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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 도로 기하구조 및 안전 시설물 설치 유무에 따른 피실험자들의 감마파 변화(차이)를 분석하기 위하여 인지활동영역을 담당하는 전두엽(1~4채널)과 시각영역을 담당하는 후두엽(7~8채널)의 뇌파를 분석하였으며, 청각영역의 측두엽(5~6채널)은 본 연구에서는 큰 영향을 미치지 않기 때문에 제외하였다.
- 그리고 통계적 분석(t-test, ANOVA)을 통해 교차로의 도로·환경적인 요인 변화에 따라 뇌파가 변화에 차이가 있는지를 파악하고 최종적으로 주행실험의 인지평가 요인과 생체적 반응 뇌파를 고려하여 개별 교차로의 안전성 평가 모형을 구축한 후 요인별 영향 정도와 개별 교차로의 안전성을 평가하였다. 또한, 본 연구는 생체반응 뇌파와 관련된 기초 연구로써 피실험자들의 개인 속성 및 신체 특성에 따른 생체반응 뇌파의 영향보다는 교차로에서의 안전성 인지와 뇌파 간의 관계성을 규명하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구에서는 개별 교차로의 안전성을 평가하기 위하여 운전자들의 평상시 인지특성을 조사하고 주행 실험을 통한 생체반응 뇌파 측정 및 인지특성 조사를 실시하였다.
- 운전자들의 인적요인을 고려한 개별 교차로 안전성 평가를 위해 본 연구에서는 최첨단 계측 장비를 활용한 뇌파 반응을 측정하고 설문조사를 통해 운전자들의 평상시 인지특성과 주행 실험시 인지평가 조사를 실시하였다. 개별 교차로에 대한 안전성 평가 기준값은 운전자들이 평상시 주행 경험을 바탕으로 안전하다고 인지했던 교차로에 대한 안전성 인지점수를 이용하고 실험대상 교차로에 대한 안전성은 주행 실험 인지평가 자료를 활용하여 평가한다.
- 이에 본 연구에서는 교차로 접근시 도로·환경적인 요인에 따른 운전자들의 뇌파 변화와 주행시 인지평가 결과 간의 관계성을 규명하기 위하여 뇌파의 파워 스펙트럼 분포가 저주파에 비해 고주파 쪽으로 얼마나 편향되는지를 정량화 하는 SEF-95% 지표보다 고도의 인지활동과 관련성이 높은 감파(γ)파를 이용하기로 한다.
- 이에 본 연구에서는 운전자들의 인적요인을 고려한 개별교차로 안전성 평가를 위해 최첨단 계측장비를 활용한 뇌파반응을 측정하고 설문조사를 통해 평상시와 주행 실험시 운전자들의 인지특성 조사를 실시하였다. 생체반응 뇌파는 운전자들이 주행 중에 필요한 정보인지와 갑작스런 행동, 위험상황 인지 등 외부상황에 대해 어떻게 반응하고 행동하는지를 명확하게 파악할 수 있는 방법이다.
제안 방법
- 운전자들의 인적요인을 고려한 개별 교차로 안전성 평가를 위해 본 연구에서는 최첨단 계측 장비를 활용한 뇌파 반응을 측정하고 설문조사를 통해 운전자들의 평상시 인지특성과 주행 실험시 인지평가 조사를 실시하였다. 개별 교차로에 대한 안전성 평가 기준값은 운전자들이 평상시 주행 경험을 바탕으로 안전하다고 인지했던 교차로에 대한 안전성 인지점수를 이용하고 실험대상 교차로에 대한 안전성은 주행 실험 인지평가 자료를 활용하여 평가한다. 운전자들의 뇌파는 운전 중 주변 도로·환경 상황에 따라 지각, 식별, 판단 등 다양한 반응을 하게 되므로 교차로의 물리적 특성에 따라 차이가 발생할 수 있다.
- 개별 교차로의 안전성 평가 기준은 평상시 운전자들이 교차로를 주행하면서 느끼는 편안성과 쾌적성 정도를 정량적인 수치로 표현한 교차로 안전성에 대한 종합 만족도를 이용하였다. 종합 만족도는 10점 만점을 기준으로 하여 상·중·하한값으로 조사하였으며, 상·중·하한값의 평균과 표준편차를 이용하여 매우 위험, 위험, 보통, 안전, 매우 안전의 5개 수준으로 안전성 기준을 설정하였다.
