단속류의 교통시설 운영개선(TSM, Trasportation Systems Management)의 타당성 및 개선효과 분석을 위해 TRANSYT-7F(T7F)와 NETSIM이 많이 사용되고 있으나, T7F는 현실적인 차량군의 압축 분산효과가 미흡하고, NETSIM은 구축시간이 과다하게 소요되고, 용량설정의 어려움 등의 문제를 가지고 있다. 이에 반해, 충격파 모형은 T7F에 비해 차량군의 압축 분산을 더욱 사실적으로 묘사할 수 있으며, NETSIM에 비해서는 분석시간 단축, 적용용이성 등의 장점을 가지고 있어 우수하다. 하지만, 수리적 계산의 어려움으로 인해 비현실적인 교통류관계식(Q-K곡선) 적용, 단순한 차량군 적용 등의 문제점을 지니고 있다. 이러한 충격파이론을 이용한 기존 분석모형의 문제점을 해소하기 위해보다 현실적인 교통류관계식 적용, 새로운 차량군모형 개발, 연장충격파 개념 도입 등 새로운 분석모형을 개발하였으며, 개발모형의 유효성 검증을 위해 다양한 시나리오를 구성하여 T7F와 NETSIM과 비교 평가한 결과 우수한 성능을 보였다.
단속류의 교통시설 운영개선(TSM, Trasportation Systems Management)의 타당성 및 개선효과 분석을 위해 TRANSYT-7F(T7F)와 NETSIM이 많이 사용되고 있으나, T7F는 현실적인 차량군의 압축 분산효과가 미흡하고, NETSIM은 구축시간이 과다하게 소요되고, 용량설정의 어려움 등의 문제를 가지고 있다. 이에 반해, 충격파 모형은 T7F에 비해 차량군의 압축 분산을 더욱 사실적으로 묘사할 수 있으며, NETSIM에 비해서는 분석시간 단축, 적용용이성 등의 장점을 가지고 있어 우수하다. 하지만, 수리적 계산의 어려움으로 인해 비현실적인 교통류관계식(Q-K곡선) 적용, 단순한 차량군 적용 등의 문제점을 지니고 있다. 이러한 충격파이론을 이용한 기존 분석모형의 문제점을 해소하기 위해보다 현실적인 교통류관계식 적용, 새로운 차량군모형 개발, 연장충격파 개념 도입 등 새로운 분석모형을 개발하였으며, 개발모형의 유효성 검증을 위해 다양한 시나리오를 구성하여 T7F와 NETSIM과 비교 평가한 결과 우수한 성능을 보였다.
It has been employed TRANSYT-7F and NETSIM to evaluate the validity and effectiveness of improvement on TSM(Transportation Systems Management). But T7F is hard to describe platoon compression and dispersion in actually, and NETSIM takes a long time for network coding, calibration and have difficulty...
It has been employed TRANSYT-7F and NETSIM to evaluate the validity and effectiveness of improvement on TSM(Transportation Systems Management). But T7F is hard to describe platoon compression and dispersion in actually, and NETSIM takes a long time for network coding, calibration and have difficulty in setting up saturation flow. While Shockwave Model have advantage which can describe platoon compression and dispersion in actually and shorten hours, convenience of application. But Shockwave Model apply unrealistic traffic flow relation ship(U-K curve) and simplify platoon because of difficulty in calculating shockwave's position and cross. For solving limitation of existing shockwave models, It develop new model with 2-regime linear model, New platoon model, Extended shockwave, etc. For verifying the validity of the proposed model, it was compared with delay of T7F and NETSIM by offset variation. In conclusion, it is thought that proposed model have outstanding performance to simulate traffic phenomenon.
