KR102192337B1 - 풍속풍향 데이터를 활용한 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바람이 부는 환경에서 차량이 안전하게 통과할 수 있는 교량인지의 여부, 그리고 얼마나 안전하게 통과할 수 있는 교량인지를 나타내는 지표인 교량 주행위험등급을, 교량을 주행하게 되는 차량의 종류, 차선의 갯수, 및 차량의 제한속도, 그리고 풍향, 풍속 및 교량 주변의 지형지물 등을 고려하여 객관적으로 평가하여 도출할 수 있는 "풍속풍향 데이터를 활용한 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템 및 방법"에 관한 것이다.

Description

풍속풍향 데이터를 활용한 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템 및 방법{System and Method for Evaluation of the Safety of Bridge regarding the Running Vehicles on the Bridge against Strong Wind}

본 발명은 바람이 부는 실제 상황에서 차량이 주행하기에 어느 정도나 안전한 교량인지를 나타내는 "교량 주행위험등급"을 객관적으로 평가하기 위한 시스템과 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 바람이 부는 환경에서 차량이 안전하게 통과할 수 있는 교량인지의 여부, 그리고 얼마나 안전하게 통과할 수 있는 교량인지를 나타내는 지표인 교량 주행위험등급을, 교량을 주행하게 되는 차량의 종류, 차선의 갯수, 및 차량의 제한속도, 그리고 풍향, 풍속 및 교량 주변의 지형지물 등을 고려하여 객관적으로 평가하여 도출할 수 있는 "풍속풍향 데이터를 활용한 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템 및 방법"에 관한 것이다.

교량 위를 지나는 차량의 안정성 확보를 위해 종래에는 강풍이 부는 지역임을 전광판 등의 교통표지판에 기재하여 운전자에게 알리거나 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093231호에 개시된 것처럼 기상 정보를 파악하여 차량이 통행할 때의 제한속도를 산출하여 제시하는 방안이 제안되고 있다.

그런데 교량을 지나가는 차량의 안정성은 각 교량에 따라 크게 달라진다. 교량 위를 차량이 지나갈 때, 교량에 부는 바람의 형태와 강도, 그리고 교량의 형태(선형, 교량 상부구조물의 형식 등), 교량 주변의 지형지물 등에 따라 위험의 정도가 달라지는 것이다. 또한 교량에 몇 개의 차선이 존재하는지, 그리고 각 차선에는 어떠한 종류의 차량이 어느 정도의 제한 속도로 주행하는지에 따라서도 위험의 정도가 달라진다. 즉, 교량을 통과하는 차량의 안정성은 각 교량마다 다를 수 있는 것이다. 따라서 교량 위를 주행하는 차량의 안정성을 더욱 확실하게 확보하기 위해서는 각 교량의 상황에 맞는 대책이 필요하다.

이를 위해서는 각 교량에 대하여, 바람이 부는 환경에서 차량이 어느 정도의 안정성을 가지면서 지나갈 수 있는 정도의 교량인지를 파악할 필요가 있으며, 이를 나타내는 지표 즉, 차량이 안전하게 지나갈 수 있는 교량인지, 더 나아가 얼마나 안전하게 지나갈 수 있는 교량인지를 나타내는 지표로서 "교량 주행위험등급"을 객관적으로 제시할 수 있는 방안이 시급한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0093231호(2019. 08. 09. 공개).

본 발명은 위와 같은 현실적인 필요성에 따라 개발된 것으로서, 교량 위를 차량이 주행할 때, 각 교량의 상황에 맞는 안전 대책을 효율적으로 수립하여 차량의 안정성을 더욱 확실하게 확보할 수 있도록 하기 위하여, 바람에 대한 교량의 위험도 즉, 차량이 어느 정도의 안정성을 가지면서 지나갈 수 있는 정도의 교량인지를 파악할 수 있는 지표인 "교량 주행위험등급"을 객관적으로 평가하여 산출할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 교량을 주행하게 되는 차량의 종류, 차선의 갯수, 및 차량의 제한속도, 그리고 풍향, 풍속 및 교량 주변의 지형지물 등을 고려하고, 실제 교량이 처해 있는 풍환경을 반영하여 교량 주행위험등급을 객관적으로 평가하여 도출할 수 있는 방법 및 이를 위한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 타겟 교량에서의 풍속 및 풍향을 포함하는 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보하는 풍속풍향 데이터 수집모듈; 타겟 교량을 복수개로 분할하여 설정된 각각의 평가구간에 대하여, 각 평가구간에 이용할 풍속풍향 데이터를 지정하여 매칭시키는 평가구간 지정모듈; 평가구간 각각에 대하여, 차선, 차종, 및 풍향에 따른 차량 공기력 계수를 산출하는 공기력 계수 산출모듈; 평가구간 각각에 대하여 산출된 차량 공기력 계수를 이용하여, 각각의 차선과 차종에 대하여 세분화해놓은 풍향별로 위험풍속을 산출하여 풍향별 위험풍속을 도출하는 위험풍속 도출모듈; 수집해놓은 풍속풍향 데이터를 이용하여 평가구간에 대해 각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수를 집계하고 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하여 평가구간의 위험등급을 산출하는 평가구간 위험등급 산출모듈; 각 평가구간의 위험등급을 취합하여, 취합된 위험등급 중 가장 낮은 위험등급을 타겟 교량의 주행위험등급으로 도출하여 지정하는 교량 주행위험등급 도출모듈; 및 지정된 교량 주행위험등급에 따라 사전에 정해진 대응조치가 취해질 수 있도록 대응조치 명령을 발하게 되는 대응명령 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 타겟 교량에서의 풍속 및 풍향을 포함하는 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보하는 풍속풍향 데이터 수집모듈에 저장하는 단계; 타겟 교량을 복수개로 분할하여 평가구간을 설정하고, 평가구간 지정모듈에서는 설정된 각각의 평가구간에 대하여 각 평가구간에 이용할 풍속풍향 데이터를 지정하여 매칭시키는 단계; 공기력 계수 산출모듈을 이용하여, 평가구간 각각에 대하여, 차선, 차종, 및 풍향에 따른 차량 공기력 계수를 산출하는 단계; 위험풍속 도출모듈을 이용하여 평가구간 각각에 대하여 산출된 차량 공기력 계수를 이용하여, 각각의 차선과 차종에 대하여 세분화해놓은 풍향별로 위험풍속을 산출하여 풍향별 위험풍속을 도출하는 단계; 평가구간 위험등급 산출모듈에서, 이미 수집해놓은 풍속풍향 데이터를 이용하여 평가구간에 대해 각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수를 집계하고 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하여 평가구간의 위험등급을 산정하는 단계; 교량 주행위험등급 도출모듈에서, 각 평가구간의 위험등급을 취합하고, 취합된 위험등급 중 가장 낮은 위험등급을 타겟 교량의 주행위험등급으로 도출하여 지정하는 단계; 및 지정된 교량 주행위험등급에 따라 사전에 정해진 대응조치가 취해질 수 있도록 대응명령 모듈을 통해서 대응조치 명령을 발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 교량을 주행하게 되는 차량의 종류, 차선의 갯수, 및 차량의 속도, 그리고 풍향, 풍속 및 교량 주변의 지형지물 등을 고려하고, 실제 교량이 처해 있는 풍환경을 반영한 평가에 의해 객관적인 교량 주행위험등급이 도출된다.

