징을 활용한다면 포장 조기파손구간이나 보수우선순위 결정등에 활용될 수 있을 것이다. 다음 <그림1.1>은 LFWD장비의 시험젼경이며, <그림1.2>와 <표1.1>은 LFWD시험 데이터를 분석한 결과 예이다.
10.
2013.09
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우리나라는 OECD 회원국 국가 중 교통사고 사망률이 최 하위권으로 국토교통부는 OECD 회원국 수준 으로 줄이기 위해 과속, 음주 등 중대 법규 위반자에 대한 범칙금과 벌점도 강화하고 있다. 일례로, 국내 의 교통사고 중 음주운전에 따른 비중이 37%를 차지하고 있고 일반 사고에 비해 치사율도 높아 음주운전 교통사고의 심각성에 대한 사회적 관심과 대책이 시급한 실정이다. 해외 선진국의 경우는 알코올 인터락 장치를 보급 및 시범운용을 통하여 음주시 차량 시동을 제어하여 운전을 못하도록 하고 있지만, 동승자 등을 이용한 장치의 오남용이 큰 문제가 되고 있다. 이에 알코올 인터락 장치의 오남용 사례를 방지하기 위한 방법으로 음주여부에 따른 운전자의 정상 상태와 비정상(음주 시)의 운전자 정보와 차량기반 주행패턴을 종합적으로 분석하여 주행 상태를 판별할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 피시험자를 대상으로 가상환경 시뮬레이터를 이용하여 음주 농도별(정지/취소) 야간 주행 시 나타나는 운전자의 행동 특성을 취득하여 분석하였다. 그 결과, 제안한 알고리즘은 차량 및 운전자 정보를 활용하여 음주운전 여부의 판단이 가능하였고 실험을 통하여 그 유효성을 증명하였다.
이번 연구를 통하여 음주운전 방지를 위한 알코올 인터락 장치의 오남용 사례를 방지하기 위한 한가지 방법으로 운전자의 음주 전/후에 따른 정상/비정상 주행상태를 판별할 수 있는 알고리즘을 제안할 수 있 었다. 음주운전 시 운전자는 중앙에 시선을 집중하지 못하였고 불안정하게 흔들리는 모습을 보였다. 신체적 인지 반응이 둔해져 지속적인 주시 불안정과 시선이 분산되는 모습을 보였다. 제안한 주행 상태 판단 알고리즘은 피시험자기반 실험을 통하여 선정한 파라미터의 적정성 및 유효성을 증명하였다. 본 알고리즘을 통하여 운전자의 주행상태의 판별이 가능할 경우, 음주운전의 방지뿐만 아니라 국내 알코올 인터락 장치 오남용 사례를 방지하고 해외 제품과 비교하여 국내 알코올 인터락 장치의 차별화가 가능하다.
11.
2013.09
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국내 교통사고 중 음주운전에 따른 사고의 비중은 37%를 차지하고 있고 발생 건수 및 부상자수는 점차 증가하고 있는 추세이다. 이를 방지하기 위하여 단속/처벌강화 및 신고포상제 등의 정책을 실시하고 있으나 생계형 음주운전자들도 많아 효과가 제한적이다. 북미, EU, 일본 등과 같은 선진국에서는 음주운전 사고 방지와 관련하여 엔진 시동 시 운전자의 호기 중 알코올 농도를 측정하여 일정 규정치를 초과하는 경우에는 시동을 걸 수 없게 하는 알코올 인터락 장치를 개발하고 의무화가 진행되고 있고 그 효과가 입증되고 있다. 하지만 기존의 알코올 인터락 장치는 음주 측정에 따른 운전자의 인증 및 위조 방지 기능이 부족하며, 개인정보침해의 소지가 있는 GPS 위치 정보를 활용한 추적 및 감시 기능이 미비하다. 현재 국내에서는 알코올 인터락 장치와 관련된 제품이 없어 의무화가 추진될 경우 해외 제품 유입에 따른 국내 시장의 잠식이 우려되므로 시급히 알코올 인터락 장치의 국산화가 필요하며 나아가 운전자 데이터 위조 방지, 제한적 운전자 정보 전송 등의 추가 기능이 필요하다.
