Ⅰ. 서 론

1. 연구의 배경 및 목적

과적차량은 고속도로에서 큰 사고피해를 유발하는 위협적인 존재가 되고 있을 뿐만 아니라 그 피해를 경제 적 가치로 환산하면 연간 손실비용이 324억원에 달하고, 과적차량 1대가 지나가는 것은 승용차 39만대가 다 니는 손상과 같으며, 사망사고 유발비율은 승용차의 4배 이상을 차지한다(Korea Expressway Corporation, 2012). 우리나라는 도로법 77조 및 동법 시행령 79조와 도로교통법 39조 및 동법 시행령 22조에 의해서 총중량 40톤, 축중량 10톤의 중량제한을 하고 있으며(National Law Information Center, 2018), 이를 근거로 국토교통부, 지방 자치단체, 한국도로공사, 민자도로 관리자 등 각 도로관리청에서는 과적차량에 대한 단속을 시행하고 있다. 고속국도의 경우, 과적 단속은 주로 톨 게이트에 설치된 고정식 저속 축중기를 활용하여 진입 혹은 진출하는 차량의 중량을 검측하여 고발하는 방식을 사용하고, 일반국도의 과적 단속은 고정식 저속 축중기가 설치된 과적검문소와 이동식 축중기를 활용한 이동식 단속반을 운영하여 검측하여 고발하는 방식을 사용한다. 하지 만 현행 고정식 및 이동식 단속방식만으로는 다양한 회피를 자행하는 과적차량을 완벽하게 단속하는 것은 현 실적으로 어려운 실정이다. 이동식 단속반의 경우 단속패턴(요일, 시간, 장소 등)이 화물차 운전자들에게 대부 분 알려져 있으며, 만일 불시 이동식 단속이 진행되더라도 무전기 혹은 휴대전화 등을 통하여 실시간 단속 현 황이 빠른 속도로 공유되어 단속지점 외 다른 경로로 우회하는 회피가 빈번히 일어나고 있는 실정이다. 이러 한 축조작 행위, 주행 중 과적행위 그리고 단속 회피 등을 적발하기 위해서는 사후단속에 치중한 현재 과적방 지 정책을 사전 예방으로 패러다임을 전환하여 대응할 필요가 있다. 따라서 차량에 직접 탑재하여 축조작 및 주행 경로 및 위치에 상관없이 언제든지 과적상태를 측정하고, 궁극적으로 운행 사전에 과적을 예방할 수 있 는 자중계의 도입이 검토될 필요가 있다. 자중계는 화물차 운전자들이 자신의 화물무게를 인지하지 못함에서 오는 부득이한 과적을 방지하기 위해서 반드시 필요한 기술로, 일본의 경우 과적방지 대책으로 1968년부터 “토사 등을 운반하는 대형차량에 의한 교통사고의 방지 등에 관한 특별조치법”을 제정하여 토사 운반 5톤 이 상 덤프차량에 자중계 설치를 의무화하였다. 자중계 기술은 국내에서는 널리 퍼져있는 상황은 아니나, 해외에 서는 물류 운송차량 등에 많이 사용 중이다. 국내에서 해외제품이 확산 되지 못하는 이유는 경제적인 사정이 가장 큰 요인으로, 국내 화물차 차주들은 높은 정확도와 낮은 가격, 짧은 설치시간 등을 원하기 때문에 고가 의 로드셀을 사용하는 해외 제품은 국내에 적용 시도조차 되지 못하는 실정이다.

본 연구에서는 자중계와 GPS, 모뎀을 연동한 시스템을 시험차량에 시범설치 후 원격 모니터링을 통하여 과적운행패턴을 규명하고, 자중계 설치 시 과적 예방효과와 운송 효율성에 대하여 분석하고자 하였다.

장기 모니터링을 통하여 화물차 운전자가 본인 차량의 적재중량을 인지하게 됨으로써 운송 효율을 높이 되 과적은 방지하게 되는 효과를 정량적으로 분석하고 혹은 화주 등의 요구로 고의 과적으로 주행을 하게 되는 경우, 단속 회피 경로 등의 과적 운행패턴을 분석하여 향후 화물차량의 과적 예방정책의 기초자료로 활 용할 수 있는 분석결과를 확보하고자 하였다.

Ⅱ. 기존 사례 및 문헌 고찰

1. 과적 관련 연구

도로포장의 손상과 그에 따른 손실비용을 분석하는 연구에서 Agus et al.(2010)은 조사대상 도로구간의 60% 이상이 과적차량에 의하여 러팅 등의 손상이 발생하였다고 보고하였으며 조사구간 140.63km 중 손상된 구간의 복구비용을 Damage Factor 및 Deficit Design Life를 기반으로 계산하여 47.2억으로 추정하였다.

또한, Kwon et al.(2012)은 고속축중기를 설치한 고속도로 2개 노선의 단속 전·후 교통량 및 축하중 데이터 를 분석한 결과, 화물교통량의 총중량을 누적하여 단속 전·후를 비교한 결과, 총중량 44~48톤 범위의 운행차 량들은 경우 약 53%가 감소하였으며, 총중량 48톤 이상으로 운행한 차량들은 단속 전에 비해 약 91%가 감 소한 것으로 나타나 고속축중기에 의한 과적중량 감소 및 과적차량 운행 억제효과를 분석하였다.