따라서 관리자는 본 발명에 의해 도출된 교량 주행위험등급에 기초하여, 차량이 주행할 때의 안정성 확보를 위한 해당 교량에 최적화된 운영전략을 취할 수 있게 되며, 강풍 등으로 인한 교량상 차량의 사고 발생 위험을 대상 교량마다 적절하고 구체적으로 저감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 즉, 본 발명에 의하면 교량의 제원, 및 풍향과 풍속 등의 풍환경에 기초하여 교량의 주행위험등급을 객관적으로 파악할 수 있게 됨으로써, 차량이 안전하게 교량을 주행할 수 있게 하게 하는 최적의 대응을 취할 수 있게 되며, 그에 따라 교량을 주행하는 차량이 바람으로 인하여 전복, 경로이탈 등의 사고를 당하는 것을 사전에 방지하고 주행안전성을 더욱 확실하게 보장할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 교량 주행위험등급 평가 시스템의 구성을 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 교량 주행위험등급 평가 방법의 전체적인 과정에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 3은 교량을 복수개의 평가구간으로 분할한 일예를 보여주는 타겟 교량에 대한 도면 대용 항공평면 사진이다.
도 4는 도 3에 예시된 타겟 교량에 대해 풍속풍향 측정센서를 매칭시키는 것의 일예를 보여주는 도면 대용 항공평면 사진이다.
도 5는 위험풍속 도출모듈에서 풍향별 위험풍속을 도출하는 구체적인 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 각각 풍향별 위험풍속을 그래프로 표현한 풍향별 위험풍속그래프의 일예를 보여주는 그래프도이다.
도 8은 평가구간 위험등급 산출모듈에서 수행되는 위험등급 산정 과정을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 9는 위험등급의 예를 보여주는 표이다.
도 10은 각 주행위험등급에 따라 사전에 정해놓은 대응조치 시행명령의 예를 보여주는 표이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 특히, 청구범위를 포함한 본 명세서의 개시내용에서 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다. 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다. 또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능하다. 예를 들면, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다. 특히 본 명세서에서 사용되는 '…모듈', '…유닛', '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 이루어진 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)의 구성을 보여주는 개략적인 블록도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기한 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)을 이용한 본 발명의 교량 주행위험등급 평가 방법의 전체적인 과정에 대한 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명의 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)은, 풍속풍향 데이터 수집모듈(1), 평가구간 지정모듈(2), 공기력 계수 산출모듈(3), 위험풍속 도출모듈(4), 평가구간 위험등급 산출모듈(5), 교량 주행위험등급 산출모듈(6) 및 대응명령 모듈(7)을 포함하여 구성된다. 상황에 따라서는 타겟 교량에 설치된 풍속풍향 측정센서(8)가 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)에 더 구비될 수도 있다. 아래에서는 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)의 각 모듈과 장치, 이에 의해 진행되는 본 발명에 따른 교량 주행위험등급 평가 방법의 각 과정에 대해 상세히 설명한다.

차량 주행위험등급 평가를 위해서는 우선, 타겟 교량에 대한 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보한다(단계1). 본 발명의 교량 주행위험등급 평가 시스템(100)에는 <풍속풍향 데이터 수집모듈(1)>이 구비되어 있고, <풍속풍향 데이터 수집모듈(1)>에서는 주행위험등급을 산출할 대상이 되는 교량 즉, 타겟 교량에 대하여 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보한다. 이를 위하여 타겟 교량에는 풍속풍향 측정센서(8)가 설치되고, 풍속풍향 측정센서(8)를 통해서 정해진 시간 간격마다 풍속(風速)과 풍향(風向)을 실시간으로 측정하게 된다. 풍속풍향 측정센서(8)에 의해 현장에서 측정된 풍속과 풍향은 <풍속풍향 데이터 수집모듈(1)>로 전송된다.

이렇게 소정 시간 간격마다 풍속과 풍향을 측정하는 경우, 소정 시간(예를 들면, 10분) 동안의 "평균" 풍속과 "평균" 풍향이 풍속풍향 데이터로서 활용된다. 따라서 풍속풍향 측정센서(8)가 타겟 교량에 설치되어 있는 경우, <풍속풍향 데이터 수집모듈(1)>에서는 풍속풍향 측정센서(8)로부터 전송되어 오는 풍속과 풍향을 이용하여 사전에 정해진 시간 동안의 평균 풍속과 평균 풍향을 산출하고, 이를 후속하는 연산 등에 이용할 "풍속풍향 데이터"로서 수집하여 확보한다.

만일 풍속풍향 측정센서(8)에 의해 풍속과 풍향을 측정하여 그 측정값을 수집한 기간이 사전에 정해진 "필요수집기간"(필요수집기간은 1년으로 정하는 것이 바람직함) 이하일 경우에는 타겟 교량에 대한 분석과 평가를 위한 충분한 풍속풍향 데이터가 확보되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 또는 필요에 따라서는 타겟 교량의 풍속풍향 측정센서(8)를 이용한 풍속풍향 데이터 확보를 대신하거나 또는 이와 병행하여 외부의 관측기관 등으로부터 장기적인 풍속 측정값 및 풍향 측정값을 전송받아서 "풍속풍향 데이터"를 수집 확보한다. 이 때, 외부 관측기간으로부터의 풍속 측정값 및 풍향 측정값을 타겟 교량에 설치된 풍속풍향 측정센서(8) 위치에서의 데이터로 변환하는 것도 바람직하다. 이를 위해서 공지의 MCP(Measure-Correlate-Predict) 기법을 활용할 수 있는데, MCP 기법은 기상 관측 데이터에 대하여 기상대와 현장 계측장소 간의 상관성을 분석하여 기상대에서의 기상 관측 데이터를 현장 풍환경 특성에 대응되도록 변환시키는 공지의 방법이다.

