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문제 정의
- 본 연구는 설계속도 100km/h인 도로 상 터널을 대상으로 기준점에 위치한 운전자가 특정 순응휘도 조건에서 터널 경계부 시점에 위치한 장애물을 확인(perception) 하기 위해 요구되는 경계부 휘도를 결정하기 위한 실험을 수행하였다. 실험에 활용된 시뮬레이터 및 실험 시나리오는 조원범 등(2014)과 동일하게 설정되었으며, 단순응휘도에 해당하는 표준영역휘도(L1)의 범위는 100~10,000 cd/m2를 적용하였다.
- 이에 본 연구는 실험을 통해 터널로 접근 중인 운전자가 기준점에서 터널 입구의 장애물을 확인하기 위해 필요한 경계부 휘도수준을 국내 운전면허 소지자의 연령 비율을 고려하여 구성된 전체 피험자 그룹과 연령대별 피험자 그룹으로 구분하여 도출하였으며, 이를 통해 도출된 경계부 휘도가 각 피험자 그룹의 안전수준에 미치는 영향 관계를 분석, 경계부 휘도 결정 시 안전측면의 의사결정 항목인 적정 안전목표의 설정근거를 제시하였다. 본 연구에서 전체 운전자 그룹은 평균적인 시각능력을 보유한 운전자를, 연령대별 운전자 그룹은 특정 수준 시각능력을 보유한 운전자를 대표한다.
- 이에 본 연구는 실험을 통해 통합 그룹을 대상으로 다양한 순응휘도 조건에서 확보되어야 할 경계부 휘도를 목표안전수준 별로 도출하고, 연령 그룹별로 도출된 필요경계부 휘도와의 차이를 비교, 분석하여 국내 운전면허 소지자의 연령비율을 고려하여 결정된 통합 그룹의 경계부 휘도가 연령대별, 특히 50대 이상의 고령운전자 안전에 미치는 영향을 검토하였으며, 이를 통해 적정 경계부 휘도결정 시 필히 검토되어야 할 연령 및 시각 능력 측면의 안전성 판단 근거자료를 제시하였다. 상기의 통합 그룹은 평균적 시각능력의 운전자 그룹을, 각 연령 그룹은 특정수준 시각능력의 운전자 그룹을 대표하며, 특히 연령 그룹 중 50대 그룹은 실제 운전빈도가 높은 운전자 중 최저 시각능력을 가진 고령 운전자 그룹을 대표한다.
제안 방법
- 실험에 참가한 피험자는 49명이며, 최종적으로 20대 11명, 30대 13명, 40대 15명, 50대 10명으로 구성되었다(Table 3 참조). 각 연령대별 피험자 비율은 2013년 기준 연령대별 운전면허소지자 현황 비율(Table 4)을 참조하여 구성하였다. 피험자는 모두 도로교통법 시행령 제45조‘자동차등의 운전에 필요한 적성의 기준’에서 규정하고 있는 시력기준을 만족한다.
- 각 피험자는 동일한 표준영역휘도 및 배경 휘도조건을 대상으로 5회의 반복실험을 수행하고 4회 이상‘잘보임’으로 응답한 경우에 한해 해당 조건에서 장애물을 확인한 것으로 처리 하였다.
- 본 연구는 국내 운전면허 소지자 비율을 고려하여 구성된 피험자 전체를 대상으로 한 통합 피험자 그룹(이하‘통합 그룹’)과 연령대별 피험자 그룹(이하‘연령 그룹’)으로 구분하고, 특정 표준영역휘도(L1)에서 장애물을 확인하기 위해 요구되는 배경휘도(L2)를 비교₩분석 하였다.
- 의 원추형 시야범위 내 휘도변화를 묘사한 축소 모형을 활용하여 특정 순응휘도(La) 조건에서 기준점에 위치한 운전자가 터널 입구에 존재하는 장애물을 확인 (perception)하기 위해 요구되는 경계부 휘도(Lth)를 제시하였다. 실험조건 중 확인대상물(장애물) 표출시간 (t1)은 0.
- 표준영역휘도(L1)와 배경휘도(L2)의 관계는 목표 안전수준(ρ)1)별로 구분하여 분석되었으며, 목표 안전수준(ρ)에 따른 배경휘도(L2) 수준은 백분위수 분석을 통해 산정되었다.
