도로면 유지보수를 시행함에 있어 노면의 파손정도에 따라 다양한 공법의 사용이 가능하나 크랙 실링 공법은 예방적 차원에서 도로면에 발생된 크랙을 초기에 효과적으로 보수할 수 있는 방법이다. 그러나, 교통량이 많은 대도시나 고속도로에서 시행되는 도로면 유지보수 작업의 경우 노무자가 열악한 작업환경 내에서 작업을 수행해야 하므로 안전성 확보에 문제가 있고, 도로면 유지보수 작업의 특성상 현장 노무자의 잦은 이직(labor turnover) 및 3D업종의 기피로 인한 숙련공 부족현상은 현 도로면 유지보수 작업의 생산성 및 품질 저하를 가져오고 있다. 선진 외국의 경우 크랙 실링 공법의 이점 및 도로 유지보수 공사의 위험 요소를 인식하여 자동화 장비의 개발을 통한 안전성, 생산성 향상 및 경제성 확보에 다양한 연구 노력을 기울이고 있으나, 국내의 경우 도로면 유지보수 공사를 위한 기술축적이나 자동화 장비 개발을 위한 시도는 매우 미약한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 도로면 유지보수 공법 중 크랙 실링 공법의 자동화를 통해 노무자의 안전사고를 방지하고, 품질 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 크랙 실링 자동화 방안을 제시하고자 한다.
도로면 유지보수를 시행함에 있어 노면의 파손정도에 따라 다양한 공법의 사용이 가능하나 크랙 실링 공법은 예방적 차원에서 도로면에 발생된 크랙을 초기에 효과적으로 보수할 수 있는 방법이다. 그러나, 교통량이 많은 대도시나 고속도로에서 시행되는 도로면 유지보수 작업의 경우 노무자가 열악한 작업환경 내에서 작업을 수행해야 하므로 안전성 확보에 문제가 있고, 도로면 유지보수 작업의 특성상 현장 노무자의 잦은 이직(labor turnover) 및 3D업종의 기피로 인한 숙련공 부족현상은 현 도로면 유지보수 작업의 생산성 및 품질 저하를 가져오고 있다. 선진 외국의 경우 크랙 실링 공법의 이점 및 도로 유지보수 공사의 위험 요소를 인식하여 자동화 장비의 개발을 통한 안전성, 생산성 향상 및 경제성 확보에 다양한 연구 노력을 기울이고 있으나, 국내의 경우 도로면 유지보수 공사를 위한 기술축적이나 자동화 장비 개발을 위한 시도는 매우 미약한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 도로면 유지보수 공법 중 크랙 실링 공법의 자동화를 통해 노무자의 안전사고를 방지하고, 품질 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 크랙 실링 자동화 방안을 제시하고자 한다.
Crack sealing is a maintenance procedure that is commonly used to reduce pavement degradation. If cracks in pavements are not sealed, surface water penetration can reduce the strength of the sub-base layers, which can result in increased deflections of the pavement. Reduced strength of the sub-base ...
Crack sealing is a maintenance procedure that is commonly used to reduce pavement degradation. If cracks in pavements are not sealed, surface water penetration can reduce the strength of the sub-base layers, which can result in increased deflections of the pavement. Reduced strength of the sub-base also accelerates the deterioration of the surface, due to development of greater cracking and potholes. Crack sealing is performed to reduce water and debris penetration, thereby helping to maintain pavement structural capacity and limiting future degradation. The process of sealing cracks in pavements is however dangerous, costly, and labor-intensive operation. Labor turnover and training are increasing problems related to crack sealing crews, and as traffic volumes increase. Automating crack sealing can reduce labor and road user costs, improve work quality, and decrease worker exposure to roadway hazards. The main objective of this research is to develop an automated system for sealing cracks in pavement. Extension of the algorithms and tools presented in this research is also recommended for future study.
Crack sealing is a maintenance procedure that is commonly used to reduce pavement degradation. If cracks in pavements are not sealed, surface water penetration can reduce the strength of the sub-base layers, which can result in increased deflections of the pavement. Reduced strength of the sub-base also accelerates the deterioration of the surface, due to development of greater cracking and potholes. Crack sealing is performed to reduce water and debris penetration, thereby helping to maintain pavement structural capacity and limiting future degradation. The process of sealing cracks in pavements is however dangerous, costly, and labor-intensive operation. Labor turnover and training are increasing problems related to crack sealing crews, and as traffic volumes increase. Automating crack sealing can reduce labor and road user costs, improve work quality, and decrease worker exposure to roadway hazards. The main objective of this research is to develop an automated system for sealing cracks in pavement. Extension of the algorithms and tools presented in this research is also recommended for future study.
