KR102380853B1 - 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로 전 구간을 모니터링하여 결빙 위험 구간의 제설작업에 대한 의사를 결정하고, 결정된 의사에 따라 상기 구간의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제설작업 의사 결정유닛; 및 도로의 각 구간에 설치되며, 상기 제설작업 의사 결정유닛의 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제설제 살포유닛에 의해 도로 각 구간의 제설작업이 이루어진다. 이로 인해, 도로관리자의 제설작업에 대한 의사결정이 필요하지 않으므로, 도로관리자의 제설작업 경험과 숙련도에 관계없이 정확하고 신속한 제설작업이 이루어질 수 있다. 또한, 제설차량이 단시간에 모두 커버하지 못하는 복잡한 도로 구간도 공백 구간 없이 고르게 제설작업이 가능하다.
Description
본 발명은 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템 및 방법에 관한 것이다.
도로 결빙은 다음 3요소 및 이들의 상호관계에 의해 발생한다.
1. 도로 표면의 온도
2. 도로 표면의 습기의 유무(강설, 강우, 이슬, 안개, 제설작업에 의해 녹은 물 등)
3. 결빙을 방지하기 위해 살포된 제설제(염화물)의 농도
또한, 살얼음(블랙아이스)은 다음 2가지 원인으로 발생한다.
1. 밤이나 새벽에 도로 표면의 온도가 낮은 교량과 같은 곳에 비가 내려 순간적인 결빙
2. 제설작업 수행 후, 계속되는 강설 또는 강우로 제설제의 농도가 떨어져 재결빙이 일어나는 경우나, 새벽 기온의 강하로 재결빙
살얼음이 위험한 이유는, 특정지점, 특정 시기에 갑자기 발생하여, 도로관리자가 대응할 시간이 부족하기 때문이다.
이렇게 도로 결빙 및 살얼음의 원인을 알면서도, 매년 도로 결빙 및 살얼음으로 인해 대형 교통사고가 발생하는 이유는 도로 표면의 온도, 도로 표면의 습기, 결빙을 방지하기 위해 살포된 제설제의 농도를 측정하기 어렵거나 측정이 부정확하고, 도로관리자가 즉각적으로 대응하기 어렵기 때문이다.
한편, 도로관리자가 제설작업을 수행하는 경우, 제설작업 경험 유무, 숙련도에 따라 제설작업 수준은 편차가 심하다. 이러한 편차를 줄이기 위해, 제설작업 매뉴얼에 온도별, 강설량별 개략적인 염화물 살포밀도(g/㎡)를 제시하고는 있으나, 도로관리자가 도로 표면의 기온과 강설량을 정확히 판단하여 제설작업 염화물 살포량을 결정하기 어렵다. 이로 인해, 최대 살포 밀도로 염화물을 살포하고 있어, 제설작업 비용이 증가하고, 과도한 제설제 사용으로 인해 교량이 부식되고, 미리 살포된 제설제가 차량 이동으로 인해 도로 주변으로 날리면서 도로 주변 토양을 오염시킨다.
또한, 제설차량으로 제설작업을 수행하는 경우, 대부분의 도로관리기관에서는 차량별 담당구간을 정하여 제설작업을 수행하고 있으며, 직선형의 도로라면 큰 문제는 되지 않으나, 고속도로 분기점과 같이 한 지점에 여러 갈래의 경로가 존재하는 도로에서는 이곳의 제설작업을 수행하기 위해 엄청난 시간이 소요된다.
예를 들면, 고속도로 2개 경로가 만나는 분기점의 경우 통상 8개의 입구 및 출구 램프, 본선 구간 4개 지점, 즉 12개소의 제설작업이 수행되어야하며, 1개 차량이 제설작업을 수행한다면 총4회에서 6회 정도를 왕복하여야만 모든 구간에 공백없이 제설작업이 가능하며, 이를 위한 주행거리를 산정해보면 약120km 이상에 달하므로 결빙이 발생하였을 때에 즉시 제설작업을 수행하는 것은 불가능에 가깝다.