- 피험자는 특정 표준영역 및 배경 휘도조건에서 확인 대상물이 보이는 정도에 따라‘잘보임’, ‘애매함’, ‘안보임’으로 응답하였으며, ‘애매함’으로 응답한 경우는 최종적으로‘안보임’으로 처리하였다.
대상 데이터
- 상기의 통합 그룹은 평균적 시각능력의 운전자 그룹을, 각 연령 그룹은 특정수준 시각능력의 운전자 그룹을 대표하며, 특히 연령 그룹 중 50대 그룹은 실제 운전빈도가 높은 운전자 중 최저 시각능력을 가진 고령 운전자 그룹을 대표한다. 본 연구의 기본적인 실험조건은 조원범 등 (2014)과 동일하게 설정되었으며, 실험대상 표준영역 휘도의 범위는 100~10,000 m2 , 결과의 적용 대상은 고속도로 등 설계속도 100인 도로이다. 경계부 휘도의결정 기준은 기준점에서의 경계부 시점에 위치한 장애물 확인 여부이다.
- 실험은 Schreuder(1964)와 유사하게 터널로 접근하는 운전자의 2×10。시야 범위 내 휘도분포 변화의 묘사가 가능한 축소모형(이하‘시뮬레이터’) 을 활용하여 수행되었다. 시뮬레이터는 제한속도 100km/h 도로에서의 정지거리 155m를 1.8m로 축소한 휘도 환경을 묘사할 수 있도록 제작되었으며, 장애물과 터널 입구의 크기 또한 동일한 비율로 축소하여 적용되 었다. 시뮬레이터의 광원은 S/W를 통해 휘도제어가 가능한 LED가 적용되었다.
- 8m로 축소한 휘도 환경을 묘사할 수 있도록 제작되었으며, 장애물과 터널 입구의 크기 또한 동일한 비율로 축소하여 적용되 었다. 시뮬레이터의 광원은 S/W를 통해 휘도제어가 가능한 LED가 적용되었다.
- 피험자는 운전빈도가 높을 것으로 판단되는 20세~60세를 대상으로 선정하였다. 실험에 참가한 피험자는 49명이며, 최종적으로 20대 11명, 30대 13명, 40대 15명, 50대 10명으로 구성되었다(Table 3 참조). 각 연령대별 피험자 비율은 2013년 기준 연령대별 운전면허소지자 현황 비율(Table 4)을 참조하여 구성하였다.
- 피험자는 운전빈도가 높을 것으로 판단되는 20세~60세를 대상으로 선정하였다. 실험에 참가한 피험자는 49명이며, 최종적으로 20대 11명, 30대 13명, 40대 15명, 50대 10명으로 구성되었다(Table 3 참조).
데이터처리
- 본 연구는 Table 5의 실험결과 중 이상치(Outlier)를 제거하여 자료분석에 활용하였다. 이상치는 각 연령대별로 분석되었으며, 사분위수분석을 통한 이상치 제거기법을 이용하였다(Eq. (1), (2) 참조).
이론/모형
- 시야 범위 내 휘도분포 변화의 묘사가 가능한 축소모형(이하‘시뮬레이터’) 을 활용하여 수행되었다.
성능/효과
- 1. 순응휘도 100~10,000 cd/m2의 범위에서 순응휘도와 경계부 휘도는 Lth = αL2a + βLa + γ형태의 비교적 강한 2차함수관계를 보임(Eq.
- 2. 운전자 그룹의 연령대가 증가할수록 동일 순응휘도 조건에서 장애물을 식별하기 위해 확보되어야 할 경계부 휘도는 증가함. 특히 50대 운전자 그룹(이하‘고령운전자’)은 높은 순응휘도영역에서 확보되어야할 경계부 휘도가 타 연령대 운전자 그룹에 비해 매우 높으며(Fig.