- 개별 교차로의 안전성 평가 모형은 피 실험자들이 주행하면서 느꼈던 교차로의 시인성, 주행성, 시설 및 운영을 종합적으로 고려한 만족도 평가 점수를 종속변수로 하고, 교차로 인지평가 요인과 생체반응 뇌파 데이터를 설명변수로 하여 3가지 형태의 선형회귀모형을 구축하였다. Model-I은 교차로 인지평가 요인과 생체적 반응 뇌파를 동시에 고려한 모형이며, Model-II는 교차로 인지평가 요인만 고려, Model-III는 생체반응 뇌파만을 고려한 모형이다.
- 교차로 인지특성 분석을 통해 실험대상 교차로에서 개선해야 할 요인이 무엇인지를 파악할 수 있으며, 이를 위해 교차로의 주행성, 시인성, 시설 및 운영과 관련된 6개의 인지평가 요인에 대하여 분석을 실시하였다. 실험대상 교차로의 주행성, 시인성, 시설 및 운영에 대한 만족 정도를 파악하기 위하여 운전자들이 평상시 인지하고 있는 인지평가 요인별 교차로 안전성에 미치는 중요도를 기준으로 피실험자들이 교차로 주행시 평가한 만족 정도를 비교하였다.
- 설정이 마무리 되면 상대비율로 감마파(30~50Hz)/(0~50Hz)를 추출하여 Text 파일로 저장한다. 그리고 본 연구에 사용된 실험기기는 시각(Take-Eye), 뇌파(PolyG-I), GPS로 실험기기별로 1초당 추출되는 데이터 수가 다르므로 시간축에 의해 데이터를 통합 구축하였다. 즉, 뇌파데이터는 1초당 2개, 시각은 30개, GPS는 1개, 만족도 조사는 1개가 추출되어 1초당 가장 많이 추출되는 시각데이터 단위로 통합하여 데이터를 구축하였다.
- 주행 실험을 위하여 그림 5에서 보는 것과 같이 실험 차량 외부에서 피실험자의 두피에 측정 센서를 부착한 후 실험 차량에 탑승하여 PC를 통해 측정 센서의 작동 여부를 확인한다. 그리고 실험대상 교차로에서 아침, 점심, 저녁 시간대별로 16개 접근 방향에서 교차로 진입 300m 전방 지점부터 교차로를 통과(교차로 폭)하여 교차로 진출 300m 지점까지 약 660m 정도를 실험구간으로 설정하여 주행 실험을 실시하였다.
- 주행 실험은 운전 경력이 있는 20대 남자 대학생 10명을 피실험자로 선정하고 실험대상 교차로를 아침, 점심, 저녁 시간대에 각 방향별로 주행하도록 하여 다차원 생체 측정기(PolyG-I)로 뇌파를 측정하였다. 그리고 주행 실험 인지평가 조사를 실시하기 위하여 피실험자들이 실험대상 교차로를 접근 방향별로 주행하면서 느꼈던 인지특성을 현장에서 직접기입하는 방식으로 표 2에 나타낸 것과 같이 설문 조사와 동일한 내용으로 조사를 실시하였다. 조사된 주행 실험 인지데이터는 개별 교차로 평가 및 안전성 평가모형 구축에 활용하였다.
- 생체반응 뇌파는 운전자들이 주행 중에 필요한 정보인지와 갑작스런 행동, 위험상황 인지 등 외부상황에 대해 어떻게 반응하고 행동하는지를 명확하게 파악할 수 있는 방법이다. 따라서 피실험자들의 생체반응 뇌파와 인지특성 자료를 분석함으로써 교차로의 물리적 특성을 결정하는 기하구조 및 안전시설과의 관계성을 규명하고 최종적으로 개별 교차로의 안전성을 평가할 수 있는 교차로 안전성 평가 모형을 구축한다.
- 또한, 실험대상 교차로를 주행하면서 접근 방향별 인지평가 요인들의 만족도를 바탕으로 피실험자들이 느끼는 안전성 정도를 조사하였으며, 평상시 운전자들의 주행 경험을 바탕으로 교차로 안전도에 대한 인지특성 조사 결과와 비교·분석을 실시하여 실험대상 교차로의 안전성 정도를 파악하였다.
- 주행실험에 의해 측정된 뇌파는 락싸(LAXTHA) 기술연구소에서 제공하는 뇌파분석 프로그램(TeleScan)을 활용하였으며, 생체신호데이터 처리과정은 그림 6과 같이 나타내었다. 먼저 뇌파분석 프로그램에서 분석하고자 하는 주파수 대역을 선택하고 Moving Window에서 Window Size(초당 2개 Data 추출을 위한 시간범위 : 2.50초) 및 Overlap Ratio(시간범위에 따른 중복률 : 80%)를 입력하여 1초당 2개의 데이터가 추출되도록 설정한다. 설정이 마무리 되면 상대비율로 감마파(30~50Hz)/(0~50Hz)를 추출하여 Text 파일로 저장한다.
