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문제 정의
- 다양한 기상상황 하에서 노면표시의 재귀반사 성능을 측정하여 시인성 확보 여부를 판단하는 방법론과 다양한 종단 경사 및 곡선반경, 주행차로에 따라 교통안내표지의 재귀반사 성능 변화를 측정하는 방법론을 제시하여 기존 교통안전 시설의 위치 적정성을 평가하여 효율적이고 효과적인 안전시설 운영 및 관리에 직접적으로 기여하고, 향후 고가의 안내체계 구축을 위한 적정 설치 구간 및 위치를 선정하는데 기여하고자 한다.
- 또한 이 방법을 통하여 측정한 노면표시의 재귀반사 성능은 육안으로 확인하는 정성적인 성능평가를 회색도 대비인 정량적인 성능평가가 가능하여 노면표시의 성능을 좀 더 신뢰성있는 수치로 보여주고 있다. 또한, 디지털 이미지의 Y (Luminance) 값을 이용하여 거리별로 재귀반사 교통안내표지와 내부조명식 교통안내표지가 기하구조나 주행차로의 영향을 받는지 여부에 대해 판단할 수 있었다. 재귀반사 교통안내표지의 글자 및 바탕 휘도는 내리막 도로에서 약 133~222m 범위에서 가장 높은 값을 보였는데, 이는 광원의 역할을 하는 차량의 전조등이 통상 하향으로 설치되어 있기 때문에 내리막 도로의 경우에는 광량이 증가하여 재귀반사 성능이 가장 우수하다.
- 본 연구에서는 다양한 기상상황 및 기하구조 상에서 노면표시와 교통안내표지의 성능평가에 디지털 이미지를 활용하는 방법론을 검토하였다. 지금까지 대형 장비를 이용하여 정확하게 노면표시와 교통안내표시 성능을 평가하거나, 주행 중 육안으로 노면표시와 교통안내표지 성능을 정성적으로 평가하였다면, 본 연구에서 디지털 이미지를 노면표시와 교통안내표지의 성능평가에 활용할 수있는 방법론을 제시함으로써 시간과 장소에 구애받지 않고, 주행중 정량적이고 객관적인 평가가 가능함으로 보여주고 있다.
- 본 연구에서는 디지털 이미지를 이용하여 노면표시와 교통안내표지의 시인성 확보 여부를 판단할 수 있는 방법론을 제시한다. 다양한 기상상황 하에서 노면표시의 재귀반사 성능을 측정하여 시인성 확보 여부를 판단하는 방법론과 다양한 종단 경사 및 곡선반경, 주행차로에 따라 교통안내표지의 재귀반사 성능 변화를 측정하는 방법론을 제시하여 기존 교통안전 시설의 위치 적정성을 평가하여 효율적이고 효과적인 안전시설 운영 및 관리에 직접적으로 기여하고, 향후 고가의 안내체계 구축을 위한 적정 설치 구간 및 위치를 선정하는데 기여하고자 한다.
제안 방법
- 이 방법론은 악천후 시 시간과 장소에 구애 받지 않으며, 대형장비를 이용하지 않고도 디지털 이미지를 이용하여 손쉽게 객관적이고 신뢰성 있는 노면표시의 재귀반사 성능을 조사하여 객관적인 결과를 제시하였다.
- 2개의 내부조명식 교통안내표지와 3개의 재귀반사 교통안내표 지의 디지털 이미지를 거리별, 주행차로별로 측정하였으며, 1초간격으로 차량과 표지간의 거리를 규정하고, 디지털 이미지를 정리 하였다. 5개 교통안내표지의 수집된 디지털 이미지를 대략적으로 정리하면 아래와 같다.
- 4) 글자, 바탕, 그리고 환경의 휘도와 각 요소간의 휘도 대비 비교를 통한 안내표지의 성능 평가로 수행된다.
- RGB값은 바탕과 글자 각각 총 10개 지점을 측정하여 평균 RGB값을 계산한 후 휘도를 계산하였다.
