KR102595160B1 - 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그장치 - Google Patents

도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그장치 Download PDF

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Abstract

도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치가 개시된다. 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법은, (a) 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하는 단계; (b) 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 상태를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하는 단계; (c) 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하는 단계; (d) 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하는 단계; (e) 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하는 단계; 및 (f) 상기 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 단계를 포함한다.

Description

도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치{Risk calculation method and device through road surface condition estimation}
본 발명은 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
강우가 발생하면 운전자들은 시야의 제한과 습윤상태인 노면의 마찰력 저하 등을 겪게 되며, VMS 등에서 제공하는 속도저감 경고등을 통해 운전 중 주의를 기울인다. 이 후 강우가 중지되고 노면의 습윤상태가 건조상태로 변하게 되면 일상적인 속도로 운행하게 되는데, 실제 노면의 상태는 도로의 구간별로 건조인 지점과 아직 습윤 상태인 지점이 존재하게 된다. 이와 같이 동일한 기하구조를 가진 도로 노면상태의 차이는 여러 요인에 기인하는데 그 중 중요한 요인은 시간전개에 따른 온도차이에 의한 증발량의 차이가 기인한다.
최근 레이다 기술, 자율주행 기술 등 첨단 기술을 통해 도로 위 교통안전은 상당히 향상되었으나, 상술한 차이들로 인해, 환경으로 인한 도로 위 위험도는 나아지기 어려운 한계가 있다.
(01) 대한민국공개특허공보 제10-2019-0057501호(2019.05.29)
본 발명은 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기상 정보와, 노면정보, 음영정보를 고려하여 노면상태를 추정함으로써 블랙아이스, 수막현상을 사전에 예방하고, 운전자가 인지하여 사고를 예방할 수 있는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하는 단계; (b) 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 정보를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하는 단계; (c) 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하는 단계; (d) 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하는 단계; (e) 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하는 단계; 및 (f) 상기 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 단계를 포함하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법이 제공될 수 있다.
상기 (f) 단계는, 상기 기상 정보를 고려하여 도로 노면 상태가 건조 상태이면, 상기 도로 관련 정보를 기초로 소성변형이 기준치 이상인 집중관리지역을 위험 지점으로 산정하여 위험 정보로써 제공할 수 있다.
상기 (f) 단계는, 상기 기상 정보를 고려하여 강우 상태인 경우, 상기 시간 전개별 물고임 강도를 고려하여 물고임 구간을 위험 지점으로 산정한 후 상기 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공할 수 있다.
상기 (f) 단계는, 상기 기상 정보를 고려하여 강우 후 상태인 경우, 상기 자연증발량과 상기 음영 지점에 대한 증발량을 고려하여 시간 전개에 따른 건조 구간을 반영하여 위험 지점을 산정하며, 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공할 수 있다.
상기 정지거리는 하기 수학식을 이용하여 산출되되,
d는 제동거리를 나타내고, 는 타이어와 노면간 마찰계수를 나타내며, V는 주행속도를 나타내고, s는 종단 경사를 나타낸다.
상기 (b) 단계는, 상기 도로 관련 정보를 기초로 횡단변형에 의해 발생하는 물고임 구간을 각각 획득하고, 상기 도로 관련 정보를 토대로 노면변형과 도로 편경사를 반영하여 물고임 구간에 대한 면적과 부피를 더 산정할 수 있으며, 상기 부피는 하기 수학식을 이용하여 산정되되,
여기서, V는 부피는 나타내고, r은 반지름을 나타내고, h는 강우량을 나타낸다.