또한, 도로에 제설제 자동 분사장치가 설치되기도 하지만, 작동여부는 결국 도로관리자가 결정한다. 그러나, 도로관리자가 제설제 자동 분사장치가 설치된 지점의 노면 온도를 실시간 파악하고, 강설, 강우, 이슬, 안개 발생 시 염화물을 도로에 얼마나 살포해야 되고, 또 얼마의 시간마다 반복적으로 살포해야 하는지 의사결정을 정확히 내리기 어려워, 제설제 자동 분사장치를 적절한 시점에 사용하기 어렵다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 자율작업 기능을 갖춘 제설제 살포 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템은,
도로 전 구간을 모니터링하여 결빙 위험 구간의 제설작업에 대한 의사를 결정하고, 결정된 의사에 따라 상기 구간의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제설작업 의사 결정유닛; 및
도로의 각 구간에 설치되며, 상기 제설작업 의사 결정유닛의 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제설제 살포유닛을 포함하며,
상기 제설제 살포유닛은,
해당 구간의 각 살포 지점에 설치되며, 노면에 제설제를 살포하는 분사부;
각 살포 지점에 설치된 상기 분사부가 연결되며, 제설제를 각 분사부로 이송시키는 분사펌프;
상기 분사펌프에 연결되며, 제설제를 저장하는 제설제 저장탱크; 및
상기 작업정보에 따라 해당 구간에서의 제설제 분사를 제어하는 분사 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
노면 온도를 측정하여 노면 온도 정보를 획득하는 제1-1단계와, 노면 습기 정보를 획득하는 제1-2단계와, 노면에 살포된 제설제의 농도를 측정하여 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제1-3단계로 구성되어, 도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제1단계;
도로 각 구간의 상기 노면 온도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-1단계와, 도로 각 구간의 상기 노면 습기 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-2단계와, 도로 각 구간의 상기 노면 제설제 농도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-3단계와, 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비로부터 제공된 각 도로의 기상 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-4단계로 구성되어, 획득된 도로 각 구간의 상기 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보와 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비에서 제공된 기상 정보를 수집하여 실시간 모니터링하는 제2단계; 및
모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하는 제3-1단계와, 노면의 결빙 위험을 운전자 및 도로관리자에게 알려주는 제3-2단계와, 결빙 위험 결과를 바탕으로 결빙 위험이 판단 및 예측된 도로의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제3-3단계로 구성되어, 모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하고 제설작업에 대한 의사를 결정하는 제3단계;
결빙 위험이 판단 및 예측된 도로에 설치된 제설제 살포유닛이 상기 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제4단계; 및
도로 각 구간의 제설작업 상태를 실시간 모니터링하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법에 의해 달성된다.
본 발명은 도로 전 구간을 모니터링하여 결빙 위험 구간의 제설작업에 대한 의사를 결정하고, 결정된 의사에 따라 상기 구간의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제설작업 의사 결정유닛; 및 도로의 각 구간에 설치되며, 상기 제설작업 의사 결정유닛의 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제설제 살포유닛에 의해 도로 각 구간의 제설작업이 이루어진다. 이로 인해, 도로관리자의 제설작업에 대한 의사결정이 필요하지 않으므로, 도로관리자의 제설작업 경험과 숙련도에 관계없이 정확하고 신속한 제설작업이 이루어질 수 있다. 또한, 제설차량이 모두 커버하지 못하는 복잡한 도로 구간도 공백 구간 없이 고르게 제설작업이 가능하다.
본 발명은 제설제 살포유닛이 하나의 펌프를 이용하여 결빙 위험 구간의 다수의 살포 지점에 순차적으로 설정된 살포밀도의 제설제를 살포한다. 이로 인해, 살포 지점이 많아지더라도 분사펌프의 용량이 커질 필요가 없어 비용이 절약된다. 또한, 우선 순위에 따라 살포 지점을 선택하여 분사할 수 있다. 또한, 직선 도로의 경우 기존대비 최대 살포 거리를 획기적으로 증대시킬 수 있으며(기존 살포 가능 거리는 약500m), 분기점과 같이 복잡한 도로도 1개의 분사펌프로 제설작업이 가능하다.
본 발명은 도로 각 구간의 정보 획득 단계, 정보 모니터링 단계, 제설작업 의사 결정 단계, 제설작업 수행 단계, 제설작업 상태 모니터링 단계가 실시간 반복 수행된다. 이로 인해, 도로 각 구간의 제설작업이 최적의 조건에서 자율작업으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 도로 결빙의 3 요소인 1. 도로 표면의 온도 2. 도로 표면의 습기의 유무 (강설, 강우, 이슬, 안개, 제설작업에 의해 녹은 물 등) 3. 결빙을 방지하기 위해 살포된 제설제(염화물)의 농도를 모두 고려하고, 이를 정확하게 측정하고, 이들의 상호작용을 고려하여 도로결빙여부를 판단하고 도로결빙 시점을 예측한다. 이로 인해, 제설작업의 수행여부, 제설작업의 수행 시기, 제설제의 살포량을 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명은 대기 온도, 노면 온도, 노면 습기, 노면 제설제 농도를 실시간 모니터링하고, 대기 온도 강하에 따른 노면 온도 강하 데이터 분석함으로써, 정확한 결빙 및 재결빙 시점을 예측할 수 있고, 이를 방지하기 위한 제설제의 살포밀도를 제시할 수 있다. 또한, 부정확한 제설제 살포와 획일적인 제설제 살포로 인해, 제설작업 비용이 증가하고, 과도한 제설제 사용으로 인해 교량이 부식되고, 미리 살포된 제설제가 차량 이동으로 인해 도로 주변으로 날리면서 도로 주변 토양을 오염시키는 것을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제설작업 의사 결정유닛을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 정보 획득유닛이 도로에 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 정보 획득유닛 중 온도 획득부와 제설제 농도 획득부가 차량에 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 2016년 12월 6일 21시부터 12월 7일 05시에 고속도로 추풍령 대교 중간지점(기상청 측정 지점은 추풍령 휴게소 북단에 위치)에서, 교량구간의 실제 대기온도와 도로표면온도를 측정하여 비교한 표이다.
도 6(a)는 고속도로 나들목 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 고속도로 나들목 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 7(a)는 고속도로 분기점 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 7(b)는 고속도로 분기점 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 직선도로 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 직선도로 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 도 9에 도시된 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법을 나타낸 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 결빙 위험을 판단하는 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 12는 제설제(소금용액, 염화칼슘용액) 농도별 결빙온도를 나타낸 표이다.
