계측 유형별 풍속 데이터 분석을 통한 도로표지의 안정성 확보 방안에 관한 연구 An Study on Securing the Stability of Road Sign through Analysis of wind data according to types of measurement원문보기
최근 안전에 대한 관심이 크게 높아지고 있으며, 도로 교통 분야에서도 안전의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 도로 교통 분야의 안전성 제고를 위하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 평가가 필요하며, 자연재해 대비를 목적으로 도로 시설물의 피해 저감이 가능한 기술 적용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 계측 유형별 풍속 데이터와 이를 적용한 도로표지의 구조 안전성을 비교 분석하여 기상 계측 유형의 시설물 안전성 평가에 대한 영향을 분석하였다. 더불어 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하였으며, 도출한 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술에 대한 효과를 분석하였다. 계측 유형별 풍속 데이터 분석 결과, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터는 기상청과 도로기상정보시스템의 풍속 데이터에 비하여 약 2.43배로 크게 나타났다. 또한 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 검토를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 안정성 확보 방안 마련이 필요한 것으로 판단된다. 도로 선형 단위의 기상 데이터를 활용하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 분석과 모니터링이 가능할 것으로 판단되며, 풍하중 저감 기술 적용을 통하여 도로 안전도의 제고가 기대된다.
최근 안전에 대한 관심이 크게 높아지고 있으며, 도로 교통 분야에서도 안전의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 도로 교통 분야의 안전성 제고를 위하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 평가가 필요하며, 자연재해 대비를 목적으로 도로 시설물의 피해 저감이 가능한 기술 적용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 계측 유형별 풍속 데이터와 이를 적용한 도로표지의 구조 안전성을 비교 분석하여 기상 계측 유형의 시설물 안전성 평가에 대한 영향을 분석하였다. 더불어 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하였으며, 도출한 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술에 대한 효과를 분석하였다. 계측 유형별 풍속 데이터 분석 결과, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터는 기상청과 도로기상정보시스템의 풍속 데이터에 비하여 약 2.43배로 크게 나타났다. 또한 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 검토를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 안정성 확보 방안 마련이 필요한 것으로 판단된다. 도로 선형 단위의 기상 데이터를 활용하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 분석과 모니터링이 가능할 것으로 판단되며, 풍하중 저감 기술 적용을 통하여 도로 안전도의 제고가 기대된다.
Recently, interest in safety has been increasing in every area, especially in the field of transportation. The accurate evaluation of the stability of road facilities is needed to improve the level of safety in the field of transportation and the application of new technologies is required to reduce...
Recently, interest in safety has been increasing in every area, especially in the field of transportation. The accurate evaluation of the stability of road facilities is needed to improve the level of safety in the field of transportation and the application of new technologies is required to reduce the number of natural disasters. In this study, the wind data were compared and analyzed according to the type of measurement, and an evaluation of the stability of road signs using the wind data was conducted. In addition, a stability plan to secure road signs was elaborated and its effect on the wind load was analyzed. It was found that the wind data measured by a mobile atmospheric observing system (MAOS) was 2.43 times bigger than that measured by the Korea meteorological administration (KMA) and road weather information system (RWIS). In terms of their stability, the road signs were susceptible to failure caused by gusty winds and it was found necessary to ensure their stability. In the future, it will be possible to evaluate the stability of road facilities using road line weather data and the application of wind load reduction technologies is expected to improve road safety.
Recently, interest in safety has been increasing in every area, especially in the field of transportation. The accurate evaluation of the stability of road facilities is needed to improve the level of safety in the field of transportation and the application of new technologies is required to reduce the number of natural disasters. In this study, the wind data were compared and analyzed according to the type of measurement, and an evaluation of the stability of road signs using the wind data was conducted. In addition, a stability plan to secure road signs was elaborated and its effect on the wind load was analyzed. It was found that the wind data measured by a mobile atmospheric observing system (MAOS) was 2.43 times bigger than that measured by the Korea meteorological administration (KMA) and road weather information system (RWIS). In terms of their stability, the road signs were susceptible to failure caused by gusty winds and it was found necessary to ensure their stability. In the future, it will be possible to evaluate the stability of road facilities using road line weather data and the application of wind load reduction technologies is expected to improve road safety.