상기 (f) 단계는, 상기 시간 전개별 물고임 강도, 마찰계수 및 정지거리를 각 위험 상태 임계 범위와 비교하여 위험 상태를 산정하여 위험 정보로 제공하되, 상기 물고임 강도가 제1 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제1 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제1 기준 거리 이상이면 위험 상태를 주의 상태로 산정하며, 상기 물고임 강도가 제2 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제2 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제2 기준 거리 이상이면 위험 상태를 경고 상태로 산정하며, 상기 물고임 강도가 제3 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제3 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제3 기준 거리 이상이면 위험 상태를 위험 상태로 산정하며, 상기 물고임 강도가 제4 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제4 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제4 기준 거리 이상이면 위험 상태를 매우 위험 상태로 산정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 명령어를 저장하는 메모리; 및 메모리에 저장된 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 명령어는, (a) 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하는 단계; (b) 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 정보를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하는 단계; (c) 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하는 단계; (d) 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하는 단계; (e) 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하는 단계; 및 (f) 상기 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 단계를 실행하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발명은 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법 및 그 장치를 제공함으로써, 기상 정보와, 노면정보, 음영정보를 고려하여 노면상태를 추정함으로써 블랙아이스, 수막현상을 사전에 예방하고, 운전자가 인지하여 사고를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열 에너지를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수집되는 데이터를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연증발량을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음영 구간에 따른 증발량을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰계수에 따른 정지거리를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰계수 및 정지거리에 따른 위험 정보를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 위험 정보를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 위험도 산정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열 에너지를 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수집되는 데이터를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자연증발량을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 음영 구간에 따른 증발량을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰계수에 따른 정지거리를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰계수 및 정지거리에 따른 위험 정보를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 위험 정보를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
단계 110에서 위험도 산정 장치(100)는 대상 도로 관련 정보, 교통 정보 및 기상 정보를 각각 수집한다. 여기서, 대상 도로 관련 정보는 도로에 대한 기하 구조 데이터를 포함할 수 있다. 또한, 위험도 산정 장치(100)는 음영 지역 발생 구간 데이터를 획득할 수 있다. 여기서, 음영 지역 발생 구간 데이터는 사면 구간에서 발생하는 음영 구역, 터널, 지하도로 등의 진출입부에 의해 발행하는 음영 구역, 도로의 방음벽, 중앙분리대, 램프, 차단벽 등에 의해 발생하는 음영 구역에 대한 데이터를 각각 획득할 수 있다.
또한, 위험도 산정 장치는 광역 기상 데이터와 도로주변 기상 데이터를 모두 획득할 수 있다. 여기서, 광역 기상 데이터는 강우, 강설, 습도, 복사 에너지, 기온 등 기상청 서버에서 제공되는 데이터이며, 도로주변 기상 데이터는 도로 노면 온도, 기온, 강우 등 지역별 실측 데이터일 수 있다. 또한, 교통 정보는 차량 주행에 의해 획득된 자료로, 노면 온도, 노면 상태 및 마찰력 등일 수 있다. 도 3에는 수집되는 대상 도로 관련 정보 및 기상 정보의 일 예가 예시되어 있다.
단계 115에서 위험도 산정 장치(100)는 대상 도로 관련 정보와 기상 정보를 이용하여 시간 전개별 물고임 강도를 산정할 수 있다.
예를 들어, 위험도 산정 장치(100)는 도로의 기하 구조 데이터를 분석하여 횡단 소성 변형에 따른 물고임 위험 구간을 취득할 수 있다. 또한, 위험도 산정 장치(100)는 도로 기하 구조 데이터와 기상 정보를 기초로 노면 변형 및 도로 편경사(예를 들어, 종단 경사)로 인한 물고임 구간 및 부피를 산정할 수 있다.
이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 물수지 모듈을 이용하여 물고임 강도를 산출하기로 한다. 물 수지 방법(Water budge)이란, 저수지의 유입량과 유출량의 차는 저류량의 변화와 같다라는 개념을 이용하여 증발량을 산출하는 방법으로, 강수량(P), 저수지로의 유입유량(I)을 저수지의 물 증가 요인으로 하고 증발량(E), 방류량(O), 침투량()을 저수지의 물 감소 요인으로 이용하여 산출하며, 수학식 1과 같다.
여기서, P는 강수량을 나타내고, I는 유입유량을 나타내며, E는 증발량을 나타내고, O는 방류량을 나타내며, 는 지하침투량을 나타내고, 는 중기저류량을 나타내며, 는 초기 저류량을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위험도 산정 장치(100)는 저수지가 아닌 도로상의 물고임 증발량을 계산하는 것이므로, 저수지로의 유입량(I)와 방류량(O)을 제외할 수 있다. 또한, 시간에 따라 변하는 물고임량을 산정하기 위해 중기저류량을 산출하여야 하며, 물고임 부에 물이 가득찰 경우 이는 이전의 물고임양과 동일하여야 하므로 최대 물고임 용량은 해당 물고임 부의 부피와 같으므로, 수학식 1은 수학식 2와 같이 도출될 수 있다.
