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문제 정의
- 그러나 점유율은 어떠한 한 지점을 통과한 차량의 일정시간 동안의 시간점유율로 검지기로 관측하여 그 값을 쉽게 사용할 수 있고, 또한 교통특성분석에 사용되는 한 지점을 지나는 교통량과 속도에 대응하는 시간점유율을 사용하기 때문에 더욱 정확하게 도로 시설의 운행상태를 잘 표현할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 연속류 도로시설인 도시고속도로의 본선에 검지기(NC-97)를 설치하여 관측된 실시간의 교통특성자료를 조사하고, 교통류율과 산정된 최대 서비스 교통류율(용량)사이의 각 서비스 수준별 v/c비와 점유율 사이의 상호관계에 기초하여 도시고속도로 기본구간의 서비스 수준을 산정 평가 하고자 한다.
제안 방법
- 2007년 3월부터 7월까지 속도의 영향에 미치는 지역적 요인이 최소인 지점인 도심 방향의 (a)반여지점과 (b)망미지점과 부도심 방향의 (c)대연지점과 (d)망미지점의 본선 1,2차로에 15분 단위로 1일 24시간씩 주말 교통특성이 없는 주중을 중심으로 교통특성자료를 수집하였다.
- 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율은 50pcphpl 단위로 반올림하여 사용하였으며, 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율에 대응하는 속도를 각 서비스수준별 최소 속도로 선택하여 사용하였으며, 그 결과 값은 Table 12과 Fig. 12와 같았다.
- 교통특성 상호관계 분석에서 점유율이 0%이면서 교통량이 0이 아닌 자료는 0.5% 미만의 점유율이 0% 표기 되므로 이러한 경우는 일괄적으로 0.1%로 수정하였다.
- 국내도로용량편람(KHCM)에서 정하고 있는 설계속도 80 km/h의 서비스수준 효과척도로 사용되는 최대 서비스 교통류율 대 용량 비(v/c비)를 이용하여, 이 연구 대상 도시고속도로의 각 서비스 수준별 v/c비에 대응하는 각 서비스 수준별 최대 서비스 교통류율, 최소 속도, 최대 점유율, 최대 밀도를 분석하였다.
- 이 연구대상 도시고속도로에 각 조사지점에 대해 국내도로 용량편람에 제시된 각 서비스수준별 v/c비에 대응하는 최대서비스 교통류율과 최소속도를 분석하였고, 그 결과 값 중에서 도심과 부도심 방향별, 차로별로 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율 중에서 가장 큰 값을 선정하여 서비스수준 평가에 사용 하였다.
- 이 연구대상 도시고속도로에서 실제로 관측한 자료(교통량, 속도, 점유율)의 결과로 산정할 수 있는 시간 개념의 교통류율, 시간평균속도, 시간점유율의 관계 분석을 통해서 국내도로용량편람에 제시된 설계속도 80km/h 고속도로 본선에 사용되는 서비스수준 효과척도인 v/c비에 대응하는 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율을 분석하였고, 분석한 교통류율과 점유율의 관계 분석을 통해서 방향과 차선을 고려한 각 서비스 수준별 최대점유율을 분석하여 각 서비스수준별 점유율이 가장 큰 값을 도시고속도로 서비스수준 평가 효과척도로 제시하였으며 그 결과는 Table 14와 같았다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 교통특성분석과 상호관계분석을 실시하고, 방향별 차로별 최대 서비스 교통류율, 서비스수준별 v/c에 기초한 최대 서비스 교통류율 및 최대 서비스 교통류율에 따른 각 서비스수준별 최대점유율을 산정하여 비교한 결과 다음과 같은 결론에 도달하게 되었다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 교통특성분석에서는 중 차량 보정계수를 고려한 교통유율(Flow rate)과 검지기를 통과한 시점의 속도(Speed)가 사용되었고, 또한 차두시간(Headway)과 속도사이에서 산정된 차두거리의 역수로부터 산정된 추정밀도(Density)와 단위시간동안 검지기를 통과한 차량의 시간 점유율(Occupancy)이 사용되었다.
