노면 검측 기술의 응용과 우리나라 도로 시공 기술의 발전 추세

최근 몇 년 동안 교통 기초 건설에 대한 투자 강도가 높아짐에 따라 중국의 도로 개통 거리는 해마다 빠르게 증가하고 있다.2006년말까지 전국의 도로개통총거리는 이미 345만킬로메터에 달했는데 그중 고속도로는 453만킬로메터에 달했다.우리 나라 도로건설의 쾌속적인 발전에 대응하여 앞으로 한동안 대량의 기존의 로면은 보수개조하여 량호한 도로용성능을 유지해야 한다는것을 예견할수 있다.노면성능검측은 도로건설과 관리중의 관건성, 기초성기술로서 공사의 질을 검측하고 통제하는데 극히 중요할뿐만아니라 도로망보수결책의 과학성을 결정하며 보수자금분배의 합리성에 직접적인 영향을 준다.
우리 나라 관련 규범에 따르면 낡은 로면검측의 주요지표에는 굴곡침, 평평도, 마찰계수, 파손상황 등이 포함된다.이밖에 실제항목의 수요에 따라 바퀴자국, 두께, 기층의 완전성 등 지표도 가입할수 있다.전통적인 검측 수단은 주로 (1) 베크만 빔 굴곡기, 백분표를 채택하여 표준 축재 황하차에 배합하고 지렛대 원리를 이용하여 도로 표면의 회탄 굴곡침을 측정한다;(2) 3미터 직척을 사용하여 노면의 세로 평평도, 가로 단면 바퀴 자국의 상황을 테스트한다;(3) 진동식 마찰계수기를 사용하여 인공적으로 점별로 노면 마찰계수를 측정한다;(4) 심지 채취기를 사용하여 심지 샘플을 드릴하여 노면의 두께를 측정하고 심지 샘플의 완전성을 판단한다;(5) 인공파손조사를 채용하여 로면의 파손상황을 료해한다.이러한 초기 테스트 방법은 시간과 노력이 많이 들고 교통에 영향을 줄 뿐만 아니라 일부는 노면 구조를 파괴하고 데이터 정밀도도 신뢰할 수 있는 보장을 받기 어렵기 때문에 이미 점차 신형 검사 설비로 대체되고 있다.다음은 현재 비교적 많이 응용되고 있는 일부 신형 검측 기술을 중점적으로 소개한다.

노면 굴곡 침몰 검측
곡침은 노면 검측의 중요한 지표로서 그 검측과 분석 기술의 발전이 매우 빠르다.1953년 베크만 (BenkeIman) 이 양식 굴절기를 발명한 이래, 노면 굴절 검측 설비는 이미 정력 굴절기, 안정 동력 굴절기에서 펄스식 동력 굴절기, 단점 큰 굴절 검측에서 노면 굴절 대야에 대한 검측으로 발전하였고, 유연성 노면 의미에만 국한된 굴절 개념에서 강성 노면의 구조 평가와 설계 분석에서 노면 강도에 대한 각 노면 강도 평가로 발전하였다.
베크만량법을 리용하여 로면회탄곡침치를 측정하는것은 조작이 간편하고 응용이 광범위하지만 테스트는 인공조작으로서 시험결과는 인위적인 요소의 영향을 비교적 많이 받고 측정속도가 느리다.자동 굴절기의 기본 작업 원리는 베크만 빔의 원리와 같다. 모두 간단한 레버 원리를 사용한다. 측정차는 검측 구간에서 일정한 속도로 운행한다. 측정차 앞, 뒷축 사이의 섀시 아래에 설치된 굴절 측정 빔을 차량 섀시의 앞부분에 놓고 지면에 버티어 움직이지 않는다. 뒷축의 두 바퀴 간격이 측정 헤드를 통과할 때 굴절 통과 변위 센서 등 장치가 자동으로 기록된다. 이때 측정 빔/주파수는 일반적으로 1km로 드래그된다.