한편, Lee(2013)은 계층적분석방법(AHP기법)을 이용하여 사업용 화물자동차의 과적원인을 나누고 계층분 석을 통해서 주요원인을 도출하였고, 이를 개선하기 위한 관련 법률개정 및 행정집행 강화, 면세유 지급, 수 송문화 제고 방향 등을 제시하였다. 이는 본 연구의 주제인 화물차량 운행패턴 분석을 통한 단속효율 강화 및 자중계 도입을 통한 과적예방 방안의 필요성을 뒷받침하는 근거 자료로 활용할 수 있다. 과적단속을 실시 할 경우, 고속축중기 설치 구간을 우회하는 교통량 변화추이를 분석하기 위하여 Choi et al.(2016)은 고속축중 기를 이용한 과적 시범단속 자료를 바탕으로 과적단속 전후의 교통량 및 총중량 변화를 분석하였으며, 이를 평소 화물차종 별 과적 운행비율을 비교하여 단속 시작일에 급격하게 교통량이 감소하는 운행패턴의 변화를 보고하였다.

2. 기술 분류에 따른 자중계 제품 현황

본 연구에서는 화물차량 탑재형 자중계의 자중계 설치 시 과적 예방효과와 운송 효율성에 대하여 분석하 기 위하여 먼저 제품동향 및 국내외 활용현황에 대하여 기존 문헌을 살펴보았다. Lloyd et al.(2010)은 2007~2009년 동안 Transport Certification Australia(TCA)에서 실시한 대형트럭 중량모니터링 적용성 시험 결과 를 분석하였는데, 이 연구결과에 따르면 자중계는 차량의 중량을 측정하는 방식에 따라 크게 로드셀, 에어서 스펜션 압력, 적재함 실린더 유압 타입의 세 가지 제품 군으로 분류가 가능하다. 초기에는 로드셀과 압력계 (유압, 공압) 등의 타입이 영국, 미국, 일본 등에서 개발하였으나, 가격 및 차량 구조 상의 제한적인 적용으로 인해 국내에는 아직까지 널리 활용되고 있지 못한 실정이다. 그 이외의 방식은 변형율 센서를 축에 설치하는 방식과 스트레인게이지를 판스프링이나 프레임에 부착하는 방식, 그리고 축과 프레임의 높이 변화를 포텐셔 미터 방식으로 측정하는 방식이 있다(Transport Certification Australia, 2009). Fig. 1

1) 로드셀 타입

로드셀 타입의 자중계는 저울과 같은 원리로 중량측정 로드셀을 화물차량의 적재함 밑에 설치하여 짐을 저울에 올리는 것처럼 측정하는 방식을 사용한다. 이를 위해서는 차체를 분해하여 용접 및 볼트 작업을 통해 서 고가의 로드셀을 차체 프레임에 설치해야 하는 차량의 대수선 작업이 요구되며, 따라서 높은 설치비용과 3~4일의 설치 시간이 소요된다. 그러나 고정밀도의 로드셀을 사용함으로써 적재무게에 대해 오차율 ±1% 이 내의 높은 정확도 확보가 가능하다(Vishay Precision Group, 2019).

2) 에어센서 타입

에어센서 타입의 자중계는 에어서스펜션의 에어스프링에 에어 압력센서를 연결하여 에어 압력을 측정하 여 무게로 변환하는 방식을 사용한다. 에어서스펜션은 보통 1개의 에어 챔버에서 4개의 에어 스프링에 공기 를 주입하기 때문에 에어압력센서 1개로 대략적인 무게 변화를 확인할 수 있다(Right Weight, 2019). 그러나 정확한 축하중을 측정하기는 어려우며, 국내 대부분의 화물차량은 판스프링과 에어스프링이 조합된 경우가 많아 결국에는 판스프링 축의 축하중 측정방법에 대한 해결방법이 필요하다. Fig. 2

3) 유압계 타입

유압계 타입의 자중계는 트럭의 적재함을 들어 올리는 유압실린더에 유압계를 설치하는 방식을 적용하여 계량기형의 적재하중을 간접적으로 측정하므로 기계식이라도 불린다. 이러한 방식은 덤프 실린더가 있는 차 량에서만 사용이 가능하여, 무게를 적재한 후 유압실린더에 압력을 살짝 넣어서 적재함을 약간 들어 올릴 때 의 유압을 적재무게로 보는 방식이기 때문에 카고 트럭, 트레일러 차량에서는 적용에 어려움이 있다. 계량기 를 통해 눈금을 읽음으로써 오는 읽기 오차 이외에도 유압은 온도 팽창율에 따라 달라져 계절적인 오차가 발 생될 수 있기 때문에 정확도가 낮고 저가형이 대다수를 차지한다. 운전자가 짐을 실을 때마다 차에서 내려서 무게를 확인해야 하는 번거로움도 있으며, 덤프 실린더의 압력만을 측정하다보니 총중량만 추정이 가능하다. Fig. 3

4) 변형/포지셔닝센서 타입

변형/포지셔닝 센서 타입의 자중계는 적재중량에 의하여 직접적으로 변형이 발생하는 구조 부위에 스트레 인게이지나 포지셔닝 센서를 적용하여 중량으로 환산하는 방식을 사용한다. 변형센서의 경우, 바디 프레임의 물리적 변형이 많이 발생되는 부위에 센서를 부착하여 측정하며, 주로 스트레인게이지 타입을 사용하여 변 형에 의한 저항의 변화를 측정하고 이를 중량으로 환산하는 방식을 적용한다.

