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요약

목차
01 연구 개요 22
 1. 연구 배경 23
 2. 연구 목적 25
 3. 연구 방법 25
02 서울시 및 국내외 제설작업 현황 27
 1. 국내외 제설방법 및 제설관리시스템 28
  1-1. 제설제 종류 28
  1-2. 제설방법 및 제설제 살포량 32
  1-3. 제설관리시스템 43
  1-4. 친환경 제설시스템 46
 2. 서울시 제설방법 및 제설관리시스템 52
  2-1. 서울시 제설방법 52
  2-2. 서울시 제설관리시스템 53
03 서울시 강설상황 및 제설작업 특성 분석 54
 1. 강설상황 분석 및 제설작업 개선사항 도출 55
  1-1. 강설관련 데이터 수집 55
  1-2. 연도별 겨울철 기온 및 강설량 변화 56
  1-3. 강설 전·후 기후조건 분석 58
  1-4. 서울시 제설작업 개선사항 도출 63
 2. 서울시 제절작업 특성 분석 64
  2-1. 강설량에 따른 제설제 사용 현황 64
  2-2. 기온에 따른 제설제 사용 현황 65
  2-3. 제설작업에 따른 제설제 사용 현황 65
  2-4. 제설작업에 따른 시민 인식 분석 67
04 제설작업 개선 및 노면결빙 선제적 대응 기술 도출 69
 1. 제설제 소금수용액 적용 70
  1-1. 제설제 수용액 제작 및 보관성 검토 70
  1-2. 제설제 수용액 변경에 따른 실내 융빙성능 검토 74
 2. 상변화물질을 이용한 친환경 제설시스템 78
  2-1. 상변화물질을 이용한 제설시스템 개요 78
  2-2. 상변화물질 축열탱크 제작 및 성능 분석 78
  2-3. 고운 제설염수 살포 시스템 개발 88
 3. 탄소나노재료를 이용한 친환경 제설시스템 98
  3-1. 탄소나노재료를 이용한 제설시스템 개요 98
  3-2. 탄소나노재료를 이용한 발열콘크리트 발열성능 분석 99
  3-3. 발열 보도블록 제작 및 발열성능 분석 105
 4. 서울시 제설작업 개선 및 노면결빙 선제적 대응 방안 제시 117
  4-1. 서울시 제설작업 개선 방안 117
  4-2. 노면결빙 선제적 대응 기술 적용 방안 118
05 IoT 기반 스마트 제설시스템 구축 방안 119
 1. 스마트 제설시스템 역할 및 구성 120
  1-1. 스마트 제설시스템 역할 120
  1-2. 스마트 제설시스템 구성 122
 2. IoT 스마트 제설장비와 제설 감지기 구축 방안 126
  2-1. 이동형 제설 장비 126
  2-2. 고정형 제설 장비 127
  2-3. IoT 제설 감지기 128
 3. IoT 제설 네트워크 및 제설작업 통합관리시스템 구축 방안 130
  3-1. IoT 제설 네트워크 130
  3-2. 제설작업 통합관리시스템 131
참고문헌 141
Abstract 144

표 목차
[표 1-1] 친환경 제설의 정의 25
[표 2-1] 제설제의 종류 28
[표 2-2] 염화물계 제설제의 특성 29
[표 2-3] 염화물계 제설제의 특성 29
[표 2-4] 친환경(환경인증) 제설제 융빙성능 31
[표 2-5] 염화칼슘 수용액 농도에 따른 염화칼슘 투입량(kg/㎥) 33
[표 2-6] 소금 수용액 농도에 따른 염화칼슘 투입량(kg/㎥) 33
[표 2-7] 제설제 사용 방식 비교 34
[표 2-8] 외국의 제설제 종류 및 사용방법 34
[표 2-9] 외국의 제설제 사용량 및 방법 35
[표 2-10] 도로 등급에 따른 각 제설 수준 35
[표 2-11] 자동 염수 살포 제설장비 종류 36
[표 2-12] 고속도로 습염식 제설제 살포 기준 40
[표 2-13] 강설량 3cm 미만일 때의 제설 방법 구분 40
[표 2-14] 국내외 제설제 살포량 기준 비교 41
[표 2-15] 도로제설관리시스템 주요 기능 정의 43
[표 2-16] 도로기상청정보시스템의 주요 센서별 측정항목 45
[표 2-17] 서울시 적설량별 제설방법 52
[표 2-18] 서울시 연도별 강설 및 제설자재 사용 현황 53
[표 2-19] 서울시 제설현장관리시스템의 구성 53
[표 3-1] 서울시 강설상황 기상 데이터 수집 내용 55
[표 3-2] 서울시 생활권계획 56
