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문제 정의
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 상관관계를 분석하였다. 동해고속도로 및 일반국도 35호선의 아스팔트 구간에서 PLP를 이용한 노면조직의 프로파일 측정 및 타이어-노면소음 측정을 수행하였다.
제안 방법
- 이러한 노면조직 파장길이를 편리하게 구하기 위해서 PN(Peak Number)로 정의하여 사용하였으며, PN는 Eq. (1)과 같이 프로파일 데이터 측정거리에서 평균값보다 높은 변곡점을 최댓값 하나로 보고 측정거리 안에 있는 변곡점의 개수로 지수화하였다. Fig.
- Leewen 등(2007)의 경우 Fig. 4(b)와 같이 트레일러 내에 마이크로폰을 설치하여 차량에서 발생되는 엔진, 배기 등의 소음을 최소화하여 타이어-노면 사이에 측정하는 방법을 제시하였다.
- 소프트웨어는 마이크로폰 2개를 통하여 1/10초 간격으로 타이어-노면소음 데이터를 산정한다. 2개의 타이어-노면소음 데이터를 평균하여 하나로 만든 후 데이터를 구축하였다. 타이어-노면소음은 노면조직 파장길이와 상관관계 분석을 위하여 프로파일을 측정한 구간에서 동시에 측정하였다.
- 노면조직 파장길이를 쉽게 평가하기 위해서 프로파일 데이터를 이용하여 지수화한 PN을 제시하였다. PN 및 타이어-노면소음 데이터를 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC)구간에서 244개, 일반국도 35호선에서 353개로 총 597개의 데이터를 수집하였고, 이를 통하여 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 상관관계 분석을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 실험차량을 80km/h로 일정하게 유지시킨 후 PLP에서 방출되는 레이저가 도로노면에서 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 수집된 프로파일 데이터를 메인 소프트웨어에 전송한다. PN과 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석을 위해 동시에 측정하였다. 노면조직 파장길이인 PN를 적용하기 위하여 프로파일 데이터를 이용하여 측정된 Eq.
- 동해고속도로 및 일반국도 35호선의 아스팔트 구간에서 PLP를 이용한 노면조직의 프로파일 측정 및 타이어-노면소음 측정을 수행하였다. 노면조직 파장길이를 쉽게 평가하기 위해서 프로파일 데이터를 이용하여 지수화한 PN을 제시하였다. PN 및 타이어-노면소음 데이터를 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC)구간에서 244개, 일반국도 35호선에서 353개로 총 597개의 데이터를 수집하였고, 이를 통하여 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 상관관계 분석을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 상관관계를 분석하였다. 동해고속도로 및 일반국도 35호선의 아스팔트 구간에서 PLP를 이용한 노면조직의 프로파일 측정 및 타이어-노면소음 측정을 수행하였다. 노면조직 파장길이를 쉽게 평가하기 위해서 프로파일 데이터를 이용하여 지수화한 PN을 제시하였다.
- 본 연구에서도 Hanson 등(2004)에서 제시된 차량주행속도로 인한 타이어-노면소음을 최소화할 수 있는 위치에 선정하여 개발하였다. 또한 차량에서 발생되는 엔진, 배기 등의 소음을 최소화하기 위해서 차량 뒷바퀴에 Fig. 5와 같은 장비를 개발하였고, 타이어-노면소음을 정확하게 평가하기 위하여 타이어-노면소음 측정장비에 2개의 마이크로폰을 적용하였다.
- 프로파일 데이터는 소프트웨어를 통하여 도로노면에서 측정되는 MPD, 평탄성 등을 변환하여 산출할 수 있다. 또한 프로파일 데이터를 이용하여 노면조직 파장길이에 대한 지수화방안을 제시하였다.
- 실험차량이 주행하면서 동일한 시간동안 측정되는 노면조직 파장길이 및 타이어-노면소음 데이터의 PN는 서로 다르기 때문에 이들을 일정한 규칙으로 정렬하여야 상관관계를 분석할 수 있다. 본 연구에서는 노면조직 파장길이와 타이어-노면 소음의 상관관계를 1초 단위로 계산하였다.
- 본 연구에서도 Hanson 등(2004)에서 제시된 차량주행속도로 인한 타이어-노면소음을 최소화할 수 있는 위치에 선정하여 개발하였다. 또한 차량에서 발생되는 엔진, 배기 등의 소음을 최소화하기 위해서 차량 뒷바퀴에 Fig.
- 노면조직의 프로파일과 타이어-노면소음의 데이터를 수집하기 위해서 동해고속도로 및 일반국도 35호선의 아스팔트 구간을 선정하였다. 선정된 구간에서 측정장비인 PLP를 이용한 프로파일을 측정하고, 동시에 개발된 타이어-노면소음 측정장비를 이용하여 타이어-노면소음을 측정하였다. 타이어-노면소음 측정 시 주변 암소음으로 부터의 영향을 최소화 시키고 실험자의 안전을 위해 2차로 우측 휠패스 구간에서 실시하였다.
