본 연구는 도로 소성변형이 존재하는 구간의 기상악화시 안전성을 제고하기 위하여, 도로 소성변형자료와 기상자료, 교통량 자료를 통해 소성변형구간의 물고임 변화를 분석하였으며 이와 더불어 시간전개별 일조율 자료를 적용하여 물고임 구간의 노면상태 변화를 분석하였다. 실제 구국도 3호선 성남-장호원 구간 중 8.3km 구간의 소성변형 데이터를 수집하고 설계도면 자료의 수치 변환을 통하여 3차원 지형표면을 생성한 후 동일좌표체계의 도로선형자료를 반영하여 3차원 도로 모델링을 생성하고 보다 사실적인 도로를 묘사하기 위해 도로 위 음영이 발생할수 있는 시설물을 추가 설계하였다. 또한 본 구간의 일조율 분석을 위해 태양의 고도 및 방위각을 계산하여 설정하였으며 1시간 간격의 음영데이터를 취득하여 시간전개별 음영정도를 고려할 수 있었으며 이를 도로 증발량 산정식에 대입하여 시간전개에 따른 물고임 변화를 보다 현실적으로 파악하였다.
본 연구는 도로 소성변형이 존재하는 구간의 기상악화시 안전성을 제고하기 위하여, 도로 소성변형자료와 기상자료, 교통량 자료를 통해 소성변형구간의 물고임 변화를 분석하였으며 이와 더불어 시간전개별 일조율 자료를 적용하여 물고임 구간의 노면상태 변화를 분석하였다. 실제 구국도 3호선 성남-장호원 구간 중 8.3km 구간의 소성변형 데이터를 수집하고 설계도면 자료의 수치 변환을 통하여 3차원 지형표면을 생성한 후 동일좌표체계의 도로선형자료를 반영하여 3차원 도로 모델링을 생성하고 보다 사실적인 도로를 묘사하기 위해 도로 위 음영이 발생할수 있는 시설물을 추가 설계하였다. 또한 본 구간의 일조율 분석을 위해 태양의 고도 및 방위각을 계산하여 설정하였으며 1시간 간격의 음영데이터를 취득하여 시간전개별 음영정도를 고려할 수 있었으며 이를 도로 증발량 산정식에 대입하여 시간전개에 따른 물고임 변화를 보다 현실적으로 파악하였다.
In this study analyzed the ponding changing of plastic deformation section follwed time development to apply weather, geometry and traffic data in additon to time development to improve road management service and safety of roads during or after rain. After We selected an 8.3km section of old nation...
In this study analyzed the ponding changing of plastic deformation section follwed time development to apply weather, geometry and traffic data in additon to time development to improve road management service and safety of roads during or after rain. After We selected an 8.3km section of old national highway the Seongnam-Janghowon section and created a three-demensional surface of terrain through the numerical transformantion of design drawing data, with reflection the linear data of the same coordinate system in order to describe more realistic roads, we design additional structures with shading above roads. The altitude and azimuth of the sun were calculated and set based on the longitude and latitude data of the survey line for the analysis of the sun rate, and the daylight impact zone was visualized by setting the shaded time to an interval of 1 hour and the shade rate of the corresponding section. In addition, the evaporation volume calculated from weather data such as temperature, humidity, radiant energy, and road temperature analyzes together, it will use the way of a safer and more efficient road management as grasping the ponding changing more efficent in time development.
In this study analyzed the ponding changing of plastic deformation section follwed time development to apply weather, geometry and traffic data in additon to time development to improve road management service and safety of roads during or after rain. After We selected an 8.3km section of old national highway the Seongnam-Janghowon section and created a three-demensional surface of terrain through the numerical transformantion of design drawing data, with reflection the linear data of the same coordinate system in order to describe more realistic roads, we design additional structures with shading above roads. The altitude and azimuth of the sun were calculated and set based on the longitude and latitude data of the survey line for the analysis of the sun rate, and the daylight impact zone was visualized by setting the shaded time to an interval of 1 hour and the shade rate of the corresponding section. In addition, the evaporation volume calculated from weather data such as temperature, humidity, radiant energy, and road temperature analyzes together, it will use the way of a safer and more efficient road management as grasping the ponding changing more efficent in time development.
