[논문]VISSIM을 이용한 Signal Preemption 전략도입 및 효과분석

조한선; 오주택; 이재명; 박동주

VISSIM을 이용한 Signal Preemption 전략도입 및 효과분석
Study of Effectiveness of Signal Preemption Strategy using VISSIM 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.24 no.4 = no.90, 2006년, pp.93 - 101

조한선 (한국교통연구원 도로교통연구실) , 오주택 (한국교통연구원 도로교통연구실) , 이재명 (한양대학교 도시개발경영학과) , 박동주 (서울시립대학교 교통공학과)

초록
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현재 우리나라에는 철도건널목 인근 신호교차로체 Signal Preemption이 도입되지 인가 열차의 철도건널목 통과 시 철도건널목의 안전이나 인근신호교차로의 운영에 상당한 문제를 야기하고 있다. 철도와 교차하는 신호교차로의 접근로에서는 신호대기로 인한 대기행렬이 철도건널목까지 언제든지 늘어날 수 있고, 이때 열차가 건널목에 접근하게 되면 철도건널목 위에서 대기하고 있던 차량이 열차와 충돌하는 사고가 발생할 수 있다. 그러므로 열차의 철도건널목 도착 전에 철도건널목 위의 대기차량들은 반드시 소거되어야 한다. 또한. 열차의 철도건널목 통과 시에도 철도와 교차되는 접근로의 차단으로 인해 특별한 신호 운명이 필요하다. 따라서 철도건널목과 인근신호교차로의 안전 향상과 합리적인 신호운명을 위해서는 열차 진입 시 교차로 및 철도건널목에 접근하는 교통류를 고려한 Signal Preemption 전략이 구축되어야 한다. 본 연구에서는 Signal Preemption의 효과를 현장조사 및 시뮬레이션을 이용하여 가시적으로 제시하였다. 오전첨두시 교통량과 30대 열차의 철도건널목 도착시간 예측치를 이용하여 시뮬레이션이 실행되었고. Signal Preemption을 적용하였을 경우 차량 당 지체시간은 약 9초가량인 것으로 나타났다. 또한, Signal Preemption의 미적용시 30개 시나리오 모두에서 건널목위의 대기차량과 열차가 충돌하는 것으로 나타난 반면, Signal Preemption 적용 시 모든 시나리오에서 대기차량과 열차의 충돌은 발생하지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

The signalized intersections near highway-railroad grade crossing are operated without signal preemption in Korea when trains are approaching the crossing. This signal operation is very dangerous because queues from the intersection can extend back over the track, thereby creating the Potential for a serious vehicle-train accident. And the queues from the crossing can extend to the intersection with the normal signal operation while trains Pass the crossing. In this case the intersection is disrupted, and delay and the Potential for vehicle accident increase highly In order to improve the intersection performance and Protect the accident the crossings and intersections. signal Preemption designed to provide a special control mode should be implemented. In this study it was shown that intersection Performance near highway-railroad grade crossing improved using signal preemption. When signal Preemption is implemented at the test site, the delay was reduced by about 9sec/veh. Even though there were vehicle-train accidents at the crossing in all 30 simulations without signal preemption. there was no vehicle-train accidents at all when signal preemption is used.

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

것이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 일련의 과정을 자동화시키는 Signal preemption Logic을 국내 현실에 맞게 개발하고, 현장 조사 및 시뮬레이션을 이용하여 그 효과를 입증하고자 한다.
철도건널목을 통과하는 시간은 52초로서 실제 교차로에 적용하기에는 무리가 따른다. 따라서 본연구에서는 Preemption이 목적이 철도건널목위의 차량을 소거시키는 것이므로, 교차로로부터 철도건널목까지의 대기행렬을 소거시키기 위한 건널목 소거시간을 산정하였다.
본 연구에서는 Signal Preemption 적용 시 신호 운영의 효율성을 높일 수 있다는 것을 현장 조사 및 시뮬레이션을 이용하여 가시적으로 제시하였다. 연구대상 지점을 선정하여 실제 열차, 차량 및 보행자교통량을 조사하여 Signal Preemption의 효과를 검증해 본 결과, Signal Preemption을 적용하였을 경우 차량당 지체시간을 약 9초가량 감소한 것으로 나타났는데, 이는 연구대상 지역의 첨두 교통량 6, 777대/시를 감안 할 때, 총 지체 절감 시간은 약 17시간 정도 되는 것으로 나타난 것이다.

