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.
포장파손과 IRI 등의 요소들은 포장상태를 평가하는 중요한 요소이다. 최근 들어 주행쾌적성에 영향을 주는 타이어-노면소음을 포장관리 시스템에 포함시키는 필요성이 대두되고 있다. PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 주행 중 노면조직특성인 평균프로파일깊이(MPD)를 측정할 수 있는 기법이 개발되었다. 일반적으로 타이어-노면소음은 노면조직특성에 따라 다르게 발생하며, 타이어-노면소음을 예측하는 유용한 정보로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 아스팔트 구간의 노면조직특성에 따른 타이어-노면소음을 평가하기 위해 다수의 아스팔트 구간에서 MPD와 타이어-노면소음을 동시에 측정하여 데이터를 획득하였으며, 통계학적 분석을 통해 타이어-노면소음 추정식을 제안하였다.
본 연구에서는 ISO, MIRA, 그리고 Wong에 의해 제안된 노면 PSD 함수를 기초의 3차원 노면의 생성 방법에 대해 연구하였다. 주어진 노면 거칠기 특성이 PSD 함수를 사용하여 2차원 노면을 생성한 뒤 상관도를 고려하여 횡방향으로 연속적으로 배치함으로써 실제 노면 특성에 유사한 3차원 노면을 생성하였다. 생성된 노면의 상관도를 평가한 결과 실제 노면의 상관도 특성과도 잘 일치함을 확인하였다. 또한, 3차원 노면을 자동으로 생성하기 위하여 반복적으로 횡방향 노면을 생성시켜 주는 프로그램을 개발하였다.
본 연구의 목적은 GIS 공간분석을 이용하여 음영에 따른 노면결빙예상구간을 정량적으로 평가하는데 있다 산악지역의 도로는 절토 및 터널구간이 많아서 겨울철에는 결빙구간이 발생될 우려가 있으며, 이는 교통 안전사고를 크게 야기시킬 수 있다. 따라서 도로의 기본설계에서부터 각 구간에서의 일조 환경 및 노면결빙예상구간을 정량적으로 정확하게 예측할 수 있는 분석이 필요하다. 본 연구에서는 동해고속도로 중 약 29km구간에 대하여 3차원 모델링, 일조 시뮬레이션, 지오데이터베이스 구축, GIS 중첩 기능에 의한 공간분석을 통해 노면결빙 예상구간을 추출할 수 있었다. 연구결과, GIS를 이용할 경우 기상조건 별로 도로의 일조영향에 따른 노면결빙 예상구간을 정량적으로 추출할 수 있었으며, 연구대상지역 중 상당한 구간이 결빙의 위험에 노출되어 있음을 알 수 있었다. 또한 GIS를 이용한 렌더링 기법이 기존의 음영기복 방법보다 정확하며, 3차원 상에서 그림자의 변화를 시각적으로 판단할 수 있음을 알 수 있었다. 향후 본 논문이 도로관련 법제도상의 노면결빙구간에 대한 규정을 제정하는데 크게 이바지할 수 있을 것으로 생각되며, 도로 설치 구조물의 배치 및 도로포장의 종류 등을 고려한 추가적인 음영구간추출 연구가 필요하다고 판단된다.
종래의 깎기식 제거기에 의한 노면표시 제거작업은 인력에 의존하는 단순반복 작업으로 진행된다. 경제사회적인 측면에서 이러한 수작업은 매우 불리한데, 장시간 교통통제로 인하여 교통체증을 야기 시키기 때문이다. 이러한 교통체증은 도로 이용자의 불편과 혼잡비용이 증가시킬 뿐만 아니라 교통사고의 가능성도 가중시키게 된다. 본 연구의 목적은 워터젯 기술을 이용한 노면표시 제거 장비를 개발하고, 개발장비의 성능을 평가하는 것이다. 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 워터젯을 이용한 노면표시 제거장비를 개발하여 현장실험한 결과, 기존방식과 비교하여 280.0%의 생산성 달성 비율을 얻을 수 있었다 또한 편익/비용 비율을 분석한 결과, 편익/비용 비율이 1보다 큰 3.28이 산출되었다. 따라서 노면표시제거 자동화 장비를 도입하는 경우 추가 소요되는 비용보다 발생되는 편익이 더 큼을 알 수 있다. 둘째, 개발장비로 기존 방식의 190일 작업물량을 작업할 경우, 장비 한대마다 연간 약 25.5억원의 교통혼잡비용을 절감할 수 있음을 알 수 있었다 따라서 노면표시제거 업체들이 본 연구의 개발장비를 도입함으로써 얻을 수 있는 사회적 편익은 막대할 것으로 기대된다.
