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온도의 영향에 대한 Weigh-In-Motion 시스템의 차량중량자료 보정기법
Calibration Method of Vehicle Weight Data from Weigh-In-Motion System According to Temperature Effects 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.12 no.4 = no.46, 2010년, pp.187 - 196  

황의승 (경희대학교 공대대학 토목공학과) ,  이상우 (경희대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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본 논문의 목적은 장기적인 차량중량자료의 획득을 위하여 설치된 Weigh-In-Motion(WIM)시스템의 정확도를 개선하기 위한 온도영향 보정기법을 개발하는 것이다. 이를 위해 국내 교통량통계연보에 근거하여 중차량교통량이 많은 지역 중 한 곳을 선정하고 WIM 시스템을 설치하여 2010년 1월부터 차량의 중량자료를 획득하였다. 본 연구에서는 획득한 자료 가운데 5월부터 8월까지의 WIM 자료에 대하여 온도에 따른 영향을 보정하기 위하여 화물적재량에 따른 영향을 가장 덜 받아 상대적으로 일정한 중량값을 나타내는 10종 차량(5축 세미트랙터트레일러)의 첫 번째 축의 중량자료를 이용하였다. 이로부터 일평균, 최대 및 최저기온에 따른 보정식을 개발하였다. 마지막으로 새로 얻어진 차량중량자료를 분석하여 보정방법의 적정함을 나타내었고 재현주기별 극한하중 예측을 통해 보정 전,후의 자료값의 차이를 비교하였다. 이 연구의 결과는 WIM system으로 얻게 되는 장기적인 차량중량자료의 정확도를 향상시킴으로써 도로포장 설계 및 교량설계를 위한 설계차량활하중모형의 합리적인 선택에 기여할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to develop the calibration method for temperature effects to improve the accuracy of the Weigh-In-Motion(WIM) system for collecting long-term truck weight data. WIM system was installed at a location where the truck traffic volume is high and weight data has been collect...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1월의 보정시험은 시스템이 설치된 직후, 센서 설치에 사용되는 에폭시가 완전히 굳기 전에 실시되었기 때문에 그 정확도가 떨어지는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 4월말에 실시된 2차 보정작업 후인 5월부터 8월의 자료에 대해서 분석하였다. 5월 보정값은 1차로 0.
  • 본 논문에서는 WIM시스템으로부터 얻어지는 차량중량자료의 정확도를 향상시키기 위하여 온도에 의한 영향을 분석하고 이를 보정하는 식을 제안하였다. 이를 위하여 국내 교통량통계연보(국토해양부, 2008)에 근거하여 중차량 교통량이 많은 지역 중 한 곳을 선정하고 WIM시스템을 설치하여 2010년 1월부터 차량의 중량자료를 획득하였다.
  • 교량설계핵심기술연구단의 연구에서는 주로 일주일 내외의 단기간의 자료를 이용하였기 때문에 일평균기온의 변화에 의한 영향은 크지 않으리라 판단된다. 본 논문에서는 교량설계핵심기술연구단에서 사용한 방법을 그대로 이용하고 온도에 따른 보정을 하기 전과 후의 자료를 분석하여 그 결과치인 최대극한중량을 비교해 보았다. 그림 17은 5월부터 8월까지의 차량 중량 자료중 상위 5%, 10%의 자료를 Gumbel 확률지에 도시한 그림이며 선형의 추세선식을 나타내었다.
  • 본 논문에서는 포장설계 및 교량설계시 이용되는 WIM시스템의 중차량 중량자료의 정확성을 확보하기 위한 온도에 대한 보정기법을 개발하고 적절한 보정식을 제안하였다. 이를 위해기설치된 WIM시스템으로부터 5월부터 8월까지의 WIM시스템 자료를 분석하였고 화물 적재량에 가장 적은 영향을 받는 10종 차량의 첫 번째 축의 중량은 적재량과 상관없이 거의 일정하다는 점을 이용하여 온도와 WIM시스템의 차량 중량 자료간의 상관관계를 밝혔다.