- 본 연구는 개별 교차로 안전성 평가를 위해 평상시 운전자들의 인지특성 및 주행 실험 조사를 실시하였으며, 교차로의 물리적 특성에 따른 운전자들의 생체반응 뇌파를 측정하고 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 조사에서는 표 2에 나타낸 것과 같이 개인속성 및 평상시 운전을 하면서 느꼈던 교차로의 주행성(좌·우회전 전용차로 설치, 교통흐름의 원활성), 시인성(교차로 진입시 좌·우차량 흐름 주시의 편의성, 도로 기하구조 파악이 쉬움), 시설 및 운영(신호 위반 및 과속단속 카메라 설치로 안전성 확보, 교통섬 설치로 안전성 확보)과 관련된 6개의 인지평가 요인과 교차로 안전성에 대한 종합 만족도를 조사하였다.
- 교차로 인지특성 분석을 통해 실험대상 교차로에서 개선해야 할 요인이 무엇인지를 파악할 수 있으며, 이를 위해 교차로의 주행성, 시인성, 시설 및 운영과 관련된 6개의 인지평가 요인에 대하여 분석을 실시하였다. 실험대상 교차로의 주행성, 시인성, 시설 및 운영에 대한 만족 정도를 파악하기 위하여 운전자들이 평상시 인지하고 있는 인지평가 요인별 교차로 안전성에 미치는 중요도를 기준으로 피실험자들이 교차로 주행시 평가한 만족 정도를 비교하였다.
- 운전자들의 주관적이고 복잡한 심리 과정을 명확하게 파악하기 위해서는 운전자들이 도로를 주행하면서 도로·환경적인 요인에 따라 어떻게 반응하고 행동하는지를 파악해야 한다. 이에 본 연구에서는 차량 주행시 운전자들의 반응을 조사하기 위하여 다차원 생체 측정기(PolyG-I)를 이용하여 피실험자들의 생체반응 뇌파를 측정하고 TeleScan 프로그램을 통해 객관적인 수치로 정량화 하였다. 특히, 운전자들의 생체반응 뇌파 중에서 고도의 인지활동을 나타내는 감마(γ)파는 복잡하거나 위험한 상황에서 고도의 주의·집중을 할 때 발생되는 뇌파이다.
- 그리고 주행 실험 인지평가 조사를 실시하기 위하여 피실험자들이 실험대상 교차로를 접근 방향별로 주행하면서 느꼈던 인지특성을 현장에서 직접기입하는 방식으로 표 2에 나타낸 것과 같이 설문 조사와 동일한 내용으로 조사를 실시하였다. 조사된 주행 실험 인지데이터는 개별 교차로 평가 및 안전성 평가모형 구축에 활용하였다.
- 종합 만족도는 10점 만점을 기준으로 하여 상·중·하한값으로 조사하였으며, 상·중·하한값의 평균과 표준편차를 이용하여 매우 위험, 위험, 보통, 안전, 매우 안전의 5개 수준으로 안전성 기준을 설정하였다.
- 주행 실험은 운전 경력이 있는 20대 남자 대학생 10명을 피실험자로 선정하고 실험대상 교차로를 아침, 점심, 저녁 시간대에 각 방향별로 주행하도록 하여 다차원 생체 측정기(PolyG-I)로 뇌파를 측정하였다. 그리고 주행 실험 인지평가 조사를 실시하기 위하여 피실험자들이 실험대상 교차로를 접근 방향별로 주행하면서 느꼈던 인지특성을 현장에서 직접기입하는 방식으로 표 2에 나타낸 것과 같이 설문 조사와 동일한 내용으로 조사를 실시하였다.
- 주행 실험을 위하여 그림 5에서 보는 것과 같이 실험 차량 외부에서 피실험자의 두피에 측정 센서를 부착한 후 실험 차량에 탑승하여 PC를 통해 측정 센서의 작동 여부를 확인한다. 그리고 실험대상 교차로에서 아침, 점심, 저녁 시간대별로 16개 접근 방향에서 교차로 진입 300m 전방 지점부터 교차로를 통과(교차로 폭)하여 교차로 진출 300m 지점까지 약 660m 정도를 실험구간으로 설정하여 주행 실험을 실시하였다.
- 그리고 본 연구에 사용된 실험기기는 시각(Take-Eye), 뇌파(PolyG-I), GPS로 실험기기별로 1초당 추출되는 데이터 수가 다르므로 시간축에 의해 데이터를 통합 구축하였다. 즉, 뇌파데이터는 1초당 2개, 시각은 30개, GPS는 1개, 만족도 조사는 1개가 추출되어 1초당 가장 많이 추출되는 시각데이터 단위로 통합하여 데이터를 구축하였다. 따라서 10명의 피실험자 총 480회 주행실험한 데이터를 이러한 일련의 과정을 거쳐 추출하였으며, 추출된 샘플 수는 총 1,108,528개가 나타남을 알 수 있다.
