산악지역을 지나가는 도로계획의 경우 그 특성상 절토 및 터널구간을 시공하게 되고, 겨울철에는 일정 구간에 일조가 적게 나타나고 음영이 오래 지속되어 결빙구간이 발생함으로써 교통안전에 주의되고 있다. 본 연구는 GIS를 이용하여 도로의 노선계획시 예상되는 일조영향을 평가하고 예상되는 노면결빙구간을 추출하여 도로 안정성 확보에 대안을 제시하고자 한다. 동해고속도로중 약 290구간을 선정하여 설계도면 자료의 수치 변환을 통하여 3차원 지형표면을 생성한 후 동일좌표체계의 도로선형자료를 반영하여 3차원 도로 모델링을 생성하였다. 동지시 태양의 궤적에 따른 도로 노면상의 음영시간을20분 간격으로 설정하여 일조영향지역을 시각화하고 이음영지역들을 수동 벡터라이징하여 폴리곤화하였다. 이 음영구간의 도형 및 속성자료를 지오데이터베이스로 구축하고 GIS의 공간분석중 중첩기능을 이용하여 결빙예상구간을 추출하였다. 또한 온도, 강수량, 적설량 및 습도 등의 동절기 기상자료를 함께 분석하여 노면결빙위험 구간을 보다 효과적으로 파악함으로써 기본설계시 반영하는 사전 안정성 평가의 대안으로 사용할 수 있을 것이다.
산악지역을 지나가는 도로계획의 경우 그 특성상 절토 및 터널구간을 시공하게 되고, 겨울철에는 일정 구간에 일조가 적게 나타나고 음영이 오래 지속되어 결빙구간이 발생함으로써 교통안전에 주의되고 있다. 본 연구는 GIS를 이용하여 도로의 노선계획시 예상되는 일조영향을 평가하고 예상되는 노면결빙구간을 추출하여 도로 안정성 확보에 대안을 제시하고자 한다. 동해고속도로중 약 290구간을 선정하여 설계도면 자료의 수치 변환을 통하여 3차원 지형표면을 생성한 후 동일좌표체계의 도로선형자료를 반영하여 3차원 도로 모델링을 생성하였다. 동지시 태양의 궤적에 따른 도로 노면상의 음영시간을20분 간격으로 설정하여 일조영향지역을 시각화하고 이음영지역들을 수동 벡터라이징하여 폴리곤화하였다. 이 음영구간의 도형 및 속성자료를 지오데이터베이스로 구축하고 GIS의 공간분석중 중첩기능을 이용하여 결빙예상구간을 추출하였다. 또한 온도, 강수량, 적설량 및 습도 등의 동절기 기상자료를 함께 분석하여 노면결빙위험 구간을 보다 효과적으로 파악함으로써 기본설계시 반영하는 사전 안정성 평가의 대안으로 사용할 수 있을 것이다.
In case of the roads that pass the mountain area, the cut sections or the tunnels are constructed. And In winter season it appears sunshine few in the specific segment, the shade is continued last and the freezing sections occur. So, the attention is necessary in traffic safety. This study was to ev...
In case of the roads that pass the mountain area, the cut sections or the tunnels are constructed. And In winter season it appears sunshine few in the specific segment, the shade is continued last and the freezing sections occur. So, the attention is necessary in traffic safety. This study was to evaluate the influence of sunshine and surface freezing sections expected in route plans of roads using GIS and makes alternative ideas in road stability security. After selecting 29 km sections of Donghae highway and creating a 3 dimensional terrain surface through the digital conversion of design plan data, it reflects the road alignment data of the same coordinates and a 3 dimensional road modeling is created. It set shadow time of road surface for the solar trace in the winter solstice in 20 minute interval. Shade areas are displayed and inputed in polygon data by manual vertorizing. Graphic and attribute data of this shade section is constructed in geodatabase of ArcCatalog. And it extracted the freezing section using intersect fuction of the GIS spatial analysis. By analyzing the winter meteorological data of temperature, rainfall, snowfall, humidity, and etc. and grasping dangerous freezing section of the road surface effectively, it will be able to make alternative ideas of the preliminary stability evaluation reflected in basic design.
