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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 통행특성을 파악하여 교통시설의 효율성 증대를 도모하기 위해 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간을 대상으로 관측 가능한 교통특성자료를 수집하고, 수집된 교통특성자료를 중심으로 자료 분석을 실시하며, 그 자료 분석결과를 바탕으로 설명력 있고 유효성이 높은 평균속도를 추정하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 또한, 본 연구를 위해 연구대상 도시고속도로의 도심방향과 부도심방향에서 각각 2개씩 4개의 진입연결로(도심방향은 원동(A)과 망미(B), 부도심방향은 문현(E)과 대연(F))와 4개의 진출연결로(도심방향은 대연(C)과 문현(D), 부도심방향은 망미(G)와 원동(H))가 선정되었으며 선정된 진출입연결로의 접속구간 내 5개 지점(상류부 1, 2차로, 하류부 1, 2차로 및 연결로)에 설치된 검지기로부터 매 15분 단위로 1일 24시간씩 실시간의 교통특성자료가 반복적으로 수집하였으며 관측기의 오류로 인해 자료의 이상이 발생한 경우는 재관측 후 연구에 활용하였다. 검지기를 통해 수집된 조사데이터로는 점유율, 교통량, 속도, 속도별 교통량, 차두간격, 차종별 교통량, 차종별 속도이고, 여기서의 차종은 관측기 프로그램 세팅시 차량의 길이를 8가지로 분류하여 데이터를 얻은 후 연구에서 필요한 데이터를 위해, 이를 다시 소형, 중형, 대형으로 나누었으며, 수집된 자료 중에서 오류를 배제한 주중 (화, 수, 목) 자료의 2/3은 자료 분석 및 모형구축에 사용되고 나머지 1/3은 모형검증에 사용되었는데, 모형구축 및 검증에 MS Office 2007과 SPSS(Ver. 12.0) 등의 소프트웨어가 이용되었다.
- 또한, 본 연구를 위해 연구대상 도시고속도로의 도심방향과 부도심방향에서 각각 2개씩 4개의 진입연결로(도심방향은 원동(A)과 망미(B), 부도심방향은 문현(E)과 대연(F))와 4개의 진출연결로(도심방향은 대연(C)과 문현(D), 부도심방향은 망미(G)와 원동(H))가 선정되었으며 선정된 진출입연결로의 접속구간 내 5개 지점(상류부 1, 2차로, 하류부 1, 2차로 및 연결로)에 설치된 검지기로부터 매 15분 단위로 1일 24시간씩 실시간의 교통특성자료가 반복적으로 수집하였으며 관측기의 오류로 인해 자료의 이상이 발생한 경우는 재관측 후 연구에 활용하였다. 검지기를 통해 수집된 조사데이터로는 점유율, 교통량, 속도, 속도별 교통량, 차두간격, 차종별 교통량, 차종별 속도이고, 여기서의 차종은 관측기 프로그램 세팅시 차량의 길이를 8가지로 분류하여 데이터를 얻은 후 연구에서 필요한 데이터를 위해, 이를 다시 소형, 중형, 대형으로 나누었으며, 수집된 자료 중에서 오류를 배제한 주중 (화, 수, 목) 자료의 2/3은 자료 분석 및 모형구축에 사용되고 나머지 1/3은 모형검증에 사용되었는데, 모형구축 및 검증에 MS Office 2007과 SPSS(Ver.
- 본 연구대상 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 교통특성자료의 상호관계를 파악하기 위하여 교통류율과 속도, 교통류율과 밀도 그리고 속도와 밀도사이의 상관특성을 비교·분석 하였다.
- 본 연구대상 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 평균속도의 추정식을 구축하기 위한 종속변수로는 진출입연결로 접속부간 내 평균속도로 ujon과 ujof가 각각 사용되었고, 독립변수로는 접속구간 내 상류부, 하류부 및 연결로의 교통 특성변수가 다음과 같이 사용되었다.
- 본 연구대상 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내에서 관측된 자료는 각 차로별/방향별 특성의 비교 분석을 위해서 가공되었는데, 특히 교통량(volume)은 교통류율(flow rate)로 환산되었고, 속도(speed)는 지점평균속도와 속도등급 분포를 바탕으로 공간평균속도로 전환되었으며, 밀도(density) 는 차두거리(headway distance)와의 역비례관계로부터 산정되어 자료 분석에 사용되었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 배산임해의 부산지역을 남과 북의 축으로 가로지르며 도심과 부도심지역을 연결하는 제1도시고속도로를 중심으로 진입연결로 접속구간 4곳과 진출연결로 접속구간 4곳을 연구대상구간으로 선정하였다.