가설 설정

- 철도건널목 소거 현시: 운영 중인 현시가 종료되고, 현시소거시간이 끝나면, 철도건널목 소거 현시가 시작된다. 철도건널목 소거 현시는 열차가 철도건널목에 도착하기 전에 건널목 위에 있을 수도 있는 대기행렬을 소거시킬 수 있도록 충분히 제공되어야 한다.

제안 방법

Preemption 경고 시간을 40초로 설정하여, 30대의 열차에 대해 Signal Preemption을 적용하여 시뮬레이션을 시행하였고, 같은 열차에 대해 Signal Preemption을 미 적용한 상태에서 또한 시뮬레이션을 시행하였다. Signal Preemption 미 적용시와 적용 시의 교차로의 지체는<표 4>에 보여진다.
시뮬레이션이가능흐! 고 Signal Logic을 구현하기 위한 VAP(vehicle actuated programming) 모듈의 지원이 가능한 VISSIM을 선택하여 Signal Preemption의 효과를 분석하였다.
또한, 최소 40초의 Preemption 경고 시간을 예측할 수 있도록 열차 도착 시간 예측알고리즘을 구성하였다.
것이 필요하다. 본 논문에서는 현장에서 30대의 열차에 대해 실제 도착 시간을 측정하여 예측치와의 오차를 미리 계산한 후, 30대의 열차 각각에 대해 시뮬레이션 상에서 열차의 네트워크 진입 시간과 검지기의 길이를 조정하여 도착 시간 예측 알고리즘의 오차를 구현하였다. 시나리오의 구성은 첨두시 교차로 교통량을 동일하게 설정하고 각각 열차의 건널목 도착시간을 다르게 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 작성하였다.
본 연구에서는에서와 같이 철도건널목 정지선에서 교차로까지의 거리(25m:耳〜馬)를 소거 가능한 대기행렬의 길이로 설정하여 차량1이 철도건널목을 통과하기 시작하는 데까지 소요되는 시간을 산정하였다.
본 연구의 시스템 및 알고리즘의 작성시 최소녹색 시간 5초, 보행자 횡단 시간 15초, 현시 소거시간 5초, 건널목 소거시간후 열차 도착 시간 6초를 적용하였으며 , 건널목 소거시간은 9초가 아닌 13초로 여유시간을 추가하여 총 Preemption 경고 시간은 40초로 설정하였다. 또한, 최소 40초의 Preemption 경고 시간을 예측할 수 있도록 열차 도착 시간 예측알고리즘을 구성하였다.
본 논문에서는 현장에서 30대의 열차에 대해 실제 도착 시간을 측정하여 예측치와의 오차를 미리 계산한 후, 30대의 열차 각각에 대해 시뮬레이션 상에서 열차의 네트워크 진입 시간과 검지기의 길이를 조정하여 도착 시간 예측 알고리즘의 오차를 구현하였다. 시나리오의 구성은 첨두시 교차로 교통량을 동일하게 설정하고 각각 열차의 건널목 도착시간을 다르게 설정하여 시뮬레이션 시나리오를 작성하였다.
철도 건널목상에 각기 다른 운행행태로 도착하는 30 대의 열차에 대해 속도 및 도착 시간을 실측치에 따라 다르게 설정하였으며, 또한 각 열차에 대해 Signal Preemption적용시와 미 적용 시에 대해 시뮬레이션이 이루어졌다. 효과척도로는 교차로 총 지체만을 고려하였다.