포지셔닝 센서의 경우, 바디 프레임과 축 샤프트 사이의 물리적 거리나 적재물에 의하여 발생되는 높이변 화에 의한 각도를 간적접으로 측정하여 중량으로 환산하게 되는데, 이 방식은 정확도는 낮으나 자체 바디를 분해하지 않아도 되어 설치비용이 적게 드는 장점이 있다. Fig. 4

5) 경사센서 타입

경사센서 타입의 자중계는 상용차 현가장치로 주요 사용되는 판스프링에 경사센서를 부착하여 무게를 측 정하는 시스템으로 축의 좌우에 있는 판스프링에 각각 센서를 부착하여 데이터를 취득한 후, 중량환산 알고 리즘을 통해서 축하중으로 환산하는 방식을 사용한다. 축하중을 표시할 수 있는 기능은 적재중량 혹은 총중 량만을 측정할 수 있는 기존 해외에서 사용하던 네 가지 대표 제품군에 비해 차별화된 기능이며, 이 때문에 경사센서를 활용한 제품은 국내에서 과적 단속 예방용으로 적용되고 있으며, 본 연구에서도 본 제품을 활용 하여 연구를 진행하였다. Fig. 5

3. 자중계 활용 현황

1) 일본의 의무장착 사례

일본은 1968년에 자중계를 설치하는 것을 의무화하는 법령으로 “토사 등을 운반하는 대형차량에 의한 교 통사고의 방지 등에 관한 특별조치법”의 제정하였다. 토사 운반 5톤 이상 덤프차량에 자중계 설치를 의무화 한 이 조치로 인하여 과적 발생이 60% 이상 감소, 사망사고도 75% 이상 감소하는 효과를 거두었다(e-Gov Japan, 2018). 이는 덤프트럭의 과적에 의한 사고가 다발하고 적재장치에 보조프레임을 설치하는 등 최대적재 량의 증가를 노린 불법개조를 막기 위해 입법된 조치로, 자중계는 화물차의 내부에서 운전자가 과적여부를 확인하고 단속자의 확인을 위해서 밖의 왼쪽에서 보기 쉬운 위치에 설치해야 한다고 규정하고 있다. 또한 1 년마다 검사를 받아 교부된 자중계 기술기준 적합증을 자동차에 비치해 두어야한다(Tokyo Department of Finance, 2016). 일본 정부는 자중계 설치의무 폐지민원에 대하여 덤프트럭의 과적은 엄청난 사고로 연결되고 도로에 손상을 줄 우려가 있으며, 자중계를 대체할 과적 방지 대책 수립이 어렵기 때문에 자중계의 설치 의 무규정을 폐지할 의사가 없음을 분명히 하고 있다(Environmental Industries office of japan, 2016).

2) 국내 과적 예방용 활용 현황

국내 시장에서 자중계는 2013년도부터 약 2,000여대의 일반 화물 차량에 설치 된 것으로 조사되었으며, 설 치 차종은 주로 4축 덤프와 5축 카고 차량이 대다수를 차지하였다. 이는 화물차량 운전자들이 과적 단속에 적발되지 않기 위하여 자가 측정 용도로 장착하는 경우로, 운전자는 별도의 계량 없이 운전석에서 실시간으 로 차량의 중량(총중량, 적재중량, 축하중)을 확인 할 수 있어 화물차량의 과적을 사전에 예방하는 용도로 활 용하고 있다. 또한 운전자가 상차지에서 상차 시 적재하중을 직접 확인하여 화주의 예약과 달리 부당한 과적 요구나 축 분배에 따른 앞/뒷 쏠림 현상을 사전에 방지하고 가동축을 활용 여부를 결정하는 용도로도 활용 되고 있다. 자중계 장착 후에는 원거리에 있는 계근소까지 중량 확인을 위하여 이동하거나 과적단속을 우려 하여 우회로로 원거리를 주행할 필요가 없어 운전자들이 선호한다. Fig. 6

3) 국내 자동차 제조사 및 관공용 활용 현황

자동차 제조사 및 관공용으로 자중계를 설치하는 경우에는 특별한 목적에 의하여 설치하는 경우가 있었 는데, 트라이 뎀 덤프에 옵션 장착된 자중계는 차량의 특수한 구조로 인하여 1축의 하중이 일반적인 덤프에 비해 높아짐에 따라 안전한 주행 환경을 위하여 1축에만 설치하여 조향축의 축 하중 분배를 모니터링 할 수 있도록 하였다. 공공사업용으로는 환경부에서 “가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 및 시행령, 시행규칙” 을 2018년 고시 제정하여 자중계의 의무장착을 국내 최초로 실시하였으며, 가축분뇨 수집 운반 차량에 IoT 기술이 적용된 중량센서, 위성위치확인서비스(GPS), 영상정보처리장치, 무선통신망 등을 설치해 실시간으로 위치와 중량, 영상 등의 정보를 수집 관리하고 있다. 현재 환경관리공단에서 약 1,400 대의 차량이 설치 운영 중이며, www.lsns.or.kr 웹 플랫폼을 운영하여 가축분뇨 배출에서, 운반․처리, 액비살포까지 이동현황과 양의 변화를 전자적으로 관리하여 분뇨 무단 살포 등 불법 행위 적발에 활용하고 있다. 또한 수집된 정보는 국토 지리정보, 새올행정정보시스템 상의 인허가 정보 등과 접목한 빅 데이터 분석을 통해 분뇨 무단살포 등 불법 행위 적발과 분뇨관리정책에도 활용되어진다(Korea Environment Corporation, 2019). Fig. 7