- 교통안내표지는 디지털 이미지의 RGB 값을 추출하여 Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B에 적용시켜, Y (Luminance)값을 계산하여 각 5개 표지의 거리별, 주행차로별 휘도 분포 및 바탕과 글자의 휘도 대비를 비교하였다.
- 교통안내표지의 경우 거리에 따른 재귀반사 성능 변화를 측정해야 하기 때문에 차량과 교통안내표지와 정확한 거리를 추정하기 위해 80km/h의일정한 속도로 주행하였고, GPS를 이용하여 차량의 위치 및 표지의 위치를 측정하였다.
- 교통안내표지의 경우 도로의 기하구조, 주행 차로, 표지로부터 거리에 따라 조명식 교통안내표지의 휘도 변화와 일반 교통안내표 지의 반사휘도 변화를 비교하였으며, 효과지표는 수집된 디지털 이미지의 각 픽셀의 RGB특성을 YUV 방식으로 변환하여 Y(luminance)를 기준으로 성능을 비교하였다. 여기서 휘도란 면으로부터 복사되는 빛의 밝기의 척도이며, 반사휘도는 물체(광원:光源)에서 나온 빛이 다른 물체에 도달할 경우, 도달한 빛인 입사(入射) 광선을 그대로 광원으로 되돌려 반사하는 재귀반사 밝기의 척도이다.
- 현재 설치되어 있는 노면표시 및 방향안내표지 일부를 대상으로 디지털 이미지를 이용한 재귀반사 성능 방법론을 수립하였다. 노면 표시의 경우 우천시, 습윤시, 건조시 재귀반사 성능을 비교하였으며, 성능 비교를 위한 효과지표는 수집된 디지털 이미지의 회색도를 이용하여 포장과 노면표시 간의 휘도대비를 산출하였다. 회색도란 화상의 각 픽셀에서의 명암(또는 농도)을 표현하는 수치이다.
- Donnell and Zoltan (2011)은 노면표시의 반사휘도 측정을 위해 2차원의 디지털 이미지를 사용하였다. 노면표시를 설치하는 차량에 부착된 고속 비디오 카메라를 이용하여 촬영하였으며, 반사 휘도와 유리알을 뿌리는 각도, 수평 및 수직요소, 그리고 차량의 속도와의 관계를 규명하였다. 이 실험은 초기 설치시의 반사휘도 값뿐만 아니라 차량이 약 100만대가 통과한 1년 후에도 반사휘도를 측정하였으며, 설치시 노면표시의 유리알 비율은 디지털 이미지 처리 알고리즘을 통하여 산출하였다.
- 노면표시의 디지털 이미지는 포장면과 노면표시의 회색도를 측정하여 휘도대비를 분석하였다. 회색도는 화상의 각 픽셀에서 명암을 표현하는 수치로 디지털 화상에서 흰색을 0, 검은색을 256에대응시켜 명암 정도에 따라 1~255로 표현되기 때문에, 노면표시와 포장면의 휘도대비를 표현하기에 적합하다.
- 이 연구는 노면표시의 생애주기에 대한 예측은 노면표시 시스템을 어떻게 관리할 것인가에 대해 보여주고 있으며, 이를 위해 미국 연방 정부는 2007년 약 20억달러를 들여서 노면표시 반사휘도 값을 수집하였다. 따라서 노면표 시의 성능 저하 모형을 개발하고, 노면표시 생애주기에 따라 재도색시기를 결정하도록 하였다.
- 분석에 이용된 재귀반사표지와 조명식 표지는모두 황전IC에 위치하고 있으며 지주는 내민식 및 문형식으로 설치되어 있다. 또한 1,2차로를 번갈아가면서 주행하였고, 평지, 내리막, 오르막 구간과 곡선부 및 직선부를 주행하며 교통안내표지의 성능을 평가하였다. 디지털 이미지를 이용한 교통안내표지의 성능평가 실험 개요와 각 실험대상 교통안내표지의 특성은 아래표와 같다.
- 본 연구는 크게 다양한 기상상황 하에서 디지털 이미지를 이용한 노면표시의 재귀반사 성능 평가 방법론과 다양한 기하구조상에서 디지털 이미지를 이용한 일반 재귀반사표지와 내부조명식 표지의 휘도 성능 평가 방법론으로 나뉜다.
