지금까지의 링크통행시간에 대한 연구는 개별 차량의 평균을 통한 평균링크통행시간 산정 및 추정의 제한적인 연구가 대부분이었다. 그러나, 링크통행시간은 교통조건, 신호운영조건, 도로조건 등 다양한 영향인자로 인해 통행시간 분포가 구분되는 특성을 나타낸다. 따라서, 링크통행시간 특성을 좀 더 미시적으로 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 GPS를 이용한 실시간 교통자료 수집의 방법에 대해 살펴보았으며, GPS를 이용한 RTK 측량을 이용한 실시간 자료수집을 통하여 링크통행시간에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 신호운영에 의한 영향으로 인한 링크통행시간 분포특성을 분석하기 위해 링크통행시간에 대한 현장조사를 추가적으로 실시하였다. 현장조사 결과분석을 통해 통행시간 분포특성 및 원인을 분석하고 프로그램을 이용한 시뮬레이션을 통해 보다 다양한 조건을 부여하여 링크통행시간분포비율에 영향을 주는 변수들에 대한 검토하고 통행시간 분포비율을 추정할 수 있는 모형을 구축하였다. GPS 실험차량을 이용한 주행실험결과를 분석한 결과 순행시간으로만 이루어지는 링크통행시간과 적색시간 동안 대기하였다가 링크구간을 통과하여 순행시간에 신호 대기시간을 더한 링크통행시간으로 통행시간이 구분되는 현상을 확인할 수 있었으며 따라서, 링크통행시간에 대한 분석은 통행시간을 하나의 평균통행시간으로 인식하는 것보다 두 개의 구분된 통행시간을 동시에 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. 링크통행시간 분포특성에 대한 연구결과 또한, 통행시간이 양분되어 분포하는 것으로 분석되었다. 따라서, 링크통행시간의 경우 평균통행시간에 의한 결과보다 신호지체가 발생하지 않는 통행시간과 신호지체가 발생하는 통행시간으로 구분하는 것이 교통상황을 인식하는 것이 바람직할 것으로 나타났다.
본 연구는 딥러닝 기술을 적용한 스마트교차로의 부산 해운대로 BRT 구간 버스정류장 유형을 대상으로 교통신호 프로그램인 LISA를 통해 네트워크 구축 및 알고리즘 설계 효과분석을 통해 버스정류장 유형별로 적합한 알고리즘을 제시하였다. 교차로 통과 전 정류장은 Phase insert 기법, 교차로 통과 후 정류장은 Early green 기법, 미드블럭형 정류장은 Extend green 기법이 가장 효과적인 것으로 분석되었고, 버스 및 일반차량과 보행자 현시로 구성하였기 때문에 Extend green 기법으로만 분석하였다. 교차로 통과 전 정류장은 교차로의 전체 통행시간은 57.8초, 지체시간은 33.2초, BRT 상·하행 평균 통행시간 85.3초, 지체시간 31.1초, 통과대수는 28대로 분석되었고, 교차로 통과 후 정류장은 교차로의 전체 통행시간은 58.2초, 지체시간은 31.8초 BRT 상·하행 평균 통행시간 102.2초, 지체시간 42.5초, 통과대수 26대로 분석되었다. 미드블럭형 정류장은 교차로의 전체 통행시간은 42.5초, 지체시간은 11.2초, BRT 상·하행 평균 통행시간 74.2초, 지체시간 17.0초, 통과대수 28대로 분석되었다. 분석결과를 토대로 버스우선 신호시범도입, 보행자 시거확보를 위한 계단식정지선, 속도감속을 위한 고원식횡단보도, 딥러닝 기술을 활용한 무단횡단금지 경고 벨 및 VMS 설치 등으로 BRT 구간에서의 교통사고 감소 효과가 기대되며, 이를 확대 도입할 필요가 있다.