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문제 정의
본 절에서는 국내 기상 데이터 관측 기술, 도로 시설물 안전성 평가 동향과 도로 시설물의 피해 저감 기술에 대한 동향 분석을 수행하였다. 더불어 관련 연구 동향 분석을 통하여 본 연구의 계측 유형별 기상 데이터 및 도로표지의 풍해 저감 기술의 적용 방향 등의 차별성을 제시하였다.
본 연구에서는 계측 유형별 풍속 데이터를 비교 분석하였으며, 각 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 구조 안전성 평가를 수행하였다. 더불어 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하였으며, 도출한 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술에 대한 효과를 분석하였다.
본 연구에서는 도로표지의 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술의 적용에 대한 효과를 분석하였다. 도로표지의 풍하중 저감 기술 중 판독성을 유지하며 일정한 간격의 천공을 갖는 유공형 도로표지에 대한 구조 안정성 검토를 수행하였다.
본 연구에서는 도로표지의 안정성 확보 방안으로 지역적 환경 및 돌풍을 반영한 설계풍속의 규정 개정과 풍하중 저감 기술의 적용을 제시하였으며, 이 중 풍하중 저감 기술의 효과를 분석하였다.
이에 따라 이상기후 등의 자연재해에 대비하고 도로 교통 분야의 안전성 제고를 위하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 평가와 도로 시설물의 안정성 확보 방안 도출이 필요하다. 본 연구에서는 보다 객관적인 도로 시설물의 안정성을 평가하기 위하여 계측 유형별 풍속 데이터를 비교 분석하였으며, 각 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로 표지의 구조 안정성 검토를 수행하였다. 이를 통해 계측 유형별 기상 데이터의 도로표지 안정성 평가에 대한 차이점과 영향을 분석하였다.
본 절에서는 계측 유형별 풍속 데이터 분석 및 도로표지의 안정성 분석 결과를 토대로 도로표지의 안정성 확 보 방안을 도출하였다. 도출한 도로표지의 안정성 확보 방안은 크게 두 가지로 구분된다.
기존 연구에서는 일률적으로 40m/s의 설계풍속 혹은 기상청의 고정 관측 자료를 적용하여 도로시설물의 안정성을 분석하였다. 이에 반해 본 연구에서는 고정관측 자료가 아닌 보다 객관적이고 정확한 도로 선형별 기상 데이터를 활용하여 도로시설물의 실질적인 안정성을 검토 하고자 하였다. 또한, 기존 연구에서는 도로시설물의 풍하중 저감 기술을 제안하고 그 효과를 분석하는데 그쳤으나, 본 연구에서는 ‘유공형 도로표지’ 풍하중 저감 기술을 제안하고, 기상 조건별 풍하중 저감 효과를 분석하여 효율적으로 제안 기술을 적용할 수 있는 방안을 도출 하였다.
제안 방법
각 계측 유형별 풍속 데이터의 도로 시설물 안정성 평가에 대한 영향을 분석하기 위하여 기상청, 도로기상 보시스템, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력을 산출하여 비교 분석하였다.
본 연구에서는 계측 유형별 풍속 데이터를 비교 분석하였으며, 각 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 구조 안전성 평가를 수행하였다. 더불어 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하였으며, 도출한 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술에 대한 효과를 분석하였다.
이를 통해 계측 유형별 기상 데이터의 도로표지 안정성 평가에 대한 차이점과 영향을 분석하였다. 더불어, 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 평가 결과에 따른 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하여, 풍하중 저감 기술의 안정성을 검증하였다.
본 연구에서는 도로표지의 안정성 확보 방안 중 풍하중 저감 기술의 적용에 대한 효과를 분석하였다. 도로표지의 풍하중 저감 기술 중 판독성을 유지하며 일정한 간격의 천공을 갖는 유공형 도로표지에 대한 구조 안정성 검토를 수행하였다. 구조 안정성 검토를 수행한 유공형 도로표지의 제원은 [Table 4]와 같으며, 그 외 도로표지의 형식과 제원은 [Table 1]과 같다.
또한, 기존 연구에서는 도로시설물의 풍하중 저감 기술을 제안하고 그 효과를 분석하는데 그쳤으나, 본 연구에서는 ‘유공형 도로표지’ 풍하중 저감 기술을 제안하고, 기상 조건별 풍하중 저감 효과를 분석하여 효율적으로 제안 기술을 적용할 수 있는 방안을 도출 하였다.