- 차로 수에 따른 피실험자들의 뇌파 변화를 파악하기 위해 실험대상 교차로의 접근 도로를 차로 수(2차로, 3차로, 4차로)별로 구분하여 분석을 실시하였으며, 그 결과는 그림 12과 표 4과 같다. 감마파를 차로 수에 따라 뇌파 측정 채널 별로 분류해 본 결과, 그림 12에서 보는 것과 같이 2차로에서 피실험자들의 인지활동영역(1~4채널)이 높게 나타났으며, 시각영역(7~8채널)에서는 2차로와 3차로가 비슷한 경향을 보이고 있었다.
- 평상시 운전자들이 인지하고 있는 교차로 안전성 정도를 파악하기 위해 2009년 7월 교육된 조사원에 의한 대인 면접조사를 통해 설문 조사를 실시하였다. 본 조사에서는 표 2에 나타낸 것과 같이 개인속성 및 평상시 운전을 하면서 느꼈던 교차로의 주행성(좌·우회전 전용차로 설치, 교통흐름의 원활성), 시인성(교차로 진입시 좌·우차량 흐름 주시의 편의성, 도로 기하구조 파악이 쉬움), 시설 및 운영(신호 위반 및 과속단속 카메라 설치로 안전성 확보, 교통섬 설치로 안전성 확보)과 관련된 6개의 인지평가 요인과 교차로 안전성에 대한 종합 만족도를 조사하였다.
대상 데이터
- 인간의 뇌는 그림 3에서 보는 것과 같이 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽의 4개 영역으로 구분할 수 있으며, 전두엽은 인지활동영역, 두정엽은 감각영역, 측두엽은 청각영역, 후두엽은 시각영역의 기능을 담당하고 있다. 본 연구에서는 그림 4와 같이 10/20 국제전극배치법을 기준으로 전두엽 영역의 FP1, FP2, F3, F4(1~4채널), 측두엽 영역의 T3, T4(5~6채널), 후두엽 영역의 O1, O2(7~8채널) 위치에 8개의 측정 센서를 부착한 후 이를 통해 진폭과 주파수에 따라 출력되는 시계열 신호를 측정함으로써 운전자들의 생체반응 뇌파 데이터를 획득한다.
- 본 연구의 실험대상 교차로는 그림 1과 같이 익산시에서 주요 간선도로 기능을 하고 있는 가로 구간내 교차로 중에서 교통사고 발생건수를 고려하여 최종적으로 가장 대표적인 4지교차로 원대사거리, 새한주유소사거리, 우남샘물타운사거리, 전자랜드사거리를 선정하였다.
- 그리고 표 1은 실험대상 교차로에 대한 물리적 특성을 나타낸 것으로 차로 수, 좌·우회전 전용차로, 중앙 분리대, 신호 및 과속 단속 카메라, 교통섬 설치 유무와 같은 기하구조 및 안전 시설물에 대한 도로·환경적인 요인에 차이가 있는 것으로 분석되었다. 특히, 새한주유소 교차로는 2008년말 북측 연결도로가 완공되면서 4지 교차로가 되어 2005~2007년(3년)간 3지 교차로였을 때의 교통사고 발생 건수 자료를 활용하였다. 따라서 그림 2에서 보는 것과 같이 새한주유소 사거리와 우남샘물타운 사거리의 교통사고 발생 건수가 높은 이유는 동(E)·서(W) 양방 8차로의 주간선도로와 남(S)·북(N) 양방 4차로의 보조간선도로가 교차함으로써 도로 규격 및 차량 주행속도 차이 등으로 인한 물리적 특성이 다르기 때문이라고 판단된다.
데이터처리
- 개별 교차로 안전성 평가시 가장 적합한 모형이 무엇인지를 파악하기 위하여 구축된 모형을 통해 실험대상 교차로의 안전성 점수를 산정하고 쌍체비교(Paired-Comparison) 분석을 실시하였다.
- 그리고 통계적 분석(t-test, ANOVA)을 통해 교차로의 도로·환경적인 요인 변화에 따라 뇌파가 변화에 차이가 있는지를 파악하고 최종적으로 주행실험의 인지평가 요인과 생체적 반응 뇌파를 고려하여 개별 교차로의 안전성 평가 모형을 구축한 후 요인별 영향 정도와 개별 교차로의 안전성을 평가하였다.