시간 전개에 따른 물고임 강도를 산정하기 위해 필요한 요소는 강우량, 증발량, 지하침투량이라고 볼 수 있으며, 강우시에는 강우량의 영향만 받으므로, 실시간 관측되는 강우량 정보를 통해 물고임 강도를 산정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 위험도 산정 장치(100)는 도로 관련 정보를 기초로 횡단변형에 의해 발생하는 물고임 구간을 각각 획득하고, 상기 도로 관련 정보를 토대로 노면변형과 도로 편경사를 반영하여 물고임 구간에 대한 면적과 부피를 산정할 수 있으며, 물고임 구간에 대한 부피는 수학식 3을 이용하여 산정할 수 있다.
여기서, V는 부피는 나타내고, r은 반지름을 나타내고, h는 강우량을 나타낸다.
단계 120에서 위험도 산정 장치(100)는 에너지 수지 모듈과 차량 열 에너지를 이용하여 자연 증발량을 산정한다. 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 대해 간략하게 설명하기로 한다.
에너지 수지(Energy budget)은 저수지에 대한 에너지의 유입과 유출을 설명하는 에너지 흐름에 대한 연속방정식으로 수면에서의 에너지 수지는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 물에 의해 저장된 에너지의 증가량을 나타내고, 는 수표면에 도달하는 태양복사 에너지를 나타내며, 는 반사되는 태양복사에너지를 나타내고, 는 수표면으로 도달되는 대기로부터의 장파복사에너지를 나타내며, 는 물 표면에서 반사되는 장파복사에너지를 나타내고, 는 물로부터 방출되는 장파복사에너지를 나타내며, 는 저수지로 유입 또는 유출되는 물에 의한 순에너지 변화량을 나타내고, 는 증발에 사용된 에너지를 나타내며, 는 감열(현열)로 물로부터 대기로 전도된 에너지를 나타내며, 는 증발된 물로 인해 손실된 에너지를 나타낸다.
증발된 물로 인해 손실된 에너지()는 다른 항에 비해 그 크기가 작으므로 무시 가능하며, 저수지에서 유출되는 장파복사에너지(, )와 유입되는 장파복사에너지()의 차이는 장파복사에너지 교환량()으로 나타낼 수 있다. 따라서, 장파복사에너지 교환량을 이용하여 수학식 4를 다시 정리하면 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 도로 위 물고임 구간의 증발량을 계산하는 것이므로, 저수지 수온변화에 따라 발생하는 에너지 증가량인 와 유입/유출되는 물에 의한 에너지인 에 대해 고려하지 않고, 수학식 5를 증발에 사용된 에너지()에 대해 정리하면 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.
또한, 도로 특성상 증발에 사용된 에너지를 산정함에 있어 자연적 요인 뿐만 아니라, 차량에 의한 열 에너지를 고려해야 한다. A.Fujimoto에 따르면 자연적 요인인 일사에 의한 열 성분에 인위적 요인의 차량 열이 복합되어 노면에서의 열 에너지가 나타내는 현상은 도 2와 같이 제시되고 있다.
A.Fujimoto가 제시한 차량에 의한 열 에너지는 수학식 7과 같다.
여기서, 는 총 차량 열 플럭스(W/m2)를 나타내고, 는 타이어 마찰열 플럭스(W/m2)를 나타내며, 는 차량 하부 열 플럭스(W/m2)를 나타내고, 는 차량 현열 플럭스(W/m2)를 나타낸다.
차량열 플럭스()를 증발에 사용된 에너지()를 산정하는 수학식 7에 추가하면 수학식 8이 도출될 수 있다.
차량에 의한 영향을 고려한 수학식 8에서 감열에 의한 전도 에너지()와 증발에 사용된 에너지()의 비율은 수학식 9와 같은 Bowen 비와 같으며, 이를 대입하면 수학식 10이 도출될 수 있다.
여기서, 0.61은 습도계 계수를 나타내고, 는 수면 온도(노면 온도)( )를 나타내며, 는 대기온도를 나타내고, 는 수면온도 에서의 포화증기압(mb)를 나타내고, 는 대기온도 에서의 포화증기압(mb)를 나타내며, P는 대기압(mb)를 나타낸다.
증발에 사용된 에너지()는 수학식 10과 더불어 증발량과 액체에서 기체로 변하는데 필요한 잠열량인 잠재증기화열()을 통해서도 산정되며, 이는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, E는 증발량(cm/hr)을 나타내고, 는 물의 밀도(1.0g/cm3)를 나타내며, 는 잠재증기화열(cal/g)을 나타낸다.