본 연구에서는 국외의 알코올 인터락 장치와 차별화되는 국내 기술의 스마트 알코올 인터락 장치의 개 발에 중점을 두었다. 이를 위하여 가장 기본이 되는 음주에 따른 운전 시동 제어 기술과 듀얼센서(지문인 식, 영상인식)을 이용한 운전자 인증 및 데이터 위조 방지 기술, 데이터 통신을 이용한 알코올 농도, 운전자 인증 정보, 차량 위치 등의 데이터를 관리하는 서버 기술, 음주 체크에 따른 음주 회피 고의성을 방지 하기 위한 차량 정보을 활용한 주행 상태 판단 알고리즘, 음주 후 불법으로 차량 운행 시 GPS 정보를 활용한 실시간 감지 기술 등의 기존 알코올 인터락 장치와 차별되는 기술을 제안하였다.
제안하는 알코올 인터락 장치는 알코올 인터락 장치의 의무화가 시행될 경우 해외 알코올 인터락 장치 의 잠식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라. 운전자의 인증 및 위조 방지 기능을 가지고 있어 기존의 알코올 인터락 장치보다 음주 운전자에 대한 감시 및 제한에 효율적이다. 향후, 기술적인 알코올 인터락 장치의 개발뿐만 아니라 법/제도 표준화 등을 도로교통공단과 함께 진행 해나갈 계획이다.
12.
2013.09
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국내 차량방호울타리 성능시험조건과 도로설치조건이 달라 대형교통사고 유발 등의 문제점이 야기되고 있어 2012년 11월에 도로안전시설 설치 및 관리 지침(국토교통부, 2012)이 개정되었다. 성능시험조건이 기존 평지부에서 성토부로 변경되었고 성토부에 설치되는 연성 차량방호울타리는 지주의 수평지지력(현장지지력)이 측정되어야하며 그 값이 실물충돌시험장에서 확인된 수평지지력의 90% 이상이 되도록 하고 있다. 따라서 현장 지주지지력이 시험장 지주지지력의 90% 보다 작은 경우에는 지주의 매입깊이 증대나 다른 보강방안을 적용하여 90% 이상이 되도록 하여야 한다. 본 연구에서는 SMART Highway N등급(지 침 SB3-B)과 H1등급(지침 SB5-B) 지주의 성토부 수평지지력이 평지부의 90% 이상이 나타나게 하는 지주 보강방안을 결정하고자 하였다. 그림 1과 같은 다양한 지주 보강방안에 대하여 지주 수평지지력 시험을 수행하였고 다양한 보강방안에 대한 지주 횡방향 힘-변위 관계가 그림 2에 나타나있다. 흙의 저항체적을 증가시키는 그림 1(b)와 Bracing을 설치하는 그림 1(c)와 같은 보강방안이 시험장 지주지지력의 90% 이상이 되게 하는 보강방안으로 조사되었다.
13.
2013.09
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도시가 현대화, 광역화됨에 따라 각종 시설물이 복잡화되면서 도시미관과 유지보수의 용이성, 위험방 지 목적 등으로 점차 지중화 되고 있다. 따라서 이러한 도시시설물들을 안전하게 관리하기 위해 정부에서는 관련 유관기관과 함께 지형공간정보시스템 구축 및 지하시설물 관리 시스템을 개발하여 활용 중에 있다. 또한 효과적인 시설물관리를 위하여 IT기술을 접목한 관리체계를 활용하는 단계에 와 있으며 최근 U-City의 등장에 따라 각 유관기관에서 개별적으로 관리하던 시설물 관련 데이터를 서로 연계하여 효율 적인 시설물 관리를 수행할 수 있는 체계를 구축하기 위해 다양한 시도가 이루어지고 있다.
그러나 도시 내 현장에서의 굴착관련 공사작업이나 외부 환경에 의한 회손, 자연적인 원인 등으로 인하 여 여전히 지하시설물 사고가 빈번히 발생하고 있기 때문에 이에 대한 대책마련이 시급한 실정이다. 최근에는 상·하수도, 전력, 가스, 통신, 난방, 유관 등의 지하시설물을 지형공간정보시스템 관리체계와 센서를 이용한 실시간 운영관리시스템의 형태로 진화를 시도하고 있다. 하지만 여전히 실제 적용에는 한계가 있어 개선 및 실용화 연구가 필요하다.
따라서 본 연구에서는 복합센서와 정보표지마크 개발을 통한 지하시설물관리 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 먼저, 지하시설물 공간정보를 현장에서 제공 받을 수 있는 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기법과 위치표지 적용방안을 제시한다. 특히 기존의 지하시설물 위치표지를 개선하여 센서를 외부 환경에서 안전하게 보호할 수 있는 구조를 개발하였다.