- 속도(speed)란 단위시간동안에 차량이 주행한 거리로서 일반적으로 kilometer per hour(km/h)로 표현되며, 이 연구대상 도시고속도로의 속도는 검지기(NC-97)에서 조사된 평균속도로 다음과 같이 산정되었다. 이 연구에서는 점유율에 대응하는 시간개념의 각 지점을 지나는 개개의 차량의 속도에 의한 시간 평균속도를 사용하였다.
- 주중 3일간 1일 24시간씩 15분단위로 조사된 96개 교통 특성자료 중에서 첨두시간계수(PHF)를 적용한 24개의 첨두시간교통량과 이에 대응하는 교통특성자료인 시간평균속도, 추정밀도, 시간점유율을 산정하여 분석에 사용하였다.
대상 데이터
- 이 연구대상 도시고속도로인 변영로는 분리된 양방향 4차로의 입체도로시설로 8개의 유출연결로, 8개의 유입연결로와 5개소의 터널로 구성되어 있다.
- 이 연구를 위해 검지기(NC-97)를 도심 방향과 부도심 방향 각각 2지점 본선에 설치하여 실시간의 교통특성 자료(교통량, 속도, 밀도, 차두거리, 차두시간, 점유율)를 수집하였다.
성능/효과
- 1. 연구대상 도시고속도로의 방향별 차로별 교통특성에 있어서 현저한 차이를 보였는데, 최대 교통류율에서 부도심방향보다는 도심방향이 약 6%정도 높게 나타났고, 차로별 최대 교통류율에서 본선 1차로가 2차로에 비하여 약 18%정도의 높게 나타났다.
- 2. 연구대상 도시고속도로의 방향별 자유흐름속도에서 도심 방향보다는 부도심방향이 약 10%정도 높게 나타났고, 차로별 자유흐름속도에서 본선 2차로보다는 본선 1차로가 약 20%정도 높게 나타났다.
- 3. 연구대상 도시고속도로의 교통류율과 밀도사이에서 용량 상태인 서비스수준 E의 밀도가 대체적으로 약 40~45pcpkmpl로 나타나 도로용량편람의 밀도와 서비스수준 E에서 현저한 차이를 보이는 것으로 나타났다.
- 4. 도시고속도로의 교통류율과 점유율의 관계에서는 도심방향의 용량상태인 서비스수준 E 점유율이 약 18%로 나타났고, 부도심방향의 점유율은 약 14%로 나타났다.
- 5. 따라서 도시고속도로의 각 서비스수준별 최대 점유율은 LOS A ≤ 2%, LOS B ≤ 3%, LOS C ≤ 6%, LOS D ≤ 8%, LOS E ≤ 18%, LOS F > 18%로 평가기준을 정할 수 있었다.
- 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율과 최대밀도 관계에서 도심방향이 부도심방향보다 다소 높게 나타났지만, 차로와 관계없이 일정하게 나타나 교통류율과 밀도의 관계에서 방향별 차로별 특성은 최대밀도에 의한 서비스수준 평가에 영향을 거의 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 각 서비스수준별 최대밀도에 대응하는 각 서비스수준별 최대점유율을 분석하였고, 그 결과 용량상태인 서비스수준 E의 점유율은 13-18%로 나타났고, 교통류율과 점유율 관계에 의한 각 서비스수준별 최대점유율과 거의 유사하게 나타나서 서비스수준 평가에 점유율을 사용하는 것이 상당히 유효하다고 판단되었다.
- 국내도로용량편람에 제시된 설계속도 80km/h 고속도로 기본 구간의 각 서비스 수준별 v/c비에 대응하는 각 서비스수준별 최대밀도를 분석하였으며, 용량상태인 서비스수준 E의 최대 밀도는 36-45pcpkmpl로 국내도로용량편람의 기준인 28pcpkmpl 보다 상당히 높게 나타났으며, 이는 교통량이 많고 출퇴근시간에 속도가 급격히 감소하는 도시고속도로의 특성이 반영된 것으로 보인다.