In case of the roads that pass the mountain area, the cut sections or the tunnels are constructed. And In winter season it appears sunshine few in the specific segment, the shade is continued last and the freezing sections occur. So, the attention is necessary in traffic safety. This study was to evaluate the influence of sunshine and surface freezing sections expected in route plans of roads using GIS and makes alternative ideas in road stability security. After selecting 29 km sections of Donghae highway and creating a 3 dimensional terrain surface through the digital conversion of design plan data, it reflects the road alignment data of the same coordinates and a 3 dimensional road modeling is created. It set shadow time of road surface for the solar trace in the winter solstice in 20 minute interval. Shade areas are displayed and inputed in polygon data by manual vertorizing. Graphic and attribute data of this shade section is constructed in geodatabase of ArcCatalog. And it extracted the freezing section using intersect fuction of the GIS spatial analysis. By analyzing the winter meteorological data of temperature, rainfall, snowfall, humidity, and etc. and grasping dangerous freezing section of the road surface effectively, it will be able to make alternative ideas of the preliminary stability evaluation reflected in basic design.
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문제 정의
본 연구는 그림 1과 같이 도로 선형계획구간을 대상으로 음영분석에 따른 시뮬레이션을 통하여 시간대별 일조 영향평가를 수행하고 GIS를 이용한 공간분석을 실시하여 결빙구간을 추출함으로써 도로주행 안정성을 확보하는 대안으로 제시하고자 한다.
제안 방법
도로 노선 주변의 수치지형자료를 3차원 모형화하여 태양의 궤도 및 고도각을 이용하여 20분 간격의 음영 지역을 구하고, 그 그림자가 일정 시간 이상 중복되는 지역을 표시하여 그 변화를 실증적으로 분석하고 동절기 일조 시간에 따른 도로노면의 결빙구간을 파악할 수 있는 가능성을 제시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 도로의 효율적 노선계획을 위하여 음영 분석을 이용한 일조영향평가를 실시하고 관련 기상분석 자료와 도형 및 속성 자료로 GIS 데이터베이스를 구축하 여 노면의 결빙구간을 평가함으로써 의의를 찾을 수 있으며 도로 계획 및 설계분야에 그 활용성을 기대할 수 있다.
도로설계는 표 5의 설계기준에 근거하여 벤틀리사의 InRoads 프로그램을 사용하여 3차원 도로설계를 실시하였고 대상지역의 3차원 수치지형모형(DTM)을 생성하기 위해 1:1, 000평면 설계도에서 1m 등고선 자료를 입력하였다. 세밀한 음영지역 산출을 위해 1m 등고선 간격을 사용하다 보니 하드웨어 운영 및 그래픽 처리에서 부분적으로 어려움이 있었다.
시간적 범위는 태양고도가 가장 낮고 일조시간이 가장 짧은 동지를 설정하여 07시 30분부터 17시 20분까지를 선택하였다. 동절기 도로 노면에 관련하여 최소의 일조확보 가능에 따라 지속적으로 그늘져 결빙되는 상태구간을 파악하는데 그 목적이 있으므로 태양고도가 가장 낮은 동지를 선정하여 하루 최소의 일조시간, 즉 음지가 많이 발생되는 면적을 분석하였다.
음영은 일출에서 일몰사이에 자연 지형이나 인공 장애 물에 의해 태양 빛이 가려져 그림자가 발생하는 것으로 동절기 적설량이나 강수량이 많은 경우 도로노면의 결빙에 절대적 영향을 줄 수 있는 인자이다. 따라서 동지시 도로 노면의 일조영향을 파악하여 각 지점별 음영지역을 분석하였다.
수치지형모형을 생성함으로써 현존의 지표면을 모형화한 후, 제안된 도로의 평면위치를 정의하기 위해 도로의 기하학적 프로젝트를 생성하고 선형계획을 위한 IP를 배치함으로써 새로운 도로의 중심선을 배치하고, 선형을 부드럽게 하기 위해 커브셋을 생성하였다.
