최근 정부에서는 도로의 기하구조 불량으로 인해 사고 발생률이 높은 대상지에 대해 위험도로개선사업을 추진 중에 있다. 비록, 도로의 노선을 선택하는 것이 기본적이고 중요한 과정이지만 노선 선정의 과정은 기술적, 안전적, 환경적인 요소들을 모두 고려해야 한다. 또한, 3차원 지형모델 기술은 대체 노선선정에 대한 설계와 계획에서 중요한 요소로 사용될 수 있다. 수치지도와 노선도의 조합에 의해 생성된 3차원 지형도를 조합한 실험의 경우, 주요 간선 도로 건설현장에서 다차원적인 접근 방법을 제공하기 위해 개발되었다. 3차원수치표고 모형은 개발계획과 시공계획에 대해 설계 시공 현장에서 실시간 가상 접근을 제공하는 GIS기반으로 다양한 지표 분석을 가능하게 한다. 따라서 본 연구에서는 수치지도에 GPS측량과 토털스테이션(Total Station)측량을 이용하여 취득한 현황 측량 정보를 결합하여 노선 선정에 따른 3차원 공간 정보를 비교 검토하고 토공량 산정시 보다 정확한 양을 산정하여 도로선형개선에 활용할 수 있도록 하고, 주관적인 평가를 통하여 대체 노선에서 노선선정에 대한 합리적인 방법을 제시하고자 한다.
최근 정부에서는 도로의 기하구조 불량으로 인해 사고 발생률이 높은 대상지에 대해 위험도로개선사업을 추진 중에 있다. 비록, 도로의 노선을 선택하는 것이 기본적이고 중요한 과정이지만 노선 선정의 과정은 기술적, 안전적, 환경적인 요소들을 모두 고려해야 한다. 또한, 3차원 지형모델 기술은 대체 노선선정에 대한 설계와 계획에서 중요한 요소로 사용될 수 있다. 수치지도와 노선도의 조합에 의해 생성된 3차원 지형도를 조합한 실험의 경우, 주요 간선 도로 건설현장에서 다차원적인 접근 방법을 제공하기 위해 개발되었다. 3차원 수치표고 모형은 개발계획과 시공계획에 대해 설계 시공 현장에서 실시간 가상 접근을 제공하는 GIS기반으로 다양한 지표 분석을 가능하게 한다. 따라서 본 연구에서는 수치지도에 GPS측량과 토털스테이션(Total Station)측량을 이용하여 취득한 현황 측량 정보를 결합하여 노선 선정에 따른 3차원 공간 정보를 비교 검토하고 토공량 산정시 보다 정확한 양을 산정하여 도로선형개선에 활용할 수 있도록 하고, 주관적인 평가를 통하여 대체 노선에서 노선선정에 대한 합리적인 방법을 제시하고자 한다.
Recently, the government has improvement projects of dangerous road for the site that has very high accident rate due to bad geometric structures of the road. Although, route selecting of the road is a basic and important process, but the process of route selecting must consider the technical, safet...
Recently, the government has improvement projects of dangerous road for the site that has very high accident rate due to bad geometric structures of the road. Although, route selecting of the road is a basic and important process, but the process of route selecting must consider the technical, safety and environment factor together. Also, the technology for the 3-dimensional terrain model can be used as an important factor in planning and designing for selecting alternative route projects. In the course of experimenting with the 3-dimensional topography generated by the combination of the digital map and drawing of route, the technology as been developed to offer the multi-dimensional access to the potential construction sites from the nearby main roads. This 3-dimensional digital elevation model has made it possible to make various terrain analysis base on GIS, which provides real-time virtual access to the designated construction sites for development planning and construction projects. Therefore, this study presents a reasonable plan for route selecting from some alternative routes through subjective evaluation and classify the methods linked basic design of road construction.
