고속도로 분기부 연결로상에서는 연속되는 유출형태가 나타나게 되어, 주행상의 안전성을 고려한 1차, 2차 분류지점 간 적정 이격거리(L)를 확보하는 것은 매우 중요한 사항이다. 본 연구에서는 현행 도로설계 지침에서 제시한 240m라는 동일한 설계기준을 적용하는 대신에, 동 구간에서 운전자에게 필요한 인지반응시간과 차로변경시간을 고려한 적정 이격거리를 산정하는 방식을 제안하였다. 특히 인지반응시간과 관련하여 정지시거 계산에 활용되는 기존의 2.5초와 더불어 기하구조 상의 특성을 고려한 판단시거 계산에 활용되는 보다 긴 인지반응시간을 추가적으로 고려하였다. 더불어 적정 이격거리 산정의 타당성을 확인하기 위해 고속도로 분기점 중 사고가 잦은 네 개의 분기점을 대상으로 교통사고 발생현황을 조사하여, 본 연구에서 검토한 적정 이격거리 산정방법을 적용하여 최소 이격거리를 도출하여 보았다. 연구 결과, 현재의 기준치가 정지시거를 중심으로 할 때는 충분한 최소 이격거리를 제시하고 있지만 판단시거를 중심으로 할 때는 충분하지 못하다는 점을 확인할 수 있었다. 사고가 잦은 현장에서 조사한 차량들의 실제 주행속도가 설계속도와 비교해 월등히 높은 점을 감안한다면, 지침에서 제시하는 것과 같은 획일적인 이격거리의 적용보다는 예상되지 못한 상황을 가정하여 적정 이격거리를 구하게 되는 판단시거를 중심으로 한 이격거리 계산과 설계가 오히려 더 설득력 있을 것으로 사료된다.
고속도로 분기부 연결로상에서는 연속되는 유출형태가 나타나게 되어, 주행상의 안전성을 고려한 1차, 2차 분류지점 간 적정 이격거리(L)를 확보하는 것은 매우 중요한 사항이다. 본 연구에서는 현행 도로설계 지침에서 제시한 240m라는 동일한 설계기준을 적용하는 대신에, 동 구간에서 운전자에게 필요한 인지반응시간과 차로변경시간을 고려한 적정 이격거리를 산정하는 방식을 제안하였다. 특히 인지반응시간과 관련하여 정지시거 계산에 활용되는 기존의 2.5초와 더불어 기하구조 상의 특성을 고려한 판단시거 계산에 활용되는 보다 긴 인지반응시간을 추가적으로 고려하였다. 더불어 적정 이격거리 산정의 타당성을 확인하기 위해 고속도로 분기점 중 사고가 잦은 네 개의 분기점을 대상으로 교통사고 발생현황을 조사하여, 본 연구에서 검토한 적정 이격거리 산정방법을 적용하여 최소 이격거리를 도출하여 보았다. 연구 결과, 현재의 기준치가 정지시거를 중심으로 할 때는 충분한 최소 이격거리를 제시하고 있지만 판단시거를 중심으로 할 때는 충분하지 못하다는 점을 확인할 수 있었다. 사고가 잦은 현장에서 조사한 차량들의 실제 주행속도가 설계속도와 비교해 월등히 높은 점을 감안한다면, 지침에서 제시하는 것과 같은 획일적인 이격거리의 적용보다는 예상되지 못한 상황을 가정하여 적정 이격거리를 구하게 되는 판단시거를 중심으로 한 이격거리 계산과 설계가 오히려 더 설득력 있을 것으로 사료된다.
When an expressway intersects another expressway, a unique connector needs to be designed between the two consecutive exit ramps. In such a case, it is important to design a connector such that there is enough distance for drivers to find their way safely. A current design manual in Korea prescribes...
When an expressway intersects another expressway, a unique connector needs to be designed between the two consecutive exit ramps. In such a case, it is important to design a connector such that there is enough distance for drivers to find their way safely. A current design manual in Korea prescribes the minimum length of the connector as 240 m. In this research, we have suggested a method for calculating the minimum length of a connector in order to check the feasibility of the currently prescribed length. For this purpose, we have attempted to determine the total perception-reaction time and lane-changing time required by a driver. For determining the driver's perception-reaction time, we have used the driver's decision time in addition to the conventional 2.5 s of perception-reaction time for stopping sight distances. We have considered both the design speed and the average travel speed for the calculation of the length. To evaluate the accuracy of the new method, we have chosen four sites on expressways for which relatively high accident rates were recorded. As a result, we could verify that the current limit (240 m) was sufficient for drivers to be able to change lanes in the given specific geometry. However, the prescribed limit should be revised in case the drivers' decision time is considered to be their perception-reaction time. All new approaches for calculating the ideal length of a connector have been carried out by taking into account the design speed as well as the average travel speed. Owing to the characteristics of the specific geometry for two consecutive exit ramps and the large difference between the design speed and the average travel speed in the objective areas, it is more realistic to use the proposed method by keeping the decision time equal to a driver's perception-reaction time, in order to determine the ideal distance that should be maintained between two consecutive exit ramps.