- 위와 같이 거치대를 이용하여 장착하였으며, 디지털 캠코더의 조리개 값 및 노출 값을 수동으로 일정하게 설정하여, 주변의 밝기 변화에 따라서 디지털 이미지의 색상, 명도, 채도 값 등이 변화하는 것을 방지하였다.
- 노면표시를 설치하는 차량에 부착된 고속 비디오 카메라를 이용하여 촬영하였으며, 반사 휘도와 유리알을 뿌리는 각도, 수평 및 수직요소, 그리고 차량의 속도와의 관계를 규명하였다. 이 실험은 초기 설치시의 반사휘도 값뿐만 아니라 차량이 약 100만대가 통과한 1년 후에도 반사휘도를 측정하였으며, 설치시 노면표시의 유리알 비율은 디지털 이미지 처리 알고리즘을 통하여 산출하였다. 설치 차량의 속도는 19~29 km/h, 유리알을 뿌리는 각도는 -90도에서 90도까지 변화시켜 가며 설치를 하였다.
- 재귀반사의 성능을 평가하는 방법 중의 하나로 디지털 이미지를 이용할 수 있는데, 디지털 이미지를 이용할 경우 자료의 대량 수집이 용이하고, 자료 수집 비용이 절감되며, 각 개체의 지점 휘도가 아닌 면 휘도를 측정할 수 있으며, 이를 통해 개체와 배경간의 밝기 비교를 통해 시인성 확보 여부를 판단할 수 있다. 이외에도 노면표시와 교통안내표지 재귀반사 성능 평가를 위해 기존의 돌출형 외부 측정 장비를 이용하여 주행 중에 재귀반사 성능을 측정할 수 있으나 야간 및 악천후시 운용하기에는 안전상 문제가 있기 때문에 실제 주행상황에서 야간 및 악천후 시 재귀반사 성능을 측정하기 위해 디지털 이미지 도입을 검토하였다.
- 현재 설치되어 있는 노면표시 및 방향안내표지 일부를 대상으로 디지털 이미지를 이용한 재귀반사 성능 방법론을 수립하였다. 노면 표시의 경우 우천시, 습윤시, 건조시 재귀반사 성능을 비교하였으며, 성능 비교를 위한 효과지표는 수집된 디지털 이미지의 회색도를 이용하여 포장과 노면표시 간의 휘도대비를 산출하였다.
대상 데이터
- 2011년 10월 15일 주행실험 공간적 범위 내 주요지역 일강수량은 안산 40.5mm, 화성 24mm, 용인 17.5mm, 청주 14.5mm 이었으며, 기상자료는 행정구역상 읍면동 범위로 시간, 강수유무, 15분 강수량, 60분 강수량, 6시간 강수량, 12시간 강수량, 일강수량, 기온, 풍향, 풍속 등을 수집하였다.
- 교통안내표지의 자료는 2012년 4월 3일 21시부터 24시까지 수집하였으며, 재귀반사 교통안내표지와 조명식 교통안내표지의 휘도를 비교하기 위해 현재 조명식 교통안내표지가 설치되어 있는순천완주 고속도로의 구례화엄사IC, 황전IC, 순천JCT를 거쳐 남해고속도로의 순천IC를 2번 왕복하여 주행하였다. 교통안내표지의 경우 거리에 따른 재귀반사 성능 변화를 측정해야 하기 때문에 차량과 교통안내표지와 정확한 거리를 추정하기 위해 80km/h의일정한 속도로 주행하였고, GPS를 이용하여 차량의 위치 및 표지의 위치를 측정하였다.
- 본 연구에서 제시하고 있는 방법론을 적용해보기 위하여, 노면표 시의 자료는 2011년 10월 15일 21시경부터 2011년 10월 16일 01시경까지 수집하였으며, 공간적 범위는 서해안 고속도로의 매송 IC를 출발하여 당진JCT를 지나 당진상주고속도로를 거쳐 회덕 JCT를 지나 경부고속도로와 신갈JCT를 지나 영동고속도로를 주행 하였다. 기상정보는 기상청 자료를 2011년 10월 16일 21시부터 2011년 10월 16일 01시까지 5분 간격으로 수집하였고, 이는 GPS의 시간 및 차량 위치 정보를 이용하여 삼성 HMX-S15 캠코더로 수집한 디지털 이미지와 시공간을 일치시켰다.