Ⅲ. 자중계 시범설치 차량 운영

본 연구의 자중계 시범설치 및 모니터링은 화물차량의 운행패턴을 실제 운행사례를 중심으로 체계적으로 조사하고, 장기간 모니터링을 통하여 운송효율에 대하여 분석하고자 하는 것이다. 이를 통하여 자중계 설치 전 화물차량 운전자가 자기중량 미인지로 인하여 발생할 수 있는 과적 운행과 자중계 설치 후 화주의 요구 혹은 운전자의 선택으로 인한 고의 과적 운행에 대하여 설치 전후 과적운행패턴의 변화와 과적 예방효과를 분석하고자 하였다. 또한 자중계 시범설치 차량의 상차 시 적재중량을 장기간 모니터링함으로써 설치 전후 운송효율의 변화를 파악하고자 한다. Fig. 8

1. 시험차량 선정 및 시범 설치

1) 시험차량 선정

자중계 시범설치를 위하여 시험차량을 선정하기 위해서는 먼저 과적 운행을 많이 하는 차종과 적재물에 대한 분석이 필요하다. 5개 지방국토관리청 및 18개 국토관리사무소, 지자체(16개 시ㆍ도)는 일반국도 및 시 군도/지방도를 관리하고 있는데, 각 지방자치단체 및 국도사무소에서 기록한 단속자료들은 건설 CALS시스 템 내의 과적 과태료부과 시스템에 취합 저장되고 있다. 이러한 과적단속 정보는 차종, 각 축중량 위반 중량, 총중량 위반중량, 단속위치 및 시간, 화물 종류 등 상세한 내용을 포함하고 있으며, 시험차량을 선정하기 위 하여 이 데이터를 바탕으로 주요 과적운행패턴에 대하여 분석하였다. 과적운행패턴 분석을 위하여 2014년부 터 2018년까지의 과적 적발 데이터를 확보하여 분석을 수행하였으며(Construction Continuous Acquisition & Life-Cycle Support, 2019), 과적운행을 많이 하는 차량이 어떤 차종이며, 어떤 적재물을 운반하는지 등을 검토 하여 시험장착 모니터링을 진행할 대상차량을 선정하고자 하였다.

<Fig. 9>는 2017년 건설 CALS시스템에 기록된 과적단속 정보 중 축하중과 총중량 위반차량을 차종별로 구분하여 나타낸 그림이다. 차종 분류 데이터에서 4축과 5축 차량 그리고 덤프트럭이 과적을 많이 한 것으로 나타났으며, 특히 총중량 위반보다 축하중 위반의 빈도수가 더 많이 나타났던 것을 확인할 수 있다. 축하중 과적은 특히 4축 차량의 3축(Axle-3)과 4축(Axle-4)에서 각각 946건, 834건으로 가장 높은 빈도수를 보였고, 총중량 과적(GVW)은 4축 차량과 5축 차량에서 각각 772건과 685건으로 가장 높은 빈도수가 나타났다.

한편, 건설 CALS시스템에서 기록된 과적단속 정보의 적재물 종류는 총 800종이 넘을 정도로 다양하게 분 류되어 있으며, <Fig. 10>과 같이 2014년부터 2018년까지 적발된 과적차량의 적재물 종류를 분석한 결과, 토 사(Soil or Sand), 골재(Aggregates), 건설장비운반(Construction Machinery), 건축폐기물(Construction Materials) 혹 은 각종 폐기물과 고철(Steel Materials) 등이 주요 과적 적재물의 품목으로 나타났다. 특히 건설기계는 1,770 건 (21.92%) 골재는 1530건 (18.95%), 철재류는 1480건 (18.33%), 토사류는 1,421건 (17.60%)순으로 주요 과적 적재물의 분포가 나타났다.

따라서 시범 설치 대상 차량으로는 총중량 및 축하중 과적 위반이 가장 제일 많은 차종인 4축 및 5축 차 량을 선정하고, 주요 적재물로는 건설기계, 골재, 철재류, 토사류를 운반하는 차량을 선정하는 것이 타당할 것으로 판단하였다.

