일반적으로 차로변경 형태는 선택적 차로변경과 강제적 차로변경 등의 두 가지 형태로 구분된다. 선택적 차로변경은 운전자가 원하는 운전상태를 유지하기 위해 선택적으로 차로를 변경하는 경우이며 강제적 차로변경은 운전자가 현재 차로에서 반드시 차로를 변경해야 하는 경우로 합류부 또는 분류부와 같은 반복정체 구간에서 발생하므로 연속류 도로의 교통상태에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 먼저 고속도로의 대표적인 반복정체 구간인 합류부와 엇갈림 구간에서 수집한 항공사진 개별차량 자료를 사용하여 교통량, 속도, 밀도 데이터와 차로변경 데이터를 생성하였다. 개별차량 속도 변화추이를 이용하여 각 분석구간에서 안정류와 정체류를 구분하였으며 30m 간격으로 분석구간을 구분하여 교통혼잡전과 후의 차로변경 횟수와 차로변경 지점의 변화를 차로변경 분포를 통하여 비교분석 하였고 정체 교통류를 대상으로 차로 변경 분포를 이용하여 본선차로간 전이과정에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구는 본선 차로간의 차로변경 분포와 본선과 연결로간의 차로변경 행태가 고속도로의 교통류 흐름에 따라 변화하는 영향을 분석하여 고속도로 반복정체구간의 차로변경 모형을 개발하는데 기초이론 제시를 목적으로 수행되었다.
일반적으로 차로변경 형태는 선택적 차로변경과 강제적 차로변경 등의 두 가지 형태로 구분된다. 선택적 차로변경은 운전자가 원하는 운전상태를 유지하기 위해 선택적으로 차로를 변경하는 경우이며 강제적 차로변경은 운전자가 현재 차로에서 반드시 차로를 변경해야 하는 경우로 합류부 또는 분류부와 같은 반복정체 구간에서 발생하므로 연속류 도로의 교통상태에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 먼저 고속도로의 대표적인 반복정체 구간인 합류부와 엇갈림 구간에서 수집한 항공사진 개별차량 자료를 사용하여 교통량, 속도, 밀도 데이터와 차로변경 데이터를 생성하였다. 개별차량 속도 변화추이를 이용하여 각 분석구간에서 안정류와 정체류를 구분하였으며 30m 간격으로 분석구간을 구분하여 교통혼잡전과 후의 차로변경 횟수와 차로변경 지점의 변화를 차로변경 분포를 통하여 비교분석 하였고 정체 교통류를 대상으로 차로 변경 분포를 이용하여 본선차로간 전이과정에 대한 분석을 수행하였다. 본 연구는 본선 차로간의 차로변경 분포와 본선과 연결로간의 차로변경 행태가 고속도로의 교통류 흐름에 따라 변화하는 영향을 분석하여 고속도로 반복정체구간의 차로변경 모형을 개발하는데 기초이론 제시를 목적으로 수행되었다.
The lane-change behavior usually consists of discretionary lane-change and mandatory lane-change types. For the first type, drivers change lanes selectively to maintain their own driving condition and the second type is the case that the drivers must change the current lane, which can occur in recur...
The lane-change behavior usually consists of discretionary lane-change and mandatory lane-change types. For the first type, drivers change lanes selectively to maintain their own driving condition and the second type is the case that the drivers must change the current lane, which can occur in recurrent congestion sections like merging and weaving sections. The mandatory lane-change behavior have a great effect on the operation condition of freeway. In this paper, we first generate data such as traffic volumes, speeds, densities, and the number of lane-change within the merging and weaving sections using the data of individual vehicle collected from time-lapse aerial photography. And then, the data is divided into the stable and congested flow by analyzing the speed variation pattern of individual vehicles. In addition, the number of lane-changing from ramp to mainline within every 30-meter interval is investigated before and after traffic congestion at study sites and the distribution of lane-changing at each 30-meter point is analyzed to identify the variation of lane-changing ratio depending on the stable and congested flows. To recognize the effect of mainline flow influenced by ramp flow, this study also analyzes the characteristics of the lane-changing distributions within the lanes of mainline. The purpose of this paper is to present the basic theory to be used in developing a lane-changing model at the merging and weaving sections on freeways.