하지만 실제 도로의 경우 차량의 하중에 의해 파인 소성변형 구간에 물이 고여 위험구간이 되며 이로 인해 실제 강우 시 노면의 상태는 도로의 구간별로 건조인 지점과 아직 습윤 혹은 물고임 상태인 지점이 존재하게 된다.이에 본 연구에서는 도로의 지점별 특성을 반영하기 위하여 노면상태 조사장비를 통해 조사한 조사구간의 소성변형량과 지형지물에 의한 음영지역의 일조량을 감안하여 도로상황을 현실적으로 적용하여 노면상태를 산정할 수 있도록 모형을 개발하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에 앞서 소성변형 구간에서의 물고임 두께를 파악하기 위해서는 첫 번째로 조사구간의 강우량을 확인하고, 두 번째로 내린 강우량이 부피로 산정한 후 마지막으로 본 조사구간의 물고임구간의 부피와 비교하여 어느 정도의 물고임 두께를 가지고 있는지를 확인할 수 있는 방법론을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 강우 시 시간전개에 따른 물고임량에 대한 기초 모듈로 물 수지 모듈을 활용하였으며 물 수지 모듈에서 증발량 값을 산정하기 위해 에너지 수지 모듈을 수행하여 1차 증발량을 산정하고 예측지점을 통과하는 차량에 의한 영향을 고려하는 모듈과 타이어 마찰열과 일조율을 고려하는 모듈을 수행하여 최종 산정식을 제시하였다.
소성변형이 진행된 지점은 노면형태가 균일하지 않아 상대적으로 파인 부분에 중력에 의해 강우 시 물이 고일 수 있는 지점으로 판단되며, 이에 본 연구에서는 소성변형 지점을 물고임현상 발생지점으로 판단하여 소성변형된 지점을 탐색하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 구국도 3호선 성남-장호원 구간의 2018년 3월 15일(목) 01시 - 16일(금) 23시의 기상자료를 기준으로 해당 지점, 해당 시간대의 교통량, 속도를 조사하고 기하구조와 소성변형, 일조량 데이터를 취득하여 분석하였다.
이론/모형
이에 본 연구에서는 강우가 멈춘 후 물고임의 자연증발량(E)을 계산하기 위해 에너지수지 방법(Energy budget method)을 이용하였다.
성능/효과
또한 본 연구에서는 도로 주변 지형지물에 의한 일조량 감소율을 감안하기 위해, 시범 노선을 선정하여 도로 노선 주변의 수치지형자료를 받아 도로설계프로그램에 반영하였으며, 이를 3차원으로 모형화 하고 태양의 궤도 및 고도각을 설정하여 1시간 간격의 음영지역을 구하였으며, 음영지역이 존재하는 구간의 조사시간간격을 설정하여 해당 시간간격동안 조사된 1시간 간격의 음영지역 데이터를 취합하여 원하는 시간 간격동안의 일조율을 산정하여 증발량 산정 모형에 적용한 결과, 구간의 노면상태가 건조가 되는 시간이 2시간가량 늦춰진 것으로 나타났다.
소성변형이 존재하는 구간의 경우 소성변형이 가장 심각한 15일 4시경(강우량 3.20mm/hr)부터 물이 고였으며 조사구간 내 소성변형량에 의해 최대의 물고임이 만들어진 시간은 15일 11시경으로 총 부피 3,930,177mm3/hr으로 나타났다.
