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문제 정의
- 본 연구는 도로 선형계획구간을 대상으로 음영 분석에 따른 시뮬레이션을 통하여 시간대별 일조영향 정도를 정량적으로 평가하고 GIS를 이용한 공간분석을 실시하여 노면결빙위험 가능지역을 추출함으로써 도로의 기본설계에서도 각 구간별 일조환경이 어느 정도 예상되는지 예측하고자 한다.
제안 방법
- IP와 IP를 연결시킴으로써, 새로운 도로의 중심선이 생성되어지고, 선형을 부드럽게 하기 위해 커브셋을 생성하였다. 평면선형과 종단선형은 기흐卜구조 기준에 근거로 현존의도로 설계 자료를 그대로 이용하였다.
- In Roads에서 만들어진 불규칙삼각망의 3차원 도로모형자료는 GIS 에서 자료처리되는 지형지물(feature)로 인식할 수 없으므로 불규칙삼각망 형태의 .dgn파일을 점(point) 자료로 변환하였다. 마이크로스테이션(MicroStation V8)의 좌표 내보내기 (export coordinates) 기능을 이용하여 점 자료를 ASCⅡ의 .
- 또한 구축된 데이터베이스는 노선계획 및 선정에도 지속적으로 사용할 수 있는 자료로 활용할 수 있다. 대상-지역에 대한 음영 지역을 수동벡터 라이징하여 벡터 폴리곤으로 만들었다.
- 도로설계 프로그램인 벤틀리사의 InRoads 소프트웨어를 사용하였고 연구대상지역에 존재하는 지면(ground) 을 표시하는 모형을 생성하기 위해 그래픽 추출 기능에서 등고선 자료를 입력하였다.
- 도로설계는 설계기준에 근거하여 벤틀리사의 InRoads 프로그램을 사용하여 3차원 도로설계를 실시하였고, 실험 대상지역의 캐드 형식의 종단명도 및 평면도 자료를 입수하여 축척 1:1,000 평면 설계도에서 Im 등고선 자료를 입력하여 3차원 수치지형모형(DTM)을 생성하였다. 고속도로 본선의 설계속도는 100km/hr를 적용하는 것을 원칙으로 하여 기본설계가 수행되었으며, 본 설계구간인 동해-주문진 구간은 평지와 구릉지 및 험준하지 않는 산지부를 통과하므로 지형적 조건 및 기하 구조 등이 설계속도 100km/hr를 적용하는데 무리가 없을 것으로 판단된다.
- 도로의 기하학적 프로젝트를 만든 후, 새로운 도로를 위한 선형을 생성하기 위해 IP를 배치함으로써 평면 선형의 초기 직선구간(initial tangents)을 동일시하였다. IP와 IP를 연결시킴으로써, 새로운 도로의 중심선이 생성되어지고, 선형을 부드럽게 하기 위해 커브셋을 생성하였다.
- 대한 세밀한 평가가 어려울 수 있다. 따라서 사용 가능한 수치지형도의 축척을 우선적으로 고려하여 시작하여야 하며, 본 연구는 실시설계에 사용되었던 축척 1:1, 000의 2차원 평면도 자료를 수집하여 도로 구간들을 연결하고 전체 구간에 대하여 등고선도를 완성하였다. 실험대상지역의 설계 종단면도 및 평면도 캐드자료 중 계획노선의 중심선으로부터 횡단 간격 300m 지점까지를 평면 범위로 설정하고 그림3과 같이 대상지역의 Im 등고선을 따로 분리하여 3차원으로 생성하였다.
- 구축하게 된다. 또한, 일조영향에 따른 일영 및 음영 분석과 연계하여 기상분석을 수행하기 위해서 실험대상 지역의 노선계획에 따른 기본 및 실시설계 자료와 통합 비교할 수 있도록 사전에 도로관련 자료를 수집하여 구축하였다.
- 마이크로스테이션(MicroStation V8)의 렌더링 메뉴를 이용하여 각 시간별 태양의 고도 및 방위각을 설정하고, 시간대별 음영구간을 토대로 사용자 또는 결정권자의 판단을 시각적으로 보조할 수 있도록 전체 도로 구간을 일조 영향평가 하였다.
- dgn파일을 점(point) 자료로 변환하였다. 마이크로스테이션(MicroStation V8)의 좌표 내보내기 (export coordinates) 기능을 이용하여 점 자료를 ASCⅡ의 .txt 파일 형태로 추출하였다. 그리고 .