Recently, the government has improvement projects of dangerous road for the site that has very high accident rate due to bad geometric structures of the road. Although, route selecting of the road is a basic and important process, but the process of route selecting must consider the technical, safety and environment factor together. Also, the technology for the 3-dimensional terrain model can be used as an important factor in planning and designing for selecting alternative route projects. In the course of experimenting with the 3-dimensional topography generated by the combination of the digital map and drawing of route, the technology as been developed to offer the multi-dimensional access to the potential construction sites from the nearby main roads. This 3-dimensional digital elevation model has made it possible to make various terrain analysis base on GIS, which provides real-time virtual access to the designated construction sites for development planning and construction projects. Therefore, this study presents a reasonable plan for route selecting from some alternative routes through subjective evaluation and classify the methods linked basic design of road construction.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 수치지도에 GPS측량과 토털스테이션 측량을 이용하여 취득한 종․횡단 측량 정보를 결합하여 노선 선정에 따른 3차원 공간지형정보를 비교 검토하고, 정확한 토공량을 산정하여 도로선형개선에 활용할 수 있도록 함으로써, 각종 도로관련 공사 설계 시 GIS를 적극 활용하고자 함에 그 목적이 있다. 그림 1은 본 연구의 전반적인 흐름이다.
기존의 노선 설계에서 토공량의 산정은 종․횡단 측량 데이터만을 이용하여 계획 노선의 흙깎기․흙쌓기량을 구하는 2차원적인 방법을 사용하였다. 그러나 본 연구에서는 기존의 수치지도에 현황측량 한 데이터 값을 추가하여 기존의 방법보다 더 세밀한 지형을 구축하고자 하였다. 그림 15는 기존의 등고선에 토털스테이션에 의해 취득한 데이터를 추가하여 더욱 세밀하게 생성한 등고선이다.
제안 방법
기본설계는 축척 1:5,000 지형도를 이용하여 위치도, 평면도, 종횡단면도, 구조물도 등을 작성한다. 이 단계에서는 공사개요, 계획 및 방침(위치선정, 주요 구조물 및 수리계획등), 주요시공계획, 개략공정계획, 공사비 등 기본적인 내용을 표기한다.
본 연구를 위해 대상 지역에 지형측량 및 중심선 측량의 기준이 되는 도근점을 약 100m마다 설치하여 GPS측량을 통하여 좌표를 취득하였고 이를 평면원도에 전개하여 현황측량 및 중심선측량의 기준점을 표 3과 같이 얻었다. 또한, 각 도근점을 기준으로 도로 중심선에서 좌우 60m 내외의 지형, 지물을 빠짐없이 측량 표시하고, 구조물의 설치지점은 중심선 좌우 100m씩 측량하였으며, 등고선 간격은 1.
본 연구를 위해 대상 지역에 지형측량 및 중심선 측량의 기준이 되는 도근점을 약 100m마다 설치하여 GPS측량을 통하여 좌표를 취득하였고 이를 평면원도에 전개하여 현황측량 및 중심선측량의 기준점을 표 3과 같이 얻었다. 또한, 각 도근점을 기준으로 도로 중심선에서 좌우 60m 내외의 지형, 지물을 빠짐없이 측량 표시하고, 구조물의 설치지점은 중심선 좌우 100m씩 측량하였으며, 등고선 간격은 1.0m로 하였다. 노선선정은 현황원도에서 가장 경제적이며 기술적으로 타당한 선형을 선정하고 이에 의하여 20m간격으로 측점을 설정하였다.
0m로 하였다. 노선선정은 현황원도에서 가장 경제적이며 기술적으로 타당한 선형을 선정하고 이에 의하여 20m간격으로 측점을 설정하였다.
그리고 각 측점과 중간점의 정확한 표고를 측정하기 위하여 임시수준점을 설치하고 이를 기준으로 노선측점의 지반고를 측정하였으며, 측량은 2회 왕복측량하여 허용 오차 범위 내에서 평균값을 사용하였다. 그 결과는 표 4와 같이 얻을 수 있었고, 횡단측량은 각 측점 및 중간점에서 중심선의 직각방향으로 좌우 50m이상의 직선상 지형변화를 정확하게 측정하였다.
그리고 각 측점과 중간점의 정확한 표고를 측정하기 위하여 임시수준점을 설치하고 이를 기준으로 노선측점의 지반고를 측정하였으며, 측량은 2회 왕복측량하여 허용 오차 범위 내에서 평균값을 사용하였다. 그 결과는 표 4와 같이 얻을 수 있었고, 횡단측량은 각 측점 및 중간점에서 중심선의 직각방향으로 좌우 50m이상의 직선상 지형변화를 정확하게 측정하였다.
