R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157871-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 도로분해능 해상도의 태양복사-노면온도-수막두께 정보를 연계한 도로결빙 시공간 예보시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이채연 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 72,000,000 원 계 : 282,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 112,000,000 원 계 : 482,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국외국어대학교 연구산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
- [개념] 겨울철 국지적 기상의 시공간적 변동에 따라, 도로 노면에 영향을 줄 수 있는 기상·도로환경의 위험요소에 대한 대응력을 높이기 위한 도로분해능 해상도의 도로기하, 음영, 열, 수막의 공간정보를 융합하여 실시간으로 예측하는 모델을 개발 - [방법] 기상청의 예보자료로부터 국지적 환경요소를 적용하여 기계학습기법으로 상세규모 예보자료로 산출하고, 도로단위의 기상자료로 할당함. 도로기하구조를 기본으로 하여, 복사플럭스와 노면온도모델과의 연계, 강수량과 노면수막모델과의 연계를 통해 결합하고 도로의 상태(건조, 습윤, 젖음, 결빙)를 판별, 그 중 결빙 발생지역, 발생·종료시간 정보를 과학적 방법으로 예측함 - [효과] 국지적 상세성이 반영된 도로결빙 예보시스템의 활용으로 도로 관리자, 이용자에게 과학적 정보를 제공하여 도로결빙 대응정보 서비스를 강화함 [최종목표] ㅇ 도로분해능 해상도의 태양복사-노면온도-수막두께정보를 연계한 도로결빙 시공간 예보시스템 개발 1) 태양복사-노면수막-도로기하구조를 연계한 도로분해능 해상도 노면온도예측모델 ㅇ 도로분해능 해상도의 노면온도예측 모델링을 위한 최신 GIS DB 구축 ㅇ 결빙위험 대상지역의 수치모델 입력자료 실시간 수집모듈 개발 ㅇ 도로분해능 태양복사모델(SOLWEIG) 복사플럭스 산출체계 구축 ㅇ 열수지기반 노면온도예측모델의 노면온도 산출체계 구축 ㅇ 도로 수막정보예측모델 구축과 수막두께정보 산출 2) 잠재적 도로결빙조건을 고려한 도로결빙 시공간 예보 시스템 ㅇ 도로 노면결빙 기상 지형 기하구조 조건별 영향인자 분석 ㅇ 도로결빙판단 알고리즘 개발 ㅇ 도로결빙 시공간예측 자동화 시스템 구축 [연구내용 및 범위] ① 연구내용 ㅇ도로분해능 태양복사모델과 노면온도예측모델 연계구축 ㅇ도로 노면결빙 영향인자 분석 및 예측 알고리즘 개발 ㅇ도로 노면결빙 예보 시스템 설계 ㅇ도로분해능 노면온도 및 수막두께 예측모델 검증과 실시간 운영체계 구축 ㅇ도로 노면결빙 예보 시스템 개발 ② 세부 내용 및 범위 ㅇ 도로분해능 해상도의 노면온도예측 모델링을 위한 최신 GIS DB 구축 · 국토지리정보원 수치지형도, 환경부 토지피복분류도, 산림청 임상도, 수치도로망도 자료 구축하여 모델입력 좌표체계 구축 · 지형고도, 건물고도, 식생(나무)높이, 토지이용, 도로기하, 지층구조 수치공간화하며, 도로분해 가능한 1~10m 공간해상도로 산출 · 구축한 수치공간자료를 이용하여 에너지 플럭스와 관련된 천개지수, 구조물높이, 그림자 등 3차원 도시환경변수 산출 ㅇ 결빙위험 대상지역의 수치모델 입력자료 실시간 수집모듈 개발 · 선정된 결빙위험지역 내 지상 기상관측 및 실황자료를 기상청 open-API를 이용하여 실시간 수집체계를 구축 · 노면온도의 사전예측을 위한 기상예측자료(동네예보 5km 해상도) 실시간 수집구축 · 기상요소별 필요자료 