1. 서 론

1.2 현황 및 문제점

Fig. 1 좌측과 같이 사각 또는 원형, 다각형의 메탈 판재에 재귀반사필름(Retro Reflection Film)을 부착하여 차량의 전조등에서 발생되는 빛을 다시 차량에 반사하여 도로의 지정된 속도, 위험 정보 등을 시각적으로 운전자에게 제공하는 재귀반사 도로표지가 있다. 하지만 필름 형태로 고정된 표지 이미지만 표출이 가능하여, 장시간 외부 환경 노출 시에는 필름 자체의 경화(硬化)가 발생하여 재귀반사 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

Fig. 1. Retro reflection sign type(Lift), LED variable message sign type(Right)

재귀반사 도로표지의 단점을 해결하기 위해 Fig. 1 우측과 같이 가변형 도로전광표지(VMS)가 개발되었으며 픽셀(Pixel) 단위의 제어를 통해 이미지 표출 변경이 가능하다는 장점을 가지고 있으나, 외부 전원이 공급되어야 하며 도로 위험 상황을 검지하거나 제어장치가 추가되어야 한다는 단점을 가지고 있다.

최근 다방면으로 활용되고 있는 투명디스플레이는 영상이 꺼져 있는 상태에서 디스플레이 소자가 인지(認知) 가능한 수준의 투과도를 가지며, 영상이 켜진 상태에서도 투과도가 일부 유지되는 디스플레이를 통칭한다^[2].

다시 말해 Fig. 2와 같이 화면의 뒤 배경이 비취보이는 LED 모듈로서 Glass와 Glass 또는 투명 폴리카보네이트(PC) 사이에 LED와 투명전극소재인 산화인듐(Indium Tin Oxide, ITO)을 필름 형태로 부착하여 양면으로 발광시킬 수 있는 형태이다.

투명 디스플레이는 패널 앞면과 뒷면에서 표시되는 표출 이미지를 인지할 수 있는 장점이 있는 반면, 현재까지는 실 도로에 적용되지 않고 있다.

Fig. 2. LED transparent display(LEORIA社)

2. 관련 이론

도로전광표지(VMS)의 설치 기준은 국토교통부의 “도로안전시설 설치 및 관리지침 6. 도로전광표시”에 설치 목적 및 기준이 자세히 수록되어 있으며, 한국지능형교통체계협회는 2015년에 “도로전광표지 시스템 표준”이라는 단체표준을 제정하여 일반요구사항 등을 포함하여 도로전광표지를 규격화 하고 있다^{[4, 5]}.

문자의 판독성(Legibility)이 기본적으로 운전자의 시각 능력에 지배를 받는 만큼, 적정 판독성을 제공하기 위해서는 인지거리(Viewing Distance, VD)와 적정 판독거리(Legibility Distance, LD)를 확보해야 한다.

인지거리는 운전자가 전방에 도로전광표지가 있다는 것을 인지한 지점에서 해당 도로전광표지까지의 거리를 말하며, 판독거리는 운전자가 표지의 문자를 읽을 수 있는 지점에서 해당 도로전광표지까지의 거리를 말한다.

도로전광표지의 인지거리나 판독거리는 운전자의 시지각 반응 특성을 기초로 산출한다. 이들 거리는 운전자에게 제공하는 정보의 문자 크기, 운전자의 시력과 반응시간, 차량의 주행속도(설계속도) 등에 영향을 받는다. 정보 인지량이나 인지율은 표출 정보의 양과 표출시간, 표출방식, 주행속도 등에 영향을 받는다.

도로전광표지에 표출되는 문자의 판독거리는 이론적으로 판독에 소요되는 거리와 소실거리(운전시 전방주시 상태에서 고개를 들지 않으면 도로전광표지가 보이지 않는 지점부터 해당 도로전광표지까지 거리) (Lost Legibility Distance)로 구성되며, 인지거리는 판독거리에 운전자의 초기 반응 시간에 의한 반응거리를 합한 것이다. Fig. 3과 같이 즉,

․인지거리(VD, m) = 반응거리 + 판독 소요거리 + 소실거리

․판독거리(LD, m) = 판독소요거리 + 소실거리

․소실거리( 소실거리는 운전자 눈높이(1.0m)와 도로전광표지 중심 높이를 7m로 하고 도로전광표지의 표시면 설치각(전방 주시각)을 6°로 할 경우 소실거리(7/tan6°)는 약 67 m) = 표지 중심 높이/tanθ ≒ 23 m

여기서,

V : 평균 주행속도 또는 설계 속도(m/sec)