본 연구대상지역에서의 취득한 데이터를 가지고 축척 1:1,200 현황측량 도면을 이용하여 평면선형을 분석하여 표 5와 같이 얻었다. 도근점의 좌표를 전개한 도면은 그림 5와 같다.
본 연구에서 대상 지역 중 사고 다발 지역에 대한 방향 분석과 곡선불량분석을 하기 위해 먼저 축척 1:5000 수치 지형도를 이용하여 불규칙 삼각망(TIN ; Triangulated Irregular Network)을 구성하였으며, ArcGIS를 이용하여 불규칙삼각망에 의한 수치지형모형(DTM ; Digital Terrain Model)을 그림 9와 같이 제작하였다. 그림 9에서 도로의 왼쪽지역은 남쪽방향으로 높은 산지가 발달되어 있음을 3차원으로 확인할 수 있다.
그림 15의 지형 등고선을 이용하여 그림 16과 같이 추가점을 삽입하여 정밀한 불규칙삼각을 취득하였으며, 여기에 계획 노선을 결합하여 정확한 흙깎기량과 흙쌓기량을 구하였다. 불규칙삼각망에 의한 흙깎기량과 흙쌓기량은 Autodesk Civil 3D프로그램을 사용하였다.
본 연구는 수치지도와 GPS 및 토털스테이션측량을 이용한 종․횡단 정보를 결합하여 노선선정에 따른 3차원 공간 정보를 비교한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
3. 대상지역과 노선에 대한 수치지형모형과 방향분석을 통하여 결빙구간을 확인 및 예측하여 노선 선정에 고려할 수 있었다.
대상 데이터
본 연구의 대상지역은 지방도 599호선(소이-소태) 구간 중 충주시 가금면 장천리 일대로 이 구간은 중대형 차량의 교통량이 매우 많고, 또한 충주호를 끼고 있어 급커브 및 노선의 좌우변화가 심하여 교통사고가 빈번히 발생하는 지역이다. 계획구간은 총 연장이 0.
본 연구의 대상지역은 지방도 599호선(소이-소태) 구간 중 충주시 가금면 장천리 일대로 이 구간은 중대형 차량의 교통량이 매우 많고, 또한 충주호를 끼고 있어 급커브 및 노선의 좌우변화가 심하여 교통사고가 빈번히 발생하는 지역이다. 계획구간은 총 연장이 0.98km이며, 도로폭은 9.5m 인 왕복2차선 도로이다. 연구대상 지역은 그림 3과 같고, 전체적인 현황도는 그림 4와 같다.
종단경사는 차량 속도를 저하시키지 않으면서 쾌적한 주행을 할 수 있도록 일정 경사 이상으로 취하면 안되며 또한 깍기․쌓기 발생량과도 밀접한 관계가 있다. 본 대상지에서는 평지와 산지부로 구성되어 있어 종단경사가 11%를 넘지 않는 범위 내에서 설계속도에 가까운 주행이 가능하도록 염두에 두어 측량을 하였으며, 최종 종단선형도는 그림 7과 그림 8과 같이 얻을 수 있었다.
이론/모형
그림 15의 지형 등고선을 이용하여 그림 16과 같이 추가점을 삽입하여 정밀한 불규칙삼각을 취득하였으며, 여기에 계획 노선을 결합하여 정확한 흙깎기량과 흙쌓기량을 구하였다. 불규칙삼각망에 의한 흙깎기량과 흙쌓기량은 Autodesk Civil 3D프로그램을 사용하였다. 기존의 방법에 의한 흙깎기량은 32,424m3 이고 흙쌓기량은 8,244m3으로 나타났으나, 본 연구에서 제시한 3차원 도면을 이용하여 토공량을 산정한 결과 흙깎기량은 32,381㎥이였고 흙쌓기량은 8,217m3으로 나타났다.
성능/효과
기존의 방법에 의한 흙깎기량은 32,424m3 이고 흙쌓기량은 8,244m3으로 나타났으나, 본 연구에서 제시한 3차원 도면을 이용하여 토공량을 산정한 결과 흙깎기량은 32,381㎥이였고 흙쌓기량은 8,217m3으로 나타났다.
