[논문]복층터널 교통표지판 시인성 향상을 위한 입체표지판 설계 및 적용 가능성에 대한 연구

박상헌; 황주환; 한상주; 안승주; 김재훈

doi:10.9711/ktaj.2018.20.6.899

복층터널 교통표지판 시인성 향상을 위한 입체표지판 설계 및 적용 가능성에 대한 연구
A study on the design and applicability of stereoscopic sign for improving the visibility of traffic sign in double-deck tunnel 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.20 no.6, 2018년, pp.899 - 915

박상헌 (동일기술공사) , 황주환 (동일기술공사) , 한상주 (동일기술공사) , 안승주 (동일기술공사) , 김재훈 (동일기술공사)

초록
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본 연구에서는 도심지 친환경적 선진 도로교통망 구축을 위해 소형차 전용도로인 복층터널은 경제성을 확보하기 위해 소형차 전용도로 단면으로(최대 높이가 3.6 m) 시설한계고를 고려하여 터널 내 교통표지판은 60 cm 이하 높이로 설계되어야 한다. 하지만 터널의 시설한계고가 낮으며, 교통표지판 문자높이가 작아 운전자 시인성 감소로 인한 판단오류가 발생될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 교통표지문자를 입체적으로 설계하여 동일한 거리에서 기존 표지판보다 더 큰 시인성을 확보할 수 있는 입체표지판의 설계적용 가능성 및 가상시뮬레이션을 통한 가능성 검증을 수행하였다. 입체표지판은 복층터널 천장부에 수평으로 설치되며, 수직으로 보이기 위해서는 원근에 의해 일정한 비율로 작아지는 만큼 폭과 높이를 확대시켜 일정거리에서 수직으로 보일 수 있도록 비례식에 의한 이론적인 계산으로 입체표지판 설계를 수행하였다. 또한 입체표지판 설계제원을 통하여 운전자가 주행하였을 때 입체표지판의 시인형태를 검증하기 위해 3D시뮬레이션을 수행하였다. 설계 및 실험연구를 수행한 결과 입체표지판은 이론적인 공식을 통하여 설계가 가능하였으며, 기존 수직형 교통표지판 대비 시설 한계고 제약이 없기 때문에 더 큰 교통표지문자를 운전자에게 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한 천장부에 설치된 입체표지판 설계원리를 이용하면 측벽부에서도 구현이 가능하다는 것을 확인하였다. 입체표지판 설계제원은 운전자가 정자로 시인되는 거리가 짧을수록 입체표지판 하부에 수직으로 돌출높이가 높을수록 사이즈를 작게 설계가 가능하다는 것을 확인하였다. 이러한 입체표지판 설계제원을 토대로 3D시뮬레이션 주행실험결과, 계획된 일정거리에서 운전자가 입체표지판이 수직표지판과 동일한 시인 효과가 나타난 것을 확인하였다. 아직 국내외적으로 입체표지판에 대한 세부적인 연구 및 제도적인 개선이 이루어지지 않았으나, 본 연구를 통하여 개발된 입체표지판에 대한 설계 및 적용가능성을 통한 여러 연구를 통하여 새로운 도로교통시설물의 핵심기술로 발전되길 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, in order to construct an eco-friendly advanced road transportation network, the multi-layer tunnel, which is a small-sized car road, is designed to have a height of less than 60 cm. However, the shape of the tunnel is low and the height of the traffic sign is small. In order to solve these problems, traffic sign characters were designed in three dimensions, and the possibility of applying the design of the three - dimensional sign that can obtain greater visibility than the existing signs at the same distance and the possibility verification through virtual simulation were performed. The three-dimensional sign is horizontally installed on the ceiling of the multi-layer tunnel. To be seen vertically, it is enlarged by a certain ratio by the perspective, and the width and height are enlarged. Respectively. In addition, 3D simulation was performed to verify the visibility of the stereoscopic signs when the driver ran through the stereoscopic sign design specifications. As a result of the design and experimental study, it was confirmed that the stereoscopic sign could be designed through the theoretical formula and that it could provide the driver with a larger traffic sign character because there is no limitation of the facility limit compared to the existing vertical traffic sign. Also, we confirmed that it can be implemented in the side wall by using the stereoscopic sign design principle installed on the ceiling part. It was confirmed that the design of the stereoscopic sign can be designed to be smaller as the distance that the driver visually recognizes the sperm is shorter, the height of the protrusion vertically at the lower part of the stereoscopic sign becomes higher. As a result of 3D simulation running experiment based on the design information of the stereoscopic sign, it was confirmed that the stereoscopic sign is visually the same as the vertical sign at the planned distance. Although the detailed research and institutional improvement of stereoscopic signs have not been made in Korea and abroad, it is evolved into a core technology of new road traffic facilities through various studies through the possibility of designing and applying stereoscopic signs developed through this study Expect.

