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UTIS를 활용한 수요 기반의 능동형 버스우선신호 제어 알고리즘에 관한 연구
A Study on the Active Transit Signal Priority Control Algorithm based on Bus Demand using UTIS 원문보기

大韓交通學會誌 = Journal of Korean Society of Transportation, v.29 no.6, 2011년, pp.107 - 116  

홍경식 (도로교통공단 교통과학연구원) ,  정준하 (도로교통공단 교통과학연구원) ,  안계형 (도로교통공단 교통과학연구원) ,  이영인 (서울대학교 환경대학원)

초록
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본 연구에서는 수도권을 중심으로 구축 운영 중인 UTIS를 활용하여 버스의 서비스 개선 및 운행 효율성을 증진함과 동시에 일반 차량의 지체를 최소화하기 위한 버스 수요 기반의 TSP 제어 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해 버스의 수요를 기반으로 버스 우선신호의 우선권 강도를 조정하는 알고리즘을 제안하였으며, 주도로의 버스 우선권 제공으로 인한 부도로의 지체 증가를 막기 위해 부도로의 포화도에 따른 우선권 강도를 조정하는 보상 알고리즘을 제안하였다. 또한 연구 결과를 CORSIM RTE를 활용할 HILS 기반의 평가시스템을 통해 효과 분석하여 현장의 적용 가능성을 검증하였다. 시뮬레이션 결과 버스의 통행시간은 10% 정도 개선 효과가 있었으나, 이 경우 전체차량의 제어지체에는 큰 영향을 받지 않음을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 국내의 대중교통 활성화 정책에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we implement an algorithm of transit signal priority control that not only maximizes service quality and efficiency of bus, but also minimizes the control delay of passenger cars using UTIS currently being deployed and operated in Seoul national capital area. For this purpose, we prop...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 7인 경우로 나누고, 각 경우에 대하여 보상알고리즘을 적용 유ㆍ무에 따른 TSP 적용 결과를 검증하였다. 그리고, 각 case에 대하여 본 연구에서 제안한 보상 알고리즘을 적용하지 않은 TSP 제공 결과도 함께 검토하고자 하였다. 시나리오 구성은 <표 4>와 같다.
  • 본 연구에서 제안한 버스 수요기반의 TSP 제어 알고리즘은 부도로의 포화도를 기반으로 보상하는 방안을 포함하고 있기 때문에 최적화된 주기 및 현시 배분 상황에서는 TSP의 효과가 그다지 크지 않을 수 있다. 따라서 주도로의 교통량은 일정하고, 부도로의 교통량이 변동하여 교통상황이 여유가 있는 경우에 대한 TSP의 효과를 검증하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 Early green, Green extension, Phase insert, Phase rotation, Phase suppression 등의 TSP 제어 기법 중 운전자들의 혼란 및 교통 흐름의 단절을 최소화하기 위하여 Early green과 Green extension 기법을 적용하여 TSP 제어 알고리즘을 구현하였다.
  • 본 연구에서는 도심에서의 버스의 운행 효율성 향상을 위하여 경찰청과 지자체가 주체가 되어 수도권에서 구축 운영 중인 UTIS를 활용하여 수요 기반의 능동형 TSP 제어 알고리즘을 개발하고, 시뮬레이션을 통해 그 효과를 평가하여 도심의 적용 가능성을 검증하였다.
  • 7로 고정하고, 부도로의 교통량(v/c)을 일정시간(15분) 간격으로 변화시켜 가면서 TSP를 제공하는 경우와 NON-TSP 상황을 비교하고자 하였다. 여기서, 교차로에 진입하는 교통량(v/c = 0.7/0.4)을 현시 보상 알고리즘에 적용된 교통량(v/c = 0.8/0.6) 기준보다 작게 설정하였는데, 이는 버스우선신호 제공으로 인하여 부도로의 v/c가 점차적으로 증가하는 동안 보상이 적용되는 임계 v/c에서의 보상 알고리즘 적용 여부를 보다 정확하게 확인하기 위한 것이다.
  • 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 버스의 통행 우선권 제공으로 인해 버스 우선신호를 제공하기 위한 각 현시별 녹색시간의 25% 범위 내에서 Range Time을 설정하고, TSP의 수요가 되는 버스의 많고 적음을 UTIS 무선통신망을 활용하여 신호제어기에서 실시간으로 파악이 가능하도록 하여 버스의 수요에 비례한 TSP 제어가 가능하도록 구현하였다. 또한 부도로 지체의 영향을 최소화하기 위한 전략도 함께 제시하였다.
  • 이에 본 연구에서는 수도권을 중심으로 구축 운영중인 도시교통정보시스템(UTIS, Urban Traffic Information System)을 활용한 능동형 TSP 제어시스템을 구현하고자 하였다. 이를 위해 버스 대중교통의 정시성 향상, 서비스 개선 및 운행 효율성을 증진함과 동시에 일반 차량의 지체를 최소화하기 위한 버스 수요 기반의 TSP 제어 알고리즘을 개발하였다.

