[논문]교통상충기법을 이용한 고속도로 하이패스차로 안전성 개선에 관한 연구 (서울외곽순환고속도로 본선영업소를 중심으로)

유봉석; 이수범; 박완용; 박준태

문제 정의

서울외곽순환고속도로 본선영업소 내 설치된 하이패스차로와 일반차로간 상충은 하이패스 차로측으로 중앙분리대가 설치되어 있기 때문에 대향 및 직각 방향의 상충은 발생할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 고속도로의 상충유형을 결정하는 데 있어 하이패스 차량과 일반차량 사이에 발생할 수 있는 측면충돌을 분석하였다.
기존 국내연구에서 교통상충기법은 단속류의 교차로에 주로 적용하였지만 본 연구의 대상지인 고속도로 영업소 내 하이패스 차로와 일반차로간의 상충에 대한 연구가 없었다. 따라서 본 연구에서는 영업소 광장 내 연속류와 단속류간 상대속도에 따른 상충유형 및 TA분석을 정립하였다.
따라서 본 연구에서는 하이패스차로 설치로 인한 영업소 진출부에서 하이패스 이용차량과 일반부스 이용차량간 속도분포 및 두 차량간 상대속도, 상충분석을 통한 영업소 진출부 안전성에 관한 연구를 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 현재 고속도로에 설치되어 있는 하이패스 톨프라자에 대한 상대속도 및 교통상충을 근거로 하이패스 차로가 설치된 톨프라자 광장 진출부에 대한 적정 기준 및 운영 모형을 제시하고자 한다.
본 연구의 공간적 범위는 서울외곽순환고속도로(민자고속도로 구간 제외) 본선상의 구리, 성남, 청계, 시흥, 구리영업소로 총 5개소이다. 또한 본 연구는 하이패스차로 이용차량과 일반 부스 이용차량의 속도 및 운행행태를 관찰 이를 토대로 영업소 내에서 발생하는 차량간 속도 및 상충을 바탕으로 상대속도 및 교통상충을 통하여 하이패스차로가 설치된 영업소에 대한 안전성을 개선할 수 있는 개선대안과 적정 기준을 정립하는 연구를 수행하였다.
본 연구는 서울외곽순환고속도로 상에 운영 중인 본선 영업소 진출부에 하이패스차로 설치로 인한 일반차량과의 상대속도에 의한 문제점을 개선하는 방안으로 영업소 진출부에 대한 차로운영과 적정 광장길이 및 진로변경제한구간을 검토하는 방안을 고려해 보았다.
본 연구는 이러한 관찰을 통하여 하이패스 차량과 일반차량간 상대속도에 의한 사고 위험성을 정량적으로 비교 분석하였다.
이 연구에서는 지방부 2차로 도로와 고속도로, 도시부 고속도로 등 여러 종류의 도로의 지표를 종합하여 속도편차와 교통사고와의 관계를 제시하였다.
고속도로 영업소 하이패스 차로는 영업소에서 발생하는 지·정체 해소 및 처리용량 증대라는 장점을 지니고 있지만 기존 영업소의 경우 하이패스라는 연속류와 TCS 이용차량은 단속류적 성격을 지니고 있어 연속류와 단속류간 합류시 상대속도 및 상충발생으로 사고위험이 높아질 수 있다. 이에 본 연구에서는 하이패스 차량과 일반차량간 상대속도 및 상충분석을 통하여 서울외곽순환고속도로 본선영업소 진출부에 대한 안전성을 개선하기 위한 연구를 수행하였다.