주제어

표/그림 (49)

그림 Fig. 1. Korea transportation institute national transportation DB center statistics
그림 Fig. 2. Underground road of France M30
그림 Fig. 4. Underground road of Madrid M86 line in Spain
그림 Fig. 3. Underground road of Sinjuku line in Japan
그림 Fig. 5. SMART tunnel in Malaysia
그림 Fig. 6. Underground toad of Seattle line in America
그림 Fig. 8. Seoul metropolitan underground road plan
그림 Fig. 9. Plan of underground road tunnel in Busan city
그림 Fig. 7. Istanbul strait road tunnel in Turkey
그림 Fig. 10. Drawing of cross section of double-deck tunnel planned NATM
그림 Fig. 11. Drawing of cross section of double-deck tunnel planned shield
그림 Fig. 12. Concept of stereoscopic traffic sign
그림 Fig. 13. Shape of stereoscopic traffic sign
그림 Fig. 14. Shape of stereoscopic traffic sign from a distance
그림 Fig. 15. Application example of stereoscopic sign marking of road design (Japan)
그림 Fig. 16. Application example of stereoscopic sign marking on road and expressway (South Republic Korea)
그림 Fig. 17. Stereoscopic traffic sign design process
그림 Fig. 18. Arithmetic calculation for stereoscopic traffic sign design
그림 Fig. 20. Drawing of cross section in road tunnel (Case 1)
그림 Fig. 19. Vertical traffic signs design (Case 1)
그림 Fig. 22. Floor plan applicated stereoscopic traffic sign(Case 1)
그림 Fig. 21. Stereoscopic traffic sign design (Case 1)
그림 Fig. 23. Longitudinal tunnel section applicated stereoscopic traffic sign (Case 1)
그림 Fig. 25. Drawing of cross section in road tunnel (Case 2)
그림 Fig. 24. Vertical traffic signs design (Case 2)
그림 Fig. 27. Floor plan applicated stereoscopic traffic sign (Case 2)
그림 Fig. 26. Stereoscopic traffic sign design (Case 2)
그림 Fig. 28. Longitudinal tunnel section applicated stereoscopic traffic sign
그림 Fig. 30. Drawing of cross section in road tunnel (Case 3)
그림 Fig. 29. Vertical traffic signs design (Case 3)
그림 Fig. 32. Drawing of cross section in road tunnel (Case 4)
그림 Fig. 31. Vertical traffic signs design (Case 4)
그림 Fig. 33. Design conditions for stereoscopic traffic sign
그림 Fig. 34. Stereoscopic traffic sign design (Case 3: height: 0.4 m, distance: 20 m)
그림 Fig. 35. Stereoscopic traffic sign design (Case 3: height: 0.0 m, distance: 40 m)
그림 Fig. 36. Production height of three-dimensional traffic sign by visual distance and projecting height (Case 3)
그림 Fig. 37. Production height of three-dimensional traffic sign by visual distance and projecting height (Case 4)
그림 Fig. 38. Vertical traffic signs design (Case 5)
그림 Fig. 40. Drawing of cross section in road tunnel (Case 5)
그림 Fig. 41. Floor plan applicated stereoscopic traffic sign (Case 5)
그림 Fig. 39. Stereoscopic traffic sign design (Case 5)
그림 Fig. 42. Vertical traffic signs design (Case 6)
그림 Fig. 44. Stereoscopic traffic sign design (Case 7)
그림 Fig. 43. Vertical traffic signs for stereoscopic traffic sign(Case 7)
그림 Fig. 45. Vertical traffic signs design (Case 8)
그림 Fig. 46. Stereoscopic traffic sign design (Case 8)
그림 Fig. 47. Simulation video of vertical traffic sign by distance (Case 6)
그림 Fig. 48. Simulation video of vertical traffic sign by distance (Case 7)
그림 Fig. 49. Simulation video of vertical traffic sign by distance (Case 8)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

Case 1~Case 5를 통하여 입체표지문자에 대한 설계결과를 다양한 조건을 통하여 도출하였으나, 설계자료를 통하여 실제 운전자가 주행하였을 때 시인효과가 어떻게 나타나는 정성적인 평가를 위해 3D 모델링 및 주행동영상을 통하여 시인효과가 어떻게 보여지는지 연구를 수행하였다.
따라서 본 연구내용에서는 대심도 지하도로 단면특성으로 인한 기술적, 경제적 문제점들을 해결하기 위해 표지판 문자크기를 시설한계고에 제한을 받지 않는 입체표지판에 대한 적용방안 → 설계 → 시뮬레이션을 통하여, 입체표지판의 적용가능성에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

