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문제 정의
- 그래서 지하철 개통시 운행열차의 소음으로 인한 문제가 이용 승객으로부터 크게 제기되고 있어 이를 줄이는 방안이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 이런 지하철 운행시 발생하는 소음의 근원이 되는 영향인자를 찾아내고 이런 변수들을 개선함으로써 향후 건설되는 지하철 소음 인자를 제거하여 쾌적하고 안락한 지하철 환경을 만들어 줄 수 있는 기초 자료로 사용하는 것을 목적으로 하였다.
- 본 연구에서는 다양한 소음공해문제 중에서 지하철의 서비스 측면과 가장 연관관계가 높으며, 이용자들이 장시간 노출될 수 있는 차내 소음 문제를 중심으로 지하철 5호선의 자료를 토대로 소음과 그의 영향요소들간의 관계특성을 파악할 수 있는 지하철 소음 영향관계모형을 개발하였다.
- 본 연구에서는 측정된 지하철 차내 소음도와 운영요소(기하구조 및 운영변수들)간의 관계를 파악하기 위하여 상관분석을 수행하였다.
- 지하철의 기하구조형태 및 운영요소에 따라 소음에 어떠한영향을 미치는지 살펴본다. 유형구분을 통하여 파악된 결과를 토대로 다음과 같은 모형식을 구축한다.
제안 방법
- CART(Classification And Regression Tree)를 이용하여 지하철에서 발생되는 소음을 기준으로 기하구조 및 운영요소의 유형을 구분하였다.
- 또한, 분석방법을 경험적인 자료를 이용한 모형개발이므로 회귀분석을 이용하였다 그러나 지하철 소음에 영향을 미치는 복합변수의 특성에 대한 연구는 미흡하므로 CART분석을 추가하여 소음자료를 적절하게 묘사할 수 있는 분석을 수행한다.
- 본 연구에서는 지하철 차내 소음에 영향을 미치는 변수들 의 우선순위 및 자료의 특성분류에 적용한다.
- 이렇게 측정된 지하철의 차내 소음도와 운영요소(기하구조 및 운영 변수들)간의 관계를 파악하기 위하여 산점도(Scatter Diagram), 상관분석(Correlation Analysis)을 수행하였다. 산점도 분석결과를 토대로 CART(Classification And Regression Tree)을 실시하여 지하철 소음에 가장 많은 영향을 미치는 운 영요소들을 파악함과 동시에 소음의 발생 크기에 따른 특성을 분류하여 모형을 개발하였다.
- 앞서 분석되어진 CART 분석결과를 토대로 소음도를 기준으로 3개의 유형으로 구분하였다. 이렇게 구분되어진 유형의 기하구조를 토대로 유형별 소음 영향 모형을 개발하였다.
- 이러한 변수선정과정에 신중을 기하기 위하여 기존의 소음 관련 연구를 고찰하여 1차적으로 사용가능 변수들을 선정하였다.
- 앞서 분석되어진 CART 분석결과를 토대로 소음도를 기준으로 3개의 유형으로 구분하였다. 이렇게 구분되어진 유형의 기하구조를 토대로 유형별 소음 영향 모형을 개발하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 다양한 소음공해문제 중에서 지하철의 서비스측면과 가장 연관관계가 높으며, 이용자들이 장시간 노출될 수 있는 차내 소음 문제를 중심으로 연구의 범위를 한정하였다. 또한, 조사 대상노선의 결정은 지난 1999년에 녹색교통에서 조사한 소음측정 결과를 토대로 전동 차내 평균소음도 (78.8dB)가 가장 심각한 지하철 5호선의 차내 소음을 측정한 실제자료를 이용하였다.
- 본 연구에서는 다양한 소음공해문제 중에서 지하철의 서비스측면과 가장 연관관계가 높으며, 이용자들이 장시간 노출될 수 있는 차내 소음 문제를 중심으로 연구의 범위를 한정하였다. 또한, 조사 대상노선의 결정은 지난 1999년에 녹색교통에서 조사한 소음측정 결과를 토대로 전동 차내 평균소음도 (78.