수학식 11을 증발량(E)에 대해 정리하고, 수학식 10에 대입하면 수학식 12와 같이 도로 위 증발량 산정식이 도출될 수 있다(도 4 참조).
도로 습윤 구간에 영향을 주는 태양복사에너지는 차량에 의한 차폐 효과를 받을 수 있으므로, 이를 고려하여 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 차량이 노면을 가리는 시간의 비율을 나타내고, 는 산란된 방사선의 강도(순태양복사량의 1/2 수준)을 나타내고, 는 밝은 날 동안의 순태양복사량(W/m2)을 나타내며, 이되, L은 차량길이(m)를 나타내고, N은 교통량(대/시)를 나타내며, 는 차량속도(km/시)를 나타낸다. 습윤상태의 도로 위를 통과하는 차량의 영향으로 발생되는 차량 열 에너지는 수학식 13와 같이 산출될 수 있다.
수학식 12의 각 요소에 대한 산정식을 다시 정리하기로 한다.
차량열 플럭스는 수학식 7과 같다. 수학식 7에서, A.Fujimoto가 제시한 타이어 마찰열 은 뉴턴의 냉각법칙에 의해 수립되며, 수학식 14와 같다.
여기서, 는 타이어와 노면 사이의 열전단율(60W/m2/K)을 나타내고, 는 타이어 온도를 나타내며, 는 노면 온도를 나타낸다. 여기서, 는 수학식 15와 같이 산정될 수 있으며, 노면 조건과 관계없이 경험적인 상관 관계에 따라 주어진다.
차량 하부 열은 차량 하부의 온도를 알고 있는 경우, 수학식 16과 같이 Stefan-Boltzman의 법칙에 따라 계산될 수 있다.
여기서, 는 차량 하부의 방사율을 나타내며, 는 차량 하부의 온도를 나타낸다. 차량 하부의 온도()는 3개로 분류되며, 그 분포는 수학식 17과 같다.
여기서, 는 차량전방으로부터의 거리()와 차량길이()의 비를 나타낸다.
또한, 차량 현열 은 뉴턴의 냉각법칙에 의해 수학식 18과 같이 산출될 수 있다.
여기서, 는 차량과 대기간의 열 전달계수(W/m2/K)를 나타낸다.
반사복사에너지()는 지표면에 도달하는 태양복사에너지()의 일부가 표면의 반사효과 때문에 지표면을 떠나게 되는 에너지로 수학식 19와 같이 산출될 수 있다.
여기서, A는 반사율(Albedo), 물 표현의 반사율(0.03 ~ 0.40)을 나타낸다.
대기권으로부터 지표면으로 도달하는 에너지의 일부는 장파의 방사열로 대기중으로 소산되어 에너지 손실이 발생되며, 이와 같은 반사 장파에너지가 지표면에 흡수되는 장파에너지보다 크므로 장파에너지 교환량은 에너지 손실양이 되며, 이는 수학식 20과 같이 산정될 수 있다.
여기서, 는 Stefan-Boltzman상수(1.17 x 10-7 cal/cm2/ )를 나타내며, 는 대기의 절대온도를 나타내고, 는 대기의 방사율() 을 나타내며, c,d는 경험적인 지역상수를 나타내고, 는 실제 증기압()을 나타내고, 는 해당 온도에서의 포화증기압을 나타내며, RH는 상대습도(%)를 나타낸다.
단계 125에서 위험도 산정 장치(100)는 대상 도로에 대한 음영 지점을 분석하고, 음영 지점에 대한 증발량을 산정한다.
예를 들어, 위험도 산정 장치(100)는 3차원 모델링 프로그램과 연동되며, 3차원 모델링을 위한 각각의 정보들을 획득할 수 있다. 3차원 모델링을 위해 3차원 수치표고모형(등고선), 도로설계도면, 도로 좌표값 등을 각각 획득할 수 있다.
예를 들어, 위험도 산정 장치(100)는 Bentley사의 inroad 프로그램을 이용하여 3차원으로 도로설계를 실시하여 대상 지역의 3차원 수치지형모형을 생성할 수 있다. 이를 위해, 위험도 산정 장치는 1:1.000 평면 설계도에서 1m 등고선 자료를 입력하며, 세밀한 음영지역 산출을 위해 대상 지역에 대한 중앙분리대 및 방음벽도 구축할 수 있다.
