우리나라는 현재 심각한 교통체증과 차량집중현상으로 많은 사회적 문제 및 경제적 손실을 겪고 있다. 출퇴근 시간, 주말 저녁 시간, 명절 등에 국도 상에서의 차량정체는 누구나 한번씩 다 겪어본 경험이 있을 것이다. 특정한 기간, 시기에 발생하는 차량정체 이외에도 인구를 밀집을 유도하는 관련시설, 놀이공원, 대형마트 등이 입점하게 되어 차량정체가 생기는 경우도 비일비재하다. 현재 우리나라 신호시스템 운영방식인 현시(한 신호주기에서 변하지 않는 일정한 시간구간)는 교통영향분석과 관련 도로의 교통량을 측정하여 적정 현시 종류를 구분하고, 단계별(Phase)로 주기 및 각 신호 시간을 정하게 된다. 이 수집 값에 교차로 인근 지점 검지기인 루프검지기를 통해 교통량을 측정한 값과 구간검지기인 노변장치(Roadside Equipment) 등을 통해 수집한 교통정보를 접합 및 가공하여 신호현시에 적정성을 부여하게 된다. 교통량에 따라 현시를 정할 때마다 장비의 유지보수 비용, 추가 구축비용, 인력, 시간 등이 많이 투자하게 되는 것이 현실이다. 이렇듯 많은 비용과 시간을 투자해서 신호 현시를 정하여 운영을 한다 하여도 때에 따라 변화되는 운전자 특성과 교통량 집중에는 한계가 있다. 신호 대기로 도로상에서 낭비되는 시간, 극심한 정체로 도로 상에서 멈춰있는 차량 등이 한계가 될 수 있는 것이다. 따라서 본 연구에서는 기존 현시 산정 방식에 변화를 주어 실시간 유동적으로 변화할 수 있는, 그리고, 교통상황에 맞는 맞춤식 신호체계를 구현해보고자 한다. V2X를 주 기반으로 하는 교차로 네트워크 자동 신호시스템을 개발하여, 고정 신호 체계가 아닌 자동신호 체계를 구현하고, 특정 상황에서의 정체를 해소하고 불필요한 신호 대기 시간을 없애 교통 문제 해결에 이바지 하고자 한다.
최근, 다중 구역의 교통 정보를 이용한 가변 속도 제한(VSL) 결정 방법이 연구되고 있다. 하지만 부정확한 VSL 시작 구간 및 거리 계산으로 더 심각한 정체현상을 유발하고 있다. 불안정한 VSL 시스템은 결국 도로의 정체 현상을 더 악화 시키고 결국 전체적인 교통 흐름의 악화로 발전될 수 있다. 본 논문은 다중 구간에서 안정적으로 동작할 수 있는 새로운 VSL 방법을 제안한다. 본 알고리즘은 가속도를 이용하여 정체 구간의 끝 부분으로 예상되는 예비 VSL 시작 구간(VSS)을 설정하고 정체 구간별 VSS를 선정한다. 선정된 VSS를 기준으로 VSL을 계산하고 정체구간으로 진입하는 차량을 통제한다. 제안하는 방법의 안정성 및 효율성 테스트를 위해 기존 시스템과 비교 실험을 진행한다. 실험을 통하여 제안하는 방법은 정확한 VSS 선정을 통해 기존 알고리즘의 문제점을 해결 하였고 총 이동시간이 1~2분 감소한 것을 확인하였다.
