KR20010095807A - 터널 조명 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 조명 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 터널내의 조명을 주.야간과 각종 자연환경에 의해 수시로 변화되는 야외 휘도 및 터널내의 내부휘도에 따라 운전자의 암순응 속도에 맞추어 최적의 상태로 조명토록 함으로써 운전자의 안전운행 기하고 불필요한 전력낭비를 줄이도록 하는 터널 조명 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

이는 운전자의 순응에 직접 영향을 주는 터널 외부의 시야 휘도를 감지함과 동시에 터널 내부의 휘도를 감지하고, 두개의 휘도값을 상호 비교 분석하며, 이 비교값을 통하여 운전자 눈의 암순응속도에 맞게 터널 내부의 조명을 최적의 상태로 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

터널 조명 제어방법 및 장치{Lighting control method and apparatus for tunnel}

본 발명은 터널 조명 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 터널내의 조명을 주·야간과 각종 자연환경에 의해 수시로 변화되는 야외 시야 휘도 및 터널내의 내부 휘도(여기에 단순히 터널내의 조명의 밝기에 대한 정도만을 나타낼 경우에는 "조도"라는 용어를 사용하기도 하며, 이 경우 조도는 터널내의 내부 휘도는 같은 의미를 갖는 것으로 취급하기로 한다)에 따라 운전자의 암순응 속도에 맞추어 최적의 상태로 유지되도록 함으로써 운전자의 안전운행 기하고 불필요한 전력낭비를 줄이도록 하는 터널 조명 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 일반도로에서는 야간에만 조명이 필요하나, 터널에서는 주간에도 조명을 필요로 하게 된다.

차량을 운행하는 운전자는 터널을 진입할 경우, 야외의 밝은 휘도에 순응된 상태에서 야외보다 훨씬 어두운 터널 내부로 진입하게 됨에 따라 급격한 휘도의 차이로 인하여 생리적으로 눈의 순응이 늦어지는 암순응(暗順應)현상이 발생된다.

이러한 암순응현상은 운전자에게 일시적으로 시각장해를 주게되어 교통사고를 유발시키는 주요 요인이 되고 있고, 이에 따라 교통사고의 위험으로부터 운전자를 보호하기 위하여서는 터널 내부의 조명은 필연적이다.

이 경우 가장 이상적인 방법이라 할 수 있는 터널조명은 터널 입구에서부터 야외 휘도에 가깝도록 조명함과 동시에, 눈의 암순응속도에 맞추어 터널 내부의 조명을 점차적으로 서서히 감소시키는 방법이라 할 수 있다.

그러나 야외 휘도는 여러 가지 요인 즉, 날씨의 변화, 태양의 고도 및 위치, 터널입구의 지형적 여건, 적설의 유무, 수목의 분포 등의 환경여건에 따라 많은 영향을 받게되어 년중, 일중에도 수시로 변화하게 됨으로 현실적으로 상당한 어려움이 있다.

따라서, 지금까지 제안된 터널조명방법으로는 터널 내부를 야외 휘도에 가깝도록 인공적으로 조명하는 것이 어려웠기 때문에 터널 내부의 조명을 시각에 장애를 주지 않는 범위 내에서 야외 휘도보다 상당히 낮은 즉, 대략 1/10이하의 휘도를 유지하도록 하고 있다.

그러나, 이러한 야외 휘도는 단순히 터널 외부의 야외 휘도만을 기준으로 한 것으로써 터널내에 진입하기 직전 운전자에게 순응에 영향을 주는 시야 휘도(視野輝度,Luminance in field view)에는 별다른 영향을 주지 못하는 문제점이 있다.

시야 휘도는 단순히 태양광의 직사광에 의한 야외 휘도와는 달리, 도 5에서 보는 바와 같이 운전자가 전방을 주시할 때 주시점 주위의 휘도에 가장 많은 영향을 받게 되므로 주시점을 기준으로 하는 원추각 20°범위내의 평균 휘도를 기준으로 하고 있다.('CIE'국제조명위원회:International Commission on Illumination 권고안)

이 시야 휘도 역시 전술한 바와 같이 여러 가지 환경여건에 따라 다양하게 변화하는 야외 휘도와 마찬가지로 0(cd/㎡)에서 부터 수천(cd/㎡)에 이를 정도로 수시로 변화하게 되는 것이다.