도 13은 강설량 1cm시 제설제 살포밀도에 따른 결빙온도 데이터를 나타낸 도면이다.
도 14는 제설작업 상태 모니터링의 예시적인 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제설작업 의사 결정유닛을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 정보 획득유닛이 도로에 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 정보 획득유닛 중 온도 획득부와 제설제 농도 획득부가 차량에 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 2016년 12월 6일 21시부터 12월 7일 05시에 고속도로 추풍령 대교 중간지점(기상청 측정 지점은 추풍령 휴게소 북단에 위치)에서, 교량구간의 실제 대기온도와 도로표면온도를 측정하여 비교한 표이다.
도 6(a)는 고속도로 나들목 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 고속도로 나들목 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 7(a)는 고속도로 분기점 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 7(b)는 고속도로 분기점 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 직선도로 구간에 설치되는 제설제 살포유닛을 나타낸 도면이고, 도 8(b)는 직선도로 구간에서 제설제 살포유닛의 분사부에 의해 제설제가 살포되는 제설제 살포 지점을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 도 9에 도시된 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법을 나타낸 블록도이다.
도 11은 도 10에 도시된 결빙 위험을 판단하는 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 12는 제설제(소금용액, 염화칼슘용액) 농도별 결빙온도를 나타낸 표이다.
도 13은 강설량 1cm시 제설제 살포밀도에 따른 결빙온도 데이터를 나타낸 도면이다.
도 14는 제설작업 상태 모니터링의 예시적인 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템은, 제설작업 의사 결정유닛(100), 제설제 살포유닛(200)으로 구성된다.
[제설작업 의사 결정유닛(100)]
제설작업 의사 결정유닛(100)은 도로 전 구간을 모니터링하여 결빙 위험 구간의 제설작업에 대한 의사를 결정하고, 결정된 의사에 따라 도로 전 구간의 제설작업에 대한 작업정보를 생성한다. 작업정보는 제설제 살포 구간, 제설작업 시기, 제설제의 단위면적당 살포량(살포밀도) 등을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제설작업 의사 결정유닛(100)은, 정보 획득유닛(10), 정보 모니터링유닛(20), 의사 결정유닛(30)으로 구성된다.
정보 획득유닛(10)
정보 획득유닛(10)은 도로 각 구간에 설치된다. 정보 획득유닛(10)은 도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득한다. 정보 획득유닛(10)에서 획득된 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보는 도로 각 구간에 설치된 CCTV 전원부나 Wifi, 4G, 5G, IoT(Internet of Things)망 등을 이용하여 측정 위치 및 측정 시간 정보와 함께 후술되는 정보 모니터링유닛(20)으로 전달된다.
정보 획득유닛(10)은 온도 획득부(11), 습기 획득부(12), 제설제 농도 획득부(13)로 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정보 획득유닛(10)은 도로 각 구간의 가장자리에 일정간격을 두고 설치된다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 정보 획득유닛(10) 중 온도 획득부(11)와 제설제 농도 획득부(13)는 차량에 설치되어 차량이 이동하며 노면 온도와 제설제 농도를 연속적으로 측정할 수도 있다.
온도 획득부(11)는 노면 온도를 측정하여 노면 온도 정보를 획득한다. 온도 획득부(11)는 노면에 설치된 온도센서, 노면 가장자리에 설치된 적외선 온도 센서로 구성된다. 적외선 온도 센서는 비접촉 온도 센서로, 도로 표면에 적외선을 조사하여 노면 온도를 측정하게 된다. 온도 획득부(11)는 대기 온도 센서를 더 구비하여, 기상청이 제공하는 대기 온도와 별개로 해당 도로 주위의 대기 온도를 직접 측정할 수도 있다. 해당 도로 주위의 대기 온도를 직접 측정함으로써, 해당 도로 주위의 보다 정확한 대기 온도를 획득할 수 있다.
습기 획득부(12)는 빗물, 눈, 안개, 이슬, 서리 등을 감지하여 노면 습기 정보를 획득한다. 도로 결빙이 발생하기 위해서는 노면 온도가 영하이고 도로 주위에 습기가 공급되어야만 한다. 도로 주위의 습기는 빗물, 눈, 안개, 이슬, 서리 등으로 인해 발생할 수 있다. 습기 획득부(12)는 강우 센서, 강설 센서, 안개 센서, 이슬 센서, 습도 센서, 노면상태센서, 영상촬영장치 중 하나 이상을 구비한다. 영상촬영장치로는 기존에 도로에 설치된 CCTV가 이용될 수 있고, CCTV에 추가 센서를 설치하여 구성될 수도 있다. 노면의 현재 상태를 판별하기 위한 것으로 광학 또는 음파식 노면상태센서, 전기전도도 센서, 영상촬영장치 등에 의한 직접 계측 방법에 의해 노면상태 판별이 가능하다. 이렇게 측정된 노면에 있는 습기의 양과 상태는 제설제 살포량을 결정하는데 중요한 정보중 하나이며, 재난 발생을 미리 예방하는 제설작업 특성상 강설, 강우에 대비하여 사전에 제설제를 살포하는 예비살포의 경우에는 노면의 습기 정보의 유무에 상관 없이 사전에 노면에 제설제를 살포할 수도 있다.