- 통합 그룹 대비 배경 휘도(L2)의 비율은 연령대가 증가할수록 그 증가폭이 점점 커지며, 40대 피험자 그룹의 약 절반, 50대 피험자 그룹의 대부분은 통합 그룹의 배경휘도(L2)보다 높은 배경휘도(L2)가 확보되어야 달성하고자 하는 목표 안전수준(ρ)의 확보가 가능한 것으로 분석되었다. 20대는 통합 그룹 배경휘도(L2) 대비 평균 0.7배(0.5~0.9배), 30대는 평균 0.8배(0.6~1.0배), 40대는 평균 1.1배(1.0~1.2배), 50대 피험자 그룹은 평균 1.5배 (1.0~1.7배)의 배경휘도(L2)가 확보되어야 장애물 확인이 가능한 것으로 분석되었다.
- 3.평균 운전자의 La- Lth곡선은 40대 운전자의 La- Lth 곡선과 유사함(Fig. 11~13 참조).
- 4.평균 운전자를 대상으로 도출된 경계부 휘도를 적용하여 각 연령대 운전자의 안전수준을 산정한 결과, 연령대가 증가할수록 안전수준이 급격히 낮아지는 경향을 보이며, 평균 운전자의 안전수준을 75%로 설정할 경우 고령운전자의 확보가능 안전수준은 44%에 불과 하여 절반이 넘는 56%의 고령운전자는 잠재적 사고 위험에 노출됨. 평균 운전자의 안전수준 85% 이상 확보를 목표로 경계부 휘도수준이 결정되어야 고령 운전자의 확보가능 안전수준이 60% 이상으로 증가함 (Table 14)
- )를 적용한 경우의 연령 그룹별 확보가능 안전 수준(ρ)을 산정한 결과이다. 50대 피험자 그룹의 결과를 예로 설명하면 표준영역휘도(L1)가 3,000 m2이고 배경휘도(L2)가 통합 그룹의 피험자 중 75%가 장애물을 확인( =75%)할 수 있는 302 m2 (Table 8참조)이면 50대 피험자 그룹의 피험자 중 59%만이 장애물 확인이 가능( =59%)하다는 의미이다. 피험자 그룹의 연령대가 증가할수록 안전수준(ρa)이 급격히 낮아지는 경향을 보이며, 20대와 30대 피험자 그룹은 모든 조건에서 통합 그룹의 안전수준(ρA) 이상의 안전수준(ρa)을 확보할 수 있는 반면, 50대 피험자 그룹은 모든 조건에서 통합 그룹에서 목표로 한 안전수준(ρ)을 확보할 수 없는 것으로 분석되었다.
- 50대 피험자 그룹의 목표 안전 수준(ρ50a) 75%와 50%를 확보하기 위한 배경휘도(L2) 조건에서 통합 그룹은 평균 90% 및 80% 이상의 안전수준(ρA) 확보가 가능한 것으로 분석되었다.
- 예로 평균 운전자 중 75%의 안전을 확보할 수 있도록 설정된 터널 경계부 휘도는 전체 운전자 중 25%에 해당하는 운전자의 사고위험을 감수하겠다는 의미가 내포되어 있으며, 분석결과에서도 제시된 바와 같이 사고위험을 감수해야 하는 25%에 고령운전자의 절반 이상이 포함되기 때문이다. 따라서 터널의 적정 경계부 휘도 결정 시 고령운전자의 안전수준은 평균적 위험회피 능력을 보유한 운전자의 안전수준과는 별도의 판단근거로 고려하는 것이 타당한 것으로 판단된다. 단, 이러한 터널의 적정 경계부 휘도 수준 결정과정에서 터널 경계부 휘도수준의 상향으로 인해 발생되는 추가비용 및 편익측면의 영향이 반드시 고려되어야 한다.
- 또한 목표안전수준(ρ) 85%와 75%의 경우 통합 그룹의 - 곡선은 40대 피험자 그룹의 - 곡선이 매우 유사하며, 목표안전수준(ρ) 50%의 경우 통합 그룹의 - 곡선은 30대와 40대 피험자 그룹의 - 곡선 사이에 분포하는 것으로 분석되었다.