1. 입체표지판은 운전자가 일정한 거리에서 수직교통표지판과 동일하게 수직으로 보이는 시인효과를 설계 및 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.
입체표지판 설계를 위해서는 1차적으로 수직표지판 설계제원을 바탕으로 공식에 의해 변환되며, 입체표지판의 문자크기 확대 가능성을 확인하기 위해 높이 변화에 따른 입체표지판 설계를 수행하였다. Case 1에 대해서는 복층터널의 시설한계고에 의한 수직 한계높이(60 cm)를 고려한 입체표지판 설계를 수행하였으며, Case 2에서는 기존 수직표지판 대비 표지판 높이가 약 30% 증가된 수직표지판에 대한 제원을 바탕으로 입체표지판 설계를 하였다.
3 m)를 고려하였으며, 천장부에 설치된 수직표지판(Case 6), 입체표지판(Case 7) 및 측벽부에 설치된 입체표지문자(Case 8)에 대한 설계를 수행하였다. Case 6은 복층터널 시설한계고를 고려한 수직표지판의 시인형태를 주행영상으로 확인하기 위해 Fig. 42의 제원을 토대로 모델링을 수행하였고, Fig. 43과 Fig. 44는 수직표지판 기준으로 Fig. 42보다 약 30% 확대된 크기의 문자를 입체표지판으로 구현시켜 시인하기 위해 Fig. 44와 같이 입체표지판 설계를 수행하였다. Fig.
복층터널용 입체표지판 구현가능여부에 대해서는 Fig. 17과 같이 연구진행을 설정하였으며, 국내외적으로 적용되고 있는 입체노면표지의 설계방안을 토대로 천장 수평형 입체표지판의 적용방안을 Fig. 18과 같이 복층터널의 소형차 전용도로 통행 차량(승용차기준)의 시인되는 눈높이를 고려하여 적용하였다.
소형차전용도로의 복층터널 설계단면 제원을 바탕으로 운전자 시야높이(1.3 m)를 고려하였으며, 천장부에 설치된 수직표지판(Case 6), 입체표지판(Case 7) 및 측벽부에 설치된 입체표지문자(Case 8)에 대한 설계를 수행하였다. Case 6은 복층터널 시설한계고를 고려한 수직표지판의 시인형태를 주행영상으로 확인하기 위해 Fig.
46은 측벽부 입체표지문자가 수직으로 시인되는 가능성을 판단하기 위해 모델링을 수행하였다. 운전자 주행 시뮬레이션 동영상 제작을 통하여 입체표지판이 일정거리에서 수직으로 시인되는 형태를 검토하였으며, 주행 시뮬레이션은 3D Max 프로그램을 이용하여 형상 모델링 후 주행동영상을 통하여 연구를 수행하였다.
이러한 기존 형태의 개선점을 고려하여 터널 측벽부에 입체문자설계를 고려하여 페인팅을 한다면 일정거리에서 수직으로 돌출되어있는 형태로 시인되기 때문에 시인성이 우수하고 경제적인 터널 내 도로교통표지로 활용이 가능하다고 판단하여 입체표지판 설계를 수행하였다.
입체표지판 설계를 위해서는 1차적으로 수직표지판 설계제원을 바탕으로 공식에 의해 변환되며, 입체표지판의 문자크기 확대 가능성을 확인하기 위해 높이 변화에 따른 입체표지판 설계를 수행하였다. Case 1에 대해서는 복층터널의 시설한계고에 의한 수직 한계높이(60 cm)를 고려한 입체표지판 설계를 수행하였으며, Case 2에서는 기존 수직표지판 대비 표지판 높이가 약 30% 증가된 수직표지판에 대한 제원을 바탕으로 입체표지판 설계를 하였다.
입체표지판은 수직표지판 제원을 통한 입체표지판 설계가 가능하다는 연구를 통하여 입체표 표지판의 다양한 설치 조건 및 정자로 시인되는 거리에 따른 입체표지판의 설계제원이 달라지기 때문에 이러한 다양한 조건을 고려하여 입체표지판 설계를 수행하였다(Case 3, Case 4).