제안 방법

고속도로 영업소 진출부의 차량속도와 상충발생을 조사하기 위하여 실험차량법, 스피드 건 및 캠코더를 이용하였으며, 조사 후 모니터링을 통하여 속도와 상충에 대한 분석을 실시하였다. 속도 조사 및 상충으로 인한 차량 감속시간 등을 분석한 결과 차량간 상대속도가 클수록 상충으로 인한 차량 급감속이 발생한다는 문제점을 파악하였으며, 특히 운영형태가 상이한 지점들을 비교 분석함으로서 차로 운영 형태에 따라 차량간 상대속도 및 상충으로 인한 사고위험성이 다름을 확인할 수 있었다.
도철웅 등은 신호교차로의 안전도를 측정하기 위해 교통사고 자료를 이용하는 기존의 방식은 사고자료를 수집하는데 많은 기간이 소요되고 자료의 정확도 측면에서 문제점이 있다는 단점이 있었던 것을 보안하는 방법으로 “교통상충 기법”을 이용하였다. 교통공학의 이론을 배경으로 하여 객관적이고 비교적 정확한 교통상충의 기준을 정립하기 위해 사고자료와 교통상충 가능성이 있는 자료를 순위상관분석 기법을 도입하여 분석하였고 이를 이용하여 여러 교차로의 위험도를 구하는 방법을 제안하였다.
하이패스 차량과 일반차량의 합류에 따른 상대속도는 교통류상태에서 실제 운영속도를 알아보고 제한속도를 설정하는데 사용되는 주행속도(85%속도)를 사용 분석하였다.
또한 영업소 진출부 하이패스 차량 및 일반차량에 대한 주행 가속도 산정은 「도로의 구조․시설 기준에 관한 규칙」에서 제시된 가속차로 소요길이 산정 식을 이용주행가속도(a)를 산출하였다.
본 연구에서는 주행속도(85%속도)를 산정하여 분석 및 연구하였다.
서울외곽순환고속도로 본선 영업소 내 하이패스 설치위치는 각 영업소마다 상이하나 본 연구에서는 하이패스 전용차로 및 하이패스 차로와 일반차로 합류시 등 두 가지 유형으로 구분하였다.
심각한 상충이 발생할 가능성이 높아지게 되면 도로 운전자들은 브레이크를 이용하여 속도를 줄이거나 핸들을 조작하여 위험에서 벗어나려는 회피행동을 취할 것으로 가정하여 캠코더를 영업소 캐노피에 배치하여 운전자의 운전행태를 녹화하였으며, 스피드건을 이용하여 주행 차량별 속도를 측정하였다.
여기서 하이패스와 하이패스 차량간 합류시 적정 진로변경구간(이중실선)에 대한 검토는 「도로의 구조·시설기준에 관한 규칙」의 입체교차 유출입부의 접속 설계기준을 적용하였다.
하이패스 차량과 일반차량의 합류에 따른 상대속도는 교통류상태에서 실제 운영속도를 알아보고 제한속도를 설정하는데 사용되는 주행속도(85%속도)를 사용 분석하였다.
현장조사는 2008년 8월∼9월 2달간 매주 금요일 실시하여 총 6회 조사를 하였다.
현장조사에 얻은 관찰결과 분석은 운전자특성 및 차량군형성 등 초기차량으로 인한 후미차량의 영향을 배제하고 객관적으로 분석하기 위해 다음과 같은 연구방향을 설정 하였다.

대상 데이터

본 연구의 공간적 범위는 서울외곽순환고속도로(민자고속도로 구간 제외) 본선상의 구리, 성남, 청계, 시흥, 구리영업소로 총 5개소이다. 또한 본 연구는 하이패스차로 이용차량과 일반 부스 이용차량의 속도 및 운행행태를 관찰 이를 토대로 영업소 내에서 발생하는 차량간 속도 및 상충을 바탕으로 상대속도 및 교통상충을 통하여 하이패스차로가 설치된 영업소에 대한 안전성을 개선할 수 있는 개선대안과 적정 기준을 정립하는 연구를 수행하였다.
본 연구의 분석 대상지점은 하이패스차로를 운영 중인 서울외곽순환고속도로(민자구간 제외)내 본선영업소(구리, 성남, 청계, 시흥, 김포)를 조사지점으로 선정하였으며, 2008년 8월 7일부터 하이패스 차로에 대한 안전바(제한속도 30km/h)를 설치 운영 중에 있다.
초기속도는 하이패스차로 부스 내 설치된 검지기를 통과하는 속도로 한국도로공사 내부자료를 활용하였다.