특히 기존 RFID 태그의 금속에 취약한 인식률을 개선하고, 본 연구에서 개발된 위치정보표지의 금속에 의한 전파차단 문제를 해결할 수 있는 효과적인 구조 및 방안을 개발하였다.
둘째, 위치정보표지를 제작하여 적용성을 검정한 결과 UHF(902~928MHz) 방식의 태그와 NFC(13.56MHz) 방식의 금속의 전파차단 문제를 모두 해결할 수 있는 효과적인 구조 및 방안을 개발할 수 있었다.
셋째, 태그의 별도 적용뿐만 아니라 정보환경 구축 및 효과적인 활용과 보안 및 서비스 개념을 함께 접목하기 위해서 복합태그 방식을 적용하였다. 특히 시설물 유지 및 관리 목적의 용도를 위해서는 보안성이 높은 UHF방식이 적합할 것으로 판단되며, 스마트 폰을 이용한 실시간 정보서비스 제공과 활용성, 접근성 등의 측면에서는 NFC방식이 적합할 것으로 판단된다.
마지막으로 UHF 방식과 NFC 방식이 결합된 태그의 적용성을 높이기 위해 어플리케이션(Application) 을 활용한 관리자 및 이용자 기반환경을 개발하였다.
향후 실제 외부환경이나 현장 여건에 대처할 수 있는 다양한 지하시설물 적용표지의 개발과 인식률이 높은 복합태그의 개발을 목표로 하고 있으며, 정보표지마크와 모바일 어플리케이션을 연계한 시스템을 개발하여 지하시설물관리의 적용에 따른 효용성 연구를 진행할 계획이다.
14.
2013.09
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고속도로 이용차량대수의 증가로 고속도로의 안전 및 운영효율성을 개선하기 위한 교통류 관리전략의 필요 성이 대두되고 있다. 또한, 비, 눈, 안개 등 기상조건 악화시 통과교통량 감소, 평균속도의 저하 등 교통소통능력이 감소하고 사고 발생 개연성 및 사고심각도 증가로 인하여 운전자가 교통운영 및 안전상 적정 속도로 운행 할 수 있도록 유도할 수 있는 방안이 필요하다.
본 연구에서는 강우조건에서 고속도로에 가변제한속도를 운영시 교통안전 효과를 분석하기 위한 연구를 수행하였다. 서울-춘천고속도로에 설치된 도로기상정보시스템에서 수집된 기상정보, 루프검지기에서 수집된 교통정보를 활용하여 강우시 교통특성을 분석하였다. 분석결과, 강우강도가 증가할수록 Headway는 증가하고, 평균속도는 감소하는 특성을 나타냈다.
또한, 기존연구를 참고하여 강우시 교통특성을 대변할 수 있다고 판단되는 관련 Paramater인 Headway와 속도분포를 강우조건에서 수집된 데이터에서 추출한 값으로 조정하여 서울-춘천고속도로의 일부 구간인 분석대상 구간을 미시적 교통시뮬레이션 프로그램인 VISSIM으로 구현하였다. VISSIM COM interface를 이용하여 가변 제한속도 운영여부 및 운전자 순응도(100%, 80%, 50%)에 따른 차량 주행궤적자료를 수집하고, SSAM을 이용하여 교통안전 효과를 평가할 수 있는 SSM을 도출하여 비교분석하였다. 그 결과, 가변제한속도 적용시 미적용했을 때보다 총 상충건수가 평균 14.6건 감소하는 결과를 보였다. Rear-end의 경우 가변제한속도 적용시 평균 3.53건으로 미적용시보다 감소하는 결과를 보였으며, Lane changing의 경우에는 가변제한속도 적용시 1.2건으 로 미적용시의 10.2건보다 매우 감소하는 결과가 나타났다. 또한, 이는 운전자의 순응도가 증가할수록 교통안전 효과도 증가하였다. 강우조건에서는 비강우시보다 속도의 표준편차가 증가하는 등 교통류가 불안정해진다. 이 때 가변제한속도 적용으로 운전자의 속도선택의 자유도를 감소시킴으로써 교통류의 특성, 즉 차량간 속도의 동 질성을 높인 결과 차량간 상충이 줄어드는 결과가 나타났다. 이는 교통류관리전략에 대한 운전자의 순응도가 증가할수록 그 효과는 증가하였다.
15.