본 연구에서는 계측 유형별 풍속 데이터의 차이점을 분석하고자 기상청, 도로기상정보시스템, 기상관측차량 시스템의 풍속 데이터를 비교 분석하였으며, 각 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 구조 안정성 검토를 통하여 계측 유형에 따른 차이점과 영향을 분석하였다.
본 절에서는 국내 기상 데이터 관측 기술, 도로 시설물 안전성 평가 동향과 도로 시설물의 피해 저감 기술에 대한 동향 분석을 수행하였다. 더불어 관련 연구 동향 분석을 통하여 본 연구의 계측 유형별 기상 데이터 및 도로표지의 풍해 저감 기술의 적용 방향 등의 차별성을 제시하였다.
본 연구에서는 보다 객관적인 도로 시설물의 안정성을 평가하기 위하여 계측 유형별 풍속 데이터를 비교 분석하였으며, 각 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로 표지의 구조 안정성 검토를 수행하였다. 이를 통해 계측 유형별 기상 데이터의 도로표지 안정성 평가에 대한 차이점과 영향을 분석하였다. 더불어, 계측 유형별 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 평가 결과에 따른 도로표지의 안정성 확보 방안을 도출하여, 풍하중 저감 기술의 안정성을 검증하였다.
대상 데이터
계측 유형별 풍속 데이터의 비교 분석을 위하여 동일한 시간대의 강원지방기상청 관측점인 북강릉(104)의 풍속 데이터와 원주지방국토관리청 도로기상정보시스템의 풍속 데이터, 그리고 국립기상과학원 재해기상연구센터에서 운용 중인 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 활용하였다. 강원지방기상청의 풍속 데이터는 고정관측 점에서 측정된 데이터로서 10분 단위의 데이터이며, 도로기상정보시스템의 풍속 데이터는 도로변의 고정관측 점에서 측정된 10초 단위의 데이터이다. 기상관측차량 시스템의 풍속 데이터는 기상 계측 시스템이 구축된 차량으로 도로 주행 시 측정된 1초 단위의 데이터로서 본 연구에서는 ‘재해기상연구센터 설립·운용(4)’ 보고서에 수록된 자료를 활용하였다.
계측 유형별 풍속 데이터의 비교 분석을 위하여 동일한 시간대의 강원지방기상청 관측점인 북강릉(104)의 풍속 데이터와 원주지방국토관리청 도로기상정보시스템의 풍속 데이터, 그리고 국립기상과학원 재해기상연구센터에서 운용 중인 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 활용하였다. 강원지방기상청의 풍속 데이터는 고정관측 점에서 측정된 데이터로서 10분 단위의 데이터이며, 도로기상정보시스템의 풍속 데이터는 도로변의 고정관측 점에서 측정된 10초 단위의 데이터이다.
기상관측차량 시스템의 풍속 데이터는 기상 계측 시스템이 구축된 차량으로 도로 주행 시 측정된 1초 단위의 데이터로서 본 연구에서는 ‘재해기상연구센터 설립·운용(4)’ 보고서에 수록된 자료를 활용하였다.
이론/모형
도로 표지의 안정성 검토를 위하여 적용한 대상은 편지식 3방향표지(403-1)로 제원 및 규격은 [Table 1]과 같으며, 도로표지의 최대응력은 도로표지규칙의 부록인 ‘지주의 구조계산’의 허용응력설계법을 적용하여 산출하였다.
성능/효과
기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력은 기상청의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력에 비하여 최대 9.17배, 최소 0.98배, 평균 약 1.75배 차이를 나타내는 것으로 분석되었다.
기상관측차량시스템과 기상청의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력 비교 결과, 기상관측차량시스템 의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력은 최대 213.12MPa, 최소 23.10MPa, 평균 40.58MPa로 나타났으며, 기상청의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대 응력과의 비교 결과는 [Table 3], [Fig. 4]와 같다. 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력은 기상청의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력에 비하여 최대 9.
도로기상정보시스템과 기상청의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 검토 결과, 도로기상정보시스템의 풍속을 적용한 도로표지의 최대응력은 최대 23.88MPa, 최소 23.11MPa, 평균 23.35MPa로 나타났으며, 기상청의 풍속을 적용한 도로표지의 최대응력은 최대 23.41MPa, 최소 23.17MPa, 평균 23.25MPa로 나타났다. 두 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력 비교는 [Fig.
