드론 촬영을 통한 도로 평탄성 및 유지관리에 관한 연구

김담륭,이시원,정수호,문성호 한국도로학회 2019 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2019 No.03

드론을 활용한 아스팔트 도로포장상태 조사 기술에 관한 연구

김담륭,정수호,가현길,문성호 한국도로학회 2020 한국도로학회논문집 Vol.22 No.1

PURPOSES: Investigating road pavement conditions using an investigation vehicle is challenging especially if repeated driving is required on the by-lane, and the traffic in the investigation section is heavy. A technology used to investigate the road pavement conditions is studied herein using image data obtained by drone photography. METHODS : Flight plans were made for the survey areas, and ground control point measurements were performed. The research section was filmed using drones. The acquired image data were modeled using Pix4Dmapper. The images taken by the drones were used to investigate the road pavement cracks. A digital surface model was extracted from the Pix4Dmapper modeling results using the Global Mapper program to investigate plastic deformation and flatness. As regards plastic deformation, the elevation of each point was extracted at intervals of 50 cm and 10 cm in the longitudinal and lateral directions, respectively, for 20 m× 10 m of the entire road. In terms of flatness, the elevation values for each point were extracted at intervals of 5 cm and 10 cm for the wheel path and 20 m for the entire roadway. RESULTS: This study compared drone-captured images, which were consistent, and vehicle scan images and confirmed that the former can detect a large number of cracks on road surfaces. The results showing the difference in the elevation values of the road surface indicate that the section, wherein the plastic deformation occurs throughout the entire road surface, can be identified and evaluated. With regard to flatness, in future studies, the long-directional elevation value of the target segment extracted using Global Mapper is likely to be derived from the International roughness index, which is the international flatness index used in the ProVAL program developed and used by the Federal Highway Administration. CONCLUSIONS : The road pavement status investigation conducted herein by utilizing drone-acquired images showed that repeated driving in a section is not required, and various analyses can be made in a single shot. If technologies, such as artificial intelligence, big data, and Internet of Things, which are the key components of the Fourth Industrial Revolution, are adapted, they can be used to investigate road pavement conditions and inspect completely constructed road lines and major road facilities.

드론 촬영 광학영상과 3D 모델링을 이용한 도로포장상태 조사 기술에 관한 연구

김담륭(Kim, Dam Ryung),전진호(Jeon, Jin Ho),가현길(Ga, Hyun Gil),지계환(Ji, Gye Hwan),문성호(Mun, Sung Ho) 대한토목학회 2018 대한토목학회 학술대회 Vol.2018 No.10

도로노면상태와 FWD 데이터를 기반한 도심지 도로포장 유지보수에 관한 연구

전진호,김담륭,백종은,김태우,이상염 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

도심지의 도로포장은 버스 등 중차량 교통하중과 포장 유지보수 시기가 지나 급속히 진행 되고 있는 포 장표면의 노후화뿐만 아니라 도로하부 시설물 보수를 위한 잦은 굴착복구가 진행되고 있다. 이로 인해 포 장체의 구조적 지지력이 감소하여 전형적인 도심지형 도로파손인 포트홀, 균열, 침하 및 소성변형이 급증 하고 있다. 또한 빈번히 발생하는 도심지의 도로파손 유지보수로 적지 않은 예산이 소요되고 있기 때문에 효율적인 유지보수를 통한 공용성 확보가 절실히 요구된다. 따라서 본 연구에서는 도로포장의 표면상태와 포장층의 구조적 지지력과의 연관성을 파악하여 효과적인 유지보수 방안을 제시하고자 한다. 우선 도로포 장 하부상태와 표면상태 분석결과를 도심지 도로파손 원인 분석 및 대응방안 수립 근거자료로 활용하기 위 해서 서울시의 23개 장기공용성구간(Long Term Performance Pavement)중 공용기간이 5년 경과된 구간 을 선정하였다. 선정된 대상구간의 포장 표면상태 조사(Visual Inspection) 결과인 Rutting, Crack, IRI 및 그에 기반한 SPI지수와 FWD시험으로 부터 산출된 잔존수명과의 비교 분석을 수행하였다. 특히, 표면 조사와 동일구간에 현장코어를 통해 얻어진 아스팔트층 두께와 30cm로 가정한 보조기층 두께 및 대표온 도 20℃를 이용, 역산프로그램을 사용하여 포장층의 탄성계수와 잔손수명을 추정하였다. 대상 구간의 잔 존수명과 도로포장 표면상태와의 관계를 도출하기 위해 지지력 기반 우선순위와 표면상태 기반 우선순위 를 비교하였다. 그 결과 표면상태와 지지력의 상관관계는 다음 그림1에 나타난 바와 같이 Rutting, Crack 에 대한 R-square 값이 0.65이상으로 상관성이 비교적 높은 수준이며 IRI(종단평탄성)는 상관성이 가장 낮았다. 이는 포장층이 지지력이 도로 노면의 평탄성에 미치는 영향이 상대적으로 적기 때문이며, 따라서 Rutting, Crack, IRI의 지수가 모두 포함된 SPI는 상대적으로 낮게 나타난 것으로 판단된다. 따라서 포장 표면상태를 나타낸 지수만을 고려하여 유지보수를 시행할 경우 포장층의 지지력이 충분하지 못한 경우에는 예상보다 빠른 시기에 혹은 동일 시기라도 심각한 상태의 포장손상이 나타날 가능성이 높다. Rutting과 Crack에 대한 지지력의 상관도를 볼 때 이미 진행된 도로파손의 유지보수시 표면상태 뿐만 아니 라 포장층 자체의 지지력을 함께 고려하여 유지보수를 시행하여야 향상된 공용성을 기대할 수 있다.

