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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 고속도로와는 다른 통행특성을 가지는 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내 교통특성자료를 중심으로 교통특성분석을 실시하고, 그 특성분석결과를 바탕으로 접속영향권역내 통행지체를 추정하며, 추정된 통행 지체와 접속영향권역내 교통특성변수를 사용하여 보다 설명력 있고 유효성이 높은 통행지체추정모형을 구축함으로써 도시고속도로의 교통관리체계의 기틀을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서는 교통특성의 상호관계를 고려하여 최대교통량(용량)수준에서 밀도(임계밀도)를 기준으로 임계밀도보다 큰 경우를 불안정류(unstable flow)로 보고 불안정류를 제거한 안정류(stable flow) 자료를 바탕으로 통행지체 모형을 구축하였다.
- 또한, 본 연구를 위해 연구대상 도시고속도로의 방향을 기준으로 도심방향과 부도심방향에서 각각 2개씩 4개의 유입 연결로(도심방향은 원동(A)과 망미(B), 부도심방향은 문현(E)과 대연(F))와 4개의 유출연결로(도심방향은 대연(C)과 문현(D), 부도심방향은 망미(G)와 원동(H))가 선정되었으며, 선정된 유출입연결로의 접속영향권역내 5개 지점(상류부 1, 2차로, 하류부 1, 2차로 및 연결로)에 설치된 검지기로부터 매 15분 단위로 1일 24시간씩 실시간의 교통특성자료가 2개월간 반복적으로 수집되었다. 특히 수집된 자료 중에서 오류를 배제한 주중(화, 수, 목)자료만이 사용되었으며, 자료의 비교·분석과 모형구축 및 검증을 위해 MS Office 2007과 SPSS(Ver.
- 본 연구대상 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내 교통특성의 상호관계를 파악하기 위하여 교통량과 속도, 교통량과 밀도 그리고 속도와 밀도의 상관분석을 그래프를 통해 비교·분석하였다.
- 본 연구에서는 연구대상 도시고속도로의 연결로 접속영향 권역 내 유출입교통특성을 고려하여 연결로 접속 영향권역내 상류부, 하류부 그리고 연결로의 교통특성변수와 함께 다음과 같이 식 (21)과 식 (22)의 선형모형으로 구축 제시되었다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 부산지역을 남북축으로 가로지르며 도심과 부도심지역을 연결하는 부산지역의 제1도시고속도로에서 차량이 본선으로 유출입되는 유출입연결로 중 합류부 4곳과 분류부 4곳을 연구대상구간으로 선정하였다.
- 선정된 연구대상 도시고속도로는 양방향 4차로의 입체도로 시설로 각각 8개의 유입·유출연결로와 5개의 터널로 구성되어 있으며, 제한속도는 본선에서 80km/h, 연결로에서 50km/h로 운영되고 있으며, 차량의 과속을 통제하기 위하여 본선 상에 방향별로 각각 3개의 속도 감시카메라가 설치되어 있다.
- 특히 수집된 자료 중에서 오류를 배제한 주중(화, 수, 목)자료만이 사용되었으며, 자료의 비교·분석과 모형구축 및 검증을 위해 MS Office 2007과 SPSS(Ver. 12.0)가 사용되었다.
데이터처리
- 본 연구대상 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권에 대한 통행지체는 접속영향권역내 기하구조자료와 교통특성자료를 중심으로 다음과 같이 산정되었고, 산정된 통행지체와 부합되는 지체모형을 구축하기 위해 중 회귀분석(multiple regression analysis)이 사용되었으며, 상관관계분석(correlation analysis)을 통해 모형검증이 이루어졌다.
이론/모형
- 특히, 위의 선형모형구축에 있어서 상류부 1차로와 하류부 1차로의 교통량 변수는 접속부내 연결로의 유출입 교통량과 상호 연관성이 적다고 판단되어 제외하였으며, 중 회귀분석을 이용한 모형구축에서 발생할 수 있는 다중공선성(multicollinearity)의 문제 해결을 위해 모형에 유효한 독립 변수들을 선택하여 주는 계산절차로써 축차변수선택법 (stepwise)이 사용되었다. 그리고 구축된 지체모형은 Table 10에서 알 수 있듯이 유입연결로 접속영향권역내 모형의 결정계수(R2)값이 0.
