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The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems Vol.17 No.6 pp.185-201
DOI : https://doi.org/10.12815/kits.2018.17.6.185

A Comparative Study on Visibility Performance Between Pole Type Lightings and Low-Level Lightings

Wonil Park*, Sukki Lee**, Minsoo Jin***, Yongseok Kim****
*Dept. of Future Technology and Convergence Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, Seoul National Univ.
**Dept. of Future Technology and Convergence Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
***Dept. of Future Technology and Convergence Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, Univ. of Seoul
****Dept. of Future Technology and Convergence Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
†Corresponding author : Sukki Lee, oksk@kict.re.kr
20181005 │ 20181018 │ 20181218

Abstract


Road lighting is highly preferred as the major nighttime road safety countermeasures. When it comes to the pole-type road lighting, as it’s installed at a certain height from the road surface, the driver is dazzled by the light source, interrupting the driver’s visibility and furthermore, the light leaks to the area outside the road boundary, worsening the energy efficiency as well as generating the light pollution to the surrounding environment including the animals and plants. The study developed the low-level lighting systems, so it is possible to prevent the lights from being strayed, so there is no any side effects in terms of the sleep deprivation. The study compared the performance as the lightings between low-level lightings and conventional pole based lighting systems. As the results, the low-level lighting systems showed the higher performance in terms of average surface luminance, uniformity, glare compared to the conventional lighting systems.



등주식 조명과 낮은 조명의 성능 비교에 관한 연구

박 원 일*, 이 석 기**, 진 민 수***, 김 용 석****
*주저자 : 한국건설기술연구원 미래융합연구본부 전임연구원, 서울대학교 건설환경공학부 박사과정
**교신저자 : 한국건설기술연구원 미래융합연구본부 연구위원
***공저자 : 한국건설기술연구원 미래융합연구본부 전임연구원, 서울시립대학교 교통공학과 박사과정
****공저자 : 한국건설기술연구원 미래융합연구본부 연구위원

초록


야간 도로를 주행하는 운전자의 안전을 위한 대표적인 대책으로 등주식 도로조명의 설치가 선호되고 있다. 그러나 기존 등주식 형태 도로조명의 경우 노면으로부터 일정 높이에 설치되 는 특성으로 인해 광원이 운전자에게 직접적으로 강한 눈부심을 주어 운전자의 시인성을 저해 하고, 도로 외의 지역에도 빛이 누설되어 에너지 효율이 떨어질 뿐 아니라 주거지역이나 동식 물에 장해를 주는 빛공해가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해소한 낮은 위치에 설치되어 조 명이 도로만을 비추는 형태의 낮은 조명이 해결책으로 제안되고 있으나, 도입 초기인 낮은 조 명이 도로조명등급을 만족하여 도로조명으로서의 역할을 할 수 있는지에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 도로조명으로서 요구되는 최소한의 시인성능 기준을 만족함과 동 시에 빛공해를 근본적으로 차단할 수 있는 구조의 낮은 조명을 개발하고 기존 등주식 조명과 시인성능 비교를 수행한 결과를 제시하였다. 비교결과, 기존 등주식 조명에 비해 평균노면휘 도, 균제도, 임계치 증분 평가에서 우수한 결과를 나타냈다.



    Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement
    18TBIP-C112826-03

    Ⅰ. 서 론

    운전자의 야간 주행 안전을 위한 대표적인 안전 대책으로 등주식(Pole Type) 도로조명이 일반적으로 설치· 운영되어 왔다. 그러나 도시의 거대화에 따라 도로와 건물간 거리가 좁혀지고 등주식 도로조명의 누설광 및 후사광으로 인해 수면 장애와 같은 부작용이 크게 발생하고 있고 지방지역의 경우, 이러한 빛공해로 인한 농 작물 피해 및 생태계 교란이 사회문제로 대두되고 있다. 비록 조명 등기구의 갓을 이용하여 도로이외로 방출 되는 빛의 양을 일정부분 줄일 수는 있으나 일정 높이(8~12m)에 설치되어 컷오프 만으로는 한계가 있다. 뿐 만 아니라, 등주식 조명은 이러한 광원과 노면의 높이차로 인한 구조적 한계로 빛이 도로 이외의 지역으로 누설되어 에너지 효율이 떨어지고 악천후 시 도로 노면상에 난반사 등을 유발하여 균제도를 감소시켜 운전 자 시인성 확보에 부적절하다. 유지보수에 있어서도 고소작업장비가 필요하여 차로의 차단이 필요하고, 등주 및 기초 설치 공사비 등으로 인해 비용 상승 등의 문제점이 있다. 이러한 등주식 도로조명의 한계를 개선한 대책으로 지면으로부터 약 1m지점에 설치되는 낮은 형태의 도로조명이 국내외에서 개발 및 적용 되어지고 있다. 그러나 아직 낮은 조명은 도입 초기 단계로 단순히 광파이프나 일반 형광등을 이용하여 낮은 위치에 설치하여 활용하는 경우도 있다. 이러한 경우는 도로 선형 정도는 파악할 수 있으나 평균노면휘도, 균제도 등이 운전자의 시인성 확보에 적절하지 않은 경우가 많다.

    따라서 본 연구에서는 도로조명으로서 요구되는 최소한의 시인성능 기준을 만족함과 동시에 도로 이외의 장소로의 빛 방출로 인한 빛공해를 최소화 할 수 있는 구조의 낮은 조명을 개발하였고, 광학측정을 통해 도 로조명등급 도출하고 기존 등주식 조명과의 시인성능을 비교하였다.

    Ⅱ. 도로조명 기준검토 및 낮은 조명의 설계적 특징

    1. 도로조명 시인성 평가 기준 검토

    도로조명은 도로 이용자에게 적절한 시각 정보를 제공하여 도로 이용자가 안전하고 불안감 없이 통행하 고 도로 이용 효율의 향상을 도모할 목적으로 설치하는 도로안전시설이다. 도로조명은 도로 교통 환경에 따 라 조명의 수준을 달리함으로써 비용 효과적인 설치가 가능하다. 이런 이유로 현 ‘도로안전시설 설치 및 관 리 지침, 조명시설 편’에서는 도로의 유형, 교통 통제 조건, 도로이용자간 통행 공간 분리(보도와 차도의 분 리 등) 정도에 따라 <Table 1>과 같이 5가지 수준으로 구분하고 있다.(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)

    본 연구에서 개발한 낮은 조명은 M3을 목표로 개발하였다. M3는 <Table 1>에 제시된 바와 같이 고속국도 와 같은 출입제한 도로 중 교통량이 적고 주변이 어두운 곳, 일반국도 등 간선도로에서 신호기 등 교통안전 시설에 의해 교통류의 흐름이 통제되고 차량과 보행자 등 도로이용자간 통행 공간이 명확하게 구분된 곳이 다. 본 연구는 상대적으로 인접 토지이용 시설과 도로간 이격거리가 크지 않은 곳에서 도로 이외의 장소로 빛이 방출되는 것을 차단하는 관점과 동시에 경제성을 확보할 수 있는 설치 간격을 고려하여, 개발 조명의 수준을 M3로 하였다.

    도로조명은 운전자가 도로의 선형, 전방의 상황 등을 쉽게 인지할 수 있도록 하고 주행 경로 상에 장애물 이나 선형 변화를 정확히 인지할 목적으로 설치된다. 이런 기능을 충족하기 위해 현재 국내 도로조명시설 기 준은 국제조명위원회의 도로조명에 관한 권고 사항인 ‘CIE 115: 2010’을 준용하여 조명의 시인성 평가기준으 로 평균 노면휘도, 종합 균제도, 차선축 균제도, 임계치 증분을 제시하고 각 기준들에 대한 도로조명의 성능 수준에 따라 <Table 2>와 같이 도로조명의 등급을 산정한다.

    평균 노면휘도는 운전자 위치에서 보는 관점에서 건조 노면이 유지해야 할 휘도 평균값의 최소허용치를 의미하며, 일반적으로 Lavg(cd/m²)로 나타낸다. 평균 노면휘도는 조명기구의 설치간격 및 배열 등에 영향을 주 는 요소로서, 도로의 안전, 조명시설의 경제성 등과 밀접한 관계를 가진다.