제설제 농도 획득부(13)는 노면에 살포된 제설제의 농도를 측정하여 노면 제설제 농도 정보를 획득한다. 일반적으로 도로는 가장자리가 안쪽부분보다 낮게 포장되므로, 도로의 안쪽부분에 살포된 제설제는 습기와 만나서 용해되며, 가장자리로 흘러내리게 된다. 따라서, 도로의 가장자리에 제설제 농도 획득부(13)를 설치하여 살포된 제설제의 농도를 측정할 수 있다. 제설제 농도 획득부(13)는 전기식 또는 광학식 염분 센서를 구비한다.
일반적으로 염화나트륨(소금) 또는 염화칼슘이 제설제로 사용된다. 제설제 농도 획득부(13)는 노면에 살포된 제설제의 농도를 측정하여 노면 제설제 농도 정보를 획득한다. 비 염화물계 제설제의 경우에는 농도가 계측되지 않으므로, 제설제 특성에 맞는 농도계를 장착할 수도 있다. 최초 제설시에는 제설제의 농도가 측정되지 않지만, 제설작업이 실시된 후에는 제설제의 농도가 측정된다. 제설제의 농도는 제설제에 의해 녹은 눈이나 얼음의 재결빙 온도를 예측하고 판단하는데 중요한 정보로 활용된다.
정보 모니터링유닛(20)
정보 모니터링유닛(20)은 정보 획득유닛(10)에서 획득한 도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보와 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비에서 제공된 기상 정보를 수집하여 실시간 모니터링한다.
정보 모니터링유닛(20)은 노면 온도 모니터링부(21), 노면 습기 모니터링부(22), 제설제 농도 모니터링부(23), 기상 정보 모니터링부(24)로 구성된다,
노면 온도 모니터링부(21)는 도로 각 구간의 노면 온도 정보를 실시간으로 모니터링한다. 노면 온도 모니터링부(21)는 도로 전 구간에 대한 노면 온도 정보를 도로맵에 표시하여 써멀맵(thermal map)을 생성할 수 있다. 써멀맵을 통해 도로 노면 온도의 변화를 실시간으로 쉽게 파악할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 교량과 같은 구간은 바람 또는 기상에 따른 방출 복사 에너지의 차이로 인해 급속한 온도 강하가 종종 일어나고 있어 대기온도와 도로표면온도의 차이가 크다. 따라서, 실시간 모니터링이 특히 중요하다.
노면 습기 모니터링부(22)는 도로 각 구간의 노면 습기 정보를 실시간으로 모니터링한다.
제설제 농도 모니터링부(23)는 도로 각 구간의 노면 제설제 농도 정보를 실시간으로 모니터링한다.
기상 정보 모니터링부(24)는 도로에 설치된 기상정보 장치로부터 실시간으로 노면 상태를 받아 모니터링한다. 기상청의 기상 정보는 대기 온도, 대기 습도, 강설, 강우, 안개, 이슬, 서리 등과 같은 기상상태에 대한 정보를 포함한다.
또한, 기상정보 모니터링부(24)는 기상정보 장치뿐만 아니라 노면 온도 모니터링부(21), 노면 습기 모니터링부(22), 제설제 농도 모니터링부(23) 등에서도 정보를 받아, 도로 전 구간에 대한 노면 상태를 맵에 표출하는 노면 상태 표출맵(Road surface statue indication map)을 생성할 수 있다.
즉, 기상정보 모니터링부(24)는 노면건조, 노면 습기, 슬러쉬(물+얼음), 적설, 결빙 등 현재의 노면 상태를 한눈에 알아 볼 수 있도록 도로 노면 상태 표출맵을 생성하여, 관리구간의 모든 도로 상황을 한눈에 파악하여 부족한 제설작업 구간에 대해 작업을 지시할 수 있게 만든다.
의사 결정유닛(30)
의사 결정유닛(30)은 모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하고 제설작업에 대한 의사를 결정한다.
의사 결정유닛(30)은 기상 예보에 의해 강우, 강설이 예보되거나, 폭설이 예상될 때 사전 제설작업에 대한 의사를 결정할 수도 있다.
의사 결정유닛(30)은 결빙 판단부(31), 위험 알림부(32), 제설작업 의사 결정부(33), 제설작업 모니터링부(34)로 구성된다.
결빙 판단부(31)는 모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단하고, 노면 결빙 위치 및 결빙 시점을 예측한다.
위험 알림부(32)는 노면의 결빙 위험을 운전자 및 도로 관리자에게 알려준다.
제설작업 의사 결정부(33)는 결빙 판단부(31)의 결과를 바탕으로 결빙 위험이 판단 및 예측된 도로에 대한 작업정보를 생성한다. 작업정보는 제설제 살포 구간, 제설작업 시기, 제설제 살포밀도, 살포 구간 내 우선 순위를 포함한다.
제설작업 모니터링부(34)는 도로 각 구간의 제설작업 상태를 실시간 모니터링한다. 제설작업 모니터링부(34)는 도로 전 구간에 대한 제설작업 상태 표시맵(De-icing status indication map, DSIM)을 생성한다. 제설작업 상태 표시맵을 통해 관리 구간의 모든 제설 상황을 한눈에 파악하여, 부족한 제설작업 구간에 대해 작업을 지시할 수 있게 만든다.