대상 데이터

Signal Preemption 효과 분석 위한 대상 지역으로는, 시뮬레이션의 용이성을 위해 인근 신호교차로의 접근로가 90°에 가깝고, 4 지로 운영되는 곳으로, 비교적 교통량이 많고 주정차 차량으로 인한 정처〕가 없는 곳으로, 와 같이 의정부에 위치한 녹양교차로 건널목을 선정하였다.
효과척도로는 교차로 총 지체만을 고려하였다.

데이터처리

이는 연구대상 지역의 첨두 교통량 6, 777대/시를 감안 할 때, 1시간 동안 총 지체 절감 시간은 약 17시간정도 되는 것으로 나타난 것이다. 또한, Signal Preemption 의 적용여부에 따른 지체 시간의 차이가 통계적으로 유의한지 검증을 위하여 Paired-T Test를 실행하였다.

이론/모형

알고리즘이 필요하다. 본 연구를 위해서는 최근에 개발된 초음파검지기와 이를 이용한 열차 도착 시간 예측 알고리즘이 이용되었다.

성능/효과

각각의 Preemption에 대해 비교하는 것이 의미가있으므로, Paired-T Test가 적절할 할 것으로 판단되었다. 통계검증은 0.
결과적으로 건널목 소거 시간은 3〜用구간에 대기행렬이 소거되는 시간(3초)과, 차량1의 &건널목을 통과하는데 소요되는 시간(6초)을 더하여 최종 9초가 필요한 것으로 나타났다.
또한 30개의 시나리오 시뮬레이션 실행결과 Signal Preemption의 미적용 시 30개 시나리오 모두 건널목 위의 대기차량과 열차가 충돌하는 것으로 나타났으나, 반면 Signal Preemption 적용 시 건널목위의 대기 차량이 열차의 건널목 도착 전에 소거되어 열차와 차량 간의 충돌은 전혀 발생하지 않았다.
또한 각 열차별로 지체 시간 감소는 다르게 나타났는더〕, 이는 각 열차에 대한 건널목 도착 시간 예측치와 실제 도착시간과의 차이에서 기인 한 것으로 판단되며, 열차의 실제 도착 시간이 늦어질수록 지체시간의 감소 폭은 큰 것으로 분석되었다.
의정부 시내와 인접한 녹 양교 차로는 비교적 많은 교통량을 보이고 있으며, 일반적인 신호 운영방식이 적용되고 있었다. 또한, 교차로의 4방향 모두 운전자의 시인성이 확보되며, 철도 건널목과 도로와의 교차지점의 구배가 평지에 가까웠다.
연구대상 지점을 선정하여 실제 열차, 차량 및 보행자교통량을 조사하여 Signal Preemption의 효과를 검증해 본 결과, Signal Preemption을 적용하였을 경우 차량당 지체시간을 약 9초가량 감소한 것으로 나타났는데, 이는 연구대상 지역의 첨두 교통량 6, 777대/시를 감안 할 때, 총 지체 절감 시간은 약 17시간 정도 되는 것으로 나타난 것이다. 또한, 시뮬레이션의 실행 결과 Signal Preemption의 미적용 시 설정되어진 시나리오 모두에서 건널목위의 대기 차량과 열차가 충돌하는 것으로 나타났지만, Signal Preemption 적용 시 모든 시나리오에서 대기차량과 열차의 충돌은 발생하지 않았다. 간단한 신호운영방식의 변화로 이렇듯 효과를 볼 수 있는 Signal Preemption의 전국적 도입이 필요한 실정이다.
산정 결과 场〜用구간의 차량의 대기행렬충격파가 차량 1까지 도달하는데 걸리는 시간은 3초, 차량1의 출발손실 시간 3초와 呂를 통과하는데 소요되는 시간 3초로서 총6초로 분석되었다.
연구대상 지점을 선정하여 실제 열차, 차량 및 보행자교통량을 조사하여 Signal Preemption의 효과를 검증해 본 결과, Signal Preemption을 적용하였을 경우 차량당 지체시간을 약 9초가량 감소한 것으로 나타났는데, 이는 연구대상 지역의 첨두 교통량 6, 777대/시를 감안 할 때, 총 지체 절감 시간은 약 17시간 정도 되는 것으로 나타난 것이다. 또한, 시뮬레이션의 실행 결과 Signal Preemption의 미적용 시 설정되어진 시나리오 모두에서 건널목위의 대기 차량과 열차가 충돌하는 것으로 나타났지만, Signal Preemption 적용 시 모든 시나리오에서 대기차량과 열차의 충돌은 발생하지 않았다.
통계검증은 0.05% 유의수준에서 실행되었으며, 검증결과 Preemption 적용 시 지체가 감소 한 것으로 나타났다.
표에서 보듯이, 양주방향과 의정부 방향으로 진행차량이 많은 것으로 나타났으며, 교차로 교통량의 경우 첨두와 비첨두시간의 교통량이 차이가 있는 것으로 조사되었다.
현황 교통량 및 신호주기를 이용하여 실험 대상 지역의 최대 대기행렬의 길이를 산정한 결과, 최대 대기행렬의 길이 379m로 나타났으며, 최대 대기행렬의 마지막 차량이 .철도건널목을 통과하는 시간은 52초로서 실제 교차로에 적용하기에는 무리가 따른다.