    종합 균제도(Uo)는 노면 휘도분포의 균일한 정도를 나타내는 비율로서 노면 상에서의 최소 휘도(Lmin)와 평균 노면 휘도(Lavg)의 비(Lmin / Lavg)를 의미한다. 차선축 균제도(U1)는 전방 노면의 눈에 보이는 밝기 분포의 균일한 정도를 나타내는 휘도의 비율로서 각 차로 중심선상에서의 최소 휘도(Lmin)와 최대 휘도(Lmax)의 비 (Lmin / Lmax)를 의미한다.

    임계치 증분(TI)은 도로조명에 따른 불능 글레어(Disability Glare)의 규제 정도를 수치적으로 나타낸 것으 로서 도로 조명기구의 불능 글레어로 인한 시력 감소의 측정치이며, 그 값이 작을수록 글레어는 줄어든다. TI의 크기는 조명기구가 운전자 눈에 생성되는 휘도와 조명기구가 보이는 각도에 따라 달라진다. 계산은 초 기 광속을 유지하고 있는 램프가 장착된 깨끗한 조명기구에 대해 이루어져야 하며, 계산 공식은 물체가 글레 어가 없는 상태에서 (즉, 조명기구를 관측자의 시야에서 차단한 상태) 보이는 수준으로 글레어가 있는 상태 에서도 같은 수준으로 물체가 보이도록 하는데 필요한 휘도의 증가분(%)에 기초한 것이다.

    2. 기존 등주식 조명 대비 낮은 조명의 설계적 특징

    기존 등주식 도로 조명의 경우는 8∼12m에 달하는 설치높이로 인해 광손실, 배광제어 등의 한계로 에너지 낭비가 발생하고, 도로 밖으로 빛 방출이 불가피하여 도시민들의 수면권이 침해되고 있고 심리적 불안뿐만 아니라 생태계 파괴 등의 사회문제가 되고 있다. 또한 설치간격도 20∼40m로 설치되어 주행 중인 운전자 시 각에서 보면 밝은 곳과 어두운 곳이 반복적으로 나타나는 소위 플리커(Flicker) 현상이 발생한다. 플리커 현 상은 일련의 광원으로부터 빛이 작은 주기로 눈에 들어오는 경우, 비정상적인 자극으로서 느끼는 현상을 말 한다. 또한 등주식 조명은 수직 구조물로서 <Fig. 1>와 같이 도로상에 설치되어 운전자에게 눈부심을 주어 피로감을 줄 뿐 아니라 시인성 또한 저하된다.

    반면에 낮은 조명은 <Fig. 2>과 같이 약 2~8m의 짧은 설치 간격과 노면으로부터 약 1m 높이 이하로 설치 되어 도로만을 집중하여 비추기 때문에 등주식 도로조명에 비해 운전자에게 주는 눈부심이 적다.

    Ministry of Land, Infrastructure and Transport(2016)에서는 낮은 조명을 ‘구조물 설치 조명방식’이라는 용어 로 설명하고 있으며, 해당 방식의 장점을 등기구를 설치하는 등주 등이 필요하지 않으므로 다른 방식에 비해 설치비가 저렴하며, 유지관리가 용이하다고 기술하고 있다. 또한, 낮은 위치에 적용되어 빛공해를 해소할 수 있으며, 경관성이 뛰어날 뿐 아니라 교량 구간에 설치 될 경우 등주 등을 활용한 조명방식과 달리 풍압의 영 향을 거의 받지 않고 안개나 우천 시 시인성 확보에 유리하며 조명기구가 구조물에 선형으로 시설되어 시선 유도효과가 뛰어난 장점이 있다고 설명한다.