한편, 풍속 측정값 및 풍향 측정값이 타겟 교량의 상부구조물에 의해 교란을 받지 않도록 하기 위해서, 풍속풍향 측정센서(8)는 타겟 교량의 상부구조물보다 충분히 높은 위치에 설치된다. 이 경우, 타겟 교량에 설치된 풍속풍향 측정센서(8)를 통해서 취득된 풍속 및 풍향에 대해서는 고도(高度)보정이 필요할 수도 있다. 외부 관측기간으로부터 전송받은 풍속 측정값 및 풍향 측정값의 경우에는, MCP 기법을 이용한 데이터 변환을 수행하였을지라도 바람에 영향을 줄 수 있는 큰 규모의 지형지물이 타겟 교량의 주변에 존재할 경우에는 지형에 따른 추가적인 보정이 필요할 수 있다.

따라서 타겟 교량에 설치된 풍속풍향 측정센서(8)를 통해서 취득하거나, 이와 병행하거나 또는 이를 대신하여 외부 관측기간으로부터 전송받은 풍속 측정값 및 풍향 측정값을 "풍속풍향 데이터"로서 확보한 후, 필요한 경우에는 확보된 "풍속풍향 데이터"에 대하여 풍속풍향 측정센서의 높이, 거더의 높이, 지표조도정보, 주변지형지물의 정보, 기상관측소 풍속풍향 측정센서의 위치정보 등을 입력받아서 지형보정, 고도보정, 지표보정 등의 "데이터 보정작업"을 수행할 수도 있다. 이러한 "데이터 보정작업"은 <풍속풍향 데이터 수집모듈(1)>에서 일정 주기로 자동 수행되거나 별도의 모듈을 두어서 수행될 수 있으며, 공지된 케이블강교설계지침이나 Eurocode 등과 같은 공지의 방법을 이용하여 수행될 수 있다.

타겟 교량의 교량 주행위험등급 산출을 위해서는, 타겟 교량을 복수개의 "평가구간"으로 구분하고 각각의 평가구간에 대해서 풍속풍향 데이터를 매칭시킨다(단계2). 관리자는 타겟 교량을 복수개의 "평가구간"으로 구분하여 그 정보를 <평가구간 지정모듈(2)>에 입력하게 되고, <평가구간 지정모듈(2)>에서는 각각의 평가구간에 대해서 풍속풍향 데이터를 매칭시킨다. 본 발명에서는 타겟 교량을 교축방향으로 소정 길이를 가지는 복수개의 "평가구간"으로 분할하게 된다. 타겟 교량을 복수개의 "평가구간"으로 분할함에 있어서는, 도로선형의 형태(직선구간/곡선구간), 교량 상부구조의 형식 또는 형상, 및 풍환경특성의 변화를 가져올 수 있는 주변 지형지물의 존재 여부를 기준으로 삼을 수 있다.

도 3은 교량을 복수개의 평가구간으로 분할한 일예를 보여주는 타겟 교량에 대한 도면 대용 항공평면 사진이고, 도 4는 도 3에 예시된 타겟 교량에 대해 풍속풍향 데이터를 매칭시키는 것의 일예를 보여주는 도면 대용 항공평면 사진이다. 도 3 및 도 4에 예시된 것처럼 타겟 교량에서 교축방향으로의 도로선형이 직선인 구간(직선구간)에 이어서 도로선형이 곡선인 구간(곡선구간)이 존재하는 경우, 해당 직선구간을 "제1평가구간"으로 삼고, 이에 연속되는 해당 곡선구간을 "제2평가구간"로 설정할 수 있다.

필요에 따라서는 교량 상부구조의 형식이나 형상을 기준으로 평가구간을 나눌 수도 있는데, 도 3 및 도 4에 예시된 것처럼 도로선형이 직선인 구간(직선구간) 내에서 일정 구간은 교량 상부구조 형태가 2개의 박스 단면(제1데크 단면)으로 이루어지고, 이에 연속하는 구간은 교량 상부구조 형태가 제1데크 단면과 상이한 형태의 "제2데크 단면"으로 이루어진 경우에는, 길게 연속된 직선구간을 데크 단면의 종류 즉, 교량 상부구조 형태가 달라지는 위치를 경계로 하여 "제3평가구간"과 "제4평가구간"으로 구분할 수 있는 것이다. 이와 같이 타겟 교량을 복수개의 "평가구간"으로 분할할 때, 도로선형의 형태(직선구간/곡선구간)를 기준으로 삼거나 또는, 교량 상부구조의 형식(형상)을 기준으로 삼을 수도 있지만, 더 나아가 풍환경 특성에 영향을 줄 수 있는 섬이나 건축물(교량 주탑 등)을 기준으로 삼을 수도 있다. 즉, 교량 상부구조를 이루는 거더의 단면 형상 또는 형식이 바뀌는 위치, 기류에 큰 영향을 줄 수 있는 섬이나 인공조형물 등의 지형지물이 존재하는 위치, 곡선구간 등이 시작하거나 종료하여 도로선형이 급격하게 바뀌는 위치 등을 기준으로 "평가구간"을 분할하는 지점으로 삼을 수 있는 것이다. 이러한 평가구간의 설정은 관리자가 수행할 수도 있고, 별도의 모듈을 설치하고 평가구간의 설정 기준을 해당 모듈에 입력해두어서 해당 모듈에 의해 자동적으로 수행하게 만들 수도 있다.

