차량의 바퀴궤적의 횡방항 변동을 의미하는 원더링(wandering)은 포장의 설계 및 유지보수를 위하여 중요한 요소임에도 불구하고 계측의 어려움 때문에 심도 있게 다루어지지 못하고 있다. 본 연구에서는 왕복 2차로(3.5m차로 폭)와 4차로(3.25m 및 3.5m 차로 폭)인 일반국도 직선 구간에서 차량 바퀴궤적을 조사하여 횡방향 이동 특성을 분석하였다. 조사 결과에서 좌우 바퀴 위치는 서로 다른 분포형태를 보였으며, 포장 설계에 적용할 경우 좌측바퀴에 의하여 얻어진 분포의 특성치가 포장에 미치는 영향이 더 크기 때문에 좌측바퀴의 특성치를 적용하는 것이 합리적인 것으로 나타났다. 좌측바퀴 위치의 평균값은 좌측차선을 기준으로 할 때, 승용 승합차량인 경우 3.25m차로 폭에서 59.5cm, 3.5m일 경우 80.7cm에 위치하였고, 화물차량일 경우 각각 58.4cm와 73.6cm인 것으로 나타났다. 차량 축수에 따른 구분에서 2축 차량의 경우 차로 폭에 따라서 60.7cm와 79.1cm 이고, 3축이상일 경우 44.5cm 및 69.2cm 인 것으로 나타났다. 결국, 바퀴의 중심위치는 차로 폭에 따라 다르며, 그 차는 차로 폭의 차이에 기인하는 것으로 판단된다.
차량의 바퀴궤적의 횡방항 변동을 의미하는 원더링(wandering)은 포장의 설계 및 유지보수를 위하여 중요한 요소임에도 불구하고 계측의 어려움 때문에 심도 있게 다루어지지 못하고 있다. 본 연구에서는 왕복 2차로(3.5m차로 폭)와 4차로(3.25m 및 3.5m 차로 폭)인 일반국도 직선 구간에서 차량 바퀴궤적을 조사하여 횡방향 이동 특성을 분석하였다. 조사 결과에서 좌우 바퀴 위치는 서로 다른 분포형태를 보였으며, 포장 설계에 적용할 경우 좌측바퀴에 의하여 얻어진 분포의 특성치가 포장에 미치는 영향이 더 크기 때문에 좌측바퀴의 특성치를 적용하는 것이 합리적인 것으로 나타났다. 좌측바퀴 위치의 평균값은 좌측차선을 기준으로 할 때, 승용 승합차량인 경우 3.25m차로 폭에서 59.5cm, 3.5m일 경우 80.7cm에 위치하였고, 화물차량일 경우 각각 58.4cm와 73.6cm인 것으로 나타났다. 차량 축수에 따른 구분에서 2축 차량의 경우 차로 폭에 따라서 60.7cm와 79.1cm 이고, 3축이상일 경우 44.5cm 및 69.2cm 인 것으로 나타났다. 결국, 바퀴의 중심위치는 차로 폭에 따라 다르며, 그 차는 차로 폭의 차이에 기인하는 것으로 판단된다.
Wandering, variation of wheel tracks, has not been considered as an important factor for pavement designs and maintenance due to measuring difficulties. In order to investigate vehicle lateral displacements on roadways, this study measured wheel tracks on two-lane and four-lane National highways wit...
Wandering, variation of wheel tracks, has not been considered as an important factor for pavement designs and maintenance due to measuring difficulties. In order to investigate vehicle lateral displacements on roadways, this study measured wheel tracks on two-lane and four-lane National highways with lane widths 3.25m and 3.5m. The results showed that the tracks of left and right wheels were distributed into different forms, and those of left wheels were more concentrated. In the mean of the left distributions, 59.5cm and 80.7cm were obtained on lane widths 3.25m and 3.5m respectively by cars, and 58.4cm and 73.6cm were obtained by trucks. These mean differences seem to be generated from those between the lane widths. It is recommended to apply the distribution of left wheel tracks for pavement designs.
Wandering, variation of wheel tracks, has not been considered as an important factor for pavement designs and maintenance due to measuring difficulties. In order to investigate vehicle lateral displacements on roadways, this study measured wheel tracks on two-lane and four-lane National highways with lane widths 3.25m and 3.5m. The results showed that the tracks of left and right wheels were distributed into different forms, and those of left wheels were more concentrated. In the mean of the left distributions, 59.5cm and 80.7cm were obtained on lane widths 3.25m and 3.5m respectively by cars, and 58.4cm and 73.6cm were obtained by trucks. These mean differences seem to be generated from those between the lane widths. It is recommended to apply the distribution of left wheel tracks for pavement designs.