    Jeong et al.(2012)은 기존 등주식 조명은 넓은 면적을 비추기 위해 높은 위치에서 대용량의 광원을 사용하 여 하향으로 배광되는 형태이므로 운전자 시야 내에 눈분심을 발생시켜 시각 불능 현상이 생김을 언급하였 다. 또한 기존 조명의 경우 지주간 간격(광원간 간격)이 길어 차량이동방향으로 조도가 크게 변화되는 반면 낮은 조명은 상대적으로 광원간 간격이 상대적으로 짧기 때문에 조명시설의 주요 성능기준인 균제도 및 쾌 적감이 상대적으로 높을 것으로 판단하였다. 뿐만 아니라, 서면 설문 평가를 통해 낮은 조명과 기존 등주식 조명의 이용만족도를 분석한 결과 낮은 형태의 조명이 상대적으로 만족도가 높은 것으로 분석되었다.

    Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(2015)에서는 전통적인 등주식 가로등은 광원과 노면의 높이차로 인해 광손실, 누설광 발생, 배광제어의 한계로 에너지 낭비 및 빛공해가 발생하고 시인성 저하가 초래되는 반면에, 낮은 조명은 낮은 설치 높이로 인해 에너지 효율이 높으며 누설광이 최소화되어 광 손실 및 빛공해가 차단되고, 높은균제도가 확보 되었다고 언급하였다.

    Lee et al.(2009)은 낮은 조명은 기존의 높은 폴의 수직부재에서 벗어나 시경관이 쾌적하고, 조명도 차선축 방향으로 균제도가 좋고 도로 이외의 곳을 조명이 비추지 않으므로 광침해가 없다는 장점을 갖고 있다고 언 급한다.

    Lee et al.(2008)은 등주식 조명은 높은 위치에서 조명을 함으로써 우리의 시야 안에서 눈부심을 만들어 내 어 심할 때는 순간적인 시각불능현상까지 만들어 내어 시각적 불편함을 만들지만 라인타입으로 설치된 낮은 조명은 시선유도효과가 좋아 도로선형인식이 용이하여 도로의 진출입부의 확인이 용이하고, 고령자등 시각 약자를 위해서도 좋은 도로조명방식이라고 언급한다.

    3. 시사점

    문헌고찰을 통해 낮은 조명은 기존 등주식 조명에 비해 악천후 시인성 및 주행 쾌적감 확보, 유지보수 용 이, 에너지 절감효과, 빛공해 방지, 설치 시 등주가 필요 없어 설치 장소에 따른 제약사항이 적은점 등 많은 장점을 갖고 있어 설치부터 운영 및 유지관리에 있어서 기존 등주식 조명이 갖지 못한 장점을 갖고 있음을 알 수 있다. 그동안 낮은 조명은 설치간격이 등주식 조명이 비해 짧기 때문에 초기 설치 비용이 높아 시장 진입 및 확대에 난항을 겪어 왔다. 하지만 최근에는 국가R&D사업 등을 통해 낮은 조명의 기구 및 재료적 개 선 등을 통해 등주식 조명의 비용과 대동소이한 경제성을 확보하기도 하는 추세이며, 차량방호책과 결합하 는 등 다양한 방식으로 운전자의 안전을 더욱 확보하는 진보된 형태도 개발되고 있다.

    그럼에도 불구하고 아직 낮은 조명이 실제로 도로조명의 성능을 갖추었는지에 대한 연구는 거의 수행된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는, 개발한 낮은 조명이 ‘도로안전시설 설치 및 관리 지침, 조명시설 편’에서 제시하는 도로조명등급 수준을 만족하는지 실증실험을 통해 검증하고, 도출된 수치를 기존의 등주식 조명과 비교하였다.

    Ⅲ. 조명유형별 시인성능 실증실험

    낮은 조명의 경우는 유형을 등기구의 형상에 따라 스팟타입(Spot Type), 라인타입(Line Type)으로 구분하였 다. 이는 조명이 설치되는 도로의 기하구조 및 장소적 특성에 따라 선택 설치가 가능하도록 유형을 달리하여 개발한 것으로 스팟타입 낮은 조명은 인터체인지 연결로와 같이 도로의 종단 및 평면 선형이 급격히 변하는 구간에 설치하고, 라인타입 낮은 조명은 도로변 방호울타리나 콘크리트 중앙분리대, 강성방호울타리를 포함 한 도로 일반 직선구간에 설치된다. 형상에 따라 설계 특성이 달라 한 개의 등기구가 비추는 배광 범위가 상 이하다. 도로조명으로서의 성능을 갖추면서 경제성을 확보하기 위한 적정 설치 간격은 Spot Type이 2m,. Line type은 8m이다.