N : 정보 단위 수(단위)

TPRT : 운전자 반응시간(운전자가 도로전광표지를 인지-반응하는 시간, 보통 2 sec(동적 화면의 도로전광표지와는 다소 차이가 있지만, 일반 도로 안내표지의 판독 반응시간에 대한 연구 결과는 지명의 개수와 설치 형식에 따라 반응시간이 다름을 보여주고 있으나 평균적으로 2초로 제시(H. J. Agg, Direction Sign overload, Project Report 77, pp. 15, TRL 1994 참조))

TLTD : 정보 단위당 판독시간(작은 정보 단위는 0.5 sec, 보통의 정보 단위는 1 sec(VMS에 표시된 지명의 경우, 대부분 2글자로 되어 있으며 작은 정보 단위에 속한다(정보 단위당 판독 시간 0.5초). 실제 VMS를 대상으로 한 판독 실험 결과에 나타난 평균 판독시간 1.7~2.1초에는 운전 조작 등에 소요된 시간까지 포함))

θ : 도로전광표지 표시면 설치각(°)

도로전광표지의 판독성은 직접적으로 판독거리와 연결되며, 이 거리가 사실상 수요 판독거리가 된다. 현장에서 관측한 판독거리는 엄밀하게 말해서 최대 판독거리로 볼 수 있는데, 여기에는 개념적으로 소요 판독거리와 소실거리가 포함되어 있다.

따라서, 도로전광표지의 판독거리 비교는 이론적으로 필요한 수요 판독거리(판독 소요거리+소실거리)와 현장에서 관측한 최대 판독거리를 비교하면 된다. Table 1은 정보량과 설계 수준별로 이론적으로 계산한 도로전광표지의 수요 판독거리를 정리한 것이다^[3].

Fig. 3. Conceptual diagram of minimum legibility distance for VMS

3. 도로전광표지의 판독거리 측정시험

3.1 측정 시료

본 판독거리 측정시험을 위해 기존 독립지주식 도로전광표지가 아닌 경량형의 도로조명 지주 부착용 LED 도로전광표지 시스템을 별도 제작하여 측정에 활용하였다.

첫 번째 측정시료는 Fig. 4와 같이 단면형의 LED 도로전광표지로 900mm × 900mm으로 일반 국도에 적용되는 크기로 제작하였으며, Driver IC가 내장된 RGB LED를 픽셀피치(Pixel Pitch) 10mm 간격으로 어레이(Array)하여 제작하였다.

Fig. 4. 3D modeling picture of single-sided LED VMS

두 번째 측정시료는 Fig. 5와 같이 투명 디스플레이를 적용한 양면형의 LED 도로전광표지로 단면형과 동일하게 900mm × 900mm 크기로 제작하였으며, 투명 폴리카보네이트(PC) 사이에 픽셀 피치 8mm LED와 투명전극(ITO)을 필름 형태로 접착하여 제작하였다.

Fig. 5. Picture of double-sided LED VMS(apply transparent display)

판독거리 측정을 위해 제작된 2가지 시료에 대한 자세한 제작 사양은 Table 2와 같다.

Table 2. Manufacturing specifications of the measurement sample

구분	단면 LED 도로전광표지	양면 LED 도로전광표지 (투명 디스플레이 적용)
크기	900mm × 900mm	900mm × 900mm
픽셀 피치	10mm	8mm
휘도	8,000cd/m² 이상	5,000cd/m² 이상
투명도	-	60% 이상(개구율 기준)
통신 방식	TCP/IP 방식	TCP/IP 방식

3.2 측정 환경

3.2.1 피시험자

제작된 2가지 형태의 LED 도로전광표지의 판독거리 측정시험을 위해 Table 3과 같이 20대부터 60대 연령의 남녀 각 1명씩을 총 10명의 피시험자를 모집하여 측정시험을 진행하였으며, 피시험자 이외에 별도의 시험원 1명이 차량에 동승하여 측정장비인 위성항법위치시스템(DGPS)를 운영하는 방식으로 판독거리 측정시험을 진행하였다.