시간적 범위는 태양고도가 가장 낮고 일조시간이 가장 짧은 동지를 설정하여 07시 30분부터 17시 20분까지를 선택하였다. 동절기 도로 노면에 관련하여 최소의 일조확보 가능에 따라 지속적으로 그늘져 결빙되는 상태구간을 파악하는데 그 목적이 있으므로 태양고도가 가장 낮은 동지를 선정하여 하루 최소의 일조시간, 즉 음지가 많이 발생되는 면적을 분석하였다.
우선 동해고속도로 구간의 설계 종·평면도를 수집하여 계획노선의 중심선으로부터 횡단 간격 300m지점까지를 평면 범위로 설정하고 그림 4와 같이 대상지역의 3차원 등고선을 생성하였다.
그림 14에서와 같이 음영지역(파란색 부분)을 수동벡터라이징하여 벡터 폴리곤으로 만들었다. 이 시간대별 음영지역들은 각각 레벨(level)화하여 따로 분류하여 저장하여 각각의 레벨을 ArcCatalog에서 하나의 지오데이터베이스로 내보내기를 하였다. 지형지물(feature) 클래스들이나 지형지물 레이어들을 지오데이터베이스로 변환하였다.
구축된 지오데이터베이스에서 각각의 레이어에 음영이 지속되어 중복된 구간을 노면결빙구간으로 간주하고 전체 레이어들을 중첩(overlay)함으로써 노면결빙예상구간을 추출할 수 있었다. 중첩 기능중 교차(intersect) 기능을 이용하여 대상 지형지물의 지오메트릭 교차를 계산하였다. 모든 레이어에서 공통된 지형지물의 일부, 또는 지형지물 클래스가 그림 19에서와 같이 결과로 생성되었다.
이 시간대별 음영지역들은 각각 레벨(level)화하여 따로 분류하여 저장하여 각각의 레벨을 ArcCatalog에서 하나의 지오데이터베이스로 내보내기를 하였다. 지형지물(feature) 클래스들이나 지형지물 레이어들을 지오데이터베이스로 변환하였다. 이는 하나의 dgn파일을 하나의 지형지물 데 이 터셋 안에 저장함으로써 지오데이터베이스 내부에의 지 형지물 데이터셋이 어느 dgn파일에서 생성된 것인지 파악이 된다면 관리 및 사용에 용이하게 한다.
대상 데이터
태양의 고도 및 방위각은 분석하고자 하는 대상지의 위치에 따라 그 성과가 달라질 수 있다. 공간적 범위는 그림 3과 표 1에서와 같이 경도 128°55'〜 129°05'와 위도 37°31'〜 37°41'의 강원도 강릉시와 동해시 연결 지역의 동해고속도로 구간중 1 〜6공구 약 29km 구간을 선정하였고, 이 구간은 비교적 절토 및 터널구간이 적절히 배치되어 있다.
평면선형과 종단선형은 표 6의 기하구조 기준에 근거로 현존의 도로설계 자료를 그대로 이용하였다. 원곡선 등의 평면선형(horizontal alignment)을 완성한 결과는 그림 5와 같다.
성능/효과
3차원 모델에 대한 일조 시뮬레이션을 통한 시각적 분석을 실시한 결과, 평면상의 문제점을 해소하고, 실제 3차원 상에서 각각의 세부적인 면들에 그림자가 시간대역별로 어떻게 변화하는가를 확인할 수 있었다. 분석 대상 면의 그림자 이동을 정확히 파악할 수 있기 때문에 결과 값을 근거로 정량적인 결과를 유추할 수 있었다.
GIS의 중첩기능은 공간분석 방법 중에서 많이 이용된다. 구축된 지오데이터베이스에서 각각의 레이어에 음영이 지속되어 중복된 구간을 노면결빙구간으로 간주하고 전체 레이어들을 중첩(overlay)함으로써 노면결빙예상구간을 추출할 수 있었다. 중첩 기능중 교차(intersect) 기능을 이용하여 대상 지형지물의 지오메트릭 교차를 계산하였다.