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문제 정의
따라서, 선진 외국의 경우 앞서 언급된 크랙 실링 공법의 이점 및 도로 유지보수 공사의 위험 요소를 인식하여 자동화 장비의 개발을 통한 안전성, 생산성 향상 및 경제성 확보에 다양한 연구 노력을 기울이고 있으나, 국내의 경우 도로면 유지 보수 공사를 위한 기술축적이나 자동화 장비 개발을 위한 시도는 미약한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 도로면 유지보수 공법 중 크랙 실링 공법의 자동화를 위한 프로토타입의 장비를 개발함으로써 노무자의 안전사고를 미연에 방지하고, 품질 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 기술혁신(technology innovation) 방안을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 기존 문헌 고찰 및 유사 크랙 실링 자동화 장비의 개발사례 분석을 통해 도출된 문제점 및 개선사항을 토대로 경제성 확보가 가능하고 생산성 및 품질향상을 가져올 수 있는 크랙 실링 자동화 장비의 프로토타입을 개발하였다.
본 연구에서는 예방적 차원에서 크랙을 초기에 효과적으로 유지 보수할 수 있는 크랙 실링 자동화 장비의 개발을 위해 문헌 고찰 및 현장조사를 토대로 크랙 실링 착업 절차 및 크랙 실링 공법의 효용성에 대한 분석을 선행하였다. 또한, 국내외에서 개발된 관련 장비를 조사·분석함으로써 장비개발에 응용 가능한 최신 요소기술을 바탕으로 국내 도로실정에 적합한 크랙 실링 자동화 장비의 프로토타입을 완성하였으며 인간과 기계간 협업체제를 이용한 크랙 실링 자동화 장비의 효율적 운영 방안을 제시하였다.
도로면에 존재하는 크랙은 많은 노이즈(오일 마크, 바퀴자국, 이미 실링된 크랙 등)와 함께 존재하고 다양한 유형을 가지고 있으므로 컴퓨터에 의해서만 자동으로 크랙을 탐지하고 맵핑하는 것은 특히 품질에 지대한 영향을 미치는 정확성면에서는 매우 도전적인 접근방법이다(Haas, 2000). 본 연구에서는 장비의 생산성 및 품질을 향상하고 경제성 확보가 가능하며 크랙 실링을 자동화함 에 있어 인간과 기계의 능력을 극대화 할 수 있도록 표 2와 같은 인간과 기계간의 협업체제를 구성하였다.
본 연구에서는 크랙 실링 자동화 장비 적용시 예상되는 편익 및 경제적 타당성을 분석하기 위해 국내 재래식 크랙 실링 공법과 미국에서 개발된 크랙 실링 자동화 장비인 UT ARMM의 실적자료를 바탕으로, 개발 장비의 현장 적용 이전의 잠재적인 경제성 분석을 실시하였다. 재래식 크랙 실링 공법과 자동화 크랙 실링 공법의 경제성 분석을 위해 요구되는 비용 및 편익 요소는 그림 5와 같다.
가설 설정
1999년 건설교통부 도로포장관리체계 조사 및 분석 자료에 따르면, 크랙 실링 공법으로 유지보수가 가능한 종방향, 횡방향, 블록크랙의 발생율은 약 4.5%이므로 2001년까지 포장된 전국 70, 146km의 도로에 매년 3,156km의 크랙이 동일하게 발생한다는 가정하에 경제성 분석을 수행하였다. 또한, 생산성 및 일일 투입 노무인원, 연간 작업 일수, 장비 수명, 최소기대 수익률에 대해서도 현장조사 및 문헌고찰을 통해 표 3과 같이 가정하였으며, 1개 작업조를 대상으로 한 재래식 및 자동화 공법의 투입비용을 살펴보면 표 4와 같다.
5%이므로 2001년까지 포장된 전국 70, 146km의 도로에 매년 3,156km의 크랙이 동일하게 발생한다는 가정하에 경제성 분석을 수행하였다. 또한, 생산성 및 일일 투입 노무인원, 연간 작업 일수, 장비 수명, 최소기대 수익률에 대해서도 현장조사 및 문헌고찰을 통해 표 3과 같이 가정하였으며, 1개 작업조를 대상으로 한 재래식 및 자동화 공법의 투입비용을 살펴보면 표 4와 같다.