그러나, 종래의 터널조명제어방법에 있어서는 상기한 시야 휘도를 감안하지 않고 이루어진 것으로서, 일 예를 들어 가장 대표적인 종래의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

이는 첨부된 도면의 도 12에서 보는 바와 같이 터널(1)의 입구측 도로상에서 천공광에 의한 야외 휘도를 감지할 수 있는 일광센서(2)를 형성하고, 이 일광센서(2)에서 감지되는 값에 따라 제어반(3)에서는 조명전원반(4)을 제어함으로써 터널(1)내의 조명등(5)을 다단계로 온/오프하게 되는 방법이다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다.

일광센서(2)는 터널(1) 입구측에 설치되어 단순히 야외 휘도만을 측정하는 것임으로 운전자의 시각 순응에 영향을 주는 시야 휘도와 비례하지 않기 때문에 운전자에게 큰 도움을 주지 못하고 있다.

또한, 실제 상황에서는 여러 가지 요인에 의해 터널(1) 내부의 조명시설에서도 대단히 큰 조도(또는 휘도)의 변화가 발생된다.

즉, 종래의 제어시스템에 있어서는 일광센서(2)의 신호에 따라 제어반(3)에서는 조명등(5)을 다단으로 온/오프만 제어하는 것임으로써 터널(1)내의 조도가 정상적으로 발생하는가 하는 여부는 검출되지 않기 때문에 단순히 야외 휘도에 따라 터널내의 조명등의 점등수를 조정할 경우 사용기간이 경과함에 따라서 최초의 조도가 유지되지 않고 터널내의 조도가 현격히 감소되는 상황이 발생하게 된다.

특히, 터널(1)내의 조명시설은 조명등(5)의 열화나 먼지 등이 달라붙는 여러 가지 오염에 의해 시간이 경과함에 따라 광속이 감소하게 되는데, 이를 감안하여 시설 당시에 일정의 보상율을 적용하고 있다.

이 감광보상률은 대략 1.5-2.0배로 적용하는 것이 일반적이다.

따라서 동일한 휘도하에서 시설초기나, 조명등(5)의 교체 및 청소한 시점에서는 필요로 하는 조명의 기준값보다 1.5-2배 정도의 과조명상태가 되어 상당한 양의 전력손실을 초래하게 되고 사용기간이 경과하면서 조명의 부족상태가 나타나게 된다.

도면 도 8 내지 도 10에서는 램프등 조명시설이 열화될 경우를 대비해서 일정율의 보수율을 적용하여 초기 조도를 높임으로써 과조명되는 상태를 나타낸 도면으로 이 도면에 의해 전력이 낭비되는 정도를 짐작할 수 있다.

도 8은 보수율을 0.5로 적용하였을 경우 조도의 변화에 따른 전력손실의 정도를 나타내는 것이고, 도 9는 보수율을 0.5∼0.6으로 적용한 상태에서 기구를 청소하였을 경우에 조도의 변화추이를 나타낸 도면으로서 그로 인한 전력 손실의 정도를 알 수 있다.

또 도면 도 10은 보수율 0.5∼0.6을 적용하였을 경우 종래의 단계별 조명제어시 과조명 상태를 나타내는 것으로서 중앙의 어두운 부분이 과조명 상태 즉, 전력이 낭비되는 정도를 나타내는 것이다.

또한, 종래의 구조에서는 회로의 단선 등 관련부품에 고장이 발생되어 조명등(5)이 점등되지 않아도 이를 감지하기가 불가능하여 사후관리 측면에서도 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 운전자의 시야 휘도를 감지하고 이를 터널내의 내부 휘도와 비교하여 터널의 내부조명을 운전자의 시야에 따른 순응속도에 맞추어 최적의 상태가 되도록 함으로써 운전자의 안전운행을 가능케 할뿐만 아니라 조명장치를 운용함에 있어서 불필요한 과다조명에 의한 전력의 낭비를 방지할 수 있도록 하는 터널 조명 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터널 외부의 일정한 지점에 운전자에게 가장 영향을 주는 운전자의 시야 휘도를 감지하는 휘도 센서를 설치함과 동시에, 터널의 내부에는 터널 내부 휘도를 감지하는 터널내 휘도센서를 설치함으로써 이들 양 센서에서 감지되는 값을 상호 비교 분석하여 터널 내부의 조명이 운전자에게 가장 이상적인 최적의 조건으로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명 터널 조명 시스템의 블럭도