2) 시범 설치

시험차량은 4축 덤프트럭 6대, 5축 카고트럭 4대로 총 10대를 선정하였으며, 주요 적재물의 종류는 골재, 토사류, 철재류, 우드 등의 종류를 운반하는 차량으로 구분하여 선정하였다. 주요 적재물은 대상 차량 운전 자들과의 면담을 통하여 파악하였으며, 적재물 중 건설기계의 경우, 대부분 6축 이상의 저상 트레일러 등을 이용하여 특수 목적에 의하여 운반하는 경우가 대다수로 섭외 및 자중계 설치가 어려워 모니터링 대상 적재 물에서 제외하였다. Fig. 11

또한 과적의 유형을 보면 총중량 과적보다 축하중 과적이 더 많이 적발되기 때문에, 시범 설치용 자중계 는 총중량뿐만 아니라 축하중을 모두 표시할 수 있어야 하므로 경사센서 타입의 시스템을 선정하였다. 운행 패턴을 장기간 원격 모니터링하기 위하여 GPS 및 모뎀과 연동할 수 있도록 제조사의 도움을 받아 설치하였 으며, 위치 및 중량 정보를 분당 1회 수집하여 원격 모니터링 서버로 주기적으로 송신하도록 구성하였다.

선정된 대상차량 운전자에게 시험목적을 설명하고 연구목적을 위하여 개인정보 수집에 대한 동의서를 받 은 후, 자중계를 설치하였다. 시험차량 운전자는 설치 후 약 1~2개월간은 중량을 확인할 수 없이 운행하였으 며, 그 이후부터 중량을 확인 할 수 있는 스마트폰 앱을 배포하여 운행하도록 하여 자중계 설치 전후 효과에 대하여 비교 분석하고자 하였다. <Fig. 10>은 장기 모니터링을 위하여 설치된 자중계와 섭외 차량 이미지이 며, <Table 1>는 시험에 참여하기로 한 시험차량 리스트이다.

2. 모니터링 플랫폼 운영

1) 모니터링 플랫폼 구성

모니터링 서버는 웹 클라우드 서비스인 AWS의 EC2 서비스에서 리눅스 t2.micro 인스턴스를 오픈하여 안 전한 데이터 수신과 향후 설치 차량 확대에 따른 확장이 손쉽게 가능할 수 있도록 구성시켰다. 이를 도메인 “admin.truckcaliber.com”과 연결하여 웹 플랫폼에서 접근하여 실시간 현황 및 이력 데이터를 확인할 수 있도록 UI를 구현하였다. 자중계와 서버 간의 통신 방식은 LTE 망을 활용한 TCP/IP 통신을 사용하여 자중계에 저장 된 IP와 PORT 그리고 프로토콜의 키 값을 활용하여 수신 권한을 부여하였다. 프로토콜은 IoT 서비스답게 Json 타입으로 구현하여 AWS의 RDS 기능을 활용해 직접 데이터베이스로 저장 할 수 있도록 구성하였으며, 차량의 시동 시 장치의 상태와 설정 변수를 확인 할 수 있는 Product 코드와 중량 및 위치 정보가 기록되어 주 기적으로 송신되는 Data 코드의 2종류로 구분하여, 모니터링 중 발생하는 센서의 결함이나 오동작 데이터를 분석 데이터에서 제외할 수 있도록 설계하였다. 데이터베이스는 무결성과 높은 정확성을 보장할 수 있는 관 계형 DB인 PostgreSQL로 개발하였다. 전체 모니터링 플랫폼의 자세한 구성도는 아래 그림 <Fig. 12>와 같다.

2) 운영 결과 및 그룹 분류

모니터링 플랫폼 운영 결과, 2018년 09월 10일부터 2019년 09월 20일까지 약 12개월간 10대의 자중계 시 범 장착 차량으로부터 총 760,588개의 데이터를 획득하였다. 이는 1분 간격으로 수신된 데이터이므로 약 차 량 당 약 53일 동안 무휴 운행하였을 때 수신할 수 있는 방대한 양의 데이터로, 이를 처리하기 위하여 비즈 니스 인텔리전스 및 분석 소프트웨어인 Tableau를 활용하여 분석을 수행하였다.

수신된 데이터로부터 중량정보 변화를 감지하여 공차에서 만차로 적재중량이 증가하는 시점을 상차시점 으로, 당시 중량을 상차중량으로 추출하였으며, 다시 공차로 적재중량이 감소하는 시점을 하차시점으로 인식 하고 상차시점에서 하차시점까지의 과정을 하나의 싸이클로 추출하여 운송횟수(Loading cycle)를 도출하였다. 12개월간 10대의 시험 차량의 누적 운송횟수는 총 4,642회로 분석되었으며, 각 차량별 일일 운송횟수(Daily Loading cycle)와 운송횟수별 평균 주행거리(Average Distance) 및 평균 총중량(Average GVW)을 도출한 결과 는 <Fig. 13> 및 <Table 2>와 같다. 그리고 이 결과를 토대로 시험차량의 운행패턴을 분석하기 위하여 A, B, C 세 가지 그룹으로 분류하였다. 먼저 그룹 A는 대부분 5축 카고로, 누적 운송횟수가 25~275회이고 일일 운 송횟수가 1.1~2.8회 이하로 많지 않으나 평균 주행거리가 116~324km로 장거리 운행패턴을 많이 하고, 주로 메탈슬러그 같은 원재료나 목재 등의 정형화된 적재물을 주로 운송하는 그룹이다. 그룹 B는 대부분 4축 덤 프로, 누적 운송횟수가 535~1,478회이고 일일 운송횟수가 3.9~8.0회로 많으나 평균 주행거리가 36~112km로 주로 단거리 운행패턴을 많이 하며, 토사나 골재를 주로 비정형화된 적재물을 운송하는 그룹이다. 그룹 C는 누적 운송횟수가 25회로 많지 않으나 일일 작업횟수가 5.0회이며, 평균 주행거리가 462km로 장거리 운송을 하는 그 외의 그룹으로 분류하였다.