낙하식 굴절기 (FWD) 는 펄스식 동력 굴절기의 전형적인 대표이며, 그 기술 특징은 주로 측정 속도가 빠르고 정밀도가 높으며, 실제 운행 하중이 노면에 대한 동력 작용을 비교적 잘 모의하여 이미 많은 국가에서 노면 검측과 평가에 광범위하게 응용되었다.그 주요 원리는 다음과 같다: 컴퓨터 제어 하의 유압 시스템을 통해 1중 해머를 향상시키고 방출함으로써 노면에 펄스 하중을 가하고, 하중 크기는 해머의 무게를 변경하고 높이 조정을 향상시키며, 강성 원반을 통해 노면에 작용한다.노면의 굴곡침은 5개~9개의 센서로 측정되는데, 이렇게 하면 굴곡침분의 모양을 비교적 정확하게 반영할 수 있어 노면의 계량 반산에 기초를 제공할 수 있다.계량이 있으면 노면 구조의 응력, 응변 상황을 한층 더 분석하고 적재 능력을 평가할 수 있다.1980년대 이후 FWD는 광범위하게 응용되어 지금까지 50여 개 국가와 지역에서 FWD를 도입했다.미국 연방 도로국은 비교 분석을 통해 FWD가 비교적 이상적인 노면 적재 능력 평가 설비임을 확인하고 SHRP 계획에서 노면 적재 능력 평가 부분을 실시하는 중요한 설비로 선택했다.
현재 FWD를 둘러싼 국내외의 주요 연구는 안정적이고 신뢰할 수 있는 계량 반사 기술이다.FWD 휘어진 대야 데이터에 대한 분석을 통해 노면 각 구조층의 동적 계량을 반전시켜 실리콘 적재력을 판별한다.국내외에서 이 기술에 대한 관심은 노면 역학적 특성 시뮬레이션, 계량 반분석의 신뢰성, 반연 결과의 검증 등에 중점을 두고 있다.또한 FWD는 낡은 시멘트 콘크리트 노면 판체 탈공 판정, 이음매 전하 능력 판정, 노반 시공 과정 중 동적 모니터링, 노반 충격 압착 효과 평가 등 다방면에 사용될 수 있으며 응용이 날로 광범위해지고 있다.
FWD 이후 덴마크, 미국 등이 개발할 것으로 예상되는 차세대 굴곡기 RWD (롤러식 굴곡침기) 는 연구 단계에 있다. 고주파 레이저 스캐닝을 사용하여 주행 중 도로표에서 차가 발생하는 굴곡을 연속적으로 기록할 수 있다. 그 장점은 노면의 실제 수력 상태를 기록할 수 있고 측정 속도가 FWD보다 훨씬 크기 때문에 교통에 미치는 영향이 적고 비교적 이상적인 굴곡 검사 장비이다.

노면 평평도 검측
노면 평평도는 노면 평가 및 노면 시공 품질 검수 중의 중요한 지표로 주로 노면 종단면 곡선의 평평성을 반영한다.노면 종단면 곡선이 상대적으로 매끄러울 때 노면이 상대적으로 평평하고 주행의 쾌적성이 좋다는 것을 나타내고 반대로 평평도가 상대적으로 떨어진다는 것을 나타낸다.노면 평평도의 검측은 의사결정자에게 중요한 정보를 제공하여 의사결정자가 노면의 보수 보수를 위해 최적화된 의사결정을 내릴 수 있도록 한다.다른 한편으로 로면의 평평도의 검측은 로면시공품질에 대한 정보를 정확하게 제공하여 로면시공에 품질평가의 객관적지표를 제공할수 있다.
1970년대에 평평도 측정은 주로 수평계, 3미터 직척 등으로 정밀도가 낮고 속도가 느렸다.90년대후 평평도검측수단이 점차 제고되여 련속식평평도계, 흔들림루적기, 레이자단면기 등 일련의 신형의 검측설비가 나타났다.
현재 노면 평평도 테스트 설비는 주로 단면류와 반응류 두 종류로 나뉜다.단면류는 사실상 로면표면의 요철상황을 측정하는데 례하면 련속식평평도기, 레이자단면기 등이다.반응류는 운전자와 승객이 직접 느끼는 평평도 지표이다. 따라서, 그것은 사실상 쾌적한 성능 지표이다. 예를 들면 흔들림 누적기 등이다. 그 원리는 차가 일정한 속도로 노면을 주행하는 것을 테스트하는 것이다. 노면이 평평하지 않아 자동차의 진동을 일으킨다. 기계 센서를 통해 후축과 객차 사이의 단방향 변위 누적치인 VBI를 측정한다. VBI 값이 클수록 운행이 불편하다.VBl은 표준 플랫 지표가 아니기 때문에 측정 시험을 통해 단면류 장치 플랫 지수 IRI 값과의 변환 관계를 설정하여 측정 변환해야 합니다.
