1. 서 론
운전자의 시각 정보는 운전 중 주행 안전성에 영향을 미치는 핵심 요소 중 하나이며, 도로전광표지는 주행에 필요한 다양한 도로⋅교통 정보와 주의사항을 운전자에게 전달하는 중요한 시각적 정보시설이다. 그러나, 안개와 같은 악천후 상황에서는 도로전광표지의 판독성이 급격히 저하되며, 이로 인해 운전자에게 전방의 도로 및 교통상황, 통제 정보 등을 원활히 전달하지 못하여 통행 안전성 및 교통 흐름의 효율성을 떨어뜨리게 된다. 이에 따라 운전자의 안전한 주행 및 원활한 교통 소통을 위해서는 악천후 환경에 적합한 도로전광표지의 표출 기준이 필요하다.
고령 운전자는 시각 인지 능력과 주행 정보의 해석 속도가 일반 운전자에 비해 상대적으로 저하되는 경향이 있으며, 이러한 특성은 악천후와 같은 환경 조건에서 더욱 심각해진다. 국내 고령화가 점차 가속화됨에 따라 고령 운전자의 안전한 주행 환경을 확보하기 위한 연구의 필요성이 증대되고 있으며, 이에 따른 도로전광표지의 적정 표출 기준 또한 재검토가 필요하다. 본 연구에서는 고령 운전자와 비고령 운전자를 대상으로 안개 농도에 따른 도로전광표지의 판독거리를 비교 분석하여 기존 도로전광표지 운영기준의 적정성을 검토하고, 고령 운전자의 주행 안전성 향상을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
이를 위해 실제 규모의 도로 및 안개 실험 환경을 구축하였으며, LCS (Lane Control System), VSL (Variable Speed Limit), VMS (Variable Message Sign) 등 기호⋅숫자⋅문자 형태로 구성된 다양한 표출 형식을 대상으로 안개 농도에 따른 판독거리를 실증 평가하였다. 본 연구를 통해 고령 운전자의 특성을 고려한 도로전광표지의 표출 기준 정립의 필요성을 제기하고자 하며, 향후 야간 악천후 환경에서 고령 운전자 도로전광표지 운영 시 고려 사항을 제안하였다.
2. 관련 문헌 검토
2.1 국내외 도로전광표지 휘도 기준
도로전광표지의 휘도는 운전자에게 전방의 도로⋅교통상황 및 정보를 쉽게 식별하고 판독할 수 있도록 주변 조도와 날씨를 고려하여 적절하게 운영되어야 하며, 이와 관련하여 국내외 관련 기준은 다음과 같이 제시되고 있다.
국토교통부(MOLIT, 2008) ｢도로안전시설 설치 및 관리 지침 - 도로전광표지편 -｣에서는 밤 시간대의 조도를 10 lx 이하, 낮 시간대의 조도를 1,000~100,000 lx, 일출 및 일몰 시간대를 10~1,000 lx로 감안하여 운전자가 표출 메시지를 판독하는 데 어려움을 갖지 않도록 밤 시간대에는 낮은 휘도, 낮 시간대에는 높은 휘도로 Table 1과 같이 조도 조건별 휘도 기준을 제시하고 있다.
Table 1
Luminance Standards for Road Variable Message Signs (MOLIT, 2008)
| Illuminance (lx) | Luminance (cd/m2) |
|---|---|
| < 10 | 200~500 |
| 10~1,000 | 501~2,000 |
| ≥ 1,000 | ≥ 4,000 |
경찰청(KNPA, 2022) ｢가변형 교통안전표지 표준지침｣에서는 주변 조도와 표출 색상에 따른 휘도 기준을 Table 2와 같이 제시하고 있다.
Table 2
Luminance Standards for Variable Traffic Safety Signs by Illuminance (KNPA, 2022)
미국전기공업협회(NEMA, 2023)에서는 조도에 따른 휘도 기준을 Table 3과 같이 제시하고 있다.
Table 3
Luminance Standards for Variable Message Signs on Roads (NEMA, 2023)
유럽 표준(BS EN 12966-1, 2015)의 휘도 기준은 Table 4와 같다. 유럽 표준의 휘도 최소 기준은 미국전기공업협회와 동일하나, 미국전기공업협회의 휘도 기준의 경우 조도 400~40,000 lx에서 휘도의 상한치 기준이 없는 것과는 다르게 유럽 표준의 경우 상한치 기준을 제시하고 있다.