- 또한, 중앙분리대 설치 유무에 따른 피실험자들의 생체반응 뇌파에 대한 차이를 보기 위하여 평균치 검정(t-test)을 실시하였으며, 그 결과 표 5와 같이 3채널을 제외한 모든 채널에서 신뢰수준 99%에서 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다. 따라서 이러한 운전자들의 인지특성을 고려할 때 도심부에 설치하는 중앙분리대에 대한 별도 기준 등이 마련되어야 할 필요성이 있다고 생각된다.
- 또한, 차로 수에 따라 피실험자들의 생체반응 뇌파에 차이가 있는지 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, 그 결과 신뢰 수준 99%에서 모든 채널에서 유의한 차이가 있는 것으로 분석되어 차로 수에 따라 운전자들의 인지특성이 다름을 알 수 있었다. 그리고 표준편차에서도 인지활동영역이 시각활동영역에 비해 상대적으로 크게 나타나고 2차로가 3, 4차로보다 크게 나타나고 있는데 이는 주변 환경이 복잡한 좁은 도로에서 운전 중 주의·집중이 더 필요하기 때문이라고 생각된다.
- 주행실험에 의해 측정된 뇌파는 락싸(LAXTHA) 기술연구소에서 제공하는 뇌파분석 프로그램(TeleScan)을 활용하였으며, 생체신호데이터 처리과정은 그림 6과 같이 나타내었다. 먼저 뇌파분석 프로그램에서 분석하고자 하는 주파수 대역을 선택하고 Moving Window에서 Window Size(초당 2개 Data 추출을 위한 시간범위 : 2.
이론/모형
- Model-I은 교차로 인지평가 요인과 생체적 반응 뇌파를 동시에 고려한 모형이며, Model-II는 교차로 인지평가 요인만 고려, Model-III는 생체반응 뇌파만을 고려한 모형이다. 그리고 변수들 간의 다중공선성(Multicollinearity)을 검토하기 위하여 식 (1)과 같은 분산확대지수(VIF : Variance Inflation Factors)를 이용하였다. 여기서, #는 i번째 독립변수를 종속변수로 하고 나머지 독립변수들을 독립변수로 한 모형의 R2이다.
성능/효과
- 1. 평상시 운전자들이 느끼는 교차로 안전성에 대한 종합 만족도 분석을 통해, 교차로 안전성 평가 기준값은 매우 위험 6.19점 이하, 위험 4.20~6.74점, 보통 6.75~7.64점, 안전 7.65~8.10점, 매우 안전 8.11점 이상으로 분석되었다.
- 2. 주행 실험 인지평가 특성을 분석하여 교차로 접근 방향의 차로 수가 다르고 교통섬, 좌회전전용차로, 중앙분리대가 설치되어 있지 않은 교차로의 안전성을 낮게 평가함을 알 수 있었다.
- 3. 생체반응 뇌파 분석에서도 2차로, 중앙분리대 및 좌회전 전용차로가 미설치된 교차로에서 고도의 인지활동 영역의 뇌파가 높게 나타나 교차로 안전성을 낮게 인지하고 있어 주행 실험 인지평가 결과와 유사하게 분석되었다.
- 4. 주행 실험의 인지평가 요인과 생체반응 뇌파를 고려한 개별 교차로 안전성 평가 모형을 구축하여 운전자들의 주행 실험 인지평가가 생체반응(뇌파) 과정을 통해 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다.
- Model-I과 Model-II의 결과에 의해 뇌파 분석에서 나타난 결과와 같이 좌·우회전 전용차로와 교통섬이 설치되고 교통 흐름이 원활하며 도로 기하구조가 단순하고 신호 및 과속 단속카메라가 설치되어 있을수록 안전한 교차로임을 알 수 있었다.
- 차로 수에 따른 피실험자들의 뇌파 변화를 파악하기 위해 실험대상 교차로의 접근 도로를 차로 수(2차로, 3차로, 4차로)별로 구분하여 분석을 실시하였으며, 그 결과는 그림 12과 표 4과 같다. 감마파를 차로 수에 따라 뇌파 측정 채널 별로 분류해 본 결과, 그림 12에서 보는 것과 같이 2차로에서 피실험자들의 인지활동영역(1~4채널)이 높게 나타났으며, 시각영역(7~8채널)에서는 2차로와 3차로가 비슷한 경향을 보이고 있었다. 이는 교차로 인지특성 분석에서 나타난 것과 같이 남북(SN)과 북남(NS) 방향에서의 접근 도로가 주로 2차로로 도로·환경적인 측면에서 다소 복잡하기 때문에 고도의 인지활동이 이루어지고 있다고 판단된다.