총체적으로 말하면 단면류설비는 현재 국내외 평평도검측발전의 주요liuchan품이다.초기 제품은 연속식 플랫도계로, 그 검측 원리는 매우 간단하다. 즉 간격이 3미터인 앞뒤 바퀴를 지점으로 하여 밸런스 빔을 설치하고, 한 변위 센서가 밸런스 빔 중점에서 노면까지의 수직 거리의 변화량을 검측한 후 플랫도 표준 차로 환산한다.연속식 플랫도계는 테스트 속도가 비교적 느리기 때문에 정상적인 측정 속도는 5km/h 정도이며, 주로 시공 과정에서 측정하는 데 사용된다.
레이저 단면기는 현재 비교적 많이 응용되고 있는 단면류 테스트 설비로 정상 측정 속도가 80km/h 정도이며 테스트 속도가 빠르고 정밀도가 높은 특징을 가지고 있어 평평도 등 지표의 테스트에 사용할 수 있다. 그 기본 원리는 레이저 센서를 이용하여 차체에서 노면까지의 거리를 측정하고, 동시에 가속도계를 이용하여 차체 자체의 세로 방향을 측정하여 노면 종단면의 단면을 얻은 후 이 단면을 이용하여 실시간으로 평평도 지수를 계산하는 것이다.레이저 단면기를 둘러싼 연구는 주로 테스트의 중복성, 재현성이다.유럽과 미국은 모두 비교적 큰 규모의 중복성과 재현성 연구를 진행하여 그들이 사용하는 주류 설비 사이에 관련 관계를 맺었다.현재 우리 나라에서 사용하는 레이저 단면기는 여러 가지 브랜드가 있는데, 이러한 설비는 이미 대량으로 사용되기 시작했지만, 아직 체계적인 재현성 연구를 진행하지 않았기 때문에, 서로 다른 설비 사이의 데이터의 비교가능성을 고찰해야 한다.

노면 바퀴자국 검측
바퀴자국은 도로를 따라 세로로 차량이 집중된 위치에서 노면에 발생하는 띠 모양의 홈을 가리키는데, 교통량의 증가, 차량 수로화 교통, 지속적인 고온 등 요소의 종합적인 영향으로 인해 바퀴자국은 이미 우리나라 아스팔트 노면의 조기 파괴에서 흔히 볼 수 있는 노면 병해가 되었다.바퀴 자국 은 운행 안전 에 중대한 영향 을 미치는데, 특히 비 온 뒤 에는 차량 이 가로 로 옆으로 미끄러져 교통 사고 를 일으키기 쉽다
그러므로 이 지표의 검사는 이미 사람들의 보편적인 주목을 받았다.
초기 바퀴 자국 테스트는 주로 3m 직척 방법을 사용했는데, 장점은 원가가 비교적 낮고 편리하며 직관적이며, 단점은 속도가 느리고 효율이 낮으며 교통에 영향을 미친다는 것이다.컴퓨터 기술, 초음파 기술, 레이저 기술의 급속한 발전에 따라 초음파 바퀴 자국 측정기, 레이저 단면기 등 신형 바퀴 자국 측정 설비가 나타났다.이 중 초음파 바퀴 자국 측정기는 일반적으로 30개 정도의 초음파 센서로 구성되며 센서 간 간격은 약 100mm, 측정 폭은 약 3m이다. 도로 표면 거리를 측정해 노면 횡단면을 묘사하고, 직척 분석을 통해 노면의 큰 바퀴 자국 깊이를 확인하는데, 가격이 저렴하고 가로로 촘촘히 배치할 수 있으며 단면의 연속성이 좋은 것이 장점이다.단점은 단일 센서의 정밀도가 레이저 센서보다 낮아 외부의 영향을 많이 받아 수직으로 내려갈 수밖에 없다는 것이다.레이저 단면기는 평평도를 측정하는 것 외에 바퀴 자국도 측정할 수 있다. 즉 가로로 분포된 5~9개의 레이저 센서를 통해 노면의 높이를 측정하고, 몇 개의 측정점 고도를 통해 노면 횡단면을 시뮬레이션하여 바퀴 자국을 빠르게 계산할 수 있다.