도 2는 본 발명 터널 조명 시스템의 구성도

도 3은 터널의 조명 분포도

도 4는 터널 입구의 휘도 분포도

도 5는 눈의 순응에 영향을 주는 시야 휘도의 개념도

도 6은 야외 시야 휘도와 내부 휘도의 비교도

도 7은 제어된 상태의 내외부 휘도 비교도

도 8은 사용기간 경과에 따른 휘도의 변화

도 9는 노면 휘도의 변화와 보수율의 관계

도 10은 야외 휘도에 따른 회로점등 예상도

도 11은 본 발명 조명시스템의 제어 흐름도

도 12는 기존의 터널 조명시스템의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:터널 101:조명등 10:터널내 휘도센서

20:외부 휘도센서 21,22:신호변환부 23:주제어부

24:출력변환부 25:수동조작부 26:통신부

30:제어기 40:조명제어반

이하에서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 보듯이 운전자의 순응에 직접 영향을 주는 터널 입구부의 시야 휘도를 실측함과 동시에, 터널 내부의 휘도를 실측하여 이들의 양 측정값을 비교기로서 상호 비교 분석하고, 이의 비교값에 따라 미리 입력된 내.외부의 휘도 비율에 따라 제어신호를 조명제어반에 보내어 조명회로의 릴레이를 통해 각 조명등을 단계별로 온/오프 제어토록 하는 방법으로 특징지워진다.

시야 휘도는 터널에 진입하려는 자동차 운전자의 눈이 운전자 중심시야의 주변 휘도에 순응되므로 순응에 영향을 주는 시각범위(원추각 20°범위)의 휘도를 직접 측정함으로써 실제의 값을 얻을 수 있다.

여기서 눈이 생리적 구조상 광막 휘도에 영향을 주는 시각의 범위는 거의 180°에 가깝다고 볼 수 있으나, 각도에 대한 눈부심의 영향은 중심시로부터 각도의 자승에 반비례의 관계(L,L. Holladay의 글레어 광원에 의한 등가 광막 휘도 이론)에 있으므로 실제적으로 시각 20°범위내 휘도의 평균치를 기준으로 하는 것을 CIE에서는 권장하고 있다.

이 시야 휘도는 전술한 바와도 같이 천공광이나 태양의 고도, 구름의 분포, 지형물에 의한 그늘 등등 주변환경에 따라 수시로 바뀔 수 있으나, 이같이 다양하게 변화하는 휘도값을 직접 측정함으로써 종래의 부정확성을 개선할 수 있다.

또한, 조명제어반에 의한 터널조명은 첨부된 도면의 도 3에서 보는 바와 같이 크게 구분하여 터널 입구부 조명, 기본부 조명, 출구부 조명, 접속도로 조명으로 구성된다.

여기서 가장 중요시되는 것은 터널 입구부 조명이라 할 수 있으며, 이 입구부 조명은 첨부된 도면의 도 4에서 보는 바와 같이 경계부, 이행부, 완화부로 구분되고 있다.

경계부는 운전자가 터널 밖에서 터널 안의 물체를 관측할 때 필요한 휘도(아직 암순응 상태에 있지 않음)이므로 동일한 휘도를 유지하는 것이 바람직하나, 실제는 휘도값은 야외 시야 휘도와 설계속도에 따라 정해지는 비율에 의한다. 상기 경계부의 휘도값을 설정하는 비율은 다음 표에 예시된 규격을 참조할 수 있다.

표 : 야외 휘도 대비 경계부의 휘도비(KS규격 3703)

설계속도(Km/h)	100	80	60
계수	0.07	0.05	0.04

또한 이 경계부의 구간거리는 설계속도에 따라 다를 수 있으나, CIE보고서에서는 제동거리의 1/2로 권장하고 있음에 따라 이를 적용토록 한다.

이행부는 운전자가 아직 터널 밖에 있지만 터널에 접근하면서 서서히 순응이 진행되는 상태에서 관측하는 물체에 휘도 배경을 주기 위한 구간이며, 이 구간의 조명 역시 점차적으로 감소토록 형성한다.

또, 완화부는 이행부의 끝점에서부터 기본부까지 순응에 따라 휘도를 감쇄하여 휘도 배경을 주기 위한 구간으로 이 역시 조명을 점차적으로 줄여서 완전한 순응이 이루어지도록 형성한다.

