신호연동화모형에서 통과폭모형은 지체를 최소화하지 못하고 지체도모형은 좌회전현시순서를 최적화하지 못한다. 이러한 모형의 단점을 극복하고자 개발된 KS_SIGNAL은 지체를 최소화하는 신호연동화모형이지만 지체를 산정하는데 있어 많은 한계를 갖고 있다. 본 연구에서는 기존에 개발된 KS_SIGNAL의 지체모형을 개선하여 보다 우수한 연동신호시간과 현시순서를 산정해주는 신호최적화모형(KS_SIGNAL II)을 개발하여 FORTRAN 언어로 전산화하였다. 개발된 모형은 다양한 평가를 통하여 기존 모형들보다 전반적으로 우수한 것으로 입증되었다. 본 모형을 통하여 차량 출발 및 도착형태에 따른 대기차량 소거시간을 고려하는 옵셋 산정이 가능해져 지체를 최소화하는 간선도로의 신호최적화모형으로 활용될 경우 도로기능제고 및 지체도 감소에 의한 편익을 얻을 수 있다.
도시 도로상에서 교통재해를 일으키는 가장 큰 시설중 하나는 교차로이다. 본 연구에서는 신호연동화 효과가 클 것으로 생각되는 광주시 동문로의 일부구간, 서방삼거리에서 무등 도서관을 사례지구로 선정하여 기시설되어 있는 시설들을 그대로 이용하면서 도시교통신호체계의 효율성을 증가시키고 교통류 흐름을 극대화 시킬 수 있는 방안을 모색하고자 신호체계의 최적화 모형인 TRANSYT-7F모형을 이용하여 연동화 Simulation을 하였다. 그 결과, 신호주기의 변화에 따른 교통류 특성을 분석해 보면, P.I.지수, 지체도, 연료소비량의 변화는 최적신호주기를 중심으로 하여 신호주기가 짧아지거나 길어지는 경우 증가하는 경향을 보이고 있으나 정지율은 최적신호주기와는 상관이 없는 것으로 나타났다. 신호주기를 연동화 하였을 경우 시간당 평균속도는 11.39Km의 향상을 가져와 개선되었고, P.I.값은 40.65%가 감소하여 교통류의 흐름이 개선되는 효과를 보였다. 또한 전체지연시간은 42.86%가 감소되었고, 시간당 연료소비량은 31.04%가 절감되는 것을 확인할 수 있었다.
최근에 친환경 신교통수단으로서 주목받고 있는 트램은 철도교통 중 도시부 도로교통을 대체할 수 있는 대중교통 수단으로 인식되어 북미지역과 유럽 등의 주요 선진국에서 주요 교통수단으로 운영되고 있고, 우리나라에서도 도심의 혼잡증가와 대중교통 수송분담율 감소, 교통분야의 환경에 대한 관심으로 트램의 도입이 추진되고 있다. 본 연구는 간선도로의 트램 전용차로 구간에서 트램과 일반차량의 효과적인 운영을 위해 트램의 우선 통행권을 확보하면서 일반차량의 지체를 최소화하는 신호 최적화 모형을 개발하였다. 간선도로의 신호 연동화 모형인 KS-SIGNAL 모형을 기초로 트램의 통행특성과 트램 전용차로 시스템의 특성을 반영한 KS-SIGNAL Tram 모형을 개발하였고, 이 신호 최적화 모형을 통해 트램차량의 최소 연동폭을 확보하여 고정식 기반의 트램 우선신호를 구현하였으며, 이와 동시에 일반 이동류의 신호교차로 대기시간을 최소화하는 신호시간을 산출하였다. 미시적 시뮬레이션 프로그램을 통해 KS-SIGNAL Tram 모형의 신호제어 효과를 분석한 결과, 새로운 모형으로 산출한 교차로 신호시간을 적용했을 때 트램차량의 신호교차로 정지수와 통행시간이 감소했음을 확인하였고, 일반차량도 트램 우선신호에 따른 지체증가가 거의 나타나지 않음을 확인하였다.
교통상황 분류는 신호연동그룹 단위의 정주기식 제어 기법을 효율적으로 적용하기 위하여 TOD 계획을 수립하는데 핵심적인 기술이다. 본 논문에서는 신호연동그룹에 속하는 모든 교차로의 교통 자료 즉, 속도-교통량-밀도를 활용할 수 있는 딥 임베디드 클러스터링(Deep-Embedded Clustering:DEC) 기반 교통상황 분류 방법론을 제시하였다. 기존의 신호계획의 경우 교통량 기반으로 주요 교차로를 선정하고 해당 교차로의 교통자료를 이용하여 단편적인 신호계획을 하였으나, 본 논문에서 제시된 방법론의 경우 신호연동 그룹내 다수 교차로의 종합적인 교통특성에 따라 교통상황을 유연하게 분류하여 신호계획을 할 수 있는 기반을 제공하였다. 본 연구에서 제시된 방법론은 일반적인 군집화 방법론이 입력 자료의 차원이 증가함에 따라 겪는 차원의 저주 (Curse of dimensionality) 문제를 완화함으로써 신호연동그룹에 속하는 모든 신호교차로의 교통자료를 고려한 신호시간 계획 수립이 가능하며 기존의 특정교차로 및 교통량만을 이용한 교통상황 분류방법론의 단점을 극복할 수 있음을 보였다.