제안 방법
본 연구에서는 예방적 차원에서 크랙을 초기에 효과적으로 유지 보수할 수 있는 크랙 실링 자동화 장비의 개발을 위해 문헌 고찰 및 현장조사를 토대로 크랙 실링 착업 절차 및 크랙 실링 공법의 효용성에 대한 분석을 선행하였다. 또한, 국내외에서 개발된 관련 장비를 조사·분석함으로써 장비개발에 응용 가능한 최신 요소기술을 바탕으로 국내 도로실정에 적합한 크랙 실링 자동화 장비의 프로토타입을 완성하였으며 인간과 기계간 협업체제를 이용한 크랙 실링 자동화 장비의 효율적 운영 방안을 제시하였다. 마지막으로, 재래식 크랙 실링 공법과 자동화 크랙 실링 공법간의 잠재적 경제성을 비교·분석함으로써 현장적용 이전인 기획 및 개발단계(planning and development phase)에 있어 개발 장비의 경제적 타당성을 제시하였다.
트럭, 실런트 멜터, 크랙실러로 구성된 크랙 실링 자동화 장비가 커팅 크랙 부위를 지나면 크랙 실링 자동화 장비 상단에 부착된 적 외선 카메라를 통해 크랙 이미지가 운전자의 터치 센서티브 모니터에 실시간으로 나타난다. 이때, 운전자는 자동화 장비를 정지하고 앞서 언급된 인간과 기계간 협업 체제를 기반으로 노이즈 제거, 크랙 탐지 및 맵핑, 크랙 네트워크 모델링 및 경로계획을 수행하고 그 결과를 토대로 크랙 실링 작업을 수행한다(그림 4).
성능/효과
또한, 국내외에서 개발된 관련 장비를 조사·분석함으로써 장비개발에 응용 가능한 최신 요소기술을 바탕으로 국내 도로실정에 적합한 크랙 실링 자동화 장비의 프로토타입을 완성하였으며 인간과 기계간 협업체제를 이용한 크랙 실링 자동화 장비의 효율적 운영 방안을 제시하였다. 마지막으로, 재래식 크랙 실링 공법과 자동화 크랙 실링 공법간의 잠재적 경제성을 비교·분석함으로써 현장적용 이전인 기획 및 개발단계(planning and development phase)에 있어 개발 장비의 경제적 타당성을 제시하였다. 추후, 현장적용을 통한 문제점 분석 및 개선사항 도출을 바당으로 개발 장비의 수정 및 보완이 요구되며, 장비의 성능분석 (performance evaluation)을 통한 보다 구체적인 경제성 분석(tangible benefit and intangible benefit)이 수행되어야 할 것으로 사료된다.
현재까지 개발된 크랙 실링 자동화 장비의 분석 결과, 성공적인 크랙 실링 자동화 장비의 개발을 위해서는 1)자동화 장비의 생산성 및 품질을 확보하면서 실링되어질 도로면의 크랙을 정확히 탐지하고 맵핑할 수 있는 비전 알고리즘의 개발 및 2)개발 소프트웨어와 하드웨어간의 시스템 통합, 3)장비 개발 후 성능분석을 통해 개발 장비 의 경제적 타당성을 확보하는 것이 실용화를 위한 주요 관건(major research problems)인 것으로 분석되었다.
후속연구
그림 6은 재래식과 자동화 크랙 실링 공법의 투입비용 분석 결과를 바탕으로 현금 흐름도를 작성한 것이다. 자동화 공법 도입에 따른 편익의 현재가치(Present Value) 분석 결과 크랙 실링 자동화 장비의 수명주기인 10년 동안 약 58억원의 편익이 발생하는 것으로 분석되었으며 추후 국내 포장도로의 노후화, 품질 향상 및 안전성 확보, 재료낭비 및 야간작업으로 인한 사용자 간접비용 (road-users cost)의 절감효과 등을 기대해 볼 때 개발 장비의 현장적용을 통한 경제적 기대효과는 막대할 것으로 사료된다.
마지막으로, 재래식 크랙 실링 공법과 자동화 크랙 실링 공법간의 잠재적 경제성을 비교·분석함으로써 현장적용 이전인 기획 및 개발단계(planning and development phase)에 있어 개발 장비의 경제적 타당성을 제시하였다. 추후, 현장적용을 통한 문제점 분석 및 개선사항 도출을 바당으로 개발 장비의 수정 및 보완이 요구되며, 장비의 성능분석 (performance evaluation)을 통한 보다 구체적인 경제성 분석(tangible benefit and intangible benefit)이 수행되어야 할 것으로 사료된다.
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