즉, 이행부 및 완화부의 조명은 경계부 휘도와 기본부 휘도 사이를 눈의 순응 특성에 맞게 완만하게 감소시키도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 터널 조명제어장치는 터널(100) 외부에 설치되어 운전자의 시각 순응에 영향을 주는 휘도를 감지토록 하는 외부 휘도센서(20)와, 터널(100) 내부에 설치되어 터널내의 노면 휘도를 측정토록 하는 내부 휘도센서(10)와, 상기내.외부 휘도센서(10)(20)와 연결되어 이들의 측정값을 상호 비교 분석하여 미리 입력된 내.외부의 휘도 비율에 따라 제어신호를 조명배전반으로 보내는 제어기(30)와, 상기 제어기(30)에서 제어신호를 받아 터널(100) 내부에 설치된 다수의 조명등(101)을 다단으로 온/오프토록 하는 조명제어반(40)으로 구성된다.

상기 제어기(30)는 내.외부 휘도센서(10)(20)에서 실측한 휘도값을 전기신호로 입수하여 각 신호변환부(21)(22)를 통해 다단계의 디지털 신호로 변환한 후, 제어기(30)의 주제어부(23)에 보내면, 컴퓨터 연산장치로 구성된 주제어부(23)는 양 휘도값을 분석하여 미리 설정된 내.외부의 휘도비율에 따라 제어신호를 출력변환부(24)에 제공한다.

출력변환부(24)에서는 제어신호를 전기신호로 변환하여 조명제어반(40)의 조명회로 릴레이를 통해 각 조명등(101)을 제어케 하는 것이다.

그러나 개별 조명등을 배치하거나 제어하는 방법 및 수단은 이미 이 분야에서 공지되어 있는 제어방법 및 수단을 그대로 이용하는 것이므로 여기에서는 구체적인 기술을 생략하기로 한다.

또, 제어장치의 고장이나 점검 등의 용도로 수동조작부(25)를 두어 조작케하고, 동작 상태를 원방에서 감시 제어할 수 있도록 통신부(26)를 통하여 범용의 통신신호로 변화하여 원격지에서 조명의 점등 상태를 감시하고 제어할 수 있다.

여기에서 도면 도 11을 참조하여 본 발명의 제어과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

주제어부(23)에서 사용자가 자동제어모드를 설정하였는지 여부를 판단한(S1단계) 다음, 자동제어 모드가 설정되었으면 주제어부(23)는 사용자가 원격제어 모드를 설정하였는지 여부를 판단하여(S2단계), 원격제어 모드가 설정되지 않았으면 외부 휘도센서(20)로부터 전송된 휘도 정보를 감지한다.(S3단계)

이어서 터널(100)내에 설치된 내부 휘도센서(10)로부터 전송된 휘도 정보를 감지한 다음(S4단계), 상기 야외 휘도와 내부 휘도를 비교하여 도 6에 근거하여 최적의 휘도를 산출하고(S5단계), 그를 기초로 하여 설정된 도 7의 단계별 제어방식을 채택한(S6단계) 후, 현재의 휘도값이 최적 제어데이터와 일치하면 현재의 조도를 유지하고(S7단계), 현재의 휘도값이 최적 제어데이터와 비교하여 크면(S8단계), 1단계를 낮추어 소등한다.(S9단계)(이 경우 단계별 소등을 하는 방법은 다양한 방법이 선택될 수 있으나 이는 공지된 기술을 원용하는 것이므로 구체적인 기술을 생략한다)

다시 S3단계로 궤환하여 현재의 휘도값이 최적의 데이터와 일치할 때까지 상기 과정을 반복한다.

상기 S8단계에서 휘도값이 최적의 데이터보다 적으면(휘도값이 최적의 데이터보다 크거나 같지 않을 경우) 1단계를 높여서 점등한(S10단계)(이 경우도 상기 S9단계에서와 동일한 제어기술을 채택함) 다음, 다시 S3단계로 궤환하여 현재의 휘도값이 최적의 데이터와 일치할 때까지 상기 과정을 반복한다.

또한 상기 S1단계에서 자동제어 모드가 설정되지 않았으면 수동제어 모드로 전환하고(B5단계), 상황을 종료한다.

또한 상기 S2단계에서 원격제어가 원격제어모드로 설정되었으면 상기 주제어부(23)는 이를 통신부(26)에 알린 후 시스템을 원격제어모드로 전환하고(B1단계), 다시 사용자가 원격 수동제어 모드를 설정하였는지 여부를 판단하여(B2단계), 원격수동 제어모드가 설정되었으면 원격수동 제어모드로 전환하여(B4단계), 상황을 종료하며, 원격수동 제어모드가 설정되지 않았으면 원격자동 제어모드로 전환하여(B3단계), 다시 S3단계로 이행한다.