수치지형모형을 통해 실제 지표면을 모형화한 후 위험도 산정 장치(100)는 대상 지역의 평면선형(Horizontal Alignment)를 수립하기 위해 도로의 기하학적 프로젝트를 생성한 후 선형계획을 위한 IP를 배치하고 연결하여 도로의 중심선을 생성하고 커브셋을 생성하여 선형을 부드럽게 생성할 수 있다.
또한, 대상 지역의 종단면자료를 입력하여 도로의 종단 경사를 정의하고, 평면선형을 따라서 차례대로 종단면 내의 경계 내에서 종단 선형을 설정할 수 있다. 수치지형모형에 도로 설계값을 입력하여 도로를 불규칙삼각망 형태로 생성함으로써 3차원상에서 일조 분석이 가능하도록 할 수 있다.
음영은 일출과 일몰 사이에 도로에 존재하거나 도로 주변에 존재하는 지형지물에 의해 태양 빛이 가려져 그림자가 발생하는 것으로, 도로 주변에는 주변 산, 도로위 중앙분리대, 방음벽, 터널 시설물 등에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 위험도 산정 장치(100)는 대상 지역의 도로 관련 시설물(예를 들어, 중앙분리대, 방음벽, 터널 등)을 통해 시간 전개별 음영 정도를 도출할 수 있다(도 5 참조).
음영 구간의 특성을 반영할 수 있도록 음영시간에 따른 보정계수를 적용하기 위해 지형지물의 그림자가 노면을 가리는 시간의 비율을 계산하여 태양복사에너지에 적용하기 위해 지형지물에 의해 감소된 복사에너지 산정식을 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 는 지형지물의 음영에 따라 감소된 복사에너지(W/m2)를 나타내고, 는 건물 및 시설물이 노면을 가리는 시간의 비율을 나타내고, 는 산란된 방사선 강도를 나타내며, 는 맑은 날 동안의 순태양복사량을 나타낸다.
단계 130에서 위험도 산정 장치(100)는 노면 상태와 종단선형별 마찰계수에 따른 정지거리를 산정한다.
예를 들어, 위험도 산정 장치(100)는 대상 도로의 실시간 노면 상태를 추정하고, 추정된 노면 상태와 종단선형별 마찰계수에 따른 정지거리를 산정할 수 있다. 여기서, 노면 상태는 건조, 습윤, 동결 등일 수 있다. 위험도 산정 장치(100)위험도 산정 장치(100)는 수학식 22와 같이 노면 상태와 종단선형별 마찰계수에 따른 정지거리를 산정할 수 있다.
여기서, d는 제동거리를 나타내고, 는 타이어와 노면간 마찰계수를 나타내며, V는 주행속도를 나타내고, s는 종단 경사를 나타낸다. 도 6에는 마찰 계수에 따른 정지거리가 예시되어 있다.
단계 135에서 위험도 산정 장치(100)는 마찰계수와 정지거리에 따른 위험도를 산정한다. 도 7에는 일반 구간(예를 들어, 차량 속도가 80km/h)에서 위험 지점을 산정하는 일 예를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 위험도 산정 장치(100)는 마찰계수와 정지 거리를 고려하여 5단계로 위험도를 산정할 수 있다.
예를 들어, 위험도 산정 장치(100)는 수막 두께가 1mm이고, 마찰계수가 0.29이하이며, 정지거리가 88.2m이상이면, 주의 단계로 위험도를 산정할 수 있다. 또한, 위험도 산정 장치(100)는 수막 두께가 2mm 이상이며, 마찰계수가 0.24이하이고, 정지거리가 106.3m 이상이면 경고 단계로 위험도를 산정할 수 있다. 위험도 산정 장치(100)는 수막 두께가 8mm 이상이고, 마찰계수가 0.12 이하이고, 정지거리가 191.4m 이상이면 위험 단계로 위험도를 산정할 수 있다. 위험도 산정 장치(100)는 수막 두께가 12mm 이상이고, 마찰계수가 0.09 이하이며, 정지 거리가 291.9m 이상이면 매우 위험 단계로 위험도를 산정할 수 있다. 이와 같이, 위험도 산정 장치(100)는 수막 두께, 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 위험도를 산정할 수 있다.