현재 사용되고 있는 신호등 설치기준은 교차로의 형태를 반영하고 있지 않다. 본 논문은 신호 및 비신호 T형 교차로에 대한 현장의 지체도 조사를 바탕으로 첨두시간 교통량을 이용한 T형 교차로의 신호등 설치기준을 개발하였다. 기준설정을 위해 교차로의 평균정지지체 최소화를 평가척도로 사용하였으며 주요 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, T형 교차로의 지체도 모형은 주도로 교통량과 부도로 교통량을 독립변수로 하는 지수함수 형태를 갖는다. 둘째, T형 교차로의 신호등 설치기준은 T형으로 인한 현시의 감소로 MUTCD에서 제시하고 있는 신호등 설치기준과 비교시 타당성 교통량이 높게 나타났다. 셋째, T형 교차로의 신호등 설치를 위한 첨두시 교통량기준 도표를 작성하였으며, 평일의 하루중 주도로(양방향)의 시간당 교통량과 이에 사용하는 부도로의 시간당 교통량의 최대값을 도표에 표시했을 때 접근로 차로수의 조합에 해당하는 기준선의 상위영역에 위치하면 신호등을 설치하는 것이 교차로의 지체도를 최소화시킬수 있다.
교통망의 서비스 수준을 객관적으로 측정하는 주요한 기준은 통행시간과 지체시간이다. 본 논문에서는 주행차량 조사법을 이용하여 서비스 수준을 측정하도록 한다. 이를 통하여 시간당 교통량, 평균 통행 시간, 공간 평균 속도를 구할 수 있다. 또한 교통량의 밀도도 얻을 수 있다.
광폭의 도로에서는 횡단거리가 길어 보행자의 녹색시간이 길게 할당된다. 부도로의 교통량이 적을 때에도 보행자의 최소녹색시간으로 인해 일정시간 이상의 녹색신호시간을 보장해 주어야 하기 때문에 신호주기가 길어지고 주도로의 g/C 비율이 감소하게 되어 교차로 전체의 지체가 증가되는 문제점이 발생한다. 이 같은 문제점을 개선하기 위해 2단 횡단보도의 설치 효과를 차량 측면과 보행자 측면으로 나누어 분석하였다. 차량당 제어지체를 TRANSYT-7F와 VISSIM을 활용하여 산출하였고 그 결과 2단 횡단보도의 차량당 제어지체가 일반 횡단보도에 비해 최소 14.9%에서 최대 85.6% 감소하는 것으로 나타났다. 보행자 측면에서는 해석적 방법으로 두 횡단보도의 보행자 평균 횡단시간을 비교하였으며, 또한 VISSIM을 통한 평균 보행자지체를 산출하여 비교분석하였다. 해석적 방법으로 보행자 평균 횡단시간을 산출한 결과, 두 횡단보도의 큰 차이는 없는 것으로 분석되었다. VISSIM을 활용하여 보행자 지체시간을 산출한 결과, 일반 횡단보도에 비해 2단 횡단보도의 평균 보행자 지체가 13.4%~22.3%까지 감소하는 것으로 분석되었다. 따라서 교통 및 기하조건이 연구결과와 유사한 경우에는 일반 횡단보도에 비해 2단 횡단보도가 차량 및 보행자측면에서 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구는 교차로 지체를 고려한 통행시간함수를 개발하고, 이를 도시가로망에 적용하여 분석하는데 그 목적을 두고 있다. 이는 기존 통행배정 모형이 교차로 지체를 적절히 고려하지 못하고 있다는 분석에 근거하고 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 링크의 통행시간을 구간 순행시간과 교차로 지체시간으로 구분하고, 청주시 주행속도, 교통량, 기하구조 및 신호운영 자료 등을 수집하여 계획단계에 적절한 구간 순행시간과 교차로 지체시간 산출모형을 구축하고, 이를 통행배정 단계에 적용하여 그 타당성을 분석하는데 중점을 두고 있다. 주요 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 교차로 지체시간을 산출하기 위해 교차로의 녹색시간비 대신 접근로의 차로수비율을 교차로 유형별로 보정한 후, 이를 실제 녹색시간비율과의 t-검정을 시행하여, 평균값에 차이가 없다는 귀무가설을 기각할 수 없는 것으로 분석되어, 보정 차로수비율을 모형구축에 적용하였다. 둘째, 기존의 BPR모형과 보정 차로수비를 이용한 균일지체기반 수정모형 및 Webster기반 수정모형을 청주시 가로망에 EMME/2를 활용하여 통행배정하여 주행속도 조사자료와 비교한 결과, BPR모형은 교차로 지체의 영향을 반영하지 못하는 것으로 나타난 반면에 균일지체기반 수정모형과 Webster기반 수정모형은 관측된 조사자료에 보다 근접한 결과를 보였다. 셋째, 이들 모형의 배정결과와 실측 통행시간, 교통량, 평균통행속도간 통계검증 결과 통행시간 분리모형이 BPR모형 보다 실측치와의 통계적 오차가 감소하는 것으로 분석되었다.