이상과 같이 터널 조명을 외부의 휘도와 내부의 휘도를 실시간으로 비교하여 분석하고 상황에 맞는 최적의 휘도를 산출하여 터널내의 조명이 자동으로 제어될 수 있게 된다.

앞에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 터널 내,외부의 휘도값을 각각 측정하고 이를 비교 분석하여 실시간으로 최적의 조건에 맞추어 터널조명이 이루도록 함으로써 어떠한 환경조건하에서도 터널내의 조명을 항상 최적의 상태로 유지할 수 있도록 하고, 이에 따라 운전자의 안전운행을 도모할 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 터널 내부를 항상 필요한 휘도로 조명할 수가 있음으로써 종래와 같이 감광보상률에 따른 불필요한 과조명에서 오는 전력에너지의 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 터널의 내부를 조명토록 하는 것에 있어서,

   운전자의 순응에 직접 영향을 주는 터널 외부의 시야휘도를 감지함과 동시에 터널 내부의 휘도를 감지하고, 양측 휘도값을 상호 비교분석하며, 이 비교값을 통하여 운전자 눈의 암순응속도에 맞게 터널 내부의 조명을 서서히 감소토록 제어하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어방법.
2. 제1항에 있어서 양측의 휘도값을 비교분석하는 단계는, 주제어부(23)에서 자동제어 모드를 설정하였는지 여부를 판단하고(S1단계), 자동제어모드가 설정되었으면 주제어부(23)는 원격제어 모드의 설정여부를 판단하여(S2단계), 원격제어 모드가 설정되지 않았으면 외부 휘도센서(20)로부터 전송된 휘도 정보를 감지함과 아울러(S3단계), 터널내에 설치된 내부 휘도센서(10)로부터 전송된 휘도 정보를 감지하고(S4단계), 상기 야외 휘도와 내부 휘도를 비교하여 최적의 휘도를 산출하여(S5단계), 그를 기초로 하여 설정된 단계별 제어방식을 채택한 다음(S6단계), 현재의 휘도값이 최적 제어데이터와 일치하면 현재의 조도를 유지하고(S7단계), 현재의 휘도값이 최적 제어데이터와 비교하여 크면(S8단계), 1단계를 낮추어 소등하며(S9단계) 다시 S3단계로 궤환하여 현재의 휘도값이 최적의 데이터와 일치할 때까지 상기 과정을 반복하고, 상기 S8단계에서 휘도값이 최적의 데이터보다 적으면 1단계를 높여서 점등한 다음(S10단계), 다시 S3단계로 궤환하여 현재의 휘도값이 최적의 데이터와 일치할 때까지 상기 과정을 반복단계로 이루도록 한 것을 특징으로 하는 터널 조명제어방법.
3. 터널(100)의 외부에 설치되고 운전자의 시각 순응에 영향을 주는 휘도를 감지토록 하는 외부 휘도센서(20)와; 터널(100) 내부에 설치되어 터널내의 노면 휘도를 측정토록 하는 내부 휘도센서(10)와; 상기 내.외부 휘도센서(10)(20)와 연결되어 이들의 측정값을 상호 비교 분석하여 미리 입력된 내.외부의 휘도 비율에 따라 제어신호를 조명배전반으로 보내는 제어기(30)와; 상기 제어기(30)에서 제어신호를 받아 터널(100) 내부에 설치된 다수의 조명등(101)을 다단으로 온/오프토록 하는 조명제어반(40);으로 구성됨을 특징으로 하는 터널 조명제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어기(30)는 내.외부 휘도센서(10)(20)에서 실측한 휘도값을 전기신호로 입수하여 각신호변환부(21)(22)를 통해 다단계의 디지틀 신호로 변환한 후 주제어부(23)에 보내고, 컴퓨터 연산장치로 구성된 주제어부(23)는 양 휘도값을 분석하여 미리 설정된 내.외부의 휘도비율에 따라 제어신호를 출력변환부(24)에 제공하며, 출력변환부(24)에서는 제어신호를 전기신호로 변환하여 조명제어반(40)의 조명회로 릴레이를 통해 각 조명등(101)을 제어토록 구성함을 특징으로 하는 터널 조명제어장치.