빅데이터 처리 활용 및 머신러닝 기법 적용으로 인한 도로 손상 예측 모형 개발

김도완,전진호,김담륭 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.1

Potholes, soil settlement, and road subsidence have become major road safety hazards in South Korea. Such problems not only impede driver and pedestrian safety but also cause secondary accidents, economic losses, and damage the nation's image. To this end, we developed local predictive models that can be extrapolated to national estimation models. These models were developed from a specific area (Seoul Metropolitan City) that has the highest occurrences of potholes and road subsidence. This research utilized big data and artificial intelligence techniques to develop these models. The first step involved the dimensional reduction of independent variables using a mechanical-statistical approach. A data standardization process was then used for reducing the uncertainty of these variables. A total of 19 machine learning optimization methods were used to train the standardized variables. The optimized models were finally determined by an error comparison. As a result, the optimized prediction models for potholes, soil settlement, and road subsidence were found to be multiple regression analysis that showed an accuracy of 70% and robust regression analysis that showed an accuracy of 73%. 본 연구는 운전자 및 보행자의 안전성을 확보하기 위해, 최근 사회적 중점사항으로 부상하고 있는 포트홀, 지반침하 및 도로함몰에 대한 예측모형을 개발하는 것에 그 목적을 두고 있다. 포트홀, 지반침하 및 도로함몰은 운전자의 안전성을 저해할 뿐만 아니라 2차 사고를 발생시킬 수 있으며, 나아가 경제적 손실, 국가적 이미지 실축 등의 다양한 문제를 야기시킬 수 있다. 이와 관련하여 본 연구에서는 국가적 예측모형의 확장을 위한 방안으로 최근 도로 파손이 가장 빈번하게 발생하는 지역을 대상으로 예측모형을 개발했다. 예측모형 개발에 있어서 빅데이터의 활용과 인공지능기술(AI, Artificial Intelligence)의 적용에 중점을 두었다. 세부적인 예측 모형을 개발하는 과정에서는 구축된 빅데이터에 역학적-확률적 접근방법을 적용하여 독립변수의 차원을 축소시켰으며, 이 데이터의 불확실성을 저감시킬 목적으로 데이터 표준화를 실시했다. 표준화과정을 거친 인자들을 이용하여 19가지의 알고리즘으로 구성된 머신러닝의 학습을 실시했으며, 최소 오차비교로 최적의 알고리즘을 구축했다. 그 결과, 다중회귀분석으로 수행된 포트홀 예측모형과 로버스트 회귀분석을 통한 지반침하 & 도로함몰 예측모형을 개발했다. 이 예측 모형은 각각 70% 및 73%의 정확성을 가지고 있는 것으로 판단되었다.