- 개별 교차로 안전성 모형 구축 결과, 표 7과 같이 ModelI과 Model-II의 설명력은 0.981로 높게 나타났으며, 생체반응 뇌파만 고려한 Model-III는 모형의 설명력이 다소 낮은 것으로 분석되었다. 그리고 이들 독립변수 간의 다중공선성을 분석한 결과에서는 모든 모형의 분산확대지수에 비해 설명변수의 분산확대지수가 낮게 나타나 독립변수 간에 다중 공선성이 존재하지 않은 것으로 나타났다.
- 또한, 실험대상 교차로를 주행하면서 접근 방향별 인지평가 요인들의 만족도를 바탕으로 피실험자들이 느끼는 안전성 정도를 조사하였으며, 평상시 운전자들의 주행 경험을 바탕으로 교차로 안전도에 대한 인지특성 조사 결과와 비교·분석을 실시하여 실험대상 교차로의 안전성 정도를 파악하였다. 그 결과, 그림 11에서 보는 것과 같이 전자랜드사거리 교차로는 모든 방향에서의 안전도가 평상시 인지특성 안전도 평균값보다 높게 나타났고 원대사거리 교차로는 동서(EW)와 서동(WE) 방향의 안전도가 높게 나타났으나 새한주유소와 우남샘물타운사거리는 모든 방향에서 안전도가 낮게 나타나 위험성이 존재하고 있음을 알 수 있었다.
- 따라서 개별 교차로 안전성 평가에 가장 적합한 모형은 Model-II이라고 볼 수 있으며, 그림 15는 Model-II를 이용하여 실험대상 교차로의 안전성 점수를 산정하고 교차로 안전성에 대한 종합 만족도 평가 기준을 활용하여 안전성 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다. 그 결과, 원대사거리, 전자랜드사거리는 보통 수준이었으며, 새한주유소사거리와 우남샘물타운사거리 교차로는 위험한 수준인 것으로 분석되어 교통사고 발생건수와 비교해 보았을 때 적절한 수준인 것으로 나타나 개별 교차로 안전성 모형을 통해 교차로의 안전성 수준을 평가할 수 있음을 알 수 있었다.
- 그 결과, 표 8에서 보는 것과 같이 Model-I과 Model-II는 신뢰수준 99%에서 유의한 차이가 없으나 Model-I과 Model-III는 신뢰수준 99%에서 유의한 차이를 나타내고 있었다. 이는 교차로 인지평가 요인과 생체반응 뇌파를 고려한 모형(Model-I)과 교차로 인지평가 요인만을 고려한 모형(Model-II)은 동일하다고 볼 수 있다.
- 먼저 상·중·하한값의 평균과 표준편차를 이용하여 영역을 구분해 보면, “하한값 평균+표준편차”에서 “중위값 평균-표준편차” 범위와 “중위값 평균+표준편차”에서 “상한값 평균-표준편차” 범위에서 서로 겹치는 영역이 나타나 이를 위험과 안전 수준의 영역이라고 판단하였다. 그리고 교차로 안전성 평가 기준을 정량적인 점수 범위로 산정해 본 결과, 매우 위험한 교차로는 4.69~6.19점, 위험한 교차로는 6.20~6.74점, 보통인 교차로는 6.75~7.64점, 안전한 교차로는 7.65~8.10점, 매우 안전한 교차로는 8.11~9.52의 점수를 가진 교차로인 것으로 분석되었다.
- 그리고 그외 모든 접근 방향에서 교차로 인지평가 요인의 만족도는 중요도 보다 다소 낮게 분석되었지만 방향별로 큰 차이가 없는 것으로 나타나 원대사거리 교차로의 도로·환경적인 요인에 대해 어느 정도 만족하고 있음을 볼 수 있었다.
- 981로 높게 나타났으며, 생체반응 뇌파만 고려한 Model-III는 모형의 설명력이 다소 낮은 것으로 분석되었다. 그리고 이들 독립변수 간의 다중공선성을 분석한 결과에서는 모든 모형의 분산확대지수에 비해 설명변수의 분산확대지수가 낮게 나타나 독립변수 간에 다중 공선성이 존재하지 않은 것으로 나타났다.
- 즉, 뇌파데이터는 1초당 2개, 시각은 30개, GPS는 1개, 만족도 조사는 1개가 추출되어 1초당 가장 많이 추출되는 시각데이터 단위로 통합하여 데이터를 구축하였다. 따라서 10명의 피실험자 총 480회 주행실험한 데이터를 이러한 일련의 과정을 거쳐 추출하였으며, 추출된 샘플 수는 총 1,108,528개가 나타남을 알 수 있다.