- 본 연구에서 제시하고 있는 방법론을 적용해보기 위하여, 노면표 시의 자료는 2011년 10월 15일 21시경부터 2011년 10월 16일 01시경까지 수집하였으며, 공간적 범위는 서해안 고속도로의 매송 IC를 출발하여 당진JCT를 지나 당진상주고속도로를 거쳐 회덕 JCT를 지나 경부고속도로와 신갈JCT를 지나 영동고속도로를 주행 하였다.
- 교통안내표지의 경우 거리에 따른 재귀반사 성능 변화를 측정해야 하기 때문에 차량과 교통안내표지와 정확한 거리를 추정하기 위해 80km/h의일정한 속도로 주행하였고, GPS를 이용하여 차량의 위치 및 표지의 위치를 측정하였다. 분석에 이용된 재귀반사표지와 조명식 표지는모두 황전IC에 위치하고 있으며 지주는 내민식 및 문형식으로 설치되어 있다. 또한 1,2차로를 번갈아가면서 주행하였고, 평지, 내리막, 오르막 구간과 곡선부 및 직선부를 주행하며 교통안내표지의 성능을 평가하였다.
- 삼성 HMX-S15 캠코더를 차량에 장착하여 야간 및 악천후시에 노면표시와 교통안내표지의 디지털 이미지를 수집하였다.
- 또한 Karwa and Donnell (2011)은 초기 반사휘도, 교통량, 노면표시 종류, 정보 제공 여부의 함수로 노면표시의 반사휘도를 예측하는 모형을 추정하였다. 이 연구는 노면표시의 생애주기에 대한 예측은 노면표시 시스템을 어떻게 관리할 것인가에 대해 보여주고 있으며, 이를 위해 미국 연방 정부는 2007년 약 20억달러를 들여서 노면표시 반사휘도 값을 수집하였다. 따라서 노면표 시의 성능 저하 모형을 개발하고, 노면표시 생애주기에 따라 재도색시기를 결정하도록 하였다.
- 이를 차량이 주행 중인 위치의 시간대 별 행정구역을 파악하여 일치시켰으며, 주행차량은 총 23개 읍면동을 지나갔다.
데이터처리
- 실험을 통하여 이 연구에서는 노면표시의 반사휘도와 노면표시 설치 요소간의 관계를 회귀분석을 이용하여 분석하였다.
- 회색도는 화상의 각 픽셀에서 명암을 표현하는 수치로 디지털 화상에서 흰색을 0, 검은색을 256에대응시켜 명암 정도에 따라 1~255로 표현되기 때문에, 노면표시와 포장면의 휘도대비를 표현하기에 적합하다. 따라서 수집된 86개의 이미지를 Fig. 9와 같이 노면표시 부분과 포장면으로 분류하여각 면당 10개 지점을 무작위로 추출하여 회색도 평균 값을 계산하였다. 그리고 이렇게 분석한 포장면과 노면표시의 회색도를 자료 수집 시간 및 위치, 기상상황과 일치시켜 아래와 같은 형식의 표로 정리하였다.
성능/효과
- 이 방법론은 악천후 시 시간과 장소에 구애 받지 않으며, 대형장비를 이용하지 않고도 디지털 이미지를 이용하여 손쉽게 객관적이고 신뢰성 있는 노면표시의 재귀반사 성능을 조사하여 객관적인 결과를 제시하였다. 또한 이 방법을 통하여 측정한 노면표시의 재귀반사 성능은 육안으로 확인하는 정성적인 성능평가를 회색도 대비인 정량적인 성능평가가 가능하여 노면표시의 성능을 좀 더 신뢰성있는 수치로 보여주고 있다. 또한, 디지털 이미지의 Y (Luminance) 값을 이용하여 거리별로 재귀반사 교통안내표지와 내부조명식 교통안내표지가 기하구조나 주행차로의 영향을 받는지 여부에 대해 판단할 수 있었다.