The lane-change behavior usually consists of discretionary lane-change and mandatory lane-change types. For the first type, drivers change lanes selectively to maintain their own driving condition and the second type is the case that the drivers must change the current lane, which can occur in recurrent congestion sections like merging and weaving sections. The mandatory lane-change behavior have a great effect on the operation condition of freeway. In this paper, we first generate data such as traffic volumes, speeds, densities, and the number of lane-change within the merging and weaving sections using the data of individual vehicle collected from time-lapse aerial photography. And then, the data is divided into the stable and congested flow by analyzing the speed variation pattern of individual vehicles. In addition, the number of lane-changing from ramp to mainline within every 30-meter interval is investigated before and after traffic congestion at study sites and the distribution of lane-changing at each 30-meter point is analyzed to identify the variation of lane-changing ratio depending on the stable and congested flows. To recognize the effect of mainline flow influenced by ramp flow, this study also analyzes the characteristics of the lane-changing distributions within the lanes of mainline. The purpose of this paper is to present the basic theory to be used in developing a lane-changing model at the merging and weaving sections on freeways.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 해당 고속도로 전체 구간 중 가속차로 길이구간에 해당하는 합류구간(또는 엇갈림 구간)을 일정간격(30m)과 수집간격(1초 또는 30초) 단위의 교통변수를 산출할 수 있는 프로그램을 작성하였으며 이를 이용하여 각 차로별 관측지점별 분석단위 동안 교통량, 속도, 밀도자료를 생성하였다. 또한, 교통류 수준과 차로 변경 행태와의 관계를 분석하고자 개별차량의 차로변경시 지점 및 가감속도 자료도 생성하였다.
본 연구에서는 개별차량에 대한 미시적인 분석이 가능한 고속도로의 실제 항공사진자료를 분석함으로써 고속도로의 대표적인 반복정체구간인 합류부 구간과 엇갈림 구간의 본선간의 차로변경 행태와 본선과 연결로간의 차로변경 행태가 고속도로의 교통류 상태에 따른 영향을 분석하여 효율적인 고속도로 운영관리를 위한 기초이론 제시를 위하여 수행하였다.
본 연구에서는 고속도로의 대표적인 반복정체구간인 합류부 구간과 엇갈림 구간의 실제 항공사진 자료를 이용하여 본선간의 차로변경 행태와 본선과 연결로간의 차로변경 행태가 고속도로의 교통류 흐름에 따라 변화하는 영향을 분석하여 효율적인 고속도로관리를 위한 기초이론 제시를 목적으로 한다.
본 연구에서는 고속도로의 대표적인 반복정체구간인 합류부구간의 교통류(교통량, 속도, 밀도) 수준에 따른 차로변경 행태를 분석하기 위하여 미국 FHWA(1985)에서 수행하였던 항공 촬영사진으로부터 개별 차량의 위치를 계수화(digitizing)한 자료를 본 연구의 목적에 맞게 일부 가공하여 사용하였다.
선택적 차로변경은 운전자가 원하는 서비스 상태(상대 거리 및 속도 등)를 유지하기 위하여 차로를 변경하는 경우이며 강제적 차로변경은 운전자가 목적지를 변경하기 위하여 반드시 차로를 변경해야 하는 경우로 특히, 합류부 또는 분류부와 같은 유출입구간에서 주로 발생하고 이구간은 주로 반복정체구간이므로 연속류 도로의 교통상태(서비스 수준)에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 교통혼잡 발생에 따른 차로변경 행태를 분석하여 연속류 도로상에서 차로변경이 반복정체구간의 교통류 상태에 미치는 영향을 연구하고자 한다.
본 연구에서는 반복정체구간에 교통혼잡이 발생했을 때 차로간 차로변경 분포를 비교하여 연결로에서 본선으로 진입하는 교통량으로 인해 본선차로에 미치는 영향차로를 분석하고 각 차로간 차로변경 전이과정을 분석하였다. 차로간 차로변경 전이과정에서는 교통와해가 명확히 발생한 합류부 구간의 Santa Monica구간에 대해서만 집중분석을 수행하였다.