성능/효과

1) 교통상충은 어떤 운전자가 다른 차량과의 충돌을 피하기 위해 제동이나 엇갈림에 의한 회피행동을 할 때 발생되는 현상으로 보며 1977년 Norway의 Oslo에서 열린 국제학술대회에서 “둘 또는 그 이상의 도로 이용자들이 현 상태를 유지할 때 충돌의 위험을 갖는 공간과 시간의 범위로 서로 접근하는 모습이 관찰가능한 상황” 으로 제시되었다.
각 영업소에 대한 차로별 주행가속도를 산정한 결과 하이패스 전용차로인 경우 평균 가속도는 0.618m/sec², 하이패스 차량간 합류시(구리 하행 진출부) 평균가속도는 0.460m/sec²이며 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 하이패스 차량 가속도 및 일반차량 가속도는 각각 평균 0.459m/sec² 및 0.506m/sec²로 분석되었다.
그 결과 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 하이패스차량간 합류시보다 TA분석결과 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 사고위험이 더 높은 것으로 분석되었다. 이는 차량간 상대속도차가 클수록 상충시 급감속 및 감속시간이 큼에 따라 사고위험이 높은 것으로 분석되었다.
둘째 영업소 광장 진출부 하이패스 차량과 일반차량간 상충발생시 측면상충이 더 많이 발생하며, 상대속도차가 클수록 차량 브레이크에 의한 차량 감속시간이 더 긴 것으로 나타났다.
이 연구에서는 사망 확률이 속도 자체와는 통계적 유의성이 없었으나, 속도편차와 깊은 관계가 있었다고 연구결과를 발표하였다. 따라서 사망률을 감소시키기 위해서는 속도의 편차를 최대한 감소시킬 수 있는 제한속도를 설정해야 한다고 결론지었다.
이 연구에서는 속도와 사고율의 관계를 광범위하게 조사하여 차량속도와 사고율의 관계를 U형태로 나타남을 보였는데, 차량의 속도가 평균 주행속도와 가까울 때 사고율이 가장 적고, 평균속도 보다 크거나 낮아져도 사고율이 증가함을 보였으며, 주행속도 증가에 따라 반드시 교통사고의 발생률이 증가하지 않음을 입증하였다. 또한 교통사고 기록을 통해 각 사고 차량들의 속도와 사고 시 유사한 상태에서 측정한 평균속도를 비교해 본 결과, 전반적으로 사고와 관련된 차량들이 유사한 상태에서 측정한 속도분포범위보다 높거나 낮았다고 평가하였다.
이는 차량간 상대속도차가 클수록 상충시 급감속 및 감속시간이 큼에 따라 사고위험이 높은 것으로 분석되었다. 또한 차량간 합류 시점이 영업소 진출과 가까울수록 상대속도가 큼에 따라 상충시 TA분석값이 낮은 것으로 분석되었다.
분석결과 하이패스 전용차량이 100km/h에 도달하는 거리는 약 460m이며, 하이패스 차량이 모두 80km/h를 넘는 지점은 317m로 분석되었다. 또한 하이패스 차량과 일반차량간 상대속도(△V)가 20km/h인 지점은 약 191m, 상대속도차가 15km/h 이하가 되는 지점은 약 338m인 것으로 분석되었다.
분석결과 하이패스 전용차량이 100km/h에 도달하는 거리는 약 460m이며, 하이패스 차량이 모두 80km/h를 넘는 지점은 317m로 분석되었다. 또한 하이패스 차량과 일반차량간 상대속도(△V)가 20km/h인 지점은 약 191m, 상대속도차가 15km/h 이하가 되는 지점은 약 338m인 것으로 분석되었다.
고속도로 영업소 진출부의 차량속도와 상충발생을 조사하기 위하여 실험차량법, 스피드 건 및 캠코더를 이용하였으며, 조사 후 모니터링을 통하여 속도와 상충에 대한 분석을 실시하였다. 속도 조사 및 상충으로 인한 차량 감속시간 등을 분석한 결과 차량간 상대속도가 클수록 상충으로 인한 차량 급감속이 발생한다는 문제점을 파악하였으며, 특히 운영형태가 상이한 지점들을 비교 분석함으로서 차로 운영 형태에 따라 차량간 상대속도 및 상충으로 인한 사고위험성이 다름을 확인할 수 있었다.
