수도권시내도로조명현황측정및분석 (The Measurement and Analysis of Lighting Conditions for Roadway of the Metropolitan Area) 한종성 * 조덕수 이민욱 오혜영 황병도 이준희 김훈 (Jong-Sung Han Deok-Soo Jo Min-Wook Lee Hye-Young Oh Byung-Do Hwang Jun-Hee Lee Hoon Kim) (1 강원대학교전기전자공학부, 2 한국토지공사시설사업처전기팀 ) 요 약 도로조명현황측정을위해 국내최초로 분할수광방식의측정시스템을고안하였으며 차량에탑재하여도로의노면조도분포및휘도를측정할수있는하드웨어적인측정시스템을구성하고 하드웨어와인터페이스하여측정및데이터를분석할수있는소프트웨어를개발하였다 그리고이측정시스템으로수도권신도시에있는 개의분석대상지구도로를대상으로도로조명의실태를측정하고그실태를비교분석하였다 1. 서론도로의야간조명은운전자가야간에도주간과같은정도의안전성과가시성을확보하고적절한운전을할수있도록해주는필수적설비로서그중요도가매우높다 특히시내의도로는차량의종류와수가많아서교통이매우복잡하고 건물이나상가에서시각환경을어지럽히는다양한조명이운전자를혼란하게할뿐아니라 도로조명은운전자외에보행자에게도적절한조명환경을제공해주어야하는역할을하여야하므로그요건이매우엄격하다 또한가로등과폴로구성된도로조명설비는야간뿐아니라주간에도도심경관에서매우중요한역할을차지하며 이에따라디자인면에서도매우우수한조명설비가요구된다 그러나현재국내의도로용조명설비의종류와성능은매우제한되어있어대개의설 비들이균제도나눈부심에대한국내의기준을만족시키지못하고있는형편이다 국내도로조명기준의경우도최신의국제기준과차이가있으며 이를적절히반영함과동시에국내제품의현실적인여건을고려한적절한설계지침이만들어져야할것이다 또한차도의차선수 인도의넓이나유무 교차로의존재등다양한도로환경에적합한광속과배광을갖는도로조명기구가절실히필요한실정이다 이에본연구에서는국내도로조명의질을한단계향상시키고운전자및보행자의안전을향상시키는것을목적으로 현재설치되어있는도로조명설비가기준에적합한지그성능을차량을이용한측정시스템으로측정함으로써도로조명의적절성여부와도로조명변화를파악하고 그결과를바탕으로우리나라도로조명의실태를비교분석하여보았다 - 109 -
차량을이용한도로조명측정시스템 구성 측정시스템구성 본연구에서는국내최초로 분할수광방식의측정시스템을고안하였으며 차량에탑재하여도로의노면조도분포및휘도분포를측정할수있는하드웨어적인측정시스템을구성하고 하드웨어와인터페이스하여측정및데이터를분석할수있는소프트웨어를개발하였다 이측정시스템은범용의다점측정조도계와휘도계의구동프로그램을개발하여이를연계시킨후일정속도로차량을이동시키면서일정거리마다노면조도나노면휘도를측정하는것이다 실험용차량은 형태의차량을선정하였다 측정시스템의계측기기로는차량앞부분에 개의휘도계를 다점측정조도계의 분할수광센서를차량앞부분과후미하부에각 개씩일정간격으로설치하였으며 이들의측정값을저장하며분석하기위한노트북 그리고일정거리마다데이터를측정하기위한신호를발생시켜주는펄스발생기로구성되고 전체적인시스템구성은그림 과같다 측정시스템의전반적인하드웨어를탑재하기위해 시험차량앞부분과후미부분에각각 개의 분할조도센서와차량앞부분에 개의휘도계를거치하기위한조립식철재프레임 개를차체에설치한 에고정시켰다 그리고도로에서조도분포측정시차량에의한그림자나반사광이조도센서에영향을주지않도록하기위해 분할수광방식의시스템을제작하였다 그림 는조도계와휘도계 를연계한하드웨어의전체구성도이다 그림 측정시스템구성도 측정시스템사양 조도측정시스템 조도계는미놀타 을사용하였다 차량전면과후면하부에각 개의 분할조도센서를 간격으로나란히수평하게거치하였으며 간격을 로정한것은일반도로의폭이 임을감안하여 로분할했기때문이다 차량앞면과후면간의수평일직선라인에위치하고있는같은조의조도센서의거리는 이다 각조도센서는노면위 높이로설치하였고사용조도계의데이터인식처리시간은 초이다 휘도측정시스템 휘도계는미놀타 으로 이다 휘도계는차량전면의 높이에설치하였다 이때의노면휘도측정대상은설치점으로부터 지점으로하였는데 이는 높이에서 의시야각을갖는휘도계를사용하여측정할수있는노면의최적거리이기때문이다 즉노면휘도측정방법에대한 규격 부속서에서는측정범위를 휘도계의측정높이를 에서노면에대한측정각을 로할것을규정하고있다 따라서규정된측정범위의최소치인 를적 - 110 -