    1. 실험 환경

    현 도로조명시설 기준인 ‘도로안전시설 설치 및 관리 지침, 조명시설 편’(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)에 규정되어 있는 평균 노면휘도, 종합 균제도, 차선축 균제도 임계치 증분을 실증으로 측정·비교하기 위한 실험 환경을 구성하였다. 실험 대상지는 <Fig. 3>와 같이 SOC 실증연구센터 내에 위치 한 기상재현 도로실증센터(경기도 연천군 소재)이며 외란광의 영향을 최소화하기 위하여 <Fig. 4>와 같이 터 널형 쉴드에서 수행하였다. 터널형 쉴드는 실도로의 터널환경을 모사하기 위해 구축된 것으로 연장 200m, 높이 16.5m, 폭 17m의 왕복 4차로 횡단면으로 구성되어 있다.

    또한, 도로조명등급 도출에 있어 필요한 젖은 노면 종합균제도의 측정을 위해 <Fig. 5>와 같이 측정영역에 물이 흐를 정도로 노면을 충분히 적시어 노면 습윤상태를 구현하였다.

    2. 비교시료 설치

    본 평가는 전통적인 등주식 조명과 본 연구에서 개발한 스팟타입 낮은 조명(Spot type), 라인타입 낮은 조 명(Line type)에 대한 비교 시료를 설치하였다. 각 조명은 유형에 따라 설계 특성이 달라 설치간격과 설치 유 닛의 개수는 <Table 3>과 같으며, 해당 설치 간격은 실제 도로상에 설치되는 간격과 동일하다.

    일반적인 등주식 조명은 <Fig. 6>와 같이 LED 램프(140W)가 장착된 조명으로 조명의 간격은 통상적으로 도로상에 설치되는 조명간격인 35m로 설치하였다.

    본 연구 개발 스팟타입 낮은 조명의 소비전력은 8W이며 설치 간격은 2m로 하였고 높이는 노면에서 광원 까지 1.0m로 하여 설치하였다. 설치방법은 도로 길어깨 지지 구조물을 설치하여 <Fig. 7>과 같이 부착하고 브라켓을 이용하여 등기구와 지지대를 연결하였다. 스팟타입 낮은 조명은 반사판을 이용한 배광방식이 특징 이다.

    본 연구 개발 라인타입 낮은 조명의 소비전력은 20W이며 설치 간격은 8m로 하였고 높이는 노면에서 광 원까지 1.0m로 하여 설치하였다. 설치방법은 도로 변 쪽에 지지 구조물을 설치하여 <Fig. 8>과 같이 부착하 고 브라켓을 이용하여 등기구와 지지대를 연결하였다. 라인타입 낮은 조명은 렌즈를 이용한 배광방식이 특 징이다.

    3. 측정 장치

    고정식 측정 장치를 이용하여 휘도를 측정하고 기준의 적합도를 검토하였다. 실증실험 시 측정에 사용한 휘도 측정기기는 <Fig. 9>과 같이 독일 TECHNO TEAM 사의 LMK Mobile Advanced 장비를 사용하였으며 측정범위는 0.36 ~ 140 kcd/㎡ 이고 Sensor는 캐논의 550d, 600d CMOS이고 측정 가능 Size는 2,592(H) X 1,728(V)인 대면 휘도계를 사용하였다.

    본 측정기기의 장점은 도로 전용 휘도를 분석할 수 있는 프로그램이 내장되어 있어, 본 측정에서도 도로 조명 분석 Tool을 사용하여 분석하였다. LMK 측정기기의 사양은 <Table 4>와 같다.

    4. 측정 방법

    측정은 KS A 3701 기준을 토대로 진행하였다. <Fig. 10>와 같이 관찰위치에서 바라 보았을 때 세로는 첫 번째 등기구가 설치된 영역부터 마지막 등기구가 설치된 영역, 가로는 1차로, 2차로 모두를 포함한 영역을 계산영역으로 설정하여 측정하였다. 관찰위치는 첫 번째 등기구로부터 60m부터 앞으로 하였다. 측정 시 관 찰위치는 주행차로와 추월차로에서 각각 촬영하였다.