본 연구에서는 속도를 기준으로 안정류와 정체류를 구분하기 위하여 30초 집계단위의 속도-교통량 관계도를 산출하여 임계교통량 일 때의 속도를 교통류 상태를 분류하는 기준 속도로 선정하였다. 전체 5개 분석구간 중 Backlick 구간은 시작시점에서 이미 정체가 발생된 상태로 판단되어 기준속도 선정을 제외시켰으며 Topanga Canyon 구간은 정체가 발생하지 않아 기준속도 선정을 제외하였다.
제안 방법
교통류 특성 분석을 통하여 각각의 분석구간의 안정류 시간대와 정체류 시간대를 확인하였으며 이러한 결과를 토대로 안정류와 정체류 시간대의 차로변경 특성에 대하여 비교분석을 수행하였다.
세 구간의 기준속도는 58km/h~63km/h 사이에 나타났으며, 본 연구에서는 분석대상구간의 속도-교통량 관계도와 시간별 속도변화 추이그래프에서 나타난 안정류 및 DSC 교통류, 대기행렬풀림 교통류 등 종합적으로 판단할 때 모든 구간의 교통혼잡의 속도기준을 60km/h로 설정하는 것이 가장 안정적으로 안정류와 정체류를 분류하는 것으로 판단하였다. 교통혼잡의 속도기준을 토대로 각 분석구간의 교통혼잡이 발생한 시간대를 확인한 후 안정류와 정체류로 구분하여 교통류 특성분석을 수행하였다.
이를 위해 개별차량 교통량, 속도, 밀도 데이터를 생성하여 개별차량 속도변화추이를 통한 분석구간의 교통류 특성을 분석하였다. 그리고 교통혼잡에 따른 차로변경 행태를 분석하기 위하여 안정류와 정체류의 시간대를 찾아내고 차로변경 분포를 이용하여 차로변경 행태를 비교분석하였다. 또한, 정체류 상태에서 연결로에서 진입 하는 교통량들이 차로변경을 수행함으로 인해 본선 교통류에 미치는 영향을 차로간 차로변경 분포를 이용하여 분석하였다.
원시자료는 1초 단위로 해당공간내 차량위치와 관련된 자료를 제공하므로, 일반적으로 교통분석에서 사용하는 지점별 교통변수로 변환하는 작업이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 해당 고속도로 전체 구간 중 가속차로 길이구간에 해당하는 합류구간(또는 엇갈림 구간)을 일정간격(30m)과 수집간격(1초 또는 30초) 단위의 교통변수를 산출할 수 있는 프로그램을 작성하였으며 이를 이용하여 각 차로별 관측지점별 분석단위 동안 교통량, 속도, 밀도자료를 생성하였다. 또한, 교통류 수준과 차로 변경 행태와의 관계를 분석하고자 개별차량의 차로변경시 지점 및 가감속도 자료도 생성하였다.
또한, 선택적 차로변경이 주로 발생하는 본선차로와 강제적 차로변경이 발생하는 가·감속차로에서의 차로변경에 대해서도 30m 간격으로 차로변경 횟수를 산출하여 교통혼잡 전과 후의 차로변경 횟수와 차로변경지점의 변화를 분석하였으며 차로변경 발생시 가ㆍ감속 패턴에 대해 비교분석을 수행하여 다양한 관점에서 연구를 수행하였다.
그리고 교통혼잡에 따른 차로변경 행태를 분석하기 위하여 안정류와 정체류의 시간대를 찾아내고 차로변경 분포를 이용하여 차로변경 행태를 비교분석하였다. 또한, 정체류 상태에서 연결로에서 진입 하는 교통량들이 차로변경을 수행함으로 인해 본선 교통류에 미치는 영향을 차로간 차로변경 분포를 이용하여 분석하였다.