Ⅳ. 모니터링 데이터 분석 결과

1. 과적 운행경로 분석

모니터링 데이터를 분석을 통하여 과적상태에서 자중계 시범 장착차량의 운행경로를 분석하고자 하였다. 현 행 과적단속 방식은 차량의 흐름을 통제한 상태에서 중량을 측정하는 고정식 단속 또는 이동단속반원들이 이동 식 축중기를 가지고 혐의차량을 선별적 단속하는 이동식 단속을 사용하고 있다. 국토교통부, 지방자치단체, 한국 도로공사, 민자도로 관리자 등 각 도로관리청에서 관리하는 고정식 혹은 이동식 단속지점의 GPS 좌표를 획득한 후, 이를 시험 차량의 운행경로와 같은 지도상에 맵핑하여 중량에 따른 운행경로 변화를 분석하였다. 국내 과적 의 법정기준은 총중량 40톤, 축하중 10톤이나, 단속 장비의 오차를 고려하여 총중량 44톤, 축하중 11톤에 단속을 수행하고 있으며, 실제 화물차량 운전자들은 총중량 44톤을 기준으로 상차를 하기 때문에 현장 실정을 반영하여 법정기준이 아닌 단속기준에 맞춰서 과적상태를 분류하였다. 운행경로의 비교분석을 위하여 <Fig. 14> ~ <Fig. 16> 과 같이 좌측은 정상 운행상태, 우측은 과적 운행상태로 필터링한 후 지도상에 맵핑하였으며, 시험 차량의 운행경로는 중량에 따라 색상의 변화를 준 작은 원으로, 단속지점은 붉은색 큰 원으로 지도상에 표기하였다.

분석결과, 정상상태의 운행경로는 아래 그림의 좌측과 같이 이동식 단속지점(Checkpoint)와 고정식 단속지점 (Weighing station)을 모두 지나서 운행하는 경우가 대다수 포함되어 있었으나, 과적상태에서의 운행경로는 이러한 단속지점을 대부분 회피하여 주행하는 것으로 나타났다. 특히 고정식 단속지점의 경우, 거의 모든 시험차량이 과 적상태의 운행경로에 포함되지 않았으며, 고정식 단속지점을 거친 경로로 운행하는 경우엔 모두 안전 중량까지만 상차한 후 운행을 하는 것을 확인할 수 있었다. 한편 <Fig. 16> 과 같이 이동식 단속지점의 경우에는 때때로 과적 운행상태에서 경로에 포함되는 경우가 있었는데, 이는 이동식 단속이 상주 인원이 없이 간헐적으로 단속이 이루 어지는 것이 주요 원인으로 판단된다. 또한 이동식 단속은 고정식 단속처럼 모든 차량에 대한 검측이 이루어지는 것이 아니라 단속원의 자의적 판단에 의하여 과적의심차량을 선별하거나 임의의 화물차량을 대상으로 운행을 통 제 후 검측을 수행하기 때문에 운전자들이 단속될 확률이 낮다고 판단하는 것으로 보인다. 과적상태의 운행도로 는 고속도로보다는 주로 국도 혹은 지방도가 많았으며, 국도보다는 지방도나 시군도를 이용하는 경우가 많았다. 이는 고속도로의 경우 한국도로공사에서 영업소 톨 게이트에 설치된 고정식 축중기를 이용하여 단속을 수행하기 때문에 운전자들이 경로로 선택할 때 기피하는 경향이 큰 것으로 보이며, 국도의 경우 국토교통부 국도관리청 예 하 이동단속반 전담인력을 운영하며 단속을 수행하고 있으나 상대적으로 단속이 적은 지방도 및 시군도도 우회 하면서 국도를 운행하는 것이 단속회피에 좀 더 용이한 경로라고 생각하기 때문으로 판단된다.

2. 과적 운행패턴 분석

시험차량 선정 및 시범설치에서 언급한 것과 같이 자중계 장착 전후 비교를 위하여, 모니터링 플랫폼을 운영한 2018년 09월 10일부터 2019년 09월 20일까지 약 12개월 중, 2018년 09월 10일부터 약 1~2개월간은 운 전자에게 단말기를 지급하지 않고 중량을 확인할 수 없는 상태에서 평소 습관대로 운행하도록 하였으며, 그 이후 중량을 확인할 수 있도록 스마트 폰 앱을 배포하여 시범 설치한 자중계로부터 측정된 중량 정보를 확 인 후 운행하도록 하였다. 과적 운행패턴 분석을 위하여 과적을 하지 않은 정상상태에서의 중량 및 운행거 리, 운행 시간의 평균값과 과적상태에서의 평균값을 비교하였으며, 또한 이를 중량인지 전과 후로 비교하여 어떤 변화가 생기는지 분석하였다.