- 마지막으로 내부조명식 교통안내표지에서 바탕과 글자의 휘도 대비는 거리나 조건에 따라 94.23~164.66의 값을 가지고, 재귀반사 교통안내표지의 경우 7.28~105.33의 값을 가지므로 운전자는 바탕과 글자의 휘도 대비가 큰 집광식 조명표지를 보다 손쉽게 판독할수 있다. 노면표시의 성능평가와 같이 디지털 이미지를 이용하여 교통안내표지의 휘도를 측정할 경우 육안으로 확인하는 정성적인 성능평가를 회색도 대비인 정량적인 성능평가가 가능하게 하고 있으며, 이는 재귀반사 교통안내표지의 성능이 제대로 발휘하지 못하여 시인성 및 판독성이 확보되지 않는 지점을 선정하는데 객관적인 자료로 이용될 수 있다.
- 실험 결과 초기에는 최소 250mcd/m2/lux를 만족하는 부분이 없었지만, 90일이 지난 후 바인더가 마르고, 유리알 위에 덮여있던 바인더 물질이 마모된 후에는 반사휘도가 증가하는 현상을 보였다. 설치 후 30~90일까지는 반사휘도가 증가하는 현상을 보이지만, 150~225일 사이에는 반사휘도가 감소하는 경향을 보이고 결국 1년 뒤에는 약 200mcd/m2/lux 이하로 감소하였다. 실험을 통하여 이 연구에서는 노면표시의 반사휘도와 노면표시 설치 요소간의 관계를 회귀분석을 이용하여 분석하였다.
- 설치 장소에는 제설작업이 없고, 탈색의 원인이 되는 요소가 없었으며 오로지 풍화작용과 차량의 통과로 인한 마모만 존재하였다. 실험 결과 초기에는 최소 250mcd/m2/lux를 만족하는 부분이 없었지만, 90일이 지난 후 바인더가 마르고, 유리알 위에 덮여있던 바인더 물질이 마모된 후에는 반사휘도가 증가하는 현상을 보였다. 설치 후 30~90일까지는 반사휘도가 증가하는 현상을 보이지만, 150~225일 사이에는 반사휘도가 감소하는 경향을 보이고 결국 1년 뒤에는 약 200mcd/m2/lux 이하로 감소하였다.
- 이 연구에서는 날씨, 교통상황, 도로 노면의 유형, 노면표시 설치 방법 등과 같은 외부요인이 중요하다고 제시하고 있으며, 교차로, 램프, 엇갈림 구간, 회전구간, 정지 구간등에서 특히 노면표시성능평가의 중요성을 강조하고 있다. 이 연구에서 설치한 노면표시 샘플에 대해 28개월 간 반사휘도 변화를 측정한 결과 재설작업 이후에는 반사휘도가 급격히 감소하지만, 재도색 했을 경우에는 크게 증가한다고 결론을 내렸다. 또한 각각의 노면표시 샘플에 대해 객관적 및 주관적 조사를 통해야 복합적으로 성능을 평가하고 있으며, 안전도와의 관계도 명시하고 있다.
- 본 연구에서는 다양한 기상상황 및 기하구조 상에서 노면표시와 교통안내표지의 성능평가에 디지털 이미지를 활용하는 방법론을 검토하였다. 지금까지 대형 장비를 이용하여 정확하게 노면표시와 교통안내표시 성능을 평가하거나, 주행 중 육안으로 노면표시와 교통안내표지 성능을 정성적으로 평가하였다면, 본 연구에서 디지털 이미지를 노면표시와 교통안내표지의 성능평가에 활용할 수있는 방법론을 제시함으로써 시간과 장소에 구애받지 않고, 주행중 정량적이고 객관적인 평가가 가능함으로 보여주고 있다. 이처럼디지털 이미지를 활용하여 노면표시와 교통안내표지의 현재 설치 현황과 성능평가를 실시함으로써 차후 기상 및 기하구조 특성을 고려하여 고가의 우천형 노면표시와 내부조명식 교통안내표지의 적정 설치 위치를 선정하는데 있어서 객관적인 기초 자료로 활용할수 있을 것이다.