추출 및 입력형태를 변환하여 모델에 입력될 수 있는 형태로의 변환 자료 생성 · 대상지역의 교통량, 차량속도자료 등 교통정보의 통계자료 구축하여 입력정보로 활용 ㅇ 도로분해능 태양복사모델(SOLWEIG) 복사플럭스 산출체계 구축 · 동네예보기반 5km 해상도 기상요소(기온, 습도, 풍속, 일사)를 1km 해상도로 상세화하는 모듈을 개발 · 상세화된 1km 격자기반 기상요소를 대상지 도로단위로 할당하는 모듈을 개발 · 도로단위로 할당된 기상요소를 태양복사모델에 입력하여 상세 지형, 경사, 높이, 그림자 등이 반영된 단파·장파 복사플럭스 등을 산출하도록 전송·운영체계를 구축 ㅇ 열수지기반 노면온도예측모델의 노면온도 산출체계 구축 · 태양복사모델(SOLWEIG)의 출력물로 산출된 복사플럭스 자료를 노면온도예측모델에 입력하는 형태로 모듈을 개발 · 노면온도예측모델의 열수지 물리과정에 사용되는 지중전도열, 순복사량(하향단파플럭스, 순장파복사플럭스), 현열(기온, 풍속), 잠열(기온, 풍속, 상대습도), 타이어 마찰열, 차량 복사열, 차량유발 현열 등 물리변수를 산출 · 상세 도로단위에서의 시공간적 노면온도예측정보를 산출 ㅇ 태양복사모델과 노면온도예측모델 커플링기술 개발 · 대상지역 수치적·물리적 모델링 요소들을 체계화하고 상세성 및 정확성을 반영할 수 있는 커플링기술을 개발 · 태양복사모델(SOLWEIG)에서 산출하는 고해상도 복사량자료, 지표온도자료를 입력자료로 사용하여 물리과정에 반영 · 도로마스킹을 통해 격자형식을 포인트형식으로 환산하는 계산방식 적용 ㅇ 도로 수막정보예측모델 구축과 수막두께정보 산출 · 도로 노면의 결빙판단에 활용하기 위한 수막두께예측모델 구축 · 도로 횡단·평면·종단 면 및 경사 등의 기하구조 자료를 구축하여 수막예측모델의 입력정보로 활용하고 수막발생 위치 선정에 기본자료로 사용 · 기상청 AWS 및 RADAR 자료를 활용한 도로단위 강우자료 산출 · 수막두께정보를 산출하여 결빙판단 알고리즘에 연계 ㅇ 도로 노면결빙 영향인자 분석 및 예측 알고리즘 개발 · 도로 노면결빙 기상·지형·기하구조 조건별 영향인자 검토 · 영향인자별 노면결빙 판단기준 정립 · 노면결빙 예측 알고리즘 개발 및 영향인자별 적용모델 연계방안 도출 ㅇ 노면결빙 예측모형 검증을 위한 테스트베드 구간 선정 및 측정장비 구축 · 노면결빙 영향인자를 고려한 테스트베드 후보구간 선정 · 현장 기상자료(기온, 노면온도, 풍속, 노면상태 등) 실측을 위한 장비 구축 · 겨울철 테스트베드 구간 기상정보 및 노면상태 측정 ㅇ 입력자료 구축 자동화 설계 · 입력자료의 Open Api Raster data, csv, raster data 등 수집 · 일정시간 간격 자동 수집 및 업데이트 ㅇ 노면온도 및 수막두께 예측모델 체계 검증 · 수집된 기상관측·실황자료 분석을 통한 극한기상 사례일 및 사례지역 선정 · 대상지 복사플럭스 등 측정자료를 활용한 태양복사모델의 산출자료 검증 · 노면온도 등 측정자료를 활용한 노면온도예측결과 검증지수 산출과 개선사항 도출 · 강우사례일 수막두께 예측결과 검증지수 산출 ㅇ 노면온도예측모델 연계체계 개선과 실시간 운영체계 구축 · 검증결과 활용한 개선사항 반영 및 검증지수 재산출 · 입력/출력 실시간 자동화 알고리 |
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| 색인어 | 한글 | 도로결빙 | 노면온도 | 노면상태 | 수막두께 | 결빙예보 |
| 영문 | road-freezing | Road Surface Temperature | Road Surface Characteristics | water depth | road-freezing time forecasting | |
| 최종보고서 | 최종보고서_배포용_한국외대_이채연.pdf | |||||