When an expressway intersects another expressway, a unique connector needs to be designed between the two consecutive exit ramps. In such a case, it is important to design a connector such that there is enough distance for drivers to find their way safely. A current design manual in Korea prescribes the minimum length of the connector as 240 m. In this research, we have suggested a method for calculating the minimum length of a connector in order to check the feasibility of the currently prescribed length. For this purpose, we have attempted to determine the total perception-reaction time and lane-changing time required by a driver. For determining the driver's perception-reaction time, we have used the driver's decision time in addition to the conventional 2.5 s of perception-reaction time for stopping sight distances. We have considered both the design speed and the average travel speed for the calculation of the length. To evaluate the accuracy of the new method, we have chosen four sites on expressways for which relatively high accident rates were recorded. As a result, we could verify that the current limit (240 m) was sufficient for drivers to be able to change lanes in the given specific geometry. However, the prescribed limit should be revised in case the drivers' decision time is considered to be their perception-reaction time. All new approaches for calculating the ideal length of a connector have been carried out by taking into account the design speed as well as the average travel speed. Owing to the characteristics of the specific geometry for two consecutive exit ramps and the large difference between the design speed and the average travel speed in the objective areas, it is more realistic to use the proposed method by keeping the decision time equal to a driver's perception-reaction time, in order to determine the ideal distance that should be maintained between two consecutive exit ramps.
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문제 정의
표 3에서 보듯이 장성분기점의 경우 설계속도는 50km/h이지만, 실제 현장속도를 검측한 결과 85%순위 주행속도가 108km에 달하는 것으로 나타났다. 결국 안전을 고려한 적정 이격거리를 검토할 경우 설계속도 만을 고려해서는 한계가 있을 수 밖에 없으며, 따라서 본 연구에서는 주행속도 조사결과를 이격거리 산정시 고려해 보았다.
특히 교차하는 고속도로의 양방향 접근을 가능하게 할 목적으로 1차 분기 후 2차 분기하는 형식이 일반화 되어 있기 때문에 이에 대한 정보가 충분하지 않거나 운전자가 진행방향이나 해당 기하구조에 익숙하지 않을 경우 사고의 위험이 더욱 커질 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 연결로상에서 발생하는 연속 분류지점 간의 적정 이격거리를 산정하는 방법을 검토하고자 한다.
연결부상의 연속 유입형식은 별도의 방향선택 과정이 필요없는 1차 합류 후, 2차 합류 형식인 반면, 연속 유출형식은 1차 분기 후, 2차 분기 시 엇갈림현상(Weaving) 등이 발생하는 등 복잡한 형태의 교통류 특성을 보이기 때문에 별도의 설계기준이 필요하다. 따라서 비교적 사고위험이 높고 복잡한 교통류 현상이 발생되는 연결부상 연속 유출형태를 본 연구의 대상으로 하여 적정 이격거리를 산정하고자 하였다.
또한, 본 연구에서는 고속도로 분기점 연결로의 설계속도와 더불어 이를 이용하는 교통류의 평균 주행속도까지 검토 하였는데, 이는 속도라는 관점에서 본선과 연결로 간의 설계 일관성 문제를 언급하기 위해서이다. 각종 설계기준에는 본선 설계속도가 100km/h인 경우 분기점 연결로상의 교통류가 평균적으로 50~60km/h의 주행속도를 보일 것으로 예상하고 있으나, 본 연구를 통해 연결로 상을 주행하는 차량들의 실제 속도를 조사한 결과 85%순위 주행속도가 78~108km/h로 예상속도를 18~58km/h정도 상회하고 있어 이러한 평균 주행속도를 고려할 경우 연결로 설계속도를 본선과 비교해 크게 차이 나게 하는 것은 안전 측면에서 불리하며, 더불어 연결로 설계속도를 상향한다는 가정 하에 접속단 간의 최소 이격거리가 설계기준에 제시된 값보다 커져야 함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 고속도로 분기점 연결로상 연속되는 분류지점간 적정 이격거리를 산정하는 방법론을 개발하였다. 또한현 지침(국토해양부, 2009d)에 제시되어 있는 1, 2차 분기점 간의 최소 이격거리(240m)에 대한 재검토를 통해 기준값 정립에 대한 근거를 찾아보고자 하였다.