- 특히, 본 연구대상 도시고속도로는 양방향 4차로의 입체도로시설로 8개소의 진입연결로와 8개소의 진출연결로 그리고 5개소의 터널로 구성되어 있으며, 제한속도는 본선에서 80km/h, 연결로에서 50km/h로 운영되고 있으며, 차량의 과속을 통제하기 위하여 본선 상에 방향별로 각각 3개의 속도감시카메라가 설치되어 있다. 특히 이 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 검지기의 설치 위치와 기하구조특성은 Fig.
데이터처리
- 본 연구대상 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 추정속도를 검증하기 위하여 평균속도 추정식으로부터 예측된 평균속도자료와 관측된 평균속도자료사이에 상관관계분석이 수행되었다.
- 본 연구대상 도시고속도로의 진출입연결로 접속구간 내 평균속도를 추정하기 위해 관측 가능한 교통특성자료의 DB와 함께 중 회귀분석(multiple regression analysis)이 사용되었으며, 또한 추정된 평균속도를 검증하기 위해 상관관계분석(correlation analysis)이 수행되었다.
이론/모형
- 한편, 위의 평균속도의 추정에서는 중 회귀분석이 사용되었는데, 중 회귀분석을 이용한 속도추정에서 발생할 수 있는 다중공선성(multicollinearity)의 문제해결을 위해 축차변수선택법(stepwise)이 이용되었다. 특히, 평균속도의 추정에서 결정계수(R2)값이 진입연결로에서 0.
성능/효과
- 1. 본 연구대상 연결로접속구간 내 평균속도의 추정은 결정계수 값(R2)이 0.99와 0.96으로 높게 나타났고, 평균속도의 추정에 대한 유의확률을 나타내는 F-통계량도 0.000으로 나타나 매우 유의한 것으로 분석되었으며, 개별독립변수의 유의성을 나타내는 값들 역시 유의확률이 모두 0.000으로 매우 유의한 것으로 나타났다.
- 2. 본 연구대상 진출입연결로의 접속구간 내 평균속도의 추정에 대한 검증을 위하여 추정식에 의한 추정속도와 관측 속도사이에 상관관계분석을 실시한 결과, 상관계수(r)값이 진입연결로의 접속구간 내에서 0.996, 진출연결로의 접속구간 내에서 0.938로 매우 높게 나타남으로써 평균속도 추정식의 유효성이 높은 것으로 판단되었다.
- 따라서 본 연구대상 도시고속도로의 연결로 접속구간 내 특성자료의 상호관계를 비교 분석한 결과, 교통류율과 속도, 교통류율과 밀도 그리고 속도 및 밀도사이에 전형적인 상관 특성이 존재하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 또한, 연구대상구간 내 모든 진입연결로에서의 교통류율과 밀도사이에는 아래의 Fig. 9에서 보는 바와 같이 최대교통류율 상태에 도달하기 전까지 밀도증가와 함께 교통류율이 계속 증가하였고, 최대교통류율 상태에 도달한 후에는 밀도증가와 함께 통행량도 감소하는 포물선 형태를 보이는 것으로 나타났다. 특히, 도심과 부도심지역에 근접한 진입연결로 A, E와 진출연결로 D, H에서는 첨두교통류율이 약 1,100~1,400pc/h 일 때 혼잡밀도가 대략 20~40pc/km 정도로 나타났고, 도심과 부도심지역사이의 진입연결로 B, F와 진출연결로 C, G에서는 첨두교통류율이 약 1,500~1,700pc/h 일 때 혼잡밀도가 약 20~60pc/km 정도로 나타났다.
- 96으로 높은 설명력을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 평균속도의 추정에 대한 유의확률을 나타내는 F-통계량도 0.000으로 나타나 매우 유의한 것으로 분석되었으며, 개별독립변수의 유의성을 나타내는 값들 역시 유의확률이 모두 0.000으로 매우 유의한 것으로 나타났다. 특히 진입연결로에서 연결로 교통량(qr)이 증가함에 따라 접속구간의 평균속도는 감소하는 ‘−’부호를 나타냈고, 진출연결로에서 접속구간의 하류부와 연결로속도가 증가함에 따라 접속구간의 평균속도가 증가하는 ‘+’부호를 나타냄으로써 회귀계수의 부호가 실제현상에 부합되며 합리적인 것으로 판단되었다(참조 Table 8).