    계산점은 계산 영역에 고르게 분포하여야하기 때문에, <Fig. 11>과 같은 방법으로 진행하였다. 관찰 위치 에서 바라 본 세로방향 계산점 간격(D)는 아래 식으로 결정한다.(1)

    D = S N
    (1)

    여기서,

    • D = 세로방향에 있는 점 사이의 간격(단위: m)

    • S = 같은 행에 있는 등기구 사이의 간격(단위: m)

      • · 스팟타입 2m

      • · 라인타입의 경우 8m

      • · 등주식 조명의 경우 35m

    • N = 다음과 같은 방법으로 선택된 세로방향에서 계산점의 개수

      • · S≥30 m의 경우, N은 D ≤ 3 m로 되는 가장 작은 정수

    계산점의 첫번째 가로 행은 첫 번째 등기구 뒤 D/2에 놓인다. 가로방향 간격(d)는 다음 식으로 결정한다.(2)

    d = W L 3
    (2)

    여기서,

    • d = 가로방향에서 점 사이의 간격(단위: m)

    • WL = 주행선 폭(단위:m)

    가장 바깥쪽 계산점은 주행선 가장자리에서 d/2 지점에 놓인다.

    종합축 균제도와 차선축 균제도는 평균 노면 휘도 측정값을 이용하여 구한다. 종합균제도는 최저값 대 평 균 노면 휘도의 비율로 계산한다. 차선축 균제도는 각 주행차선의 중심선을 따라 세로 방향에서 휘도의 최저 값 대 최고값의 비율로 계산한다. 세로방향으로 있는 측점의 개수는 평균 노면 휘도에 사용되는 측점의 개수 와 같다.

    임계치 증분(TI)은 설비의 초기상태에서 그 값이 가장 클 때에 대해 계산한다. 다음 식으로 계산한다.(3)

    T I = 650 · E e L a υ 0.80 · θ 2 ( % )
    (3)

    여기서,

    • Ee = 관찰자의 눈높이에서 시선과 수직한 평면상에 새 등기구들이 만들어 낸 총 조도

    • Lav = 도로표면의 평균초기휘도

    • θ =각 등기구의 중심과 시선 사이의 각(단위: 도)

    이 식은 0.05 < Lav < 5 [cd/m²]와 1.5˚ < θ < 60˚ 인 경우에 유효하다. Ee는 계산영역 중 관찰방향으로 있 는 첫 번째 등기구에서 부터 마지막 등기구에 대한 것을 합한 것이다. 계산은 위에서 명시한 초기 위치에서 관찰자가 출발하여, 세로 방향의 휘도계산 점으로 사용된 개수와 간격과 동일한 증분으로 관찰자가 앞쪽으 로 움직이면서 반복한다. 계산된 TI 값 중에서 최대값을 사용한다.

    5. 측정 결과

    낮은 조명의 성능을 비교 평가하기 위하여 LMK Mobile Advanced을 활용하여 촬영한 측정 조건별 전경 및 휘도분포는 <Table 5> 와 같다. <Table 5>에서 보는 바와 같이 등주식 조명과는 다르게 낮은조명은 도로 노면만을 집중하여 조사하는 것을 확인 할 수 있다. 각 조건 별로 추월차선과 주행차선으로 구분하여 전체 영역을 측정하고 분석하였다.

    평균 노면 휘도 측정 결과는 <Table 6> 및 <Fig. 12>와 같다. 도로조명기준(M3) 대비 평균노면휘도가 스팟 타입의 경우 17~20%, 라인타입의 경우 18~19% 높은 성능을 보였다. 또한, 기존 등주식 도로조명에 비하여 스팟타입 낮은 조명의 평균노면휘도가 추월차선에서는 38%, 주행차선에서는 37% 높은 성능으로 나타났고 라인타입 낮은 조명의 경우는 등주식 도로조명에 비해 추월차선에서 40%, 주행차선에서 35% 높은 성능으로 나타났다.

