온실가스 산정을 고려한 평면선형 설계기법 연구 = Evaluation of Horizontal Alignment Alternatives Based on Levels of the Greenhouse Gases

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 다양한 도로 기하구조 유형에 따른 온실가스 배출량을 산정하기 위한 목적으로 객관적이고 신뢰성 있는 온실가스 배출산정기법을 정립하는데 주안점을 두었다. 기존의 온실가스를 감축할 수 있는 국내외 기술 수준은 주로 종단경사 구간에만 치우쳐 있어서 도로에서 발생하는 여러 형태의 온실가스 배출량을 정확하게 규명하지 못했다. 따라서 본 연구에서는 이러한 기존의 문제점을 한계점으로 인식하여 다양한 도로 조건에 따른 온실가스 배출량을 산정하기 위한 새로운 방법론을 제시하였다. 본 연구의 목적을 달성하기 위한 연구의 주요 수행방법 및 내용은 다음과 같다.
첫째, 본 연구에서는 주행속도 예측모형개발이 이루어졌으며 개발된 모형은 램(Lamm)의 주행속도 프로파일의 이론을 반영한 것으로써 상하류부 도로 기하구조 조건을 동시에 고려하여 온실가스를 산정할 수 있도록 개발되었다. 기존 연구에서는 단일개소에 대한 주행속도 예측모형만을 활용하였기 때문에 한정된 도로구간에서만 온실가스 배출량을 산정하였다. 그러나 본 연구에서는 램의 이론을 적용함으로써 기존 연구의 한계점을 보완하였고 다양한 도로 기하구조 조건에 따른 온실가스 배출량을 산정할 수 있도록 하였다. 또한, 본 연구에서는 1초 단위의 감가속도(Polynomial 모형) 이론을 반영하여 온실가스 배출량을 보다 세밀하게 분석할 수 있는 방법을 제시하였다.
둘째, 본 연구에서는 온실가스 프로그램인 MOVES에서 추출된 온실가스 배출량표(Operation Mode)를 활용하는 방안을 연구하였다. 본 연구에서 적용한 온실가스 배출량표는 우리나라 차종 및 연료 등이 반영되었으며 1초 단위에 근거해서 온실가스 배출량을 산정할 수 있도록 만들어졌다.
셋째, 이 과정들을 토대로 본 연구에서는 현재 IPCC에서 제시하고 있는 Tier3식에 본 연구의 핵심인 도로 기하구조에 따른 온실가스 배출계수를 추가 반영하여 도로 기하구조 조건에 따른 온실가스 배출산정기법을 제시하였다.
다음으로 본 연구에서 제시한 온실가스 배출산정기법을 활용하여 온실가스를 저감할 수 있는 도로 기하구조 유형을 분석하였다. 또한, 본 연구에서는 기존의 경제성 분석 자료를 수집하여 도로 노선 대안별 환경비용 절감편익을 산정할 때 본 연구에서 제시한 온실가스 배출산정기법의 결과와 기존 연구결과 간에 어떠한 차이점이 있는지를 분석하였다. 기존 연구에서는 단순히 차종과 속도에 따라서 온실가스 배출량을 산정하였기 때문에 두 노선의 연장 및 예측 교통량이 같다면 환경편익의 결과가 똑같이 나타나는 문제점이 발생했다. 그러나 본 연구에서는 두 노선의 연장 및 예측 교통량이 같아도 도로 기하구조 조건에 따라서 민감하게 나타나는 온실가스 배출량을 산정함으로써 기존 연구의 한계점을 해결할 수 있었다.
본 연구의 성과는 본 연구가 다양한 유형의 도로 기하구조와 온실가스 배출량의 관계를 규명함으로써 온실가스를 저감할 수 있는 신뢰성 있는 도로 설계방법을 도로설계자에게 제시할 수 있다는 점이다. 향후, 본 연구의 방법론을 도로 기술자들이 적용한다면 최적 도로 노선을 결정하는 과정에서 어느 대안이 온실가스 배출량을 최소화하는 대안인지를 보다 객관적이고 신뢰성 있게 결정할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper aims to establish a methodology of GHG emissions for various highway alignments. Current research is limited to the grades and curves design features which are difficult to predict correctly the GHG emissions for various highway alignments. In this views, this study suggests the GHG emission methodology for various highway alignments. For this study, the following were among their findings.