본 연구 결과에 따르면 태양의 고도 및 방위각에 따른 도 로 음영구간의 차이를 확인 및 구별할 수 있었다. 그림 19 와 같이 터널 및 일부지역에서는 동지시 일조확보가 매우 어려웠다.
후속연구
도로건설에 따른 지형지물별로 일조내역을 3차원 시뮬레이션으로 제공함으로써 현장에서 일조관련 민원해소 차원에서 차별화된 설명 자료로 활용하며, 안전운전에 위험요소를 파악할 수 있어 운전자의 주행 안전성을 확보할 수 있을 것이다.
도로의 시공단계에서 사용하는 것보다 계획단계부터 도입하여 일조영향의 정성적 평가는 물론 정량적, 과학적인 분석이 충분히 가능함으로 사전 검토안 자료로 충분히 활용될 수 있으며, 타 설계안과는 차별화되는 일조영향을 고려한 도로 노면결빙구간 분석이 도로관련 법제도상의 규정과 조건에 이바지할 수 있는 대안으로 제시될 수 있을 것이다. 도로공사를 완료했을 당시 현장사진과 일조분석에서의 결과 자료를 비교한 내용으로써 정확하게 실제 현장사진과 같은 일영이 나타나고 있는지를 사전에 확인할 수 있는 신뢰성 있는 평가 자료로 사용할 수 있을 것이다.
도로의 시공단계에서 사용하는 것보다 계획단계부터 도입하여 일조영향의 정성적 평가는 물론 정량적, 과학적인 분석이 충분히 가능함으로 사전 검토안 자료로 충분히 활용될 수 있으며, 타 설계안과는 차별화되는 일조영향을 고려한 도로 노면결빙구간 분석이 도로관련 법제도상의 규정과 조건에 이바지할 수 있는 대안으로 제시될 수 있을 것이다. 도로공사를 완료했을 당시 현장사진과 일조분석에서의 결과 자료를 비교한 내용으로써 정확하게 실제 현장사진과 같은 일영이 나타나고 있는지를 사전에 확인할 수 있는 신뢰성 있는 평가 자료로 사용할 수 있을 것이다.
노면결빙 위험성 평가에 필요한 자료의 대부분은 벡터의 도형자료이므로 일반 속성자료와 함께 관리하고 이용하는 기능을 이용하여 필요한 자료를 원하는 형태로 데이터베이스화할 수 있다. 또한 구축된 데이터베이스는 노선 계획 및 선정에도 지속적으로 사용할 수 있는 자료로 활용할 수 있다.
또한 사전의 평가방법으로서 시뮬레이션 등의 정량적 분석을 통해 향후 안전을 도모함으로써 위험발생 가능성을 최소화할 수 있는 대안이 필요하다. 일조영향 및 노면 결빙에 대한 사전 안전의식 제고를 위해 도로 기본설계시 안전성을 확보하는 차원에서 검토함으로써 민원을 미연에 방지토록 해야 할 필요성이 부각되고 있다.
도로 노선 주변의 수치지형자료를 3차원 모형화하여 태양의 궤도 및 고도각을 이용하여 20분 간격의 음영 지역을 구하고, 그 그림자가 일정 시간 이상 중복되는 지역을 표시하여 그 변화를 실증적으로 분석하고 동절기 일조 시간에 따른 도로노면의 결빙구간을 파악할 수 있는 가능성을 제시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 도로의 효율적 노선계획을 위하여 음영 분석을 이용한 일조영향평가를 실시하고 관련 기상분석 자료와 도형 및 속성 자료로 GIS 데이터베이스를 구축하 여 노면의 결빙구간을 평가함으로써 의의를 찾을 수 있으며 도로 계획 및 설계분야에 그 활용성을 기대할 수 있다.
참고문헌 (9)
노태호,서동주,이종출 (2005),의사결정체계를 이용한 노선 선정에 관한 연구,한국측량학회지, 제23권,제2호 pp. 117-128
오규식,채명신,정연우 (2001),컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용한 도시 공공 공간의 일조환경 분석,대한국토.도시계획학회지 국토계획,제 36권,2호 pp. 209-222
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