단계 140에서 위험도 산정 장치(100)는 시간 전개별 물고임 강도, 자연 증발량, 음영 구간에 대한 증발량, 마찰계수와 정지거리에 따른 위험도를 모두 고려하여 위험 지점을 각각 산출한 후 위험 정보를 실시간으로 제공한다.
위험도 산정 장치(100)는 시간 전개별 물고임 강도, 자연 증발량, 음영 구간에 대한 증발량을 고려하여 도로 노면 상태를 추정할 수 있다. 이어, 위험도 산정 장치(100)는 시간 전개별 물고임 강도, 자연 증발량, 음영 구간에 대한 증발량, 마찰계수와 정지거리에 따른 위험도를 기초로 추정된 노면 상태에 따른 위험 지점을 각각 산정한 후 위험 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 기상 정보를 고려하여 도로 노면 상태가 건조 상태이면, 상기 도로 관련 정보를 기초로 소성변형이 기준치 이상인 집중관리지역을 위험 지점으로 산정하여 위험 정보로 제공할 수 있다.
또한, 위험도 산정 장치(100)는 상기 기상 정보를 고려하여 강우 상태인 경우, 상기 시간 전개별 물고임 강도를 고려하여 물고임 구간을 위험 지점으로 산정한 후 상기 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공할 수 있다.
또한, 위험도 산정 장치(100)는 상기 자연증발량과 상기 음영 지점에 대한 증발량을 고려하여 시간 전개에 따른 건조 구간을 반영하여 위험 지점을 산정하며, 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공할 수 있다.
도 8을 참조하면, , 기상 상태에 따른 대상 도로의 마찰력 변화를 고려하여 위험 지점을 판정하고, 차간 거리 및 안전 속도를 산정하여 제공할 수 있다. 예를 들어, 건조한 상태인 경우, 위험도 산정 장치(100)는 도로 노면 관련 정보를 기초로 심각한 소성변형이 존재하는 집중관리지역을 표시하여 제공할 수 있다. 이때 권장 속도는 대상 도로의 표준 주행 속도이며, 앞차와의 권장거리는 100m로 안내할 수 있다.
또한, 강우 또는 강우 지속시에는 시간 전개별 물고임 강도에 따라 관리 지역 이외에 강수로 인한 물고임 구간에 대한 정보를 제공하고, 마찰계수와 정지거리를 고려하여 권장속도와 권장 거리를 제공할 수 있다.
또한, 강우 후에는 자연증발량과 음영 구간에 따른 증발량을 고려하여 시간 전개에 따른 건조된 구간에 대한 정보를 제공하며, 마찰계수와 정지거리를 고려하여 권장속도와 권장 거리를 제공할 수 있다. 강우 후 물고임 구간 전체 증발된 이후에는 소성변형이 심한 구간에 대한 정보를 제공할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 위험도 산정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위험도 산정 장치(100)는 메모리(910) 및 프로세서(920)를 포함하여 구성된다.
메모리(910)는 적어도 하나의 명령어를 저장한다.
프로세서(920)는 메모리(910)에 저장된 명령어를 실행할 수 있다. 프로세서(920)에 의해 실행된 명령어는, 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하고, 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 상태를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하며, 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하고, 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하고, 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하며, 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 일련의 과정을 실행할 수 있다. 이는 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치에서 수행되는 위험도 산정 방법에 있어서,
    (a) 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하는 단계;
    (b) 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 정보를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하는 단계;
    (c) 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하는 단계;
    (d) 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하는 단계;
    (e) 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하는 단계; 및
    (f) 상기 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 (f) 단계는,
    상기 기상 정보를 고려하여 도로 노면 상태가 건조 상태이면, 상기 도로 관련 정보를 기초로 소성변형이 기준치 이상인 집중관리지역을 위험 지점으로 산정하여 위험 정보로써 제공하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 기상 정보를 고려하여 강우 상태인 경우, 상기 시간 전개별 물고임 강도를 고려하여 물고임 구간을 위험 지점으로 산정한 후 상기 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 기상 정보를 고려하여 강우 후 상태인 경우, 상기 자연증발량과 상기 음영 지점에 대한 증발량을 고려하여 시간 전개에 따른 건조 구간을 반영하여 위험 지점을 산정하며, 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 정지거리는 하기 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.