[제설제 살포유닛(200)]
제설제 살포유닛(200)은 도로의 각 구간에 설치되며, 제설작업 의사 결정유닛(100)의 작업정보에 따라 제설작업을 수행한다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제설제 살포유닛(200)은, 분사부(210), 분사펌프(220), 제설제 저장탱크(230), 분사 제어부(240)로 구성된다.
분사부(210)
분사부(210)는 도로 각 구간의 각 살포 지점에 설치되며, 노면에 제설제를 살포한다.
예를 들면, 고속도로 나들목 구간의 경우, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, IC 램프 4개소와 본선 양방향 2개소, 총 6개의 살포 지점에 분사부(210)가 설치될 수 있다. 고속도로 분기점 구간의 경우, 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 분기점 램프 8개소와 본선 양방향 4개소, 총 12개의 살포 지점에 분사부(210)가 설치될 수 있다. 직선도로의 경우, 도 8(b)에 도시된 바와 같이 직선도로의 거리만큼 일정 간격의 살포 지점에 n개의 분사부(210)가 일렬로 설치될 수 있다.
각 분사부(210)는 후술되는 분사펌프(220)에 병렬 연결된다. 각 분사부(210)와 분사펌프(220) 사이에는 제설제의 이송유로를 개폐하는 전자밸브(EV)가 설치된다.
분사부(210)는 공지기술에 의해 다양하게 구성될 수 있다.
분사펌프(220)
분사펌프(220)는 각 살포 지점에 설치된 분사부(210)들과 연결되며, 제설제를 각 분사부(210)로 이송시킨다. 즉, 하나의 분사펌프(220)에 다수 개의 분사부(210)가 병렬 연결되어, 하나의 분사펌프(220)에서 각각의 분사부(210)로 유로가 형성된다.
분사펌프(220)에는 제설제 저장탱크(230)로부터 이송되는 제설제의 이송유로를 개폐하는 전자밸브(EV)가 설치된다. 분사펌프(220)에 병렬 연결되어 있는 유로는 잔압제어 밸브가 설치되어, 각 분사부(210)에 동일한 압력의 제설제를 공급할 수 있다.
분사펌프(220)의 고장에 대비하여, 여분의 분사펌프(220)가 추가적으로 병렬 배치될 수 있다.
제설제 저장탱크(230)
제설제 저장탱크(230)는 분사펌프(220)에 연결되며, 해당 구간에 살포될 제설제를 저장한다. 제설제 저장탱크(230)는 해당 구간에 한 개가 설치되는 것이 바람직하다.
제설제 저장탱크(230)와 분사펌프(220) 사이에는 배관 내 압력을 조절하기 위한 릴리프밸브(RV)가 설치된다.
분사 제어부(240)
분사 제어부(240)는 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 생성된 제설작업에 대한 작업정보에 따라 해당 구간에서의 제설제 분사를 제어한다. 즉, 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 해당 구간에 대한 결빙 위험 판단 또는 예측에 따라 제설제 살포 구간, 제설작업 시기, 제설제의 살포밀도, 살포 구간 내 우선 순위가 정해지면, 이 작업정보에 따라 해당 구간에 제설제가 살포되도록 제어한다.
분사 제어부(240)는 제설작업 의사 결정유닛(100)의 작업정보에 따라 각 분사부(210)를 독립적으로 순차 작동시켜 각 살포 지점에 제설제를 살포하도록 제어한다. 즉, 분사 제어부(240)는 분사펌프(220)와 각 분사부(210) 사이에 설치된 각 전자밸브(EV)를 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 판단된 우선 순위에 따라 하나씩 순차적으로 개폐시켜 각 분사부(210)를 작동시킨다. 따라서, 각 분사부(210)는 동시에 작동하지 않는다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같은 고속도로 나들목 구간이 경우, 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 1번 지점에서 6번 지점 순서로 우선 순위를 결정했다면, 1번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하고, 이어 2번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하는 식으로 순차적으로 6번 분사부(210)의 전자밸브(EV)까지 하나씩 작동시켜 제설제를 살포한다.
도 7에 도시된 바와 같은 고속도로 분기점 구간의 경우, 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 1번 지점에서 12번 지점 순서로 우선 순위를 결정했다면, 1번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하고, 이어 2번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하는 식으로 순차적으로 12번 분사부(210)의 전자밸브(EV)까지 하나씩 작동시켜 제설제를 살포한다.
이와 같은 방식으로 분사를 제어하면, 분사펌프(220)가 한 번에 하나의 분사부(210)로만 제설제를 이송시키므로, 살포 지점이 많아지더라도 분사펌프(220)의 용량이 커질 필요가 없다. 또한, 우선 순위에 따라 살포 지점을 선택하여 분사할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 n개의 분사부가 일렬로 설치된 직선도로의 경우, 제설작업 의사 결정유닛(100)에서 직선도로의 1번부터 5번에 해당하는 길이에 대해서만 제설을 결정했다면, 1번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하고, 이어 2번 분사부(210)의 전자밸브(EV)를 일정 시간 열어 제설제를 살포하는 식으로 순차적으로 5번 분사부(210)의 전자밸브(EV)까지 하나씩 작동시켜 제설제를 살포한다.