2013.09
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지구온난화와 환경에 대한 문제가 최대 관심사인 요즘, 산업 및 교통등 대부분의 국가 기반산업에서 자연에너지(신재생에너지)의 연구가 활발히 진행되고 있다. 당 연구는 국가 R&D 스마트하이웨이 연구과제로 수행 하였으며, 자연에너지를 도로에 적용하여 CO2 를 줄이고 나아가서 에너지 독립 도로 구축을 목표로 연구를 수행하였다. 연구대상은 지열을 이용한 도로 융설, 도로에 적용 가능한 태양광발전 및 소형풍력발전, 터널시설물에 적용 가능한 자연채광시스템이다. 본 연구는 자연에너지(신재생에너지)를 도로 각 부분에 적용하는 방안에 대한 연구를 수행하고 결과 분석을 통해 설계시 표준도면, 시공 표준시방을 제시 하였다.
16.
2013.09
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최근 도시 경쟁력 제고를 위한 도시간 통합이 활발히 이루어지고 있다. 이에 청주시와 청원군도 2012년 6월 실시한 청원군 주민투표를 통해 통합을 결정했다. 청주시의 도시통합은 지방행정체계 개편의 효과로 10년간 약 735여억원의 순편익이 발생할 것으로 예상되는 것으로 보고된 바 있다(장덕희 등, 2012). 하지만 도시 통합에 있어 상대적으로 인구 수가 적거나 경제력이 약한 도시는 여러 가지 불이익을 감수해야 하는 것도 사실이다. 이런 불이익을 최소화하기 위해 통합추진위원회를 결정하고 상생을 위한 여러가지 합의사항을 도출한다. 이런 취지로 청주·청원 통합 합의사항에 청원군 지역에 버스 터미널을 신설하는 방안이 포함되었다. 버스 터미널은 관공서와 함께 인구유입과 도시개발에 핵심적인 역할을 수행한다. 이런 버스 터미널의 위치에 따라 도시내 교통흐름과 도시개발의 방향이 결정된다 하여도 과언이 아니다. 그리고 청주시는 기존 터미널을 이전 하는 방법이 아닌 신규 터미널을 신설하는 방향으로 계획을 진행하였기 때문에 효율적인 위치에 터미널을 신설하지 않는다면 이용객이 없을 수도 있는 위험성을 내포하고 있다. 이에 본 연구는 계층분석방법(Analytic Hierarchy Process : AHP)을 통해 청주·청원 통합시를 대상으로 통합시의 버스 터미널 신설을 합리적으로 결정하는 방안을 제시하는데 목적이 있다.
이 연구는 청주·청원 통합시의 터미널 신설의 입지선정에 우선적으로 고려해야 하는 인자를 계층분석방법을 통해 도출하여 결과를 제시한다. 분석을 위한 설문은 관련 전문가(충북발전 연구원, 충북대학교, 청주시청, 충북도청)를 통해 작성되었으며, AHP 쌍대비교방법을 사용하였다. 요인은 크게 이용객 측면, 운영자 측면 및 지역 측면에서 도출하였다.
17.
2013.09
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기존 고속도로 교통운영정책 평가는 개별 도로구간 혹은 도로축을 단위로 수행하였다. 그러한 배경은 데이터의 부재, 분석도구의 한계 등으로 미시적 관점에서 주로 평가되었기 때문이다. 그러나 최근들어 통행패턴 변화를 분석할 수 있는 동적 통행배정 시뮬레이션 등이 개발되었고 주로 고속도로에서 많이 사용 되는 것이 Dynasmart-P이다. Dynasmart-P에서는 2-regime 속도-밀도 model을 기반으로 교통류 모형을 구축하고 있다. 따라서 본 연구에서는 2-regime model을 중심으로 국내 고속도로에 맞는 교통류 모형을 정립/해석하였다.
국내의 경우 교통망 분석에서는 고속도로를 차로수에 따라 편도 2차로 고속도로와 3차로 이상 고속도로로 구분하고 있다. 이러한 2등급 분류체계로는 전국 고속도로의 특성을 나타낼 수 없기 때문에 본 연구에서는 좀 더 세분화된 분류체계로 구분하여 교통류 특성을 분석하였다. 도로용량편람(2013)에서는 고속도로를 설계속도와 링크 특성에 따라 구분하고 있다. 설계속도는 90km/h, 100km/h, 120km/h의 3등급으로 구분되어 있으나 본 연구는 한국도로공사 관리구간의 고속도로로 한정하고 있기 때문에 100km/h, 120km/h의 2등급으로 분류하였다. 링크 특성은 도로용량편람(2013)에서 제시된 고속도로 기본구간, 엇갈림 구간, 연결로 접속부 구간으로 분류하였다. 또한 차로수는 좀 더 세분화 할 필요가 있다고 판단되어 편도 2차로, 3차로, 4차로 이상의 3등급으로 분류하였다.