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문제 정의
예를 들어, 2축 차량의 경우 바퀴가 지나간 회수는 차량 축수인 2회가 된다. 본 연구에서는 원더링 분포를 추정하기 위하여 바퀴궤적의 위치를 조사할 때, 해당 차량의 축수만큼 통과 횟수를 증가시 켜 계산하였다.<그림 3>은 차로내 통과 위치 자료를 좌측 차선을 기점으로 하여 10cm 단위로 계급화한 것이다.
본 연구에서는 차량 바퀴궤적의 위치 자료를 수집하기 위하여 자체 수집 장비를 개발하였다. 통과 차량을 인식하기 위한 검지 부분에 사용된 센서는 차량의 축 (Axle) 검지 목적으로 개발된 테 잎스위치 (Tape- Switch) 센서로 바퀴가 센서를 밟을 때 “on” 신호를 지나갈 때 “off” 신호를 발생시켜 바퀴가 센서를 통과하는 시각을 정확히 기록한다.
포장설계에 원더링 효과를 반영하려면 차량 바퀴 궤적의 중심선이 차선으로부터 위치하는 지점과 분산 정도에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구의 목적은 차량의 횡방향 변동을 포장설계에 반영하기 위하여 주행 중인 차량의 바퀴궤적을 조사하여 원더링 분포를 추정하는 것이다.
현재 개발중인 한국형 포장설계법에 원더링에 관련 설계입력 자료에 활용하기 위해서는 시험 도로가 아닌 실제 도로 상에서 도로의 종류, 차로 폭, 다양한 차종 구성에 대해서 자료를 수집하고 이를 일반화하는 과정이 필요하다. 이러한 차원에서 차로 폭에 따른 차량 바퀴의 횡방향 이동 특성(혹은 원더링 특성치)를 제시하였다.
차량바퀴의 횡방향 이동을 조사를 위해서 개발된 장비의 검증과 통과 차량에 대한 차종, 축거, 및 기타 교통- 관련 자료를 함께 얻기 위하여 기존에 일반국도에 설치되어 있는 상시 교통량 조사 장비 (AVC)와 동일지점에 대해서 조사를 실시하였다. 조사지점은 경기도 지역에 위치한 일반국도 37호선 두 곳과 일반국도 1호선 상의한 곳이 선택되었다.
가설 설정
t3)을 사용한다. 식 1에 의한 속도는 바퀴 궤적수집 장비 영역 내(본 연구에서는 3.0m 적용)의 공간속도를 의미하지만, 차량의 윤거 및 좌우 여유폭을 계산에서는 정속도로 차량이 통과한다는 것을 가정한다.
이러한 원더링으로 인하여 포장 면에 접하는 차량의 바퀴는 한 곳에 집중되는 것이 아니라, 일정 분포를 형성하여 주변에 분산된다. 즉, 다른 조건이 동일할 경우 원더링이 심할수록 포장의 파손이 적을 것이다.
제안 방법
셋째 방법으로는 Hornyak et al.(2007)의 연구에서 적용한 방법으로 181.8cm 길이의 2개의 횡방향 피에죠 센서를 212.1cm의 30도 각도의 사선으로 설치한 센서의 매설을 통해서 최외곽 차로를 주행하는 차량의 오른쪽 바퀴의 위치만을 계측 가능한 시스템을 활용하여 차량의 바퀴위치를 계즉하였다. 넷째 방법으로는 도로 변에 일정거리 이격된 곳에 거리측정이 가능한 레이져 검지기를 설치하고 이를 통하여 차량의 이격거리 측정하는 것이다(김낙석외 3인, 2007 년).
개발한 치량의 바퀴궤적 수집 장, 비의 구조는 두개의테잎스위치 센서를 3.0m 간격으로 설치하여 통과 차량의 속도를 얻고, 그 사이에 또 다른 테잎스위치 센서를 사선으로 설치하여 바퀴궤적을 추적한다.<그림 1>은 테잎스위치 센서의 설치 위치 및 바퀴궤적 자료 수집을 위하여 추출되는 시각과 거리자료를 보여 준다.
조명환 외 3인(2008)은 이동하중의 재하 위치로 부터의 일정 거리 이격된 곳에서 포장체의 변형특성을 분석하기 위하여 차량의 운행속도 30, 50, 80km/hr로 차량을 주행시키고 원더 링에 따른 변형효과를 분석하였다. 두 논문 모두 아스팔트 포장 거동특성 연구에 적용한 50m 이격된 2개의 수평으로 매설된 피에죠센서와 45도 각도로 설치된피에죠 센서를 활용한 원더링 자료 수집 장비를 활용하였고, 포장 공용성 예측을 위한 핵심적 인 사항중 하나로 제시하고 있다. 강민수(2001)는 원더링은 차로 폭, 차체 폭, 주행속도, 운전자 성향에 영향을 받으며 다양한 분포의 형태를 갖는 것으로 제시하였다.