    비교 대상 도로 조명 유형별 및 건조 노면과 젖은 노면에 대한 종합균제도 측정 결과는 <Table 7> 및 <Fig. 13>과 같다. 도로조명기준(M3) 대비 스팟타입의 경우 20~35%, 라인타입의 경우 2.5~12.5% 높은 성능을 보였 다. 또한, 건조 노면 시 등주식 도로조명에 비하여 스팟타입 낮은 조명의 평균노면휘도가 추월차선에서는 60%, 주행차선에서는 100% 높은 성능으로 나타났고 라인타입 낮은 조명의 경우는 등주식 도로조명에 비해 추월차 선에서 50%, 주행차선에서 52% 높은 성능으로 나타났다. 젖은 노면에서는 스팟타입의 경우, 도로조명기준 (M3) 대비 193~200%, 라인타입의 경우 253~273% 높은 성능으로 나타났다. 또한, 기존 등주식 도로조명에 비하 여 지점 형 낮은 조명의 평균노면휘도가 추월차선에서는 42%, 주행차선에서는 114% 높은 성능으로 나타났고 라인타입 낮은 조명의 경우는 추월차선에서 81%, 주행차선에서 152% 높은 성능으로 나타났다.

    비교 대상 도로 조명 유형별 차선축 균제도 측정 결과는 <Table 8> 및 <Fig. 14>과 같다. 차선축 균제도는 도로조명기준(M3) 대비 스팟타입의 경우 38~48%, 라인타입의 경우 13~35% 높은 성능으로 나타났다. 또한, 기존 등주식 도로조명에 비하여 스팟타입 낮은 조명의 차선축 균제도가 추월차선에서는 162%, 주행차선에 서는 34% 높은 성능으로 나타났고 라인타입 낮은 조명의 경우는 추월차선에서 138%, 주행차선에서 10% 높 은 성능으로 나타났다.

    비교 대상 도로 조명 유형별 임계치 증분 측정 결과는 <Table 9> 및 <Fig. 15>과 같다. 임계치 증분 도로 조명기준(M3) 대비 스팟타입의 경우 -99%, 라인타입의 경우 -96%의 임계치 증분 값을 보였다. 임계치 증분 의 값은 작을수록 글레어가 줄어들어 운전자에게 좋은 성능을 보이는 도로조명이라 할 수 있다. 기존 등주식 도로조명에 비하여 스팟타입 낮은 조명의 임계치 증분 값이 추월차선, 주행차선에서 모두 등주식 조명에 비 해 -99%의 임계치증분 값으로 나타났고, 라인타입 낮은 조명의 경우는 추월차선에서는 기존 등주식조명에 비해 -92%, 주행차선에서 -99%의 낮은 임계치 증분 값을 보였다.

    스팟타입, 라인타입 낮은 조명의 측정결과를 통해 종합적으로 도로조명등급을 도출한 결과 <Table 10>과 같이 도로조명등급 M3 도출되어, 낮은 조명이 도로조명으로서의 성능을 갖추고 있음을 알 수 있었다.

    Ⅳ. 결 론

    등주식 조명의 구조적 한계로 인해 발생되는 단점을 개선하고, 새로운 방식의 도로조명의 형태로 낮은 조 명이 제시되고 있다. 그러나 낮은 조명이 도로조명으로서의 성능을 갖추고 있는지에 대한 연구는 부족하여 아직 도입이 활발하지 못하다. 따라서, 본 연구에서는 도로조명으로서 요구되는 최소한의 시인성능 기준을 만족함과 동시에 도로이외로 빛 방출을 근본적으로 차단할 수 있는 구조의 낮은 조명을 개발하고 기존 등주 식 조명과 시인성능 비교를 수행한 결과를 제시하였다. 비교결과, 기존 등주식 도로조명에 비해 평균노면휘 도, 균제도, 임계치 증분 측면에서 상대적으로 우수한 값을 나타내었고, 도로조명등급 또한 M3로 도출 되어 도로조명으로서의 역할을 수행할 수 있는 결과를 보였다. 특히 상대적으로 조명의 설치높이가 낮고, 간격이 좁은 낮은 조명의 경우는 종합균제도 및 차선축 균제도 측면에서 기존 등주식 조명에 비해 우수한 성능을 나타냈다. 낮은 조명 유형간 비교에서는 스팟타입 낮은 조명형식이 라인타입 낮은 조명형식에 비해 균제도 측면에서 상대적으로 우수한 성능을 나타내었다.

