해외 주요 도시에서 운영되고 있는 트램은 도시부의 교통혼잡과 대중교통의 수송분담율 감소 문제, 환경문제를 해결할 수 있는 대중교통 수단으로 인식되어 우리나라의 각 지방자치 단체에서 시스템 도입을 진행 중에 있다. 본 연구에서는 기존 신호운영 체계에서 트램을 효율적으로 운영하기 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다. 트램 우선신호를 수행하기 위한 시스템을 구성하고, 트램 정류장의 정차시간을 제어를 통해 트램의 교차로 무정차 통과를 구현하는 알고리즘을 개발하였으며, 대향방향의 트램차량을 고려하여 트램의 신호교차로 연속통행을 구현하였다. 또한 트램의 교차로 도착시간에 따라 정류장의 정차시간을 최소화하기 위한 능동식 우선신호 전략을 선택함으로서 신호제어 효과를 극대화 하였다. 개발된 신호제어전략을 평가하기 위해서 VISSIM 모형의 API 기능을 이용하여 트램 우선신호 제어전략을 구현하여 신호제어 효과를 분석한 결과, 트램차량의 신호교차로 정지수와 통행시간이 감소했음을 확인하였고, 일반차량도 트램 우선신호에 따른 지체증가가 거의 나타나지 않음을 확인하였다.
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.
본 연구에서는 트램의 능동식 우선신호를 위해 해석적 방법을 이용하여 신호시간 및 트램의 교차로 대기시간을 산정하기 위한 모형을 제시하였다. 본 모형을 통해 상류부 검지기에서 트램이 검지된 시간을 기준으로 능동형 우선 신호 기법 중 Early Green 및 Green Extension을 위한 신호시간을 결정할 수 있다. 또한 본 모형은 트램 통행의 관점에서 트램의 교차로 지체를 의미하는 트램의 교차로 대기시간을 산정할 수 있다. 우선신호의 구동환경에서 비우선 현시의 잔여녹색시간에서 우선현시의 추가녹색시간을 제공하게 되며, 트램은 비우선현시의 최소녹색시간 동안 교차로에서 대기하게된다. 본 모형에서는 우선신호의 신호시간 및 트램의 교차로 대기시간을 해석적 방법으로 모형화하였다. 독립교차로를 대상으로 하는 사례분석에서는 120초의 주기길이에 비우선현시의 여유녹색시간을 44초에서 10초까지 적용하여 트램의 평균 교차로 대기시간이 12.7초에서 29.4초까지 산정됨을 확인하였다.
본 연구는 최근 국내 도입이 추진되고 있는 궤도교통수단인 트램이 일반교통류와 도로를 공유했을 때 발생할 수 있는 문제를 예상하고, 트램운영의 효율성과 안정성을 확보할 수 있는 신호운영 전략과 통합 신호운영이 가능한 신호제어기 시작품을 개발하는데 연구의 목적이 있다. 통합 신호운영을 위해 고정식 트램 우선신호와 능동식 트램 우선신호를 포함한 3단계의 유기적인 통합 신호제어 전략을 수립하였고, 각 단계별 전략수행을 위한 신호운영 알고리즘을 개발하였다. 개발된 신호제어 알고리즘을 S/W로 구현하고, 표준 신호제어기에 기반한 H/W로 제작하였고, 이를 평가하기 위한 통합 신호제어 시뮬레이터(Hardware in the Loop Simulation system: HILS)를 개발하였다. 미시적 시뮬레이션 프로그램을 통해 통합 신호제어 전략의 효과와 개발된 통합 신호제어기의 성능을 평가한 결과, 본 연구를 통해 개발된 신호제어 알고리즘으로 산출한 교차로 신호시간이 트램차량의 신호교차로 정지수와 통행시간을 감소시켰음을 확인하였고, 트램 우선신호에 따른 일반차량의 지체증가가 거의 나타나지 않음을 확인하였다. 또한 통합 신호제어 시뮬레이터를 통해 개발된 통합 신호제어기의 H/W와 S/W의 기능 수행 여부을 확인하였다.
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.