[표 3-3] 서울시 연도별 겨울철 일일 최대/최저/평균 기온의 변화 56
[표 3-4] 서울시 연도별 강설 발생 시 일일 최대/최저/평균 기온의 변화 57
[표 3-5] 서울시 연도별 강설량과 강설일 통계 57
[표 3-6] 서울시 제설기관별 포장도로 면적 대비 제설제 투입 자재량 비율 66
[표 3-7] 서울시 제설작업 시민 인식 분석 결과 68
[표 3-8] 서울시 제설 관련 트위터 주요 내용 68
[표 4-1] 제설제 수용액 저온 용해성 시험 71
[표 4-2] 15℃ 재료 보관 수용액 제조 10분 경과 후 용해성 시험 결과 71
[표 4-3] 4℃ 재료 보관 수용액 제조 2시간 경과 후 용해성 시험 결과 72
[표 4-4] 제설제 수용액 저온 보관성 시험 72
[표 4-5] 각 농도별 제설제 수용액 -5℃ 48시간 저온 보관성 시험 결과 73
[표 4-6] 각 농도별 제설제 수용액 -15℃ 2시간 저온 보관성 시험 결과 73
[표 4-7] 습염제설 수용액 변경 현장 제설성능 시험 결과 77
[표 4-8] 상변화물질(PCM) 축열탱크 설계과정 80
[표 4-9] 상변화물질 원재료 물성치 81
[표 4-10] 상변화물질(PCM) 축열탱크 성능검증 실험 구성장치 상세사양 82
[표 4-11] 사용온도에 따른 상변화물질(PCM) 축열탱크 필요용량 92
[표 4-12] 도로포장 가열시스템 상변화물질(PCM) 축열탱크 실험결과 95
[표 4-13] 도로포장 가열시스템 성능 실험 결과 96
[표 4-14] 30V전압을 공급한 발열 보도블록의 소비전력 116

그림 목차
[그림 1-1] 겨울철 노면결빙 발생 24
[그림 1-2] 연구 흐름도 26
[그림 2-1] 습염살포의 제설원리 33
[그림 2-2] 제설제 살포 장비 종류 36
[그림 2-3] 제설제 살포율과 융빙면적과의 관계 42
[그림 2-4] 노면온도와 융빙면적과의 관계 42
[그림 2-5] 도로기상정보시스템 개념도 44
[그림 2-6] 도로기상정보시스템 구성도 44
[그림 2-7] 종합상황 모니터링 시스템 개념도 45
[그림 2-8] 전기전열선 매설 방식 친환경 제설시스템 46
[그림 2-9] 지열에너지를 이용한 도로융설시스템 개념도 47
[그림 2-10] 영국 계절간열전환시스템 시스템 구성 및 설치 전경 48
[그림 2-11] 상변화물질의 작동 원리 48
[그림 2-12] 일본 후쿠이시 교량의 상변화물질 제설시스템 적용 사례 49
[그림 2-13] 상변화물질 혼입 콘크리트 슬래브의 융설기능 실험 50
[그림 2-14] 탄소나노튜브 혼입 모르타르의 전도발열 시험 및 온도 분포 50
[그림 2-15] 탄소매쉬 발열 콘크리트 포장 시험시공 51
[그림 3-1] 서울시 연도별 겨울철 일일 및 강설시 최대/최저/평균 기온 변화 57
[그림 3-2] 서울시 강설 발생 전후 일일 평균 기온 변화 58
[그림 3-3] 서울시 강설 발생 전후 일일 기온 변화 58
[그림 3-4] 서울시 강설일 평균기온과 강설량 관계 59
[그림 3-5] 서울시 및 각 권역별 강설 발생시간별 횟수 60
[그림 3-6] 서울시 및 각 권역별 강설 발생시간별 평균 기온 61
[그림 3-7] 서울시 및 각 권역별 강설 발생시간별 평균 강설량 62
[그림 3-8] 온도에 따른 제설제 용빙 성능 63
[그림 3-9] 서울시 강설량에 따른 제설제 투입량 64
[그림 3-10] 서울시 기온에 따른 제설제 투입량 65
[그림 4-1] 제설제 수용액 제작을 위한 소금 및 염화칼슘 재료 70
[그림 4-2] 수용액 종류에 따른 액상 제설방식 -5℃ 융빙성능 시험 결과 74
[그림 4-3] 수용액 온도에 따른 액상 제설방식 -5℃ 융빙성능 시험 결과 75
[그림 4-4] 수용액 종류에 따른 습염 제설방식 -5℃ 융빙성능 시험 결과 76
[그림 4-5] 상변화물질을 이용한 친환경 제설시스템 개요도 78
[그림 4-6] 상변화물질(PCM) 축열탱크 열교환 배선 설계 79
[그림 4-7] 상변화물질(PCM) 축열탱크 프로토타입 제작 80
[그림 4-8] 상변화물질(PCM) 축열탱크 내부 온도계 위치 81
[그림 4-9] 상변화물질(PCM) 축열탱크 성능검증 실험 구성장치 선정 82