성능/효과
- 1. 도시고속도로의 연결로 접속영향권역내에서 1차로의 교통 특성이 2차로의 교통특성과 현저한 차이를 보임으로써 차로별 교통특성을 고려한 교통관리체계가 수립될 필요가 있었다.
- 3. 도시고속도로의 연결로 접속영향권역내 지체모형의 결정 계수(R2) 값이 모두 0.90이상을 보였고, 상관계수(r)값도 유출연결로(H)를 제외하고 0.9이상을 보임으로써 결정력과 유효성이 입증되었다.
- 특히, 위의 선형모형구축에 있어서 상류부 1차로와 하류부 1차로의 교통량 변수는 접속부내 연결로의 유출입 교통량과 상호 연관성이 적다고 판단되어 제외하였으며, 중 회귀분석을 이용한 모형구축에서 발생할 수 있는 다중공선성(multicollinearity)의 문제 해결을 위해 모형에 유효한 독립 변수들을 선택하여 주는 계산절차로써 축차변수선택법 (stepwise)이 사용되었다. 그리고 구축된 지체모형은 Table 10에서 알 수 있듯이 유입연결로 접속영향권역내 모형의 결정계수(R2)값이 0.943, 유출연결로에서는 0.934로 나타났으며, 개별독립변수의 유의성을 나타내는 F-value의 값이 0.000으로 나타나 모형의 설명력을 더욱 높이는 것으로 나타났다.
- 마지막으로 속도와 밀도관계에서는 Fig. 10에서 보는 바와 같이 밀도증가와 함께 속도는 점점 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 최대속도상태일 때, 도심과 부도심지역에 근접한 유입연결로에서는 속도가 약 60km/h~70km/h, 밀도가 약 10pc/km~20pc/km로 나타났고, 도심과 부도심지역사이의 유출연결로에서는 속도가 약 40km/h~60km/h, 밀도가 약 10pc/km~25pc/km로 거의 비슷하게 나타났다(참조 Fig.
- 먼저 교통량과 속도관계에서는 Fig. 8에서 보는바와 같이 교통량이 최대교통량(용량)에 도달할 때까지 교통량의 증가와 함께 속도가 점차 감소하였고, 최대교통량에 도달한 후추가적인 교통량 유입과 더불어 속도는 한층 더 감소한다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 최대교통량이 약 1,800pc/ h~1,900pc/h로 나타났는데, 이는 국내 도로용량편람(Korean highway capacity manual, KHCM)에서 제시하고 있는 고속도로 기본구간의 설계속도가 80km/h일 때의 용량(2,000 pc/h)보다 다소 낮은 것으로 나타났다.
- 본 연구대상 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내 교통특성자료를 중심으로 구축된 통행지체모형을 검증하기 위하여 상관관계분석이 이용되었고, 특히 유출입연결로에서 산정지체(computed delay)와 예측지체(expected delay)사이의 상관관계분석 결과 상관계수(r)값이 유입연결로에서 0.973, 유출연결로에서 0.970로 높게 나타남으로써 모형의 유효성이 입증되었다(참조 Fig 13, 14).
- 본 연구대상 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내에서 관측된 자료들은 각 차로별/방향별 특성분석을 위해서 교통량(volume)은 교통류율(flow rate)로 환산되었고, 속도(speed)는 지점평균속도와 속도등급분포를 바탕으로 공간평균속도로 전환되었으며, 차두거리(headway distance)의 역비례관계를 이용하여 밀도(density)가 산출되었다.
- 또한, 유출연결로 접속영향권역내 밀도특성을 살펴보면, 역시 연결로별로 약간의 차이는 있었으나 차로별 평균밀도에서 약 15pc/km~20pc/km의 밀도 분포를 보였고, 출퇴근시간대에는 약 20c/km~30pc/km의 밀도 분포를 보였다. 특히, 방향별 출퇴근시간대의 밀도를 비교해보면, 도심지역에 근접한 유출연결로(D)에서는 평균밀도가 약 25pc/km와 20pc/km로 상당한 차이를 보였으나, 도심방향의 유출연결로(C)에서는 약 25pc/km, 부도심방향의 유출연결로(G)에서는 25pc/km와 30pc/km, 부도심지역에 근접한 유출연결로(H)에서는 평균밀도가 약 20pc/km로 유출연결로(D)를 제외한 나머지 연결로들에서는 거의 밀도 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다(참조 Table 6, 7과 Fig. 6, 7).
