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가설 설정
- 2. Target area is the zone that is affected by traffic noise and vibration.
제안 방법
- 도로교통소음과 관련하여 과거에 수행된 연구내용을 검토하였으며 도로교통소음 관련 기준 및 우리나라에서 공식적으로 사용하고 있는 도로교통소음 예측 모형등에 대한 검토를 수행하였다.
- 앞의 기존 연구에서는 조사의 현실적 제약으로 인해 도시고속도로의 혼잡, 비혼잡 시간대를 고려한 시간대별 교통량과 속도에 따른 소음도를 제시하지 못하였다. 따라서, 본 연구에서는 강변북로변 정온시설 12곳에서 다양한 시간대별로 측정된 소음도와 해당시간대의 교통량, 속도를 감안하여 소음도에 더 큰 영향을 미치는 요소를 분석하는데 기존 연구와의 차별을 두었다.
- 독립변수들간의 상관관계가 지나치게 높을 경우 다중공선성이 존재한다고 볼 수 있으며 다중공선성이 존재할 경우 종속변수를 설명하는 개별 독립변수들의 변량을 해석하는 것이 모호해지며 회귀계수를 비교하는 것이 무의미해진다. 따라서, 이 모형의 다중공선성 진단과 잔차의 독립성 검정을 시행하였다. 다중공선성 진단 결과 독립변수들간에는 다중 공선성이 존재하지 않는다고 볼 수 있는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 도로 교통조건, 기하구조 조건, 환경조건과 관련되는 ‘교통소음’ 요인들을 검토하여 (1) ‘도로교통소음’을 가장 잘 설명하는 주요 핵심 변수를 구분한다.
- 12개소에는 대부분 정온시설인 아파트가 위치하고 있으며, N-7번 지점은 경부선 철도가 주변에 위치하고 있다. 소음 측정시 도로교통소음으로 인해 영향을 받는 아파트 단지의 주택 실내에서 실제 소음도를 측정하여야 하나 주민 민원 등의 현실적인 여건으로 인해 아파트 단지내부인 1층에서 소음도를 측정하였다.
- 소음도 측정방법은 「환경분야 시험·검사 등에 관한 법률」 제6조제1항제2호에 해당하는 분야에 대한 「환경오염공정시험기준」에서 정하는 바에 따라 시행하였으며, 5분간 등가 소음도【Leq dB(A)】를 주간(06:00 -22:00)은 2시간 간격으로 4회 측정, 야간(22:00 -06:00)은 2시간 간격으로 2회 측정하였다. 소음계의 특성은 빠름(Fast)을 사용하여 측정하였다.
- 소음도 측정방법은 「환경분야 시험·검사 등에 관한 법률」 제6조제1항제2호에 해당하는 분야에 대한 「환경오염공정시험기준」에서 정하는 바에 따라 시행하였으며, 5분간 등가 소음도【Leq dB(A)】를 주간(06:00 -22:00)은 2시간 간격으로 4회 측정, 야간(22:00 -06:00)은 2시간 간격으로 2회 측정하였다.
- 소음도는 요일별로 소음변동이 적은 평일(월요일부터 금요일사이)에 당해지역의 도로교통소음을 측정하였으며 조사대상 지점별 소음도는 1개 지점에서 지점당 6회의 소음도를 3회에 나누어 총 18회를 측정, 12개 지점에서 12일간 216회를 측정하여 데이터를 수집하였다. 대상지역 전체를 일괄적으로 동일한 시간대에 조사하면 더 정확한 자료를 산출할 수 있지만 조사대상지점이 방대하고 측정 장비를 동시에 운영할 수 없어서 같은 시간대에 동시에 조사하지는 못하였다.
- 소음도에 영향을 미치는 요소를 분석하기 위해 측정된 소음도, 교통량, 속도, 수음점에서의 거리, 방음벽 높이, 양방향(일산방향, 구리방향) 도로간의 간격을 변수로 하여 상관관계를 분석하였다. N=1~N=12 지점에서 측정된 216회의 소음도를 기준으로 하였으나, N-7번 지점의 개별 소음도 측정 자료 분석 결과 소음도에 일관성이 없으며 이는 철도소음에 대한 영향으로 판단되어 표본선택에서 제외하였다.