첫째, 동일 차량에 대하여 기존의 상시 교통량 조사 장비 (AVC)에서 산출되는 속도자료와 자체 개발 장비로부터 산출되는 속도자료를 비교하였다. 둘째, 각각의 장비로부터 산출되는 첫 번째 축과 두번째 축의 축간 거 리(축거)를 비교하였다.
바퀴궤적 조사는 선형에 의한 영향을 배제시키기 위하여 일반국도의 직선구간에서 이루어졌으며, 왕복 2차로(3.5 m 차로 폭)와 4차로(3.25 m 및 3.5 m 차로 폭) 구간에서 좌측 차선에서 좌측 바퀴까지의 거리인 좌측여유 폭을 계측하였다. 이들 자료에 대한 정확성을 기존의 상시 교통량 조사 장비의 자료와 비교하여 속도 및 산출한 축간거 리의 정확도를 평가하였다.
바퀴궤적 조사를 위하여 테잎스위치를 이용한 윤거측정 장비를 자체 개발하여 일반국도에서 차로 수, 차로 폭, 차량축수별, 차종별 차량바퀴 궤적의 위치 자료를 수집하여 분석하였다. 차종별 특성 분석을 위해서 현재 운영 중인 상시교통량 조사지 점 (Automatic Vehicle Classification, 수집자료: 차종, 속도, 죽수, 죽 간 거리 등)과 자체 제작한 데이터 수집장비(수집자료: 속도, 축수, 축간거 리, 윤거 , 차량 바퀴의 좌우 위치 자료 등)를동일지점에 설치하였다.
5 m 차로 폭) 구간에서 좌측 차선에서 좌측 바퀴까지의 거리인 좌측여유 폭을 계측하였다. 이들 자료에 대한 정확성을 기존의 상시 교통량 조사 장비의 자료와 비교하여 속도 및 산출한 축간거 리의 정확도를 평가하였다. 해당 자료에 대하여 차량용도별(승용승합, 화물차)과 차량축수별( 2 축 차량과 3축 이상 차량)로 구분했으며, 이들 차종 구분 각각에 대하여 좌측 바퀴의 위치와 우측바퀴의 위치에 대한 평균과 표준편차를 제시하였다.
자료 수집 과정에서 상시 교통량 조사 장비와 자체 개발한 장비는 서로 독립적으로 운영되기에 두 장비에 대한 시각 동기화를 시킨후 각각 자료를 수집하였다. 따라서 차량 진행과 더불어 상시교통량조사 장비에서 차종, 속도, 축거 등의 자료가 수집되고 圧한 자체 개발된 장비에서도 동일 차량에 대하여 차량속도, 축거, 윤거, 좌우측 바퀴여유폭 등이 얻어진다.
자체 개발한 장비의 정확도를 확인하기 위하여 두 가지 항목에 대하여 비교하였다. 첫째, 동일 차량에 대하여 기존의 상시 교통량 조사 장비 (AVC)에서 산출되는 속도자료와 자체 개발 장비로부터 산출되는 속도자료를 비교하였다.
거리로 정의하였다. 조사된 차량의 바퀴궤적에 대한 좌우 여유폭을 위에서 언급된 수식을 이용하여 구하였다.<표 3>은 조사지점별 좌우 여유폭에 대한 평균, 표준편차을 제시하였다.
비교하였다. 첫째, 동일 차량에 대하여 기존의 상시 교통량 조사 장비 (AVC)에서 산출되는 속도자료와 자체 개발 장비로부터 산출되는 속도자료를 비교하였다. 둘째, 각각의 장비로부터 산출되는 첫 번째 축과 두번째 축의 축간 거 리(축거)를 비교하였다.
이들 자료에 대한 정확성을 기존의 상시 교통량 조사 장비의 자료와 비교하여 속도 및 산출한 축간거 리의 정확도를 평가하였다. 해당 자료에 대하여 차량용도별(승용승합, 화물차)과 차량축수별( 2 축 차량과 3축 이상 차량)로 구분했으며, 이들 차종 구분 각각에 대하여 좌측 바퀴의 위치와 우측바퀴의 위치에 대한 평균과 표준편차를 제시하였다. 또한 이들 값이 차로 폭에 따라서 통계학적으로 서로 상이하다는 것을 일방향 분산분석을 통해서 규명하였다.