Table 3. Test subject

피시험자		생년월일	나이	시력 좌/우
연령	성별
20대	남성	2002. 07. 13	21세	1.5/1.5
	여성	1999. 12. 28	23세	1.0/1.0
30대	남성	1987. 11. 10	35세	1.0/1.0
	여성	1988. 11. 21	34세	1.0/1.0
40대	남성	1973. 10. 09	49세	1.0/0.5
	여성	1974. 04. 23	48세	1.0/1.0
50대	남성	1969. 05. 25	53세	1.0/1.0
	여성	1971. 04. 19	51세	1.5/1.5
60대	남성	1961. 10. 03	61세	1.2/1.2
	여성	1961. 05. 01	61세	0.8/0.8

주) 나이는 측정시험년도(2021. 11. 4일 기준)

시력은 교정시력임

3.2.2 측정 장비

판독거리를 측정하기 위해서는 도로전광표지로부터 운전자가 표출 이미지를 판독하는 지점까지의 거리를 측정하는 장비가 반드시 필요하다. 본 측정에서는 Table 4와 같이 인공위성 위치 좌표 기반으로 측정 오차가 45cm 이내인 정밀도가 높은 위성항법위치시스템(Differential Global Positioning System; DGPS)을 주행 차량 내부에 장착하여 사용하였다.

Table 4. DGPS equipment specifications

장비 사진	장비 사양
	모델명 : Novatel BDS Position Accuracy - Single Point L1 1.8 m RMS - Single Point L1/L2 1.5 m RMS - WAAS L1 only 1.2 m RMS - WAAS L1/L2 0.9 m RMS - DGPS 0.45 m RMS - OmniSTAR - VBS 0.7 m - XP 0.15 m - HP 0.1 m - RT-202 0.2 m RMS - RT-2 1 cm + 1 ppm RMS

3.2.3 측정 방법

판독거리 측정시험을 위해서는 제작된 LED 도로전광표지 시료를 설치하고 300m 이상의 직선 주행도로를 갖춘 장소가 필요하다. 본 판독거리 측정시험을 위해 Fig. 6과 같이 테스트베드를 구축하였다.

Fig. 6. Legibility distance measurement test bed

그림에서 보는 바와 같이 실치 구축된 도로전광표지의 높이는 7.5m 이며, 하단에는 단면, 상단에는 양면(투명 디스플레이 적용) 가변형 도로전광표지를 배치하였다.

표출 이미지는 피시험자의 판독 혼란을 방지하기 위해 기능적 구분을 부가하여 하단의 단면은 숫자 위주의 제한속도 표출을 상단의 양면은 픽토그램과 문자 위주의 위험 정보를 표출하는 형태로 이미지를 제공하여 판독거리 측정을 진행하였다.

또한, 표출 이미지는 피시험자가 사전에 인지할 수 없도록 출발시점을 곡선부 도로에서 시작하였으며, 단면 도로전광표지는 Fig. 7과 같이 30, 50, 80km/h의 제한속도 표출 이미지 3가지를 피시험자들에게 랜덤하게 변경하여 측정하였다.

Fig. 7. Change image(3 type) of single-sided LED VMS

양면 도로전광표지(투명 디스플레이 적용)는 Fig. 8과 같이 픽토그램 위주로 미끄럼주의, 주정차금지와 문자 위주의 결빙주의, 무단횡단 등 표출 이미지 4가지를 피시험자들에게 랜덤하게 변경하여 측정하였다.

Fig. 8. Change image(4 type) of double-sided LED VMS

모든 판독거리 측정시험은 피시험자가 차량의 크루즈(Cruise) 기능을 활용하여 60km/h로 정속 운전으로 주행하면서 판독지점에서 입회한 시험원에게 구두로 표출 이미지 정보를 알려 주면 DGPS 버튼을 눌러서 판독거리를 측정하는 방식으로 진행되었다.

3.3 주․야간 판독거리 측정시험 결과

단면 LED 도로전광표지에 대한 피시험자의 주간 판독거리 측정 결과는 Table 5와 같고, 야간 측정결과는 Table 6과 같이 측정되었다.

Table 5. Single-sided LED VMS daytime legibility distance measurement result

피시험자 구분		표출 이미지			판독거리 (m)
연령	성별	30 km/h	50 km/h	80 km/h
20대	남성	○			180.09
	여성		○		191.29
30대	남성			○	222.23
	여성		○		172.21
40대	남성	○			193.75
	여성	○			238.52
50대	남성		○		183.59
	여성	○			174.79
60대	남성		○		214.98
	여성	○			239.82

Table 6. Single-sided LED VMS nighttime legibility distance measurement result

피시험자 구분		표출 이미지			판독거리 (m)
연령	성별	30 km/h	50 km/h	80 km/h
20대	남성	○			173.03
	여성		○		164.89
30대	남성	○			169.47
	여성		○		177.45
40대	남성			○	163.09
	여성	○			172.15
50대	남성	○			161.84
	여성		○		138.89
60대	남성			○	157.03
	여성		○		161.10

투명 디스플레이를 적용한 양면 LED 도로전광표지에 대한 피시험자의 주간 판독거리 측정 결과는 Table 7과 야간 측정결과는 Table 8과 같이 측정되었다.