- 6과 같은 과정을 통해 획득하였다. 실험 시 주행속도는 80km/h로 일정하게 유지시킨 후 타이어와 노면사이에서 발생하는 소음을 측정하여 메인 소프트웨어에 전송하였다. 소프트웨어는 마이크로폰 2개를 통하여 1/10초 간격으로 타이어-노면소음 데이터를 산정한다.
- 선정된 구간에서 측정장비인 PLP를 이용한 프로파일을 측정하고, 동시에 개발된 타이어-노면소음 측정장비를 이용하여 타이어-노면소음을 측정하였다. 타이어-노면소음 측정 시 주변 암소음으로 부터의 영향을 최소화 시키고 실험자의 안전을 위해 2차로 우측 휠패스 구간에서 실시하였다.
- 2개의 타이어-노면소음 데이터를 평균하여 하나로 만든 후 데이터를 구축하였다. 타이어-노면소음은 노면조직 파장길이와 상관관계 분석을 위하여 프로파일을 측정한 구간에서 동시에 측정하였다.
- 지수화된 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음을 평가하기 위해서 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC) 및 일반국도 35호선(성산~왕산)에서 프로파일 데이터 및 타이어-노면소음 데이터를 구축하였다. 프로파일 데이터를 이용하여 노면조직 파장길이의 데이터를 산정하였고, 이를 활용하여 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석을 실시하였다.
- 아스팔트 포장의 한 구간에서는 다양한 노면조직 파장주기가 존재한다. 하나의 구간에서 발생되는 노면조직 파장길이가 다양하게 존재하게 되며, 이를 획일적으로 표현하기 위해 노면조직 파장길이에 대한 지수화 방안을 제시하였다. 지수화된 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음을 평가하기 위해서 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC) 및 일반국도 35호선(성산~왕산)에서 프로파일 데이터 및 타이어-노면소음 데이터를 구축하였다.
대상 데이터
- PN의 데이터를 타이어-노면소음과 일정하게 규칙적으로 정렬하여야 하기 때문에 1초 동안 이동한 22m로 220개의 PN값을 동일한 구간의 평균값을 대푯값으로 사용하였다. Table 1과 같이 PN 및 타이어-노면소음 데이터를 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC)구간에서 244개, 일반국도 35호선에서 353개로 총 597개의 데이터 세트를 수집하였다. 이렇게 수집된 PN과 타이어-노면소음을 동일한 측정구간에서 구축한 대푯값 데이터를 이용하여 상관관계분석을 실시하였다.
- 노면조직의 프로파일과 타이어-노면소음의 데이터를 수집하기 위해서 동해고속도로 및 일반국도 35호선의 아스팔트 구간을 선정하였다. 선정된 구간에서 측정장비인 PLP를 이용한 프로파일을 측정하고, 동시에 개발된 타이어-노면소음 측정장비를 이용하여 타이어-노면소음을 측정하였다.
- 하나의 구간에서 발생되는 노면조직 파장길이가 다양하게 존재하게 되며, 이를 획일적으로 표현하기 위해 노면조직 파장길이에 대한 지수화 방안을 제시하였다. 지수화된 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음을 평가하기 위해서 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC) 및 일반국도 35호선(성산~왕산)에서 프로파일 데이터 및 타이어-노면소음 데이터를 구축하였다. 프로파일 데이터를 이용하여 노면조직 파장길이의 데이터를 산정하였고, 이를 활용하여 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석을 실시하였다.
데이터처리
- PN는 22m에서 100mm마다 하나씩 생성하여 220개의 데이터를 확인할 수 있다. PN의 데이터를 타이어-노면소음과 일정하게 규칙적으로 정렬하여야 하기 때문에 1초 동안 이동한 22m로 220개의 PN값을 동일한 구간의 평균값을 대푯값으로 사용하였다. Table 1과 같이 PN 및 타이어-노면소음 데이터를 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC)구간에서 244개, 일반국도 35호선에서 353개로 총 597개의 데이터 세트를 수집하였다.
- Table 1과 같이 PN 및 타이어-노면소음 데이터를 동해고속도로(북강릉 IC~남강릉IC)구간에서 244개, 일반국도 35호선에서 353개로 총 597개의 데이터 세트를 수집하였다. 이렇게 수집된 PN과 타이어-노면소음을 동일한 측정구간에서 구축한 대푯값 데이터를 이용하여 상관관계분석을 실시하였다.