본 연구에서는 구간통행시간을 기반으로 하는 실시간 교통신호제어 알고리즘을 개발하였으며, 알고리즘의 현장 실험 및 평가를 수행하였다. 구간통행시간 기반 실시간 신호제어 알고리즘은 전체 접근로의 지체 균등화를 목적함수로 하며, 주요 과정으로는 개별차량 지체와 차량관측 시간을 이용한 대기행렬 해소시간의 산정과 이를 기반으로 교차로 지체를 산정하는 과정이다. 이후 이동류별 주기단위 지체변화량을 산정하고, 주기 결정 및 현시 배분 등의 과정이 이루어진다. 이동류별 지체의 산정과정에서는 연동교차로의 특성을 고려하여 HCM의 연동계수를 이용한 독립교차로에서의 지체로 환산하는 과정을 수행하며, 이때 누적주기의 프르브 차량 정보를 이용함으로써 보다 안정적 신호제어를 도모하였다. 통행시간 기반 신호제어 알고리즘의 현장실험 및 평가를 통해 TOD 제어와의 비교평가를 수행하였으며, 실험대상 가로축은 약 400m의 평균 교차로 간격을 가지는 일련의 4개 교차로로 구성되어 있다. 현장실험 및 평가 결과 TOD 제어 대비 지체 감소 효과와 더불어 이동류별 지체의 표준편차 감소를 통해 지체의 균등화 효과를 확인하였다. 본 연구를 통해 교통정보수집을 위한 범용의 검지체계에서 산출되는 개별차량의 구간통행시간 정보를 기반으로 하는 실시간 신호제어 알고리즘의 개발 및 평가를 수행하였으며, 이는 유비쿼터스 환경의 급속한 확산이라는 교통환경의 변화에 부응하기 위한 신호제어 방법론의 근본적인 변화에 궁극적인 목표를 두고 있다.
신호화 간선도로에서 연동신호계획의 효율성이 간선도로 교통운영의 핵심사안이다. 본 논문에서는 연동화 신호시간계획의 우수성을 평가하는 컴퓨터 알고리즘을 제시한다. 링크내에서 이동하는 차량군의 동적 특성과 옾셑값의 변화에 민감한 지체도의 산정이 수학모형의 중요부분이다. 개발되는 알고리즘의 이론적인 배경은 Michalopoulos의 해석적 모형에 기반을 두고 있는데, 이 모형을 다양한 교통조건이나 신호조건에 적용되도록 하는 실용화 과정이 본 논문에 기술되어 있다. 제시된 알고리즘에 대하여 옾셑값의 변화에 따른 지체도의 민감도 평가를 실시하였다. 평가를 통하여 본 알고리즘은 교통수요, 링크길이, 회전교통량비율과 같은 교통조건의 변화에 따라 적절한 민감도와 추정력을 보이는 것으로 판단되었다.
본 논문은 도시부 간선도로의 트램을 위한 고정식 우선신호 전략으로 트램의 연동모형 MAXBAND MILP-Tram을 제시하였다. MAXBAND MILP-Tram은 전통적인 간선도로 연동모형인 MAXBAND를 기반으로 하고 있으며, 중앙트램 전용 차로의 트램과 일반차로의 승용차 모두를 위한 이중화된 연동폭을 산정할 수 있다. 본 모형은 일반차량 대비 낮은 속도와 정류장 정차시간이 포함되는 통행시간을 가지는 트램 통행특성을 고려하여 연동폭을 산정할 수 있다. 중앙트램전용차로에서는 현시순서에 따라 트램의 녹색시간이 크기를 달리하게 되며, 이를 제약조건으로 표현하였다. 미시적 시뮬레이션 효과분석을 수행하여 트램 연동모형의 효과분석을 위한 트램과 교차로의 제어지체와 사람당 제어지체 변화를 확인하였다. MAXBAND MILP-Tram으로 산출된 신호시간을 VISSIM에 적용한 결과 MAXBAND MILP-2 대비 트램의 차량당 평균 제어지체는 57%가 감소된 결과를 나타내었으나, 교차로 평균 제어지체의 경우 일반차량의 연동폭이 감소함에 따라 MILP-Tram은 MILP-2 대비 18% 증가된 결과를 나타내었다. 또한 일반차량의 교통량 변화를 이용한 민감도 분석에서는과포화 상태에 근접함에 따라 MAXBAND MILP-Tram과 같이 �낵째� 현시순서만을 변경시키는 우선신호 기법은 사람당 지체를 감소시킬 수 있는 유용한 수단임을 확인하였다.
도시 대중교통을 주도하는 도시철도에서의 중요한 기능인 신호 연동장치의 주요 논리 회로 중 가장 취약한 3, 4호선의 소형 (Non-Vital) 계전기를 성능이 향상된 전자연동장치(PLC)로 개량함으로서 사전 장애 발생요인을 제거, 열차 안전운행 확보는 물론 설비의 현대화로 업무 향상에 기여하고 신호설비 유지 보수의 합리화 및 효율화를 기할 수 있도록 신호설비의 기능개선 및 발전 방안이 되도록 하였다. 특히 고장 발생 빈도를 낮추기 위한 방안과 설비 보완 및 신설 등 종합적이고 실현 가능한 설비를 구현하고자 하였으며, 기존의 노후된 신호시설이나 교체 예정인 신호 설비들을 효율적으로 개량하기 위한 방안으로 신호 관련기술기준과 표준을 바탕으로 신호시스템의 합리적 발전에 일익을 담당코자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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