[논문]고속도로상의 독립적인 반복 및 비반복정체의 영향비교

강경표; 장명순

고속도로상의 독립적인 반복 및 비반복정체의 영향비교
Different Impacts of Independent Recurrent and Non-Recurrent Congestion on Freeway Segments 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.25 no.6, 2007년, pp.99 - 109

강경표 (한국교통연구원 첨단교통기술연구실) , 장명순 (한양대학교 교통시스템공학과)

초록
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지금까지 고속도로 상에서 반복 및 비반복정체에 대한 연구가 많이 진행되어 왔지만 이들이 독립적으로 발생했을 때 교통정체의 영향에 대한 연구는 활발히 진행되지 못하고 있는 실정이다. 가장 큰 이유는 반복 및 비반복정체시 교통상황에 자료수집이 부족했으며, 뿐만 아니라 이들의 영향을 독립적/정량적으로 추정할 수 있는 분석도구의 효과적인 사용이 미비했기 때문이다. 본 연구에서는 미국 고속도로 구간의 교통정체시 수집한 교통자료를 바탕으로 시뮬레이션을 이용한 반복 및 비반복정체의 독립적인 영향을 분석하는 방법을 제시하였다. 분석결과로서 대상구간에 따라 비반복정체가 반복정체보다 고속도로기능을 크게 악화시키는 것으로 나타났다. 더불어 교통정체시 실시간 교통정보제공을 위한 기존 ITS기술들의 현장평가결과로서 안정적인 교통정체에서는 정보의 정확성은 높으나, 정체가 시작되거나 해소되는 시간대 또는 비반복정체시 제공되는 교통정보의 정확성은 낮은 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에서는 비반복정체의 중요성과 더불어 제시하고 있는 반복 및 비반복정체의 영향분석 방법론은 향후 대상 고속도로의 정체해소를 위한 개선사업의 투자우선순위를 판단할 수 있는 기초연구로서 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

There have been few studies on the impacts of independent recurrent and non-recurrent congestion on freeway networks. The main reason is due partly to the lack of traffic data collected during those periods of recurrent and non-recurrent congestion and partly to the difficulty of using the simulation tools effectively. This study has suggested a methodology to analyze the independent impacts of the recurrent and non-recurrent congestion on target freeway segments. The proposed methodology is based on an elaborately calibrated simulation analysis, using real traffic data obtained during the recurrent and non-recurrent congestion periods. This paper has also summarized the evaluation results from the field tests of two ITS technologies, which were developed to provide drivers with real-time traffic information under traffic congestion. As a result, their accuracy may not be guaranteed during the transition periods such as the non-recurrent congestion. In summary, this study has been focused on the importance of non-recurrent congestion compared to recurrent congestion, and the proposed methodology is expected to provide a basic foundation for prioritizing limited government investments for improving freeway network performance degraded by recurrent or non-recurrent congestion.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 반복 및 비반복정체로 인한 교통영향을 정량적으로 분석하였고, 사례연구를 통하여 비반복정체에 대한 기존 ITS 기술의 한계점을 제시하였다. 즉, 총 지체시간과 대기행렬길이의 거시적인 분석방법을 제시하고 그 결과를 통하여 독립적인 반복 및 비반복정체가 고속도로에 미치는 영향을 비교분석하였으며, 더불어 실시간고속도로 정체정보를 제공하는 2개의 ITS 기술의 적용 가능성을 검토하기 위하여 교통정체에 따른 제공되는 정보의 정확성에 대한 평가결과를 요약 및 분석하였다.
여기서는 고속도로 공사 중 발생하는 대기행렬을 분석하여 최대대기행렬이 어느 정도이며 공사구간 상류부에 어느 정도까지 영향이 미치는지 알아본다.

가설 설정

주의할 점은, 다양한 사고형태 중에서 본 연구에서는 길어깨(shoulder)가 폐쇄되는 사고형태인 경우(즉, NLB/TNL=1)를 고려하여 반복정체하의 교통상황과 비슷한 상황을 가정하였다.