대상 데이터
조사를 실시하였다. 조사지점은 경기도 지역에 위치한 일반국도 37호선 두 곳과 일반국도 1호선 상의한 곳이 선택되었다. 일반국도 37호선 상의한 지점은 왕복 4차로로 운영 중이고 다른 1지점은 왕복 2차로 운영 중인 곳으로 차로 폭은 모두 3.
분석하였다. 차종별 특성 분석을 위해서 현재 운영 중인 상시교통량 조사지 점 (Automatic Vehicle Classification, 수집자료: 차종, 속도, 죽수, 죽 간 거리 등)과 자체 제작한 데이터 수집장비(수집자료: 속도, 축수, 축간거 리, 윤거 , 차량 바퀴의 좌우 위치 자료 등)를동일지점에 설치하였다.
총 3, 800대 차량의 바퀴궤적이 차로 폭(3.25m, 3.5m)과 차로수(2차로, 4차로)로 구분해서 조사되었다. 차로 폭이 3.
통과 차량을 인식하기 위한 검지 부분에 사용된 센서는 차량의 축 (Axle) 검지 목적으로 개발된 테 잎스위치 (Tape- Switch) 센서로 바퀴가 센서를 밟을 때 “on” 신호를 지나갈 때 “off” 신호를 발생시켜 바퀴가 센서를 통과하는 시각을 정확히 기록한다. 테잎스위치 센서를 활용한 장비에서 차량의 좌우 바퀴의 궤적의 위치자료, 차량윤거, 차량속도, 축수, 축간거리 등의 자료를 수집한다. 자체 개발한 장비는 원더링 계측 방법중 Hornyak et al.
데이터처리
해당 자료에 대하여 차량용도별(승용승합, 화물차)과 차량축수별( 2 축 차량과 3축 이상 차량)로 구분했으며, 이들 차종 구분 각각에 대하여 좌측 바퀴의 위치와 우측바퀴의 위치에 대한 평균과 표준편차를 제시하였다. 또한 이들 값이 차로 폭에 따라서 통계학적으로 서로 상이하다는 것을 일방향 분산분석을 통해서 규명하였다.
조사된 차량의 바퀴궤적에 대한 좌우 여유폭을 위에서 언급된 수식을 이용하여 구하였다.<표 3>은 조사지점별 좌우 여유폭에 대한 평균, 표준편차을 제시하였다.
차로 폭 요인에 따른 바퀴위치의 차이여부를 검정하기 위하여 일방향 분산분석을 시행하였다. 일방향 분산분석(One-way ANOVA)은 한 개의 실험요인에 대한 여러 개의 다른 처리(treatments)가 가져오는 효과에 대한 차이를 검정하는 것으로 인자 수준에 따른 반응값의 차이를 알고자 할 때 사용하는 방법이다.
평가지표로 절대오차백분율(MAPE), 상관계수, 짝진 표본에 대한 t 검정을 사용하였다. 짝진 표본에 대한 t 검정에서는 평균속도#의 차와 평균축거#의 차를 각각# 이라는 귀무가설(H0)로 설정하고 검정을 하였다.
성능/효과
19cm로 산출되었다. 3.5m 차로 폭에서는 승용승합차량은 80.70cm와 238.15cm 이고 화물차량 에서는 73.62cm 와 251.65cm로 산출되었다. 동일한 자료에 대하여 차량의 종류를 2축 차량과 3축 이상 차량으로 구분했을 때는 차로 폭 3.
좌우 바퀴 모두에서 차로 폭이 넓으면 원더 링폭도 넓은 것을 알 수 있다. 또한 우측바퀴의 원더링 폭이 좌측바퀴의 원더링 폭보다 넓은 것으로 분석되었다.
후속연구
실제 주행차량들의 원더 링 효과를 반영한다면 동일한 장래의 계획교통 하중에 대하여 설계포장수명은 늘어나게 될 것이다. 포장설계에 원더링 효과를 반영하려면 차량 바퀴 궤적의 중심선이 차선으로부터 위치하는 지점과 분산 정도에 대한 연구가 선행되어야 한다. 본 연구의 목적은 차량의 횡방향 변동을 포장설계에 반영하기 위하여 주행 중인 차량의 바퀴궤적을 조사하여 원더링 분포를 추정하는 것이다.
있다. 향후 연구에서는 포장에 가해지는 차량의 하중의 크기별로 해당 하중이 작용하는 위치에 대한 검토가 필요할 것으로 본다.
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