It has been employed TRANSYT-7F and NETSIM to evaluate the validity and effectiveness of improvement on TSM(Transportation Systems Management). But T7F is hard to describe platoon compression and dispersion in actually, and NETSIM takes a long time for network coding, calibration and have difficulty in setting up saturation flow. While Shockwave Model have advantage which can describe platoon compression and dispersion in actually and shorten hours, convenience of application. But Shockwave Model apply unrealistic traffic flow relation ship(U-K curve) and simplify platoon because of difficulty in calculating shockwave's position and cross. For solving limitation of existing shockwave models, It develop new model with 2-regime linear model, New platoon model, Extended shockwave, etc. For verifying the validity of the proposed model, it was compared with delay of T7F and NETSIM by offset variation. In conclusion, it is thought that proposed model have outstanding performance to simulate traffic phenomenon.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 충격파이론을 적용한 기존 모형(Michalopoulos et al의 충격파 모형, Sasaki et al의 Quasi 충격파 모형 등)들의 한계점을 분석하고, 충격파모형의 엔진이라 할 수 있는 교통류관계식(Q-K관계)에 관하여 고찰하여, 기존 모형들의 문제점 개선을 통한 보다 현실적인 교통류관계식을 적용하는 등 보다 현실적인 묘사가 가능한 새로운 충격파 모형을 개발하고자 하며, 시나리오(V/C, 링크거리, 평균통행속도, 옵셋, 연동효과 등)를 구성하여, 시나리오별 옵셋변화에 따른 지체도를 산출하여 T7F와 NETSIM의 결과와 비교·분석하여 개발모형의 우수성 및 적용가능성을 평가하여 본다.
가설 설정
그렇기 때문에 각 충격파의 정확한 교차 지점을 계산하는 것이 아니라, 에서 보는 바와 같이 단위시간별 두 충격파(충격파1, 충격파2)의 위치차이가 임계값(GAP)이 내일 경우 교차하는 것으로 가정하여 두 충격파의 중간 위치에 새로운 충격파(충격파3)를 발생시키게 된다.
모든 충격파 속도는 해당 링크의 자유속도(Free Flow Speed)를 넘을 수 없으므로, 본 논문에서는 식 (7)과 같이 단속류의 최대가능 자유속도를 90km/h로 가정하고, Interval은 0.05초, GAP은 1.25m로 설정하였다.
새로운 차량군 모형은 우회전 유입이 부도로 직진현시에만 가능하다는 가정 하에 과 같이 각 현시 별로 유입되는 교통류를 달리하였다.
충격파이론을 적용한 기존 분석모형은 과 같이 적색시간 및 녹색시간에 도착한 교통류를 녹색시간동안에 평균적인 교통류율로 출발하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
Freeflow 상태에서는 교통량 증가에 따른 속도변화가 둔감하며, 용량이후에는 급격히 감소하는 교통류 특성을 만족시키고, 시뮬레이션시 사용자의 입력자료가 모형에 반영가능하고, 모형 구축에 문제가 없는 2-regime linear모형을 새로운 충격파의 교통류 관계식으로 정하였다. <그림 5>의 식(2)와 식(3)은 새롭게 적용될 함수 관계를 나타낸다.
교통량 변화에 따른 개발모형의 유효성을 검토하기 위하여, 과 같이 V/C=0.5(한산한 상태), 0.7 (적정 상태), 0.9(근포화 상태)로 나누어 교통량을 적용하여 민감도 분석을 실시하였으며, 속도, 거리, 용량, 신호시간 등은 기본조건과 동일게 적용하였다.
기하구조적인 제약 등으로 인한 운행속도 변화에 따른 개발모형의 유효성을 검증하기 위하여, 운행속도를 30km/h(저속), 50km/h(중속, 기본조건), 80km/h(고속)로 나누어 민감도 분석을 실시하였으며, 교통량, 거리, 용량, 신호시간 등은 기본조건과 동일하게 적용하였다. 분석결과, 시나리오3과 같이 저속으로 운행하는 도로(접근용 하급도로)는 <그림 17>에서 보듯이 비교군 프로그램 결과와 매우 유사한 패턴을 보이나, 개발모형이 옵셋에 따른 지체도 변화가 더욱 민감할 뿐만 아니라 지체도 변화 패턴도 안정적이어서 명확한 분석결과를 제시할 수 있다.
특히 교통량이 많은 직진 교통류를 포화교통류율과 직진교통류율로 세분화 하였고, 링크내 Mid-Flow는 전주기에 걸쳐 균일하게 유·출입 하는 것으로 구현하였다. 또한, 상류부에서 연속 진행하는 교통류는 다음 하류부 교차로의 출발차량군과 합류되어 새로운 차량군을 형성토록 모형을 구축하였다.
