KR101463398B1 - 터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법 - Google Patents

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Abstract

터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 터널 조명제어 시스템은, 터널입구로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도를 측정하며, 측정되는 휘도에 기초하여 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 휘도측정기; 및 휘도측정기에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어하는 조명제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법{Tunnel Lighting Control System and Method therefor}
본 발명은 터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 운전자가 터널로 진행할 때의 시야각의 변화를 고려하여 조명환경을 제어하는 터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법에 관한 것이다.
운전자는 도로를 주행하면서 다양한 도로형태와 기하구조물을 접하게 된다. 특히, 국토면적의 65% 이상이 산악지대인 우리나라는 2012년 12월말을 기준으로 전국터널 수가 1,578개소인데, 그에 따라 운전자는 운행중에 터널을 접하게 되는 경우가 많다.
그런데, 운전자는 주간의 경우, 오픈된 도로에서 터널 내부로 진입하면서 밝기의 급격한 변화로 정상적인 속도를 유지하기 어렵기 때문에 터널은 일반 도로에 비하여 교통사고율이 상당히 높은 실정이다. 특히, 터널의 교통사고는 입구부 갱문 추돌사고가 지속적으로 발생되고 있는 실정이며, 따라서 공동구의 벽체연장 및 개착 확폭을 하는 등 터널 교통사고를 줄이기 위한 다양한 방안이 모색되고 있다.
터널에서의 안전한 주행을 위해서는 주간의 조명은 교통의 위험원인이 될 수 있는 물체를 쉽게 인식할 수 있어야 하고, 인식을 방해하거나 주의를 혼란하게 하는 부작용을 방지하여야 하며, 운전자가 장애물을 볼 수 없는 조명환경이 되어서는 안된다.
한편, 우리나라는 조도를 이용하여 터널의 조명환경을 설계하고 있는데, 조도기반의 터널조명방식은 터널 위치의 환경으로 인한 운전자의 시야각 내의 밝은 정도에 관계없이 태양의 고도가 가장 높은 낮 12시에 가장 밝음을 인지한 조도 값으로 터널 내부의 조명을 제어하기 때문에, 운전자가 터널로 진행할 때 시야각의 변화에 따른 조명환경의 제어는 전혀 이루어지지 않는 문제점이 있다.
또한, 조도기반의 터널조명방식은 일정한 시점을 기준으로 인지한 조도 값을 기준으로 터널 내부의 조명을 제어하기 때문에 일률적으로 조명을 제어하게 되어 에너지절감 면에서 상당히 비효율적이라는 문제점이 있다.
공개특허공보 제10-2010-0098173호 (공개일자: 2010. 09. 06)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 운전자가 터널로 진행할 때의 시야각의 변화를 고려하여 조명환경을 제어하는 터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어 시스템은, 터널입구로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도를 측정하며, 측정되는 휘도에 기초하여 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 휘도측정기; 휘도측정기에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어하는 조명제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
휘도측정기는, L20법에 기초하여 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 터널입구를 바라보는 20도 시야 내의 휘도를 측정할 수 있다.
또한, 휘도측정기는, 광막휘도법에 기초하여 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 터널입구를 바라보는 56.8도 시야 내의 휘도를 측정할 수도 있다.
또한, 휘도측정기는, 도로조명기준(KSA3701)에 기초하여 터널입구로부터 터널 안쪽의 설정된 영역에 대한 도로 노면 및 벽면의 휘도를 측정할 수도 있다.
또한, 휘도측정기는 터널경계부에서의 20도 원추형 시야 또는 56.8도 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임의 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나에 따라 휘도수준을 결정하며, 조명제어장치는 상기 휘도측정기의 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어방법은, 휘도측정기가 터널입구로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도를 측정한 뒤, 측정되는 휘도에 기초하여 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 단계; 및 조명제어장치가 휘도측정기의 휘도수준 결정에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
휘도측정기는, 터널의 외부에 설치되는 외부 휘도측정기, 및 터널의 내부에 설치되는 내부 휘도측정기 중의 적어도 하나에 기초하여 휘도를 측정할 수 있다.