- 회귀분석 결과 소음도에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 교통량인 것으로 나타났으며, 속도가 가장 낮게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이를 교통량-속도 자료와 비교하기 위해 소음도를 교통조건에 따른 교통량-속도 곡선에 대입하였다. 측정된 자료는 강변북로의 시간대별 교통량-속도 곡선을 나타내는데 소통이 원활할 경우 소음도 범위는 낮게 형성되고 정체 상태에서는 소음도가 증가하게 된다.
- 이를 위해 일반국도를 중심으로 한 24시간 등가 소음레벨에 대한 연구를 수행하였으며, 그 결과 현재 측정방법으로 ‘교통량’이 많고 ‘속도’가 일정한 주간 시간대의 경우 적절한 자료수집이 용이하였으나, 야간 시간대의 경우 적절한 자료수집이 불가함을 지적하였다.
- 해당 과정을 통하여 (2) ‘교통량’과 ‘속도’ 변수 중 ‘교통소음’ 수준에 영향을 미치는 핵심 변수를 도출하고, 도출된 변수를 토대로 (3) 혼잡상황과 비혼잡상황을 고려한 교통공학측면에서 합리적인 ‘도로교통소음’ 추정모형을 제시한다.
대상 데이터
- 8/2~8/5, 11/29~12/2, 2011. 4/19~22일의 성산대교~반포대교 구간 시간대별 교통량 및 속도자료를 이용하였다. 교통량 및 속도 자료는 서울시 도시고속도로 교통관리센터의 지점별 검지기 자료를 활용하여 구간별 교통량 및 속도 자료로 변환하였고, 해당 자료를 이용하여 용량과 밀도, 구간별 서비스 수준을 분석한 결과 강변북로는 일반적으로 07시~20시까지 대부분 정체 상황인 것으로 나타났다.
- 도시고속도로인 강변북로 구간의 12개소를 선정하였다. 12개소에는 대부분 정온시설인 아파트가 위치하고 있으며, N-7번 지점은 경부선 철도가 주변에 위치하고 있다.
- N=1~N=12 지점에서 측정된 216회의 소음도를 기준으로 하였으나, N-7번 지점의 개별 소음도 측정 자료 분석 결과 소음도에 일관성이 없으며 이는 철도소음에 대한 영향으로 판단되어 표본선택에서 제외하였다. 따라서, 측정된 자료중 총 198개의 표본을 선택하여 분석을 시행하였다.
- 본 연구에서는 서울시의 도시고속도로인 강변북로를 대상으로 인접 주거지역에서 시간대별로 도로교통소음 자료를 수집하였다. 소음도 측정결과 도로변 지역의 소음도에 영향을 미치는 교통조건 요소는 아래와 같다.
- 본 연구의 대상으로 서울시의 동서를 관통하는 도시고속도로인 강변북로를 선정하였다([Table 3] 참조).
- 조사 대상 지점은 주로 정온시설(아파트, 학교 등)이 위치한 지점으로서 소음의 영향이 큰 지점을 선정하였다. 도시고속도로 주변에는 도로교통소음이 생활에 미치는 영향이 크고 차량 타이어 분진 등으로 인한 환경 영향 등을 최소화하기 위해 대부분 방음시설(방음벽, 방음둑 등)이 설치되어 있다.
데이터처리
- 상관관계가 있음이 나타난 4개의 독립변수를 이용하여 다중회귀분석을 시행하였다. 다중회귀분석시 독립변수 중에서 설명력이 높고 회귀계수들의 통계적 유의도가 가장 높은 변수부터 단계적으로 투입하다가 회귀계수 유의수준이 0.05이하가 되면 탈락되는 stepwise 방법에 의하여 선택된 변수를 바탕으로 모형의 적합성을 판단하기 위해 다중공선성 진단과 잔차분석을 실시하였다. 회귀분석 결과 교통량, 수음점거리, 속도의 변수가 투입되었으며, 방음벽 높이는 단계선택에서 제외되었다.