- 10°이상을 고려하여 음영을 분석한다. 본 연구에서는 0°이상의 태양고도를 고려하여 음영을 분석하였다. 일출부터 일몰까지 일조시간대에 음영분석을 가시적으로 모델링화하여 계절별 시간대별로 도식화함으로써 판단자의 시각적 분석을 가능케 할 수 있다.
- 본 연구에서는 도로설계에 따른 노선 주변의 수치 지형자료를 3차원 모형화한 다음 태양의 고도 및 방위각을 이용하여 20분 간격으로 음영 지역들의 그림자 변화를 실증적으로 분석하고 벡터 폴리곤화하여 동절기 일조시간에 따른 도로노면의 결빙예상 구간을 추출한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 수치지형모형을 생성함으로써 현존의 지표면을 모형화한 후, 계획된 도로의 평면위치를 정의하기 위해 평면 선형(horizontal alignn血ent)을 수립하였다. In風oads는 반향 곡선(reverse curve), 복곡선(compound curve) 및 완화곡선(transition curve)을 구성하는 복잡한 선형들을 정의할 수 있게 해준다.
- 수치지형자료의 보간을 통하여 3차원 지형 메쉬 자료를 작성하고 동일 좌표체계의 도로선형자료를 중첩시켜도로 노면의 각 지점별 일조영향분석을 위한 기초 자료를 구축하게 된다. 또한, 일조영향에 따른 일영 및 음영 분석과 연계하여 기상분석을 수행하기 위해서 실험대상 지역의 노선계획에 따른 기본 및 실시설계 자료와 통합 비교할 수 있도록 사전에 도로관련 자료를 수집하여 구축하였다.
- 시간대별 음영지역들은 각각 등급화하여 따로 분류하여 저장하였다. 각각의 레벨을 ArcCatalog에서 하나의 지오데이터볘이스(예, shadow.
- 실험대상지역의 3차원 수치표고모형(DEM)을 자료로 입력하고 도로설계에 대한 세부측량 자료 관리를 통해 3차원 도로설계를 수행하였다.
- 따라서 사용 가능한 수치지형도의 축척을 우선적으로 고려하여 시작하여야 하며, 본 연구는 실시설계에 사용되었던 축척 1:1, 000의 2차원 평면도 자료를 수집하여 도로 구간들을 연결하고 전체 구간에 대하여 등고선도를 완성하였다. 실험대상지역의 설계 종단면도 및 평면도 캐드자료 중 계획노선의 중심선으로부터 횡단 간격 300m 지점까지를 평면 범위로 설정하고 그림3과 같이 대상지역의 Im 등고선을 따로 분리하여 3차원으로 생성하였다.
- 도로 선형 자료로 표현하여야 한다. 우선 동해고속도로 구간의 설계에 직접적으로 사용된 종단면도 및 평면도의 캐드 자료(.dwg)를 수집하여 계획노선의 중심선으로부터 횡단 간격 300m지점까지를 평면 범위로 설정하였다.
- 일출부터 일몰까지 일조시간대에 음영분석을 가시적으로 모델링화하여 계절별 시간대별로 도식화함으로써 판단자의 시각적 분석을 가능케 할 수 있다. 음영시간대 설정은 동짓날 일출시간부터 일조시간까지 20분 간격으로 음영 분석을 수행하였다. 그림 7은 15시 20분과 15시 40분의 음영 시뮬레이션 결과로서 가운데 위쪽 도로부분에 발생한 음영에 차이가 있음을 알 수 있다.
- 지형지물 클래스(feature class)들이나 지형지물 레이어들을 지오데이터베이스로 변환하였다. 즉, 지오 데이터베이스 내부에 dgn 파일별로 지형지물 데이터셋(feature dataset)을 생성하여 저장하여 관리가 용이하도록 하였다. 이는 하나의 dgn 파일은 하나의 지형지물 데이터셋 안에 저장을 함으로써 지오데이터베이스 내부에의 지형지물 데이터셋이 어느 dgn 파일에서 생성된 것인지 파악이 된다면 관리 및 사용에 용이할 것이다.
- mdb)로 내보내기를 하였다. 지형지물 클래스(feature class)들이나 지형지물 레이어들을 지오데이터베이스로 변환하였다. 즉, 지오 데이터베이스 내부에 dgn 파일별로 지형지물 데이터셋(feature dataset)을 생성하여 저장하여 관리가 용이하도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 강원도 강릉시와 동해시 연결 지역의 동해고속도로 중 1공구에서 6공구 구간 약 29km 구간을 선정하였으며, 태양고도가 가장 낮고 일조시간이 가장 짧은 동지를 설정하여 2004년 12월 21일 07시 40분부터 17시 00분까지의 시간대를 선택하였다. 이 구간은 비교적 절토 구간 및 터널구간이 적절히 배치되어 있다.
