PURPOSES : This paper is aimed at suggesting a novel approach for determining the pavement condition rating based on the tire-surface friction noise using a machine learning algorithm as a low-end pavement condition monitoring system. METHODS : Vehicle on-board type noise measurement system according to the ISO11819-2, and the K-nearest neighbors with dynamic time warping algorithm were applied. The system and algorithm were empirically tested with a field study. RESULTS : The developed AI- and noise-based pavement condition monitoring system demonstrated significantly positive results with a precision 90.8%, recall 84.8%, and f1-score 86.1%. CONCLUSIONS: We herein confirmed that the acoustic property between the tire and road surface can be used for monitoring pavement conditions. It is believed this finding presented a new paradigm for monitoring pavement conditions based on visual information. However, extensive studies focused on the practical application of this method are required.

PURPOSES : Exposed aggregate concrete pavements have been adopted in several countries because of their advantages of pavement texture characteristics, which can produce low tire-pavement noise and higher load-carrying capacities. The magnitude of tire-pavement noise greatly depends on the wavelength of pavement texture. The wavelength of exposed aggregate concrete pavement can be controlled with maximum sizing and by controlling the amount of coarse aggregates in the concrete mixture. In this study, the maximum size and the amount of coarse aggregate in the exposed aggregate concrete pavement are investigated to produce equal levels of wavelength in the asphalt pavement. METHODS: A simple method to measure the average wavelength of pavement texture is introduced. Subsequently, the average wavelength of typical asphalt pavement is investigated. A set of mixture designs of exposed aggregate concrete with three maximum-sized coarse aggregates, and three amounts of coarse aggregate are used. The average wavelengths are measured to find the mixture design needed to produce equal levels of wavelength as typical asphalt pavement. RESULTS : With a cement content of 420 kg/m3 and fine aggregate modulus of 30%, the number of exposed aggregates was 48, and the shortest texture depth provided a wavelength of 4.2 mm. According to the number of exposed aggregates, the exposed aggregate concrete pavement could be rendered low-noise, because its wavelength was similar to that of asphalt pavement ranging from 3.9 to 4.4 mm. CONCLUSIONS : Selection of appropriate maximum sizes and the amount of coarse aggregates for exposed aggregate concrete pavement can produce a wavelength texture closely resembling that of asphalt pavement. Therefore, the noise level of exposed aggregate concrete pavement can be reduced with an appropriate maximum size and the amount of coarse aggregates are employed.

도로이용자는 안전하고, 평탄하고 쾌적한 고속도로를 요구하고 있다. 이에 도로관리자는 포장 유지보수 최소화로 막힘없는 고속도로를 구현하고, 고기능성 포장으로 도로이용자에게 쾌적한 주행성과 안정성을 제공하고자 한다. 따라서 도로이용자와 관리자 모두를 충족시키기 위하여 기존의 포장 형식 체계의 장점을 수용하고 단점을 극복할 수 있는 포장형식으로, 콘크리트 포장의 우수한 공용성과 아스팔트 포장의 주행쾌적성 및 기능성을 수용하여 고기능성 장수명 복합포장(Composite pavement) 시스템을 도입하였다. 복합포장은 고내구성 신설 콘크리트 강성기층 위에 고기능성 아스팔트 포장을 시공하여 내구성을 극대화하면서도 최고의 다기능성 포장 표면을 도로이용자에게 제공하는 포장형식이다. 반사균열의 억제가 가능한 연속철근 강성기층과 기층열화 방지와 경계면 부착성능 향상을 위한 불투수 중간층 설치하였다. 표층은 저소음 배수성 아스팔트 포장을 설치하여 우천시에도 미끄럼저항성을 확보할 수 있도록 하였으며, 타이어-노면 마찰 소음 감소로 도로이용자에서 쾌적한 주행성을 제공하였다. 고기능성 장수명 복합포장 구간의 기능성 평가는 복합포장 시공 후 약 1∼3개월 후인 2016년 12월에 1차 조사, 공용 약 6∼8개월인 2017년 5월에 2차 조사를 실시하였다. 시간경과에 따른 비교를 위하여 복합포장(Q-Pave)과 유사한 기간에 시공된 SMA와 종방향타이닝이 설치된 줄눈콘크리트포장(LT)도 함께 조사하였다. 미끄럼저항은 ASTM E 274 방법을 준용하였으며, 타이어-노면 마찰소음은 CPX방법(ISO 11819)을 준용하였다. 미끄럼저항 측정 결과, 그림 1에 나타낸 바와 같이, 아스팔트 포장에서 시공초기 아스팔트 유분으로 인한 초기 미끄럼 저항 값은 상대적으로 떨어지는데 비해 5개월 후의 미끄럼 저항은 평균 6.8이 회복함을 보이고 있다. 타이어-노면 마찰소음 조사결과를 그림2에 나타내었으며, 저소음・배수성(Q-Pave)을 표층으로 한 복합포장의 소음도가 가장 우수하였으며 5개월간 소음 변화량도 미미한 것으로 분석되었다.