부체도로 단면설계 및 공용성 분석에 관한 연구

김재형,이지예,전진호,김담륭,이상염 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

국내의 고속국도와 일반국도는 특성상 넓은 지역을 관통하게 되어 해당지역에 생활권의 분할과 지역주민들의 소통, 이동간의 불편 등의 영향을 미치게 된다. 이로 인한 불편을 해소하고자 부체도로(附替道路)를 설계·시공하고 있다. 그러나 부체도로의 특성상 교통량이 기존 도로에 비해 현저히 낮은 수준으로 기존의 시멘트콘크리트 슬라브 20cm, 보조기층 20cm의 포장두께가 다소 과하다는 의견이 빈번하다. 이에 따라 본 연구에서는 부체도로의 교통량에 따른 등급을 설정하고 단면두께를 제안하였으며, 포장구조해석 프로그램을 통한 공용성 분석을 실시하였다. 전라북도 전주시 및 수도권의 부체도로 13개소 교통량 조사결과 일평균 약 40대로 국형포장설계법의 교통량 C1등급에 해당되는 교통량으로 조사되었다. 따라서 기존의 KPRP(한국형포장설계법) 카달로그 설계등급3의 포장두께가 다소 과다할 것으로 추정되며, 인근 공장에 의한 중차량하중이 발생하게 되는 것을 고려하여 기존의 한국형포장설계법의 포장두께를 수정하였다. 수정된 아스팔트포장 단면두께는 1∼100대 : C1(표층5cm·기층7cm·보조기층15cm), 101∼500대 : C2(5·8·17), 501∼1500대(중차량·농기계 주행고려구간) : C3(5·10·20)로 분류 하였다. 콘크리트포장과 아스팔트포장의 KPRP 비교·분석 시 콘크리트포장의 설계는 기준대비 균열율(%), 종단평탄성(m/km) 발생량이 비교적 낮은 값으로 나타났으며, 아스팔트포장의 경우 기층 10cm미만은 분석이 불가하여 C3단면을 분석한 결과 설계기준 값을 모두 만족하였다. 또한 KENLAYER(다층탄성해석 프로그램)와 ABAQUS(유한요소해석 프로그램)로 잔존수명 분석결과 콘크리트포장의 잔존수명은 사용 교통량에 비해 높은 값으로 나타났으며, 아스팔트포장의 경우 각 단면두께에 대해서 도로포장구조설계해설서(2011)의 층별 탄성계수를 사용하여 공용성을 분석한 결과 각각의 잔존수명이 유사하게 예측되었다. 세 가지 해석 프로그램의 분석결과 설계기준 충족 및 적정한 잔존수명을 나타내는 것으로 보아, 앞서 제안한 아스팔트 단면두께가 부체도로의 콘크리트포장 설계의 대안으로 적절하다고 판단된다. 따라서 부체도로 포장 설계 시 교통량, 중차량하중 등의 현장여건을 고려한 부체도로 설계를 반영한다면 기존 부체도로 포장에 비해 보다 합리적인 설계가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 일반도로와 달리 단면두께가 최소화된 부체도로에 대한 공용석 분석 방안 및 도로포장에서 환경요인에 의한 파손유형 연구가 필요 할 것으로 판단된다

부체도로 포장의 단면 설계 지침 개발 연구

황성도,권수안,이문섭,김담륭,이상염 한국도로학회 2017 한국도로학회논문집 Vol.19 No.2

PURPOSES :This study proposes standards for rural access road pavement section and thickness design considering existing access road construction conditions; the study also proposes a complementary policy that can be used for design convenience.METHODS:Various literature review and case studies had been performed in terms of rural access road section and thickness design, both domestically and internationally, and this was followed by domestic rural access road field surveys. KPRP and KENLAYER were used to analyze the commonalities and predict the remaining life. Data on real cost is used to select an appropriate construction method through economic analysis.RESULTS:The economic efficiency of concrete pavement (15×15) was the highest in terms of economic efficiency of performance life and traffic volume. In the case of asphalt pavement, it is considered that the most economical method is to implement micro-surfacing method four times as a preventive maintenance method (once every 10 years and 4.5 years for asphalt concrete pavement and MS construction method, respectively). Repairable asphalt pavement is advantageous for areas where heavy vehicles are expected to pass. In the case of other general areas, it is considered economical to place concrete (15×15) pavement. However, as analytical results on its performance life are unavailable, it is to be considered for study in the future.CONCLUSIONS :This study proposed interim design guidelines based on various domestic and international design guidelines and case studies. However, in order to develop the final design criteria applicable to the field, it is necessary to (a) estimate the bearing capacity of the lower level of the pavement at various sites, (b) estimate the daily traffic volume, (c) implement advanced low-cost pavement technologies, and (d) propose maintenance standards and techniques for long-term performance.