- 또한, 유출연결로 접속영향권역내 교통류율의 특성을 살펴보면, 역시 연결로별로 다소 차이는 있었으나 차로별 평균통행량이 약 780pc/h~1,200pc/h의 분포를 보였고, 출퇴근시간대에는 약 1,100pc/h~1,600pc/h의 통행량 분포를 보였다. 특히, 방향별로 출퇴근시간대의 통행량을 비교해보면, 도심방향의 유출연결로(C)에서는 약 1,550pc/h, 부도심방향의 유출 연결로(G)에서는 약 1,600pc/h로 출퇴근시간대의 통행량 차이가 거의 없었으나, 도심지역과 부도심지역에 근접한 유출 연결로(D와 H)에서는 출근시간대 통행량이 다소 높은 약 1,400pc/h를 보이는 것으로 나타났다(참조 Table 2, 3과 Fig. 2, 3).
- 8에서 보는바와 같이 교통량이 최대교통량(용량)에 도달할 때까지 교통량의 증가와 함께 속도가 점차 감소하였고, 최대교통량에 도달한 후추가적인 교통량 유입과 더불어 속도는 한층 더 감소한다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 최대교통량이 약 1,800pc/ h~1,900pc/h로 나타났는데, 이는 국내 도로용량편람(Korean highway capacity manual, KHCM)에서 제시하고 있는 고속도로 기본구간의 설계속도가 80km/h일 때의 용량(2,000 pc/h)보다 다소 낮은 것으로 나타났다.
- 또한, 유출연결로 접속영향권역내 속도특성을 살펴보면, 역시 연결로별로 약간의 차이는 있었으나 차로별 평균속도에서 약 60km/h~65km/h의 속도 분포를 보였다. 특히, 출퇴근시간대에는 약 55km/h~70km/h의 속도 분포를 보였고, 방향별 출퇴근시간대의 속도에서는 도심방향의 유출연결로(C)에서 약 70km/h와 60km/h, 도심지역에 근접한 유출연결로(D)에서 약 55km/h로 뚜렷한 속도 차이를 보이지 않았으나, 부도심방향의 유출연결로(G)에서는 약 70km/h와 55km/h로 뚜렷한 속도차이를 보였으며, 부도심지역에 근접한 유출연결로(H)에서는 평균속도가 약 70km/h와 60km/h로 상당한 차이를 보이는 것으로 나타났다(참조 Table 4, 5와 Fig. 4, 5).
후속연구
- 2. 출·퇴근시간대를 중심으로 도시고속도로의 이용수요가 집중되어 이동성 및 접근성이 약화되므로 고속화도로의 기능이 최대로 유지될 수 있도록 교통관리체계가 수립될 필요가 있었다.
- 따라서 방향별 속도특성분포와 시간대별 차량집중정도에따라 도시고속도로의 서비스수준이 최대로 유지될 수 있도록 유출입연결로 접속영향권역에 대해 교통관리체계의 구축 여부를 검토할 필요가 있다고 판단되었다.
- 따라서 본 연구에서 구축 제시된 통행지체모형은 도시고속도로의 연결로 접속영향권역내 교통특성에 부합된다고 판단되며, 향후에 도시고속도로의 통행지체 예측을 위한 교통관리체계의 구축에 이용 가능할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서 제시된 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내 통행지체모형은 유사한 기하구조와 교통특성을 가지는 도시고속도로의 유출입연결로 접속영향권역내 통행지체를 추정할 수 있는 척도로 사용되어질 수 있을 것으로 판단되며, 향후 다양한 기하구조특성을 고려한 고속도로의 유출입연결로 접속영향권역에 대한 추가적인 연구가 계속 수행되어야 할 것으로 생각된다.
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