- 한편, 도심방향의 진출입연결로 접속구간 내 교통류율 자료를 분석해 보면, 연결로별로 다소 차이는 있었으나 차로별 평균통행량이 약 800pc/h~1,200pc/h의 분포를 보였고, 오전·오후 출퇴근시간대에는 약 1,200pc/h~1,800pc/h의 통행량 분포를 보였다. 특히 부도심지역에 근접한 진입연결로 A(원동) 에서는 오후 퇴근시간대에 보다 많은 약 1,350pc/h의 통행량이 집중되는 것으로 나타났고, 도심지역에 근접한 진출연결로 D(문현)에서는 오전 출근시간대에 보다 많은 약 1,510pc/h 통행량이 집중되는 것으로 나타났다. 그러나 도심과 부도심 지역사이의 진입연결로 B(망미)와 진출연결로 C(대연)에서는 출퇴근시간대 통행량이 각각 약 1,730pc/h와 1,700pc/h로 오전·오후 출퇴근시간대의 통행량에 있어서 뚜렷한 차이를 보이질 않았다.
- 특히 부도심지역에 근접한 진입연결로 A(원동)에서는 오후 퇴근시간대에 보다 높은 약 60km/h의 속도를 유지하는 것으로 나타났고, 도심지역에 근접한 진출연결로 D(문현)에서는 오전·오후 출퇴근시간대에 약 55km/h 속도를 유지하는 것으로 나타났다.
- 또한, 부도심방향의 연결로 접속구간 내 속도 자료를 분석해 보면, 역시 연결로별로 차이는 있었으나 차로별 평균 속도가 약 50km/h~65km/h의 분포를 보였고, 오전·오후 출퇴근시간대에는 약 30km/h~70km/h의 속도 분포를 보였다. 특히 부도심지역에 근접한 진출연결로 H(원동)에서는 오전 출근시간대에 보다 높은 약 70km/h의 속도를 유지하는 것으로 나타났고, 도심지역에 근접한 진입연결로 E(문현) 에서는 오후 퇴근시간대에 보다 낮은 약 45km/h의 속도를 유지하는 것으로 나타났다. 그러나 도심과 부도심지역사이의 진입연결로 F(대연)에서는 출근시간대에 속도가 현저하게 낮은 약 30km/h를 보이는 것으로 나타났다(참조 Table 4, 5, Fig.
- 또한, 부도심방향의 진출입연결로 접속구간 내 교통류율 자료를 분석해 보면, 역시 연결로별로 차이는 있었으나 차로별 평균통행량이 약 900pc/h~1,200pc/h로 나타났고, 오전·오후 출퇴근시간대에는 약 1,100pc/h~1,600pc/h의 통행량 분포를 보였다. 특히 부도심지역에 근접한 진출연결로 H(원동)에서는 오전 출근시간대에 보다 많은 약 1,530pc/h의 통행량이 집중되는 것으로 나타났고, 도심지역에 근접한 진입연결로 E(문현)에서는 오후 퇴근시간대에 보다 많은 약 1,300pc/h 통행량이 집중되는 것으로 나타났다. 그러나 도심과 부도심 지역사이의 진입연결로 F(대연)와 진출연결로 G(망미)에서는 오전 출근시간대에 통행량이 다소 높은 약 1,600pc/h를 보이는 것으로 나타났다(참조 Table 2, 3, Fig.
- 또한, 부도심방향의 연결로 접속구간 내 평균밀도의 자료를 분석해 보면, 연결로별로 차이는 있었으나 차로별 평균밀도가 약 15pc/km~29pc/km의 분포를 보였고, 오전·오후 출퇴근시간대에는 약 20pc/km~52pc/km의 밀도 분포를 보였다. 특히 부도심지역에 근접한 진출연결로 H(원동)에서는 오후 퇴근시간대에 약간 높은 약 21pc/km의 밀도를 유지하는 것으로 나타났고, 도심지역에 근접한 진입연결로 E(문현)에서는 오후 퇴근시간대에 보다 높은 약 31pc/km의 밀도를 유지하는 것으로 나타났다. 그러나 도심과 부도심지역사이의 진입연결로 F(대연)에서는 오후 퇴근시간대에 밀도가 현저하게 높은 약 52pc/km를 보이는 것으로 나타났다(참조 Table 6, 7, Fig.
- 특히 진입연결로에서 연결로 교통량(qr)이 증가함에 따라 접속구간의 평균속도는 감소하는 ‘−’부호를 나타냈고, 진출연결로에서 접속구간의 하류부와 연결로속도가 증가함에 따라 접속구간의 평균속도가 증가하는 ‘+’부호를 나타냄으로써 회귀계수의 부호가 실제현상에 부합되며 합리적인 것으로 판단되었다(참조 Table 8).