제안 방법

이러한 이슈들을 다루기 위한 기초단계로서 본 연구는 우선적으로 독립적인 반복 및 비반복정체하에서 서로 다른 교통영향을 분석하는데 초점을 맞추었으며, 다음과 같은 순서로 구성된다. Ⅱ장은 반복 및 비반복정체가 고속도로 구간에 미치는 영향으로서 총지체시간 추정방법을 제시하고 그 결과를 비교하였다. Ⅲ장은 도로공사와 같은 비반복정체하에서 대기행렬을 분석하였으며, Ⅳ장은 고속도로 정체하에서 최근 2개의 ITS 기술의 적용가능성 및 문제점을 사례연구를 통하여 알아보았다.
Ⅱ장은 반복 및 비반복정체가 고속도로 구간에 미치는 영향으로서 총지체시간 추정방법을 제시하고 그 결과를 비교하였다. Ⅲ장은 도로공사와 같은 비반복정체하에서 대기행렬을 분석하였으며, Ⅳ장은 고속도로 정체하에서 최근 2개의 ITS 기술의 적용가능성 및 문제점을 사례연구를 통하여 알아보았다. 마지막 장에서는 본 연구내용의 결론 및 특징을 요약하였다.
특히 공사구간 하류부에서의 인터체인지의 기하구조는 실제자료(예: 엇갈림구간 및 부가차로구간)를 바탕으로 설계된다. 공사소요시간을 나타내는 시뮬레이션 시간은 30분, 45분, 1시간 및 2시간으로 나누어 수행하였으며, 상류부의 유입교통량 분포(예: Random number seed)에 따라 반복 작업(예: 최소 3회 이상)을 통하여 평균값을 얻는다.
대상공사구간의 실제 기하구조 및 교통량 자료를 바탕으로, 본 연구에서는 CORSIM를 이용하였으며, 시뮬레이션 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 대상 공사구간에 대한 시뮬레이션 네트워크를 보정하였다. 전체적인 보정작업은 다음과 같다.
사고로 인한 지체시간자료를 얻기 위하여, 시뮬레이션 실험을 통한 결과를 가지고 위 식을 이용하여 지체시간을 계산하였다. 시뮬레이션 실험을 위한 보정과정은 실제 길어깨가 폐쇄되는 사고시나리오를 바탕으로 CORSIM(ITT Ind.
자료수집은 정체상태의 시스템 성능평가를 위하여 TIPS 평가와 동일한 시간대에서 수행된다. 수집된 자료는 PCMS를 통해서 제공되는 교통정보 및 속도정보이며, 전자인 경우는 해당 PCMS 지점에서 메시지 내용이 바뀔 때마다 기록하였으며, 후자인 경우는 스피드건(speed gun)으로 지점 속도를 매 5분 간격으로 기록하였다.
시스템의 정확성은 현장에서 조사된 실제 통행시간을 각 PCMS에서 제공되는 통행시간과 비교하여 평가하였는데 해당 TIPS의 정확성 평가에 대한 잠정적인 결론은 다음과 같다( 참조).
그러나 그들의 잠재적인 효과에도 불구하고 실질적인 성능은 모든 정체상황에서 보장되는 것은 아니다. 여기서는 교통정체하에서 최근 2개의 ITS 기술인 교통정보예측시스템(TIPS: Traffic Information and Prediction System)과 첨단속도정보시스템(ASIS: Advanced Speed Information System)의 성능평가 결과분석을 통하여 교통정체 중 비반복정체하의 ITS 기능상 문제점을 알아보도록 한다.
위 1과 2의 결과를 바탕으로, 독립적으로 발생하는 반복과 비반복정체로 인한 지체시간을 구했다. <표 4>는 반복 지체시간에 대한 비반복지체시간의 비율을 나타낸다.
본 연구는 반복 및 비반복정체로 인한 교통영향을 정량적으로 분석하였고, 사례연구를 통하여 비반복정체에 대한 기존 ITS 기술의 한계점을 제시하였다. 즉, 총 지체시간과 대기행렬길이의 거시적인 분석방법을 제시하고 그 결과를 통하여 독립적인 반복 및 비반복정체가 고속도로에 미치는 영향을 비교분석하였으며, 더불어 실시간고속도로 정체정보를 제공하는 2개의 ITS 기술의 적용 가능성을 검토하기 위하여 교통정체에 따른 제공되는 정보의 정확성에 대한 평가결과를 요약 및 분석하였다.
2km) 정도이며 인터체인지 하류부쪽에서 왼쪽차로가 폐쇄되어 있다. 특히 공사구간 하류부에서의 인터체인지의 기하구조는 실제자료(예: 엇갈림구간 및 부가차로구간)를 바탕으로 설계된다. 공사소요시간을 나타내는 시뮬레이션 시간은 30분, 45분, 1시간 및 2시간으로 나누어 수행하였으며, 상류부의 유입교통량 분포(예: Random number seed)에 따라 반복 작업(예: 최소 3회 이상)을 통하여 평균값을 얻는다.