터널 내 주행시 도로이용자에게 주행 쾌적성 및 안전성 향상을 위하여 터널 콘크리트 포장 표면에 고성능 표면처리 공법(NGCS : Next Generation Concrete Surface), 다이아몬드 그라인딩 공법(DG : Diamond Grinding) 등을 적용하고 있다. 최근 개통된 노선 중에서 표면처리 공법을 적용한 터널 포장에 대하여 미끄럼저항(ASTM E 274) 및 타이어-노면 마찰소음(ISO 11819)을 측정하였다. NGCS가 적용된 터널구간은 평택제천선 금성터널(공용 약 25개월), 울산포항선 양북1터널(공용 약 12개월), 서울양양선 인제터널(공용 약 1개월)이며, DG가 적용된 구간은 평택제천선 산척4터널(공용 약 25개월)이다. 미끄럼저항 측정결과를 그림 1에 나타내었다. NGCS 적용구간의 미끄럼 저항이 DG구간보다 다소 낮았으나 모두 유지관리기준을 만족하였다. 타이어-노면 마찰소음 측정결과를 그림2에 나타내었다. NGCS 적용구간이 DG 적용구간보다 소음이 더 작게 발생하는 것으로 분석되었다.

최근 지속적인 경제 발전과 더불어 사회기반시설인 도로의 확장으로 차량이용 증가 및 주변 도로의 소음 문제가 부각되고 있다. 이러한 도로 주변의 소음 문제는 도로 이용자 및 인접 거주민에게 피로감 및 불안감 등 심리적인 영향을 미치며, 이로 인해 많은 민원 사례가 발생하고 있다. 현재의 도로관리시스템에서는 도 로의 유지관리를 평가하기 위한 방법으로 포장의 파손형태, 파손량 및 평탄성에 대한 모니터링만 적용하고 있다. 도로소음에 대한 직접적인 평가는 현재까지 포장관리 시스템에 체계적으로 반영되고 있지 않다. 도로 소음은 노면조직 특성에 따라 직접적인 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 노면조직 특성은 노면조직 의 형상이나 패턴에 따라 소음을 감소시키는 경향이 있으며, 노면조직에 공기 탈출 경로를 허용하도록 유지 하게 타이어-노면소음을 저감시킬 수 있다. 또한 노면조직 특성인 macrotexture영역에서 노면조직깊이와 파장주기가 증가할수록 타이어-노면소음이 증가할 것이라고 예측하였다(Rassmessen et al, 2007). 노면조직 특성을 측정하는 방법 중 실험차량을 이용한 방법인 PLP(Portable Laser Profile)를 통하여 프로파일 데이터를 보다 용이하게 획득할 수 있는 방법이 개발되었다. 이승우(2015)의 연구에서는 PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 주행 중 노면조직특성인 평균프로파일깊이(Mean Profile Depth)를 측정하여 타이어-노면 소음과의 상관관계를 분석하였다. 콘크리트 포장의 노면조직 깊이에 따 라 타이어-노면 소음의 발생 범위가 다양하며, 노면조직 깊이가 증가할수록 타이어-노면소음이 증가하 는 경향을 나타내고 있다. 콘크리트 포장의 노면조직은 그림 1과 같이 microtexture와 macrotexture를 나타낼 수 있다. 노면조 직 특성 중에서 macrotexture의 영역인 파장 0.5~51mm와 수직깊이 0.1~20mm에서 도로포장에서 발생 하는 타이어-노면소음에 직접적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 콘크리트 포장에서는 표면 처리방식을 통하여 macrotexture를 인위적으로 만들어 적용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 포장의 노면조직깊이와 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석결과를 활용하여 표면처리별 노면조직깊 이와 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석을 하였다. 콘크리트 포장의 표면처리방법에 따른 타이어-노면소음을 평가하기 위하여 노면조직깊이와 타이어- 노면소음을 분석하였다. 종방향 타이닝과 횡방향 타이닝의 경우 표면처리방법에 따른 영향이 노면조직깊 이에 대한 영향보다 타이어-노면소음에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단되며, 랜덤타이닝의 경우 노면 조직깊이에 대한 영향을 받는 것으로 판단된다.