- Model-III 모형의 설명력이 낮은 이유는 생체반응 뇌파의 특성상 운전자들이 주행을 하면서 나타나는 반응 데이터로 교차로 인지평가 전 상태에서 측정된 데이터이기 때문에 Model-II에 비해 상대적으로 설명력이 낮다고 보여진다. 따라서 교차로 인지평가 요인을 통해 개별 교차로의 안전성을 평가할 수 있으며, 모든 인지평가 요인이 신뢰수준 99%에서 유의한 것으로 분석되었다. Model-I과 Model-II의 결과에 의해 뇌파 분석에서 나타난 결과와 같이 좌·우회전 전용차로와 교통섬이 설치되고 교통 흐름이 원활하며 도로 기하구조가 단순하고 신호 및 과속 단속카메라가 설치되어 있을수록 안전한 교차로임을 알 수 있었다.
- 따라서 그림 2에서 보는 것과 같이 새한주유소 사거리와 우남샘물타운 사거리의 교통사고 발생 건수가 높은 이유는 동(E)·서(W) 양방 8차로의 주간선도로와 남(S)·북(N) 양방 4차로의 보조간선도로가 교차함으로써 도로 규격 및 차량 주행속도 차이 등으로 인한 물리적 특성이 다르기 때문이라고 판단된다. 따라서 교차로의 물리적 특성에 대한 운전자의 생체반응 뇌파를 측정하여 관계성을 규명하는 것이 교차로 안전성 평가에 있어 매우 중요하다는 것을 알 수 있었다.
- 따라서 도심부 도로에서 좌회전 전용차로의 설치는 가로 구간에서 직진 차량의 원활한 주행을 유도해 줌으로써 운전중 운전자들에게 주의·집중을 덜어 줌으로써 편안하고 쾌적한 주행 환경을 제공하고 있음을 알 수 있었다.
- 좌회전 전용차로 유무에 따른 채널별 뇌파를 분석해 본 결과, 그림 14에서 보는 것과 같이 인지활동영역(1~4채널), 시각영역(7~8채널) 모두 좌회전 차로가 있는 경우보다 없는 경우에 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 또한 좌회전 전용차로 설치 유무에 따른 평균치 검정(t-test) 결과, 표 6과 같이 모든 채널에서 신뢰수준 99%에서 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 먼저 원대사거리의 접근 방향별 교차로 인지평가 요인에 대한 분석을 실시하였으며, 그 결과 그림 7에서 보는 것과 같이 동서(EW) 접근 방향에서 교통흐름의 원활성과 도로 기하구조 파악이 쉽다는 요인의 만족도가 평상시 인지하고 있던 요인별 중요도 보다 약간 높게 분석되었다. 그리고 그외 모든 접근 방향에서 교차로 인지평가 요인의 만족도는 중요도 보다 다소 낮게 분석되었지만 방향별로 큰 차이가 없는 것으로 나타나 원대사거리 교차로의 도로·환경적인 요인에 대해 어느 정도 만족하고 있음을 볼 수 있었다.
- 물리적 특성에 따른 피실험자들의 생체반응 뇌파 분석 결과를 종합해 보면, 피실험자들은 2차로, 중앙분리대 및 좌회전 전용차로가 설치되지 않은 도로에서 고도의 인지활동을 보이고 있는 것으로 분석되었다. 따라서 도심부에서 간선 기능을 가지고 있는 주요 도로구간에는 중앙분리대, 좌회전 전용차로 등과 같은 시설물 설치를 통해 교통 소통 및 안전성 확보에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.
- 새한주유소사거리의 접근 방향별 교차로 인지평가 요인에 대한 분석 결과에서는 그림 8과 같이 모든 접근 방향에서 요인의 만족도가 평상시 인지하고 있던 요인별 중요도 보다 다소 낮은 것으로 분석되었다. 특히, 동서(EW), 서동(WE) 방향보다 남북(SN), 북남(NS) 방향의 만족도가 낮은 것으로 분석되었는데 이는 교통사고 분석 결과에서 나타난 것과 같이 교차로에 접속하는 도로의 도로·환경적인 요인에 차이가 있기 때문이라고 판단된다.
- 먼저, 실험대상 교차로에 대한 특성을 파악하기 위하여 교차로별 교통사고 발생건수를 분석하여 그림 2에 나타내었다. 실험대상 교차로별 3년간 교통사고 발생건수는 원대 사거리 18건, 새한주유소 사거리 30건, 우남샘물 사거리 34건, 전자랜드 사거리 15건으로 새한주유소 사거리와 우남샘물타운 사거리에서 교통사고가 많이 발생하고 있는 것으로 분석되었다. 교통사고 발생 원인은 대부분 신호위반, 후방 추돌 등과 같이 운전자들이 주의·집중하여 법규 준수를 잘 한다면 충분히 예방이 가능한 사고라고 볼 수 있었다.