Table 4
Luminance Standards for Road Variable Message Signs (BS EN 12966-1)
2.2 도로전광표지 판독 관련 선행연구
Yang et al. (2014)은 설문조사 및 시인성 실험을 통한 글자체 및 밝기 평가, 주행 중 판독 실험을 통해 표지판 크기 평가를 수행하였으며, 이를 통해 가변형 교통안전표지 규격(안)을 제시하였다.
Kim et al. (2016)은 실제 터널 500 m 구간에서 안개 환경을 재현하고 총 92명의 피실험자를 통해 안개로 인한 시정거리와 표출 휘도에 따른 가변 제한속도 표지판의 판독성을 평가하였다. 그 결과 높은 휘도에 비해 낮은 휘도에서 판독거리가 짧게 나타났으며, 시정거리 100 m에서 휘도 20,000 cd/m2, 40,000 cd/m2 간의 판독거리의 차이가 없음을 확인하였다.
Cho et al. (2018)은 총 길이 90 m의 밀폐된 공간에 일출 및 일몰 수준의 조도와 안개 기상의 실험 환경을 조성하고 피실험자를 활용하여 도로전광표지의 표출 색상 및 안개 시정거리에 따른 판독거리를 평가하였다. 이를 통해 도로전광표지 표출부의 색상별 판독거리 산출 모형을 개발하였으며, 기존 맑은 날의 판독거리 산출 모형과 비교하여 짙은 안개 시 판독거리가 매우 짧아짐을 확인하였다.
Kim et al. (2020)은 안개 환경에서 휘도와 색상 변화가 도로전광표지의 판독거리에 미치는 영향을 분석하기 위해 모의환경을 구축해 실험적 연구를 수행하였다. 안개를 시정거리 별로 재현하여 다양한 표출 색상과 휘도 수준을 조합한 결과를 이용하여 판독거리를 추정하는 모형식을 개발하였다.
Huo et al. (2024)은 안개 환경을 재현한 실험에서 표출 색상과 단어 간격을 변화시켜 피험자의 판독 성능을 평가하였으며, 이를 통해 색상과 단어 간격이 도로전광표지의 판독성에 유의한 영향을 미치는 주요 요인임을 규명하였다.
이와 같이 도로전광표지의 판독성에 관한 연구는 색상, 휘도, 문자 간격, 조도 및 안개 시정 등 다양한 요인을 중심으로 꾸준히 이루어져 왔다. 그러나 기존 연구들은 대부분 단일 형식의 도로전광표지나 제한된 정보 구조를 대상으로 하거나, 비고령자를 중심으로 판독성을 평가하는 데 그치는 한계가 있다. 이에 비해 본 연구는 실규모 도로 환경과 유사한 안개 재현 조건에서 다양한 표출 형식을 포함하여 실험을 수행하고, 피험자를 고령자와 비고령자로 구분하여 판독 특성을 실증적으로 분석했다는 점에서 차별성을 가진다.
3. 실험 방법
3.1 도로전광표지 판독거리 평가 조건
안개 농도에 따른 운전자의 도로전광표지 판독거리 평가를 위하여 Fig. 1과 같이 도로전광표지의 표출 조건을 선정하였다. 표출 문자 종류는 LCS (↓), LCS (X), VSL (제한속도 30 km/h), VMS (안개주의)로 설정하여 기호, 숫자, 문자를 모두 평가할 수 있도록 하였다. 도로전광표지의 표출 문자 크기는 표출 문자별 국내 도로에서 일반적으로 표출하는 크기를 고려하여 LCS의 경우 60 cm × 60 cm, VSL의 경우 90 cm × 90 cm, VMS의 경우 120 cm × 120 cm로 각각 설정하였다. 각 문자별 표출 휘도는 국내외 휘도 기준 중 무조명 야간 조도 환경인 4 lx 미만에서의 색상별 기준을 고려하여 설정하였다.
판독거리 평가 실험을 위하여 Table 5와 같이 실험 환경 조건을 구성하였다. 조도 조건은 무조명 야간 환경인 외부 조도 0 lx로 설정하였으며, 안개 농도별 판독거리 평가를 위하여 시정거리 10~30 m, 30~50 m, 50~80 m의 3개의 안개 조건을 구성하였다.