후속연구
본 연구에서 개발된 모형은 다양한 기상조건과 도로상태에 따라 그 활용성이 달라질 수 있다. 따라서 추후에는 다양한 도로구간(터널, 교량 등), 계절별 다양한 기상조건의 특성에 따른 도로 위험도 변화에 대한 연구를 진행하여 각 특성별 요소를 모형에 적용하는 과정이 필요할 것으로 판단되며 더 현실적인 연구를 위해 물고임부의 종단, 횡단 경사를 고려한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
또한, 향후 모형의 활용성을 높이기 위하여 도로관리 및 도로정보제공을 하기 위한 증발량 예측모형의 개발이 반드시 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에너지 수지란 무엇인가?
에너지 수지(Energy budget)란, 저수지에 대한 에너지의 유입과 유출을 설명하는 에너지 흐름에 대한 연속방정식으로 수면에서의 에너지 수지 Equation 3과 같이 나타낸다.
도로의 물고임이 발생하는 주원인은 무엇인가?
적절한 도로설계나 배수계획에도 도로 노면에 물고임이 발생하는 원인은 차량의 주행에 따라 발생하는 포장면의 소성변형이 주원인이며 일반적으로 소성변형은 도로의 공용이후 차량의 주행에 따라 일어나게 되는데 일반 승용차보다는 하중이 큰 중차량이 주원인이 된다.
물 수지 방법에서 중기저류량을 산출하는 이유는 무엇인가?
본 연구의 경우 저수지가 아닌 도로 위 물고임의 증발량을 계산하므로, 저수지로의 유입량(I)과 방류량(O) 제외한 식이 되며, 시간에 따라 변하는 물고임량을 산정하기 위해 중기저류량을 산출여야 하며, 만약 물고임 부에 물이 가득찰 경우 이는 이전의 물고임 양과 동일하여야 하므로 최대 물고임 용량은 해당 물고임 부의 부피와 같으므로 Equation 1은 Equation 2로 도출된다.
참고문헌 (12)
Fujimoto A., Watanabe H., Fukuhara T. (2006), Effects of Tire Frictional Heat on Snow Covered Surface, Standing international road weather Conference, 13, 117-122.
Fujimoto A., Watanabe H., Fukuhara T. (2008), Effects of Vehicle Heat on Road Surface Temperature of Dry Condition, Standing international road weather Conference, 14-16.
Han J. S., Lee B. Y. (2006), Measurement and Analysis of Free Water Evaporation at HaeNam Paddy Field, Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, 7(1), 92-98.
Hong H. K. (2013), Analysis of Accident Cause on Icy Road Pavement, Seoul City University, Master Thesis.
Koher M. A., Nordenson T. J., Fox W. E. (1955), Evaporation from Pans and Lakes, U.S. Dept. Commerce Research, Paper. 38.
Kwon J. S. (2009), An Analysis of Factors Affecting Water-Resevoir Phenomenon in Rainy Situation on Highway, Hanyang University, Master Thesis.
Lee D. H., Jeong W. S., Kim H. J., Kim J. W. (2013), Study about the Evaluation of Freezing Risk Based Road Surface of Solar Radiation, Journal of Korean Institute for Structural Maintenance and Inspection, 17(5), 130-135.
Lee H. S., Kim J. S., Park J. K. (2005), Analysis on Sunshine Influence of Road using GIS, Journal of Korean Society for Geospatial Information Science, 419-425.
Lee J. K., Yun D. G., Joh Y. O. (2013), Comprehensive Evaluation of Water-Reservoir Measuring Equipment for Highway Safety Analysis, Journal of Korean Society of Road Engineers, 15(3), 127-135.
Lee K. H., Kim M. I. (1985), Seasonal variations of the evaporation in Korea, Journal of Korean Association of Hydrological Sciences, 18(3), 243-251.
Penman H.L. (1948), Natural Evaporation from Open Water, Bare Soil, and Grass, Proc. Roy. Soc. London, A193, 120-146.
Takahashi N., Asano M., Ishikawa N. (2005), Developing a Method to Predict Road Surface Icing Conditions Applying a Heat Balance Method, Proceedings of Cold Region Technology Conference, 21, 201-208.
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