- 국내도로용량편람에 제시된 설계속도 80km/h의 본선에 각 서비스수준별 v/c비에 대응하는 최대점유율을 분석하였고, 용량 상태인 서비스수준 E의 점유율은 약 13-18%로 나타났다.
- 국내도로용량편람에서 설계속도 80km/h의 고속도로 본선의 각 서비스 수준별 v/c비에 대응하는 최대 서비스 교통유율과 최소속도를 산정하였으며, 그 결과 교통량이 많은 도시고속도로 특성상 국내도로용량편람보다 최대 교통류율이 약 16-147pcphpl정도 높게 나타났다.
- 도시고속도로의 점유율에 의한 서비스수준평가는 도심방향이 부도심방향에 비하여 다소 높게 나타났는데, 이는 속도 차의 영향이 클 것으로 예상되었으며, 대체적으로 도심방향의 각 서비스수준별 점유율은 2-18%로 나타났고, 부도심방향의 각 서비스수준별 점유율은 1-14%로 나타났다. 또한 각 방향별 교통류율과 점유율의 관계그래프는 Fig.
- 이때 각 서비스수준별 최대 교통류율은 본선 1차로에 비해 2차로의 최대 서비스 교통류율이 약 400-500pcphpl 정도 감소하였지만, 각 차로별 같은 비율로 최대 서비스 교통류율이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 각 서비스수준별 최소속도 역시 최대 서비스 교통류율과 마찬가지로 본선 1차로에 비해 2차로가 약 10-20km/h정도 감소하는 것으로 나타났다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 주중 3일간의 교통류율의 특성 분포를 살펴보면, 평균 통행량이 867-1441pcphpl로 나타났으며, 특히 출퇴근 시간에 차량통행 1500pcphpl 이상으로 급격히 집중됨을 나타냈다. 또한 부도심에서 도심 방향(inbound)의 반여지점은 출근시간보다 퇴근시간에 통행량이 더욱 집중됨을 나타냈고, 도심에서 부도심 방향의(outbound) 대연, 망미 지점은 출근시간에 통행량이 더욱 집중됨을 나타냈으며 그 결과값은 Table 3과 Fig. 3와 같았다.
- 밀도와 점유율특성 분포는 상당히 유사한 패턴과 분포를 나타냄으로써, 밀도와 점유율은 상당히 밀접한 관계가 있음을 예상할 수 있었다.
- 연구대상 도시고속도로의 교통류율과 속도의 관계에서 도심방향의 각 서비스수준별 최소속도는 본선 1차로에 비해 본선 2차로가 약 20km/h정도 낮게 나타났고, 부도심방향에서는 10km/h정도 낮게 나타났다. 또한, 교통류율과 속도의 관계에서 연구대상 도시고속도로의 각 서비스수준별 최소속도는 다음 Table 8과 같았다.
- 용량 상태인 서비스 수준 E의 최소 속도는 38-58km/h로 국내 도로용량편람이나 미국의 HCM과는 다르게 상당히 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 교통량이 많고 출퇴근시간에 정체가 심한 도시고속도로 특성의 영향이 클 것으로 예상되었다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 교통류율과 점유율 관계에서 R2 = 0.9165 이상으로 추세선 수식은 높은 설명력을 나타냈다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 밀도와 점유율 관계에서 r=0.9861 이상으로 상당히 높은 선형 상관관계를 나타냈다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 주중 3일간의 교통류율의 특성 분포를 살펴보면, 평균 통행량이 867-1441pcphpl로 나타났으며, 특히 출퇴근 시간에 차량통행 1500pcphpl 이상으로 급격히 집중됨을 나타냈다. 또한 부도심에서 도심 방향(inbound)의 반여지점은 출근시간보다 퇴근시간에 통행량이 더욱 집중됨을 나타냈고, 도심에서 부도심 방향의(outbound) 대연, 망미 지점은 출근시간에 통행량이 더욱 집중됨을 나타냈으며 그 결과값은 Table 3과 Fig.