용하여계산한 이값을노면휘도의측정거리로하였다 차량펄스발생기 조도계및휘도계를일정거리마다동작시키기위해서는자동차주행거리를검지하여펄스신호를계측기기에전송하여야한다 펄스인가는차량에서발생하는차량펄스발생기를이용하였다 실험차량의펄스주기를디지털오실로스코프와본측정시스템으로실측한결과 주행거리 마다펄스가인가되는것으로나타났다 실험용차량 운전자의눈높이 를충족시키고계측기를안전하고견고하게부착시키기위하여 형태의차량을사용하였다 전면부와후면부에는조립식프레임을제작하여 분할조도센서와휘도계를부착하였다 그림 는조립식프레임에 분할조도센서와휘도계가부착된차량외관의모습이다 측정소프트웨어 측정차량을이용한노면조도분포및휘도를측정하기위한소프트웨어는차량에서발생하는펄스주기를 에서입력받아일정주기마다조도계와휘도계에측정명령을내리고측정데이터를수신받아 에저장한다 저장된데이터는프로그램상에서수치로분석되고 그래프표현이가능하다 도로조명현황측정 측정방법 차량을이용한도로조명현황측정은 년 월 일월 일까지분당 죽전 부천 서울시일원에서 개도로를대상으로 차측정을하였으며 년 월 일일에안양 일산에서각 개도로를대상으로 차측정을하는등총 개의측정대상도로를측정하였다 도로조명측정은 개발한측정시스템을탑재한측정차량이선두에서측정하고 차량통제와선두차량보호를위한차량이후미에서측정에영향을주지않을범위의일정거리에서뒤따르는방식으로이루어졌다 또한실제측정전에예비실험과계산에의해정해진측정주기에맞게측정될수있도록소프트웨어와하드웨어를사전에최적화하였다 측정과교통통제를위해총 명의인원이투입되었으며 측정차량의속도는계측센서의응답속도의제약으로 이하의저속이었다 측정준비과정에서시작점과종점을정하고각차선마다시작점이동일하도록하였다 측정결과 그림 2. 측정시스템이설치된실험차량 표 은본조로조명현황측정연구의대상지구인수도권신도시분당 죽전 부천 서울시 안양 일산에위치한 개측정대상도로의특성을나타낸것이다 그림 과그림 는분당 도로의조도분포와휘도분포를각각나타낸것이다 차선별평균조도는 차선 차선 차선 이며 전반조도균제도는 이다 차선축평균휘도는 차 - 111 -
선 차선 차선 로전체차선모두 도로조명기준치의절반정도의수준이며 전반휘도균제도는 로기준치를만족하는것으로나타났다 [cd/m2] 표 측정도로의특성 도로형태조명기구도로구분편도차선차선폭기구간광원 왕복차선 격 배열방식종류 분당 차차 마주보기 나트륨 분당 차차 마주보기 나트륨 분당 차차 마주보기 나트륨 분당 차차 지그재그 나트륨 분당 차차 마주보기 나트륨 분당 차차 지그재그 나트륨 죽전 차차 지그재그 나트륨 죽전 차차 마주보기 나트륨 죽전 차차 편측 나트륨 죽전 차차 마주보기 나트륨 죽전 차차 마주보기 나트륨 부천 차차 마주보기 나트륨 부천 차차 마주보기 나트륨 부천 차차 마주보기 나트륨 부천 차차 지그재그 나트륨 서울 차차 지그재그 나트륨 서울 차차 마주보기 서울 차차 마주보기 나트륨 서울 차편도 편측 안양 차차 마주보기 일산 차차 마주보기 나트륨 [Lux] [m] 그림 분당 도로의조도분포 [m] 그림 분당 도로의휘도분포 표 는표 에서언급한 개측정대상도 로의현황측정결과를나타낸것이다 그림 와그림 은표 의측정결과중전반조 도및휘도균제도와차선축휘도균제도를 각각나타낸것이다 표 2. 측정결과정리 조도 휘도 도로차선축평균전반평균전반구분균제도조도균제도휘도균제도 분당 분당 분당 분당 분당 분당 죽전 죽전 죽전 죽전 죽전 부천 부천 부천 부천 서울 서울 서울 서울 안양 일산 - 112 -
그림 5. 전반조도및휘도균제도 구에비해차선별로차이가있지만평균 이하로휘도기준을만족하는도로가거의없었다 죽전지구나부천지구의경우에는 위에서언급한평균노면휘도값이기준치이상이되는도로가많이있었다 이는이들지구의도로들이사용연한이오래되어경년변화가되었거나교통량이많아서도로표면의마모가많이진행되어노면의반사율이증가하였기때문으로판단된다 따라서휘도에대한정확한측정은도로가신설되든가보수가이루어진직후에측정하는것이바람직하다고사료된다 그리고현행 의차선축휘도균제도기준은고속자동차교통도로를제외한나머지도로에서 이고 전반휘도균제도는전부 로규정되어있으나 분당 죽전 부천지구에서차선축휘도균제도를만족하는도로가거의없었으며 전반휘도균제도는기준을만족하는도로가상당수있었다 그림 6. 