도로기상정보시스템의 풍속 데이터는 기상청의 풍속 데이터에 비하여 약 1.01배로 유사한 수준으로 나타났으며, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터는 기상청 풍속 데이터에 비하여 약 2.43배로 큰 차이를 나타났다. 이는 초단위 및 도로 선형 단위의 관측에 따른 순간 돌풍과 지역적 환경에 의한 차이로 분석된다.
1]과 같다. 도로기상정보시스템의 풍속 데이터는 기상청의 풍속 데이터에 비하여 최대 1.81배, 최소 0.32배 차이가 나타나는 것으로 분석되었으며, 차이 평균값은 약 1.01배로 유사한 수준으로 분석되었다.
3] 과 같다. 도로기상정보시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력은 기상청의 풍속 데이터를 적용한 결과 값에 비하여 최대 1.03배, 최소 0.98배 차이를 보이며 유사한 수준으로 분석되었다. 이를 통하여 상대적으로 낮은 풍속에서의 풍속 차이 값은 도로표지 최대응력의 차이 값에 영향을 미치지 않은 것으로 분석된다.
0% 이상의 최대응력 감소 효과를 나타내며 큰 폭의 증가를 나타냈다. 도로표지의 설계풍속인 40m/s의 풍속에서는 약 17.0% 의 최대응력 감소 효과가 있는 것으로 분석되었다. 이를 바탕으로 15m/s 이상의 돌풍 및 태풍 등의 이상기후가 지속적으로 발생하며 관측되는 지역에서는 유공형 도로표지의 설치가 필요하며 도로표지의 최대응력 감소 효과도 크게 나타날 것으로 판단된다.
동일한 시간대의 기상관측차량시스템과 기상청의 풍속 데이터를 비교 분석한 결과, 기상관측차량시스템의 풍속은 최대 42.2m/s, 최소 1.4m/s, 평균 11.08m/s로 나타났으며, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터는 기상청 풍속 데이터에 비하여 최대 9.38배, 최소 0.58배 차이가 나타나는 것으로 분석되었으며, 평균값은 약 2.43배로 큰 차이를 나타났다.
동일한 시간대의 도로기상정보시스템과 기상청의 풍속 데이터를 비교 분석한 결과, 도로기상정보시스템의 풍속 데이터는 최대 7.0m/s, 최소 1.70m/s, 평균 4.63m/s로 나타났으며, 기상청의 풍속 데이터는 최대 5.60m/s, 최소 3.40m/s, 평균 4.56m/s로 나타났다. 두 풍속 데이터를 비교한 그림은 [Fig.
또한 상대적으로 높은 풍속에서의 풍속 차이 값은 낮은 풍속에서의 차이 값에 비하여 도로표지 최대응력의 차이 값에 영향을 크게 미치는 것으로 분석된다. 또한, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 검토를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 돌풍 및 이상기후에 대비하여 도로표지의 안정성 확보 방안의 마련이 필요할 것으로 판단된다.
이를 통하여 높은 풍속에서의 풍속 차이 값은 낮은 풍속에서의 차이 값에 비하여 도로표지 최대응력의 차이 값에 영향을 크게 미치는 것으로 분석된다. 또한, 기상관측차량시스 템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 최대응력 중 최댓값은 에 붉은 실선으로 표시된 도로표지의 허용응력인 235MPa에 비해 약 0.91배에 달하는 것으로 분석되었다. 이를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 돌풍 및 이상기후에 대비하여 도로표지의 안정성 확보 방안의 마련이 필요한 것으로 판단된다.
6]과 같다. 분석 결과, 15m/s 이하의 풍속에서는 유공형 도로표지의 최대 응력 감소 효과가 약 3.0~5.0%로 크지 않은 것으로 나타났으나, 15m/s 이상의 풍속에서는 약 10.0% 이상의 최대응력 감소 효과를 나타내며 큰 폭의 증가를 나타냈다. 도로표지의 설계풍속인 40m/s의 풍속에서는 약 17.
유공형 도로표지의 구조 안정성 검토 결과, 기존 도로 표지에 비하여 최대응력 감소는 최대 17.03%, 최소 3.49%, 평균 7.15%의 효과가 있는 것으로 분석되었으며 [Table 5], [Fig. 5]와 같다.