위와 같은 기준을 가지고 타겟 교량을 복수개의 "평가구간"으로 분할하게 되면, <평가구간 지정모듈(2)>에서는 각각의 평가구간에 대해 풍속풍향 데이터를 서로 연계(matching)시키게 된다. 각각의 평가구간에 대해 활용할 풍속풍향 데이터가 필요한데, 이러한 평가구간에 이용할 풍속풍향 데이터를 지정하는 것이다. 이 때, 타겟 교량에 복수개의 풍속풍향 측정센서가 설치되어 있는 경우에는, 각 평가구간에 대해 풍속풍향 데이터를 가져올 풍속풍향 측정센서를 지정하게 되는데, 만일 모든 평가구간에 각각 풍속풍향 측정센서가 설치되어 있는 것이 아니라면, 각 평가구간별로 가장 가까운 위치에 존재하는 풍속풍향 측정센서를 지정하는 것을 원칙으로 하여 각각의 평가구간과 풍속풍향 측정센서를 매칭시키게 된다. 따라서 타겟 교량에 풍속풍향 측정센서가 설치되어 있는 경우, <평가구간 지정모듈(2)>에서는 풍속풍향 측정센서의 위치 정보를 이용하여 각 "평가구간"의 중심점과 풍속풍향 측정센서 간의 거리를 연산하여 서로 가까운 거리 위치하는 "평가구간"과 풍속풍향 측정센서를 서로 매칭해둔다. 도 4에 예시된 경우, 타겟 교량에는 영문자 A1과 A2로 표시된 위치에 각각 제1풍속풍향 측정센서와 제2풍속풍향 측정센서가 설치되어 있으므로, 제1평가구간과 제2평가구간에 대해서는 상대적으로 가까운 위치에 존재하는 제1풍속풍향 측정센서를 매칭해두고, 제3평가구간 및 제4평가구간에 대해서는 제2풍속풍향 측정센서를 매칭하게 된다.

그런데 앞서 언급한 것처럼 필요한 경우에는, 풍속풍향 측정센서를 대신하여 또는 이와 병행하여 외부의 관측기관 등으로부터 장기적인 풍속 측정값 및 풍향 측정값을 전송받아서 "풍속풍향 데이터"를 수집 확보할 수 있는데, 이 경우에는 다음과 같은 방법에 의해 평가구간과 풍속풍향 데이터를 매칭시킨다.

우선 타겟 교량에 풍속풍향 측정센서가 아예 설치되어 있지 않은 경우에는, 타겟 교량의 인근에 위치한 기상관측소 등의 외부 관측기관으로부터 전송받아 확보한 풍속풍향 데이터를 모든 평가구간에 동일하게 매칭시킨다.

타겟 교량에 풍속풍향 측정센서가 설치되어 있지만 측정기간이 필요수집기간에 미치지 못하여 외부 관측기간으로부터의 풍속풍향 데이터를 이용하는 경우에는, 앞서 언급한 공지의 MCP 기법 등을 활용하여, 외부 관측기간의 풍속풍향 데이터를 풍속풍향 측정센서가 설치된 위치의 데이터를 변환한 후, 앞서 설명한 것처럼 평가구간과 풍속풍향 측정센서 간의 최단거리를 기준으로 풍속풍향 데이터와 평가구간을 서로 매칭시킨다. 상기한 방식에 의해 <평가구간 지정모듈(2)>에서 각각의 평가구간과 풍속풍향 데이터를 매칭시킴에 있어서, 필요한 경우 풍속풍향 데이터에 대하여 고도보정 등의 추가적인 "데이터 보정작업"을 더 수행할 수도 있다.

한편, 타겟 교량의 분할에 의해 평가구간이 설정된 후에는 평가구간의 각각에 대하여 평가구간을 주행하는 차량에 대한 "차량 공기력 계수"를 산출한다(단계3). 이러한 "차량 공기력 계수"의 산출은 <공기력 계수 산출모듈(3)>에 의해 수행되는데, 구체적으로 <공기력 계수 산출모듈(3)>에서는, 실험실에서의 풍동실험 또는 공지의 CFD(Computational Fluid Dynamics) 분석을 기반으로 하여 타겟 교량의 평가구간을 주행하는 차량에 대한 "차량 공기력 계수"를 산출하게 된다. "차량 공기력 계수"의 산출 작업은 상기한 평가구간에 대한 풍속풍향 데이터 매칭 작업의 전,후로 또는 병행하여 수행된다.

차량에 작용하는 풍력은 바람의 입사각(風向), 차량이 위치하고 있는 차선, 및 차종(車種)에 따라 다르다. 따라서 평가구간 각각에 대하여, 평가구간에 존재하는 차선과 평가구간을 통행하는 차종, 그리고 사전에 분류해놓은 풍향 전부에 대해 차량 공기력 계수를 산출하게 된다. 구체적으로는 타겟 교량의 평가구간에 존재하는 편도차선의 수와, 평가구간을 주행하게 되는 차종의 수와, 세분화해놓은 풍향의 수를 곱한 수의 경우 모두에 대해 각각 차량 공기력 계수를 산출하게 되며, 이러한 차량 공기력 계수의 산출 작업을 평가구간 전부에 대해 각각 수행할 수 있는 것이다. 예를 들어, 타겟 교량의 평가구간에 존재하는 편도차선이 3차선이고, 평가구간을 주행하는 차량의 종류가 5개이며, 풍향을 16개(N, NNE, NE, ENE, E, ESE, SE, SSE, S, SSW, SW, WSW, W, WNW, NW, NNW)로 세분화했다고 가정하면, 240개(= 3차선 x 5개 차종 x 16개의 풍향)의 경우 각각에 대해 차량 공기력 계수를 산출하는 것이며, 평가구간이 5개라면 5개의 평가구간 전부에 대해 위와 같은 차량 공기력 계수 산출 작업을 수행하는 것이다.

차량 공기력 계수에는, 차량의 항력 계수(

), 차량의 횡력 계수(

), 차량의 양력 계수(

), 차량의 롤링(rolling) 모멘트 계수(

), 차량의 피칭(pitching) 모멘트 계수(

) 및 차량의 요잉(yawing) 모멘트 계수(

)가 포함된다. 충분한 레이놀즈 수(Reynolds number)가 확보된다면 차량 공기력 계수는 풍속에 크게 좌우되지 않으므로, 관리자가 미리 풍속을 정하여 차량 모형을 이용한 풍동실험을 수행하거나 또는 공지(公知)된 CFD 분석 기법을 이용함으로써 차량 공기력 계수를 산출할 수 있다. 풍동실험을 수행하는 경우, 풍동실험 결과를 관리자가 직접 <공기력 계수 산출모듈(3)>에 입력하거나 또는 풍동실험에 사용된 시험기로부터 풍동실험 결과가 <공기력 계수 산출모듈(3)>로 전송되고, <공기력 계수 산출모듈(3)>에서는 위에서 설명한 방법에 의한 연산을 수행함으로써 타겟 교량의 평가구간을 주행하는 차량에 대한 차량 공기력 계수를 산출하게 된다. 물론 <공기력 계수 산출모듈(3)>에서는 CFD 분석 기법을 이용하여 차량 공기력 계수를 산출할 수도 있다.

