이중 사선 센서배열을 통한 고속 축하중 계측 기법의 개발과 적용에 관한 연구

Abstract

도로를 효율적으로 관리하기위해서는 도로를 통행하는 교통하중에 대한 통제관리가 기본이다. 이러한 교통하중의 가장 기본적인 관리가 과적단속이며, 현재는 우리나라는 고정식 축중기나 이동식 축중기를 이용한 정적 및 저속 축중계에 의존하고 있다. 하지만, 이러한 정적 또는 저속 단속체계는 하중을 측정하기 위해 일단 차량을 정지시키거나 저속으로 유도하여야 하며 축조작 등 주요 과적행위를 명확히 단속하기에 기술적, 인력적 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 주행중인 화물차의 과적행위를 단속할 수 있도록 고속 축중계를 이용한 과적단속 시스템 개발을 목적으로 하였다. 이를 위하여 고속 축중계에서 반드시 요구되는 성능 개선 요소는 (1) 주행차량의 차량정보를 실시간으로 명확히 구분하여 획득할 수 있어야 하는 것과 (2) 측정 하중에 대한 오차의 범위가 단속 가능한 수준 이하여야 하는 것이다. 본 연구에서는 이중 사선 센서배열 기법을 개발하여 차종분류의 명확화를 이루었다. 본 연구에서 개발한 이중 사선 센서배열 기법은 차로 중심을 기준으로 좌우측 각각 독립된 축검지센서를 설치하여 주행차량 좌우측 바퀴의 주행위치를 별도로 측정함으로써 기존의 단일 사선 센서배열 방식에서 문제가 되었던 설치각 특성에 따른 신호의 중첩이나 신호역전 현상을 근원적으로 소멸하였고, 설치각의 제약이 크지 않으므로 적절한 사선 설치만으로도 단륜 및 복륜에 의한 신호파형의 명확한 구분이 가능하게 되었다. 이를 통해 기존의 차종분류장치인 AVC 시스템에서 추출하지 못하였던 바퀴수 정보와 정확한 윤거의 측정이 가능해 졌고 국토해양부에서 제시하고 있는 12종 통합 차종분류 가이드에 따른 차종분류에 명확히 대응할 수 있게 되었다. 기존 AVC 시스템에서 오분류율이 높았던 3종 차량에 대해 본 연구의 이중 사선 센서배열을 통한 원더링 계측기법을 사용할 경우 뒤축 바퀴수 판독을 통해 약 90% 이상 분류할 수 있었다. WIM 시스템 측정하중의 오차율 개선을 위하여 주행차량의 횡방향 주행패턴에 따른 측정하중 특성과 포장체의 상하부 온도차 변위에 따른 거통 특성을 고려한 보정기법을 개발하였다. 현장에 적용한 두 구간의 WIM 시스템에서 측정오차 데이터를 횡방향 주행패턴에 따라 분포시킬 경우 각 시스템의 특성에 따른 고유의 패턴을 나타냈으며, WIM 시스템이 설치된 콘크리트 포장의 온도거동을 분석하여 보면 포장체 상부의 온도가 높은 경우에는 측정하중이 다소 과대평가되고 낮은 경우에는 다소 과소평가되는 경향을 나타내었다. 본 연구에서는 이 두 요소에 대한 보정기법을 개발하였다. 이 보정기법 통해 WIM 시스템 주행 시험 결과에 대하여 보정한 결과 총중량 측정오차에서 약 5% 가량 오차가 줄어들었으며 COST323에서 제시하는 WIM 시스템 등급 기준으로 1단계 등급향상 효과를 도출하였다.