후속연구

따라서 본 연구에서 Signal Preemption 로직을 Microscopic 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 검증하는 것이 필요하다.
또한, Signal Preemption은 일반적인 신호 운영 중에 획일적으로 신호 모드를 바꾸어주는 방식으로 신호 모드의 전환 시 자연스러운 Signal Preemption으로의 전환을 유도하는 부분의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 Signal Preemption의 효과를 간단히 살펴보고자 한 지역에서 첨두시간대의 교통량만을 이용하였지만, 교통상황이 지역마다 시간대마다 다를 수 있으므로, 좀 더 다양한 교통량 시나리오를 이용하여 Signal Preemption의 효과를 분석하는 것이 필요할 것이다. 또한, Signal Preemption은 일반적인 신호 운영 중에 획일적으로 신호 모드를 바꾸어주는 방식으로 신호 모드의 전환 시 자연스러운 Signal Preemption으로의 전환을 유도하는 부분의 연구가 필요할 것으로 판단된다.

참고문헌 (12)

Transportation Research Board, National Research Council(1999), 'Synthesis of Highway Practice 271, Traffic Signal Operations Near Highway-Rail Grade Crossing'
Marshall, P.S. and W.D. Berg(1990), 'Evaluation of Railroad Preemption Capability of Traffic Signal Controllers'. Transportation Research Record 1254, Transportation Research Board, pp.44-49
Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation(2000), 'Manual on Uniform Traffic Control Devices'
Marshall-PS; Berg-WD(1991), 'Guideline for Railroad Preemption at Signalized Intersections', Proceedings of the Conference, Strategic Highway Research Program and Traffic Safety on Two Continents, Part Three, pp.84-96
Marshall, P.S. and W.D. Berg(1997), 'Design Guidelines for Railroad Preemption as Signalized Intersections', ITE Journal, Vol.67, No.2, Institute of Transportation Engineers, pp.20-25

상세보기
The American Railway Engineering and Maintenance of Way Association(2004), 'Communications and Signal Manual'
Jim Bonneson(1365), 'Modeling Queued Driver Behavior At Signalized Junctions', Transportation Research Record. pp.99-107
Cho, H. and L. R. Rilett(2004.), 'Improved Transitional Preemption Strategy for Traffic Signal near At-Grade Railway Crossing', Preprint 04-4758, Transportation Research Board 83rd Annual Meeting
Strphen H.Richards, K.W.Heathington, and Daniel B. Fambro(1990), 'Evaluation of Constant Warning Times Using Train Predictors at a Grade Crossing with Flashing Light Signals', Transportation Research Record 1254, Transportation Research Board, pp.60-71
강승규(1995), '철도건널목의 사고예측모형 개발에 관한 연구', 대한교통학회지, 제13권 제2호, 대한교통학회, pp.43-58

원문보기 상세보기
교통개발연구원(2004), '철도건널목 안전관리 시스템 개발(I)'
교통개발연구원(2005), '철도건널목 안전관리 시스템 개발(II)'

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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