- 한편, 양방향 도로간격은 통계적으로 유의한 상관관계를 가지지 않는 것으로 나타났다. 상관관계가 유의한 것으로 나타난 교통량, 속도, 수음점 거리, 방음벽 높이 등 총 4개의 변수를 선정하여 회귀분석을 시행하였다.
- 상관관계가 있음이 나타난 4개의 독립변수를 이용하여 다중회귀분석을 시행하였다. 다중회귀분석시 독립변수 중에서 설명력이 높고 회귀계수들의 통계적 유의도가 가장 높은 변수부터 단계적으로 투입하다가 회귀계수 유의수준이 0.
성능/효과
- 4/19~22일의 성산대교~반포대교 구간 시간대별 교통량 및 속도자료를 이용하였다. 교통량 및 속도 자료는 서울시 도시고속도로 교통관리센터의 지점별 검지기 자료를 활용하여 구간별 교통량 및 속도 자료로 변환하였고, 해당 자료를 이용하여 용량과 밀도, 구간별 서비스 수준을 분석한 결과 강변북로는 일반적으로 07시~20시까지 대부분 정체 상황인 것으로 나타났다.
- 그 결과 ‘교통소음’에 ‘교통량’보다 ‘평균속도’가 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 분석하였다.
- 따라서, 이 모형의 다중공선성 진단과 잔차의 독립성 검정을 시행하였다. 다중공선성 진단 결과 독립변수들간에는 다중 공선성이 존재하지 않는다고 볼 수 있는 것으로 나타났다.
- 대체적으로 수음점에서의 거리가 가까울수록 소음도의 최대값, 최소값, 평균값이 높으며, 거리가 멀어질수록 낮아지는 경향이 나타났다. 또한, 방음벽이 설치되지 않은 동작대교~반포대교 구간(N-12)은 평균소음도가 가장 높게 나타났으며, 소음도의 최대값과 최소값 차이 및 표준편차도 가장 높은 것으로 나타났다.
- 독립변수간 상관관계 분석 결과 (1) 소음도와 교통량은 0.774, (2) 소음도와 속도는 0.676, (3) 소음도와 수음점과의 거리는 0.276로 도출되었다. 해당 분석을 기준으로 교통량과 소음도의 상관관계가 가장 높은 것을 알 수 있다.
- 대체적으로 수음점에서의 거리가 가까울수록 소음도의 최대값, 최소값, 평균값이 높으며, 거리가 멀어질수록 낮아지는 경향이 나타났다. 또한, 방음벽이 설치되지 않은 동작대교~반포대교 구간(N-12)은 평균소음도가 가장 높게 나타났으며, 소음도의 최대값과 최소값 차이 및 표준편차도 가장 높은 것으로 나타났다.
- 05 수준에서 유의한 것으로 나타나 강한 음(-)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 또한, 소음도와 수음점거리는 -0.276로 유의수준 0.05수준에서 유의한 것으로 나타나 약한 음(-)의 약한 상관관계, 소음도와 방음벽 높이는 0.151로 유의수준 0.05수준에서 매우 약한 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 한편, 양방향 도로간격은 통계적으로 유의한 상관관계를 가지지 않는 것으로 나타났다.
- 또한, 잔차의 정규분포 가정을 검증하기 위해 히스토그램과 정규분포의 누적확률분포를 그린 결과 회귀표준화 잔차는 정규분포를 그리고 있으며, 잔차의 정규분포 산포도는 대각선 직선 형태를 지니고 있어 잔차가 정규분포를 한다고 할 수 있다.
- 또한, 표준화회귀계수(β) 값을 보면 교통량(β=0.595)이 가장 크고, 그 다음으로 수음점거리(β=-0.180), 속도(β=-0.236) 순으로 나타나 교통량이 소음도에 가장 큰 영향을 미치며, 수음점 거리가 두 번째, 그리고, 속도가 세 번째로 큰 영향을 미치고 있다는 것을 알 수 있다.
- 본 연구에서 ① 혼잡과 ② 비혼잡 상황을 고려한 소음도-교통량, 속도 관계를 분석한 결과 소음도에 영향을 미치는 요소중 교통조건인 교통량과 속도 중 교통량이 속도보다 더 일관된 값을 가지는 것으로 나타났다. 이는 도시고속도로 구간에서 혼잡과 비혼잡 상황을 고려하지 않고 교통량과 속도에 따른 소음도를 측정한 기존 연구와는 차별된 것이다.