    본 연구를 통해 도로조명으로서 낮은조명의 성능을 입증 하였을 뿐만 아니라, 설치 위치 특성으로 인해 기존 등주식 조명에 비해 균제도 측면에서 유리한 것을 알 수 있었다. 다만, 본 연구범위는 장비를 이용한 시인성능에 대한 물리량을 측정한 것으로 향후 피실험자를 대상으로 정성적인 평가도 동시에 수행되어 본 연구결과와 비교적으로 검토 됨이 필요할 것으로 본다. 또한, 아직 낮은 조명은 시장 도입 초기에 있는 시설 물로서 현장에서 설치되었을 때의 문제점 등은 아직 국내외 적으로 연구가 부족한 상태로, 실제 도로에서 중 장기 운영을 통해 파악이 필요하므로 본 연구는 낮은 조명의 장점만 입각하여 연구한 한계가 있다. 향후 낮 은 조명의 문제점과 실제 도로상에 적용 시 문제점에 대하여 파악하고 이를 개선하기 위한 방안의 연구와 추가적으로 우천, 강설, 안개 등 다양한 악천후 상황에서 측정을 통해 악천후 시 낮은 조명 성능을 입증할 수 있다면 낮은 조명의 도입이 더욱 활발해질 것으로 판단된다.

    ACKNOWLEDGEMENTS

    본 연구는 국토교통과학기술진흥원 국토교통기술사업화지원사업인 ‘야간 악천후 시 시인성 확보가 가능 한 에너지 자립형 낮은 조명시스템 개발(18TBIP-C112826-03)’의 연구비 지원에 의해 수행되었습니다. 연구지 원에 감사드립니다.

    Figure

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    Pole Type Lightings

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    Low-Level Lightings

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    Center for Road Weather Proving Ground in Yeoncheon

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    Tunnel Shield

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    Wet Surface for Road Lighting Tests

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    Pole Type Lightings(140W)

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    Spot Type Low-Level Lightings(8W)

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    Line Type Low-Level Lightings(20W)

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    Luminance Measurement Equipment ; LMK

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    Luminance Measurement Layout

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    Luminance Measurement Points

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    Average Road Surface Luminance By Type of Lightings

    KITS-17-185_F13.gif

    Overall Uniformity By Type of Lightings

    KITS-17-185_F14.gif

    Longitudinal Uniformity By Type of Lightings

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    Threshold Increments By Type of Lightings

    Table

    Lighting Class of Road Lightings(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)

    Criteria of Road Lightings(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2016)

    Installation Layout of Road Lightings

    Specification of Luminance Meter

    Measurement of road lightings

    Average Road Surface Luminance Measurement Results

    Overall Uniformity Measurement Results

    Longitudinal Uniformity Measurement Results

    Threshold Increments Measurement Results

    Road Lighting Class of Low-Level Lightings

    Reference

    1. Commission Internationale de I’Eclairage(2010), CIE 115:2010 : Lighting of roads for Motor Motor and Pedestiran Traffic.
    2. JeongJ. H. , LeeS. K. , KimW. S. and LeeM. A. (2012), “ Effectiveness of Road Lighting on Dirver’s Vision ,” International Journal of Highway Engineering, vol. 14, no. 4, pp.125-131.
    3. Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(2015), Infra-Independent Line Lighting System Commercialization, pp.1-2.
    4. LeeM. A. , HwangI. T. and KimH. (2009), “ A study of the Development of Lighting Equipment on Low height orad Lighting ,” Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, vol. 23, no. 8, pp.1-7.
    5. LeeM. A. , KoY. J. , KimH. and HwangI. T. (2008), “Direction to Develop Line Type Roadway Lighting,” Korean Society of Design Science, pp.356-357.
    6. Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2016), Guideline for Road Safety Facility Installation and Management Lightings-, pp.12-35.

    저자소개

    Footnote