Table 7. Double-sided LED VMS daytime legibility distance measurement result

구분		표출이미지				판독 거리 (m)
		픽토그램		문자
연령	성별	미끄럼 주의	주정차 금지	결빙 주의	무단 횡단
20대	남성			○		196.94
	여성	○				185.24
30대	남성		○			222.15
	여성				○	160.73
40대	남성	○				144.37
	여성			○		177.26
50대	남성				○	228.75
	여성		○			131.46
60대	남성				○	186.90
	여성	○				225.55

Table 8. Double-sided LED VMS nighttime legibility distance measurement result

구분		표출 이미지				판독 거리 (m)
		픽토그램		문자
연령	성별	미끄럼 주의	주정차 금지	결빙 주의	무단 횡단
20대	남성				○	170.83
	여성		○			183.52
30대	남성			○		198.65
	여성	○				154.54
40대	남성				○	147.85
	여성	○				162.54
50대	남성		○			145.22
	여성			○		153.26
60대	남성	○				154.03
	여성				○	141.86

가변형 도로전광표지의 판독거리 측정에 가장 중요한 요소인 주간과 야간 휘도를 Table 9와 같이 측정되었다. 휘도 측정 결과는 환경부 전광류광고물 빛방사허용기준에 부합되는 것으로 나왔다.

Table 9. Result of mean luminance during daytime and nighttime of VMS

4. 결 론

본 논문에서는 최근 국내외에서 많은 관심을 받고 있는 스마트 도로조명 플랫폼에서 도로 이용자, 특히 운전자에게 도로에서 발생하는 위험(이벤트) 정보를 제공하는 가변형 도로전광표지(VMS)의 가장 중요 요소인 표출 이미지에 대한 판독거리에 대한 측정시험을 진행하였다.

단면 LED 도로전광표지의 주간 및 야간 판독거리는 Fig. 9와 같이 분석되었다.

Fig. 9. Single-sided LED VMS legibility distance result(left : daytime, right : nighttime)

단면 LED 도로전광표지의 주간 판독거리 측정치의 산술평균은 201.13m, 야간은 163.89m로 분석되었다. 이는 60km/h(4분위)시의 이론적 고찰에서 언급한 수요 판독거리인 134m 이상으로 분석되었다.

양면 LED 도로전광표지(투명 디스플레이 적용)의 주간 및 야간 판독거리는 Fig. 10과 같이 분석되었다.

Fig. 10. Double-sided LED VMS legibility distance result(left: daytime, right: nighttime)

양면 LED 도로전광표지(투명 디스플레이 적용)의 주간 판독거리 측정치의 산술평균은 185.94m, 야간은 161.23m로 분석되었다. 양면 LED 도로전광표지는 단면과 마찬가지로 60km/h(4분위)시의 수요 판독거리인 134m 이상으로 분석되었다.

단면과 양면 LED 도로전광표지의 성별 주간 및 야간 평균 판독거리는 Table 10과 같이 분석되었다.

결과치로 볼 때 남성과 여성 성별간의 LED 도로전광표지 판독거리는 측정 오차를 감안 할 때 큰 차이를 보이지 않은 것으로 분석되었으며 다만, 주간과 야간 판독거리의 분석 결과로 볼 때 주간이 야간보다는 약 1.2배 정도 판독거리가 늘어나는 것으로 분석되었다. 단면과 양면 LED 도로전광표지의 주간과 야간 판독거리는 오차 수준 이내에서 큰 차이가 없으나, 다만, 단면 LED 도로전광표지는 피시험자가 익숙한 숫자 위주의 제한속도 이미지 표출하였고, 양면 LED 도로전광표지는 피시험자가 익숙하지 않는 픽토그램과 문자 이미지를 위주로 제공함으로써 피시험자의 판독거리에 영향을 주었을 것으로 판단된다.

본 논문에서 제작된 단면 가변형 도로전광표지의 판독거리 측정 결과를 토대로 국토교통부와 산업통상자원부의 지원을 받아 강릉시 화부산로 일대에 20개가 시범 설치되어 실질적인 교통사고 저감에 활용될 예정이다. 향후 장기간 수집된 데이터 분석을 통해 가변형 도로전광표지(VMS)와 교통사고와의 상관관계에 대해서 알아보고자 한다.