3.2 실험 환경 조성
야간의 안개 도로환경 모사를 위하여 한국건설기술연구원 연천SOC실증연구센터 기상재현 도로실증시설을 활용하였으며, Fig. 2와 같이 외부 간섭광이 없는 터널형 구조물 200 m 구간 내 실험환경을 조성하여 외부 조도 0 lx의 무조명 야간 환경을 구현하였으며, 구조물 내 안개 분사장치를 사용하여 조건별 안개 환경을 구현하였다.
실험을 위해 실증시설의 노면으로부터 높이 6 m (표지 중심 높이 6.85 m)에 도로전광표지를 설치하였다. 또한, 피실험자들의 최대 판독거리 측정이 용이하도록 도로전광표지로부터 0.1 m 간격으로 노면에 거리표를 설치하였다.
3.3 피실험자 구성
도로전광표지 판독거리 평가는 운전면허를 보유한 총 49명의 피실험자에 의해 수행되었다. 전체 피실험자의 성별 및 연령대는 Table 6과 같이 65세 이상의 고령 운전자 17명, 65세 미만의 비고령 운전자 32명으로 구성되었다.
3.4 실험 방법
안개 농도에 따른 도로전광표지의 판독거리 평가 방법은 Fig. 3과 같이 수행하였다. 피실험자 집단이 도로전광표지로부터 일정 거리(약 150 m) 이상에 위치한 상태에서 안개 및 도로전광표지 표출 조건을 조성한다. 이후 해당 실험 환경에서 각 피실험자가 도로전광표지를 판독할 수 있는 거리까지 이동하고, 거리표를 활용하여 개인별 판독 가능한 최대 거리를 측정하며, 이를 실험 조건별로 반복 수행하였다.
안개 조건별 도로전광표지의 판독 기준은 Fig. 4와 같다. 도로교통전광표지에 표출된 각 기호, 숫자, 문자가 뭉개짐 없이 보이는 정도를 판독 기준으로 선정하여 실험 전 피실험자 집단에게 교육하였다.
4. 실험 결과 분석
4.1 도로전광표지 판독거리 평가 결과
4.1.1 LCS (↓) 판독거리 평가 결과
시정거리에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 LCS (↓) 판독거리 평가 결과는 Table 7, Fig. 5와 같다. 시정거리 10~30 m의 안개 조건에서 고령운전자의 평균 판독거리는 36.4 m로 비고령 운전자의 평균 판독거리 24.7 m보다 11.7 m 길게 평가되었다. 시정거리 50~80 m의 안개 시 평균 판독거리는 고령 운전자의 경우 96.1 m로 비고령 운전자의 80.9 m보다 15.2 m 길게 평가되었다.
Table 7
Average Legibility Distance by Driver Group (LCS, ↓)
4.1.2 LCS (X) 판독거리 평가 결과
시정거리에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 LCS (X) 판독거리 평가 결과는 Table 8, Fig. 6과 같다. 시정거리 10~30 m의 안개 조건에서 고령운전자의 평균 판독거리는 33.8 m로 비고령 운전자의 24.2 m보다 9.6 m 더 길게 평가되었으며, 시정거리 50~80 m의 안개 시 평균 판독거리는 고령 운전자의 경우 107.4 m로 비고령 운전자의 99.8 m보다 7.6 m 더 길게 평가되었다.
Table 8
Average Legibility Distance by Driver Group (LCS, X)
4.1.3 VSL (제한속도 30 km/h) 판독거리 평가 결과
시정거리에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 VSL (제한속도 30 km/h) 판독거리 평가 결과는 Table 9, Fig. 7과 같다. 시정거리 10~30 m의 안개 조건에서 고령 운전자의 평균 판독거리는 32.3 m로 비고령 운전자의 49.1 m보다 16.8 m 짧게 평가되었다. 시정거리 50~80 m 안개 시 평균 판독거리는 고령 운전자의 경우 75.2 m로 비고령 운전자의 80.9 m보다 5.7 m 더 짧게 평가되었다.
Table 9
Average Legibility Distance by Driver Group (VSL, Speed limit 30 km/h)
4.1.4 VMS (안개주의) 판독거리 평가 결과
시정거리에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 VMS (안개주의) 판독거리 평가 결과는 Table 10, Fig. 8과 같다. 시정거리 10~30 m의 안개 조건에서 고령운전자의 평균 판독거리는 33.9 m로 비고령 운전자의 46.4 m보다 12.5 m 짧게 평가되었으며, 시정거리 50~80 m 안개 시 평균 판독거리는 고령 운전자의 경우 83.2 m로 비고령 운전자의 89.9 m보다 6.7 m 더 짧게 평가되었다.
