[논문]지방부 다차로 도로구간에서의 사고 예측모형 개발 (대도시권 외곽 및 구릉지 특성의 도로구간 중심으로)

이동민; 김도훈; 성낙문

지방부 다차로 도로구간에서의 사고 예측모형 개발 (대도시권 외곽 및 구릉지 특성의 도로구간 중심으로)
Development of a Accident Frequency Prediction Model at Rural Multi-Lane Highways 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.27 no.4, 2009년, pp.207 - 215

이동민 (한국교통연구원) , 김도훈 (한국교통연구원) , 성낙문 (한국교통연구원)

초록
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도로구간에서의 주행조건은 연속적인 도로축 상에서 구간별로 변하게 되고 이에 따라 도로에서의 교통사고는 도로 기하구조 변수뿐만 아니라 도로주변 환경변수, 교통조건 변수 그리고 기타 다양한 변수들에 의해서 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 현장조사를 통해 얻어진 다양한 도로기하구조 요소를 고려하여 동질성을 갖춘 구간 분할 후에 도로를 구성하는 도로 기하구조, 교통조건, 도로주변 환경 그리고 기타 다양한 요소들을 복합적으로 반영하고자 한다. 이를 반영하기 위해 본 연구에서는 도로구간의 주행조건을 결정짓는 주요인들에 의해서 주행조건 동질구간을 결정하고, 각 동질구간에서의 도로 및 교통조건 등을 고려하여 사고예측 모형을 개발하였다. 모형 개발을 위해 사용된 자료는 대도시권 외곽과 평지 및 구릉지를 대표할 수 있는 수도권 외곽내에 지방부 도로구간과 전라북도 지방부 도로구간에서 수집되었다. 본 연구에서는 연속된 도로구간에서 사고건수가 "0"인 구간수가 매우 높게 나타나므로 이에 대한 과대 예측을 방지하기 위해 ZIP(Zero Inflated Poisson) 모형을 이용하였다. 사고예측모형 개발 결과 지방부 다차로 도로구간에서 교통사고에 영향을 미치는 변수로는 교통량과 도로구간 길이를 포함한 EXPO($365{\times}ADT{\times}Length{\times}Year/10^{-6}$), 곡선반경, 종단구배변화, 가드레일, 지형(산악지), 횡단보도개수, 버스정류장 개수가 지방부 다차로 도로구간에서의 차대차 사고에 영향을 미치는 주요 설명변수로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Generally, traffic accidents can be influenced by variables driving conditions including geometric, roadside design, and traffic conditions. Under the circumstance, homogeneous roadway segments were firstly identified using typical geometric variables obtained from field data collections in this study. These field data collections were conducted at highways located in several areas having various regional conditions for examples, outside metropolitan city; level and rolling rural areas. Due to many zero cells in crash database, a Zero Inflated Poisson model was used to develop crash prediction model to overestimated results in this study. It was found that EXPO, radius, grade, guardrail, mountainous terrain, crosswalk and bus-stop have statistically significant influence on vehicle to vehicle crashes at rural multi-lane roadway segments.