최근 몇 년 동안, 새로운 레이저 바퀴 자국 스캐닝 테스트 시스템은 이미 연구 개발을 시작하여 샘플링 머신이 출시되었는데, 이 시스템은 두 개의 단면 레이저 스캐너를 포함하고 있으며, m 범위 내에서 1280개의 점의 데이터를 수집할 수 있으며, 샘플링 확률은 25단면/초이며, 공정 응용에서 노면 바퀴 자국의 실제 상황을 더욱 진실하게 반영할 수 있다.시스템은 온도, 습도, 노면 색상의 평화 정도에 영향을 받지 않으며 비 오는 날에도 테스트할 수 있습니다.또한 레이저 바퀴 자국 스캔 테스트 시스템은 높은 반복성 및 정확도를 가지고 있으며 테스트 높이의 정확도는 ± 1mm이며 이러한 제품은 미래의 발전 추세가 될 것으로 예상됩니다.

노면 마찰 계수 검측
노면의 미끄럼 방지 성능은 노면 사용 성능의 중요한 구성 부분으로 도로 운행 안전성에 직접적인 영향을 미친다.노면의 미끄럼 방지 성능은 세로와 가로 두 방면을 포함하며, 세로 미끄럼 방지 성능은 차량이 브레이크를 밟을 때의 미끄럼 거리를 결정하며, 추돌 교통사고의 발생을 피하는 데 직접적인 결정 작용을 한다;가로로 미끄럼 방지 성능은 차량의 방향 제어 능력을 결정하기 때문에 차량의 커브길 주행 안전성에 비교적 중요하다.최근 몇 년 동안 사람들의 안전 의식이 향상됨에 따라 노면의 미끄럼 방지 성능은 이미 사람들의 보편적인 중시를 받기 시작했다.그러나 현 단계에서 중국이 규범적으로 자주 사용하는 진동식 마찰계수기는 마찰계수 테스트 패션에 응용하는 데 부족한 점이 있다. 주로 도로 교통에 영향을 주고 테스트 속도가 느리고 효율이 낮으며 조작자에게 안전 위험이 존재하는 데 나타난다.
이런 현황에 비추어 자동화마찰계수검측설비는 최근 몇년간 점차 영국, 스웨리예 등 나라에서 우리 나라로 도입되였다.테스트 방법에 따라 이 설비는 세 종류로 나눌 수 있다. 가로 힘 계수 측정기, 브레이크식 마찰 계수 측정기, 아니 * 브레이크식 마찰 계수 측정기 등이다.
수평적 힘계수 측정기는 우리나라에서 광범위하게 응용되고 있으며, 외국에서 도입한 가격이 비교적 높기 때문에 1990년대 중반에 국산화를 실현하였다.이 설비의 기본 원리는 시험 바퀴와 운행 방향을 일정한 각도로 설정하는 것이다. 가로 힘과 시험 바퀴의 노면 하중 비율은 바로 가로 힘 계수이다. 차량이 노면에서 옆으로 미끄러지는 위험성을 반영한다. 정상 측정 속도는 약 50km/h이다. 브레이크식 마찰 계수 측정기는 운행 과정에서 간격마다 자동으로 테스트 바퀴에 브레이크를 걸고, 브레이크 기간에 테스트 바퀴가 노면에서 미끄러진다.센서에 기록된
힘, 즉 제동력 계수를 계산할 수 있다.이 장비는 미국에서 미끄럼 방지 능력 테스트 표준 장비 중 하나이며 테스트 속도는 110km/h에 달할 수 있습니다.부* 브레이크식 마찰계수 측정기의 테스트 바퀴와 주행 바퀴 사이에는 부등직경의 동축 기어와 체인으로 연결되어 있어 테스트 바퀴의 롤러 라인 속도가 주행 바퀴의 롤러 라인 속도보다 작다.정상적인 테스트 시 롤러가 미끄러운 운동 상태를 나타내며, 힘 센서가 기록한 데이터에 따라 노면 마찰 계수를 계산할 수 있다.이 설비는 노면에서의 테스트 속도가 50km/h 정도로 유럽에서 비교적 많이 응용되고 있으며, 현행 규범에 규정된 채집 설비가 아니기 때문에 마찰 계수 테스트를 진행할 때 진동기나 횡방향 역계수 테스트기와의 비교 시험을 진행하여 양자 간의 관계를 구축해야 한다.