본 연구는 고속도로의 대표적인 사고취약시설인 고속도로 분기점이 가지는 설계상의 문제점을 검토하고, 보다 나은 설계 대안을 제시할 목적으로 수행되었다.
본 연구에서는 고속도로 분기점 연결로상 연속되는 분류지점간 적정 이격거리를 산정하는 방법론을 개발하였다. 또한현 지침(국토해양부, 2009d)에 제시되어 있는 1, 2차 분기점 간의 최소 이격거리(240m)에 대한 재검토를 통해 기준값 정립에 대한 근거를 찾아보고자 하였다.
본 연구에서는 고속도로 분기점에 발생하는 연속 유출형식의 연결로 설계시 활용할 수 있는 1, 2차 분기점 간의 적정 이격거리에 관한 새로운 접근 방법을 제시하였다. 최소한의 기준을 마련하는 것으로 교통안전을 담보할 수 없다는 점에서 ‘안전을 고려한’ 적정 이격거리 기준을 마련하는데 참고할 수 있는 새로운 접근법이 될 것으로 사료된다.
상기와 같은 사고조사와 더불어 네 지점이 실제로 일반적인 유출입 시설에 비해 사고 가능성이 높은 지점인지 알아보기 위해 유출입 시설5)의 평균 사고율을 검토해 보았다. 인터체인지의 경우 일반적으로 4개의 램프를, 분기점의 경우 일반적으로 8개의 램프를 가진다고 할 때 1,600개의 램프부가 존재한다고 볼 수 있으며 지난 3년간의 사고를 기준으로 할 때 램프부에서 800여 건의 사고가 발생했으므로 평균적으로 램프당 3년 동안 0.
즉, 운전자의 인지반응시간과 차로변경시간을 고려한 분류 지점 간 이격거리를 산정함으로써, 동 구간에 익숙하지 않은 운전자까지도 1차 분기 후 2차 분기에 대한 정보 인식 및 의사결정을 원활히 할 수 있도록 하고자 하였다.
제안 방법
더불어 본선과의 속도차이를 고려하지 않아 안전측면에서 문제가 있다고 판단되는 ‘설계속도’에 근거한 이격거리 계산에 대한 대안제시를 위해 차량들의 실제 주행속도에 대한 85%순위 평균을 적정 이격거리 검토시 활용하였다.
공학적으로 판단할때 최소한의 기준을 만족시키기 위해서는 정지시거를 기준으로 할 수 있을 것이나 안전을 고려한 기준을 설정하고자 할 때에는 AASHTO에서 권장하는 바와 같이 판단시거를 기준으로 할 필요가 있다고 본다. 따라서 본 연구에서는 인지반응시간에 따른 이격거리분(L1)을 산정하는데 있어, 정지 시거를 기준으로 한 경우(L11)와 판단시거를 기준으로 한 경우(L12)로 구분하여 검토하였다.
먼저 1, 2차 분기점간의 최소이격거리의 산정은 운전자의 인지반응과 차로변경 행위를 고려한 적정 이격거리를 산정하는 방식을 제안하였다. 특히 인지반응에 필요한 시간을 정지시거 계산에 사용하는 2.
본 비교에서는 대상 분기점들의 설계속도와 85%순위 주행속도를 기준으로 소요되는 1, 2차 분기점간의 이격거리를 따로 구분하여 검토하였다.
본 연구대상은 상기한 4가지 형식 중에서, 연결부상의 연속적인 유출형식으로 정하였다. 그림 1에서 보듯이, 연결부상 연속 유입은 교차된 고속도로의 양방향에서 유입되는 교통류가 1차적으로 합류하고, 또한 교차 고속도로 본선에 합류하는 형태가 된다.
본 연구에서는 운전자의 반응시간을 고려한 이격거리분(L11, L12)과 차로변경행위를 고려한 이격거리분(L2)을 고려하여 적정 이격거리(L)를 산정하되, 연결로의 설계속도와 실제 주행속도를 감안하였다.
사례분석을 위해 사고가 잦은 지점으로 선택된 4개의 고속도로 분기점에 대해 현행 기준, 정지시거 기준 적정 이격 거리, 판단시거 기준 적정 이격거리 등의 세 가지 이격거리 값들을 비교검토 하였다. 특히 본 검토 과정에서 설계속도, 85%순위 평균 주행속도 등을 활용하였다.
