항공우주의학회지 제26권 제1호
□ 원 저 □
The KJAsEM Vol.26(1), April, 201618
INM을 적용한 공항주변 항공기 소음피해 분석
전 승 준
초당대학교 항공운항학과
Analysis of Aircraft Noise Area by INM Program around Airport
Seung Joon Jeon, Prof.
Department of Flight Operation, Chodang University, Muan, Korea
A study has been conducted for current situation of aircraft noise around airport by integrated noise model program. Aircraft noise is difficult to control, because of its wide-range effect, and it needs a great deal of funding. And, in effort to determine whether aircraft noise can have health effects such as hearing loss, hypertension and psychological stress. In this study, Integrated Noise Model Program will be introduced and applied to military airport to understand exact noise level area for counterplaning.
Key words: Aircraft Noise, INM (integrated noise model) Program, Airport Noise
접수: 2016년 3월 7일, 심사완료일: 2016년 3월 22일 교신저자: 전승준
우 58530 전남 무안군 무안읍 무안로 380 초당대학교 항공운항학과 미래관 222호 Tel: 061-450-1665, Fax: 061-450-1660
E-mail: [email protected], [email protected]
I. 서 론
항공기 소음은 지역마다 강도와 빈도가 다르고 정확한 피해면적을 산출하기가 어려운 문제가 있다[1]. 군용공항의 경우 항공기의 특성으로 소음피해가 더욱 심각한데도 불구 하고 그동안 남북 대치 상황을 이유로 대책이 소홀히 다루 어졌고, 소음피해면적에 대한 제도적 장치도 미미한 실정 이다[7]. 국가경제발전과 국민생활수준의 향상으로 인해 항공기 개발의 급속한 진전으로 세계적 고급 교통수단인 항공교통을 이용하여 국내외의 여행기회가 놀라울 정도로 증가하게 되었다[3]. 특히 민ㆍ군 공동사용 공항에서는 군 전투기의 음향출력이 민항기 보다 일반적으로 20 dB 이상 높아서 광범위하게 큰 소음피해가 발생하고 있는 실정이다 [4]. 이에 본 연구에서는 공항 주변의 소음피해현황을 INM 프로그램을 이용하여 소음예측모델을 구축 후 정확한 피해 현황을 알아 항공기소음대책 방안을 제시하는 것이 기본 목적이다.
연구의 범위는 크게 공간적 범위와 내용적 범위로 나뉘 어진다. 공간적 범위는 우리나라 군용 및 민간공항을 포함 하는 공항주변 지역이며 소음대책 효과분석을 위한 대상공 항은 현재 국내 민ㆍ군 공동사용공항 중 가장 많은 소음민 원의 발생지인 대구공항주변 지역으로 한정하였다. 내용적 범위는 공항주변에서의 항공기 소음에 관련된 분야로 한정 하고 이에 관련되는 분야로는 INM 예측모형의 구축 방법 론, 이 모형을 이용한 대구공항의 정확한 소음피해면적 등 을 포함하고 있다.
II. 재료 및 방법
1. INM 이론
INM은 Integrated Noise Model의 약자로서 1978년 이래
FAA에서 소음평가를 위한 공식적인 표준도구(Standard tool)
로 인정되어 왔으며 컴퓨터 프로그램으로 만들어진 대표적
인 항공기소음의 예측모델이다. INM의 목적은 활주로의 확
장이나 신설, 새로운 항공수요 발생이나 공항에서 운항하
는 항공기단의 혼합율 변화, 항로나 공역체계의 수정, 수정
된 비행 프로파일(상승 및 강하 비행경로), 기타의 운항절차
의 개정 등으로 인한 항공기 소음영향의 변화량을 예측하
INM을 적용한 공항주변 항공기 소음피해 분석
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Table 1. 대구공항의 소음영향지역 현황
구분 단위 90~95이상 80~85 계 비고
군용기 피해면적 m2 4,424 12,119 16,543
가옥수 채 1,275 30,359 31,634
세대수 세대 1,620 38,571 40,191
주민수 명 5,020 118,972 123,992
교육시설 개소 1 20 21 중ㆍ고:14
초교:6 기타:1
의료시설 개소 - - -
도서관 개소 - - -
민항기＋군용기 피해면적 m2 4,754 12,318 17,072
가옥수 채 1,376 33,965 35,341
세대수 세대 1,749 41,854 43,603
주민수 명 5,410 128,248 133,658
교육시설 개소 3 20 23 중ㆍ고:14
초교:6 기타:1
의료시설 개소 - - -
도서관 개소 - - -
기 위한 것이며, 현재 미국을 비롯하여 세계적으로 가장 널 리 사용되어지는 예측모델이라고 할 수 있다. 본격적인 INM의 개발은 미(美)운수성의 지원 하에 FAA에서 이전의 INM Version 4.11에 사용되어온 주요 알고리즘을 C-언어로 프로그램 하여 다시 설계하는 방식으로 연구하였다. 그 결 과로 꾸준히 INM Upgrade Version을 개발하게 되었다. 앞으 로도 신형 항공기종의 출현과 운항형태의 변화에 따라 지 속적인 연구개발이 계속될 것이다[2].