또한, 휘도측정기는 터널경계부에서의 20도 원추형 시야 또는 56.8도 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나에 따라 휘도수준을 결정하며, 조명제어장치는 휘도측정기의 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어한다.
본 발명에 따르면, 운전자가 터널로 진행할 때의 시야각의 변화를 고려하여 조명환경을 제어함으로써 운전자가 터널환경에 순응적으로 적응할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면 운전자가 접근할 때의 휘도변화에 따라 터널 내부의 조명을 제어하기 때문에 종래와 같이 일률적으로 터널 내부의 조명을 제어하는 것에 비하여 상당한 에너지를 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 터널입구로 진행할 때의 시야각의 변화를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 L20법에 기초하여 휘도를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 광막휘도법에 기초하여 휘도를 측정하는 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 터널 내부의 휘도를 측정하는 예를 설명하기 위해 도시한 측단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 터널 내부의 휘도를 측정하는 예에 대한 평면도이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 의해 측정되는 내부 휘도의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 주간의 자동차 터널도로의 경계부 평균 노면휘도(Lth[cd/m2])를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어 시스템 및 그 조명제어방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어 시스템은 휘도측정기(110, 120), 및 조명제어장치(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 휘도측정기(110, 120)는 터널의 외부에 설치되는 외부 휘도측정기(110) 및 터널의 내부에 설치되는 내부 휘도측정기(120)를 포함한다. 이때, 도 1에는 외부 휘도측정기(110) 및 내부 휘도측정기(120)가 모두 포함된 것으로 도시하였으나, 휘도측정기는 외부 휘도측정기(110) 또는 내부 휘도측정기(120)만을 구비할 수도 있다.
휘도측정기(110, 120)는 터널입구(10)로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도를 측정한다. 조도는 표면의 단위면적에 비추는 빛의 양 또는 광속을 의미하는데 반하여, 휘도는 특정방향으로 표면의 단위면적당 방출되는 광도에 관한 개념이다. 그 표면은 램프 또는 태양의 표면과 같이 자체 발광하거나 방사하는 것일 수 있지만, 다른 광원(예를 들어, 가로등으로부터의 빛을 반사하여 2차 광원으로 작용하는 도로)으로부터 빛을 반사하는 것도 가능하다. 여기서, 광도는 초당 방사되는 특정방향의 광의 집중도를 나타낸다.
이때, 외부 휘도측정기(110)는 도 2에 도시한 바와 같이, 도로설계속도(100km/h)에 의한 정지거리(160m)에서 터널입구를 중심으로 터널입구 및 그 주변에 대한 휘도를 측정한다. 이때, 외부 휘도측정기(110)는 운전자의 위치에서 운전자의 눈높이로 설정되는 것이 바람직하지만, 도로상의 안전 및 오염 등의 이유로 운행중인 도로에는 적용될 수 없기 때문에 도로의 건축물 한계선을 벗어난 4.5 ~ 5m 높이의 범위에서 운영되며, 외부 휘도측정기(110)의 위치의 변화에 대한 오차는 실제 테스트를 통한 측정값의 상수 값으로 보정될 수 있다. 여기서, 외부 휘도측정기(110)는 L20법에 기초하여 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 도 3에 도시한 바와 같이, 터널입구를 바라보는 20도 시야 내의 휘도를 측정할 수 있다. L20법은 기준점(정지거리)에서의 20도 원추형 시계 내에서 측정된 휘도의 평균값으로 정의하며, 관측자가 기준점에 위치하여 20도의 각도로 터널입구의 노면에서 1/4에 해당하는 지점을 바라보는 상태에서 측정한다. 이때의 평균휘도는 운전자가 기준점에 도달하였을 때 터널입구에 대한 운전자의 적응 상태를 대표하는 값으로 가정하며, 터널입구 영역의 휘도를 계산하는 근거로 활용될 수 있다.
