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문제 정의
- Ryu and Jung(2010)은 연구를 통하여 외국 자동차와 외국 보행자를 기준으로 유도된 차량 속도와 보행자전도거리 모형의 적용으로 큰 오차가 발생할 수 있는 가능성을 지적하였다. 나아가 국내에서 발생된 보행자사고를 대상으로 하여 자동차 파손상태 및 보행자 상해도를 근거로 충돌속도를 산정하고, 충돌속도와 전도 거리간의 회귀 식을 통해 충돌지점을 규명할 수 있는 한국형 분석모형을 소개하고, 이러한 모형의 실제 사고분석 시 적용방법에 관한 내용을 제시하였다. 이 연구의 결과에서 충돌속도가 높아질수록 자동차 파손단계, 보행자 상해도 등도 규칙적으로 변화되고 있는 것으로 나타내었고, 실제 사고사례에 적용해 본 결과 사고지점 부근과 일치된 결과가 나타남을 보였다.
- 본 연구는 트럭의 속도, 중량 및 앞 범퍼 높이가 충돌 후 보행자의 전도거리에 미치는 영향을 파악하고, 이를 바탕으로 트럭과 보행자 사고에서 보행자 전도거리를 추정할 수 있는 모형 식을 제시하였다는데 의미가 있다. 이 모형은 향후 트럭과 보행자 교통사고에서 트럭의 속도 및 보행자 전도거리를 분석하고 판단하는데 유용한 자료로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구의 목적은 교통사고 재현에 가장 많이 사용되는 시뮬레이션 프로그램(simulation program)인 PC-crash를 활용하여 트럭과 보행자의 교통사고에서 트럭 중량과 앞 범퍼의 높이에 따라 보행자 전도거리에 유의한 차이가 있는지 파악하여 제시하는 것이다. 그리고 유의한 관계가 존재한다면, 이러한 관계를 쉽게 추정할 수 있도록 모형으로 구성하여 차대사람 사고 분석 시 가장 중요한 변수인 보행자 전도거리를 신뢰성 있게 추정할 수 있도록 하고자 한다.
- 차대사람 교통사고 중 트럭 또는 버스와 같이 차량 전면이 수직방향으로 평평한 차량과 보행자가 충돌하는 사고에서 차량 속도와 보행자 전도거리에 관한 상관관계를 분석한 외국의 연구는 일부 존재한다. 이러한 연구는 보행자 전도거리를 통해 차량의 충돌속도를 분석하여 과속 여부 및 사고원인을 규명하고, 또한 운전자의 진술 속도와 보행자 최종위치를 토대로 충돌지점을 추정하여 운전자가 진술하는 충돌지점 등에 관한 진위 여부 등을 판단하고자 하였다. 그러나 기존 연구는 고정된 범퍼 높이와 중량을 고정값으로 가정하여 연구가 진행되었고, 다양한 트럭의 중량과 앞 범퍼 높이에 따라 보행자의 전도거리에 차이가 있는지에 관한 세부적인 결과는 확인 할 수 없다.
제안 방법
- 이러한 값들은 현재 국내에서 운행되는 트럭의 특성을 반영하여 결정되었다. 그리고 동시에 트럭의 속도를 10km/h부터 100km/h까지 10km/h씩 높여가며 보행자 전도거리를 측정하였다.
- 1]과 같이 구성하였다. 보행자 충돌 직후 트럭의 제동이 시작되는 것으로 적용한 상태에서 시뮬레이션을 수행하여 충돌지점부터 보행자의 최종위치까지 전도거리를 각 실험별로 측정하였다.
- 이 실험식의 특이점은 보행자의 신장이 보행자의 전도거리에 영향을 준다는 전제하에 전도거리 고려 인자 중에서 보행자 신장에 관한 인자를 중심으로 모형이 제시되었다. 보행자의 노면 마찰계수와 보행자의 무게중심의 높이, 그리고 충돌속도를 변수로 사용하여 전도거리를 추정할 수 있도록 하였다.
- 본 연구에서는 사고재현 프로그램(simulation program)인 PC-crash 프로그램에서 보행자의 신장을 170cm, 몸무게를 65kg으로 로 적용하고, 트럭의 중량을 5t, 15t, 25t으로 적용한 상태에서, 각 트럭의 앞 범퍼 하단 높이를 0.3m부터 0.6m까지 0.1m씩 높여감과 동시에 트럭의 속도를 10km/h부터 100km/h까지 10km/h씩 높여가며 보행자 전도거리를 측정하였다.
