| 연구개발개요 |
○ 안개나 강설 결빙에 의한 교통사고는 다중 추돌사고로 이어져서 대형 참사를 일으키는 경우가 많으며 치사율이 높지만 주행속도를 줄이고 안개등을 점등하는 정도가 대처방법 전부이기 때문에 효과적으로 제거할 수 있는 기술개발이 필요한 실정임. ○ 전북지역에서도 안개와 강설에 의한 빙판 때문에 다수의 교통사고가 발생함. 2021년 1월 7일에는 폭설로 인하여 하루 동안에만 전북에서 114건의 교통사고가 발생했으며 폭설로 인하여 2021년 1월 7일 하루 동안에만 전북에서 114건의 교통사고가 발생, 최근 3년(2016~18년) 간 전북에서 결빙으로 인한 총 211건의 교통사고로 400여명의 사상자가 발생함. 특히 짙은 안개로 인하여 영종대교에서 106중 추돌사고가 발생한 바 있음. ○ 안개와 결빙 현상은 확률적으로 발생하기 때문에 위험도가 높은 지역을 선별해 관리해야 하고 지면 대기상태와 깊은 관계가 있기 때문에 기후변화의 영향이 이 위험도에 얼마나 영향을 주는지 평가하여 대응에 필요한 사전 정보를 마련할 필요가 있음. 따라서 교통사고 저감을 위하여 상습 안개 및 강설 결빙 도로를 파악하고 이를 효과적으로 제거할 수 있는 인프라 구축이 필요함. ○ 지역 현장 적용 대상기술은 공기제트 흐름을 이용한 안개제거장치로 자연현상에 의해 발생되는 안개로 인하여 도로에서 이동하는 차량에 대해 발생 가능한 사고나 운행 불편을 방지하기 위하여 공기제트 흐름을 이용한 효율적인 안개제거 장치 시제품을 실용화하고 안개제거와 함께 도로결빙 예방을 할 수 있도록 도로표면의 온도를 향상시키는 기능을 가진 시스템임. ○ 본 기술을 적용함으로써 전북지역 주요도로의 안개위험을 기상학적으로 평가하고 안개발생 시 운전자가 더 넓고 긴 시야를 확보해 안전한 도로 주행 조건 제공하고자 함. 또한 겨울철에는 온풍을 이용해 도로 결빙을 예방하고 노면 습기 제거해 블랙아이스와 사고위험을 줄일 수 있음.
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| 최종목표 |
안개 시정거리 100m 이상 확보하고 살얼음 방지가 가능한 하이브리드 시스템 개발 ？ 안개 시정거리 100m 이상 확보？ 서리 또는 안개로 인한 살얼음 방지 및 1cm 제설 효과？ 인간과 환경에 유해한 물질 미배출？ 소음환경기준을 만족하는 저소음(100m 이격시)？ 기계학습 기반 고해상도 기상관측자료 상세화 및 안개·결빙 위험지도 개발 ○ 안개 시정거리 100m 이상 확보？ 시속 100km로 주행하는 차량이 전방 추돌사고를 방지하기 위하여 필요한 제동거리 100m를 목표 성능으로 설정함.？ 안개제거 장치의 출력을 높이면 안개제거 효과가 높아지지만, 장치 및 운영 비용이 급격히 늘어나므로 교통안전을 위해 필요한 시정거리 100m를 확보하는 수준으로 장치의 출력을 설계함. ○ 서리 또는 안개로 인한 살얼음 방지 및 1cm 제설 효과 ？ 안개제거 장치의 공기 토출 방향을 도로면으로 돌리면 노면에 서리 또는 안개로 인하여 발생되는 수분제거를 통한 살얼음 발생 예방이 가능함.？ 안개제거 장치의 출력을 고려하여 시간당 녹일 수 있는 눈의 양을 계산하면 1cm로 산정되어 제설 효과를 위한 목표로 설정함. ○ 인간과 환경에 유해한 물질 미배출？ 안개 응결핵으로 살포하는 초미세 입자인 음이온(오존 발생)이나 화학물질(요오드화은, 염화칼슘 등)은 사람과 환경에 유해할 수 있음.？ 대기환경기준을 만족하도록 장치에서 초미세입자인 응결핵이 전혀 방출되지 않아야 함. ○ 100m 이격시 환경기준을 만족하는 저소음？ 기존 장치의 강풍기는 차흡음재를 설치하더라도 100dB의 소음이 발생하여 민원이 야기됨. ？ 장치가 설치되는 도로나 교량은 차량 소음이 상당하므로 장치로부터 100m 떨어진 곳에서 환경부 소음환경기준(도로변 낮시간 65~75dBA) 만족을 목표로 설정함. ○ 상습 안개 및 결빙 도로 지도？ 안개와 결빙은 수분 공급원(하천, 저수지, 댐 등)과의 거리와 국부적인 지형의 영향을 크게 받으므로 기상자료와 지형자료를 결합한 분석을 통하여 상습 발생지역의 파악이 가능함.？ 기상 해석을 통한 상습 안개 및 결빙 도로에 대한 지도 제시를 목표로 설정함. ○ 기계학습 기반 고해상도 기상관측자료 상세화 및 안개·결빙 위험지도 개발 ？ 교통안전에 직접적인 영향을 미치는 안개와 결빙은 지표 대기상태와 밀접한 관계를 갖고 있지만 지상기상관측소는 도로 위 안개·결빙 위험을 판단할 수 있을 정도의 공간해상도로 운영되지 않고 있음 ？ 