대상 데이터

비첨두시간 동안에 비반복정체로 인한 지체시간은 2004년 메릴랜드 고속도로 관리청(MSHA: Maryland State Highway Administration)에 있는 교통운영센터 (TOC: Traffic Operation Center)에서 나오는 사고자료를 가지고 구했다. 간단히 말하면, I-495와 I-95상에서 수집된 사고자료수는 각각 3404와 1244건이며, 본선차로폐쇄를 유발하는 심각한 사고자료수는 각각 673과 251건이다.
반복 및 비반복정체가 미치는 독립적인 영향을 비교하기 위하여, 여기서는 실제 현장자료와 시뮬레이션 자료를 가지고 반복 및 비반복정체로 인한 지체시간을 추정한다. <그림 1>에서 보는 바와 같이, 대상구간은 두 개의 고속도로구간인 I-495와 I-95으로 구성되어 있다. I-495구간은 I-95와 연결되는 27번 진출램프(exit 27)와 MD 187과 연결되는 36번 진출램프(exit 36) 사이를 말하며, I-95구간은 27번 진출램프와 I-195와 연결되는 47번 진출램프(exit 47) 사이를 말한다.
해당 시스템은 미국 메릴랜드주 고속도로관리청(MSHA: Maryland State Highway Administration)과 업체(PDP Association Inc.)에 의하여 개발된 ITS 기술로서, I-70 EB 고속도로구간(US-32와 I-695사이의 약 11 miles)에 설치되었다. <그림 11>은 대상 I-70 EB 구간상에 설치된 전체 TIPS를 보여주고 있으며, 하류부 구간(Spot 3과 Spot 4사이) 에서는 도로공사로 인하여 중앙분리대 또는 왼쪽 차로가 폐쇄되어 있는 교통상황이다.

이론/모형

비반복지체를 추정하기 위하여, 본 연구는 기존에 개발된 비선형회귀모형을 이용하였는데 특히, 이 모형(Chang et al., 1997)은 사고로 인하여 과도하게 발생되는 지체시간과 교통량, 전체 차로수에서 사고로 인한 폐쇄된 차로수의 비 등과의 관계를 고려할 수 있다. 아래 식(1)이 차로폐쇄를 유발하는 사고자료를 바탕으로 비반복 지체시간을 추정하기 위하여 사용된 모형이다.
사고로 인한 지체시간자료를 얻기 위하여, 시뮬레이션 실험을 통한 결과를 가지고 위 식을 이용하여 지체시간을 계산하였다. 시뮬레이션 실험을 위한 보정과정은 실제 길어깨가 폐쇄되는 사고시나리오를 바탕으로 CORSIM(ITT Ind., 2003)를 가지고 이루어졌다. 비반복정체로 인한 지체시간 추정 과정은 다음과 같다:

성능/효과

TIPS은 정체가 되는 첨두시간 동안 정확한 통행시간 정보를 제공할 수가 없었는데, 특히 첨두와 비첨두시간 사이의 전환되는 시간대(transition periods)인 경우에 제공되는 정보의 정확성은 매우 낮았다. <그림 12>에서 보는 바와 같이, 첨두시 정체가 해소되는 시간대(8:30-9:00AM)에서 통행시간정보의 정확성은 낮았다.
마지막으로, 연구의 성격 및 내용과 관련해서 주지하고픈 점은 분석대상으로 하는 반복 및 비반복정체는 첨두 시간 및 사고유무 등 물리적인 기준을 가지고 구분하였기 때문에 기존의 교통조건 및 도로조건에 따른 교통 파라메타간 관계분석과 같은 공학적인 방법과는 분석구간 및 자료의 시간적/공간적 범위 면에서 차이가 있다. 따라서 본 연구에서 제시하고 있는 정략적이고 거시적인 분석방법은 반복 및 비반복정체간 교통류 특성(traffic flow characteristics) 분석에는 적절치 않음을 밝혀둔다.
반면, TIPS는 교통류가 안정적인 정체상태이거나 점진적으로 변화되는 조건하에서 예측정보의 정확성은 높았다.
비교결과로서, 비반복정체로 인하여 발생하는 지체시간 및 대기행렬길이가 반복정체인 경우보다 지속시간이 크면 클수록 교통상황을 크게 악화시킬 수 있다.
종점(Spot 5)에서 먼 PCMS일수록 통행시간정보의 정확성은 떨어지거나 교통량의 변화에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 예를 들면, 관측기간 동안 Spot 1(PCMS #1)에서 제공되는 종점까지의 실시간 통행시간 정보의 정확성은 매우 낮게 나타났다.

후속연구

나아가, 반복과 비반복정체의 독립적인 영향을 비교하거나 그들의 개선을 위한 투자우선순위에 대한 연구는 활발히 진행되지 못하고 있는 실정이다. 만약 고속도로 네트워크에서 반복과 비반복정체의 영향을 제대로 평가할 수 있다면, 제약된 재정과 자원을 효과적으로 배정하고 관리할 수 있는 중요한 지침이 될 수 있을 것이다.
, 2004) 등은 교통류의 변동에 실시간으로 대응할 수 있는 대안으로서 긍정적으로 평가되고 있다. 이러한 제어 전략들은 교통사고나 도로공사로 인해 발생되는 교통정체를 교통운영의 효율성과 안전측면에서 높은 개선효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고속도로 교통운영과 관리를 위한 주요관심사는 교통류 저해요소로 인한 악영향으로서 대부분 무엇에서 발생하는가?	고속도로 교통운영과 관리를 위한 주요관심사는 교통류 저해요소(traffic flow disturbances)로 인한 악영향으로서 대부분 교통정체상황에서 발생하게 된다. 정상적인 교통류가 예상치 못한 저속 또는 정지되는 교통류와 만날 경우 대부분의 운전자들은 지체 및 통행시간을 최소화하기 위하여 차선변경, 합류, 추월, 교통법규위반 등의 과도한 운전행태를 보이게 되며, 나아가 사고와 같은 교통안전에 영향을 미치게 된다.
	대상 교통류에 미치는 정체의 영향을 완화시키기 위한 노력으로 무엇이 있는가?	한편, 대상 교통류에 미치는 이러한 정체의 영향을 완화시키기 위한 노력으로서, 최근에 실시간 교통관리와 정보제공을 위한 다양한 ITS 기술들을 개발하고 현장에서 시험 및 적용하고 있다. 하지만, 그러한 기술들의 실제적용을 위한 기능성 및 실용성 측면에서 여전히 초기 단계에 머물고 있는 실정이며, 특히 비반복정체 등 복잡 하고 불안정한 교통류에서는 더욱 그러하다.
	미국 고속도로 구간의 교통정체시 수집한 교통자료를 바탕으로 시뮬레이션을 이용한 반복 및 비반복정체의 독립적인 영향을 분석한 결과 및 기대효과는 어떠한가?	본 연구에서는 미국 고속도로 구간의 교통정체시 수집한 교통자료를 바탕으로 시뮬레이션을 이용한 반복 및 비반복정체의 독립적인 영향을 분석하는 방법을 제시하였다. 분석결과로서 대상구간에 따라 비반복정체가 반복정체보다 고속도로기능을 크게 악화시키는 것으로 나타났다. 더불어 교통정체시 실시간 교통정보제공을 위한 기존 ITS기술들의 현장평가결과로서 안정적인 교통정체에서는 정보의 정확성은 높으나, 정체가 시작되거나 해소되는 시간대 또는 비반복정체시 제공되는 교통정보의 정확성은 낮은 것으로 나타났다. 결론적으로 본 연구에서는 비반복정체의 중요성과 더불어 제시하고 있는 반복 및 비반복정체의 영향분석 방법론은 향후 대상 고속도로의 정체해소를 위한 개선사업의 투자우선순위를 판단할 수 있는 기초연구로서 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (13)

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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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