풍하중 저감 기술인 유공형 도로표지는 15m/s 이상의 풍속에서 약 10.0% 이상의 최대응력 감소 효과를 나타냈다. 이에 따라 15m/s 이상의 돌풍이 지속적으로 관측 되는 지역에서는 유공형 도로표지의 설치가 필요하며 도로표지의 최대응력 감소 효과도 크게 나타날 것으로 판단된다.
후속연구
기상관측차량장비는 노면상태에 영향을 미치는 온도, 습도, 대기압, 풍향, 풍속, 강수량 등 기상 데이터를 실시간으로 제공할 수 있는 시스템이다[6]. 기상 관측차량시스템을 통하여 사용자가 원하는 구간의 실시 간 기상 데이터 수집이 가능하며, 이를 활용한 교통상황 예측 및 도로시설물 안정성 평가 등의 효율적인 분석이 가능할 것으로 판단된다.
또한 상대적으로 높은 풍속에서의 풍속 차이 값은 낮은 풍속에서의 차이 값에 비하여 도로표지 최대응력의 차이 값에 영향을 크게 미치는 것으로 분석된다. 또한, 기상관측차량시스템의 풍속 데이터를 적용한 도로표지의 안정성 검토를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 돌풍 및 이상기후에 대비하여 도로표지의 안정성 확보 방안의 마련이 필요할 것으로 판단된다.
91배에 달하는 것으로 분석되었다. 이를 통하여 돌풍으로 인한 도로표지의 파괴 및 전도의 가능성이 있는 것으로 분석되며, 돌풍 및 이상기후에 대비하여 도로표지의 안정성 확보 방안의 마련이 필요한 것으로 판단된다.
이상기후 및 자연재해에 따른 도로 시설물의 안전 제고를 위하여 도로 선형 단위의 기상 데이터를 활용하여 도로 시설물의 객관적인 안정성 분석과 모니터링이 가능 할 것으로 판단되며, 유공형 도로표지 등의 피해 저감 기술적용을 통하여 도로 시설물의 안정성 확보 및 국민의 안전에 대한 요구 충족이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기상관측차량장비는 무엇인가?
국립기상연구소 재해기상센터에서는 기온, 기압, 풍향, 풍속, 습도 등의 측정이 가능한 이동식 기상관측차량 시스템(MAOS : Mobile Atmospheric Observing System)을 개발하였으며, 관측 장비의 최적화 연구가 진행되고 있다. 기상관측차량장비는 노면상태에 영향을 미치는 온도, 습도, 대기압, 풍향, 풍속, 강수량 등 기상 데이터를 실시간으로 제공할 수 있는 시스템이다[6]. 기상 관측차량시스템을 통하여 사용자가 원하는 구간의 실시 간 기상 데이터 수집이 가능하며, 이를 활용한 교통상황 예측 및 도로시설물 안정성 평가 등의 효율적인 분석이 가능할 것으로 판단된다.
도로기상정보시스템의 장점은 무엇인가?
국내 일부 지방국토관리청에서는 도로 선형 단위의 기상 데이터 계측을 위하여 도로기상정보시스템(RWIS : Road Weather Information System)을 구축 운영하고 있다. 도로기상정보시스템은 도로변에서 설치된 검지기로 부터 기상 데이터를 수집하는 방식으로 도로노면 및 대기상태의 실시간 모니터링이 가능한 장점이 있다. 이를 이용한 도로 기상 분석 및 교통상황 예측 연구는 이미 활발히 진행되고 있다.
도로표지의 안정성 확보 방안 중 지역적 환경을 고려하고 돌풍 및 강풍의 반영이 가능한 설계풍속에 대한 규정 개선 방안이 가지는 단점은 무엇인가?
첫 번째 도로표지의 안정성 확보 방안으로는 도로표지의 설계 시 적용되는 일률적인 설계풍속을 대신하여 지역적 환경을 고려하고 돌풍 및 강풍의 반영이 가능한 설계풍속에 대한 규정 개선 방안이다. 이 방안은 도로표지의 직접적인 구조 안정성 확보는 개선 가능하나, 도로표지의 과대설치 및 이로 인한 비경제적인 단점이 있을 것으로 예상된다. 두 번째 도로표지의 안정성 확보 방안으로는 풍하중 저감 효과가 있는 도로표지 기술을 적용하는 방안이다.
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