본 연구는 트램의 사고분석과 사고보상 체계를 검토하여 국내 도입이 추진되고 있는 트램의 안전대책 마련을 위한 기초연구이다. 트램의 사고특성 분석은 해외자료를 기반으로 분석하였다. 트램 도입 후 5년이 지난 시점부터 사고가 절반으로 감소하여 안정화 되었고, 사망사고는 전체 사상자의 0.5 %이고 대부분 경미사고로 나타났다. 또한, 타 이동수단과의 충돌사고가 84.1 %로 대부분을 차지하며, 그 중 승용차와 사고빈도가 가장 높게 분석되었다. 사고 잦은 지점은 교차로와 정류장으로 분석되었고, 특히 보행자사고에 대한 대책이 중요하게 나타났다. 트램의 사고특성을 토대로 정책적 차원의 안전대책을 제시하면, 트램 개통 후 5년 내 사고 모니터링 집중시기 설정, 교통사고 DB관리를 위한 입력체계 개발, 정류장 주변 무단횡단 방지 펜스 설치, 보행신호와 트램신호 연계를 통한 무단횡단 방지 신호 운영, 교차로 불법유턴 차량 및 보행자 무단횡단 집중단속 등이 필요한 것으로 나타났다. 또한, 일반운전자의 수용도 조사와 해외사례를 토대로 트램의 사고처리 시 가장 중요하게 고려되어야 할 대책을 제시하면, 자동차보험의 대물 보상한도 문제와 트램과 차량 사고 시 과실제도 마련으로 나타났다.
일반도로와 노면전차가 교차하는 신호교차로에서 준비되어야 하는 교통신호제어 운영조건을 검토하고 이를 토대로 노면전차 교통신호와 일반차량 교통신호의 효율적 통합 운영을 지원하기 위해 현재의 교통신호제어기가 추가 확보하여야 하는 기능적 및 기술적 요구사항을 진단한다. 본 연구의 검토 내용은 도로 현장에서 발생 가능한 일반차량과 노면전차의 다양한 교차상황, 노면전차 전용신호등의 등기단자 최소 구성, 교통신호현시 순서 운영상황 조합 및 이를 기반으로 한 현시표출방안을 포함한다. 분석결과 우회전 중첩현시 표출을 위한 중첩현시 등기장치 및 노면전차와 일반차량 복합 현시운영을 위한 사중고리현시표출체계 기능을 포함하는 교통신호제어기 도입이 필요함을 제안한다.
도시철도 중 하나인 트램 건설시 노면의 상태를 지속적으로 모니터링 하여 도로의 노면 침화, 싱크 홀, 교량 붕괴 위험, 트램역 주변 온 습도 등 환경정보를 수집과 분석을 통해 재난을 예방하는 시스템이 구축되어야 한다. 본 논문에서는 무가선 트램의 노면, 교량 및 트램역의 위험요인을 사전에 인지하고 위험을 예방할 수 있는 저전력 장거리 통신망(LPWA) 기반 트램 노면의 무선통신망 안전관리 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 트램 노면의 상태를 감지하는 센서 노드와 센서의 정보를 수집하는 게이트웨이 그리고 트램 노면의 안전 및 환경상황을 모니터링 하는 안전관리 시스템으로 구성되며, 저전력 장거리 통신 기술(LoRa)을 적용하였다. 현장 시험에 제안한 시스템과 LTE를 적용한 시스템을 비교 분석한 결과 모니터링 시스템에서 센서 정보 값과 위험신호 임계값 이상 시 위험 알람 상태에 큰 차이가 없음을 확인하였다.
최근 국내에서 저렴한 건설비 및 교통약자들에게 대중교통서비스 제공이 가능한 저상트램에 대한 관심이 많아지고 있으며, 자연환경을 보호하고 도시의 교통을 체계적으로 구축하기 위하여 저상트램에 관한 적용 가능성을 검토하고 있다. 전주시, 울산광역시 등에서 트램 도입에 대한 관심을 보이고 있으며, 본격적인 건설에 착수한 국내의 기관은 없지만, 2012년 여수 국제엑스포에 신교통수단으로서 무가선 하이브리드 저상트램을 기본 운행시스템으로 선정하여 운행될 예정이다. 저상트램시스템은 승객의 안전 및 보행자의 안전 측면에서 1인 유인운전으로 운영되지만, 기존 도시교통시스템과의 간섭과 도로교통신 신호시스템과 연계가 필수적이다. 따라서, 본 논문은 한국형 저상트램의 신호시스템 기본구축 방안에 대해 다룬다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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