2. INM 모델의 기본 구조
1) 비행경로의 산정은 기본적으로 여러 단계의 비행구간 으로 나누어 산정하였는데 이륙구간(지면에서 1,000 ft까지 최대 이륙출력), 가속상승구간(CAS 175 kts까지 분단 2,000 ft 상승률로 상승한 다음 상승속도 195 kts까지 분당 1,000 ft 상승률로 3,000 ft까지 상승), 재상승구간(5,500, 7,500, 10,000 ft까지 단계적으로 상승)으로 나누어 상승 프로파일 을 구성하였다. 또한, 항공기별(각 기종으로 구분) 목적지별 (500 nm단위로 구분)로 각각 세분하여 상승경로를 배분하 였다. 그리고 강하 및 착륙경로, 복행경로, 선회경로 등에 대해서도 비행경로를 설정하였다. 이 모든 비행경로 자료 에 따라 거리를 계산하여 데이터베이스로 구축된 소음-출 력-거리 자료에 적용하였다.
2) 음향학적 계산을 위한 기본 자료로는 각 항공기종으로 부터 200, 400, 630, 1,000, 2,000, 4,000, 6,300, 10,000, 16,000, 25,000 ft 거리에서의 소음레벨이 입력되었다. 비행경로 구 간의 변수로는 최단거리측정, 속도, 고도, 거리로 하였고,
소음-출력-파워에는 소음폭로레벨(SEL, EPNL)과 유도된 최 대 소음레벨 매트릭스를 이용할 수 있게 하였다. 그리고 공 기 감쇠량, 측면 감쇠량, 계속시간, 지향성 등의 보정방법과 각종 소음 매트릭스의 계산방법을 프로그램 하였다.
3) 출력된 소음 매트릭스 값들은 INM의 기본 격자간격인 1 nm로 된 측정지점에 부여된다. 그러나 사용자의 의도에 따라 1 nm 이하로도 조절할 수 있다. 이러한 격자지점의 값들은 등소음선의 각 등급의 소음레벨보다 크거나 작은 경우가 많기 때문에 다시 세분된 격자간격을 갖는 격자지 점을 만들어 원하는 값을 찾아 등소음선을 그리게 하는 모 듈(Module)을 구축하였다. 이 모듈은 미ㆍ공군 NMPLOT Version 6.0 컴퓨터 프로그램에서 유도된 것으로, 예를 들면
“9 Point Working Area"에서는 4개의 측정지점을 갖는 1개의 격자(2×2)가 9개의 측정지점을 갖는 격자(3×3) 4개로 나누 어져서 각 격자의 측정지점을 세분하여 생성시키는 모듈이 다. INM은 이런 기본구조를 가지고 있어서 입력 자료만 삽 입하면 각종 소음 매트릭스에 해당하는 값들을 등소음선으 로 출력(Print out)할 수 있게 하고 있다[2].
소음등고선의 예측은 입력되는 항공 및 소음자료 등에
의해 매우 민감하게 작용한다. 입력 자료의 정확성에 좌우
되는 항공기소음의 예측은 과거부터 많이 시도되어 왔으며
대부분의 연구 및 실험의 경우에서 실측치와 ±2dB이내의
예측오차를 나타내었다. 또한 이러한 높은 신뢰도는 복잡
한 항공시스템에 기인하여 발생되는 항공소음에 대처할 수
있는 적절한 공정으로의 적용도를 높여 과거 80년대 초부
터 널리 응용되어 왔으며 항공기소음 노출에 대한 장기간
의 예측 소음도는 실제 현황에 대해 약 80% 이상의 신뢰도
20 전승준
Table 2. 대구공항 소음등급별 소음노출면적(가-3) (단위: Km2)
소음도(WECPNL) 민항기 군용기 (민＋군)용기
60 11.894 190.241 202.135
65 5.211 124.014 129.225
70 2.070 68.916 70.986
75 0.905 28.317 29.222
80 0.529 16.543 17.072
85 0.426 9.049 9.475
90 0.330 4.424 4.754
95 0.240 2.308 2.548
100 0.157 1.138 1.295
Table 3. 대구공항의 민항기에 의한 소음피해기여율 (단위: %) 피해 면적 가옥수 세대수 주민수 교육 시설 의료 시설
3.2 11.7 8.5 7.8 9.5 -
주: 민항기의 소음피해기여율={[(민항기＋군용기)]−군용기]÷군용 기}×100.