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 특정구간에 대해서 개발된 사고예 측모형이 갖는 단점을 보완하기 위해서 평면선형에 대한 구간분할 뿐만 아니라 종단선형 및 도로 횡단면을 구성하는 다양한 요소들을 고려하여 연속성을 갖춘 구간분할을 수행한다. 또한 도로를 구성하는 도로 기하구조, 교통 조건, 도로설계요소 그리고 기타 다양한 요소들을 복합 적으로 반영하여 사고예측모형을 개발하고자 하며, 모형을 구성하는 개별 설명변수들이 교통사고에 어떠한 영향을 미치는가에 대한 분석을 통해 우리나라 지방부 다차로 도로구간에서의 안전성 향상에 기여하고자 한다.
이러한 경우 사고예측모형은 “0”의 확률에 대해서 과장하여 추정하게 되므로 포아송 모형 및 음이항 모형도 장래 교통 사고 예측시 오류를 범할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 사고가 발생한 구간만을 대상으로 분석한 기존연구와의 차별성을 두기 위해 동질성을 갖춘 연속구간으로 분할하였으며, 사고와 비사고 구간 모두 사고예측모형을 개발하는데 적용하였다. 사고예측모형은 교통사고 발생에 대한 인과관계를 찾기 위해 “0”의 확률에 대해서 적절히 반응할 수 있는 ZIP모형(Zero Inflated Poisson Model) 을 이용한 지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측모형을 개발하고자 한다.
지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측모형식에 포함된 설명변수들이 상호 영향을 미치는 관계의 변수라면 장래 교통사고 예측시 왜곡된 결과를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 설명변수들의 공차한계 및 분산팽창 요인(Variance inflation factor：VIF)를 이용한 다중 공선성 진단을 수행하여 이를 검토하였다. 그 결과 모형을 구성하고 있는 모든 변수들의 공차한계가 0.
따라서 본 연구에서는 특정구간에 대해서 개발된 사 고예측모형이 갖는 단점을 보완하기 위해서 평면선형에 대한 구간분할 뿐만 아니라 종단선형 및 도로 횡단면을 구성하는 다양한 요소들을 고려하여 연속성을 갖춘 구간 분할을 수행하였고 도로를 구성하는 도로 기하구조, 교통조건, 도로설계요소 그리고 기타 다양한 요소들을 복합적으로 반영하여 사고예측모형을 개발하여 모형을 구 성하는 개별 설명변수들이 교통사고에 어떠한 영향을 미치는가에 대한 분석을 수행하였다.
또한 MAD는 모형의 예측 값이 평균적으로 얼마만큼의 오차가 포함되었는지를 판단할 수 있는 척도를 제공해준다.
따라서 본 연구는 특정구간에 대해서 개발된 사고예 측모형이 갖는 단점을 보완하기 위해서 평면선형에 대한 구간분할 뿐만 아니라 종단선형 및 도로 횡단면을 구성하는 다양한 요소들을 고려하여 연속성을 갖춘 구간분할을 수행한다. 또한 도로를 구성하는 도로 기하구조, 교통 조건, 도로설계요소 그리고 기타 다양한 요소들을 복합 적으로 반영하여 사고예측모형을 개발하고자 하며, 모형을 구성하는 개별 설명변수들이 교통사고에 어떠한 영향을 미치는가에 대한 분석을 통해 우리나라 지방부 다차로 도로구간에서의 안전성 향상에 기여하고자 한다.
첫째, 지방부 왕복 2차로 도로구간 및 도시부 도로구간에 대해서 각각의 사고예측모형의 필요성이다. 본 연구는 지방부 다차로 도로구간에 대한 사고예측모형만을 개발하였다. 향후 도시부 및 지방부에서의 도로 유형별 사고예측모형이 개발된다면 도로설계 단계에서의 사전 안전성 평가 및 기 건설된 도로구간에 대한 개선사업 등에 활용될 것이다.
본 연구에서는 다양한 도로 기하구조 조건들이 교통사고에 미치는 영향을 분석하기 위해 사고예측모형을 개발하였다. 사고예측모형은 구축된 데이터 특성을 고려하여 ZIP모형을 사용하였다.
사고예측모형은 교통사고 발생에 대한 인과관계를 찾기 위해 “0”의 확률에 대해서 적절히 반응할 수 있는 ZIP모형(Zero Inflated Poisson Model) 을 이용한 지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측모형을 개발하고자 한다.