고속도로 데이터의 경우 한국도로공사 FTMS 검지기 데이터를 활용하였으며 15분 교통류율, 속도, 점 유율 데이터를 분석하였다. FTMS 검지기 데이터는 밀도 데이터가 없기 때문에 점유율 데이터를 이용하 여 밀도 데이터로 환산한 값을 사용하였다.
각 등급에 따라 2-regime model을 분석한 결과 설계속도와 링크특성, 차로수에 따라 교통류 특성이 다른 것으로 나타났으며 특히 설계속도가 100km/h 인구간에서는 차로수가 증가할수록 차량의 증가(밀 도 증가)가 교통류 상태에 영향을 많이 미치는 것으로 나타났다.
18.
2013.09
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우리나라 일반국도의 도로포장은 아스팔트 포장으로 이루어져있으며, 2011년 말을 기준으로 총연장 13,739km으로 전체 도로연장 중 약 13%를 차지하는 105,931km이다. 도로포장구간의 연장은 13,459km로써 약 97.6%의 포장률을 나타내고 있다. 최근 지구온난화와 기상이변 등의 전세계적인 기후변화에 따라 연평균기온 및 해수면 상승, 폭우 및 폭풍 등과 같은 환경영향으로 국제적으로 저탄소 녹색혁신 기술의 수요가 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 일반국도 아스팔트 포장 구간의 포장보다 시공시 온도, 카본 다이옥사이드 가스, 유해가스, 석유계 연료, 유해 증기, 분진 등을 저감하고, 시공 후 양생시간을 감소시키며, 공용온도에서 가열 아스팔트 포장과 비슷한 강도 특성을 확보하는 저탄소 중온 아스팔트를 이용한 시공을 할때, 교통량 검지기 (NC97)를 사용하여 도로교통에 대한 특성을 조사하였다.
본 연구를 통해서 그림 2와 같이, 공사중의 차량 속도는 공사전과 비교하여 평균 -13km/h의 차이가 있으며, 오전 첨두시는 -9km/h, 오후 첨두시 -24km/h의 속도 차이가 발생하였다. 특히 저탄소 중온 아스팔트 포장의 시공중 교통량이 가장 많은 오후 첨두시 pm5:00~pm6:00인 시점에서 가장 많은 속도 차이(-26km/h) 특성을 보였으며, 일반적인 아스팔트 포장의 공사시보다 단축된 도로점용 공사시간 및 조기개방으로 인한 교통지정체 비용 및 탄소배출량이 저감되었을 것으로 예측된다. 하지만, 명확한 저탄소 중온 아스팔트 포장의 시공으로 인한 편익 추정을 위하여 향후 경제성분석, 탄소배출 저감량, 교통에 미치는 영향 등의 연구가 필요할 것으로 사료된다.
19.
2013.09
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도로는 국민의 삶에 가장 필요한 SOC시설로, 이용자에게 친근하고 쾌적한 시설로 활용할 수 있도록 도 로경관 개선이 필요하다. 그 동안 도로의 건설에 있어서 단순한 양적 확장에 치중하여, 도로환경 측면에 서는 열악한 수준이다. 도로가 이동수단의 기능과 함께 다양한 생활공간으로의 기능을 발휘할 수 있도록 휴식공간, 조망공간, 문화공간 등으로의 활용이 필요하다.
이러한 측면에서 도로의 경관을 이루는 다양한 요소(선형, 구조물, 자연 및 인공물)가 주위 환경과 조화 되어 좋은 경관을 이루며, 특히 도로주변의 자연적 또는 인공적 요소를 보고 즐길 수 있는 쾌적한 환경을 갖춘 경관도로(scenic road) 조성 사업을 일부 추진하고 있다. 한편 주 5일제 근무제도와 웰빙 및 힐링 열풍으로 여가 선용을 위한 도로이용이 점차 확대되고 있는 추세에서 도로 주행 중에 또는 도로 주변에서 자연경관을 조망하는 경관쉼터를 확대하고, 이들을 관광요소화 하는 방안 마련이 필요하다.