를 나타낼 수 있다(Michael J. T. Smith, Aircraft Noise, 1989)[4].
III. 결과 및 고찰
INM 예측모델을 이용한 측정 결과치를 보면 대구공항에 서 민항기의 운항으로 인한 소음피해 기여도는 미미한 것으 로 예측되었다. 운항횟수에 의한 대구공항 항공기소음 분석 결과를 보면 민항기 운항에 따른 소음영향지역인 80WECPNL 내에는 가옥, 주민, 교육시설, 의료시설, 공공시설 등이 없으 며, 항공기소음 영향지역이 대부분 공항부지로 편입되어 있 는 상황이다. INM 측정 결과치를 이용한 군용기 및 군용기+
민항기의 운항으로 인한 소음피해를 살펴보면 Table 1과 같다.
대구공항의 경우 전체 소음피해 정도에서 민항기만의 소 음 피해 기여도는 피해면적이 3.2%, 가옥수 11.7%, 세대수 8.5%, 주민수 7.8% 로 나타나 군용기가 90% 이상의 소음영향 을 발생시키는 실정이다. 특히 대구공항의 경우는 군용기에 의한 피해규모가 예전 김포국제공항과 비슷할 정도로 매우 심각하다. 따라서 그 영향도를 좀 더 상세히 파악하기 위해 소음도(WECPNL)에 따라 그 피해면적을 비교해 보면 Table 2와 같다. 아래 표에서 전체 202.135 km
2의 소음노출 면적 중 에서 군용기에 의한 피해면적이 약 90% 이상을 차지하고 있 다. 이 원인은 전투기의 이ㆍ착륙 및 T&G (Touch & Go)에 따 른 것으로 향후 전투기의 운항횟수 및 기종과 운항방식에 따 른 소음기여도를 더욱 세밀하게 분석할 필요가 있다. 이것은 현실 가능한 대책을 강구하기 위한 것으로 대구비행장을 유 지 관리하는 공항소유자가 시급히 시행해야 할 것이다.
이상 대구공항의 소음영향지역현황 및 민원 현황에 대해 알아보았으며, 민항기에 의한 항공기소음영향은 대단히 미 약한 것으로 나타나고 있다.
지금까지 대구공항에 대한 민항기의 소음피해 기여도를 분석하였으며 이를 종합하면 Table 3과 같다.
IV. 결 론
항공기 소음은 공중 방사되는 고소음으로 그 영향범위가 넓고, 공항이전이나 토지매입에 막대한 예산이 소요되어 소음방지대책 마련이 대단히 어려운 실정이다. 특히 군용 공항인 대구 같은 공항의 경우 전투기의 훈련으로 고소음 인데도 소음실태 조사는 물론 항공기 소음방지대책이 미미 하다. 본 연구에서 구축한 INM 예측모델은 우리나라 공항 에 적용하기 위한 것으로 항공법에 근거한 항공기 소음 영 향도 산정방법을 이용하여 정확한 WECPNL 및 피크 dB(A) 을 예측할 수 있다. 대구공항 항공기소음을 INM 프로그램 을 이용하여 분석한 결과 민항기+군용기에 의한 피해면적 은 17,072 m
2, 군용기에 의한 피해면적은 16,543 m
2으로 민 항기의 소음피해기여율은 모든 영향인자에 대해 12%를 넘 지 않았다. 따라서 민ㆍ군 동시사용 공항인 대구공항의 주 변지역에 대한 항공기소음 영향은 군용기에 의한 영향이 88% 이상임을 알 수 있으며, 항공기소음 저감 대책 시는 대구공항에 대한 소음도 조사를 통해 소음도에 따른 피해 면적, 가옥수, 세대수 등을 파악한 후 적절한 방안을 수립해 야 할 것이다.
REFERENCES
1. P. A. Cline. “airport Noise Control Strategy”, U.S. Department of Transportation, Ferderal Aviation Administration, 1986.
2. Integrated Noise Model User’s Guide, 1996, FAA.
3. Richard H. Lyon. “Transportation Noise”, Massachusetts Institute of Technology, 1973.
4. Michael J. T. Smith. Aircraft noise, 1989, Cambrige University Press.
5. 대구통계연보.
대구광역시 2014.
6. 한국표준과학연구원. “항공기 소음 방음 대책에 관한 연
구”, 1991. 12.
7. 교통개발연구원. “국내공항주변항공기소음방지대책연구”, 1992.
8. 국토교통부. http://www.molit.go.kr.
9. 한국공항공사. http://www.airport.co.kr.
10. 대구국제공항. http://daeguairport.or.kr.
11. 환경부. http://www.me.go.kr.
12. 대한민국 공군. http://www.airforce.mil.kr.
13. 국방부. http://www.mnd.go.kr.