또한, 외부 휘도측정기(110)는 광막휘도법에 기초하여 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 도 4에 도시한 바와 같이, 터널입구를 바라보는 56.8도 시야 내의 휘도를 측정할 수도 있다. 광막휘도는 터널 진출입시 눈이 순응해야 하는 터널 주변휘도의 총량을 의미하는 것으로서 터널입구의 노면에서 1/2인 중심을 측정할 수 있으며, 빛의 산란으로 인해 시야에 생기는 광막의 밝기로서 휘도를 표현하는 등가광막휘도는 글레어 측정기나 글레어 렌즈가 장착된 특수 휘도계로 직접 측정하거나 Holladay-Stiles 공식에 근거한 그래픽 방법으로 구할 수 있다.
내부 휘도측정기(120)는 도로조명기준(KSA3701)에 기초하여 터널입구로부터 도 5에 도시한 바와 같이, 터널 안쪽의 설정된 영역에 대한 도로 노면의 휘도를 측정한다. 이때, 내부 휘도측정기(120)는 터널입구의 터널경계부로부터 터널 안쪽으로 5m 높이 내에 설치될 수 있으며, 도로의 노면과 벽면에 대한 휘도를 측정하는 것이 바람직하다. 여기서, 터널경계부는 터널 외부로부터 터널 안쪽으로 진행하면서 휘도가 급격하게 변화되는 영역을 나타낸다.
그런데, 내부 휘도측정기(120)는 도로상의 안전 및 오염 등의 이유로 운행중인 도로에는 적용될 수 없기 때문에, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 터널입구로부터 일정거리(바람직하게는 약 20m) 떨어진 안쪽의 벽면에서 후방 60m 떨어진 지점의 적정 측정영역(바람직하게는 폭 약 30m)의 도로노면의 휘도를 측정하도록 운영되며, 내부 휘도측정기(120)의 위치의 변화에 대한 오차는 실제 테스트를 통한 측정값의 상수 값으로 보정될 수 있다. 이때, 내부 휘도측정기(120)의 설치위치에 대한 수치는 한정된 것이 아니며, 터널환경에 따라 변경될 수 있다.
휘도측정기(110, 120)는 측정되는 휘도에 기초하여 터널경계부에서의 휘도수준을 결정한다. 이때, 휘도측정기(110, 120)는 전술한 바와 같이 L20법 또는 광막휘도법에 기초하여 터널입구에서의 휘도수준을 결정할 수 있다. 또한, 휘도측정기(110, 120)는 터널주변의 평균휘도와 터널내부의 노면휘도의 비를 휘도비로 산출하고, 터널 내부의 노면휘도와 터널 내부에 위치한 장해물의 장해물휘도의 비를 휘도대비로 산출할 수 있다. 이 경우, 휘도측정기(110, 120)는 산출된 휘도비 및 휘도대비에 기초하여 휘도비는 낮아지며 휘도대비는 높아지는 방향으로 터널경계부에서의 휘도수준을 결정할 수 있다.
조명제어장치(140)는 휘도측정기(110, 120)에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어한다. 이때, 휘도측정기(110, 120)는 터널경계부에서의 20도 또는 56.8도 원추형 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나를 고려하여 휘도수준을 결정할 수 있으며, 조명제어장치(140)는 휘도측정기(110, 120)에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어할 수 있다. 예를 들어, 조명제어장치(140)는 현재 도로공사와 서울시가 자체적으로 만들어 사용하고 있는 도 8에 도시한 바와 같은, 주간의 자동차 터널도로의 경계부 평균 노면휘도(Lth[cd/m2])를 참조하여 터널 내부의 조명을 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터널 조명제어방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 휘도측정기(110, 120)는 터널입구(10)로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도를 측정한다(S110). 이때, 외부 휘도측정기(110)는 도로설계속도(100km/h)에 의한 정지거리(160m)에서 터널입구를 중심으로 터널입구 및 그 주변에 대한 휘도를 측정할 수 있으며, 내부 휘도측정기(120)는 도로조명기준(KSA3701)에 기초하여 터널입구로부터 터널 안쪽의 설정된 영역에 대한 도로 노면의 휘도를 측정할 수 있다.