Table 10
Average Legibility Distance by Driver Group (VMS, Fog Warnning)
4.2 최소 판독거리 비교
도로전광표지는 Fig. 9와 같이 운전자가 주행 환경에서 표출되는 정보를 판독하는 데 필요한 최소 판독거리를 확보해야 한다. 현행 도로전광표지 운영 기준의 적정성을 평가하기 위해 기준 휘도를 표출하여 평가한 안개 정도에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 판독거리와 최소 판독거리를 비교하여 만족 여부 검토하였다.
최소 판독거리는 국토교통부(MOLIT, 2008) ｢도로안전시설 설치 및 관리 지침 - 도로전광표지편 -｣ 표출 문자의 판독이 가능한 시점부터 판독 종점까지의 거리인 판독 소요 거리와 운전자가 도로전광표지의 표출 정보를 더 이상 볼 수 없는 소실 거리의 합으로 설명되고 있으며, Eq. (1)과 같이 계산된다. 판독 소요 거리는 차량의 주행속도와 정보 단위(메시지를 구성하는 의미적으로 독립된 단위 정보)수, 정보 단위당 판독 시간을 통해 Eq. (2)와 같이 계산되며, 소실 거리는 도로전광표지의 중심 높이와 표시면의 각도로 Eq. (3)과 같이 계산된다.
여기서, MLD는 최소 판독거리(Minimum Legibility Distance), LTD는 판독 소요거리(Legibility Time Distance), LLD는 소실 거리(Lost Legibility Distance)를 의미한다.
여기서, V는 평균 주행속도, N은 정보 단위 수, TLTD는 정보단위당 판독시간(보통 1초)을 의미한다.
여기서, H는 표지 중심 높이, θ는 표시면 설치각(연직면에서 운전자 방향으로 기울게 설치하는각, 보통 6°)를 의미한다.
국내 도로교통법 시행규칙에서는 가시거리가 100 m 이하로 감소할 경우 최고 속도를 50% 감속하도록 규정하고 있다. 이에 따라 우리나라 고속도로의 일반적인 제한속도인 100 km/h를 기준으로 할 때 감속 후 주행속도는 50 km/h가 되며, 본 연구에서는 이러한 법적 감속 기준을 반영하여 Eq. (2)에서의 평균 주행속도를 50 km/h로 가정하였다. 또한, 관련 지침을 준용하여 표시면 설치각을 6°, 정보 단위 당 판독시간은 1초로 가정하였고, 표지 중심 높이는 본 연구에서 사용된 도로전광표지의 실제 설치 표지 중심 높이인 6.85 m를 적용하여 최소 판독거리를 산출하였다. 주행속도 50 km/h 시 확보되어야 하는 최소 판독거리와 실험을 통해 평가된 판독거리를 비교한 결과는 Table 11과 같다.
Table 11
Comparison of Calculated Minimum Legibility Distance by Driving Speed and Evaluated Legibility Distance
| Classification | LCS (↓) | LCS (X) | VSL (Speed limit 30 km/h) | VMS (Fog warning) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Minimum legibility distance at 50 km/h (m) | 79.1 | 93.0 | ||||
| Legibility distance (m) | Visibility 10~30 m | Elderly | 36.4* | 33.8* | 32.3* | 33.9* |
| Non-elderly | 24.7* | 24.2* | 49.1* | 46.4* | ||
| Visibility 30~50 m | Elderly | 65.2* | 59.3* | 50.1* | 50.0* | |
| Non-elderly | 49.9* | 58.8* | 54.9* | 55.6* | ||
| Visibility 50~80 m | Elderly | 96.1 | 107.4 | 75.2* | 83.2* | |
| Non-elderly | 80.9 | 99.8 | 80.9 | 89.9* | ||
시정거리 10~30 m, 30~50 m의 안개 조건 시 모든 표출 조건에서 고령 운전자와 비고령 운전자 모두 주행속도 50 km/h 시 확보되어야 하는 최소 판독거리를 만족하지 못하였다. 정보 단위 수가 2단위인 VMS (안개주의)의 경우 시정거리 50~80 m의 안개 조건에서도 최소 판독거리를 만족하지 못하였다.