- 이 연구대상 도시고속도로의 주중 3일간의 밀도 특성 분포를 살펴보면, 평균 밀도는 15-28pcpkmpl로 타나났으며, 방향별로 다소 차이는 있으나 출퇴근시간에 급격히 밀도가 증가하는 것으로 나타났으며 그 결과 값은 Table 5와 Fig. 5와 같았다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 주중 3일간의 속도특성 분포를 살펴보면, 평균속도는 80-50km/h로 나타났고, 거의 모든 지점에서 출퇴근시간에 속도가 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 부도심에서 도심 방향(inbound)이 도심에서 부도심 방향(outbound)의 속도보다 약 10-20km/h 정도 높게 나타났으며, 그 결과 값은 Table 4와 Fig. 4와 같았다.
- 이 연구대상 도시고속도로의 주중 3일간의 점유율 특성 분포를 살펴보면, 평균 점유율은 8-14%정도로 나타났고, 방향별로 다소 차이는 있으나 대부분의 지점에서 출퇴근 시간에 점유율이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 특히 대연지점의 퇴근시간에는 점유율이 90%이상으로 높게 나타나 극심한 정체가 있음을 예상할 수 있었으며, 그 결과 값은 Table 6와 Fig.
- 이 연구를 위해 조사된 자료의 속도와 교통류율의 관계에서 R2 = 0.7209~0.8918로 추세선 수식이 상당히 높은 설명력을 나타냈다.
- 이때 각 서비스수준별 최대 교통류율은 본선 1차로에 비해 2차로의 최대 서비스 교통류율이 약 400-500pcphpl 정도 감소하였지만, 각 차로별 같은 비율로 최대 서비스 교통류율이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 각 서비스수준별 최소속도 역시 최대 서비스 교통류율과 마찬가지로 본선 1차로에 비해 2차로가 약 10-20km/h정도 감소하는 것으로 나타났다.
- 차로별 교통류율 특성분포를 살펴보면 1차로의 최대 교통류율은 대연지점을 제외하고 2096-2256pcphpl로 나타나 국내도로용량편람에 제시된 2000pcphpl 보다 96-256pcphpl정도 통행량이 높게 나타났으며, 2차로의 최대 교통류율은 1640 pcphpl-1740pcphpl로 1차로보다 456-516pcphpl정도 감소하는 것으로 나타났다. 1차로에 비해 2차로의 용량이 감소하는 것은 도시고속도로의 특성상 건설제원 부족으로 인한 충분히 확보되지 않은 길 어깨의 영향이 클 것이라 예상되었다.
- 차로별 밀도 특성 분포를 살펴보면 차로와 관계없이 대부분의 지점에서 거의 유사한 밀도를 나타냈으나, 대연 지점에서는 출근시간에 2차로의 밀도가 1차로보다 상당히 높게 나타났다.
- 차로별 속도 특성 분포를 살펴보면, 본선 1차로에 비해 본선 2차로의 속도가 약 10~30km/h 정도 낮게 나타났으며, 충분히 확보되지 않은 길어깨와 세미 트레일러와 화물차와 같은 중 차량의 2차로 운행의 영향이 클 것이라 예상되었다.
- 차로별 점유율특성 분포를 살펴보면 대부분의 지점에서 차로와 관계없이 거의 유사한 점유율을 나타냈으나 대연지점에서는 1차로와 2차로의 점유율의 분포가 상당히 다르게 나타났다.
- 한편, 속도와 교통류율의 관계에서 본선 1차로에서는 용량 상태인 서비스수준 E의 최대 서비스 교통류율은 약 2016~2147pcphpl정도로 나타났고, 2차로에서는 약 1534~1715pcphpl 정도로 나타남으로써 1차로에 비해 2차로가 약 20%정도 용량이 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 교통류율과 속도의 관계에서 연구대상 도시고속도로의 각 서비스수준별 최대 서비스 교통류율은 다음 Table 7과 같았다.
후속연구
- 향후 연구과제로서 도시고속도로뿐만 아니라 국내의 고속도로의 교통특성을 관측하여 상호 관계 분석을 통해서 추정 밀도를 대체할 수 있는 점유율을 이용하여 고속도로의 서비스수준 평가 효과척도를 제시하는 연구가 필요할 것으로 생각되었다.
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