후속연구
- 하지만 본 연구에서 고속도로 약 300km 구간의 노면표시와 재귀반사 교통안내표지 3개, 내부조명식 교통안내표지 2개만을 다루고 있으므로, 향후 다양한 기상상황 및 기하구조 상에서 노면표시와 재귀반사 교통안내표지의 성능을 평가할 필요가 있다. 그리고 향후 추가적인 실험을 바탕으로 다양한 기상상황이나 기하구조에 따른 최소 휘도 기준을 제시함으로써 기존 교통안전 시설의 위치 적정성을 평가하여 효율적이고 효과적인 안전시설 운영 및 관리에 직접적으로 기여할 수 있다.
- 반면 시인성은 야간에 표지의 주변이 어두워서 광섬유 빛이 오히려 대비효과를 증대시킴으로서 기존표지보다 효과가 좋은 것으로 나타났지만, 광섬유표지는 판독성 측면에서 설치타당성이 떨어지는 것으로 판단하고 있으며, 이는 기존표지에 적용하는 관련 규격이 광섬유표지의 특성을살리지 못하고 있기 때문이라고 언급하였다. 마지막으로 선진 외국 에서 이미 사용하고 있는 광섬유표지를 국내 도로환경에 적합하도록 개선한 후, 위험지역과 안개지역 등과 같은 교통안전 효과가 예상되는 곳에 제한적이며 시범적으로 적용하여 장기적으로 연구할 필요가 있다.
- 기존의 방법론과 차이가 있다면, 시간과 공간에 구애받지 않고 차량 주행과동시에 자료를 수집할 수 있는 장점이 있다. 이 방법론을 통하여 실제 운전자가 인지하는 노면표시의 재귀반사 성능 자료를 수집할수 있다.
- 지금까지 대형 장비를 이용하여 정확하게 노면표시와 교통안내표시 성능을 평가하거나, 주행 중 육안으로 노면표시와 교통안내표지 성능을 정성적으로 평가하였다면, 본 연구에서 디지털 이미지를 노면표시와 교통안내표지의 성능평가에 활용할 수있는 방법론을 제시함으로써 시간과 장소에 구애받지 않고, 주행중 정량적이고 객관적인 평가가 가능함으로 보여주고 있다. 이처럼디지털 이미지를 활용하여 노면표시와 교통안내표지의 현재 설치 현황과 성능평가를 실시함으로써 차후 기상 및 기하구조 특성을 고려하여 고가의 우천형 노면표시와 내부조명식 교통안내표지의 적정 설치 위치를 선정하는데 있어서 객관적인 기초 자료로 활용할수 있을 것이다. 하지만 본 연구에서 고속도로 약 300km 구간의 노면표시와 재귀반사 교통안내표지 3개, 내부조명식 교통안내표지 2개만을 다루고 있으므로, 향후 다양한 기상상황 및 기하구조 상에서 노면표시와 재귀반사 교통안내표지의 성능을 평가할 필요가 있다.
- 이처럼디지털 이미지를 활용하여 노면표시와 교통안내표지의 현재 설치 현황과 성능평가를 실시함으로써 차후 기상 및 기하구조 특성을 고려하여 고가의 우천형 노면표시와 내부조명식 교통안내표지의 적정 설치 위치를 선정하는데 있어서 객관적인 기초 자료로 활용할수 있을 것이다. 하지만 본 연구에서 고속도로 약 300km 구간의 노면표시와 재귀반사 교통안내표지 3개, 내부조명식 교통안내표지 2개만을 다루고 있으므로, 향후 다양한 기상상황 및 기하구조 상에서 노면표시와 재귀반사 교통안내표지의 성능을 평가할 필요가 있다. 그리고 향후 추가적인 실험을 바탕으로 다양한 기상상황이나 기하구조에 따른 최소 휘도 기준을 제시함으로써 기존 교통안전 시설의 위치 적정성을 평가하여 효율적이고 효과적인 안전시설 운영 및 관리에 직접적으로 기여할 수 있다.
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