현재 노면의 미끄럼 방지 능력 테스트 방면에서 여전히 주로 진동식 기기를 채택하고 있으며, 횡방향 힘 계수기는 이미 점차 상당히 많은 사용자를 보유하고 있으며, 브레이크식과 불* 브레이크식 마찰 계수 측정기는 현재 소수의 사용자만 있다.안전성과 정밀도 방면의 우세로 인해 자동화 마찰계수기가 우리나라에서 주류가 될 것으로 예상된다.

도로 표지 파손 상황 조사
도로표의 파손상황은 흔히 도로사용자들이 로면시공 및 보수품질에 대한 직관적인 감수이다. 그러므로 우리 나라 각급 도로부문은 로면파손상황에 대해 줄곧 비교적 중시해왔다.현재 이 지표는 주로 인공 채집에 의존하고 있으며, 주관성이 크고 효율이 낮은 것 외에도 매우 큰 안전 위험이 존재한다.이런 상황에 비추어 국내 일부 단위는 최근 몇 년 동안 도로 표지 파손 테스트 시스템을 도입하였는데, 그 기본 원리는 카메라 시스템을 통해 연속 도로 표지 이미지를 수집한 후 후처리 소프트웨어를 통해 자동 처리와 인공 판독을 결합하여 식별하고, 분류와 통계 도로 표지 파손이다.도로 표지 파손 테스트 시스템은 2작 효율을 크게 향상시켰고 인공 파손 조사의 위험성을 피했다. 중국 도로 건설의 신속한 발전에 따라 반드시 광범위하게 응용되는 설비가 될 것이다.
현재 도로 표지 파손 테스트 시스템은 주로 미국, 캐나다 등 몇 개 국가의 제품이 있는데, 수입 설비의 가격이 비교적 비싸기 때문에, 국내에서도 소수의 단위가 자체 연구 개발을 진행하였고, 초기 제품이 사용에 투입되었다.이러한 제품에 대한 조사에 따르면, 존재하는 주요 문제는 다음과 같다: (1) 현재 설비는 주로 균열류 병해를 식별할 수 있으며, 가방, 침몰 등 3차원 병해에 대해서는 아직 정확하게 식별할 수 없다;(2) 후처리 작업량이 비교적 크다. 이런 제품은 파손의 자동 식별을 실현할 수 없기 때문에 오판, 누락률이 비교적 높다. 예를 들어 거리면 오염을 구덩이로 판별하기 쉽다. 그러므로 인공 후기에 그림별로 판독해야 한다. 처리 시간이 너무 길다. (3) 인위적이고 날씨 요소는 테스트 결과의 정확성에 일정한 영향을 미친다. 예를 들어 서로 다른 날씨 상황에서 식별하는 효과가 모두 다르다.이 문제에 비추어 각 설비상들은 표면파손의 자동식별, 분류, 오판, 루판률을 줄이고 로면파손률 등 지표를 자동적으로 수출하는데 중점을 두고 개진하고있다.

노면 두께, 완전성 검사
현재, 우리 나라 도로 노면 두께 테스트는 주로 심지 채취법을 채택하여 측정하고, 동시에 인공 관찰을 통해 기층의 완전성 상황을 판정한다.전자파 기술의 발전에 따라 노면 레이더는 이미 국내외에서 사용을 시도하기 시작했다. 이 기술은 순식간 전자장 이론, 시역 측정 기술, 나초 펄스 원천 기술, 초광대역 안테나 기술과 신호 처리 기술 등 여러 학과를 결합했다. 주요 원리는 전자파를 이용하여 노면 구조층에서의 전파와 반사를 결합하고 회파 시간, 파폭과 파형에 따라 두께를 확정하는 동시에 기층의 느슨해진 후 개전 상수의 기층 변화를 통해 기층의 완결성 변화를 파악하고 판정한다.이 과정에서 중점은 노면 매체의 매전 특성을 분석 연구하는 것이다. 레이더가 수신하는 반사파는 매체의 매전 특성의 함수이기 때문에 노면 레이더 이미지 데이터에 대한 해석, 판독과 반연은 모두 매체의 매전 성능에 대한 분석에 의존한다. 따라서 매전 특성에 대한 심도 있는 분석은 현재 레이더 기술 응용의 관건적인 기술 포인트이다.