본 연구에서 사용한 합류구간 및 엇갈림구간 5개 대상지점의 기하구조 및 공간적 범위는 <그림 4>와 같고, 분석 대상지점을 세 구간(합류전, 합류, 합류후 또는 엇갈림전, 엇갈림, 엇갈림후)으로 다시 세분하고 각 구간의 대표지점을 선정하여(<그림 4> 참조) 1초와 30초의 수집 간격으로 각 관측지점별 분석단위 동안 교통량, 속도, 밀도자료를 생성하였다. 또한, 합류구간 및 엇갈림구간을 30m 간격으로 각 차로별 차로변경횟수를 산출하여 교통류 상태가 변화함에 따른 각 차로별 차로변경 행태 변화를 분석하였다. 본 연구에서 차로변경 횟수의 수집 간격을 30m 간격으로 선정한 이유는 1시간 동안의 안정류와 정체류의 차로변경 횟수를 15, 30, 45m 간격으로 차로변경 분포를 검토한 결과, 15m 간격은 간격별 차로변경 횟수가 작아 분포의 형태가 명확히 나타나지 않았으며 45m 간격은 간격계급의 수가 너무 적어 합류 또는 엇갈림 구간의 차로변경 분포를 분석하기가 어려울 것으로 판단하였으며 30m 간격은 차로변경 분포의 형태가 비교적 명확히 나타났기 때문이다.
본 연구에서는 먼저 고속도로의 대표적인 반복정체구간인 합류부 3개구간과 엇갈림 2개 구간에서 수집한 항공사진 개별차량 자료를 사용하여 1초와 30초 단위 교통량, 속도, 밀도 데이터와 차로변경 데이터 및 개별차량 가ㆍ감속 데이터를 생성하였다. 먼저 1초와 30초 단위 교통량, 속도, 밀도 데이터를 분석하여 반복정체구간의 교통류 특성을 분석하였고, 합류 및 엇갈림구간 내에서 30m 간격의 각 지점 및 차로별 가ㆍ감속 특성을 교통혼잡 발생 전과 후로 구분하여 분석하였다. 또한, 선택적 차로변경이 주로 발생하는 본선차로와 강제적 차로변경이 발생하는 가·감속차로에서의 차로변경에 대해서도 30m 간격으로 차로변경 횟수를 산출하여 교통혼잡 전과 후의 차로변경 횟수와 차로변경지점의 변화를 분석하였으며 차로변경 발생시 가ㆍ감속 패턴에 대해 비교분석을 수행하여 다양한 관점에서 연구를 수행하였다.
본 연구에서 사용한 합류구간 및 엇갈림구간 5개 대상지점의 기하구조 및 공간적 범위는 와 같고, 분석 대상지점을 세 구간(합류전, 합류, 합류후 또는 엇갈림전, 엇갈림, 엇갈림후)으로 다시 세분하고 각 구간의 대표지점을 선정하여( 참조) 1초와 30초의 수집 간격으로 각 관측지점별 분석단위 동안 교통량, 속도, 밀도자료를 생성하였다.
본 연구에서는 다양한 교통류 수준에서 교통류 변수(교통량, 속도, 밀도) 특성을 파악할 수 있고, 연결로를 포함한 일정 구간길이 이상의 지점들을 선정하여 분석하였다. 분석자료 수집기준으로는 본 연구목적에 맞는 교통류의 미세한 행태분석을 위하여 연결로와 본선 개별차로 각각 개별차량 특성변수값(차량ID, 차종, 속도, 시각, 위치 등)을 포함하고 있어야 하고, 이를 위해 <표 1>과 같은 항공사진 자료를 수집하여 매우 짧은 시간간격 동안의 교통변수(교통량, 속도, 차로변경 횟수 등)로 가공하여 사용하였다.
본 연구에서는 먼저 고속도로의 대표적인 반복정체구간인 합류부 3개구간과 엇갈림 2개 구간에서 수집한 항공사진 개별차량 자료를 사용하여 1초와 30초 단위 교통량, 속도, 밀도 데이터와 차로변경 데이터 및 개별차량 가ㆍ감속 데이터를 생성하였다. 먼저 1초와 30초 단위 교통량, 속도, 밀도 데이터를 분석하여 반복정체구간의 교통류 특성을 분석하였고, 합류 및 엇갈림구간 내에서 30m 간격의 각 지점 및 차로별 가ㆍ감속 특성을 교통혼잡 발생 전과 후로 구분하여 분석하였다.
본 연구에서는 미국 FHWA의 자료를 그대로 사용하여 미국 차로 구분기준에 따라 본선 외측차로부터 1차로로 시작되고, 연결로 가속차로는 8차로로 그대로 적용하였다.