- 본 연구에서는 사고재현 프로그램인 PC-crash 프로그램을 활용하여 보행자의 신장은 170cm, 몸무게는 65kg의 단일 값으로 적용하였다. 하지만 트럭의 중량은 5t(ton), 15t, 25t 3가지로 구분하였고, 각 트럭의 앞 범퍼 하단 높이를 0.
- Collins and Morris(1979)는 차량의 보행자 충돌속도와 보행자 무게중심의 높이를 변수로 하여 전도거리를 구하는 모형을 발표하였다. 이 실험식의 특이점은 보행자의 신장이 보행자의 전도거리에 영향을 준다는 전제하에 전도거리 고려 인자 중에서 보행자 신장에 관한 인자를 중심으로 모형이 제시되었다. 보행자의 노면 마찰계수와 보행자의 무게중심의 높이, 그리고 충돌속도를 변수로 사용하여 전도거리를 추정할 수 있도록 하였다.
- 독립변수의 채택에 있어 중량 변수의 경우 앞의 통계적 결과를 적용하여 모형 구축에서 제거되었다. 차량 속도와 범퍼높이 변수의 경우 모두 유의한 값(p=0.000)을 나타내었으며, 위 결과를 바탕으로 보행자 전도거리(Y, m)를 종속변수로 하고, 보행자 충돌속도(X1, km/h), 범퍼 하단 높이(X2, cm)를 독립변수로 하여 다음과 같은 모형 식을 유도하였다.
- 현재 운영되는 트럭은 차체의 구조나 모양 등에 따라 다양한 종류가 존재하지만, 본 연구에서는 트럭의 전면이 수직방향으로 평평한 캡 오버 트럭(Cab-over-engine truck) 형태의 모델을 채택하였다. 트럭의 중량은 5t, 15t, 25t으로 구분하여 적용하였으며, 각 트럭의 앞 범퍼 하단의 높이를 0.3m부터 0.6m까지 0.1m씩 높여가며 구성하였다.
- 본 연구에서는 사고재현 프로그램인 PC-crash 프로그램을 활용하여 보행자의 신장은 170cm, 몸무게는 65kg의 단일 값으로 적용하였다. 하지만 트럭의 중량은 5t(ton), 15t, 25t 3가지로 구분하였고, 각 트럭의 앞 범퍼 하단 높이를 0.3m부터 최대 0.6m까지 0.1m 간격으로 적용하였다. 이러한 값들은 현재 국내에서 운행되는 트럭의 특성을 반영하여 결정되었다.
- 현재 운영되는 트럭은 차체의 구조나 모양 등에 따라 다양한 종류가 존재하지만, 본 연구에서는 트럭의 전면이 수직방향으로 평평한 캡 오버 트럭(Cab-over-engine truck) 형태의 모델을 채택하였다. 트럭의 중량은 5t, 15t, 25t으로 구분하여 적용하였으며, 각 트럭의 앞 범퍼 하단의 높이를 0.
대상 데이터
- 보행자모델은 문화체육관광부의 2004년~2011년도 우리나라 성인 남녀의 평균 체중 자료를 고려하여, 보행자 신장은 170cm, 몸무게는 65kg으로 적용하였다. 그리고 옷을 입은 보행자 인체와 노면 간의 마찰계수는 선행 연구결과를 참고하여 0.
데이터처리
- 본 연구에서는 보행자 전도거리와 트럭의 속도, 중량, 범퍼높이 간의 상관성을 분석하기 위해 pearson 상관계수로 분석을 실시하였고 결과는 [Table 2]와 같다. 보행자 전도거리와 속도는 유의확률 0.
- 수집된 결과를 활용하여 트럭의 중량과 범퍼 높이에 따라 보행자 전도거리에 차이가 있는지 t-test를 실시하였고, 보행자 전도거리와 트럭의 속도, 중량, 범퍼 높이와의 상관성을 분석하였으며, 다중회귀분석을 이용하여 보행자 전도거리에 관한 모형 식을 유도하였다.