- 본 연구의 자료조사는 문헌고찰을 통해 선정된 변수를 가지고 본 연구의 대상노선인 지하철 5호선에서 운행 중인 전동차 내에서 한국공업규격의 소음측정방법에 의거 소음을 10초 간격으로 측정한 500여개의 자료를 토대로 결측치와 이상점 제거를 통해 선택된 359개의 문헌자료를 이용하였다.
데이터처리
- 이렇게 측정된 지하철의 차내 소음도와 운영요소(기하구조 및 운영 변수들)간의 관계를 파악하기 위하여 산점도(Scatter Diagram), 상관분석(Correlation Analysis)을 수행하였다. 산점도 분석결과를 토대로 CART(Classification And Regression Tree)을 실시하여 지하철 소음에 가장 많은 영향을 미치는 운 영요소들을 파악함과 동시에 소음의 발생 크기에 따른 특성을 분류하여 모형을 개발하였다.
- 자료의 특성을 파악하기 위하여 기술통계분석 및 빈도분석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 소음의 최대값은 91.
성능/효과
- CART분석을 통하여 구분되어진 분석결과 속도와 궤도형태로 인하여 소음에 크기가 구분되어지는 것으로 나타났다. 특히 속도가 41.
- 첫째, CART분석을 통하여 유사한 형태의 기하구조 유형을 구분한 결과 속도와 궤도형태로 인하여 소음의 크기가 구분 되어지는 것으로 나타났다. 가장 소음도가 높은 구간의 기하 구조 특징은 속도가 41.50km/h이상의 구간에서 궤도의 형태가 콘크리트인 경우에 가장 높은 것으로 나타났다.
- 결과적으로 CART분석을 통하여 최종적으로 도출되어진 도시철도 기하구조는 총 3개의 유형으로 구분되어졌다. 각의 유형별 특징을 살펴보면 다음과 같다.
- 결과적으로 가장 소음도가 높은 구간의 기하구조 특징은 열차의 속도가 41.50km/h이상의 구간에서 궤도의 형태가 콘크리트인 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 열차 속도가 41.
- 유형1의 도출되어진 주요 변수를 살펴보면 궤도형태와 터널형태인 것으로 나타났다. 궤도형태가 콘크리트일 때 소음은 자갈일 때보다 3.80배정도가 증가되는 것으로 나타났다. 그리고 터널형태의 경우 단선일 경우 지하철의 소음이 복선일 때보다 1.
- 80배정도가 증가되는 것으로 나타났다. 그리고 터널형태의 경우 단선일 경우 지하철의 소음이 복선일 때보다 1.9배 정도 높아지는 것으로 나타났다. 모형을 검 증한 결과 모형 계수의 유의성이나 다중공산성 및 자동상관 은 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 유형 3의 모형에서는 속도 터널형태와 터널크기가 주요 변수로 도출되었다. 도출되어진 계수값을 살펴보면 앞서 유형1과 유형 2와 동일하게 속도는 양의 값을 가지는 것으로 나타났으며, 터널형태와 터널크기는 음의 값을 가지는 것으로 나타났다. 또한 최종 도출되어진 변수 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 둘째, 기하구조 유형별 소음 영향 모형 개발 결과 유형 1일 경우 소음에 영향을 미치는 변수로는 궤도형태와 터널형태인 것으로 나타났으며, 유형 2의 경우에는 속도, 터널크기, 터널 형태, 곡선반경이, 유형 3의 경우에는 속E, 터널형태와 터널 크기가 소음에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 50km/h이상의 구간에서 궤도의 형태가 콘크리트인 경우에 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 열차 속도가 41.50km/h이하의 경우에서는 궤도의 형태 및 기타 기하구조가 소음 특성을 구분하는 기준으로 적합하지 않는 것으로 나타났다.
- 도출되어진 계수값을 살펴보면 앞서 유형1과 유형 2와 동일하게 속도는 양의 값을 가지는 것으로 나타났으며, 터널형태와 터널크기는 음의 값을 가지는 것으로 나타났다. 또한 최종 도출되어진 변수 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 23인 것으로 나타났다. 마지막으로 유형 3은 속도가 41.50이상인 구간이며, 궤 도형태는 콘크리트(명목변수 1) 형태로서 평균소음도가 86.51로 매우 높게 나타났다.