차선축휘도균제도 표 에나타낸수도권신도시의도로조명 현황측정결과에대한실태분석과도로조 명환경및운영상의문제점을다음과같이 요약정리하였다 도로조명현황측정결과 도로조 명기준에적합하지않은도로가많다 즉 현행 도로조명기준가운데평균노면휘 도기준의경우 고속국도및주간선도로는 보조간선도로는 이 나 분당지구의경우죽전지구나부천지 현행 도로조명기준에는조도에대한기준이없으나도로표면에따른환산계수를적용하여분석해본결과기준치에적합하지않은도로가많다 본연구에서측정한도로는모두아스팔트도로이며 이들도로의노면을 에서정한 의역수인환산계수 를적용하여조도기준을정할경우 고속국도및주간선도로는 보조간선도로는 가노면평균조도에해당한다 그리고조도기준을적용하여분석한결과 차선폭이작은보조간선도로에서는기준치를만족하는도로가상당수있었으나 차선폭이넓은간선도로에서는차선별노면평균조도의차이가비교적많았으며 기준치인 를만족하는도로가거의없었다 실제기준치가 또는 로정 - 113 -
해져있더라도이기준치들은신설당시와비교하여도로조명설비의경년변화램프광속저하 수명감소 등기구효율저하 주변환경변화등가있은후에도계속유지되어야하는값들이다 신설당시기준치에보수율을적용할경우 초기조도값은기준치보다훨씬큰값으로된다 예를들어보수율 을적용할경우 는초기조도가 는초기조도가 로되어야바람직한조명설계라고볼수있다 따라서이런점을감안하면분당 죽전 부천지구의노면평균조도는기준치에크게못미치는것으로판단되며 도로조명설계시보수율에대한고려를충분히해주어야하고 적절한시기에도로조명기구의유지 보수가행해져야할것이다 서울시도로의경우는평균조도 휘도의수치가과도하여에너지낭비의우려가있다 그러나서울 지역청계 가의새로운도로조명은평균조도 평균휘도 균제도등전반적으로조명기준에크게못미치는것으로나타났다 신도시도로조명의경우의도로조명환경및운영상의문제점으로는 가로등을일체점등하지않은도로가있어야간운전시에운전자 보행자에게위험을초래할수있다 가로등을격등혹은부분점등하는도로가상당수존재했으며 이는조도 휘도 균제도의저하와노면에얼룩을발생시킬수있다 또한가로수가무성한경우와조명기구가인도와인도쪽차선을조명하는기구의일부를가려서조명수준의저하를발생시킨다 결론 국내수도권신도시의도로조명현황측정을위해 분할수광방식의측정시스템을고 안하였으며 차량에탑재하여도로의노면조도분포및휘도를측정할수있는측정시스템을구성하여 개의분석대상지구도로를대상으로도로조명의실태를측정하고그실태를비교분석하였다 그결과대다수의도로가도로조명기준을만족시키지못하는등의문제점이나타났으며 앞에서언급한문제점들을해결하기위한대안및발전방향을다음과같이제시한다 새로운도로조명시스템이필요하다 즉 도로조명기준평균조도 평균휘도 균제도 글레어을만족하는도로조명기구여야하며 사용광원 달성하려는성능에맞추어적합한광학설계가이루어져야한다 그리고다양한도로시내 교차로등 형태와주변여건교통상황 주택가 상가등에맞는도로조명시스템이어야한다 에너지절약을위한조명시스템이필요하다 격등점등보다는조광시스템등의다른방식도입이요구되며 도로조명의기본목적에부합하며에너지절약을도모하는방식이필요하다 도로주변환경의개선이필요하다 도로주변의가로수가주는조명환경에대한영향을최소화하고이에대한적절한조치가필요하고도로조명설계시가로수에대한적절한고려가필요하다 또한도로주변에위치한건물의경관조명 간판조명도제한이나조정을통해영향을최소화해야한다 적절한시기에도로조명기구의유지 보수가행해져야할것이다 램프광속저하 수명감소이전에적절한교체로조명수준을유지해야하며 조명기구내부및외부의각종오염물질퇴적 파손등에대하여신속하고적절한보수가행해져야한다 해외에서는유연성과경제성및효율과광해 미적측면등우리나라에서는도로 - 114 -
조명기구선택시고려대상으로삼지않는부분까지고려하고기준등을마련하여적용하고있는실정이다 해외의도로조명기구는이러한고려들에따라서대부분디자인이콤팩트하고다양하며하나의조명기구를여러가지용도로사용할수있도록유연성을가지고경제성과광공해에관한부분까지종합적으로고려한조명기구들을설계하고제작및사용하고있다 따라서우리나라도앞으로의도로조명기구선택시에는이러한부분들을종합적으로고려하는것이적절하다고사료된다 본연구는한국토지공사의학술연구지원 으로수행되었으며, 이에감사드립니다. 참고문헌 김동조 조덕수 석대일 정승균 이창모 남 동훈 김훈 차량을이용한터널조도및휘도 측정시스템개발 한국조명전기설비학회지 Vol. 20, No. 4, pp. 1, 2006 한국표준협회 도로조명기준 - 115 -