직선 도로의 경우 제설작업 완료 요구 수준(강설시 도로관리청이 제설작업을 완료할 수 있는 목표시간 : 통상 1시간에서 2시간)에 따라 1번에서 n번 분사부(210) 범위 내에서 설포 구간 및 살포 거리를 조절할 수 있다. 예를 들어, 10개의 분사부를 설치하였다면, 기존대비 10배의 분사거리를 증대시키게 되며, 배관의 압력손실이 허용되는 분사 가능거리를 늘릴수 있게 된다. 따라서, 하나의 분사펌프(220)로 원하는 거리만큼 살포 거리를 확장할 수 있어 장거리 살포가 가능하다 (기존 살포 가능 거리는 500m).
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법을 자세히 설명한다. 도 1 내지 도 7을 기본적으로 참조한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사방법은,
노면 온도를 측정하여 노면 온도 정보를 획득하는 제1-1단계와, 노면 습기 정보를 획득하는 제1-2단계와, 노면에 살포된 제설제의 농도를 측정하여 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제1-3단계로 구성되어, 도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제1단계(S10);
도로 각 구간의 상기 노면 온도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-1단계와, 도로 각 구간의 상기 노면 습기 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-2단계와, 도로 각 구간의 상기 노면 제설제 농도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-3단계와, 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비로부터 제공된 각 도로의 기상 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-4단계로 구성되어, 획득된 도로 각 구간의 상기 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보와 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비에서 제공된 기상 정보를 수집하여 실시간 모니터링하는 제2단계(S20); 및
모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하는 제3-1단계와, 노면의 결빙 위험을 운전자 및 도로관리자에게 알려주는 제3-2단계와, 결빙 위험 결과를 바탕으로 결빙 위험이 판단 및 예측된 도로의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제3-3단계로 구성되어, 모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하고 제설작업에 대한 의사를 결정하는 제3단계(S30);
결빙 위험이 판단 및 예측된 도로에 설치된 제설제 살포유닛이 상기 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제4단계(S40); 및
도로 각 구간의 제설작업 상태를 실시간 모니터링하는 제5단계(S50)로 구성된다.
이하, 제1단계(S10)를 설명한다.
도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득한다.
제1단계(S10)는,
노면 온도를 측정하여 상기 노면 온도 정보를 획득하는 제1-1단계;
빗물, 눈, 안개, 이슬, 서리 등을 감지하여 상기 노면 습기 정보를 획득하는 제1-2단계; 및
노면에 살포된 제설제의 농도를 측정하여 상기 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제1-3단계로 구성된다.
도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득하여, 도로 각 구간의 위치정보와 함께 도로 각 구간의 노면 상태 정보를 수집한다. 도로 각 구간의 제설제의 농도 정보는 제설제에 의해 녹은 눈이나 얼음의 재결빙 온도를 예측하고 판단하는데 중요한 정보로 활용된다. 측정된 위치정보, 노면 온도 정보, 제설제 농도 정보는 Wifi, 4G, 5G, IoT망 등을 이용하여 전송될 수 있다.
이하, 제2단계(S20)를 설명한다.
획득된 도로 각 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보와 기상청에서 제공된 기상 정보를 수집하여 실시간으로 모니터링한다. 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비의 기상 정보는 대기 온도, 대기 습도, 강설, 강우, 안개, 이슬, 서리, 노면상태정보 등과 같은 기상상태에 대한 정보를 포함한다.
제2단계(S20)는,
각 도로의 상기 노면 온도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-1단계;
각 도로의 상기 노면 습기 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-2단계;
각 도로의 상기 노면 제설제 농도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-3단계; 및
기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비로부터 제공된 각 도로의 기상 정보를 실시간으로 모니터링하는 제2-4단계로 구성된다.
제2-1단계에서는, 도로 전 구간에 대한 노면 온도 정보를 도로맵에 표시하여 써멀맵(thermal map)을 생성할 수 있다.
각 단계는 개별적으로 모니터링될 수도 있고, 이와 달리 도로 전 구간에 대한 노면 상태를 맵에 표출하는 노면 상태 표출맵(Road surface statue indication map)을 생성할 수도 있다. 노면 건조, 노면 습기, 슬러쉬(물+얼음), 적설, 결빙 등 현재의 노면 상태를 한눈에 알아 볼 수 있도록 도로 노면 상태 표출맵을 생성하여, 관리구간의 모든 도로 상황을 한눈에 파악하여 부족한 제설작업 구간에 대해 작업을 지시할 수 있게 만든다.
이하, 제3단계(S30)를 설명한다.
모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하고 제설작업에 대한 의사를 결정한다.
제3단계(S30)는,
모니터링 결과를 분석하여 노면의 결빙 위험을 판단 및 예측하는 제3-1단계;
노면의 결빙 위험을 운전자 및 도로관리자에게 알려주는 제3-2단계; 및
결빙 위험 결과를 바탕으로 결빙 위험이 판단 및 예측된 도로의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제3-3단계로 구성된다.