성능/효과
- 자료 분석 결과, 범퍼의 높이가 낮고 보닛이 긴 세단형 차량은 보행자 전도거리가 제일 짧은 것으로 나타났고 경차형 차량도 이와 유사한 패턴을 보였다. SUV형 차량은 경차형과 세단형 보다 보행자 전도거리가 길며, 밴형 차량은 SUV형과 유사하나 보행자 전도거리가 SUV형 보다 약간 긴 것으로 나타났다. 반면에 트럭이나 버스형 차량은 전 속도 구간에 걸쳐 다른 차종보다 보행자 전도거리가 긴 것으로 분석되었다.
- 또한 동일한 속도에서 전도거리는 범퍼의 높이가 증가함에 따라 감소하는 경향으로 나타났다. t-test 결과, 트럭중량이 다른 집단 간에 보행자 전도거리에 차이가 없는 것으로 나타났으며, 보행자 전도거리와 트럭의 속도, 중량, 범퍼높이 간의 상관성을 분석하기 위해 pearson 상관계수로 분석한 결과, 보행자 전도 거리와 속도는 매우 높은 상관관계를 보였다. 보행자 전도거리와 차량 중량의 경우 유의확률 0.
- Kim(2009)는 다양한 환경 하에서 인체와 노면 간의 마찰계수에 대한 실험적 검증을 실시하여 결과를 제시하였다. 건조한 아스팔트 도로에서의 인체노면 마찰계수의 값은 0.59~0.62, 건조한 콘크리트 도로에서는 0.59~0.61, 젖은 아스팔트 도로에서의 인체노면 마찰계수는 0.56~0.59, 젖은 콘크리트 도로에서는 0.51~0.54를 제시하였다. 그러나 이런 실험결과는 제한된 실험 조건하에 실시된 결과이고, 이를 보다 구체화하는 노력이 필요함을 언급하였다.
- 구축된 모형식의 설명력은 [Table 5]에 제시된 결과와 같이 수정된 R2값이 93.3%로 나타나 매우 우수한 설명력을 가지는 것으로 나타났다. 이러한 모형식은 트럭과 보행자 사고에서 속도와 범퍼의 높이에 따른 전도거리를 설명하므로, 수집되는 자료에 따라 속도나 전도거리의 값들을 정확하게 추정할 수 있다.
- 960으로 속도가 증가할수록 전도거리 또한 증가하는 것으로 분석되었다. 그리고 보행자 전도거리와 차량 중량의 경우 유의확률 0.916으로 상관성이 거의 없는 것으로 나타났다. 범퍼 높이와 전도거리의 경우 저속(20km/h 이하)에서의 결과가 함께 반영되어 상관계수가 낮은 값으로 나타났다.
- 모형을 이용하여 실제 사고 자료에 적용한 결과, 현장에서 측정된 실제 값과 매우 유사한 결과를 나타냄을 확인하였다. 그리고 이 연구에서 개발된 모형의 결과는 차량의 속도에 따라 외국의 모형과는 다소 상이한 결과를 보이는 것을 나타내었다.
- 다중 회귀분석을 실시하기 전 종속변수인 보행자 전도거리와 독립 변수인 트럭 중량, 범퍼 높이 간의 공선성통계량을 살펴본 결과, 변수들 모두 VIF값이 10이하, 공차 값이 0.1이상으로 다중공선성문제가 없는 것으로 파악되었다. 다중회귀분석을 실시한 결과는 다음 [Table 4], [Table 5]와 같다.
- 첫째는 Wrap Trajectory 유형으로서, 승용차 전면 범퍼와 보행자 신체 경골부와의 접촉으로 보행자 신체는 후드 위로 들려져 차량을 감싸는 형태를 취하는데, 대부분 성인에서 많이 발생한다. 둘째는 Forward Projection 유형으로서, 보행자와 트럭, 버스와 같이 차량의 전면이 평평한 차량과 보행자 충돌 시 또는 무게 중심이 낮은 어린이에 주로 발생되는 유형이다. 차량 전면과 보행자 충돌 시 충격력은 보행자의 무게중심이나 그 보다 높은 위치에 작용되고, 그로인해 보행자의 상체가 차량의 진행방향으로 급격히 회전하게 되지만 다리 부위는 노면에서 미처 떨어지지 못해 신체의 상반신이 먼저 차량 앞쪽으로 방출되게 되며, 보행자는 대게 전도된다.