First of all, this study developed two speed prediction models. These models in this study reflect the Lamm R's Speed Profile which can consider a variety of highway alignments and overcome the limitations of previous studies which are unable to reflect the various types of highway alignments. Also, A polynomial model of second by second acceleration and deceleration profiles in this study is reflected for estimating instantaneous GHG emissions in the roads.
Second, this paper studied for Use of Op Mode Greenhouse Gas Map made by MOVES Program for GHG emission estimation. Op Mode Greenhouse Gas Map based on second by second reflects the parameters of Korean vehicles and fuels et.
Third, this research developed the methodology of GHG emissions prediction for various highway alignments by applying Tier 3 approach offered by Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
Last, this study estimated GHG emissions by applying this methodology in terms of types of road scenarios and suggested road type for reduction of GHG emissions. Also, environmental benefits about GHG emissions in highway design process were analyzed. Emission rates in this study are significant differences according to types of highway alignments. In contrast, previous studies can't explain GHG emissions for highway alignment as simply considering speed and types of vehicles as mentioned above. However, this study showed the sensitive GHG emission rates due to the changes of highway geometric conditions.
This study has important implications for contributing to the reduction of GHG emissions as quantifying the correlations between greenhouse emissions and various highway alignments. Consequently, this study will help road designers determine which highways are best alternative for environmental benefits.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 배경 및 목적 1
• 제2절 연구의 범위 및 접근방법 8
• 제2장 기존 연구 검토 11
• 제1절 주행속도 예측모형개발 연구 11
• 1. 주행속도 예측모형 개발 과정 12
• 2. 평면곡선부의 주행속도 예측모형 14
• 3. 평면직선부의 주행속도 예측모형 15
• 4. 주행속도 프로파일을 반영한 예측모형 17
• 제2절 온실가스 배출량 산정 연구 19
• 1. 주행속도 및 감가속도 관련 온실가스 배출량 연구 19
• 2. 도로유형별 온실가스 배출량 연구 20
• 3. 도로 기하구조 관련 온실가스 배출량 연구 21
• 4. 온실가스 배출계수 연구 32
• 5. 온실가스 배출 프로그램 활용 연구 44
• 제3절 시사점 54
• 제3장 도로 선형별 온실가스 배출산정기법 정립 57
• 제1절 평면선형 온실가스 배출산정기법 57
• 제2절 종단선형 온실가스 배출산정기법 68
• 제3절 감가속도 분석 방법 70
• 제4절 MOVES 프로그램 활용방법 74
• 제5절 본 연구의 온실가스 배출산정기법 정립 76
• 제4장 도로 기하구조 조건에 따른 온실가스 배출산정기법 79
• 제1절 현장조사 및 자료 79
• 1. 주행속도 예측모형 개발 80
• 2. 온실가스 배출량표 활용 108
• 3. 도로 기하구조 조건에 따른 온실가스 배출산정기법 정립 121
• 제2절 온실가스 산정 결과 126
• 1. 가상도로 작성 127
• 2. 온실가스 배출산정기법을 활용한 온실가스 산정 결과 129
• 3. 차량 시뮬레이터 비교검증 153
• 제3절 소결 166
• 제5장 온실가스 배출량 산정방법론 적용연구 169
• 제1절 기존 사례 적용연구 169
• 1. 수집자료 분석 169
• 2. 적용연구 및 분석결과 171
• 제2절 소결 179
• 제6장 결론 및 향후 연구과제 181
• 제1절 결론 181
• 제2절 향후 연구과제 182
• 용 어 정 리 185
• 참 고 문 헌 187
• 부 록 197
• 부록 1. 차종별 Operation Mode 온실가스 배출량 산정 과정 197
• 부록 2 종단경사별 온실가스 배출량 분석 201
• 1.1 유형별 감속구간 분석 201
• 1.2 유형별 가속구간 분석 204
• 부록 3 영남～적금 연륙교 가설공사 대안별 환경편익 분석 207
• 1.1 대안별 온실가스 배출량 분석 207
• 1.2 대안별 환경비용 절감편익 분석 211
• 1.3 대안별 경제성 분석 213
• Abstract 215