영업소 진출부 안전시설물 끝단부터 본선 진입시까지 하이패스 차량과 일반차량의 합류시 상충에 따른 TA분석 결과 구리영업소 하행 진출부의 경우 본선 1차로에서 하이패스와 하이패스간 합류시 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 보다 TA값이 높은 것으로 분석되었다.
이 연구에서는 사망 확률이 속도 자체와는 통계적 유의성이 없었으나, 속도편차와 깊은 관계가 있었다고 연구결과를 발표하였다. 따라서 사망률을 감소시키기 위해서는 속도의 편차를 최대한 감소시킬 수 있는 제한속도를 설정해야 한다고 결론지었다.
이 연구에서는 세계 각국의 광범위한 자료를 수집하여 분석한 결과로서 평균속도의 변화 시 예측되는 사고발생 및 인명 피해를 평균 속도 함수로 나타내었는데, 경상사고의 발생 확률 및 피해정도는 사고 전ㆍ후의 평균속도 변화비의 제곱에 비례하고, 중상은 3제곱에, 치명사고는 4제곱에 비례한다는 결과를 제시한 바 있다.
이 연구에서는 속도와 사고율의 관계를 광범위하게 조사하여 차량속도와 사고율의 관계를 U형태로 나타남을 보였는데, 차량의 속도가 평균 주행속도와 가까울 때 사고율이 가장 적고, 평균속도 보다 크거나 낮아져도 사고율이 증가함을 보였으며, 주행속도 증가에 따라 반드시 교통사고의 발생률이 증가하지 않음을 입증하였다. 또한 교통사고 기록을 통해 각 사고 차량들의 속도와 사고 시 유사한 상태에서 측정한 평균속도를 비교해 본 결과, 전반적으로 사고와 관련된 차량들이 유사한 상태에서 측정한 속도분포범위보다 높거나 낮았다고 평가하였다.
이러한 분석 결과를 바탕으로 현재 운영 중인 서울외곽순환고속도로 본선영업소 진출부 5개소에 대한 적정 광장 길이를 검토한 결과, 구리영업소를 제외한 나머지 영업소에서 차량간 상대속도차가 15km/h인 338m보다 “18~88m”가 부족한 것으로 분석되었다.
이러한 분석결과와 도로설계요령에서 제시하고 있는 영업소 설계기준을 적용한 결과 하이패스 차량과 일반차량 간 진로변경제한구간은 191m이며, 광장부 적정 길이는 하이패스 전용차량의 속도가 100km/h지점 및 상대속도 차가 15km/h 이하에 도달하는 지점을 고려할 때 338m 이상으로 광장길이를 계획하는 것이 적정한 것으로 분석되었다.
진입변경구간 산정시 V는 하이패스 평균 주행속도인 85km/h, △W는 3.5m를 적용하여 산정한 결과, 하이패스 차량간 합류시 진로변경제한구역(이중실선)은 약 100m로 분석되었다.
구간 거리가 가까울수록 TA값이 낮게 분석되어 잠재적 사고 위험이 낮은 것으로 판단할 수 있다. 차량간 상대속도가 클수록 사고위험성이 높은 것으로 분석되었다.
첫째 영업소 광장 진출부 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 차량간 상대속도 차이는 16km/h 이상으로 하이패스 차량간 합류시 상대속도차보다 높은 것으로 판단된다.
현장조사를 통해 광장부에서 나타나는 상충유형은 차로 변경으로 인한 측면상충이 대표적인 유형으로 나타났으며 후미추돌상충은 발생횟수가 매우 미비하게 나타나 본 연구에서는 측면상충을 분석유형으로 정립하였다.
현장조사에서 관측된 상대속도 및 상충에 의한 영향이 교통사고 위험성과 밀접한 관계가 있을 것으로 판단되며 특히 차량간 상대속도차에 의한 영향이 상충발생 및 사고 위험에 영향을 줄 것으로 판단된다.

