공항포장 파손예측모형 개발 연구 = Development of deterioration prediction models for airfield pavements

국문 초록 (Abstract)

공항은 항공기의 안전한 운항을 위해서 포장의 유지관리가 효율적으로 수행되어야 한다. 현재 국내에서 운영되고 있는 공항포장은 공용기간이 오래되어 포장상태가 빠르게 악화되어가고 있다. 또한 산업의 발달과 국제교류의 증가로 인해 교통량도 해마다 증가되고 있어 포장의 유지보수에 대한 중요성은 더 부각되고 있다.
매년 전공항의 공항포장에 대해서 조사하는 것은 막대한 비용과 시간이 소요된다. 그러므로 미조사구간의 포장상태 추정을 위해서는 포장파손예측모형의 적용이 필수적이다. 포장파손예측모형은 기존의 조사된 포장상태 및 재령, 교통량 등을 바탕으로 통계적 분석을 통해 개발하는 것이 일반적이다. 현재 국내의 경우 도로포장에 대한 예측모형들은 많이 제시되고 있으나 공항포장에 대한 예측모형 연구는 미비한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 과거 수십년간 축적된 포장상태 자료와 교통량 자료를 이용하여 재령과 PCI와의 관계, 교통량과 PCI와의 관계를 분석하여 공항포장의 활주로에 대한 포장파손예측모형을 포장형식별(콘크리트포장, 아스팔트포장)로 개발하였다.
포장파손예측모형을 개발하기 위해서 원시자료를 필터링(filtering)하는 방법을 이용하였다. 기조사된 포장상태 자료를 이용하여 1차 회귀식을 만든 후 No 필터링 또는 10%, 20%, 30%, 40%의 다양한 수준에서 필터링하여 모형을 도출하고 비교평가하였다. 그리고 원시자료에서 무작위로 추출된 자료를 이용하여 모형의 적합성을 검증하였다.
연구결과, 누적교통량을 독립변수로 하는 것이 재령을 독립변수로 하는 것보다 더 좋은 모형을 도출할 수 있음을 알 수 있었다. 포장관리체계 프로그램인 Micro PAVER를 통해 개발된 포장파손예측 모형과 회귀분석(Regression)으로 개발된 모형을 검증자료를 이용하여 비교평가한 결과, 두 모형간에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 현재 Micro PAVER의 경우에는 재령만을 변수로 하여 모형이 개발되고 있으므로 향후에는 이 프로그램에서도 교통량을 고려할 것을 건의한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The airfield pavements have to be evaluated and maintained periodically for safety. Most airfield pavements in Korea are very old. Since pavement conditions are getting deteriorated, and the traffic volume increases, pavement maintenances have become important.
The planning and cost allocation of maintenance and rehabilitation can be more effectively determined if pavement conditions are accurately predicted. Many prediction models for road pavements have been developed, but those for airfield pavements are very rare. Hence, pavement deterioration prediction models have been developed using existing inventory data, such as age, traffic volume, etc.
The purpose of this study was to develope pavement deterioration prediction medels for runways of arifield pavements based on age, traffic, and PCI. Pavement deterioration prediction models were developed for concrete and ashpalt pavements, respectively.
To develope pavement deterioration prediction models, data were first filtered. The first degree of models were then developed with pavement condition data. Data were filtered again based on the first degree of models. Models developed using cumulative traffic volume predicted better than those developed using age.
Models were also developed using Micro PAVER, a pavement management system program. These models were compared with the developed models in this study. Results showed that two models were comparable. However, Micro PAVER uses only age as a independent variable. The developed models were validated with independent data.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구범위 2
• 제 2 장 문헌고찰 3
• 2.1 포장파손예측모형의 개발 방법 3
• 2.1.1 직선식 추정 5
• 2.1.2 회귀분석 5
• 2.1.3 역학-경험적인 방법 5
• 2.1.4 Polynomial Constrained Least Squares 5
• 2.2 외국의 포장파손예측모형 6
• 2.2.1 요르단 공항의 포장파손예측모형 6
• 2.3 국내의 포장파손예측모형 7
• 2.3.1 인천국제공항의 포장파손예측모형 7
• 2.3.2 고속도로 포장관리체계의 포장파손예측모형 7
• 2.4 요약 9
• 제 3 장 자료수집 및 정리 10
• 3.1 자료수집 10
• 3.2 자료정리 10
• 3.2.1 포장평가 자료 12
• 3.2.2 포장상태지수(PCI) 자료 12
• 3.2.3 재령자료 12
• 3.2.4 교통량 자료 13
• 3.3 모형검증(Validation)을 위한 자료정리 18
• 제 4 장 포장파손예측모형의 개발 20
• 4.1 변수의 선정 방법 20
• 4.2 모형의 개발 방법 20
• 4.2.1 필터링 방법 21
• 4.2.2 모형개발 22
• 4.3 콘크리트포장 23
• 4.3.1 재령 vs PCI 23
• 4.3.2 교통량 vs PCI 25
• 4.4 아스팔트포장 27
• 4.4.1 재령 vs PCI 27
• 4.4.2 교통량 vs PCI 29
• 4.5 Micro PAVER를 이용한 모형 개발 31
• 4.5.1 콘크리트포장 32
• 4.5.2 아스팔트포장 33
• 제 5 장 포장파손예측모형의 비교평가 34
• 5.1 콘크리트포장 35
• 5.1.1 재령 vs PCI 35
• 5.1.2 교통량 vs PCI 38
• 5.1.3 재령과 교통량의 비교 39
• 5.2 아스팔트포장 40
• 5.2.1 재령 vs PCI 40
• 5.2.2 교통량 vs PCI 42
• 5.2.3 재령과 교통량의 비교 44
• 5.3 회귀분석 모형과 Micro PAVER 모형의 비교 45
• 5.3.1 콘크리트포장 46
• 5.3.2 아스팔트포장 47
• 제 6 장 결론 및 향후 연구과제 48
• 6.1 결론 48
• 6.2 향후 연구과제 49