제안 방법

(2007)은 이탈리아의 다차로 일반도로구간에서 포아송 및 음이항 회귀식을 이용하여 사고분석모형을 개발하였다. 구간의 동질성 구분은 다양한 설계요소가 동일하며, 곡선반경과 종단구배가 변화되는 구간에 대해서 구간분할을 하였다. 그 결과 구간길이, 반경, AADT, 시거, 마찰계수, 종단구배 그리고 접속도로의 유무가 사고에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
위의 조사구간에서 수집된 변수는 도로 기하구조 변수와 도로설계 변수, 교통조건 변수 그리고 기타 변수이다. 도로 기하구조 변수는 곡선반경, 종단구배, 도로 폭, 도로구간 길이, 차량 진출입구수 길어깨 형태 및 폭이며, 도로설계 변수로는 조명시설 개수, 중앙분리대 형태 및 폭이다. 또한 교통조건 변수는 제한속도, 교통량, 중 차량 교통량, 차량주행제약시설물, 지형이다.
따라서 본 연구에서는 곡선반경, 종단경사 그리고 도로 폭이 변화되는 구간을 세분화하였다. 이때 도로를 구 성하는 다수의 요소들을 이용하여 구간을 나눌 경우 현실적으로 이해하기 어려운 최소구간길이가 도출되기 때 문에 세 가지 항목으로 선정하였다.
사고예측모형이 매우 좋은 설명력을 가지고 있더라도 개별 설명변수가 설계자 및 분석가에게 적용될 수 없다면 사고예측모형 개발의 의미가 없다. 또한 현장조사를 통한 설계요소의 측정방법이 조사자에 의한 오류를 범할 가능성을 내포하고 있어 본 연구에서는 분석구간의 설계도면에 제시되어 있는 설계요소 값을 반영하였다.
모형개발에 앞서 연속된 도로구간에서 사고건수가 “0” 인구간수가 매우 높게 나타나기 때문에 “0”에 대한 과대 예측을 방지하기 위해 ZIP(Zero Inflated Poisson) 모형을 이용하여 지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측 모형을 개발하였다.
따라서 본 연구에서는 곡선반경, 종단경사 그리고 도로 폭이 변화되는 구간을 세분화하였다. 이때 도로를 구 성하는 다수의 요소들을 이용하여 구간을 나눌 경우 현실적으로 이해하기 어려운 최소구간길이가 도출되기 때 문에 세 가지 항목으로 선정하였다. 우선 곡선반경이 변화되는 구간에 대해서 1차 구간분할 후에 종단경사가 변화되는 구간에 대해서 2차 구간분할을 한다.
이처럼 다양한 설계요소가 교통사고에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 분석을 위해서 종속변수에 영향을 주는 설명변수들 사이의 중복적인 영향을 방지하고 각각의 변수들의 독립성을 확보할 수 있는 변수만을 채택하 기 위해 변수간의 상관관계를 신뢰수준 90%(α=0.1)이내에서 분석하였다.
지방부 다차로 도로구간에서의 사고빈도 예측모형 식은 다음과 같으며, 분석결과 EXPO(365 Χ ADT Χ Length Χ Year/10-6), 곡선반경, 종단구배변화, 가드레일, 지형(산악지), 횡단보도개수, 버스정류장 개수가 지방부 다차로 도로구간에서의 사고빈도에 영향을 미치는 설명변수로 선정되었다.

대상 데이터

본 연구는 지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측모형 개발을 위하여 공간적 범위를 수도권 내 지방부 도로 구간과 전라북도 지방부 도로구간을 선정하였다. 사고 자료는 2005년부터 2007년까지 3개년도의 경찰청 차대차 교통사고자료를 수집하였으며, 현장조사구간의 총 도로연장은 322.
본 연구는 지방부 다차로 도로구간에서의 사고예측모형 개발을 위하여 공간적 범위를 수도권 내 지방부 도로 구간과 전라북도 지방부 도로구간을 선정하였다. 사고 자료는 2005년부터 2007년까지 3개년도의 경찰청 차대차 교통사고자료를 수집하였으며, 현장조사구간의 총 도로연장은 322.9km이다.
우리나라 지방부 특성을 갖춘 다차로 도로구간 선정을 위해서 본 연구의 범위를 대도시 외곽의 특성을 지닌 수도권 외곽 지방부 도로구간과 평지 및 구릉지 지역의 특성을 지닌 전라북도 외곽 지방부 도로구간으로 선정하였다. 사고자료는 수도권 외곽의 경우 2006년 경찰청 사고자료를 활용하였으며, 전라북도 지역의 경우 2005 년부터 2007년의 3개년도 차대차 교통사고자료를 이용 하였다. 다음 <표 2>는 다차로 도로구간에서의 교통사고 분석을 위한 조사구간을 나타낸 표이다.
우리나라 지방부 특성을 갖춘 다차로 도로구간 선정을 위해서 본 연구의 범위를 대도시 외곽의 특성을 지닌 수도권 외곽 지방부 도로구간과 평지 및 구릉지 지역의 특성을 지닌 전라북도 외곽 지방부 도로구간으로 선정하였다. 사고자료는 수도권 외곽의 경우 2006년 경찰청 사고자료를 활용하였으며, 전라북도 지역의 경우 2005 년부터 2007년의 3개년도 차대차 교통사고자료를 이용 하였다.
위의 조사구간에서 수집된 변수는 도로 기하구조 변수와 도로설계 변수, 교통조건 변수 그리고 기타 변수이다. 도로 기하구조 변수는 곡선반경, 종단구배, 도로 폭, 도로구간 길이, 차량 진출입구수 길어깨 형태 및 폭이며, 도로설계 변수로는 조명시설 개수, 중앙분리대 형태 및 폭이다.