1) 정상상태 운행패턴

정상 운행 시의 분석결과는 아래 <Table 3> 및 <Fig. 17>과 같다. 장거리 운행을 주로 하며 부피가 정형화 된 원재료나 목재 같은 적재물을 주로 운송하는 그룹 A의 경우, 평균 총중량(GVW)은 중량 인지 전(Before) 33,129kg, 중량 인지 후(After) 31,925kg으로 나타났다. 그러나 오히려 단거리 운행을 주로 하며 부피가 비정 형화된 토사나 골재를 주로 운송하는 그룹 B의 경우, 평균 총중량은 중량 인지 전은 37,480kg, 중량 인지 후 는 38,133kg으로 중량 인지 후에 더 높게 나타났다. 이는 적재중량이 거리에 비례하기보다는 적재물의 종류 에 따라 좌우된다는 것을 알 수 있으며, 비정형화된 적재물의 경우 정형화된 적재물에 비해 정확한 적재중량 을 유추하기가 어렵기 때문으로 판단된다. 타 그룹의 경우, 1개월을 운행한 중량인지 전에 비하여 중량인지 후 정상 운송횟수가 크게 늘어나고 저 중량의 적재물을 운송한 결과가 합쳐져 평균 운송중량이 감소하였다. 그러나 비정형화된 적재물을 운송하는 그룹 B의 경우에는 다른 그룹과는 다르게 중량인지 전보다 중량인지 후 적재중량이 502kg이 증가하는 것을 확인하였으며, 이는 자중계 설치 후 유추하기 어려웠던 비정형화된 적재물의 중량을 인지하면서 운송 효율이 더 좋아진 것으로 추측된다. 이것으로 볼 때 자중계는 특히 적재물 을 중량을 유추하기가 어려운 비정형 적재물, 즉 토사 및 골재 등을 운송하는 건설기계 차량에 설치된다면 운송효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다.

2) 과적상태 운행패턴 분석

과적상태의 운행패턴 분석을 위하여 정상상태와 동일한 방법으로 분석을 수행하였으며, 분석결과는 아래 <Table 4> 및 <Fig. 18>과 같다. 과적상태로 운행 시 운행 거리 및 운행 시간 모두 정상상태 운행보다 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 그룹 A는 중량인지 전 평균 주행 거리가 13km로 증가한 것에 비해 평균 주행시간 은 238분으로, 그룹 B는 중량인지 전 평균 주행 거리가 6km로 증가한 것에 비해 평균 주행시간은 123분으로 크게 증가 하였다. 이는 과적상태에서는 정상상태보다 운송 중에 주차를 오래 하였으며, 저속으로 주행하였 다는 것을 알 수 있는데, 단속 회피를 위하여 단속원 근무시간 외에 운행하기 위하여 대기하였거나 고속도로 가 아닌 주로 국도 혹은 지방도 및 시군도를 이용하여 운행하였기 때문으로 판단된다.

과적상태의 평균중량의 경우 총중량은 모든 그룹에서 44톤 이하로 양호한 결과가 나타났지만, 축하중은 특히 3,4축에서 11톤을 초과하였으며, 특히 그룹 A의 경우엔 중량인지 전 평균 축하중 3축(AOW3)은 12,702kg, 4축(AOW4)은 12,987kg으로 12톤을 초과하는 결과도 나타났다. 이는 과적상태는 총중량 초과하는 과적보다는 3축 혹은 4축의 축하중을 초과하는 경우가 더 많은 것으로 분석할 수 있으며, 동일한 중량을 싣 더라도 차량별 구조 특성상 3, 4축으로 무게중심이 쏠리는 현상이 발생하여 축하중 과적에 많이 노출되고 있 다는 결과를 나타낸다. Table 5

중량인지 전과 후를 비교하면, 그룹 C는 중량인지 후 과적이 발생하지 않았고, 그룹 A와 B는 모두 중량 인지 전에 비하여 중량 인지 후 3, 4축에서 평균 축하중이 302~982kg이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이는 운전자들이 자중계를 설치 후 고의 과적으로 운행하더라도 중량을 인지하기 때문에 과적에 많이 노출되는 3, 4축 축하중을 조절함으로써 초과중량을 최대한 줄여서 만일 단속되더라도 초과중량 대비 부여되는 과태 료 등급을 낮추고자 하는 것으로 판단된다. Fig. 19