상기한 평가구간-풍속풍향 데이터 매칭 작업이 진행되고 차량 공기력 계수가 산출된 후에는, 타겟 교량의 복수개 평가구간 각각에 대하여 "풍향별 위험풍속"을 도출하여 확보한다(단계4). <위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 타겟 교량의 평가구간에 관한 차종과 차선, 그리고 세분화해놓은 각각의 풍향에 대한 위험풍속 즉, "풍향별 위험풍속"을 각각 도출하는 것이다.

강풍에 의한 차량사고는 크게 "차량전복 사고"과 "경로이탈 사고"로 구분할 수 있는데, "위험풍속"은 이중 하나 이상의 차량사고를 유발하는 풍속값 중 가장 작은 값 즉, 차량전복 사고나 경로이탈 사고를 유발할 수 있는 풍속 중에서 가장 낮은 "최저 풍속값"을 의미한다. 위험풍속은 불어오는 바람의 입사각 즉, 풍향에 따라 다르다. 따라서 위험풍속은 사실상 "풍향별 위험풍속"이 된다. 즉, N방향(북쪽방향)의 위험풍속, NW방향(북서쪽방향)의 위험풍속 등과 같이 사전에 세분화시켜 정해놓은 풍향별로 위험풍속("풍향별 위험풍속")이 존재하는 것이다.

풍향별 위험풍속의 연산과 도출은 <위험풍속 도출모듈(4)>에 의해 수행된다. 도 5에는 <위험풍속 도출모듈(4)>에서 풍향별 위험풍속을 도출하는 구체적인 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 위험풍속의 도출을 위해서 우선 평가구간을 주행하는 차량의 속도가 설정된다. 예를 들어 타겟 교량에 대해 정해놓은 통행제한 속도가 110km/h인 경우(예를 들면, 서해대교의 경우)(광안대교의 경우에는 통행제한속도가 80km/h)를 "위험풍속 산출을 위한 차량 속도"로 설정할 수 있다. 이러한 위험풍속의 산출을 위한 차량 속도는 관리자에 입력에 의해 <위험풍속 도출모듈(4)>에 제공된다. <위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 설정된 차량의 속도, 및 미리 도출해놓은 차량 공기력 계수를 이용하여, 평가구간을 주행하는 차량에 대하여 "차량 바퀴의 반력"과 "차량의 변위"를 산출한다(단계4-1). 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위는 풍속에 따라 달라지는 것이고 위험상황이 발생하게 되는 풍속을 위험풍속으로서 찾아내는 것이므로, <위험풍속 도출모듈(4)>에서는 풍속을 변화시켜가면서 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하게 된다. 풍속을 변화시키면서 연산을 수행할 때 "시간에 따른 풍속이력"을 생성하여 이를 이용할 수 있는데, 시간에 따른 풍속이력을 생성함에 있어서는 공지된 Von Karman Spectrum을 활용할 수 있다. 차량의 무게 등의 제원들과 평가구간의 편경사 및 곡률등과 같은 도로선형조건들을 <위험풍속 도출모듈(4)>에 입력하여 해석을 수행하게 되며, 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출함에 있어서는 공지된 동적차량해석 방법이나 준정적차량해석 방법을 이용할 수 있다. 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하기 위하여 이용되는 동적차량해석 방법이나 준정적차량해석 방법의 구체적인 내용은 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

<위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 산출된 차량 바퀴의 반력 값과 차량의 변위 값을 각각 사전에 설정해놓은 위험판단 기준값과 대비하여 위험상황 해당여부를 판단한다(단계4-2). 즉, 산출된 차량 바퀴의 반력이 사전에 설정해놓은 반력에 대한 위험판단 기준값에 해당하는지, 그리고 산출된 차량의 변위가 사전에 설정해놓은 변위에 대한 위험판단 기준값에 해당하는지를 판단하는 것이다. 예를 들어, 반력에 대해서는 하나 이상의 바퀴에 작용하는 수직반력값 0(zero)을 차량전복 사고의 위험판단 기준값으로 설정해두어서, 하나 이상의 바퀴에 작용하는 수직반력값이 0이 되면 차량전복 사고로 간주할 수 있다. 또한 변위에 대해서는 차량의 무게중심 수평이동거리 또는 회전각도를 경로이탈 사고의 위험판단 기준값으로 설정할 수 있는데, 예를 들어 동적차량해석을 수행하여 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하는 경우에는, 차량의 무게중심이 0.5m 이상 수평이동하거나 0.2 radian으로 회전한 경우에는 경로이탈 사고로 간주할 수 있다. 그리고 두 가지 상황 즉, 차량전복 사고와 차량 경로이탈 사고 중 어느 하나의 사고라도 발생하는 것으로 판정되면 "위험상황"으로 판단할 수 있다. 위에 제시한 위험판단 기준값의 종류 및 수치는 예시에 해당하며, 필요에 따라서는 다른 종류의 값을 각각의 기준으로 설정할 수 있다. 예를 들어 , 준(準)정적차량해석 방법을 이용하는 경우에는 하나 이상의 차축 마찰력이 최대정지마찰력 수준에 도달한 경우를 경로이탈 사고로 간주할 수도 있는 것이다.

<위험풍속 도출모듈(4)>에서는 이와 같이 "위험상황"으로 판단되는 경우, 그 때의 풍속을 "해당 차선을 주행하는 해당 차량에 특정 방향의 바람이 불 때의 위험풍속"으로 간주하게 된다(단계4-3).

아래에서는 평가구간의 1차선에 트럭이 주행하고 N방향의 바람이 부는 경우를 예시하여 위험풍속을 산출과는 과정을 좀 더 상세히 설명한다.

우선 앞서 설명한 것처럼 풍동실험 등을 통해서 차량 공기력 계수를 산출한다. 그리고 미리 설정해놓은 차량의 속도와, 산출해놓은 차량 공기력 계수를 이용하여 "차량 바퀴의 반력"과 "차량의 변위"를 산출한다. 이렇게 산출된 "차량 바퀴의 반력"및 "차량의 변위"는, 각각 차량이 해당 속도로 트럭이 1차선 주행하고 N방향의 바람이 불 때 차량 바퀴에 작용하는 반력 및 차량에 발생하는 변위가 된다.