본 연구에서는 이를 위하여 도로경관설계 흐름에 따라 도로설계 단계별 조망시설의 설계를 위한 절차 및 기법을 정립하였다. 여기에는 도로 및 지역 특성에 맞는 경관적 테마를 설정하여 경관테마에 적합한 조망시설의 경관계획 수립 및 설계 방법을 포함하고 있다. 구체적인 조망시설의 설계 기법으로 입지특성 및 주변여건을 분석하여 도로변 여유부지 또는 폐도를 활용하여 주변 경관을 조망할 수 있는 지점 선정, 지역특성 및 경관테마를 반영한 독창적인 조망시설 계획, 주변 경관요소를 훼손하지 않고, 과도한 규모와 디자인 지양해야 하는 내용들을 제시하였다.
20.
2013.09
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고속도로 포장관리 연장은 2012년 말 기준으로 17,442km(1차로 기준)이며 포장보수비는 824억원으로 이는 2008년 대비 각각 14%, 12%가 증가하였다. 포장 공용년수도 시멘트콘크리트 포장(이하 콘크리트포장)의 경우 20년, 아스팔트 콘크리트포장(이하 아스콘포장)의 10년이 넘는 장기 공용구간이 전체 연장의 8%에 이르고 있 다. 또한, 향후 고속도로 관리연장의 증가와 노후화로 포장 보수비가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 현행 콘크리트포장 유지보수공사의 경우 신속성 위주의 단시간 통행제한-공사-교통개방 방식으로 시행하고 있으며 이를 가능케 하기 위해 양생시간이 짧은 초속경 보수재료를 사용하고 있다. 그러나 초속경 보수재료는 일반(조강)콘크리트에 비해 시공성, 경제성, 장기강도 등이 불리하여 품질관리에 어려움이 있고, 이로 인한 잦은 재보수로, 반복되는 교통 차단, 경제적 손실을 초래해 왔으며 그 부담은 고스란히 도로 이용자의 몫이었다.
이러한 포장 유지보수공사의 문제점을 해결하고자 장기 통행제한 후 고내구성 재료를 활용한 포장 집중보수 방식을 적용하게 되었다. 교통량이 적은 구간[교통서비스 수준(LOS) A] 중 포장 상태가 불량한 대전통영선 무주IC∼덕유산IC 구간과 중부내륙선 북충주IC를 시범구간으로 선정하였다. 주 보수재료는 품질관리가 용이하고 경제성과 내구성이 우수한 개질 조강콘크리트를 사용하였다. 대전통영선 무주IC~덕유산IC 구간은 연장 16km 의 양방향 4차로로써 공사구간을 4개 구간으로 구분하여 구간별로 약 4km 구간을 장기간(8~13일) 1개 차로씩 연속차단 후 집중보수 하는 방법(4개 구간 동시작업)을 적용하였다. 중부내륙선 북충주IC 구간은 고속도로 진입램프를 15일간 완전 차단 후 집중보수 하는 방법을 적용하였다. 개략적인 공사개요를 표 1에 나타내었다.
장기 통행제한 후 포장 집중보수 방식 적용을 통해 기존의 단시간 차단-공사-개방 방법에 비해 공사기간은 108일 단축(76%)하였으며, 공사비는 25억원 절감(20%)된 것으로 분석 되었다. 향후 20년 기준 유지관리비도 68억원 절감(33%)되는 것으로 분석 되었다. 또한, 교통차단 횟수를 95% 이상 줄이고, 충분한 작업공간 확보를 통해 해당구간의 공사장 교통안전 사고가 한건도 발생하지 않았으며, 고속도로 이용고객을 대상으로 충분한 사전홍보를 통해 통행제한 관련 민원발생을 사전에 예방하였다.
위의 결과에서 보듯이 고속도로 장기 통행제한 후 포장 집중보수 방식은 비용, 시간, 안전, 품질향상 측면에 서 효과적인 만큼, 이제는 노후포장 보수의 패러다임 전환이 필요한 시기이다. 지속적으로 급증하는 노후 도로 포장을 효과적으로 개량하기 위해서는 고속도로라 할지라도 일정구간(IC~IC 사이 등) 차량통행을 전면 제한 후 우회도로를 이용할 수 있도록 하고, 전면개량(Reconstruction) 개념의 포장보수를 시행하는 것이 시공성, 경제성, 유지관리 효율성 측면에서 유리하다고 판단된다.