- 그러나 규정된 범퍼 높이에서 트럭의 무게 증가에 따라 보행자 전도거리는 약간씩 증가하는 경향을 나타내었으나, 실제적인 차이는 거의 없는 것으로 판단된다. 또한 동일한 속도에서 전도거리는 범퍼의 높이가 증가함에 따라 감소하는 경향으로 나타났다.
- Lee and Ryu(2005)는 그 동안 국내에서 수집된 보행자 사고 자료를 이용하여 국내 환경에 사용될 수 있는 차대보행자 충돌모형을 개발하였다. 모형은 사고 자료에서 수집된 보행자 전도거리를 종속변수로 하고, 보행자 충돌속도를 독립변수로 하여 일차원 회귀 식 형태로 구성되었고, 이 모형의 적합도는 매우 높은 것으로 파악되었다. 모형을 이용하여 실제 사고 자료에 적용한 결과, 현장에서 측정된 실제 값과 매우 유사한 결과를 나타냄을 확인하였다.
- 모형은 사고 자료에서 수집된 보행자 전도거리를 종속변수로 하고, 보행자 충돌속도를 독립변수로 하여 일차원 회귀 식 형태로 구성되었고, 이 모형의 적합도는 매우 높은 것으로 파악되었다. 모형을 이용하여 실제 사고 자료에 적용한 결과, 현장에서 측정된 실제 값과 매우 유사한 결과를 나타냄을 확인하였다. 그리고 이 연구에서 개발된 모형의 결과는 차량의 속도에 따라 외국의 모형과는 다소 상이한 결과를 보이는 것을 나타내었다.
- SUV형 차량은 경차형과 세단형 보다 보행자 전도거리가 길며, 밴형 차량은 SUV형과 유사하나 보행자 전도거리가 SUV형 보다 약간 긴 것으로 나타났다. 반면에 트럭이나 버스형 차량은 전 속도 구간에 걸쳐 다른 차종보다 보행자 전도거리가 긴 것으로 분석되었다.
- 본 연구에서는 보행자 전도거리와 트럭의 속도, 중량, 범퍼높이 간의 상관성을 분석하기 위해 pearson 상관계수로 분석을 실시하였고 결과는 [Table 2]와 같다. 보행자 전도거리와 속도는 유의확률 0.000으로 매우 높은 상관관계를 보이며, 정(+)의 상관계수 0.960으로 속도가 증가할수록 전도거리 또한 증가하는 것으로 분석되었다. 그리고 보행자 전도거리와 차량 중량의 경우 유의확률 0.
- 분석 결과, 규정된 범퍼 높이에서 트럭의 속도가 증가함에 따라 보행자 전도거리는 증가하는 결과를 나타났다. 그러나 규정된 범퍼 높이에서 트럭의 무게 증가에 따른 보행자 전도거리는 큰 차이가 거의 없는 것으로 판단된다.
- 차량 전면과 보행자 충돌 시 충격력은 보행자의 무게중심이나 그 보다 높은 위치에 작용되고, 그로인해 보행자의 상체가 차량의 진행방향으로 급격히 회전하게 되지만 다리 부위는 노면에서 미처 떨어지지 못해 신체의 상반신이 먼저 차량 앞쪽으로 방출되게 되며, 보행자는 대게 전도된다. 셋째는 Fender Vault 유형으로서, 차량의 제동여부와는 관계없이 발생되며, 보행자가 차량 가장자리 모서리 등에 충돌될 때 발생한다. 보행자는 차량의 모서리에 충격 당한 후 후드나 휀더 위에 올라타게 되고 전면 유리나 A필라에 충격 후 낙하하게 된다.
- Shim and Lee(2016)는 MADYMO 프로그램을 활용하여 차대 보행자 사고 시 보행자의 두부가 승용차의 전면유리에 닿는 최저속도를 규정하는 연구를 수행하였다. 실험 결과, 보행자의 두부가 NF쏘나타의 전면유리에 닿는 최저속도는 보행자의 신장이 160cm일 경우 약 49km/h, 보행자의 신장이 170cm일 경우 약 41km/h, 그리고 보행자의 신장이 180km/h일 경우 약 29km/h임을 제시하여, 보행자의 두부가 전면유리에 닿을 수 있는 속도는 보행자의 신장에 따라 상이함을 확인하였다.