각각의 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위가 산출되면, 산출된 각각의 값을 위험판단기준과 대비하여 위험상황 해당여부를 판단하여, "위험상황"으로 판단되는 경우에는 그 때의 풍속을 "해당 풍향에 대한 위험풍속"으로 삼게 된다. "위험상황"으로 판단되지 않는 경우에는 해당 차량의 차량 속도를 증가시켜가면서 상기한 과정 즉, 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하는 작업 및 위험판단기준과 대비하는 작업을 반복하여 "해당 풍향에 대한 위험풍속"을 도출한다. 이러한 과정에 의해 위에서 예시한 <타겟 교량의 1차선을 트럭이 설정된 속도로 주행하는 상황>에 대한 "N방향의 위험풍속"이 도출되는 것이다.

<위험풍속 도출모듈(4)>에서는 각각의 풍향에 대하여 위와 같은 과정을 반복 수행함으로써 "풍향별 위험풍속"을 산출한다. 즉, <위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 세분화해놓은 풍향별로 풍속을 증가시켜가면서 상기한 바와 같이 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위의 산출 및 위험상황 여부 판단의 과정을 반복함으로써 각각의 풍향에 대한 "풍향별 위험풍속"을 도출하여 제시하는 것이다.

"풍향별 위험풍속"은 차종과 차선에 따라서도 달라지므로, <위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 타겟 교량 위를 주행하게 되는 다양한 차종의 각각에 대하여 상기한 과정을 타겟 교량의 평가구간 차선별로 반복하여 "차종에 따른 풍향별 위험풍속"을 도출할 수 있고, 더 나아가 타겟 교량에 존재하는 차선의 각각에 대하여 상기한 과정을 반복하여 "차선에 따른 풍향별 위험풍속"을 도출할 수도 있다. 즉, "풍향별 위험풍속"은 타겟 교량의 평가구간을 주행하는 차종(車種)과 차선(車線)에 따라 달라지므로, 차종과 차선을 달리하면서 각각의 풍향별 위험풍속을 도출할 수도 있는 것이다. 예를 들어, 해당 평가구간에 존재하는 편도차선이 3차선이고, 해당 평가구간을 주행하는 차량의 종류가 5개이며, 풍향을 16개(N, NNE, NE, ENE, E, ESE, SE, SSE, S, SSW, SW, WSW, W, WNW, NW, NNW)로 세분화했다고 가정하면, 240개(= 3차선 x 5개 차종 x 16개의 풍향)의 경우 각각에 대해 위험풍속을 도출할 수 있는 것이다.

도 6 및 도 7에는 각각 풍향별 위험풍속을 그래프로 표현한 것 즉, 풍향별 "위험풍속 그래프(Critical Wind Speed Curve/ CWC)의 일예를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7의 위험풍속 그래프에서 가로축은 풍향을 나타내며, 세로축은 각각의 풍향에 대해 산출된 위험풍속의 값 즉, 풍향별 위험풍속을 나타낸다. 도 6 및 도 7의 풍향별 위험풍속 그래프는 타겟 교량의 평가구간에 일반 트럭이 3차선으로 주행할 경우에 대한 것으로서, 도 6의 위험풍속 그래프는 차량의 속도를 법정 제한속도인 70km/h로 설정한 경우의 것이고, 도 7의 위험풍속 그래프는 차량의 속도를 40km/h로 설정한 경우의 것이다.

이와 같이, <위험풍속 도출모듈(4)>에서는, 세분화해놓은 풍향별로, 그리고 타겟 교량에 존재하는 차선과, 타겟 교량을 주행하게 되는 차종에 대하여 각각 "풍향별 위험풍속"을 도출하여 제시하며, 이러한 "풍향별 위험풍속"을 도출하는 작업은 모든 평가구간 각각에 대해서 전부 수행된다. 평가구간이 4개일 경우에는 4개의 평가구간 전부에 대해 풍향별 위험풍속을 산출하는 작업을 수행하는 것이다. 도출된 "풍향별 위험풍속"은 DB로 만들어 놓게 된다.

후속하는 작업으로서, 수집해놓은 풍속풍향 데이터를 이용하여 평가구간에 대해 각각의 풍향에 대한 풍속이 "풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수"를 집계한 후, 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하여 평가구간의 위험등급을 산정한다(단계5).

이러한 작업은 <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에 의해 수행되는데, 도 8에는 평가구간 위험등급 산출모듈(5)에서 수행되는 위험등급 산정 과정을 보여주는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 구체적으로 도 8에 도시된 것처럼, <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서는 평가구간에 대하여 수집된 풍속풍향 데이터를 풍향별로 분류한다(단계5-1). 후속하여 <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서는 각각의 풍향에 대한 풍속이 "풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수" 즉, 풍향별 위험풍속 초과빈도를 집계하고(단계5-2), 집계된 "풍향별 위험풍속 초과빈도"를 모두 합하고, 그 합을 풍속풍향 데이터를 수집한 기간 즉, 계측기간(연단위)으로 나누어서 "연간 위험풍속 초과빈도"를 산출한다(단계5-3).

<평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서는 위와 같이 각각의 평가구간에 대하여, "연간 위험풍속 초과빈도"를 산출한 후, 산출된 결과값을 사전에 정해놓은 위험등급과 비교하여 위험등급을 도출한다(단계5-4). 관리자는 미리 연간 위험풍속 초과빈도의 횟수에 따라 위험등급을 사전에 정해 놓는다. 도 9에는 위험등급의 예시를 보여주는 표가 도시되어 있는데, 도 9에 예시된 것처럼 연간 위험풍속 초과빈도가 0~2회일 경우에는 "위험등급 A"를 부여하고, 연간 위험풍속 초과 빈도가 2~5회일 경우에는 "위험등급 B"를 부여하는 식으로 미리 위험등급을 사전에 정해놓는 것이다. <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서는 각각의 평가구간에 대하여 산출해놓은 "연간 위험풍속 초과빈도"를 사전에 정해놓은 위험등급과 비교하여, 산출된 해당 "연간 위험풍속 초과빈도"에 대응하는 위험등급을 도출하는 것이다. 도 9의 위험등급 예시에서는 위험등급 A, 위험등급 B, 위험등급 C, 위험등급 D와 같이 영어 알파벳에서 A, B, C, D의 순서로 갈수록 연간 위험풍속 초과빈도가 증가하고, 이는 차량이 교량을 주행하기에 더 위험하게 되는 것이다. 편의상 본 명세서에서는 위험등급을 설명할 때 연간 위험풍속 초과빈도가 증가하여 차량이 교량을 주행하기에 더욱 위험하게 되는 것을 “위험등급이 낮아진다”라고 표현한다.