- 실험대상 교차로의 접근 방향별 인지평가 요인 분석을 통해 교차로의 도로·환경적인 여건을 어느 정도 파악할 수 있었으며, 교차로 교통사고 분석 결과에서 나타난 것과 같이 교차로 접근 도로의 규격이 다른 경우 교차로의 물리적 특성이 달라지면서 사고 위험성이 높고 운전자들의 만족도가 떨어짐을 확인할 수 있었다.
- 이 결과는 실험대상 교차로의 3년간 교통사고 발생건수 분석 결과와 동일한 특성을 나타내고 접근 방향별 인지평가 점수의 차이가 크면 클수록 그림 11의 주행 실험시 조사한 인지평가 평균값이 낮아지고 있어 운전자들의 인지평가를 통해 개별 교차로의 안전성 평가가 가능함을 간접적으로 파악할 수 있었다.
- 뇌파와 관련하여 Ha & Song(2005)은 복잡하거나 위험한 상황을 응시할 때 감마파가 높게 출현되고 김준, 송기상(2009)은 작업 수행시 난이도가 높아질수록 감마파가 증가하며, SEF(Spectral Edge Frequency)-95% 지표가 높을수록 감마파가 많이 출현하고 인지 부하가 증가한다는 연구 결과들을 발표하였다. 이러한 연구 결과를 통해 운전자들은 주행 중 위험상황 인지시 인지 과부하로 인해 감마파를 많이 발생시키고 있다는 것을 알 수 있었다. 이에 본 연구에서는 교차로 접근시 도로·환경적인 요인에 따른 운전자들의 뇌파 변화와 주행시 인지평가 결과 간의 관계성을 규명하기 위하여 뇌파의 파워 스펙트럼 분포가 저주파에 비해 고주파 쪽으로 얼마나 편향되는지를 정량화 하는 SEF-95% 지표보다 고도의 인지활동과 관련성이 높은 감파(γ)파를 이용하기로 한다.
- 이상의 결과를 종합해 보면, 운전자들은 생체반응(뇌파) 과정을 걸쳐 교차로 안전성에 대한 인지평가를 하고 있어 주행 실험을 통한 인지평가로 개별 교차로 안전성 평가가 가능함을 알 수 있었다. 그리고 피실험자의 성별, 연령, 직업군 등의 개인속성별로 교차로 인지특성 및 주행행동이 다를 것으로 판단되지만 현장 주행실험에서 이를 고려하지 못함이 한계점으로 작용하고 있다.
- 전체적으로도 새한주유소사거리보다 교차로 인지평가 요인의 만족도가 떨어지고 있어 도로·환경적인 여건이 좋지 않음을 알 수 있었다.
- 도심부 간선도로에 좌회전 전용차로가 설치되어 있을 때와 없을 때 교통소통 측면에서 많은 영향을 받기 때문에 좌회전 전용차로 설치 유무에 따른 피실험자들의 생체반응 뇌파를 분석함으로써 인지활동영역과 시각영역의 영향을 파악할 필요성이 있다. 좌회전 전용차로 유무에 따른 채널별 뇌파를 분석해 본 결과, 그림 14에서 보는 것과 같이 인지활동영역(1~4채널), 시각영역(7~8채널) 모두 좌회전 차로가 있는 경우보다 없는 경우에 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 또한 좌회전 전용차로 설치 유무에 따른 평균치 검정(t-test) 결과, 표 6과 같이 모든 채널에서 신뢰수준 99%에서 유의한 차이가 있는 것으로 분석되었다.
- 이는 교차로 인지평가 요인과 생체반응 뇌파를 고려한 모형(Model-I)과 교차로 인지평가 요인만을 고려한 모형(Model-II)은 동일하다고 볼 수 있다. 즉, 피실험자들의 주행 실험에 의한 교차로 인지평가는 생체반응(뇌파) 과정을 통해 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다.
- 하지만 새한주유소사거리와 우남샘물타운사거리에 비해 인지평가 요인의 만족도는 다소 높은 것으로 나타나 원대사거리와 마찬가지로 피실험자들이 교차로의 도로·환경적인 여건에 대하여 어느 정도 만족하고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 그리고 피실험자의 성별, 연령, 직업군 등의 개인속성별로 교차로 인지특성 및 주행행동이 다를 것으로 판단되지만 현장 주행실험에서 이를 고려하지 못함이 한계점으로 작용하고 있다. 따라서 향후 운전자 특성과 시간대별 교통상황 변화에 따른 생체반응(뇌파)과 주행 실험 인지평가에 대한 상세한 조사·분석을 통해 보다 명확한 기준을 제시하는 연구를 수행할 필요성이 있다고 생각된다.
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