- 모든 유형의 설명변수는 통계적으로 유의한 것으로 나타났으며, 부호 또한 적합한 것으로 도출되었다. 모든 유형에서 주요 변수로 선택되어진 항목은 터널형태 및 크기로서 지하철의 소음을 결정하는 여러 기하구조 중 가장 중요한 항목인 것으로 판단된다.
- 9배 정도 높아지는 것으로 나타났다. 모형을 검 증한 결과 모형 계수의 유의성이나 다중공산성 및 자동상관 은 모두 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 이 이 감소하는 것으로 나타났다. 모형의 검 증결과 모든 변수는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 하지만 곡선반경은 5%의 신뢰수준을 겨우 만족하는 것으로 나타났다.
- 15배의 소음이 증가하는 것으로 나타났다. 반면 터널의 형태는 앞서 유형 1과 동일하게 단선일 경우 복선일 때보다 0.28배정도의 소음이 증가하는 것으로 나타났으며, 곡선반경은 크면 클수록 소음은 0.이 이 감소하는 것으로 나타났다. 모형의 검 증결과 모든 변수는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 유형 2의 모형계수값을 살펴보면 속도 터널크기, 터널형태, 곡선반경이 주요 변수로 도출되었다. 변수들의 부호를 살펴보면 속도 터널크기는 모두 양의 부호를 가지는 것으로 나타났으며, 터널형태, 국선반경은 음의 부호를 가지는 것으로 나타났다.
- 소음과 기하구조와의 관계를 살펴보면 속도는 높으면 높을수록 0.19배의 소음이 증가하며, 터널의 크기가 클수록 0.15배의 소음이 증가하는 것으로 나타났다. 반면 터널의 형태는 앞서 유형 1과 동일하게 단선일 경우 복선일 때보다 0.
- 속도별, 궤도형태별 집단 간 차이검증을 위하여 t-test를 수행한 결과 신뢰수준 95%내에서 차이가 있는 것으로 나타났다시 니 22, p값이 신뢰수준 95%내에서 유의수준0.05보다 작으면 집단 간에는 특성 차이가 있다).
- 첫째, CART분석을 통하여 유사한 형태의 기하구조 유형을 구분한 결과 속도와 궤도형태로 인하여 소음의 크기가 구분 되어지는 것으로 나타났다. 가장 소음도가 높은 구간의 기하 구조 특징은 속도가 41.
- 일반적으로 지하철과 관련하여 발생되는 소음은 크게 세 가지로 구분된다. 첫째, 지하철 연변에 거주하는 사람들이 지하철 통과 시에 전달되는 주변소음공해, 둘째, 정거장에 기다리거나 승하차하는 사람들이 진입전동차에서 전달되는 정거장 소음공해, 셋째, 최근에 부각되고 있는 소음의 문제로 지하철 이용 승객이 차내에서 겪는 차내 소음공해의 문제이다.
- 환경부에서 선정된 소음규제 기준은 70dB(소음진동 규제 법 시행규칙) 정도이다. 하지만 분석결과 지하철 5호선의 소 음도가 평균적으로 76.34dB로 나타나 기준을 초과하고 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 지하철 소음에 영향을 미치는 변수는 수없이 많다. 하지만 전반적인 기존의 소음관련연구를 검토하여 본 결과 소음에 영향을 미치는 변수는 지하철의 속도 터널의 단 면적, 터널의 유형, 선로의 곡선 및 궤도유형 등이 가장 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이는 지하철 기하구조 및 운영적 측면의 유형별로 각각 소음 또는 영향을 미치는 요인들이 다름을 나타내는 것이다. 따라서 향후 지하철 소음문제 개선시 기하구조 유형 또는 운영적인 측면에 대한 고려가 필요하다.
- 향후 연구과제로는 본 연구는 지하철 5호선에 한정하여 수행한 것이므로 전체 지하철 노선에 대한 연구가 필요하며, 지하철 소음에 영향을 미치는 변수에 대한 보완(지하철 차량의 설비 등)이 필요하다.
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