기존의 제설작업은 인력에 의존하여 시간과 비용이 많이 소요되고, 작업 중 발생할 수 있는 안전사고의 위험성이 존재한다. 본 논문은 제설작업의 효율성과 안전성 그리고 신속성을 높이기 위해 임베디드시스템을 활용한 드론용 제설장치의 설계에 대해 다루고 있다. 임베디드시스템은 RF모듈을 구성하고 무선으로 제어조종이 가능하도록 고안하였다. 드론에 장착되는 제설장치의 임베디드시스템으로는 아두이노메가2560을 채택하였다. 아두이노메가2560은 제설장치의 제어에 필요한 실시간 데이터수집, 처리, 응답을 처리와 RF모듈에서 오는 데이터에 대한 연산 및 제어 수행을 할 수 있다. 제설장치를 장착한 드론은 기존의 제설작업보다 안전하고 신속하게 수행될 것으로 기대된다.
본 연구는 제설작업의 효율성을 높일 수 있도록 제설차량의 작업구간 할당 및 제설기지 위치를 최적화할 수 있는 PSO 알고리듬을 제시하였다. 기존의 PSO 알고리듬을 개선하여 해공간의 탐색 성능을 높일 수 있는 개선된 알고리듬을 제시하였으며, 제설차량의 작업구간 할당 문제에 적용할 수 있도록 개체의 표현 및 적합도 합수값을 제시하였다. 또한 제시한 알고리듬의 타당성을 검증하기 위하여 지자체의 실제 사례에 적용하였으며, 기존 알고리듬과 개선된 알고리듬을 비교하였다. 그 결과 개선된 PSO의 경우 기존 알고리듬보다 폭넓게 해공간을 탐색하여 지역해에 빠지지 않고 더 우수한 해를 도출하는 것을 알 수 있다. 또한 개별 제설차량의 작업부하가 평준화될 수 있도록 작업구간을 할당할 수 있으며, 할당된 작업구간에 가장 가까운 지점을 도출하여 제설전진기지의 위치를 결정하는데 활용될 수 있음을 알 수 있었다.
본 논문은 중부지방의 스키 리조트를 대상으로 제설조건을 파악하기 위하여, 스키장과 인접한 기상 관측지점의 기후자료를 이용하여 스키장 개장일과 폐장일, 제설작업에 영향을 미칠 수 있는 기후 요소의 변화를 분석하였다. 기후 조건이 불리한 수도권 스키리조트는 전체 제설작업 중 94% 이상이 팬형 제설기를 이용한 반면에 용평리조트는 건형 제설기를 이용하였다. 11월 일최저기온의 경우 대관령에서는 지속적으로 상승하였으나 이천은 1980년대 이후 최근까지 다소 하강하는 경향으로 2000년대 스키리조트 개장일에 영향을 미쳤다. 스키장 폐장일인 2월 중순에도 일최고기온이 $2{\sim}4^{\circ}C$인 수도권 스키리조트가 용평보다 이르다. 보강제설 기간 동안 눈이 활발하게 녹는 날도 대관령보다 이천에서의 증가율이 뚜렷하여 수도권 스키장 관리의 어려움이 예상된다.
본 논문에서는 국내 겨울철 폭설과 같은 재난 발생시 각 지자체 별로 확보되어 있는 제설차량을 효과적으로 운영하고 제설현장 정보 및 차량의 이동성을 실시간으로 모니터링하여 폭설 재난현장에 대해 신속히 대처할 수 있는 실시간 모니터링 시스템을 제안하였다. 또한, 제안 시스템에서 중계단말의 효과적인 진단 및 각종 제어정보를 분석할 수 있는 중계단말 분석 도구를 설계하였다. 제안한 시스템은 폭설시 제설차량의 위치정보와 제설작업을 위한 차량제어정보 및 제설작업 상태정보를 실시간으로 모니터링 함으로써 짧은 시간에 효과적인 작업진행과 실시간 이동경로추적을 통하여 폭설 재난상황에 대한 효과적인 응급대처가 가능한 시스템이다.