이론/모형

본 연구에서는 다양한 도로 기하구조 조건들이 교통사고에 미치는 영향을 분석하기 위해 사고예측모형을 개발하였다. 사고예측모형은 구축된 데이터 특성을 고려하여 ZIP모형을 사용하였다. 연구수행 세부 절차는 <그림 1>에서 보는 바와 같다.

성능/효과

또한 지형이 산악지역일 경우에는 종 단구배의 변화가 뚜렷하게 나타나 운전자의 시거부족, 가속 및 감속의 반복구간, 산악지형의 특성상 충분한 곡선반 경 확보의 어려움의 원인 등으로 사고발생 위험률이 증가 하는 것으로 보인다. 구간 길이당 횡단보도 개수와 버스정류장 개수는 교통사고를 증가시키는 것으로 나타났는데, 횡단보도의 개수가 증가할수록 차량의 가감속이 반복되어 추돌사고를 유발할 수 있으며, 지방부 도로구간에서의 버스정류장의 경우에는 도시부의 버스 정류장과 달리 적절 한 버스 정차대가 설치되어 있지 않아 후미 추돌 등의 사고 발생 확률이 높게 나타나는 것으로 판단된다.
국내연구로서 이수범 등(2003)은 도로의 물리적 특성과 교통 특성을 반영하여 다중회귀모형을 이용한 사고 분석모형을 개발하는데 있어, 국도 및 지방도의 경우에는 주요 도로가 만나는 교차로를 기준으로 구간 분할을 하였다. 그 결과 2차로 이하의 도로에서는 교차로 수와 보행자 신호등 수가 사고에 영향을 미치는 것으로 분석 되었으며, 4차로 이상 도로구간에서는 중앙분리대가 있는 경우와 중앙분리대가 없는 경우 교차로 수가 사고에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
Veeraragavan(2007)은 인도의 8개 주에서 발생한 교통사고자료를 이용하여 보행자 통행량에 따른 사고분석모형을 개발하였다. 그 결과 EXPO, 총 차로폭, ADT 그리고 중차량 비율이 사고에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
이수범과 홍다희(2006)는 도시부 도로에서 포아송 회귀모형을 이용하여 도로 형태 및 V/C에 따라 다양한 유형의 사고분석모형을 개발하였다. 그 결과 교통량, 중앙분리대, 연결로 수, 보행자신호등 수, 교차로 수, 신호 등 수가 사고에 영향을 미치는 변수로 선정되었다.
구간의 동질성 구분은 다양한 설계요소가 동일하며, 곡선반경과 종단구배가 변화되는 구간에 대해서 구간분할을 하였다. 그 결과 구간길이, 반경, AADT, 시거, 마찰계수, 종단구배 그리고 접속도로의 유무가 사고에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
또한 종단경사는 -2%∼2%이내가 가장 안전하다고 하였고 6%이상의 종단경사에서 사고율이 두드러지게 높아지는 것으로 나타났으며, 하향경사가 상향 경사에 비하여 더욱 위험하다고 분석되었다.
모형의 검증 결과 지방부 다차로 도로구간에서의 사고분석 모형의 설명력(p²)은 0.246으로 분석되었으며, MPB와 MAD는 각각 -0.231과 0.709로 나타나 연평균 사고빈도 오차율이 1건 미만으로서 비교적 사고 분석모형의 예측력이 높게 나타났다.
본 연구에서 곡선반경의 변수는 역수를 사용하였는데, 이는 곡선반경이 클수록 교통사고에 영향을 적게 미치며, 곡선반경이 존재하지 않는 직선구간일 경우에는 교통사고 발생확률이 상대적으로 작아짐을 의미한다.
사고예측모형 개발 결과 지방부 다차로 도로구간에서의 사고빈도 예측모형 식은 다음과 같으며, 분석결과 EXPO, 곡선반경, 종단구배변화, 가드레일, 지형(산악지), 횡단보도개수, 버스정류장 개수가 지방부 다차로 도로구간에서의 차대차 사고에 영향을 미치는 주요 설명변수로 나타났다.
Lamm(2000)의 연구에서는 곡선반경의 크기가 감소할수록 사고율 및 사고 비용율은 증가되는 것으로 분석되었다. 즉, 200m보다 작은 곡선반경에서의 사고율은 곡선반경이 400m일 때 보다 최소 2배 이상 높다고 분석하였다. 또한 종단경사는 -2%∼2%이내가 가장 안전하다고 하였고 6%이상의 종단경사에서 사고율이 두드러지게 높아지는 것으로 나타났으며, 하향경사가 상향 경사에 비하여 더욱 위험하다고 분석되었다.