미끄럼 저항은 타이어와 도로노면의 마찰저항을 나타내는 지수로 차량의 주행 안전성에 지대한 영향을 미친다. 타이어의 상태, 노면의 마모도, 주행속도, 노면의 건조, 습윤, 결빙 등에 따라 미끄럼저항의 크기는 달라진다. 특히 겨울철 도로노면의 경우 강설 후 기온강하에 도로포장표면이 결빙이 발생할 경우 미끄럼저항이 급격히 저하되며, 미끄럼저항을 회복하고자 제설 작업을 수행하게 된다. 제설작업 후에는 습윤상태로 노면조건이 바뀌게 되는데, 제설제가 노면에 잔류하게 되면 일반적인 습윤상태에서의 미끄럼저항을 확보치 못할 수 있다. 본 연구에서는 국내 포장도로의 대다수를 차지하는 밀입도 아스팔트와 타이닝 콘크리트 포장노면에 대하여 실험실 조건에서 노면 결빙시, 제설중 제설후 잔류물이 노면에 있을 경우의 조건에서의 미끄럼저항을 정량적으로 평가하였다. 연구 결과 노면 결빙시 미끄럼저항 회복시간은 수용액 살포방법이 고체염 살포방법 보다 빠르며 제설제 중에는 소금이 가장 빠르게 나타났다. 노면에 잔류한 제설제는 콘크리트 시편이 아스팔트 시편보다 미끄럼저항 값이 높게 나타났으며 습윤 노면 상태와 비교시 미끄럼저항 확보율은 54~80% 이다.
도로의 결빙은 겨울철 차량사고의 큰 원인으로 작용하며, 특히 고속도로에서의 노면결빙은 대형사고로 이어질 수 있다. 이러한 노면결빙으로 인한 사고는 노면상태를 파악하여 사전에 결빙을 방지함으로서 효과적으로 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고속도로에 적용된 콘크리트 포장체의 노면상태를 평가하기 위하여 상습결빙구간에 포장체 깊이별로 온도센서를 설치하였다. 이 결과는 향후 결빙 사전예측을 위한 노면상태판정의 기초자료로 효과적으로 활용될 것이다.
본 연구의 목적은 GIS를 이용하여 도로의 노선계획시 예상되는 노면결빙구간을 추출함으로써 도로 안정성 확보에 대한 방안을 제시하는데 있다. 산악지역 도로계획의 경우 겨울철에는 결빙구간이 발생될 우려가 있다. 또한 도로의 신설 및 확장공사 턴키심의시 노면결빙율 평가자료가 요구되고 있다. 따라서 도로의 노선 계획시 기본설계에서부터 도로 각 구간에서의 일조 환경 및 노면결빙우려구간을 정량적으로 예측할 수 있는 분석방법이 필요하다. 본 연구에서는 동해고속도로 중 약 29km 구간에 대하여 3차원 모델링, 일조 시뮬레이션, 지오데이터베이스 구축, GIS 중첩 기능에 의한 공간분석을 통해 노면결빙 예상구간을 추출할 수 있었다. 본 연구를 통하여 음영에 따른 노면결빙이 우려되는 구간을 예측하고, 노면결빙위험 구간을 효과적으로 파악함으로써 최종적으로 정책결정자가 판단을 내리고 기본 설계시 반영하는 사전 안정성 평가 방안으로 사용할 수 있을 것이다.
노면측정은 노면 관리에서 노면의 평탄화된 정도 및 변위를 정량화하는 필수적인 과정이다. 보다 안전한 노면 관리 및 신속한 유지보수를 위해 이동체에서의 정밀한 노면 측정은 매우 중요하다. 본 논문에서는 이동체에서 측정가능한 정밀 노면측정 시스템을 제안한다. 제안 노면측정 시스템은 고성능의 선레이저 센서를 사용하여 노면 표면의 정밀한 측정을 지원한다. 또한 RTK로 부터 획득한 위치 데이터를 정합하여 종/횡방향 프로파일 측정이 가능하고 속도기반 적응적인 갱신 알고리즘을 통해 실시간적인 모니터링이 가능하다. 제안 시스템을 평가하기 위하여 Gocator 선레이저 센서, MRP 모듈, 및 NVIDIA Xavier 프로세서를 시험용 이동체에 탑재하여 노면에서 시험하였다. 시험 결과 MSE(mean square error) 기준 정확한 프로파일 측정이 가능함을 보인다. 제안 시스템은 도로의 상태 평가뿐 만 아니라 인접 지반의 영향도 평가에 활용될 수 있다.
본 연구에서는 디지털 이미지를 이용하여 다양한 기상상황과 기하구조 상에서 노면표시와 교통안내표지의 성능평가 방법론을 제시한다. 이는 기존 방법과 달리 시간과 장소에 구애 받지 않고 대형장비의 도움 없이 교통안전시설의 성능을 정량적이고, 객관적으로 평가할 수 있는 가능성을 제시하는데 의의가 있다. 노면표시의 성능평가는 포장과 노면표시의 회색도 값을 이용한 휘도대비를 바탕으로 우천시, 습윤시, 건조시 시에 재귀반사 성능을 비교하였다. 그리고 교통안내표지 성능평가의 효과지표는 디지털 이미지의 각 픽셀의 RGB값에서 추출된 Y(휘도)값이며, 도로의 기하구조, 주행 차로, 표지로부터 거리에 따라 조명식 교통안내표지와 일반 교통안내표지의 휘도 및 표지 바탕면과 문안간의 휘도대비 변화를 비교하였다. 그 결과, 노면표시의 재귀반사 성능은 건조시에 비해 우천시와 습윤시에 각각 3.5배, 2배 감소하는 것으로 나타났다. 또한 일반 재귀반사 교통안내표지는 내부 조명식 교통안내표지와 다르게 표지로부터 거리, 주행 차로, 도로의 기하구조에 따라 휘도 및 휘도 대비가 급격하게 변화하였다. 본 연구를 바탕으로 차후 기상 및 기하구조 특성을 고려하여 고가의 우천형 노면표시와 내부 조명식 교통안내표지의 적정 설치 위치를 선정하는데 있어서 객관적인 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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