본 논문에서는 용평스키장을 사례로 인접한 대관령 기상관측지점의 기후자료를 이용하여 스키장 제설(製雪)작업에 영향을 미칠 수 있는 기후요소의 변화를 파악하였다. 신적설량과 신적설일수는 1990년대 이후 감소하는 경향으로 자연설만을 의존할 경우 스키장 관리에 어려움이 야기된다. 제설작업은 스키장 개장시기에 영향을 미치는 10-11월의 초기제설과 스키 시즌의 설질을 유지시키는 12-3월의 보강제설로 구분한다. 초기제설 작업을 위한 유리한 기후 조건인 일최저기온 $-1^{\circ}C$ 이하, 일평균 상대습도 60-80%에 해당하는 경우는 분석 기간인 1970년대부터 최근까지 감소하는 경향이다. 보강제설의 기후 조건인 일최저기온 $-3^{\circ}C$ 이하, 일평균 상대습도 60-80%에 해당하는 경우도 각각 감소하는 경향이다. 초기제설 기간은 상대습도보다 기온의 변화가 뚜렷하고 보강제설 기간은 기온보다 상대습도의 변화 경향이 뚜렷하다. A1B 시나리오를 이용한 미래 시나리오 자료에서도 스키시즌이 오늘날보다 10-40% 정도 감소하는 것으로 전망되고 제설을 위한 기온 조건이 더욱 불리해질 수 있다. 초기제설 기간에 비하여 보강제설 기간인 12-3월의 기온변화가 더 뚜렷하다.
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.
연구목적: 본 연구는 대설 상황 발생시 신속하고 효율적인 도로 제설을 위해 제설 차량과 장비 등에 정보통신기술과 스마트 모빌리티 기술을 활용한 사례들을 찾아보고, 활용방안을 모색하는 것을 목적으로 한다. 연구방법: 국내 및 해외 제설작업 방법에 대한 사례를 조사하고 신 기술을 접목한 제설운영방법을 제시한다. 연구결과: 우리나라 제설장비 운영은 GPS와 CCTV, 도로교통 정보시스템을 활용한 방법이 대부분이며 해외의 경우 도로기상 정보시스템과 도로제설모니터링 시스템을 활용한다. 향후 스마트모빌리티인 자율주행 제설차량을 활용한 제설기술이 개발 될 것을 기대한다. 결론: 본 연구의 결과는 지자체 및 관련 기관의 제설 장비와 제설 차량 활용 정책에 기여할 수 있다.
제설전진기지는 제설작업을 신속하게 수행하기 위한 물리적인 제반요건으로서, 제설대상 도로구간에 필요한 제설차량 및 장비를 보관한 차고와 제설제를 비축한 창고, 관리시설 등을 구비한 시설물로 정의할 수 있다. 본 연구는 제설전진기지의 시설기준을 마련하기 위한 기조적 연구로서 해외의 기준을 고찰하고 고속국도 및 일반국도, 지방도를 대상으로 국내 제설전진기지의 실태를 조사하였다. 사례조사결과 창고형태의 전진기지가 없고 야외에 제설제를 보관하고 있는 경우도 많은 것으로 나타났다. 실태조사를 바탕으로 배치, 규모, 평면, 구조체로 나누어 문제점을 분석하고 제설전진기지의 설계시 고려사항을 제시하였다.
겨울철 원활한 제설작업은 겨울철 도로운영 및 관리에 중요한 공정이다. 현재 우리나라에서는 염화칼슘을 제설제로 가장 많이 쓰고 있고, 성능은 우수하지만 환경문제와 부식으로 인한 도로주변의 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키는 원인이 되고 있어 심각한 문제가 되고 있다. 한편 유기성 폐기물을 이용하여 환경친화 제설제인 Ca, Mg와 유기산(초산, 프로피온산)의 반응물인 유기산염 (CMO, Calcium magnesium salt of organic acids)으로 구성된 제설제의 경우 자원 재활용으로 인한 생산 단가를 낮출 수 있고 환경문제와 구조물의 내구성저하를 해결할 수 있다는 연구들이 수행된 바 있다. 본 연구에서는 실험실에서 화학조성에 의해 샘플로 제조된 환경친화 제설제인 유기산염(CMO의 일종)과 미국에서 개발한 CMA, 기존 제설제에 대해 제설에 필요한 기초물성에 대한 실험과 성능 실험을 통해 융빙성능을 비교 분석하였고 콘크리트 표면의 중량 손실량 실험을 통하여 구조물의 내구성에 미치는 영향을 검토하였다. 결과 분석을 통해 CMO의 융빙성능은 기존 제설제인 염화칼슘에 비해 60$\sim$90% 정도의 효과를 보였다. 중량손실효과는 미미하여 구조물의 내구성에 영향을 거의 미치지 않음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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