안개 도로환경에서 고령 운전자와 비고령 운전자 모두에게 만족되는 최소 판독거리를 위해서는 현행 기준과 같이 조도와 표출 색상만을 고려한 휘도가 아닌 안개 조건을 고려한 기준이 필요할 것으로 판단된다.
5. 결론 및 향후 연구
본 연구에서는 안개와 같은 악천후 환경에서 현행 도로전광표지 운영 기준의 적정성을 검토하기 위하여 고령 운전자와 비고령 운전자를 대상으로 실규모 실험시설을 활용하여 안개 시정거리와 도로전광표지 표출 조건에 따른 판독거리를 평가하였다.
도로전광표지의 대표적 표출 형식인 기호(LCS, ↓, X), 숫자(VSL, 30), 문자(VMS, 안개주의)에 대하여 17인의 고령 운전자와 32인의 비고령 운전자에 의한 판독거리를 평가하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
1. 모든 피험자 집단 및 도로전광표지 표출 조건에서 안개로 인한 시정거리가 저하될수록 판독거리 또한 감소하였다.
2. 80 m 이하의 모든 안개 조건에서 도로전광표지가 표출 종류가 기호(LCS)인 경우 고령 운전자의 판독거리가 비고령 운전자보다 더 길게 평가되었으나, 반대로 숫자(VSL), 문자(VMS)인 경우 비고령 운전자의 판독거리가 더 길게 평가되었다. 시각적으로 직관적인 기호 형식의 경우 고령 운전자가 판독하는데 어려움이 없으나, 상대적으로 복잡한 숫자와 문자 형식의 경우 비고령 운전자보다 짧은 판독거리를 보였으며, 이는 고령에 의한 시각 인지 능력 저하에 의한 것으로 판단된다.
3. 시정거리 50 m 미만의 안개 환경에서 야간 무조명 조건의 도로전광표지 기준 휘도 표출 시 고령 운전자와 비고령 운전자의 판독거리는 주행속도 50 km/h의 최소 판독거리를 만족하지 못하였으며, VMS의 경우 시정거리 50~80 m에서도 최소 판독거리를 만족할 수 없음을 확인하였다.
본 연구에서는 무조명 야간 수준의 조도 조건에서 안개 시정에 따른 고령 운전자와 비고령 운전자의 도로전광표지 판독성을 평가하였다. 해당 연구결과 현행 도로전광표지 기준과 같이 외부조도와 색상만을 고려하여 표출 휘도를 운영할 경우 짙은 안개와 같은 악천후 환경에서 운전자의 최소 판독거리를 확보하지 못하는 문제를 보였다. 이는 조도 기반의 일률적인 휘도 기준이 실제 기상 조건의 변화와 운전자의 시각적 특성을 충분히 반영하지 못하고 있음을 실증하였으며, 운전자의 연령대별 인지 특성과 악천후 환경을 고려한 적정 기준 마련이 필요함을 확인하였다. 또한 안개 농도 증가에 따라 표출 정보의 판독거리가 전반적으로 감소하는 양상이 확인되었으며, 이는 저시정 환경에서 정보 전달력을 유지하기 위한 광원 특성, 표출 방식, 제어 알고리즘 등 기술적 요소의 보완 필요성을 시사한다. 이에 따라 악천후와 같은 저시정 상황에서도 충분한 판독성을 확보하기 위해서는 관련 기술과 운용 방식 전반에 대한 기술적⋅정책적 개선 방향을 함께 검토할 필요가 있는 것으로 판단된다.
해당 연구에서는 특정 조도 및 도로전광표지 휘도 조건과 정보 단위의 수가 1~2단위의 비교적 단순한 정보에 대하여 피실험자의 도보를 통해 판독거리를 실증하였다는 한계점이 있다. 향후 다양한 조도와 도로전광표지 휘도, 보다 높은 정보 단위 수를 실험 조건으로 설정하고, 피실험자의 도보에 의한 평가가 아닌 실제 주행을 통해 판독거리를 평가한다면 더욱 유의미한 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구 결과를 토대로 향후 악천후 환경과 고령 운전자를 고려한 도로전광표지 및 도로안전시설 개선에 기초자료로 활용하고, 다양한 실증 실험을 통해 성능을 검증한다면, 다양한 주행 환경에서 고령 운전자를 포함한 모든 운전자의 주행 안전성을 향상시키는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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