- 조원범 등(2014)은 Schreuder(1964)가 설정한 실험 조건이 실제 터널로 접근 중인 운전자의 행태 및 휘도환경을 현실적으로 반영하고 있지 않음을 제시하였다. 또한 이로 인해 실제 터널을 주행 중인 운전자와 실험에 참여한 피험자의 시각 순응상태, 즉 장애물 확인능력에 차이가 발생하게 되어 실험의 결과로 도출된 경계부 휘도가 운전자의 안전확보에 불충분하거나 필요 이상의 에너지 소모를 초래할 수 있음을 제시하였다. 조원범 등 (2014)은 이러한 관점에서 실험조건을 검토하고 최종적으로 확인대상물 배경과 확인대상물의 휘도대비(C)는 23%, 확인대상물 표출시간(t1)은 운전자가 전방의 상황, 즉 장애물의 출현을 인지(detection)하고 확인 (perception)하기 위해 운전자가 필요로 하는 소요시간에 해당하는 0.
- 모든 연령대의 피험자 그룹과 통합 그룹은 모든 표준영역휘도(L1) 조건에서 50대 피험자 그룹의 목표안전수준(ρ50a) 이상의 안전수준(ρ1)을 확보할 수있는 것으로 분석되었다.
- 문헌 검토결과를 토대로 보았을 때 기준점에서 터널 입구에 위치한 장애물을 확인하기 위해 확보되어야 할 경계부 휘도수준에 영향을 미치는 시력, 대비 민감도 등의 시각기능은 대략 40대를 전후로 감퇴되기 시작하여 50대를 전후로 급격히 감퇴되며, 이후 나이가 들수록 감퇴속도가 점점 빨라지는 것이 일반적인 현상인 것으로 요약될 수 있다. 따라서 터널 경계부의 휘도수준 결정과 관련된 시각기능을 기준으로 판단할 때 50대 이상을 고령자로 정의할 수 있을 것으로 판단된다.
- 분석결과, 표준영역휘도(L1)와 목표안전수준 (ρ)이 높아질수록 장애물 확인을 위해 확보되어야 할 배경휘도(L2)는 높아지고, 휘도비( L2 / L1)는 낮아지는 경향을 보인다.
- 시각능력은 나이가 들어갈수록 감소하며, 연령대가 높아질수록 시각능력은 매우 급격히 감소하는 경향을 보인다. 일반적으로 시각능력의 저하는 35세~45세 사이에 나타나기 시작한다(손준우, 2012).
- 통합 그룹 대비 배경 휘도(L2)의 비율은 연령대가 증가할수록 그 증가폭이 점점 커지며, 40대 피험자 그룹의 약 절반, 50대 피험자 그룹의 대부분은 통합 그룹의 배경휘도(L2)보다 높은 배경휘도(L2)가 확보되어야 달성하고자 하는 목표 안전수준(ρ)의 확보가 가능한 것으로 분석되었다.
- 통합 그룹의 목표 안전수준(ρ) 85%, 75%, 50%에서 50대 피험자 그룹의 평균 안전수준(ρ50a)은 각각 60%, 44%, 16%인 것으로 분석되었다.
- 통합 분석에서 도출된 결과와 동일하게 모든 연령 그룹은 표준영역휘도(L1)와 목표안전수준(ρ)이 높아질수록 배경휘도(L2)는 높아지고, 휘도비( L2/ L1)는 낮아지는 경향을 보인다.
- 피험자 그룹의 연령대가 증가할수록 안전수준(ρa)이 급격히 낮아지는 경향을 보이며, 20대와 30대 피험자 그룹은 모든 조건에서 통합 그룹의 안전수준(ρA) 이상의 안전수준(ρa)을 확보할 수 있는 반면, 50대 피험자 그룹은 모든 조건에서 통합 그룹에서 목표로 한 안전수준(ρ)을 확보할 수 없는 것으로 분석되었다.
- 피험자는 모두 도로교통법 시행령 제45조‘자동차등의 운전에 필요한 적성의 기준’에서 규정하고 있는 시력기준을 만족한다.