본 연구에서는 본선의 교통류 상태에 따라 차로변경 지점의 변화를 분석하기 위하여 전 구간을 30m으로 분할하여 각각의 30m 간격 안에서 차로변경하는 횟수를 산출하여 차로변경 분포를 작성하였다.
본 연구에서는 총 18개의 수집 구간의 속도자료를 검토한 결과, 교통혼잡이 발생한 1개의 엇갈림 구간과 3개의 합류 구간을 분석구간으로 설정하였으며 안정류 상태와 교통혼잡 상태를 비교하기 위하여 1개의 엇갈림 구간을 추가 분석구간으로 선정하였다.
분석자료 수집기준으로는 본 연구목적에 맞는 교통류의 미세한 행태분석을 위하여 연결로와 본선 개별차로 각각 개별차량 특성변수값(차량ID, 차종, 속도, 시각, 위치 등)을 포함하고 있어야 하고, 이를 위해 과 같은 항공사진 자료를 수집하여 매우 짧은 시간간격 동안의 교통변수(교통량, 속도, 차로변경 횟수 등)로 가공하여 사용하였다.
분석자료는 연속된 프레임간 동일차량의 위치변화의 차이를 이용하여 개별차량의 차로변경 지점/시점, 감가 속도와 실제 고속도로에 설치되 있는 루프검지기와 같은 형식으로 각각의 분석구간 대표지점에서 1초와 30초 간격으로 교통량, 평균속도 밀도자료를 생성하는 방법을 수행하였다.
이 장에서는 연구를 수행하기에 앞서 기존 연구들을 통하여 교통혼잡에 대한 정의와 기준을 검토하고 각 교통상황에 있어서 차로변경에 대한 다양한 접근 방법과 연구내용에 대하여 살펴보았다.
이를 위해 개별차량 교통량, 속도, 밀도 데이터를 생성하여 개별차량 속도변화추이를 통한 분석구간의 교통류 특성을 분석하였다. 그리고 교통혼잡에 따른 차로변경 행태를 분석하기 위하여 안정류와 정체류의 시간대를 찾아내고 차로변경 분포를 이용하여 차로변경 행태를 비교분석하였다.
대상 데이터
고속도로 교통자료가 수집된 18개 지점 중에서 본 연구의 관심구간인 연결로 합류부 3개 지점과 엇갈림 2개 지점을 대상으로 자료를 수집하였고 자료변환을 수행하였다. 원시자료 파일형식은 합류부와 엇갈림구간을 포함하는 일정거리의 연속적인 순서에 따른 차량을 포함한 1초 프레임(frame) 순으로 정리되어 있다.
데이터처리
본 연구에서는 반복정체구간에 교통혼잡이 발생했을 때 차로간 차로변경 분포를 비교하여 연결로에서 본선으로 진입하는 교통량으로 인해 본선차로에 미치는 영향차로를 분석하고 각 차로간 차로변경 전이과정을 분석하였다. 차로간 차로변경 전이과정에서는 교통와해가 명확히 발생한 합류부 구간의 Santa Monica구간에 대해서만 집중분석을 수행하였다.
성능/효과
Backlick 1차로 250m 지점의 개별차량 속도변화추이를 보면 1,080초까지 60km/h를 기준으로 진동하는 패턴을 보이며 불안정한 교통류 상태를 나타내었고 1,080초부터 1,450초까지 60km/h 이하의 속도를 나타내었으며 1,450초 이후 20km/h~90km/h 사이에 큰 폭으로 진동하다가 3,600초 이후 60km/h 이상의 속도를 나타내어 안정류로 회복된 것으로 분석된다.
Baltimore Washington 구간의 90m 지점의 개별차량 속도변화추이를 보면 700초~830초 사이에 60km/h 이하로 속도가 떨어졌으며 830초 이후 평균 60km/h 이상의 속도를 유지하다가 3,100초 이후 60km/h 이하로 속도가 떨어져 교통 혼잡이 지속되는 것으로 나타났다. Topanga Canyon 구간의 250m 지점의 개별차량 속도변화추이를 보면 조사된 모든 시간동안 60km/h 이상의 속도를 나타내어 교통혼잡이 없는 안정적인 교통상태를 보이는 것으로 판단된다.