- 본 연구에서는 소음도에 영향을 미치는 독립변수의 회귀분석을 통해 소음도에 영향을 미치는 가장 큰 요소는 교통량인 것을 확인하였다.
- 상관관계 분석 결과 소음도와 교통량은 0.774로 유의 수준 0.05 수준에서 유의한 것으로 나타나 강한 양(+) 의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 소음도와 속도는 -0.
- 소음도 측정 결과 도시고속도로 주변의 양방향 교통량 3,000대/시~15,000대/시 가량 수준에서 1층 소음도는 46.9dB(A)~67.2dB(A)의 범위로 측정되었다.
- 소음도 측정 결과 수음점과의 거리가 가장 가까운(인접) 한강대교~동작대교 구간(N-9, N-11)은 주간 및 야간 소음도 평균이 가장 높은 범위로 나타났으며, 수음점과의 거리가 가장 먼(45m~50m) 성산대교~양화대교 구간(N-1, N-2, N-3)은 주간 및 야간 소음도 평균이 낮은 범위로 나타났다.
- 05 수준에서 유의한 것으로 나타나 강한 양(+) 의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 소음도와 속도는 -0.676로 유의수준 0.05 수준에서 유의한 것으로 나타나 강한 음(-)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 또한, 소음도와 수음점거리는 -0.
- [Figure 5]는 성산대교~양화대교 구간중 수음점에서의 거리(45~50m)와 방음벽 높이가 거의 비슷한 N-1, N-2, N-3 지점의 소음도 측정결과와 교통량, 속도, 서비스수준을 나타낸 것이다. 이 구간에서는 서비스 수준이 LOS A~C 일 경우 소음도는 대체적으로 야간 소음도 기준인 55dB(A) 미만인 것으로 나타났으나, 서비스수준이 D이하로 저하될 경우 대체적으로 소음도는 55dB(A)를 초과하는 것으로 나타났다.
- 하지만, [Figure 4]에서는 교통량이 용량을 초과하여 점점 낮아지고 속도도 낮아지나 (그림에서 교통량이 약 10,000대 이상) 소음도는 계속 높게 형성된다. 즉, 교통량이 일정 수준 이상으로 통과하나 속도는 높고 낮은 (대략적으로 20km/h~80km/h 범위) 두 가지 형태로 나타나는데 이 경우 소음도는 대부분 55dB(A) 이상으로 높게 형성이 되는 것으로 나타났다.
- 000에서 통계적으로 유의하였다. 즉, 단계별로 독립변수를 투입한 결과 교통량, 수음점 거리, 속도 변수만으로 소음도를 설명할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 표준화회귀계수(β) 값을 보면 교통량(β=0.
- 해당 분석을 기준으로 교통량과 소음도의 상관관계가 가장 높은 것을 알 수 있다. 추가적으로 회귀계수 추정결과 (1) 교통량, (2) 수음점과의 거리, (3) 속도 순으로 소음도에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- 이를 교통량-속도 자료와 비교하기 위해 소음도를 교통조건에 따른 교통량-속도 곡선에 대입하였다. 측정된 자료는 강변북로의 시간대별 교통량-속도 곡선을 나타내는데 소통이 원활할 경우 소음도 범위는 낮게 형성되고 정체 상태에서는 소음도가 증가하게 된다. [Figure 4]에서 55dB(A)를 넘어서는 구간의 소음도는 대부분 교통량 10,000대/시 이상의 범위에 위치하고 있다.
- 05수준에서 매우 약한 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 한편, 양방향 도로간격은 통계적으로 유의한 상관관계를 가지지 않는 것으로 나타났다. 상관관계가 유의한 것으로 나타난 교통량, 속도, 수음점 거리, 방음벽 높이 등 총 4개의 변수를 선정하여 회귀분석을 시행하였다.