최근 지속적인 경제 발전과 더불어 사회기반시설인 도로의 확장으로 차량이용 증가 및 주변 도로의 소음 문제가 부각되고 있다. 이러한 도로 주변의 소음 문제는 도로 이용자 및 인접 거주민에게 피로감 및 불안 감 등 심리적인 영향을 미치며, 이로 인해 많은 민원 사례가 발생하고 있다. 현재의 도로관리시스템에서는 도로의 유지관리를 평가하기 위한 방법으로 포장의 파손형태, 파손량 및 평탄성에 대한 모니터링만 적용하 고 있다. 도로소음에 대한 직접적인 평가는 현재까지 포장관리 시스템에 체계적으로 반영되고 있지 않다. 도로 소음은 노면조직 특성에 따라 직접적인 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 노면조직 특성은 노면조직의 형상이나 패턴에 따라 소음을 감소시키는 경향이 있으며, 노면조직에 공기 탈출 경로를 허용 하도록 유지하게 타이어-노면소음을 저감시킬 수 있다. 또한 노면조직 특성인 macrotexture영역에서 노 면조직깊이와 파장주기가 증가할수록 타이어-노면소음이 증가할 것이라고 예측하였다(Rassmessen et al, 2007). 또한 동일한 노면조직깊이에서도 노면조직의 형상에 따라 소음을 감소시키는 경향이 있으며, 노면조직 에 공기 탈출 경로를 허용하도록 유지하게 타이어-노면소음을 저감시킬 수 있다. 또한 동일한 노면조직 깊이에서 Negative shape를 가지는 경우에는 타이어-노면소음을 증가시키는 영향을 나타낸다. 그러나 Positive shape를 가지는 경우에는 Negative shape보다 타이어-노면소음에 증가시키는 영향을 더 크게 나타내고 있다. 그러나 아스팔트 포장의 노면조직 깊이, 형상, 파장이 타이어-노면소음에 이론적 접근이 부족한 실정이다(Rassmessen et al., 2007). 따라서 본 연구에서는 아스팔트 포장의 밀입도와 SMA에서 타이어-노면소음에 영향을 미치는 노면조직 깊이, 형상, 파장과 타이어-노면소음에 상관관계를 분석하 기 위해서 프로파일 및 타이어-노면소음 데이터를 수집하였다. 프로파일 데이터를 이용하여 노면조직 깊 이, 형상, 파장에 대한 지수화방안을 제시하였고, 지수화한 노면조직 깊이, 형상, 파장과 타이어-노면소 음의 상관관계를 분석을 실시하였다.

PURPOSES: There is a need to develop a method to incorporate tire-pavement noise in the pavement management system. Tire-pavement noise highly depends on the characteristics of pavement texture. Therefore, estimation of texture characteristics may give useful information to predict tire-pavement noise. This study aimed to find the relationship between tire-pavement noise and MPD(Mean Profile Depth) for concrete pavement. METHODS: MPD and tire-pavement noise were collected on the number of expressway sections including Central Inland Test Road in Korea. Statistical analysis was performed to find the correlationship between MPD and tire-pavement noise. In addition, multiple regression analysis to find the tire-pavement noise based on MPD and type of concrete pavement texture. RESULTS: Linear relationship between MPD and tire-pavement noise is observed for concrete pavement. Furthermore, a forensic equation to estimate tire-pavement noise based on MPD and texture types of concrete pavement is suggested. CONCLUSIONS: Tire-pavement noise on concrete pavement can be predicted based on the consideration of texture type and MPD estimation.