- 000)을 나타내었다. 위 결과를 바탕으로 보행자 전도거리(Y, m)를 종속변수로 하고, 보행자 충돌속도(X1, km/h), 앞 범퍼 하단 높이(X2, cm)를 독립변수로 하는 모형 식을 구축하여 제시하였고, 이 모형식의 설명력은 수정된 R2값이 93.3%로 나타나 매우 우수한 설명력을 가지는 것으로 나타났다.
- 나아가 국내에서 발생된 보행자사고를 대상으로 하여 자동차 파손상태 및 보행자 상해도를 근거로 충돌속도를 산정하고, 충돌속도와 전도 거리간의 회귀 식을 통해 충돌지점을 규명할 수 있는 한국형 분석모형을 소개하고, 이러한 모형의 실제 사고분석 시 적용방법에 관한 내용을 제시하였다. 이 연구의 결과에서 충돌속도가 높아질수록 자동차 파손단계, 보행자 상해도 등도 규칙적으로 변화되고 있는 것으로 나타내었고, 실제 사고사례에 적용해 본 결과 사고지점 부근과 일치된 결과가 나타남을 보였다. 이러한 내용들은 사고 부근의 목격자들이 진술하는 충돌지점과 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 통하여 확인되었다.
- Jung(2015)은 국산 차량 전면부를 7가지로 세분화하여 충돌속도, 충돌옵셋, 성인 남성 표준 신체 등의 인자를 고려해 MADYMO 프로그램으로 126회 시뮬레이션을 수행한 후 다중 회귀분석을 수행하였다. 자료 분석 결과, 범퍼의 높이가 낮고 보닛이 긴 세단형 차량은 보행자 전도거리가 제일 짧은 것으로 나타났고 경차형 차량도 이와 유사한 패턴을 보였다. SUV형 차량은 경차형과 세단형 보다 보행자 전도거리가 길며, 밴형 차량은 SUV형과 유사하나 보행자 전도거리가 SUV형 보다 약간 긴 것으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 이번 연구는 트럭의 무게를 5t, 15t, 25t으로, 보행자의 신장을 170cm, 몸무게를 65kg으로, 트럭의 앞 범퍼 높이를 0.3m, 0.4m, 0.5m, 0.6m로 한정한 상태에서 실험한 결과이므로 향후 이와 같은 실험조건을 확장하여 보다 폭넓은 조건에서의 실험 결과를 제시하는 노력이 필요하다. 이를 위하여 트럭의 종류, 트럭의 전면 형태, 속도, 충돌자세, 보행자 신장 등을 다양화하고, 보행자 전도거리에 영향을 미치는 인자를 다양하게 평가한다면 보다 정교한 모형식을 개발할 수 있다고 판단된다.
- 이러한 계수 값들은 노면의 조건이나 환경에 따라 차이를 나타낼 수 있으나, 이에 관한 구체적인 기준을 제시하고 있지 못한 상태이다. 마찰계수는 사고 분석 시 결과에 큰 영향을 미치는 변수이므로 향후 광범위한 실험을 통하여 보다 세분화된 기준을 제시하는 노력이 요구되었다.
- 본 연구는 트럭의 속도, 중량 및 앞 범퍼 높이가 충돌 후 보행자의 전도거리에 미치는 영향을 파악하고, 이를 바탕으로 트럭과 보행자 사고에서 보행자 전도거리를 추정할 수 있는 모형 식을 제시하였다는데 의미가 있다. 이 모형은 향후 트럭과 보행자 교통사고에서 트럭의 속도 및 보행자 전도거리를 분석하고 판단하는데 유용한 자료로 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 6m로 한정한 상태에서 실험한 결과이므로 향후 이와 같은 실험조건을 확장하여 보다 폭넓은 조건에서의 실험 결과를 제시하는 노력이 필요하다. 이를 위하여 트럭의 종류, 트럭의 전면 형태, 속도, 충돌자세, 보행자 신장 등을 다양화하고, 보행자 전도거리에 영향을 미치는 인자를 다양하게 평가한다면 보다 정교한 모형식을 개발할 수 있다고 판단된다.
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