본 연구는 특정 구간의 정체가 전체 고속도로에 미치는 영향을 분석하기 위한 고속도로 망의 강건성 민감도 지수(RSI: robustness sensitivity index)를 제안한다. 새로 제안된 RSI는 특정 구간의 길이가 연장되었을 때, 연장된 단위 길이 당 교통망의 총 운행거리 변화량으로 정의한다. RSI 값이 클 경우, 해당 구간의 교통 정체는 다른 구간에 비해 전체 망에 나쁜 영향을 미치게 된다. 기존의 망 강건성 지수(NRI: network robustness index)는 단순히 특정 구간이 있을 때와 없을 때의 교통망 변화를 관찰하지만, 본 연구가 제안한 RSI는 일종의 성능 지표로 특정 구간의 정체 정도에 따른 망 전체의 파급효과를 정량적으로 분석할 수 있게 해준다. 특정 구간의 정체 정도를 변화시키면서, 그 정체가 발생시키는 다른 구간들의 교통량 증가, 감소, 정체 구간의 크기 및 위치 등이 어떻게 변화하는지를 계산할 수 있다. 이 분석은 NRI로는 분석 불가능한 것으로 RSI의 우수성을 입증하는 것이다. 국내 고속도로 망의 데이터를 이용해 RSI의 다양한 성질을 분석한다. 그리고 RSI 개념을 이용하면 특정 구간의 정체 정도 변화가 발생시키는 다른 구간들에 대한 파급효과를 분석할 수 있음을 보인다.
본 연구에서는 기존 알고리즘이 오보를 발생시키는 요인에 대하여 취약하다는 인식에 기초하여 이를 보완하여 향상된 오보억제 능력을 갖는 고속도로 돌발상황 검지모형을 구축하고자 하였다. 개발모형은 고속도로의 위치(본선구간, 진출입 구간)별로 이상교통류 판다, 정체발생 여부판다, 정체원인 구분으로 이어지는 일련의 판단프로세스를 실행하여 돌발상황 유사상황과 실제 돌발상황 간의 특성을 구별하는 방식으로 돌발상황을 검지한다. 돌발상황검지모형의 성능은 평가에 사용된 자료의 특성에 매우 민감하므로 개발모형의 성능에 대해 단정적 결론을 내릴 수는 없으나, 본 연구에서 사용된 실험환경하의 성능지표를 종합한 환산점수상으로 기존모형보다 향상된 성능을 나타내었으며, 오보율은 대다수 모형보다 우수한 것으로 분석되었다. 본 연구의 초점이 현장에서 돌발상황 검지모형의 활용성 제고를 위한 오보율 개선에 있었던 만큼 본 연구는 실험적 시도로서 소기의 성과를 거두었다고 판단된다.
본 논문에서는 터널 진입부 도로에서 적용할 수 있는 교통상황별 VSL 제어 알고리즘을 개발하였다. 효과적인 VSL 제어를 위하여 3개의 갠트리에 적용될 제어속도와 완충속도를 계산하는 알고리즘과 표출시간을 계산하는 방법을 제시하였다. 제시된 알고리즘은 파이썬과 VISSIM COM-Interface를 이용하여 시뮬레이션 환경을 구축하여 평가하였다. 평가결과, 알고리즘 미적용시에는 정체 후미와 다음구간의 속도가 50km/h 이상으로 큰 차이가 났으나 적용시에는 속도 차이가 20km/h 이내로 크게 감소하였다. 그리고 알고리즘 미적용시 정체 후미의 길이가 터널 출구에서 800m지점까지 확산되었으나, 적용시에는 300m지점으로 축소되었다. 제시된 알고리즘을 적용시 전체적으로 각 구간별 평균속도와 속도편차가 모두 감소하여 터널부 교통사고 감소가 예상되고 나아가 정체시 차량운행의 안전을 향상하는데 큰 효과가 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서는 교차로에 설치된 카메라를 이용하여 각 도로로 유입 유출되는 교통량을 동시에 측정할 수 있도록 하였으며, 측정한 데이터를 퍼지논리에 적용하여 녹색 신호를 제어하는 시스템을 제안한다. 기존의 퍼지논리를 이용한 신호등 제어 시스템은 신호대기 중인 차량 숫자를 측정하여 기반 데이터로 사용하였으나, 본 논문에서는 영상처리를 이용하여 측정한 교차로 유입 차량 수를 퍼지논리의 기반 데이터로 사용하여 심각한 교통 정체가 일어나기 전에 이를 미연에 방지 할 수 있는 신호 제어로직을 고안한다. 본 논문에서 제안하는 교통신호 자동 제어로직을 활용하여 교통정체가 일어나기 전에 각 도로간 교통량을 조절함으로써 교통 정체로 발생하는 운전자의 시간 낭비 및 에너지 낭비를 예방한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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