데이터처리
- 분석을 위한 소프트웨어로는 ArcGIS 3D Analyst를 이용하여 그림자를 시뮬레이션하고 각각의 결과를 래스터 및 벡터로 변환하여 그림자 지역을 계산할 수 있다. 그림 5와 같이 ArcGIS 3D Analyst에서 점 지형지물로부터 불규칙 삼각망(TIN)을 생성하였다.
이론/모형
- IP와 IP를 연결시킴으로써, 새로운 도로의 중심선이 생성되어지고, 선형을 부드럽게 하기 위해 커브셋을 생성하였다. 평면선형과 종단선형은 기흐卜구조 기준에 근거로 현존의도로 설계 자료를 그대로 이용하였다.
성능/효과
- GIS를 이용할 경우 지형조건 및 기상조건별로 도로의 일조 영향에 따른 노면결빙위험구간을 정량적으로 추출할 수 있음을 알 수 있었다.
- 결빙예측구간은 대부분의 산악지역 도로에서 종종 나타나는 대절토 구간 및 터널갱문이었으므로 경사면의 구배를 최대한 완화하거나 도로의 폭을 넓게 설계함으로써 일조시간을 충분히 확보해야함을 알 수 있었다.
- 생성하였다. 고속도로 본선의 설계속도는 100km/hr를 적용하는 것을 원칙으로 하여 기본설계가 수행되었으며, 본 설계구간인 동해-주문진 구간은 평지와 구릉지 및 험준하지 않는 산지부를 통과하므로 지형적 조건 및 기하 구조 등이 설계속도 100km/hr를 적용하는데 무리가 없을 것으로 판단된다.
- 5km 구간에서 노면 결빙위험 구간이 추출되었다. 이러한 결과는 대상도로 중 상당한 구간이 결빙의 위험에 노출되어 있음을 나타내며, 도로의 안전성을 높이기 위해서는 GIS 3차원 음영 시뮬레이션에 의하여 결빙구간을 객관적이고 정량적으로 추출한 다음, 이를 도로 설계시에 적극 반영할 필요가 있음을 알 수 있었다.
- 일조 영향 평가를 위한 모델링 과정에서 기존의 음영 기복과 GIS에 의한 렌더링 기법을 비교한 결과, 렌더링 기법이 기존의 음영기복에 비해 정확함을 알 수 있었다. 일조 모델링 및 음영 시뮬레이션을 통해 시각적 변화를 감지할 수 있었으므로 산악지역의 도로설계시, 시공 후 실제 현장의 음영이 어떻게 나타날지를 사전에 확인할 수 있는 객관적인 자료로 제공할 수 있을 것이다.
후속연구
- 수 있다. 또한 구축된 데이터베이스는 노선계획 및 선정에도 지속적으로 사용할 수 있는 자료로 활용할 수 있다. 대상-지역에 대한 음영 지역을 수동벡터 라이징하여 벡터 폴리곤으로 만들었다.
- 있었다. 일조 모델링 및 음영 시뮬레이션을 통해 시각적 변화를 감지할 수 있었으므로 산악지역의 도로설계시, 시공 후 실제 현장의 음영이 어떻게 나타날지를 사전에 확인할 수 있는 객관적인 자료로 제공할 수 있을 것이다. 향후 본 논문이 도로관련 법제도상의 노면 결빙구간에 대한 규정을 제정하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대되며, 향후 방음벽, 분리대 및 식생 등의 도로 설치 구조물의 배치 여부에 따른 음영 여부를 세밀히 파악하고 도로포장 종류에 따른 기타 조건들을 고려한 심도 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
- 일조 모델링 및 음영 시뮬레이션을 통해 시각적 변화를 감지할 수 있었으므로 산악지역의 도로설계시, 시공 후 실제 현장의 음영이 어떻게 나타날지를 사전에 확인할 수 있는 객관적인 자료로 제공할 수 있을 것이다. 향후 본 논문이 도로관련 법제도상의 노면 결빙구간에 대한 규정을 제정하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대되며, 향후 방음벽, 분리대 및 식생 등의 도로 설치 구조물의 배치 여부에 따른 음영 여부를 세밀히 파악하고 도로포장 종류에 따른 기타 조건들을 고려한 심도 있는 연구가 필요하다고 판단된다.
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