본 모형은 에서 보는 바와 같이 2개 이상의 축단위 시뮬레이션 분석시, 연장충격파를 이용하여 상류부의 교통류가 하류부까지 연계토록 구축하였으며, 동그란 점선이 연장충격파를 표시한 것이다.
분석 시나리오는 , 와 같이 크게 단일링크와 연속링크(3개교차로)로 나누어 구성하였다.
일반적으로 상류부에서 하류부 링크로 회전(좌,우 회전)유입하는 교통류는 하류부 링크의 전체차선을 사용하지 않고 일부 차선만을 이용한다. 이동류별 차선이용 특성을 반영하기 위해 차로이용계수를 도입하였으며, 현장에서 실제 이용되는 차로이용계수를 모형에 적용가능토록 구축하였다.
적색시간 동안 대기한 차량군이 하류부 교차로 도착시 분산되는 현상을 개발모형이 유효하게 묘사하는지에 대한 검증을 위하여, 링크거리를 200m(단구간), 500m(중구간, 기본조건), 800m(장구간)로 나누어 민감도 분석을 실시하였으며, 교통량, 운행속도, 용량, 신호시간 등은 기본조건과 동일하게 적용하였다.
차로용량, 링크거리, 속도는 기본조건과 동일하며, 신호시간 및 교통량은 과 같이 적용하여 Node2의 옵셋(0초, 30초, 50초, 70초)별 Node3의 옵셋변화에 따른 Node3의 지체도 민감도 분석을 실시하였다.
특히 교통량이 많은 직진 교통류를 포화교통류율과 직진교통류율로 세분화 하였고, 링크내 Mid-Flow는 전주기에 걸쳐 균일하게 유·출입 하는 것으로 구현하였다.
데이터처리
개발모형의 합리성, 적용성 등을 평가하기 위해 V/C별, 속도별, 거리별, 옵셋별 민감도 분석을 실시하여, T7F와 NETSIM의 산출결과와 비교하였다. 분석 시나리오는 <표 1>, <표 2>와 같이 크게 단일링크와 연속링크(3개교차로)로 나누어 구성하였다.
성능/효과
Node2의 설정 옵셋별 Node3의 옵셋변화에 따른 지체도 추세가 비교군 프로그램의 결과와 비슷하나, 개발 모형의 지체도 변화가 더욱 민감하게 나타났다.
기존 모형의 문제점을 개선하고자, 새롭게 개발된 모형은 교통류 관계식으로 2-regime linear 모형을 적용하여 비포화, 근포화시 교통류 특성을 반영하였고, 새로운 차량군모형을 적용하여 더욱 현실적인 차량군 압축·분산효과의 묘사가 가능토록 하였으며, 축의 연동효과를 정확하게 분석하기 위해 연장충격파라는 개념을 도입하여 대표적인 분석모형인 TRANSYT-7F와 NETSIM과 비교평가한 결과 우수한 성능을 보여 시뮬레이션 분석모형으로 활용이 가능한 것을 입증하였다.
단일링크는 과 같은 기본조건을 기준으로 항목별 민감도 분석을 실시하였으며, 은 기본조건에서 옵셋에 따른 Node2의 지체도 분석결과로, 비교군 프로그램과의 매우 유사한 패턴을 보이고 있다.
민감도 분석결과, 0→Km은 10개 구간, Km→Kj는 20개 구간으로 나눌 때, 소요시간 및 산출결과가 가장 합리적인 것으로 나타났다.
분석결과, 시나리오3과 같이 저속으로 운행하는 도로(접근용 하급도로)는 에서 보듯이 비교군 프로그램 결과와 매우 유사한 패턴을 보이나, 개발모형이 옵셋에 따른 지체도 변화가 더욱 민감할 뿐만 아니라 지체도 변화 패턴도 안정적이어서 명확한 분석결과를 제시할 수 있다.