이 때, 해당 평가구간에 복수개의 차선이 존재하고, 다양한 차종이 주행하는 경우에는, <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서의 상기한 "연간 위험풍속 초과빈도의 산출" 및 "사전 설정된 위험등급과의 비교를 통한 위험등급 도출" 작업은 차선별 및 차종별로 각각 행해진다. 위와 같은 차선별 및 차종별 위험등급 도출 작업을 수행하게 되면 복수개의 위험등급이 도출되는데, <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에서는 도출된 복수개의 위험등급 중에서 가장 낮은 위험등급 즉, 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 해당 평가구간의 최종적인 위험등급으로 지정하게 된다(단계5-5). 위에서 설명한 <평가구간 위험등급 산출모듈(5)>에 의한 위험등급 산출 작업은 모든 평가구간에 대해 각각 수행한다.

각각의 평가구간에 대해 위험등급이 지정되면, 평가구간의 위험등급을 취합하여 타겟 교량 전체의 주행위험등급을 도출한다(단계6). 이와 같이 각각의 평가구간에 대하여 위험등급을 도출한 후에는, 이를 종합하여 타겟 교량의 주행위험등급을 도출하여 지정하게 되는 것이다. 타겟 교량은 복수개의 평가구간으로 이루어져 있으므로, 평가구간 각각에 대해 위험등급이 도출되면, <교량 주행위험등급 도출모듈(6)>에서는 각 평가구간의 위험등급을 취합하여, 취합된 위험등급 중 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 "타겟 교량의 주행위험등급"으로 지정하게 된다. 예를 들어, 위험등급 A, 위험등급 B 및 위험등급 C의 형태로 영어 알파벳에서 A, B, C의 순서로 갈수록 연간 위험풍속 초과빈도가 증가하여 차량이 교량을 주행하기에 점점 더 위험하게 되는 것으로 위험등급이 지정되어 있으며, 타겟 교량이 제1평가구간, 제2평가구간 및 제3평가구간으로 분할되어 있고, 제1평가구간에 대해서는 위험등급이 A로, 제2평가구간에 대해서는 위험등급이 C로, 그리고 제3평가구간에 대해서는 위험등급이 B로 지정된 경우, <교량 주행위험등급 도출모듈(6)>에서는 그중 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계인 위험등급 C를 타겟 교량의 주행위험등급으로 지정하게 되는 것이다.

타겟 교량에 대해 주행위험등급이 지정되면, 해당 주행위험등급에 따른 대응조치 시행명령을 발하게 된다(단계7). "타겟 교량의 주행위험등급"이 지정된 후, 그 지정 결과는 <대응명령 모듈(7)>로 전송되고, <대응명령 모듈(7)>에서는 사전에 정해놓은 각 주행위험등급별 대응조치 시행명령("대응명령")을 발하여 관리주체 또는 대응조치를 위한 장치로 전송하게 된다. 도 10에는 각 주행위험등급에 따라 사전에 정해놓은 대응조치 시행명령의 표가 예시되어 있는데, 예를 들어 타겟 교량의 주행위험등급이 D로 산정되면, 관리주체에게 타겟 교량에 방풍벽을 설치할 것을 권고하는 통보를 하게 되고, <대응명령 모듈(7)>로부터의 대응명령을 받은 관리주체 등은 그에 상응하는 대응조치를 취하게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 교량을 주행하게 되는 차량의 종류, 차선의 갯수, 및 차량의 속도, 그리고 풍향, 풍속 및 교량 주변의 지형지물 등을 고려하고, 실제 교량이 처해 있는 풍환경을 반영한 평가에 기초하여, 바람이 부는 실제 상황에서 차량이 주행하기에 어느 정도나 안전한 교량인지를 나타내는 "교량 주행위험등급"을 객관적으로 평가하여 도출하게 된다.

따라서 관리자는 본 발명에 의해 도출된 교량 주행위험등급에 기초하여 차량이 주행할 때의 안정성 확보를 위한 해당 교량에 최적화된 운영전략을 취할 수 있게 되며, 그에 따라 강풍 등으로 인한 교량상 차량의 사고 발생 위험을 대상 교량마다 적절하고 구체적으로 저감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 즉, 본 발명에 의하면 교량의 제원, 및 풍향과 풍속 등의 풍환경에 기초하여 교량의 주행위험등급을 객관적으로 파악할 수 있게 됨으로써, 차량이 안전하게 교량을 주행할 수 있게 하게 하는 최적의 대응을 취할 수 있게 되며, 그에 따라 교량을 주행하는 차량이 바람으로 인하여 전복, 경로이탈 등의 사고를 당하는 것을 사전에 방지하고 주행안전성을 더욱 확실하게 보장할 수 있게 되는 효과를 발휘하는 것이다.

1: 풍속풍향 데이터 수집모듈
2: 평가구간 지정모듈
3: 공기력 계수 산출모듈
4: 위험풍속 도출모듈
5: 평가구간 위험등급 산출모듈
6: 교량 주행위험등급 산출모듈
7: 대응명령 모듈
8: 풍속풍향 측정센서

Claims (6)