후속연구

또한 하이패스 차로 설치로 인한 하이패스 차량과 일반 차량간 합류시 상충에 따른 상대속도차를 줄이고 TA값을 높여 사고위험성을 저하시키기 위하여 진로변경제한구간을 설정할 필요가 있으며, 합류시 원활한 흐름 및 안전을 위한 상대속도차가 최소 15km/h가 되도록 적정 광장길이 및 구간을 확보할 필요가 있다고 판단된다.
본 연구의 개선대안은 영업소 진출부에서 발생하는 속도차에 의한 상충으로 급감속 및 사고를 억제함으로서 영업소 내 하이패스 차로 설치시 안전성을 높여줄 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같은 분석결과를 종합해 볼 때 고소도로 영업소 하이패스 설치로 인한 안전성을 개선하기 위해서는 영업소 진출부에 대한 차로운영 개선이 필요하며, 이는 기존 하이패스와 일반차량간 합류를 하이패스 차량간 합류로 개선하여 차량간 상대속도 차를 줄이고 상충시 TA값을 줄여 사고위험성을 낮출 수 있는 차로 운영개선이 필요하다고 판단된다.
즉 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 상대속도차가 클수록 TA분석값이 높아 사고위험성이 클 것으로 분석됨에 따라 기존의 하이패스와 일반차량간의 합류방식에서 하이패스 차량간 합류방식으로 차로운영 개선이 필요하며, 이에 따라 하이패스 차량간 상충방지를 위하여 진로변경제한구간이 필요하다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ETCS는 무엇이며 어떤 특징을 가지는가?	ETCS는 유료도로의 통행료를 자동으로 징수하는 것으로서 톨게이트에서 통행료 징수에 따른 교통혼잡을 완화시키며, 수동징수로 인하여 나타나는 인력을 절감할 수 있는 효과를 볼 수 있다. ETCS는 크게 터치패스와 하이패스로 구분된다.
	하이패스는 무엇인가?	ETCS는 크게 터치패스와 하이패스로 구분된다. 터치패스는 지하철이나 버스에서 쓰이고 있는 것과 같이 가치가 저장되어 있는 전자카드를 요금소 단말기를 통하여 통행료를 징수하는 방식이고, 하이패스는 전자카드를 차량 내부의 앞 유리 중앙 하단에 부착된 차량탑재기(OBU : On Board Unit)에 삽입하여 요금소를 무정차 통과하면서 요금소 안테나 간 무선통신(또는 적외선)을 통해 통행료를 징수하는 방식이다. 위반 차량에 대해서는 자동으로 촬영하여 통행료 및 과태료를 부과할 수 있다.
	상충이 발생하는 조건은 어떻게 설정하였는가?	첫째, 영업소 진출 후 하이패스 이용차량 및 일반차량의 본선 진입시 속도 측정 둘째, 영업소 진출후 안전시설물 이후 하이패스 차량과 일반차량간 합류시 상충 발생 가능성 및 상충 횟수 측정 셋째, 하이패스 및 일반차량간 상충 발생시 브레이크 사용시간 및 횟수 측정 넷째, 구리영업소 하행 진출부의 경우 본선1차로에서 하이패스 차량간 합류시 상충 발생 가능성 및 횟수 측정

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