신호화된 교차로의 운영비율을 측정하기 위해 현재 세계적으로 광범위하게 이용되 는 척도는 교차로 통과차량의 평균지체시간이다. 그간 교차로 분석을 위해 많은 대기행렬 모형이 발표되어 왔고 또 그중 일부가 현재 사용 중에 있는데 이들은 모두 steady-state를 가정한 해법이다. 그러나 steady-state 모형은 시간에 따른 대기행렬 길이의 변화를 고려하 지 못하므로 현실적인 분석에 한계가 있는 방법론이다. 그러므로 정당한 교차로 시간산출을 위해서는 time-dependent한 분석형의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 discrete Markov chain을 이용하여 단순히 단위시간 동안의 도착율과 출발율로써 transition probabilities를 계산하는 새로운 대기행렬 모형을 개발하였다. 개발된 불연속 대기행렬 모형을 이용하여 교 차로 분석을 할 경우 기존의 교차로 지체모형과 비교하여 기대되는 개선효과는 다음과 같 다. 변화를 고려한 dynamic한 분석으로 현실적이고 정당한 예측을 할 수 있다. 신호자동에 의한 영향을 분석할 수 있다. 그리고 독립적교차로 뿐만 아니라 간선도로, 나아가서 network 분석을 할 수 있으며, 동시에 주어지 교통여건에 대해 신호자동화를 위한 최적값을 산출해 낸다.
양방향 2차로 도로의 설계, 용량 및 운영분석의 단계에서 고려되어야 할 핵심사항으로 화물차와 같은 중차량이 교통류에 미치는 영향을 들 수 있다. 중차량이 교통류에 미치는 영향은 승용차환산계수로 표현할 수 있으며, 이는 교통류 운영분석의 주 MOE's로 사용되는 교통량, 운행속도, 지체시간, 주행의 자유 등에 대하여 중차량이 미치는 영향을 계산하여 승용차 몇 대에 해당하는가를 나타낸 것이다. PCE환산에 있어서 중요한 것은 중차량을 승용차로 환산하는 척도이며, 이러한 승용차 환산 척도는 계량화가 가능하고 교통류특성을 반영할 수 있는 특성을 지녀야 한다. 본 연구에서는 PCE 산정의 척도로서 지체시간을 선정하였으며, 이의 계산을 위하여 도로구간을 추월가능구간과 추월금지구간으로 나누어 지체시간을 계산하였다. PCE의 환산은 Werner와 Morrall이 제시한 것처럼 Walker's Method를 이용하여 교통류 상호간에 발생하는 지체시간과 중차량 1대의 유입으로 인해 유발되는 지체시간을 비교하여 결정하였다. 또한 추월가능 및 금지구간 뿐만 아니라, 추월가능구간과 추월금지구간이 조합되어 연속적으로 나타나는 도로구간의 평균 PC료를 산정할 수 있는 방법을 제시하였다.
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.
일반적으로 통행지체란 어느 도로구간을 정상속도로 이동하는 차량의 평균주행시간과 차량 정체로 인해 감속되는 차량의 평균통행시간 사이의 시간차이를 의미하고, 도로의 접속지점이나 병목지점을 통과하는데 발생하는 지체시간으로 사용되고 있다. 외국의 도시고속도로는 제한속도 80Km/h 이상의 고속화도로로서 흔히 출퇴근시간대에 유출입연결로의 접속영향권역내에서 출퇴근통행수요의 집중으로 교통정체를 겪고 있으나, 국내 도시고속도로는 제한속도 80Km/h이하의 고속화도로로서 출근시간대에 관계없이 유출입연결로 접속영향권역내 뿐만 아니라 본선구간에서도 극심한 교통체증을 겪고 있다. 따라서 본 연구의 목적은 고속도로와는 다른 지리적 특성을 가진 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내에서 통행지체를 추정할 수 있는 모델을 개발하고 그 타당성을 검토하는데 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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