후속연구

셋째, 사고발생 당시의 정확한 사고정보 구축이 필요하다. 교통사고는 인적요인에 의한 사고가 대부분이기 때문에 본 연구에서도 향후 인적요인에 대한 자료를 반영하여 도로 구간에서의 사고 심각도 예측모형을 개발될 필요성이 있다
본 연구 결과에서 선정된 변수들이 사고에 어떠한 영향을 미치는지를 고려하여 향후 지방부 다차로 도로구간에서의 설계전과 설계후의 안전성 평가에 본 사고예측모형이 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 본 연구를 현재보다 발전시키기 위해서는 다음의 몇 가지 보완되어야 할 사항이 있다.
이를 위해서 대도시권 외곽, 평지 및 구릉지의 특성을 갖는 지방부 도로구간 뿐만 아니라 산악지의 특성을 갖는 지역에서의 자료가 추가로 수집되어야 한다. 이는 우리나라의 특성을 갖는 범용적인 사고 분석 모형을 개발할 수 있을 뿐만 아니라 사고요인분석을 통해 지역에 따른 다양한 설계요소들에 대한 투자 우선순위를 정량적으로 제시할 수 있을 것이다.
우리나라는 지역에 따라 도로기하구조 및 교통조건 등에서 현저한 차이가 발생한다. 이를 위해서 대도시권 외곽, 평지 및 구릉지의 특성을 갖는 지방부 도로구간 뿐만 아니라 산악지의 특성을 갖는 지역에서의 자료가 추가로 수집되어야 한다. 이는 우리나라의 특성을 갖는 범용적인 사고 분석 모형을 개발할 수 있을 뿐만 아니라 사고요인분석을 통해 지역에 따른 다양한 설계요소들에 대한 투자 우선순위를 정량적으로 제시할 수 있을 것이다.
본 연구는 지방부 다차로 도로구간에 대한 사고예측모형만을 개발하였다. 향후 도시부 및 지방부에서의 도로 유형별 사고예측모형이 개발된다면 도로설계 단계에서의 사전 안전성 평가 및 기 건설된 도로구간에 대한 개선사업 등에 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사고예측모형의 역할은?	사고예측모형의 역할은 주요 설명변수와 사고빈도와의 관계를 규명하여 사고예측을 통한 분석구간의 안전성 평가에 있다. 이처럼 다양한 설계요소가 교통사고에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 분석을 위해서 종속변수에 영향을 주는 설명변수들 사이의 중복적인 영향을 방지하고 각 각의 변수들의 독립성을 확보할 수 있는 변수만을 채택하 기 위해 변수간의 상관관계를 신뢰수준 90%(α=0.
	교통사고가 곡선부와 직선부로 연결되는 구간, 직선부에서 곡선부로 연결되는 구간, 평지에서 오르막 구간 및 내리막 구간 등으로 전이되는 위험 구간에서 교통사고가 발생될 가능성이 높은 이유는?	다시 말해서, 교통사고는 곡선부와 직선부로 연결되는 구간, 직선부에서 곡선부로 연결되는 구간, 평지에서 오르막 구간 및 내리막 구간 등으로 전이되는 위험 구간에서 교통사고가 발생될 가능성이 높다. 이는 주행조건이 연속적인 도로축 상에서 구간별로 변하기 때문이다.
	도로구간에서의 교통사고의 원인은?	도로구간에서의 교통사고는 도로 기하구조 뿐만 아니라 도로주변 환경, 교통조건 그리고 기타 다양한 원인들에 의해서 발생된다. 그러나 종단경사 및 곡선반경을 수집하기 위한 현장조사는 현실적으로 어렵다.

참고문헌 (15)

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원문보기 상세보기
이수범. 홍다희(2006), '신설 도시부 도로의 장래 교통량변화를반영한교통사고예측모형개발', 대한교통학회지, 제23권 제3호, 대한교통학회, pp.125-136
이수범. 김정현. 홍다희. 유창남(2003), '도로등급 및 특성에따른교통사고예측모델의개발', 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제23권제4호, pp.495-504
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Vivian Rovert. R and A. Veeraragavan(2007), 'Accident prediction factors for rural highway segments in developing countries', TRB Annual meeting 2007

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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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