비교군 프로그램과 지체도 추이가 유사한 패턴을 보이나, T7F 결과와 보다 유사하며, 근포화시에는 오히려 NETSIM과 유사한 결과를 보이며, 개발모형의 차량군이 보다 빠른 것으로 나타났다.
시나리오7~10 모두 개발모형의 지체도 변화패턴이 NETSIM보다 T7F와 더 유사하게 나타났으나, 지체도의 변동폭은 더 크게 나타나 입력변수 변화에 따른 시뮬레이션 결과가 민감하게 나타나 효과분석 등에 유용하게 사용이 가능하다.
지체도가 최소가 되는 최적옵셋에서의 지체도는 비교군 프로그램에 비하여 개발모형이 적게 나타나는 경향이 있으며, 개발모형의 최대 지체도는 T7F에 비해서는 크나, NETSIM에 비해서는 적게 나타나는 중간적인 결과를 보이고 있다.
후속연구
하지만, 개발모형은 과포화시 시뮬레이션 결과가 검증되지 않았으며, 특정한 경우에 충격파의 교차검색이 되지 않는 등의 문제와 더욱 현실적인 교통류 관계식 적용 및 현장자료와의 비교분석 등에 대해서 향후 연구·보완이 이루어져야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단속류의 TSM도입 타당성 검토 및 효과 분석에 사용되는 시뮬레이션 모형에는 무엇이 있는가?
일반적으로 단속류의 TSM도입 타당성 검토 및 효과 분석에 사용되는 시뮬레이션 모형에는 거시적모형인 TRANSYT-7F(이하 T7F)와 미시적모형인 NETSIM이 상대적으로 많이 사용되고 있다.
T7F의 단점은 무엇인가?
T7F는 대기행렬이나 적색신호시간에 차량군의 압축을 간단한 산술 합으로 고려하기 때문에 링크에서 발생하는 현상을 현실에 가깝에 묘사하지 못하는 단점을 가지고 있으며, NETSIM은 T7F에 비해 차량간의 상호작용 등의 현실적인 묘사는 더욱 우수하지만 네트웍 구축 및 정산(Calibration) 등에 많은 시간이 소요되며 도로기하구조 등에 따른 접근로 용량을 조정하기가 어려운 문제점을 안고 있다.
Quasi충격파 모형의 문제점은 무엇인가?
근·과포화시 분단위 통행시간을 예측하기 위해 구축된 모형으로 단속류의 지체도 개선 등의 효과분석에 활용하기에 무리가 있으며, 밀도영역수도 6개로만 나누어 교통류변화를 너무 단순화하여 실제 교통류변화를 반영하지 못하며, 링크중간의 유·출입 교통량을 반영하지 못하는 문제점이 있다.
참고문헌 (11)
A.D. MAY, "Traffic Flow Fundamentals", Prentice- Hall, 1990
Boris S.Kerner, "Theory of Breakdown Phenomenon at Highway Bottlenecks", Transportation Research Board 00-1573, 2000
Cedar A., and May A. D., "Further evaluation of single and two regime traffic flow models". TRR567, 1976
C.F. Daganzo, "Fundamentals of Transportation and Traffic Operations", Elsevier Science Inc.,1997
Federal Highway Administration, "Traffic Software Integrated System(TSIS) User's Guide, Version 5.0", MARCH 2001
Federal Highway Administration, "Traffic Software Integrated System(TSIS) Reference Manual, Version 5.0", MARCH 2001
N.H. Gartner, C.J. Messer, A. Rathi, "Special Report 165:Revised Monograph on Traffic Flow Theor", Transportation Research Board, 1997
Panos G.Michalopoulos et al, "Modeling of Traffic flow at Signalized Links", Transportation Science Vol.14.No.1, 1980
Panos G.Michalopoulos et al, "An Application of Shockwave Theory to Traffic Signal Control", Transportation Research Vol.15B, 1980
"Traffic Network Study Tool(TRANSYT-7F)", Mc Trans Center, 2004
Tsuna Sasaki et al, "An Approximative Analysis of the hydrodynamic theory on traffic flow and a formulation of a traffic simulation model", Ninth international symposium on Transportation and traffic theory, 1984
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.