제3-1단계
노면 온도가 영하인 상태에서 노면의 습기가 감지되거나, 기상예보에 의해 해당 도로에 습기공급이 예보되고, 아직 제설작업이 이루어지지 않아 제설제 농도가 감지되지 않은 경우, 해당 도로를 결빙 위험 도로로 판단한다.
또한, 노면의 습기가 감지되고, 노면 온도가 영하인 상태에서 이미 제설작업이 이루어진 경우, 감지된 제설제 농도가 미리 측정된 기준값 미만인 경우 해당 도로를 결빙 위험 도로로 판단한다.
노면의 습기가 감지된 상태에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 제설제가 소금용액인 경우 그 농도가 7%가 되면 영하 4.3℃ 보다 높은 온도에서는 결빙이 발생하지 않는다. 한편, 제설제가 염화칼슘용액인 경우 그 농도가 7%가 되면 영하 4.35℃ 보다 높은 온도에서는 결빙이 발생하지 않는다. 따라서, 제설제 농도를 알면, 영하라고, 무조건 제설제를 다시 뿌릴 필요가 없다.
제3-2단계
결빙 위험 도로로 판단된 도로를 지나는 운전자 또는 해당 도로를 관리하는 도로 관리자에게 결빙 위험을 알린다. 결빙 위험은 ITS(Intelligent Transport Systems) 설비를 통해 운전자 또는 도로 관리자에게 알려질 수 있다.
제3-3단계
판단 예측된 결빙 위험 결과를 바탕으로 결빙 위험이 판단 예측된 도로의 제설작업에 대한 작업정보를 생성한다. 작업정보는 제설제 살포 구간, 제설작업 시기, 제설제의 살포밀도(단위면적당 살포량), 살포 구간 내 우선 순위 등을 포함한다.
제3-1단계에서 판단된 결빙 위험 발생 구간과 결빙 예측 시점에 따라 제설작업의 시기를 결정한다. 또한, 해당 예측 상태에서 결빙을 방지하는데 필요한 제설제의 살포밀도를 결정한다. 제설제의 살포밀도는 미리 측정된 기준 데이터에 의해 결정된다. 일예로, 도 13에 도시된 바와 같이, 강설량 1cm시 제설제 살포밀도에 따른 결빙온도 데이터에 의해 결정된다.
이하, 제4단계(S40)를 설명한다.
결빙 위험이 판단 및 예측된 도로에 설치된 제설제 살포유닛(200)이 작업정보에 따라 제설작업을 수행한다. 제3단계에서 결정된 작업정보는 제설제 살포유닛(200)에 유무선 통신을 통해 전달된다. 작업정보에는 제설제 살포 구간, 제설작업 시기, 제설제 살포밀도, 살포 구간 내 우선 순위 등이 포함된다.
작업정보가 전달되면, 제설제 살포유닛(200)은 작업정보에 따라 각 살포 지점에 제설제를 순차적으로 살포한다. 즉, 제설제 살포유닛(200)은 정해진 시기에 살포 구간 내 우선 순위에 따라 각 살포 지점에 설정된 살포밀도의 제설제를 순서대로 한 곳씩 살포한다.
이하, 제5단계(S50)를 설명한다.
제설작업이 수행되면, 도 14에 도시된 바와 같이, 도로 각 구간의 제설작업 상태를 실시간 모니터링한다. 물론, 모니터링 방식은 다양할 수 있다. 도로 전 구간에 대한 제설작업 상태 표시맵(De-icing status indication map, DSIM)을 생성할 수도 있다. 제설작업 상태 표시맵을 통해 관리 구간의 모든 제설 상황을 한눈에 파악할 수 있다. 제1단계(S10)에서 제5단계(S50)는 실시간으로 계속 업데이트되며 이루어지는 연속 과정이다. 따라서, 제설작업이 수행된 후, 다시 획득된 해당 도로 구간의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보의 분석 결과, 해당 구간의 결빙 위험이 해소되지 않은 경우, 해당 구간의 제설작업에 대한 작업정보는 재생성되고, 재설정된 제설제 살포밀도에 따라 추가적인 제설작업이 이루어진다. 이러한 반복 순환 과정을 통해 도로의 제설작업이 신속 정확하게 수행될 수 있다.