성능/효과

2. 기존 터널에 설치되는 수직형 교통표지판의 한계인 시설한계고(60 cm) 이하로 설계제약이 있지만, 입체표지판은 도로 천장부에 수평으로 설치되며, 입체표지판 설계 높이를 크게 설계할수록 크게 보이기 때문에 시설한 계고의 영향을 받지 않고 더 큰 문자(60 cm 이상) 제공이 가능하다는 것을 확인하였다.
3. 입체표지판의 크기 최소화를 위해 터널의 천장부에 입체표지판의 상하부 높이차를 적용한 결과 정자로 시인되는 거리에 따라 설계높이가 달라지며, 하부 돌출높이가 커질수록 입체문자 설계높이가 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
4. 터널 천장부 입체표지판의 수학적 산술방식을 바탕으로 측벽부에 적용하여 입체표지판 설계가 가능하다는 것을 확인하였으며, 기존 수평형 표지판과는 다르게 기존 설계된 크기보다 37.5% 작게 보이는 것을 확인하였다.
5. 입체표지판 천장부 및 측면부 설계데이타를 운전자 시야를 기준으로 3D 주행 시뮬레이션을 모델링 한 결과 설계내용과 동일한 시인효과를 확인하였다.
Case 1과 Case 2의 입체표지판을 설계한 결과 수직표지판 제원을 기준으로 시인효과가 동일한 입체표지판 설계는 가능하며, 교통표지 문자크기를 확대하기 위해서는 입체표지판 높이가 일정비율로 커져야 하는 것을 확인할 수 있었다.
Case 2의 경우, Case 1보다 20 m 거리에서 운전자가 시인되는 문자크기가 약 0.164 m (30%확대)로 문자크기로 확대할 수 있다는 것을 확인하였으며, 입체표지판은 기존의 시설한계고에 제한된 수직형 표지판(60 cm 이내)보다 더 큰 교통표지문자 설계가 가능하다는 것을 확인하였다.
시뮬레이션 Case 6 (Fig. 47)과 Case 7 (Fig. 48)을 비교 검토한 결과 입체표지판이 기존의 수직표지판보다 더 큰 문자로 시인되는 것을 운전자 기준으로 확인할 수 있었으며, Case 8 (Fig. 49)도 기준거리에서 돌출된 표지판 형태로 시인이 되는 것을 확인할 수 있었다.
37 (Case 4)로 도출되었다. 이러한 결과를 통하여 입체표지판은 운전자가 정자로 시인되는 거리가 길수록 입체표지판은 더 크게 설계되어야 하며, 입체표지판 하부에 돌출길이가 클수록 입체표지판의 설계높이가 작아짐을 확인 할 수가 있었다.
측벽부에 적용된 입체표지판(Case 5)은 계획된 수직표지판보다는 약 37.5%감소되어 시인되기 때문에 기존의 계획된 도면에 대해 비율을 고려하여 입체표지문자 설계를 하여야 할 것으로 판단한다.
터널 측벽부 입체표지문자를 설계하기 위해 Fig. 38의 제원을 기준으로 운전자 또는 대피자가 20 m에서 수직으로 시인되는 조건으로 설계한 결과 Fig. 39처럼 설계를 하였으며, Fig. 40, 41처럼 20 m에서 돌출된 수직형태로 시인이 가능하다는 것을 확인하였다.

후속연구

정자로 시인되는 기준거리를 제외한 위치에서는 입체표지판이 수직형태가 아닌 사다리꼴 형태의 문자로 시인되나 기존 표지문자높이보다 크고, 사다리꼴 모양으로도 충분히 운전자가 시인이 가능할 것이라 판단되며, 신뢰성을 확보하기 위해서는 실물제작 및 실제 주행을 바탕으로 한 추가적인 검증이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	복층터널 설계 조건이 지닌 한계는 무엇인가?	6 m) 시설한계고를 고려하여 터널 내 교통표지판은 60 cm 이하 높이로 설계되어야 한다. 하지만 터널의 시설한계고가 낮으며, 교통표지판 문자높이가 작아 운전자 시인성 감소로 인한 판단오류가 발생될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 교통표지문자를 입체적으로 설계하여 동일한 거리에서 기존 표지판보다 더 큰 시인성을 확보할 수 있는 입체표지판의 설계적용 가능성 및 가상시뮬레이션을 통한 가능성 검증을 수행하였다.
	복층터널의 설계조건은 무엇인가?	본 연구에서는 도심지 친환경적 선진 도로교통망 구축을 위해 소형차 전용도로인 복층터널은 경제성을 확보하기 위해 소형차 전용도로 단면으로(최대 높이가 3.6 m) 시설한계고를 고려하여 터널 내 교통표지판은 60 cm 이하 높이로 설계되어야 한다. 하지만 터널의 시설한계고가 낮으며, 교통표지판 문자높이가 작아 운전자 시인성 감소로 인한 판단오류가 발생될 수 있다.
	복층터널용 입체표지판이란 무엇인가?	복층터널용 입체표지판은 기존의 수직표지판과는 달리 천장부 또는 측벽부에 평행하게 설치되는 교통표지문자이다. 이러한 입체표지문자를 터널용 도로교통표지판 적용에 대해 설계 및 시뮬레이션을 수행한 결과 아래와 같은 결과를 도출하였다.

참고문헌 (3)

Korea Institute of Construction Technology (2015), "Design guideline for underpass design", pp. 37.
Korea Institute of Construction Technology (2012), "Undersea tunnel technical planning report", Ministry of Land, Transport & Maritime Affairs.
Ministry of Land Transportation (2004), "Road tunnel disaster prevention facility installation guidelines", Korea.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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