    d는 제동거리를 나타내고, 는 타이어와 노면간 마찰계수를 나타내며, V는 주행속도를 나타내고, s는 종단 경사를 나타냄.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 도로 관련 정보를 기초로 횡단변형에 의해 발생하는 물고임 구간을 각각 획득하고, 상기 도로 관련 정보를 토대로 노면변형과 도로 편경사를 반영하여 물고임 구간에 대한 면적과 부피를 더 산정하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 부피는 하기 수학식을 이용하여 산정되는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.

    여기서, V는 부피는 나타내고, r은 반지름을 나타내고, h는 강우량을 나타냄.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 시간 전개별 물고임 강도, 마찰계수 및 정지거리를 각 위험 상태 임계 범위와 비교하여 위험 상태를 산정하여 위험 정보로 제공하되,
    상기 물고임 강도가 제1 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제1 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제1 기준 거리 이상이면 위험 상태를 주의 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제2 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제2 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제2 기준 거리 이상이면 위험 상태를 경고 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제3 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제3 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제3 기준 거리 이상이면 위험 상태를 위험 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제4 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제4 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제4 기준 거리 이상이면 위험 상태를 매우 위험 상태로 산정하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 방법.
  9. 제1 항, 제3항 내지 제8 항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
  10. 적어도 하나의 명령어를 저장하는 메모리; 및
    메모리에 저장된 명령어를 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 명령어는,
    (a) 타겟에 대한 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태를 각각 획득하는 단계;
    (b) 상기 도로 관련 정보와 상기 기상 정보를 기초로 강우에 따른 시간 전개별 물고임 강도를 산정하는 단계;
    (c) 에너지 수지 모델과 상기 기상 정보를 이용하여 자연증발량을 산정하는 단계;
    (d) 상기 타겟의 시설물에 의한 음영 지점을 각각 분석하고, 상기 음영 지점에 대한 증발량을 산정하는 단계;
    (e) 상기 타겟의 노면 상태와 종단선형별 마찰계수를 반영한 정지거리를 산출하는 단계; 및
    (f) 상기 도로 관련 정보, 기상 정보 및 노면 상태에 따른 시간 전개별 물고임 강도, 자연증발량, 음영 지점에 대한 증발량, 마찰계수 및 정지거리 중 적어도 일부를 고려하여 위험 지점을 산정하여 위험 정보로써 제공하는 단계를 실행하되,
    상기 (f) 단계는,
    상기 기상 정보를 고려하여 도로 노면 상태가 건조 상태이면, 상기 도로 관련 정보를 기초로 소성변형이 기준치 이상인 집중관리지역을 위험 지점으로 산정하여 위험 정보로써 제공하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 기상 정보를 고려하여 도로 노면 상태가 건조 상태이면, 상기 도로 관련 정보를 기초로 소성변형이 기준치 이상인 집중관리지역을 위험 지점으로 산정하여 위험 정보로 제공하고,
    상기 기상 정보를 고려하여 강우 상태인 경우, 상기 시간 전개별 물고임 강도를 고려하여 물고임 구간을 위험 지점으로 산정한 후 상기 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공하며,
    상기 자연증발량과 상기 음영 지점에 대한 증발량을 고려하여 시간 전개에 따른 건조 구간을 반영하여 위험 지점을 산정하며, 마찰계수 및 정지거리를 고려하여 권장 속도와 권장 거리를 위험 정보에 포함하여 제공하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 도로 관련 정보를 기초로 횡단변형에 의해 발생하는 물고임 구간을 각각 획득하고, 상기 도로 관련 정보를 토대로 노면변형과 도로 편경사를 반영하여 물고임 구간에 대한 면적과 부피를 더 산정하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 시간 전개별 물고임 강도, 마찰계수 및 정지거리를 각 위험 상태 임계 범위와 비교하여 위험 상태를 산정하여 위험 정보로 제공하되,
    상기 물고임 강도가 제1 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제1 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제1 기준 거리 이상이면 위험 상태를 주의 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제2 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제2 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제2 기준 거리 이상이면 위험 상태를 경고 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제3 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제3 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제3 기준 거리 이상이면 위험 상태를 위험 상태로 산정하며,
    상기 물고임 강도가 제4 기준 강도 이상이고, 상기 마찰계수가 제4 기준 마찰계수 이하이며, 상기 정지거리가 제4 기준 거리 이상이면 위험 상태를 매우 위험 상태로 산정하는 것을 특징으로 하는 도로 노면 상태 추정을 통한 위험도 산정 장치.

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