휘도측정기(110, 120)는 자체 내에 터널입구의 경계부의 휘도수준을 결정하기 위한 모듈을 구비할 수 있다. 이때, 휘도측정기(110, 120)는 측정되는 휘도에 기초하여 터널주변의 평균휘도와 터널내부의 노면휘도의 비를 휘도비로 산출하고, 터널 내부의 노면휘도와 터널 내부에 위치한 장해물의 장해물휘도의 비를 휘도대비로 산출할 수 있다(S120). 이 경우, 휘도측정기(110, 120)는 산출된 휘도비 및 휘도대비에 기초하여 휘도비는 낮아지며 휘도대비는 높아지는 방향으로 터널경계부에서의 휘도수준을 결정할 수 있다(S130).
조명제어장치(140)는 휘도측정기(110, 120)에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어한다(S140). 이때, 휘도측정기(110, 120)는 터널경계부에서의 20도 또는 56.8도 원추형 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나를 고려하여 휘도수준을 결정할 수 있으며, 조명제어장치(140)는 휘도측정기(110, 120)에 의해 결정된 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어할 수 있다.

Claims (8)

  1. 터널입구로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도 및 상기 터널입구로부터 터널 내부의 설정된 영역에 대한 도로 노면의 휘도를 측정하며, 측정되는 휘도에 기초하여 터널주변의 평균휘도와 터널 내부의 노면휘도의 비를 휘도비로 산출하고, 터널 내부의 노면휘도와 터널 내부에 위치한 장해물의 장해물휘도의 비를 휘도대비로 산출하며, 산출된 휘도비 및 휘도대비에 기초하여 휘도비는 낮아지며 휘도대비는 높아지는 방향으로 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 휘도측정기; 및
    상기 휘도측정기에 의해 결정된 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어하는 조명제어장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휘도측정기는,
    L20법에 기초하여 상기 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 상기 터널입구를 바라보는 20도 시야 내의 휘도를 측정하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 휘도측정기는,
    광막휘도법에 기초하여 상기 터널입구로부터 외부의 방향으로 설정된 지점에서 상기 터널입구를 바라보는 56.8도 시야 내의 휘도를 측정하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 휘도측정기는,
    도로조명기준(KSA3701)에 기초하여 상기 터널입구로부터 터널 안쪽의 설정된 영역에 대한 도로 노면 및 벽면의 휘도를 측정하며, 측정되는 휘도에 기초하여 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 휘도측정기는 터널경계부에서의 20도 원추형 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나에 따라 휘도수준을 결정하며,
    상기 조명제어장치는 상기 휘도측정기에 의해 결정된 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어 시스템.
  6. 터널조명 제어장치에 의해 수행되는 터널 조명제어방법에 있어서,
    휘도측정기가 터널입구로부터 설정된 지점의 위치에서 터널입구에 대한 휘도 및 상기 터널입구로부터 터널 내부의 설정된 영역에 대한 도로 노면의 휘도를 측정하는 단계;
    상기 휘도측정기가 상기 휘도 측정단계에 의해 측정되는 휘도에 기초하여 터널주변의 평균휘도와 터널 내부의 노면휘도의 비를 휘도비로 산출하고, 터널 내부의 노면휘도와 터널 내부에 위치한 장해물의 장해물휘도의 비를 휘도대비로 산출하며, 산출된 휘도비 및 휘도대비에 기초하여 휘도비는 낮아지며 휘도대비는 높아지는 방향으로 터널경계부에서의 휘도수준을 결정하는 단계; 및
    조명제어장치가 결정된 상기 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 터널 내부에서의 조명을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 휘도측정기는,
    터널의 외부에 설치되는 외부 휘도측정기, 및 터널의 내부에 설치되는 내부 휘도측정기 중의 적어도 하나에 기초하여 휘도를 측정하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 휘도측정기는 터널경계부에서의 휘도수준에 기초하여 20도 원추형 시야 내의 하늘의 비율, 출구보임/안보임 여부, 시야 내의 밝기, 터널입구의 방위, 주광입사율, 벽면반사율, 교통량 중의 적어도 하나에 따라 휘도수준을 결정하며,
    상기 조명제어장치는 상기 휘도측정기에 의해 결정된 휘도수준에 기초하여 터널 내부의 조명을 제어하는 것을 특징으로 하는 터널 조명제어방법.


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