이론/모형
- 주행차량의 타이어에 근접해서 소음을 측정하는 방법으로 ISO 11819-1(1997) 규정에서 제시한 트레일러장비를 사용하는 방법을 택하였다. Hanson 등 (2004)에서는 근접소음 측정방법(Close Proximity : CPX)을 차량주행속도로 인한 타이어-노면소음의 변화를 최소화하기 위한 위치를 제시하였다.
성능/효과
- 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 선형적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 노면조직 파장길이가 길수록 소음이 좋지 않은 영향을 미치게 되고 반대로 파장길이가 짧을수록 좋은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 노면조직 파장길이는 타이어-노면소음에 직접적으로 영향을 주는 인자라고 판단된다.
- 노면조직 파장길이를 지수화한 PN과 타이어-노면소음 분석의 경우 Fig. 9와 같이 PN가 증가할수록 소음이 감소하는 경향이 나타났으며, 결정계수는 0.58, 유의확률은 0으로 산정되었다. 노면조직의 파장거리가 길수록 타이어-노면소음이 증가되는 현상을 표현한 PN는 Fig.
- 노면조직 파장길이와 타이어-노면소음의 선형적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 노면조직 파장길이가 길수록 소음이 좋지 않은 영향을 미치게 되고 반대로 파장길이가 짧을수록 좋은 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 58, 유의확률은 0으로 산정되었다. 노면조직의 파장거리가 길수록 타이어-노면소음이 증가되는 현상을 표현한 PN는 Fig. 9와 같이 파장의 거리가 클수록 소음이 좋지 않은 영향을 미치게 되고 반대로 파장의 거리가 짧으면 좋은 영향을 미치는 것으로 나타났다. Eq.
- 타이어-노면소음을 손쉽게 평가하기 위해서 Hanson 등(2004)의 연구에서는 미국의 Nevada, Arizona, Texas 등의 도로에서 표면이 다른 HMA(Hot Mix Asphalt)에서 MPD(Mean Texture Depth)와 타이어-노면소음을 측정하였고, MPD와 타이어-노면소음의 상관관계분석을 실시하였다. 분석결과 MPD가 증가할수록 타이어-노면소음이 감소하는 경향을 나타내고 있으나, 상관관계가 R2=0.08로 신뢰성이 없다고 판단하였다. 반면에 Poulit 등(2006)의 연구에서는 Quebec's에서 콘크리트 포장의 노면을 측정하기 위해서 ARAN 장비를 이용하여 MPD를 측정하였고, 동시에 타이어-노면을 측정하였다.
- 또한 국내에서는 이승우 등(2013)의 연구에서는 MPD를 PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 획득하고, 이를 이용하여 타이어-노면소음의 상관관계식을 도출하였다. 분석결과 MPD와 타이어-노면소음의 분석결과 MPD가 증가할수록 타이어-노면소음이 증가하는 상관관계를 도출하였다. 그러나 연구결과 동일한 MPD에서도 타이어-노면소음에 대한 크기가 상이한 경우가 많아서, MPD만으로 타이어-노면소음을 신뢰성 있게 예측하기에는 한계가 있다고 지적하였다.
- 반면에 Poulit 등(2006)의 연구에서는 Quebec's에서 콘크리트 포장의 노면을 측정하기 위해서 ARAN 장비를 이용하여 MPD를 측정하였고, 동시에 타이어-노면을 측정하였다. 측정된 MPD와 타이어-노면소음에 대한 상관관계 분석결과 신뢰성 높은 상관관계를 나타났으며, MPD가 증가할수록 타이어-노면소음이 증가하는 경향을 나타내고 있다. 또한 국내에서는 이승우 등(2013)의 연구에서는 MPD를 PLP(Portable Laser Profiler)를 이용하여 획득하고, 이를 이용하여 타이어-노면소음의 상관관계식을 도출하였다.
후속연구
- 본 연구에서 제시된 노면조직 파장길이와 기존의 연구에서 제시된 노면조직 깊이를 이용하여 타이어-노면소음 상관관계 분석을 한다면, 보다 신뢰성 높은 타이어-노면소음 분석결과를 도출할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 이를 활용하여 타이어-노면소음을 포장관리 시스템에서 보다 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 기대된다.
- 연구 결과 신뢰성 있는 상관관계를 나타내고 있으나, 동일한 노면조직 깊이에서도 타이어-노면소음에 대한 크기가 상이한 경우가 많아서, 노면조직 깊이만으로는 타이어-노면소음을 신뢰성 있게 예측하기에는 한계가 있다고 지적하였다. 본 연구에서 제시된 노면조직 파장길이와 기존의 연구에서 제시된 노면조직 깊이를 이용하여 타이어-노면소음 상관관계 분석을 한다면, 보다 신뢰성 높은 타이어-노면소음 분석결과를 도출할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 이를 활용하여 타이어-노면소음을 포장관리 시스템에서 보다 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 기대된다.
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