Baltimore Washington 구간의 90m 지점의 개별차량 속도변화추이를 보면 700초~830초 사이에 60km/h 이하로 속도가 떨어졌으며 830초 이후 평균 60km/h 이상의 속도를 유지하다가 3,100초 이후 60km/h 이하로 속도가 떨어져 교통 혼잡이 지속되는 것으로 나타났다. Topanga Canyon 구간의 250m 지점의 개별차량 속도변화추이를 보면 조사된 모든 시간동안 60km/h 이상의 속도를 나타내어 교통혼잡이 없는 안정적인 교통상태를 보이는 것으로 판단된다.
또한, 각각의 차로별 차로변경 행태를 분석한 결과, 연결로 접속차로(1차로)에서 중앙차로(4차로)로 갈수록 차로변경을 시도하는 횟수가 감소하였으며 또한 중앙차로로 갈수록 높은 빈도수의 차로변경 지점이 상류부 방향으로 이동하는 것으로 나타났다. 그리고 연결로 차량의 합류로 인한 본선 교통류에 미치는 영향을 미시적인 차로변경 행태분석으로 살펴본 결과, 연결로의 합류로 인한 차로변경은 본선의 1, 2, 3차로까지 영향을 미치는 것으로 분석되어 기존 HCM 방법론에서 설명하고 있는 연결로 접속부의 영향권인 본선 바깥차로 1, 2차로의 영향권 분석결과와 다소 다른 결과를 보이는 것으로 분석되었다.
차로변경 행태 분석 결과, 분석구간의 모든 반복정체구간에서 정체류 상태가 안정류 상태보다 상류부에서 차로변경이 더 많이 발생하여 좀 더 일찍 차로변경을 시도하였으며 이는 정체류 상태가 안정류 상태보다 본선의 속도가 낮아 연결로에서 진입할 수 있는 속도확보가 많이 필요하지 않기 때문이고 이는 본선 교통류의 상태에 따라 속도가 연결로의 본선 차로변경 행태에 영향을 주는 것으로 분석되었다. 또한, 각각의 차로별 차로변경 행태를 분석한 결과, 연결로 접속차로(1차로)에서 중앙차로(4차로)로 갈수록 차로변경을 시도하는 횟수가 감소하였으며 또한 중앙차로로 갈수록 높은 빈도수의 차로변경 지점이 상류부 방향으로 이동하는 것으로 나타났다. 그리고 연결로 차량의 합류로 인한 본선 교통류에 미치는 영향을 미시적인 차로변경 행태분석으로 살펴본 결과, 연결로의 합류로 인한 차로변경은 본선의 1, 2, 3차로까지 영향을 미치는 것으로 분석되어 기존 HCM 방법론에서 설명하고 있는 연결로 접속부의 영향권인 본선 바깥차로 1, 2차로의 영향권 분석결과와 다소 다른 결과를 보이는 것으로 분석되었다.
이러한 결과로 보아 연결로 진입 교통량으로 인한 합류부 본선구간의 영향은 1, 2, 3차로에서 발생된 것으로 분석되었으며 차로간 차로변경의 전이는 차로변경이 발생한 지점의 상류부 방향으로 전이되어 일반적인 차로변경 행태와 유사해지는 것으로 판단된다. 또한, 본선 각 차로간 차로변경 횟수는 1차로에서 3차로로 갈수록 약 50%씩 감소하여 차로변경에 대한 영향도 점점 감소하는 것으로 판단된다.
또한, 합류구간 및 엇갈림구간을 30m 간격으로 각 차로별 차로변경횟수를 산출하여 교통류 상태가 변화함에 따른 각 차로별 차로변경 행태 변화를 분석하였다. 본 연구에서 차로변경 횟수의 수집 간격을 30m 간격으로 선정한 이유는 1시간 동안의 안정류와 정체류의 차로변경 횟수를 15, 30, 45m 간격으로 차로변경 분포를 검토한 결과, 15m 간격은 간격별 차로변경 횟수가 작아 분포의 형태가 명확히 나타나지 않았으며 45m 간격은 간격계급의 수가 너무 적어 합류 또는 엇갈림 구간의 차로변경 분포를 분석하기가 어려울 것으로 판단하였으며 30m 간격은 차로변경 분포의 형태가 비교적 명확히 나타났기 때문이다.