- 특히, 두 속도자료사이에 상관관계분석을 수행한 결과, 상관계수(r)값이 진입연결로에서 0.996, 진출연결로에서 0.938로 매우 높게 나타남으로써 평균속도 추정식의 유효성이 높은 것으로 판단되었다(참조 Fig 12, 13).
- 8에서 보는 바와 같이 도심방향의 진출연결로 접속구간을 제외하고는 교통류율이 최대교통류율(용량) 상태에 도달할 때까지 차량의 증가와 함께 속도가 점차 감소하였고, 최대교통류율 상태에 도달한 후 추가적인 차량 진입과 더불어 속도는 한층 더 감소함으로써 전형적인 포물선 형태를 보이는 것으로 나타났다. 특히, 첨두시간대 교통류율이 약 1,100~1,700pc/h로 나타나 국내 도로용량편람(Korean highway capacity manual, KHCM)에서 제시하고 있는 고속도로 기본구간의 설계속도 80km/h일 때의 최대교통류율(2,000pc/h)보다 최대 45%까지 낮은 통행상태를 보이는 것으로 나타났다.
- 10에서 보는 바와 같이 도심방향의 진출연결로를 제외하고는 밀도증가와 함께 속도는 점점 감소하는 직선 형태를 보이는 것으로 나타났다. 특히, 첨두시간대 도심과 부도심지역에 근접한 진입연결로 A, E와 진출연결로 D, H에서 혼잡밀도가 약 20~40 pc/km일 때 통행속도는 약 30~70km/h로 나타났고, 도심과 부도심지역사이의 진입연결로 B, E와 진출연결로 C, G에서 혼잡밀도가 약 20~60pc/km일 때 통행속도는 약 30~70km/h 정도로 나타났다(참조 Fig. 8, 9, 10).
- 한편, 위의 평균속도의 추정에서는 중 회귀분석이 사용되었는데, 중 회귀분석을 이용한 속도추정에서 발생할 수 있는 다중공선성(multicollinearity)의 문제해결을 위해 축차변수선택법(stepwise)이 이용되었다. 특히, 평균속도의 추정에서 결정계수(R2)값이 진입연결로에서 0.99와 진출연결로에서 0.96으로 높은 설명력을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 평균속도의 추정에 대한 유의확률을 나타내는 F-통계량도 0.
- 한편, 교통류율과 속도사이에는 아래의 Fig. 8에서 보는 바와 같이 도심방향의 진출연결로 접속구간을 제외하고는 교통류율이 최대교통류율(용량) 상태에 도달할 때까지 차량의 증가와 함께 속도가 점차 감소하였고, 최대교통류율 상태에 도달한 후 추가적인 차량 진입과 더불어 속도는 한층 더 감소함으로써 전형적인 포물선 형태를 보이는 것으로 나타났다. 특히, 첨두시간대 교통류율이 약 1,100~1,700pc/h로 나타나 국내 도로용량편람(Korean highway capacity manual, KHCM)에서 제시하고 있는 고속도로 기본구간의 설계속도 80km/h일 때의 최대교통류율(2,000pc/h)보다 최대 45%까지 낮은 통행상태를 보이는 것으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 방향별 교통류율의 자료 분석결과로부터 오전·오후 출퇴근시간대를 중심으로 차량집중정도에 따라 도시고속도로의 서비스수준이 최대로 유지될 수 있도록 진출입연결로 접속구간에 대해 교통관리체계의 구축여부를 검토할 필요가 있다고 판단되었다.
- 따라서 방향별 평균밀도의 자료 분석결과로부터 오전·오후 출퇴근시간대를 중심으로 차량집중정도에 따라 도시고속도로의 서비스수준이 최대로 유지될 수 있도록 진출입연결로 접속구간에 대해 교통관리체계의 구축여부를 검토할 필요가 있다고 판단되었다.
- 따라서 방향별 평균속도의 자료 분석결과로부터 오전·오후 출퇴근시간대를 중심으로 차량집중정도에 따라 도시고속도로의 서비스수준이 최대로 유지될 수 있도록 진출입연결로 접속구간에 대해 교통관리체계의 구축여부를 검토할 필요가 있다고 판단되었다.
- 따라서 본 연구에서 제시된 평균속도의 추정식은 유사한 기하구조와 교통특성을 가지는 도시고속도로 연결로 접속구간 내에서 평균속도를 추정할 수 있는 척도로 사용되어질 수 있을 것으로 판단되며, 향후 다양한 기하구조특성을 고려한 진출입연결로에 대한 추가적인 연구가 계속 수행되어야 할 것으로 생각된다.
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