- 05이하가 되면 탈락되는 stepwise 방법에 의하여 선택된 변수를 바탕으로 모형의 적합성을 판단하기 위해 다중공선성 진단과 잔차분석을 실시하였다. 회귀분석 결과 교통량, 수음점거리, 속도의 변수가 투입되었으며, 방음벽 높이는 단계선택에서 제외되었다. 분석 결과 모형의 설명력을 설명하는 R2 값은 0.
- 회귀분석 결과 소음도에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 교통량인 것으로 나타났으며, 속도가 가장 낮게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이를 교통량-속도 자료와 비교하기 위해 소음도를 교통조건에 따른 교통량-속도 곡선에 대입하였다.
후속연구
- 도시고속도로와 같은 연속교통류하에서 교통량과 속도는 서로 밀접한 상관관계가 있으므로 장래 소음도 예측시에는 교통량과 속도에 대한 관계를 상세히 예측(또는 분석)후 소음도를 예측해야 적정한 소음저감 대책이 수립될 것이라 기대한다. 또한, 국립환경과학원식에서 제시된 소음도 예측식의 교통량 및 속도 입력 변수에 대해 혼잡과 비혼잡을 고려한 발전적인 모형의 개발이 추가적으로 필요하리라 판단된다.
- 도시고속도로와 같은 연속교통류하에서 교통량과 속도는 서로 밀접한 상관관계가 있으므로 장래 소음도 예측시에는 교통량과 속도에 대한 관계를 상세히 예측(또는 분석)후 소음도를 예측해야 적정한 소음저감 대책이 수립될 것이라 기대한다. 또한, 국립환경과학원식에서 제시된 소음도 예측식의 교통량 및 속도 입력 변수에 대해 혼잡과 비혼잡을 고려한 발전적인 모형의 개발이 추가적으로 필요하리라 판단된다.
- 또한, 본 연구에서는 소음․진동 시험기준에 따라 1층에서 측정된 도로교통소음 측정치를 비교하였으므로 향후 고층에서 소음도를 측정한 후 소음도에 영향을 미치는 요소의 관계에 대한 연구가 필요하며 강변북로상 토공, 교량 구간 등 도로 시설물별로 별도의 소음도를 측정하여 각각의 시설물에서 발생하는 서로 다른 소음도의 영향을 검토하는 것은 향후 연구과제로 제시한다.
- 본 연구는 분석대상지점의 도로교통소음도 예측을 위한 변수로 국립환경과학원 예측식에서 적용하는 교통량과 수음점에서의 거리, 속도에 대한 영향만 고려하였고 차종 구성비를 감안하지 못하였다. 또한, 국립환경과학원식 등에서 제시된 소음도에 가장 큰 영향을 미칠 것이라 예상되는 변수만 고려하였으므로 타 소음도 예측식에서 제시되는 변수(노면상태, 화물적재량, 기상특성 등) 에 대해 고려하지 못하였다.
- 본 연구의 범위는 도시고속도로 주변 주거지역으로 제한한다. 지방부 고속도로 인접 거주지역의 여건은 도시고속도로 주변 거주지역과 여건이 달라 본 연구의 범위에 포함될 수 없어 제한한다.
- 양용수(2010)는 도로교통소음 저감계획의 경제적 가치 분석에서 소음도의 영향을 고려한 도로인접 지역의 토지이용방안이나 전달경로를 고려한 건물배치방안, 저감시설의 최적화 방안 등을 통해 설계단계부터 계획을 수립할 경우 경제적 가치가 매우 큰 것으로 분석하였다. 앞의 기존 연구에서는 조사의 현실적 제약으로 인해 도시고속도로의 혼잡, 비혼잡 시간대를 고려한 시간대별 교통량과 속도에 따른 소음도를 제시하지 못하였다. 따라서, 본 연구에서는 강변북로변 정온시설 12곳에서 다양한 시간대별로 측정된 소음도와 해당시간대의 교통량, 속도를 감안하여 소음도에 더 큰 영향을 미치는 요소를 분석하는데 기존 연구와의 차별을 두었다.
- 본 연구의 범위는 도시고속도로 주변 주거지역으로 제한한다. 지방부 고속도로 인접 거주지역의 여건은 도시고속도로 주변 거주지역과 여건이 달라 본 연구의 범위에 포함될 수 없어 제한한다.
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