1. 타겟 교량에서의 풍속 및 풍향을 포함하는 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보하는 풍속풍향 데이터 수집모듈;
   타겟 교량을 복수개로 분할하여 설정된 각각의 평가구간에 대하여, 각 평가구간에 이용할 풍속풍향 데이터를 지정하여 매칭시키는 평가구간 지정모듈;
   평가구간 각각에 대하여, 차선, 차종, 및 풍향에 따른 차량 공기력 계수를 산출하는 공기력 계수 산출모듈;
   평가구간 각각에 대하여 산출된 차량 공기력 계수를 이용하여, 각각의 차선과 차종에 대하여 세분화해놓은 풍향별로 위험풍속을 산출하여 풍향별 위험풍속을 도출하는 위험풍속 도출모듈;
   수집해놓은 풍속풍향 데이터를 이용하여 평가구간에 대해 각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수를 집계하고, 이를 이용하여 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하여 평가구간의 위험등급을 산정하는 평가구간 위험등급 산출모듈;
   타겟 교량 전체에 대하여 각 평가구간의 위험등급을 취합하여, 취합된 위험등급 중 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 타겟 교량의 주행위험등급으로 도출하여 지정하는 교량 주행위험등급 도출모듈; 및
   지정된 교량 주행위험등급에 따라 사전에 정해진 대응조치가 취해질 수 있도록 대응조치 명령을 발하게 되는 대응명령 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   위험풍속 도출모듈에서는, 각각의 풍향에 대하여,
   사전에 설정된 차량의 속도 및 산출되어 있는 차량 공기력 계수를 이용하여, 평가구간을 주행하는 차량에 대하여 풍속을 변화시켜가면서 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하고;
   산출된 차량 바퀴의 반력 및 차량의 변위 각각을 사전에 설정해놓은 위험판단 기준값과 대비하여 위험상황 해당여부를 판단하며;
   위험상황으로 판단되면 그 때의 풍속을 위험풍속으로 간주하고;
   각각의 풍향, 타겟 교량에 존재하는 각각의 차선 및 타겟 교량을 주행하는 각각의 차종에 대하여 상기 차량 바퀴의 반력 및 차량 변위 산출 과정, 상기 위험상황 해당여부 판단 과정, 및 상기 위험풍속 간주 과정을 수행함으로써, 각각의 차선과 차종에 대하여 풍향별 위험풍속을 도출하여 제시하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   평가구간 위험등급 산출모듈에서는,
   각각의 평가구간에 대하여 수집된 풍속풍향 데이터를 풍향별로 분류하고;
   각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수에 해당하는 풍향별 위험풍속 초과빈도를 집계하고;
   집계된 풍향별 위험풍속 초과빈도를 모두 합하고, 그 합을 풍속풍향 데이터를 수집한 연단위의 기간으로 나누어서 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하고;
   산출해놓은 연간 위험풍속 초과빈도를 사전에 정해놓은 위험등급과 비교하여 위험등급을 도출하고;
   상기한 위험등급 도출 작업을 해당 평가구간에 존재하는 각각의 차선 및 해당 차선을 주행하는 차종별로 수행하여, 해당 평가구간에 대해 복수개의 위험등급을 도출한 후, 도출된 복수개의 위험등급 중에서 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 해당 평가구간의 최종적인 위험등급으로 지정하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 시스템.
4. 타겟 교량에서의 풍속 및 풍향을 포함하는 풍속풍향 데이터를 수집하여 확보하는 풍속풍향 데이터 수집모듈에 저장하는 단계;
   타겟 교량을 복수개로 분할하여 평가구간을 설정하고, 평가구간 지정모듈에서는 설정된 각각의 평가구간에 대하여 각 평가구간에 이용할 풍속풍향 데이터를 지정하여 매칭시키는 단계;
   공기력 계수 산출모듈을 이용하여, 평가구간 각각에 대하여, 차선, 차종, 및 풍향에 따른 차량 공기력 계수를 산출하는 단계;
   위험풍속 도출모듈을 이용하여 평가구간 각각에 대하여 산출된 차량 공기력 계수를 이용하여, 각각의 차선과 차종에 대하여 세분화해놓은 풍향별로 위험풍속을 산출하여 풍향별 위험풍속을 도출하는 단계;
   평가구간 위험등급 산출모듈에서, 이미 수집해놓은 풍속풍향 데이터를 이용하여 평가구간에 대해 각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수를 집계하고 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하여 평가구간의 위험등급을 산정하는 단계;
   교량 주행위험등급 도출모듈에서, 타겟 교량 전체에 대하여 각 평가구간의 위험등급을 취합하고, 취합된 위험등급 중 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 타겟 교량의 주행위험등급으로 도출하여 지정하는 단계; 및
   지정된 교량 주행위험등급에 따라 사전에 정해진 대응조치가 취해질 수 있도록 대응명령 모듈을 통해서 대응조치 명령을 발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 방법.
5. 제4항에 있어서,
   위험풍속을 도출하는 단계에서는;
   사전에 설정된 차량의 속도 및 산출되어 있는 차량 공기력 계수를 이용하여, 평가구간을 주행하는 차량에 대하여 풍속을 변화시켜가면서 차량 바퀴의 반력과 차량의 변위를 산출하고;
   산출된 차량 바퀴의 반력 및 차량의 변위 각각을 사전에 설정해놓은 위험판단 기준값과 대비하여 위험상황 해당여부를 판단하며;
   위험상황으로 판단되면 그 때의 풍속을 위험풍속으로 간주하고;
   각각의 풍향, 타겟 교량에 존재하는 각각의 차선 및 타겟 교량을 주행하는 각각의 차종에 대하여 상기 차량 바퀴의 반력 및 차량 변위 산출 과정, 상기 위험상황 해당여부 판단 과정, 및 상기 위험풍속 간주 과정을 수행함으로써, 각각의 차선과 차종에 대하여 풍향별 위험풍속을 도출하여 제시하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   평가구간의 위험등급을 산출하는 단계에서는,
   각각의 평가구간에 대하여 수집된 풍속풍향 데이터를 풍향별로 분류하고;
   각각의 풍향에 대한 풍속이 풍향별 위험풍속을 초과하는 빈도수에 해당하는 풍향별 위험풍속 초과빈도를 집계하고;
   집계된 풍향별 위험풍속 초과빈도를 모두 합하고, 그 합을 풍속풍향 데이터를 수집한 연단위의 기간으로 나누어서 연간 위험풍속 초과빈도를 산출하고;
   산출해놓은 연간 위험풍속 초과빈도를 사전에 정해놓은 위험등급과 비교하여 위험등급을 도출하고;
   상기한 위험등급 도출 작업을 해당 평가구간에 존재하는 각각의 차선 및 해당 차선을 주행하는 차종별로 수행하여, 해당 평가구간에 대해 복수개의 위험등급을 도출한 후, 도출된 복수개의 위험등급 중에서 차량이 교량을 주행하기에 가장 위험한 단계의 위험등급을 해당 평가구간의 최종적인 위험등급으로 지정하는 것을 특징으로 하는 강풍에 대한 교량 주행위험등급 평가 방법.

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