100: 제설작업 의사 결정유닛
10: 정보 획득유닛 11: 온도 획득부
12: 습도 획득부 13: 제설제 농도 획득부
20: 정보 모니터링유닛 21: 노면 온도 모니터링부
22: 노면 습기 모니터링부 23: 제설제 농도 모니터링부
24: 기상 정보 모니터링부 30: 의사 결정유닛
31: 결빙 판단부 32: 위험 알림부
33: 제설작업 의사 결정부 34: 제설작업 모니터링부
200: 제설제 살포유닛 210: 분사부
220: 분사펌프 230: 제설제 저장탱크
240: 분사 제어부 EV: 전자밸브
RV: 릴리프밸브
10: 정보 획득유닛 11: 온도 획득부
12: 습도 획득부 13: 제설제 농도 획득부
20: 정보 모니터링유닛 21: 노면 온도 모니터링부
22: 노면 습기 모니터링부 23: 제설제 농도 모니터링부
24: 기상 정보 모니터링부 30: 의사 결정유닛
31: 결빙 판단부 32: 위험 알림부
33: 제설작업 의사 결정부 34: 제설작업 모니터링부
200: 제설제 살포유닛 210: 분사부
220: 분사펌프 230: 제설제 저장탱크
240: 분사 제어부 EV: 전자밸브
RV: 릴리프밸브
Claims (5)
- 도로 전 구간을 모니터링하여 결빙 위험 구간의 제설작업에 대한 의사를 결정하고, 결정된 의사에 따라 상기 구간의 제설작업에 대한 작업정보를 생성하는 제설작업 의사 결정유닛; 및
도로의 각 구간에 설치되며, 상기 제설작업 의사 결정유닛의 작업정보에 따라 제설작업을 수행하는 제설제 살포유닛을 포함하며, 상기 제설제 살포유닛은, 해당 구간의 각 살포 지점에 설치되며, 노면에 제설제를 살포하는 분사부; 각 살포 지점에 설치된 상기 분사부가 연결되며, 제설제를 각 분사부로 이송시키는 분사펌프; 상기 분사펌프에 연결되며, 제설제를 저장하는 제설제 저장탱크; 및 상기 작업정보에 따라 해당 구간에서의 제설제 분사를 제어하는 분사 제어부를 포함하며,
상기 제설작업 의사 결정유닛은,
노면 온도를 측정하여 노면 온도 정보를 획득하는 온도 획득부와, 노면 습기 정보를 획득하는 습기 획득부와, 노면에 살포된 제설제의 염분 농도를 측정하여 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 제설제 농도 획득부로 구성되어, 각 도로의 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보를 획득하는 정보 획득유닛;
상기 정보 획득유닛에서 획득한 각 도로의 상기 노면 온도 정보, 노면 습기 정보, 노면 제설제 농도 정보와 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비에서 제공된 기상 정보를 수집하여 실시간 모니터링하기 위해, 각 도로의 상기 노면 온도 정보를 실시간으로 모니터링하는 노면 온도 모니터링부와, 각 도로의 상기 노면 습기 정보를 실시간으로 모니터링하는 노면 습기 모니터링부와, 각 도로의 상기 노면 제설제 농도 정보를 실시간으로 모니터링하는 제설제 농도 모니터링부와, 기상청 또는 도로 기상정보 측정 장비로부터 제공된 각 도로의 기상 정보를 실시간으로 모니터링하는 기상 정보 모니터링부로 구성된 정보 모니터링유닛; 및
도로 결빙의 3요소인 1. 도로 표면의 온도 2. 도로 표면의 습기의 유무 (강설, 강우, 이슬, 안개, 제설작업에 의해 녹은 물) 3. 결빙을 방지하기 위해 살포된 제설제(염화물)의 농도를 모두 고려하여,
노면 온도가 영하인 상태에서 노면의 습기가 감지되지 않으면, 해당 도로를 결빙 위험 도로가 아니라고 판단하고,
노면 온도가 영하인 상태에서 노면의 습기가 감지되고, 아직 제설작업이 이루어지지 않아 제설제 농도가 감지되지 않은 경우, 해당 도로를 결빙 위험 도로로 판단하고,
노면의 습기가 감지되고, 노면 온도가 영하인 상태에서 이미 제설작업이 이루어진 경우, 감지된 제설제 농도가 미리 측정된 기준값 이상인 경우, 해당 도로를 결빙 위험 도로가 아니라고 판단하고,
노면의 습기가 감지되고, 노면 온도가 영하인 상태에서 이미 제설작업이 이루어진 경우, 감지된 제설제 농도가 미리 측정된 기준값 미만인 경우 해당 도로를 결빙 위험 도로로 판단하는 방식으로, 제설작업에 대한 의사를 결정하는 의사결정유닛을 포함하며,
상기 제설제 농도 획득부가, 차량에 설치되어 상기 차량이 이동할 때 염분 농도를 연속적으로 측정하는 경우, 상기 제설제 농도 획득부는 도로 전 구간에 대한 제설작업 상태 표시맵 DSIM (De-iceing status indication map)을 생성하는 것을 특징으로 하는 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템. - 제1항에 있어서,
각 분사부는 상기 분사펌프에 병렬 연결되며, 상기 분사펌프와 각 분사부 사이에는 유로를 개폐하는 전자밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분사펌프에 병렬 연결되어 있는 유로는 잔압제어 밸브가 설치되어, 각 분사부에 동일한 압력의 제설제를 공급하는 것을 특징으로 하는 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템. - 제1항에 있어서,
상기 분사 제어부는 상기 제설작업 의사 결정유닛의 작업정보에 따라 상기 분사펌프와 각 분사부 사이에 설치된 각 전자밸브를 하나씩 순차적으로 개폐시키는 것을 특징으로 하는 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210084789A KR102380853B1 (ko) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210084789A KR102380853B1 (ko) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102380853B1 true KR102380853B1 (ko) | 2022-04-01 |
Family
ID=81183577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210084789A KR102380853B1 (ko) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 자율작업 기능을 갖춘 도로의 제설용액 분사시스템 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102380853B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102572315B1 (ko) * | 2023-03-30 | 2023-08-28 | 김현일 | 동결방지 스마트 안전 시스템 |
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-
2021
- 2021-06-29 KR KR1020210084789A patent/KR102380853B1/ko active IP Right Grant
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