  • 각 형식의 특성은 아래의 표 1과 같다(권순민, 2009, 2010). 본 연구에서는 과적차량의 단속을 하기 보다는 설계축하중모형 또는 교량 활하중모형을 개발하기 위한 연구이므로 축중량의 정밀도는 약간 떨어지지만 설치가 간편한 피에조일렉트릭(Piezo electric) 센서를 설치하였다. loop센서는 차량의 유무와 차량의 길이를 측정하는 역할을 하고 piezo sensor는 차량의 속도, 바퀴의 개수, 하중을 측정하게 된다.
  • 위에서 평균기온과 시간에 따른 보정계수를 이용한 식을 제안했다. 그러나 이렇게 제안된 식은 얻어진 많은 데이터에 대해 매번 평균기온, 시간별에 따른 보정작업을 해야 하는 단점이 있다.
  • 그러나 이렇게 제안된 식은 얻어진 많은 데이터에 대해 매번 평균기온, 시간별에 따른 보정작업을 해야 하는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고 WIM시스템에서 중량계측시의 온도를 직접 계측하여 자료 수집 즉시 온도 보정을 실시할 수 있도록 하기 위해 본 연구에서는 새로운 보정식을 개발하였다. 이 방법은 본체 내에 온도센서를 설치하여 중량계측과 동시에 온도를 측정하고 WIM시스템에 내장된 소프트웨어를 이용하여 온도에 따라 쉽게 보정할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
축중센서는 무엇으로 나뉘는가? WIM시스템은 센서의 종류 및 구성에 따라 여러 가지 종류가 있는데 본 연구를 위하여 설치된 시스템은 그림 1과 같이 2개의 축중센서(piezo sensor)와 1개의 loop sensor 및 본체(controller)로 구성되어 있다. 축중센서는 특성에 따라 벤딩플레이트(Bending plate)형식, 피에조일렉트릭(Piezo electric) 형식, 피에조세라믹(Piezo ceramic) 형식, 피에조퀄츠(Piezo quartz) 형식 등으로 나누어진다. 벤딩플레이트 형식은 주로 저속축중계시스템에, 피에조형식은 고속축중계시스템에 사용된다.
벤딩플레이트 형식은 어디에 사용되는가? 축중센서는 특성에 따라 벤딩플레이트(Bending plate)형식, 피에조일렉트릭(Piezo electric) 형식, 피에조세라믹(Piezo ceramic) 형식, 피에조퀄츠(Piezo quartz) 형식 등으로 나누어진다. 벤딩플레이트 형식은 주로 저속축중계시스템에, 피에조형식은 고속축중계시스템에 사용된다. 각 형식의 특성은 아래의 표 1과 같다(권순민, 2009, 2010).
Weigh-InMotion 시스템의 장점은? 이를 극복하기 위하여 도로의 노면에 센서를 설치하여 고속으로 주행하는 차량의 통행특성 및 중량특성을 획득하는 Weigh-InMotion(WIM) 시스템이 개발되어 사용되고 있다. 이 시스템은 차량을 정지시키지 않으며 운전자가 인지하지 못한 상태에서 중량이 계측되기 때문에 신뢰성 높은 자료를 얻을 수 있는 장점이 있다. 반면에 이 시스템은 노면에 설치되는 센서의 차량중량에 대한 응답을 측정하여 중량으로 환산하기 때문에 차량의 진동에 의한 오차가 있으며 시간에 따른 센서의 특성 변화, 온도에 따른 포장체의 변형과 물성변화에 따른 오차가 발생할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. 권순민,서영찬 (2009) 고속축하중측정시스템 개발과 과적단속시스템 적용방안 연구, 2009년도 한국도로학회논문집, 한국도로학회 제11권 제4호, pp69-78 

  2. 권순민,박희구,김지원,강경구 (2010) 과적단속을 위한 고속축중계 시스템의 성능향상 방안 연구, 한국ITS학회 2010년도 춘계학술대회, 한국ITS학회, pp 151-156 

  3. 교량설계핵심기술연구단(2008). 합리적 설계고도화를 위한 신뢰도 기반 설계기준 개발, 최종보고서. 

  4. 국토해양부(2008). 2007 도로교통량통계연보. 국토해양부 

  5. 남영국 (2004). 도로포장공학, 구미서관. 

  6. 진재헌(2007) Weigh-In-Motion System을 이용한 차량 활하중모형개발에 관한 연구. 석사학위논문. 경희대학교 

  7. 황의승(2008). 신뢰도기반 도로교설계기준을 위한 활하중모형 개발. 교량설계핵심기술연구단 기술총서 

  8. AASHTO (1996), Standard Specifications for Highway Bridges, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC. 

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