[그림 4-10] 상변화물질(PCM) 탱크 제작 및 실험 준비과정 83
[그림 4-11] 상변화물질(PCM) 축열탱크 축열 과정 중 상변화물질의 온도 84
[그림 4-12] 상변화물질(PCM) 축열탱크 방열 과정 중 상변화물질이 온도 85
[그림 4-13] 사용온도 범위에 따른 수축열 대비 상변화물질(PCM) 가용 열량 비율 산정 86
[그림 4-14] 축열 시간에 따른 유량당 상변화물질 온도 86
[그림 4-15] 방열 시간에 따른 유량 당 상변�루질 온도 87
[그림 4-16] 유량에 따른 축, 방열 시 상변화물질(PCM) 축열탱크의 열 유용도 87
[그림 4-17] 유량에 따른 축, 방열 시 상변화물질(PCM)의 상변화 시간 88
[그림 4-18] 염수탱크 배관설계 및 센서 위치도 89
[그림 4-19] 검증실험용 염수탱크 89
[그림 4-20] 제설 염수 가열시스템 성능 검증 실험 개요 90
[그림 4-21] 상변화물질(PCM) 축열탱크 설치장비 모니터링센서 위치 90
[그림 4-22] 시간에 따른 염수 온도 상승 추이 91
[그림 4-23] 도로포장 가열시스템 시험체 온도센서 설치 위치 93
[그림 4-24] 도로포장 가열시스템 실증 설치 94
[그림 4-25] 포장체 표면 빙판 형성 과정 94
[그림 4-26] 도로포장제 가열시험 포장체 온도 측정 결과 95
[그림 4-27] 도로포장제 가열시험 포장체 위치별 온도분포 97
[그림 4-28] 도로포장제 가열시험 시간별 포장체 표면 오도 분포 97
[그림 4-29] 탄소나도재료(CNT) 혼입 발열 콘크리트 개념도 98
[그림 4-30] 탄소나도재료 혼입 콘크리트 발열성능 인자 도출 실험체 개요도 99
[그림 4-31] 발열성능 인자 도출 실험체 개요도 100
[그림 4-32] 양생 1일 나도 복합체 발열 시험 열화상 이미지 101
[그림 4-33] 양생 1일된 나도 복합체의 시간에 따른 온도변화량 102
[그림 4-34] 양생 28일된 나노 복합체의 시간에 따른 온도량변화량 104
[그림 4-35] 발열 보도블록 제작 개요도 105
[그림 4-36] 발열 보도블록 발열성능 시험 106
[그림 4-37] 양생 7일 발열 보도블록 발열 시험 열화상 이미지 107
[그림 4-38] 양생 7일 발열 보도블록의 발열량 108
[그림 4-39] 양생 7일 발열 보도블록 나노재료 미혼입층의 온도 변화량 110
[그림 4-40] 양생 28일 발열 보도블록의 MWCNT 혼입률에 따른 발열량 112
[그림 4-41] 양생 28일 발열 보도블록 나노재료 미혼입층의 온도 변화량 114
[그림 4-42] 노면결빙 선제적 대응 친환경 제설시스템 적용 방안 118
[그림 5-1] IoT기반 스마트 제설시스템 역할 120
[그림 5-2] IoT 기반 스마트 제설시스템 개념도 및 구성 122
[그림 5-3] IoT 스마트 제설장비의 종류 123
[그림 5-4] IoT 스마트 제설장비로부터 획득되는 정보 123
[그림 5-5] IoT 제설 감지기 및 제설 네트워크 124
[그림 5-6] 제설작업 통합관리시스템의 구성 125
[그림 5-7] 이동형 제설 장비의 개념도 126
[그림 5-8] 고정형 제설 장비의 개념도 127
[그림 5-9] IoT 제설 감지기의 센서 정보 129
[그림 5-10] IoT 제설 감지기의 제설 네트워크 130
[그림 5-11] 미연방도로관리청 제설작업 의사결정 지원 시스템 131
[그림 5-12] 데이터 관리시스템과 제설 정보 분석 시스템의 구성 132
[그림 5-13] 영상정보에 적용된 비 또는 눈 감지 프로세스 133
[그림 5-14] 영상정보 분석을 통한 차량검출 사례 134
[그림 5-15] 에너지 균형 법칙에 대한 개념도 135
[그림 5-16] 에너지 균형 방정식 기반의 노면 온도 및 상태 결과 135
[그림 5-17] ArcGIS Online에서 제공하는 네트워크 해석 서비스의 기능 137
[그림 5-18] GIS-T를 이용한 네트워크 해석의 과정 138
[그림 5-19] 콜로라도 DMSS의 표출 화면 139
[그림 5-20] ArcLogistics에서 제공하는 단일 차량의 경로 정보 140
[그림 5-21] 서울시 제설 정보 시스템(웹기반) 예시 140