본 연구의 분석과정에서 분석지점별 30초와 15분 집계단위의 교통량, 속도, 밀도에 대한 분석을 수행하였으나 30초 집계단위의 교통량, 밀도 자료는 속도 자료에 비해 뚜렷한 특징을 찾을 수가 없었으며 15분 집계단위는 집계시간 및 분석구간에 따라 근소한 차이를 보이지만 미시적인 교통류 상태와 특성을 파악하기에는 어려움이 있는 것으로 판단하여 분석과정에서 교통량, 밀도에 대한 분석을 제외시켰으며 본 연구에서는 속도변수가 교통류 상태와 특성을 파악하는데 가장 명확하다고 판단되어 속도에 대한 분석만을 수행하였다.
전체 5개 분석구간 중 Backlick 구간은 시작시점에서 이미 정체가 발생된 상태로 판단되어 기준속도 선정을 제외시켰으며 Topanga Canyon 구간은 정체가 발생하지 않아 기준속도 선정을 제외하였다. 세 구간의 기준속도는 58km/h~63km/h 사이에 나타났으며, 본 연구에서는 분석대상구간의 속도-교통량 관계도와 시간별 속도변화 추이그래프에서 나타난 안정류 및 DSC 교통류, 대기행렬풀림 교통류 등 종합적으로 판단할 때 모든 구간의 교통혼잡의 속도기준을 60km/h로 설정하는 것이 가장 안정적으로 안정류와 정체류를 분류하는 것으로 판단하였다. 교통혼잡의 속도기준을 토대로 각 분석구간의 교통혼잡이 발생한 시간대를 확인한 후 안정류와 정체류로 구분하여 교통류 특성분석을 수행하였다.
안정류 상태의 차로변경 지점과 정체류 상태의 차로변경 지점의 평균을 살펴보면, 모든 분석구간에서 안정류 상태보다 정체류 상태에서 차로변경 지점이 적은 값을 나타내는 것으로 판단컨대 정체류 상태에서 좀 더 일찍 차로변경을 시도하는 것을 알 수 있고, 표준편차의 경우 오히려 정체류가 더 큰 값으로 분석되어 합류지점의 위치 변화가 안정류보다 더 큰 것을 알 수 있다.
하지만 정체류 상태에서는 본선 차량들의 속도가 낮으므로 연결로의 차량들이 본선의 속도에 도달하는데 필요한 거리가 짧아지기 때문에 정체류 상태에서는 합류시점부분에서 차로변경이 많은 것으로 판단된다. 엇갈림 구간인 Baltimore Washington 구간의 차로 변경 행태를 보면 안정류 상태에서는 300m 지점, 정체 류에서는 270m 지점에서 가장 높은 차로변경 횟수를 보였으며 정체류 상태에서 합류시점의 차로변경비율이 안정류 상태에서 합류시점의 차로변경비율보다 더 높게 나타나 합류부 구간과 비슷한 차로변경 행태를 보였다.
이러한 결과로 보아 연결로 진입 교통량으로 인한 합류부 본선구간의 영향은 1, 2, 3차로에서 발생된 것으로 분석되었으며 차로간 차로변경의 전이는 차로변경이 발생한 지점의 상류부 방향으로 전이되어 일반적인 차로변경 행태와 유사해지는 것으로 판단된다. 또한, 본선 각 차로간 차로변경 횟수는 1차로에서 3차로로 갈수록 약 50%씩 감소하여 차로변경에 대한 영향도 점점 감소하는 것으로 판단된다.
