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빙판 사고 이젠 안녕! 자동 제설 시스템!
  • 2022-01-04
  • 일상 속 국토교통기술
  • 기업명 : 국토교통과학기술진흥원

지난 11월 10일, 올해 서울의 첫눈이 내렸습니다. 작년보다 30일, 평년보다 10일 빠른 첫눈이었는데요. 눈이 내리면 많은 분들이 어린 아이로 돌아가 그 순간을 즐기곤 합니다. 하지만 눈으로 인한 위험요소 역시 존재하는데요. 폭설 및 도로결빙으로 인한 교통사고가 지난 5년(2016년~2020년) 사이에 무려 4868건이나 발생했다는 사실 알고 계셨나요? 이로 인한 사상자는 무려 8938명에 이른다고 합니다. 올해에도 눈이 오는 날 충북 음성군에서 차량 7대가 연쇄 추돌하는 사고가 있었습니다.

나무와 도로

출처 : 픽사베이

겨울철 교통사고의 주요원인은 바로 ‘도로 결빙 현상’인데요. 도로 결빙 현상이란 낮 동안 내린 눈이 아스팔트 도로의 틈새에 스며들었다가, 녹으면서 다시 얇은 빙판으로 얼어붙는 현상을 의미합니다. 얼음이 워낙 얇고 투명해 도로의 검은 아스팔트가 그대로 비쳐서 검은색 얼음이라는 뜻의 ‘블랙 아이스’라고 불리기도 합니다. 그렇다면 이 ‘도로 결빙 현상’, 예방할 수 있는 좋은 방법이 없을까요? KAIA에서는 문제 해결을 위해 연구 끝에 ‘노면 결빙방지 제설액 자동 및 원격분사 시스템’기술 개발에 성공하였습니다! 오늘 포스팅에서는 이 시스템에 대해 소개해드리겠습니다.

제설액_분사_시스템_구성요소숲과 도로

출처 : 언스플래쉬

<노면 결빙방지 제설액 자동 및 원격분사 시스템>은 교통신기술 제25호로 지정되었으며, 겨울철 강설 및 노면 결빙에 의한 차량사고를 사전에 방지하기 위한 도로안전 시설물입니다. 교량이나 터널 입출구, 음영지역, 급커브지역 등 노면 결빙 우려 구간에 제설액을 자동 및 원격으로 분사하는 시스템이죠.

해당 신기술은 다음과 같은 원리로 작동합니다.

 

 

01. 강설 상태 및 노면 결빙 감지 기술

제설액을 분사하기 전, 우선 노면 구역을 파악해야겠죠? 이를 파악하기 위해서는 기후 및 노면 상태를 감지하는 센서를 활용하여 분석하는 과정이 필요합니다. 분석 후에는 6가지의 판정 알고리즘을 통해 기후와 노면 상태에 적합한 제설액 분사시기를 결정합니다.

판정 알고리즘은 결빙 1, 2, 3 상태와 강설 4, 5, 6 상태로 나뉘게 되는데요. 결빙 1, 2, 3상태는 노면 습윤 등에 의해 결빙이 우려되는 상태로, 분사 주기를 다소 길게 설정하는 것이 특징입니다. 반면 강설 4, 5, 6 상태는 눈이 내리기 시작한 상태로, 기상 상태가 악화될수록 분사 주기가 짧아지는 것이 특징입니다.

 

02. 분사거리 및 분사너비의 확대 기술

분사헤드는 동일한 크기의 직경으로 제작된 최대 7개의 분사노즐로 구성됩니다. 제설액은 모든 분사노즐에서 동일한 거리로 분사됩니다.

 

03. 순차 분사 제어 기술

분사헤드는 별도의 밸브박스를 통해 제설액의 분사를 제어합니다. 이때 분사헤드는 순차적으로 개폐되는데요, 전 노즐에서 동시에 제설액을 분사하는 경우 먼 곳의 노즐의 분사 성능이 떨어져 분사거리나 분사량을 유지할 수 없기 때문입니다. 따라서 순차적 개폐를 통해 제설액의 분사거리를 극대화하는 것이죠.

 

04. 분사량 제어 기술

펌프의 압력, 분사노즐의 단면적, 노면의 넓이 등을 고려하여 2차선 도로 폭에 대한 단위면적당 제설액의 분사량을 설정합니다.

 

05. 원거리에서의 분사 성능 유지 기술

*펌프 스테이션으로부터 원거리의 분사헤드까지 배관을 통하여 액체 제설제를 이송합니다. 배관 내로 흐르는 제설제에 대한 배관 및 기타 부품들의 *압력손실수두를 계산하여 최종 관말에 위치한 분사헤드의 최소 분사압력을 유지합니다.

*펌프 스테이션) 분사노즐에 제설액을 원거리로 이송

*손실수두) 유체의 흐름에 의해 생긴 에너지 손실을 수주(압력을 물의 높이로 나타낸 것)로 나타낸 것

해당 시스템의 구성은 아래와 같습니다.

제설액_분사_시스템_구성요소출처 : 교통신기술 요약자료집(2020.12)

활용 전망 및 기대효과

본 기술이 상용화되어 도로에 활용할 경우, 결빙위험지역을 예측하여 적절한 위치에 ‘노면 결빙방지 제설액 자동 및 원격분사 시스템’을 설치하는 것으로 차량주행안정성 확보 및 교통사고 예방이 가능해집니다. 겨울 운전의 잠재적 위험요소인 ‘결빙’ 제거효과를 얻게되기 때문이죠. 또한 본 시스템이 수행한 판정 및 분석의 결과물들이 축적되,면 도로 특성에 따른 도로 기상 변화 추이 연구 자료로의 활용이 가능합니다. 주행 안전을 위한 추가 기술들이 활발하게 개발되는 밑바탕이 될 수도 있겠죠! 뿐만 아니라 국도 및 지자체 관리도로의 상습결빙구간에 ‘예방적 대응책’으로도 적용할 수도 있습니다. ‘노면 결빙방지 제설액 자동 및 원격분사 시스템’이 상습결빙구간에 지속적으로 설치된다면 겨울철 운전 걱정이 크게 줄어들겠죠?!

지금까지 빙판길 교통사고를 줄여줄 핵심 기술, 노면 결빙방지 제설액 자동 및 원격분사 시스템에 대해 설명해드렸는데요! 해당 기술이 국도에 상용화되어 노면 결빙으로 인한 교통사고가 사라지는 날이 오기를 기대합니다.

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