더불어 지침에서 제시한 차로 변경에 필요한 변이구간의 적용값9)도 함께 제시하였다. 여기서는 식에 사용되는 유출 변이부 도달속도 항목에 1차 분기 이후 연결로 설계속도(50~80km/h) 및 85%순위 주행속도(80~110km/h)를 대입해 차로변경에 필요한 길이를 구했다.
인지반응 시간과 차로변경에 소요되는 시간을 동시에 고려 하여 1, 2차 분기점 간 이격거리를 찾을 수 있다. 여기서는 인지반응 시간을 정지시거와 판단시거 두 가지 기준으로 구분하였으므로, 전체 이격거리 역시 두 가지를 따로 구하였다. 먼저 정지시거 기준에 근거한 1, 2차 분기점간의 이격거리를 정리해 보면 표 9와 같다.
사례분석을 위해 사고가 잦은 지점으로 선택된 4개의 고속도로 분기점에 대해 현행 기준, 정지시거 기준 적정 이격 거리, 판단시거 기준 적정 이격거리 등의 세 가지 이격거리 값들을 비교검토 하였다. 특히 본 검토 과정에서 설계속도, 85%순위 평균 주행속도 등을 활용하였다.
먼저 1, 2차 분기점간의 최소이격거리의 산정은 운전자의 인지반응과 차로변경 행위를 고려한 적정 이격거리를 산정하는 방식을 제안하였다. 특히 인지반응에 필요한 시간을 정지시거 계산에 사용하는 2.5초와 판단시거 계산에 사용하는 10초 이상 등 두 가지로 구분하여 검토하였다.
이 같은 단순한 비교를 통해서도 상기 네 지점이 다른 지점에 비해 사고가 많이 발생하고 있음을 알 수 있다. 표 5에서는 지난 3년간 고속도로 램프부에서 발생한 교통사고6)에 대한 자료를 고속도로에서 발생한 전체 교통사고에 대한 자료와 비교해 보았다.
대상 데이터
본 연구를 통해 도출된 이격거리 값들과 현행 지침의 최소 이격거리 240m를 본 연구의 대상이 되는 4개 분기점이 가지는 이격거리와 비교하여 표 11, 표 12 및 표 13에 제시하였다.
성능/효과
또한, 본 연구에서는 고속도로 분기점 연결로의 설계속도와 더불어 이를 이용하는 교통류의 평균 주행속도까지 검토 하였는데, 이는 속도라는 관점에서 본선과 연결로 간의 설계 일관성 문제를 언급하기 위해서이다. 각종 설계기준에는 본선 설계속도가 100km/h인 경우 분기점 연결로상의 교통류가 평균적으로 50~60km/h의 주행속도를 보일 것으로 예상하고 있으나, 본 연구를 통해 연결로 상을 주행하는 차량들의 실제 속도를 조사한 결과 85%순위 주행속도가 78~108km/h로 예상속도를 18~58km/h정도 상회하고 있어 이러한 평균 주행속도를 고려할 경우 연결로 설계속도를 본선과 비교해 크게 차이 나게 하는 것은 안전 측면에서 불리하며, 더불어 연결로 설계속도를 상향한다는 가정 하에 접속단 간의 최소 이격거리가 설계기준에 제시된 값보다 커져야 함을 알 수 있었다.
검토결과 세 가지 기준을 모두 통과하여 만족스런 이격거리를 가진 것으로 나타난 곳은 만종분기점 뿐 이었으며, 나머지 세 곳은 안전을 고려한 적정 이격거리 검토를 통해 개선이 필요한 것으로 나타났다.
다만 사고발생시 얼마나 많은 사망자가 발생하였는지를 보여주는 교통사고 치사율에 있어서는 고속도로의 경우 0.11명/건으로 일반국도(0.05명/건)나 지방도(0.05명/건)에 비해 높은 수치를 보임으로써 사고발생 가능성은 낮지만 사고발생시 상대적으로 인명피해가 심각한 사고일 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 고속도로를 이용하는 차량들의 평균 주행속도가 타 도로에 비해 높다는 점으로 자연스럽게 설명될 수 있다고 본다.
따라서, 정지시거 뿐만 아니라 판단시거의 정의에 의한 운전자 인지반응시간과 차로변경시간에 대한 통합 검토를 통해 최소 기준이 아닌 안전을 고려한 적절한 이격거리를 찾는 것이 궁극적으로 연속 유출형식을 가지는 분기점 연결부의 안전을 도모할 수 있을 것으로 판단하였다.