노면 레이더의 공정에서의 응용은 이제 막 시작되었다. 현재 국내에는 약 20대 정도가 있다. 이런 설비의 브랜드는 다르다. 주로 미국과 유럽에서 생산된다. 그러나 테스트 원리는 기본적으로 같다. 테스트 주파수가 높을수록 정밀도가 높고 탐지 깊이는 얕다.노면 레이더는 이미 노면 무손상 검측 기술의 중요한 구성 부분이 되었고 노면 구조층의 두께, 압착도, 기층 상황, 함수량, 아스팔트 함량 등 검측 기술의 발전 방향을 대표했다.
현재 노면 레이더는 아스팔트 콘크리트 면층의 두께 검측에서의 정밀도가 약 3% 이며, 구조층의 완전성 예를 들면 시멘트 콘크리트 판체의 탈공 판정, 기층의 느슨한 판정 등 방면의 연구는 여전히 한층 더 심화되어야 한다.노면의 기타 중요한 성능 지표인 압실도, 빈틈률, 함수량, 아스팔트 함량 등에 대한 연구도 아직 탐색 단계에 있으며 아직 공사에서 광범위하게 응용되지 않았다.이밖에 실제상황은 흔히 객관적으로 판정하기 어려우므로 부동한 검측방법으로 서로 증명할수 있다. 례를 들면 락추식곡침기와 도로용레이다련합으로 판탈공상황, 기층적재능력상황을 탐측함으로써 로면구조층에 존재하는 우환을 제때에 발견하고 도로의 내적품질과 사용수명을 장악하며 도로의 보수를 지도할수 있다.
노면 레이더의 응용은 레이더 안테나 자체의 정밀도 외에 후처리 소프트웨어도 매우 관건적이다. 설비는 검측 수단을 제공했다고 말할 수 있다. 그러나 소프트웨어는 응용의 폭과 깊이를 결정하기 때문에 국내 사용자들의 충분한 중시를 불러일으켜야 한다.각 레이더 공장은 모두 부대적인 후처리 소프트웨어를 가지고 있으며, 또한 일부 전문성 연구소가 개발한 더욱 전문적인 후처리 소프트웨어도 있는데, 특히 미국과 핀란드의 연구가 비교적 깊다.
미래 노면 레이더 기술의 보급 응용 속도는 주로 실용 소프트웨어의 개발 속도와 깊이에 달려 있다고 볼 수 있다.

전체적으로 말하자면, 신형 검측 설비는 최근 몇 년 동안 끊임없이 출현하여 우리에게 더욱 풍부한 정보를 제공하였기 때문에, 어떻게 자동화 검측 기술을 더 잘 이용하여 노면 사용 성능을 평가하고 합리적인 수리 방안을 제시하는 것이 다음 단계 검측 설비 사용자들이 주목하는 중점이 될 것이다.
노면 검측 기술의 총체적인 추세는 인공 검측에서 자동화 검측 기술로, 파손류 검측에서 무손실 검측 기술로, 저속도, 저정밀도에서 고속도, 고정밀도로 발전하는 것이다.최근 몇 년 동안 자동화 노면 무손실 검측 설비가 갈수록 많아지고 있으며, 이에 대응하여 자동화 검측 설비를 둘러싼 연구도 깊이에서 향상될 것이다.종합적으로 말하면 로면검측기술의 우리 나라에서의 발전방향은 다음과 같다.(1) 선진 무손실 테스트 설비 사용자가 갈수록 많아지고 국내 조립 및 국산화를 점차 실현한다;(2) 테스트 기술을 중심으로 전개되는 연구는 점차 심화될 것이다. 특히 기술을 평가하고 관련 실용 소프트웨어의 시장화를 통해 보급할 것이다.(3) 다양한 무손상 검측 설비 테스트 결과를 이용하여 노면 상황을 종합적으로 평가하고 보수 기술 노선 결정을 한다.(4) 각종 검측 데이터를 직접 노면 관리 시스템에 도입하여 정보화 관리를 실현한다.