고속도로 이용차량의 증가와 함께 차량의 대형화와 고속화로 인해 고속도로 교통 소음레벨이 높아지고 있으며 저소음 포장노면 및 방음시설 설치 요청도 급격하게 증가하고 있다. 따라서 고속도로 교통소음으로 인한 민원예방과 함께 효율적이고 경제적인 소음저감 대책을 수립하기 위해서는 정확한 소음 예측 기술 마련이 필요하다. 본 연구에서는 시험도로에 포설된 다양한 포장노면에 대해서 CPX(Close Proximity Test) 및 Pass-by 소음 계측 방법을 혼용한 소음 계측 데이터를 이용하였고 차종별 단독 주행 시험을 실시하여 차량 및 노면별 음향파워레벨 산정식이 마련된 데이터를 이용하였다. 아울러, 상기 산정식의 정확성을 검증하기 위하여 고속도로 12개 지점에 대한 총 38회의 소음 계측한 데이터를 이용하여 해당 지점에 대한 소음 예측 모델을 구성하여 측정값과 예측값을 비교 평가하였다. 최종적으로 3차원 GUI 기능을 지원하는 도로교통 소음 예측 프로그램 KRON(Korea Road Noise)을 개발하였다. 이와 더불어 각 포장형태별 및 차종별에 따른 소음특성을 분석하였다.

최근 들어 타이어/노면 소음을 저감하기 위한 다양한 포장공법들에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 저소음 포장공법들을 개발하고자 하는 이유는 도로소음이 고속주행일 경우 도로노면과 타이어에서 발생하는 소음이 지배적이기 때문이다. 대부분의 저소음 포장공법의 핵심연구는 타이어/노면 소음이 노면의 미세조직 및 거시조직의 특성에 영향을 받는다는 점을 고려하여 표층 골재의 입도, 혹은 인위적인 노면조직에 대한 소음을 작게 발생하게 하는 것이다. 이러한 연구에서 어려운 점은 특정한 노면조직 혹은 포장공법에서의 타이어/노면 소음을 평가하기 위해 도로를 건설하고 차량을 주행시켜야 하기 때문에 비용과 시간의 제약을 받는다는 점이다. 따라서 이러한 난점을 극복하고, 다양한 노면조직에서의 소음을 저비용, 단시간에 평가하기 위하여 본 연구에서는 타이어/노면 소음재현장비를 개발하였고, 무타이닝 및 횡방향타이닝 포장에 대하여 타이어/노면 소음을 재현 및 측정을 통하여 개발한 장비의 신뢰성을 검증하였다.

본 연구에서는 도로 소음 측정시 다양한 형태로 존재하는 환경소음의 영향을 최소화하고 시간과 장소의 구애 없이 공용 중인 도로 상에서도 측정 및 평가를 가능토록 하기 위해 타이어/포장 소음 측정용 Trailer 장비를 제작 개발하였다. 기존 문헌조사를 바탕으로 도로소음의 특성을 파악하고 국외의 다양한 CPX Trailer 관련 연구사례를 살펴보았으며, 장비의 설계 및 제작 원리를 정립하였다. 이를 바탕으로 HEART CPX Trailer 관련 연구사례를 살펴보았으며, 반무향실 제작에 관한 적합성, 장비의 측정 정밀도 및 현장 적용성 등의 검증을 위해 다양한 시험을 수행하였다. HEART CPX Trailer 장비의 반무향실 제작에 대한 적합성 시험에서는 각 주파수 대역별에 따른 적합성 및 신뢰도를 확인할 수 있었으며, 도로 소음특성 평가용 장비로서 적합하다고 판단된다. 반복측정 시험에서는 각 속도별 및 마이크론폰의 위치별로 우수한 측정 정밀도를 확인할 수 있었다. 공용 중인 상태에서 수행한 도로소음 측정 결과는 2003년 중앙대학교에서 교통 개방 전에 동일구간에 대해 수행하였던 CPB 측정 결과와 유사한 경향을 보였다. 이는 견인차량의 기계소음을 비롯한 공용 중인 도로 주변의 환경소음으로부터 영향을 거의 받지 않기 때문이라 판단되며, 본 장비를 활용한다면 공용 중에도 객관적인 소음 측정이 가능함을 확인할 수 있었다.