도로 위 안개·결빙위험 감시를 위해서는 1km2 이상의 공간해상도를 가지는 기상자료(기온, 강수량, 온도, 습도, 풍향, 풍속 등)가 필요하고 지형의 영향을 고려한 공간보간이 이루어져야 함 ？ 안개는 같은 기상상태라 하더라도 확률적으로 발생하기 때문에 통계해석기법이나 기계학습 모형을 이용한 확률예측모형이 필수적임 ？ 최근에는 Krigging이나 PRISM과 같은 전통적 공간보간 기법보다 인공지능 모형이 기상상태의 상세한 공간변동성을 더 잡아내는 것으로 평가되고 있으며 특히 안개 확률예측은 기계학습 모형의 앙상블을 이용하는 방법이 선호되고 있음 ？ 기후변화 위험관리를 위해 관측자료로 작성된 안개·결빙 위험지도와 기후변화 시나리오로 만들어진 위험지도를 비교하여 미래 안개·결빙 위험의 증감 정도를 파악할 필요가 있음
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| 연구내용 및 범위 |
(1) 1단계 ○ 주관연구기관(금란산업): 현장 테스트베드 운영 및 필요시 장비 제작 ○ 공동연구기관(전북대학교): 축소모델 설계 및 시험평가 ○ 공동연구기관인 전북대학교 에서는 안개제거용 5급 축소시험모델을 제작하여 실내에서 적정공기압에 따른 안개저감시설을 연구를 추진하고자 함. - 길이 5m 급 축소모델 설계 및 시험 운영하면서 인공안개 생성장치를 이용하여 안개를 공급하면서 공기커튼 발생 후 차량 주행에 따른 공기제트에 따른 안개제거 효 과 성능 평가 - 실내 실험 결과를 바탕으로 주관기업인 금란산업개발에서 고압공기 공급장치 및 공기이송관 제작 및 설치 - 안개발생장치, 강설장치 등 시험평가 설비 ？ 전북대 수행 - 성능실험 및 평가 ？ 전북대/금란산업 공동수행 - 주요 실험변수 ？ 공기공급 압력, 공기분사노즐 형상, - 공기분사노즐 간격에 대한 성능실험 수행 및 최적값 도출？ 기상청 종관기상관측자료를 이용한 기계학습 기반 안개·결빙 확률예측모형 개발？ 5m 길이의 축소 안개제거/결빙방지 장치 시험 - 축소 안개제거/결빙방지 장치 설계 및 제작 - 다양한 안개 및 살얼음 조건에서 성능 시험 - 각종 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 설계변수별 영향 평가 - 장치의 성능 최적화 조건 도출？ 안개제거/살얼음방지 장치 시제품 공장 시험 - 도로용 안개제거/살얼음방지 시제품 설계 및 제작 - 공장 시험을 통한 시제품의 기능 및 출력 평가 - 환경기준(소음 및 미세먼지) 만족 여부 측정 및 평가 - 시제품의 설계 보완을 통한 기능 개선？ 시제품 성능 평가 및 - 전통적 공간보간기법과 기계학습 방법을 이용한 고해상도 안개·결빙 위험지도 작성 - 전라북도 관내 실도로에 50m 실험장치 설치 후 성능실험 수행 - 유효 시정거리 110m 시정거리 확보 도출(2) 2단계○ 2단계에서는 실제 현장 테스트 베드 운영을 통하여 시스템 현장 적용성 검증에 주력하고자 함. ① 개발 목표 - 주관연구기관(금란산업): 실도로 실험장치 제작 및 운용 - 공동연구기관(전북대학교):실도로 실험장치 설계 및 시험평가 ② 개발 내용 및 범위(그림을 이용하여 시스템 구성도, 구조 등을 구체적으로 표현) - 주관연구기관(금란산업): 실도로 실험장치 제작 및 운용 - 공동연구기관(전북대학교): 실도로 실험장치 및 시험평가 . 길이 50m 급 실도로 실험장치 설계 - 전북대학교 수행 . 고압공기 공급장치 및 공기이송관 제작 및 설치 ？ 금란산업 수행 . 안개발생장치, 강설장치 등 시험평가 설비 ？ 전북대 수행 . 성능실험 및 평가 ？ 전북대/금란산업 공동수행 . 주요 실험변수 ？ 공기공급 압력, 공기분사노즐 형상, 공기분사노즐 간격에 대한 성능실험 수행 및 최적값 도출？ 실제 도로에서의 시제품 안개제거 및 살얼음 제거 현장적용 시험 - 관측자료 기반 안개·결빙 위험지도와 비교 및 위험 전망 - 전라북도 관내 교량에 시제품 설치 운영 및 문제점 해결 방안 도출 - 다양한 시정거리에 대하여 시제품의 안개제거 성능 평가 - 시제품의 안개제거 성능 검증 및 환경기준 만족 여부 확인 - 다양한 환경조건에 따른 살얼음 예방 성능 평가 - 시제품의 강설 살얼음 예방 성능 검증 및 환경기준 만족 여부 확인？ 시제품 테스트베드 시험결과 개선 - 테스트베드 시험운영 성능평가 검증 보고서 작성 - 테스트베드 시험운영 결과를 반영한 제품 기능 개선
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