차로변경 행태 분석 결과, 분석구간의 모든 반복정체구간에서 정체류 상태가 안정류 상태보다 상류부에서 차로변경이 더 많이 발생하여 좀 더 일찍 차로변경을 시도하였으며 이는 정체류 상태가 안정류 상태보다 본선의 속도가 낮아 연결로에서 진입할 수 있는 속도확보가 많이 필요하지 않기 때문이고 이는 본선 교통류의 상태에 따라 속도가 연결로의 본선 차로변경 행태에 영향을 주는 것으로 분석되었다. 또한, 각각의 차로별 차로변경 행태를 분석한 결과, 연결로 접속차로(1차로)에서 중앙차로(4차로)로 갈수록 차로변경을 시도하는 횟수가 감소하였으며 또한 중앙차로로 갈수록 높은 빈도수의 차로변경 지점이 상류부 방향으로 이동하는 것으로 나타났다.
후속연구
향후에는 보다 다양한 반복정체구간을 추가로 분석하여 연구결과를 확인할 필요성이 있고 차로간 상호영향을 정량화하여 교통운영 상태를 결정할 수 있는 변수의 개발과 파라메타 선정 및 정산이 이루어져야 한다. 또한, 본 연구의 분석결과는 기존의 차로변경모형과 간격수락 모형을 이용한 기존 모형의 검증 및 보완에 대한 연구수행이 필요하고 이를 통한 합류 및 엇갈림구간에서의 실시간 교통관리가 효율적으로 이루어질 수 있는 토대가 형성될 것으로 기대된다.
이와 같은 혼잡은 주로 고속도로 합류부, 분류부, 엇갈림, 차로폭감소, 오르막, 급커브 구간 등의 반복정체구간에서 발생하며, 이러한 반복정체구간에서 발생하는 교통혼잡이 고속도로 기본구간까지 전이되어 고속도로 전체의 서비스 수준을 떨어뜨리는 결과로 이어진다. 이러한 이유로 고속도로의 효율적인 교통관리를 위해서는 반복정체구간의 교통특성에 대한 연구가 필요하다.
향후에는 보다 다양한 반복정체구간을 추가로 분석하여 연구결과를 확인할 필요성이 있고 차로간 상호영향을 정량화하여 교통운영 상태를 결정할 수 있는 변수의 개발과 파라메타 선정 및 정산이 이루어져야 한다. 또한, 본 연구의 분석결과는 기존의 차로변경모형과 간격수락 모형을 이용한 기존 모형의 검증 및 보완에 대한 연구수행이 필요하고 이를 통한 합류 및 엇갈림구간에서의 실시간 교통관리가 효율적으로 이루어질 수 있는 토대가 형성될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 차로변경 형태는 어떻게 구분되는가?
일반적으로 차로변경 형태는 선택적 차로변경과 강제적 차로변경 등의 두 가지 형태로 구분된다. 선택적 차로변경은 운전자가 원하는 운전상태를 유지하기 위해 선택적으로 차로를 변경하는 경우이며 강제적 차로변경은 운전자가 현재 차로에서 반드시 차로를 변경해야 하는 경우로 합류부 또는 분류부와 같은 반복정체 구간에서 발생하므로 연속류 도로의 교통상태에 매우 큰 영향을 미치게 된다.
일반적으로 도로상에서 발생하는 교통혼잡은 어떻게 분류할 수 있는가?
일반적으로 도로상에서 발생하는 교통혼잡은 크게 반복적인 혼잡과 비반복적인 혼잡으로 분류할 수 있다. 반복적인 혼잡은 도로의 용량을 교통 수요가 초과하여 지체와 정체가 반복되는 혼잡을 의미하며 특정 시간, 특정 구간에 주기적으로 발생한다.
도로상에서 발생하는 교통혼잡 중 반복적인 혼잡은 무엇인가?
일반적으로 도로상에서 발생하는 교통혼잡은 크게 반복적인 혼잡과 비반복적인 혼잡으로 분류할 수 있다. 반복적인 혼잡은 도로의 용량을 교통 수요가 초과하여 지체와 정체가 반복되는 혼잡을 의미하며 특정 시간, 특정 구간에 주기적으로 발생한다. 이와 같은 혼잡은 주로 고속도로 합류부, 분류부, 엇갈림, 차로폭감소, 오르막, 급커브 구간 등의 반복정체구간에서 발생하며, 이러한 반복정체구간에서 발생하는 교통혼잡이 고속도로 기본구간까지 전이되어 고속도로 전체의 서비스 수준을 떨어뜨리는 결과로 이어진다.
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