마지막으로 판단시거를 기준으로 한 새로운 이격거리 계산에 의하면 현행 기준 검토 때와 마찬가지로 만종분기점 한군데만 적정 이격거리를 만족시키는 것으로 나타났다. 본 검토에서는 대상 분기점을 모두 지방부 도로에 존재하는 것으로 가정하고 가장 짧은 판단시거 조건을 적용하였음에도 불구하고 충분한 이격거리를 갖지 못하는 것으로 나타났다.
마지막으로 판단시거를 기준으로 한 새로운 이격거리 계산에 의하면 현행 기준 검토 때와 마찬가지로 만종분기점 한군데만 적정 이격거리를 만족시키는 것으로 나타났다. 본 검토에서는 대상 분기점을 모두 지방부 도로에 존재하는 것으로 가정하고 가장 짧은 판단시거 조건을 적용하였음에도 불구하고 충분한 이격거리를 갖지 못하는 것으로 나타났다.
검토결과 현행 기준을 만족하는 이격거리를 가진 곳은 만종분기점 한 군데 뿐이었다. 정지시거를 기준으로 한 새로운 이격거리 계산에 의하면 설계속도를 기준으로는 김천, 장성, 만종분기점 들이 적정 이격거리를 가진 것으로 검토되었으나, 평균 주행속도를 기준으로 할 경우는 역시 만종분기점 한 군데만 적정 이격거리를 만족시키고 있었다.
주요 사고유형으로는 제어되지 못한 차량이 시설물과 충돌하는 차-시설 사고가 두드러지며(총 18건 중 13건으로 72%에 달함), 사고원인을 살펴볼 때도 차량의 조향과 관계있는 ‘핸들과대조작’이 전체사고의 33%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
현행 지침 상 연결로상의 최고 설계속도는 80km/h 이하이나, 실제 연결로상의 차량 주행속도를 관측해 보면 100km/h 이상이 검지되고 있다. 표 3에서 보듯이 장성분기점의 경우 설계속도는 50km/h이지만, 실제 현장속도를 검측한 결과 85%순위 주행속도가 108km에 달하는 것으로 나타났다. 결국 안전을 고려한 적정 이격거리를 검토할 경우 설계속도 만을 고려해서는 한계가 있을 수 밖에 없으며, 따라서 본 연구에서는 주행속도 조사결과를 이격거리 산정시 고려해 보았다.
표 9에서 보듯이 해당 속도별로 계산된 정지시거 기준 인지반응 시간에 따른 이격거리(L11)와 차로변경에 소요되는 시간에 따른 이격거리(L2)의 합에 비해 지침에서 제시한 분기점에서의 1, 2차 분기점간 최소 이격거리 240m가 속도에 관계없이 항상 긴 것으로 나타났다.
후속연구
더불어, 본 검토과정에서 도출된 연결로 상의 설계속도와 85%순위 평균주행속도와의 차이는 궁극적으로 연결로 상에서의 교통사고와 직결된다는 점에서 추가적인 연구 및 개선이 시급하다 하겠다. 본선의 속도와 연결로 상에서의 속도 차이를 파악해 이를 줄일 수 있는 방법이 제시되어야 할 것이다.
또한 1, 2차 연속 분기점을 가진 특수 기하구조를 대상으로 할 경우 정지시거 및 판단시거 자체에 대한 검토도 신속히 추가되어야 할 사안이다.
더불어, 본 검토과정에서 도출된 연결로 상의 설계속도와 85%순위 평균주행속도와의 차이는 궁극적으로 연결로 상에서의 교통사고와 직결된다는 점에서 추가적인 연구 및 개선이 시급하다 하겠다. 본선의 속도와 연결로 상에서의 속도 차이를 파악해 이를 줄일 수 있는 방법이 제시되어야 할 것이다.
최소한의 기준을 마련하는 것으로 교통안전을 담보할 수 없다는 점에서 ‘안전을 고려한’ 적정 이격거리 기준을 마련하는데 참고할 수 있는 새로운 접근법이 될 것으로 사료된다.
Olson, P. L., Cleveland, D. E., Fancher, P. S., Kostyniuk, L. P., and Schneider, L. W. (1984) Parameters Affecting Stopping Sight Distance, NCHRP Report 270, National Research Council, Washington, D.C.
Triggs, T. and Harris, W. G. (1982) Reaction Time of Drivers to Road Stimuli, Human Factors Report HFR-12, Monash University, Clayton, Australia.
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