1. 기존의 등고선만을 이용하거나 종․횡 단면도 만을 사용하여 토공량을 산출하는 방법 이외에 수치지도와 현황 측량 데이터를 결합하여 생성한 3차원 지형 모형을 이용하여 토공량을 산출할 수 있었다.
2. 도로 노선과 주변지형을 3차원 모델링하여 사전에 여러 형태의 설계노선을 배치함으로써 노선의 3차원 사전분석이 가능함을 알 수 있었다.
후속연구
그림 17은 기존의 노선이 있을 때의 지형 모델(상)과 기존의 노선에 계획노선을 결합하여 지형을 모델링(하)한 것으로 계획 구간에 대한 변화를 3차원적으로 확인할 수 있다. 또한 여러 가지 방안의 계획 노선을 설계하였을 때에도 3차원 지형 모델을 통하여 바로 3차원 위치와 토공량 등을 확인할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
평면선형은 무엇으로 구성되는가?
선형은 도로중심선이 입체적으로 그리는 형상이며, 그중 도로중심선이 평면적으로 그리는 형상을 평면선형이라 하고, 종단적으로 그리는 형상을 종단선형이라 한다. 평면선형은 직선, 원곡선 및 완화곡선으로 구성되고 종단 선형은 직선과 종단곡선으로 구성된다(Fitzpatrick, 2000).
종단경사란?
종단경사는 도로의 진행방향 중심선 길이에 대한 높이의 변화 비율을 말하며, 차량이 속도를 떨어뜨리는 일이 없이 쾌적한 주행을 할 수 있게 하려면 되도록 완만하게 해야 하며, 도로구조시설기준에는 최대종단경사를 표 2와 같이 규정짓고 있다(권호진 등, 2007; Veras, 1995).
도로계획의 순서를 설명하면?
개략계획은 축척 1:50,000 ～ 1:25,000 지형도를 이용하여 프리 핸드(free hand)로 평면선형을 개략적으로 그린다. 개략적인 노선의 통과위치만 정하면 되며, 여러 경로를 생각할 수 있는 곳에서는 비교 노선으로 몇 개의 노선을 그린다. 폭은 보통 수백 m정도이다.
예비설계는 개략계획에서 정해진 대상 범위에 노선의 위치를 설정하는 작업이다. 노선 선정하기 전 기준점을 설정하고, 기준점을 누비듯 되도록 짧게 또 지형에 맞는 선형이 얻어지도록 지형도 위에 프리핸드로 선을 그리고, 그 선형이 도로구조시설기준에 적합한지 여부를 판단하며 작업한 다음에 노선중심선을 그린다. 후에 100m마다 종단선형을 설정한 후 개략 공사비를 산출 후 최종 노선을 결정한다.
기본설계는 축척 1:5,000 지형도를 이용하여 위치도, 평면도, 종횡단면도, 구조물도 등을 작성한다. 이 단계에서는 공사개요, 계획 및 방침(위치선정, 주요 구조물 및 수리계획등), 주요시공계획, 개략공정계획, 공사비 등 기본적인 내용을 표기한다.
실시설계에서는 기본설계를 구체화하여 실제 시공에 필요한 설계사항을 도면에 표기하는 단계로 축척 1:1,200 지형도를 이용하여 중심선을 확정하고 세부 선형설계, 토질조사 및 측량, 구조물의 상세설계, 포장설계, 부대시설 설계 등을 실시하게 된다(최기주 등, 2001).
참고문헌 (7)
권호진, 진명섭, 김종열 (2007), 최신 도로공학, 기문당, pp. 103- 122
김영표 (1998), GIS의 기초와 실제, 국토개발연구원, pp. 29-37
최기주, 서본양 (2001), GIS기반의 도로계획 및 도선선정 방안개발, 대한토목학회논문집, 제21권 제6-D호, pp. 824-828
Veras, J. H. (1995), Comparative Assessment of AHP and MAV in Highway Planning : Case Study, Journal of Transportation Engineering. Vol. 121, No. 2
Raper, J. (1989), Three Dimensional Application in Geographic Information System, Taylor & Francis, pp. 16-54
Fitzpatrick, K. (2000), Evaluation of Design Consistency Methods for Two-lane Rural Highways, Executive Summary, FHWARD-99-173
Hollingshead, M. (1994), Elling the Highway and Byways, GIST(94), AASHOTO
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