후속연구
- 본 연구는 운전자 시야범위 내 휘도분포를 단순화하여 묘사한 시뮬레이터를 활용하여 운전자의 시각순응상태를 구현하였으나, 실제 도로 및 터널에는 휘도분포에 영향을 주는 다양한 시설물이 존재하며 이러한 휘도분포의 다양성이 운전자의 시각 순응 상태에 미치는 영향에 대한 고려가 없다는데 본 연구의 한계가 있다. 국제조명위원회는 다양한 환경에서의 시각 순응상태를 표현하기 위한 휘도 측정법으로 운전자의 시야범위 내 휘도의 분포에 따라 그 영향계수를 달리 적용하여 휘도를 산출하는 광막휘도법(Veiling Luminance Method)의 사용을 권고하고 있으며, 향후 이에 대한 검토를 통해 터널 접근부에서의 운전자 시각 순응상태및 안전수준(사고위험도 등)과의 관계를 합리적으로 표현하기 위한 지표를 개발하고 실제 터널 구간에서의 주행 실증 실험을 통한 순응휘도와 경계부휘도의 관계를 도출할 필요가 있다.
- 향후 이러한 영향 요소들에 대한 정의 및 분석방법 정립, 종합적 의사결정 방법론 등을 개발하고 이를 통해 합리적인 적정 경계부 휘도수준을 결정할 필요가 있다. 또한 본 연구에서는 터널 경계부의 휘도수준 결정과 관련된 시각기능을 기준으로 50대의 운전자를 고령자로 정의하였으나 향후 60대 이상의 운전자를 대상으로 한 추가 연구를 통해 고령운전자 관련 안전정책 결정 시 의사결정 방안의 다양성을 확보할 필요가 있다. 본 연구는 운전자 시야범위 내 휘도분포를 단순화하여 묘사한 시뮬레이터를 활용하여 운전자의 시각순응상태를 구현하였으나, 실제 도로 및 터널에는 휘도분포에 영향을 주는 다양한 시설물이 존재하며 이러한 휘도분포의 다양성이 운전자의 시각 순응 상태에 미치는 영향에 대한 고려가 없다는데 본 연구의 한계가 있다.
- 또한 본 연구에서는 터널 경계부의 휘도수준 결정과 관련된 시각기능을 기준으로 50대의 운전자를 고령자로 정의하였으나 향후 60대 이상의 운전자를 대상으로 한 추가 연구를 통해 고령운전자 관련 안전정책 결정 시 의사결정 방안의 다양성을 확보할 필요가 있다. 본 연구는 운전자 시야범위 내 휘도분포를 단순화하여 묘사한 시뮬레이터를 활용하여 운전자의 시각순응상태를 구현하였으나, 실제 도로 및 터널에는 휘도분포에 영향을 주는 다양한 시설물이 존재하며 이러한 휘도분포의 다양성이 운전자의 시각 순응 상태에 미치는 영향에 대한 고려가 없다는데 본 연구의 한계가 있다. 국제조명위원회는 다양한 환경에서의 시각 순응상태를 표현하기 위한 휘도 측정법으로 운전자의 시야범위 내 휘도의 분포에 따라 그 영향계수를 달리 적용하여 휘도를 산출하는 광막휘도법(Veiling Luminance Method)의 사용을 권고하고 있으며, 향후 이에 대한 검토를 통해 터널 접근부에서의 운전자 시각 순응상태및 안전수준(사고위험도 등)과의 관계를 합리적으로 표현하기 위한 지표를 개발하고 실제 터널 구간에서의 주행 실증 실험을 통한 순응휘도와 경계부휘도의 관계를 도출할 필요가 있다.
- 이와 같이 터널의 적정 경계부 휘도수준 결정 시 고령자 안전수준 상향은 조명설비 및 에너지 비용, 유지보수비 등의 직접적 비용의 증가를 초래하며, 이와 더불어 사고감소에 따른 유무형적 편익의 증가에 영향을 미친다. 향후 이러한 영향 요소들에 대한 정의 및 분석방법 정립, 종합적 의사결정 방법론 등을 개발하고 이를 통해 합리적인 적정 경계부 휘도수준을 결정할 필요가 있다. 또한 본 연구에서는 터널 경계부의 휘도수준 결정과 관련된 시각기능을 기준으로 50대의 운전자를 고령자로 정의하였으나 향후 60대 이상의 운전자를 대상으로 한 추가 연구를 통해 고령운전자 관련 안전정책 결정 시 의사결정 방안의 다양성을 확보할 필요가 있다.
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