3) 자중계 설치 후 과적 예방효과 분석

자중계 설치 전후 과적 예방효과의 분석을 위하여 모니터링 기간 동안 운행한 전체 운송횟수에서 정상상 태로 운행한 운송횟수와 과적상태로 운행한 운송횟수를 추출하여 과적비율을 계산하였으며, 이를 중량인지 전(Before)과 후(After)로 기간을 분류하여 분석을 수행하였다. 분석결과, 자중계를 시범 설치한 모든 차량에 서 중량인지 후 과적비율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그룹 C의 경우 중량 인지 후 운송횟수가 25회 로 적고 과적 운행을 하지 않아 통계적으로 의미 있는 감소율을 나타냈다고 보기 어렵지만, 그룹 A와 그룹 B는 각각 817회, 3,800회의 운송횟수를 분석한 결과로 확실히 의미가 있는 결과로 볼 수 있다. 과적비율의 감소는 중량인지 전에 비하여 중량인지 후에 운송 데이터의 신뢰구간 95% 내에서 총 –17.6% 비율로 감소 한 것으로 나타났으며, 그룹 A는 –15.8%, 그룹 B는 -18.2%의 비율로 감소한 것으로 나타났다. 특히 그룹 B 의 과적비율 감소가 제일 높게 나타났는데, 그 원인은 비정형 적재물 특성상 토사 및 골재를 운송하는 그룹 B의 경우 중량을 확인하며 적재량을 조절하기가 비교적 쉽기 때문으로 판단된다. 본 연구 결과는 자중계 설 치가 가능한 시험 차량 10대를 대상으로 하였으므로, 전체 화물차량들의 다양한 차종 및 운행패턴, 적재물 등의 변수들이 모두 반영된 대표적 결과로는 볼 수 없다. 그러나 자중계의 시범 설치와 이를 통하여 수집된 데이터를 활용하여 정상 및 과적 운행패턴에 대한 전후 비교 분석결과를 제시하였다는 점과 자중계 적용을 통해서 과적 예방효과를 기대할 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다는 점에서 의의를 둘 수 있을 것이다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 자중계와 GPS, 모뎀을 연동한 IoT 관제시스템을 시험차량에 설치 후 원격 모니터링을 통하 여 과적운행패턴을 규명하고, 자중계 설치 시 과적 예방효과와 운송 효율성에 대하여 분석하고자 하였다. 장 기 모니터링을 통하여 화물차 운전자가 적재중량을 인지하게 됨으로써 운송 효율을 높이되 과적은 방지하게 되는 효과를 정량적으로 분석하고 혹은 화주 등의 요구로 과적주행을 하게 되는 경우, 단속 회피경로 등의 과적 운행패턴을 분석하여 향후 화물차량의 과적예방정책의 기초 자료로 활용할 수 있는 분석결과를 확보하 고자 하였다.

과적상태에서 자중계 시범 장착 차량의 운행경로를 분석한 결과, 정상 운행상태의 운행경로는 이동식 단 속지점와 고정식 단속지점을 모두 지나서 운행하는 경우가 대다수 포함되어 있었으나, 과적 운행상태에서의 운행경로는 이러한 단속지점을 대부분 회피하여 주행하는 것으로 나타났다.

정상상태 및 과적상태에서의 운행패턴 변화를 분석한 결과, 정상상태에서는 장거리 운행을 주로 하며 부 피가 정형화된 적재물을 주로 운송하는 그룹 A보다 단거리 운행을 주로 하며 부피가 비정형화된 적재물을 운송하는 그룹 B이 평균 총중량이 중량인지 전 4,351kg, 중량 인지 후 6,208kg이 더 높은 결과가 나타났으며, 이를 통하여 적재중량은 거리에 비례하기보다는 적재물의 종류에 따라 좌우된다는 것을 알 수 있었다.

또한 비정형화된 적재물을 운송하는 그룹 B의 경우에는 자중계 설치 후 유추하기 어려웠던 비정형화된 적재물의 중량을 인지하면서 중량인지 전보다 중량인지 후 적재중량이 502kg이 증가하여 운송 효율이 더 좋 아진 것을 확인하였다. 과적상태에서는 운행거리 및 운행시간 모두 정상상태 운행보다 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 평균 중량의 경우 총중량은 모든 그룹에서 44톤 이하로 양호한 결과가 나타났지만, 축하중은 특히 3,4축에서 11톤을 초과하는 결과를 확인하였다. 중량인지 전과 후를 비교하면, 그룹 A와 B는 모두 중량 인지 전에 비하여 중량 인지 후 3, 4축에서 평균 축하중이 302~982kg이 감소한 것을 확인할 수 있었다.

자중계 설치 전후 과적 예방 효과를 분석한 결과, 자중계를 시범 설치한 모든 차량에서 중량인지 후 과적 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그룹 A와 그룹 B는 각각 817회, 3,800회의 운송횟수를 분석한 결과 로, 과적 비율의 감소는 중량인지 전에 비하여 중량인지 후에 그룹 A는 –15.8%, 그룹 B는 -18.2%의 비율로 감소한 것으로 나타났다.

본 연구를 통하여 자중계 설치 시 토사 및 골재 등과 같이 중량을 유추하기가 어려운 비정형 적재물을 운 송하는 차량의 경우에는 자중계로부터 제공받은 자가 중량을 인지함으로써 운송 효율이 높아질 수 있다는 것을 확인하였다. 운전자는 총중량 과적보다 비조향축인 3, 4축에서 축하중 과적에 더 많이 노출되고 있는 것으로 보여 지는데, 자중계 설치 시 과적상태의 평균 축하중을 낮출 수 있다는 것을 확인하였다.

결정적으로 자중계를 시범 설치한 모든 차량에서 중량인지 후 과적 비율이 감소하는 것을 확인할 수 있었 으며, 그 효과는 중량을 확인하며 적재량을 조절할 수 있는 토사 및 골재 등 비정형 적재물을 운송하는 건설 기계 차량에서 가장 효과적으로 나타났다. 과적비율을 낮추기 위해서 고정식 혹은 이동식 단속지점을 늘리 는 것은 심야시간 운행 및 우회로 주행 등 회피가 가능하여 투입되는 예산에 비하여 효과가 그리 크지 않을 수도 있다. 따라서 단속에 치중한 정책보다는 자중계 도입을 통한 사전예방으로의 페러다임 전환이 필요할 것으로 판단되며, 건설기계 차량의 의무장착을 위하여 실제 과적 예방효과 및 비용절감 효과를 정량적으로 추출할 수 있는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.