가설 설정

  • )을 할당하여 Green extension을 적용하는 것을 기본 전제로 하였다. 또한, 버스 전용차로(중앙차로 또는 갓길차로)에서 TSP를 제공하는 것을 기본 가정으로 하였으며, TSP 제어에 따른 주기 변동의 혼란을 최소화하기 위하여 주기 및 Offset은 고정하였다.
  • 시나리오 2의 기하구조는 <그림 6>과 같으며, 동서방향으로 중앙버스전용차로가 운영 중인 강남대로의 3개 교차로(우성아파트-뱅뱅사거리-양재역) 구간을 선정하였다. 여기서 UTIS RSE는 뱅뱅사거리에 설치되어 있으며, TSP 제어 알고리즘도 이 교차로에서 남북 방향의 버스 진행 현시에 제공되는 것으로 가정하였다. 또한 <그림 6>의 3개 교차로의 신호조건은 <그림 5>에서의 교통량에 따른 주기 및 현시 배분과 동일하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수동형 TSP이란? 수동형 TSP는 센터에서 수행하는 제어 방식으로 버스 검지 유무와는 상관없이 정해진 신호계획에 따라 TSP를 제공하는 것으로 교통상황, 버스의 운행 스케줄 등을 기반으로 현시 조정 및 주기 변화를 통해 TSP가 제공되는 방식이다. 이 방식은 주어진 조건에 따라 제어되는 것으로 버스 검지 유무와 관계없이 과거 패턴자료를 통해 적용되기 때문에 예상치 못한 교통류의 변화가 발생되면 불필요한 지체를 유발할 수 있다.
능동형 시스템이 갖는 특징은? 능동형 시스템은 버스 검지유무에 따라 적절한 우선 신호가 제공되는 것으로 실시간 신호제어와 스케줄 기반 신호제어, 차두시간 기반 신호제어를 기초로 운영된다. 즉, 검지기를 통해 실시간으로 TSP를 제공해 주는 교통운영 전략으로서 세부적으로는 조건 우선신호와 비조건 우선신호로 구분된다.
수동형 TSP의 문제점은? 수동형 TSP는 센터에서 수행하는 제어 방식으로 버스 검지 유무와는 상관없이 정해진 신호계획에 따라 TSP를 제공하는 것으로 교통상황, 버스의 운행 스케줄 등을 기반으로 현시 조정 및 주기 변화를 통해 TSP가 제공되는 방식이다. 이 방식은 주어진 조건에 따라 제어되는 것으로 버스 검지 유무와 관계없이 과거 패턴자료를 통해 적용되기 때문에 예상치 못한 교통류의 변화가 발생되면 불필요한 지체를 유발할 수 있다.
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참고문헌 (9)

  1. 장상우?손승희?곽수진?이상선(2005), "단거리 전용무선통신(DSRC)를 이용한 버스우선 신호제어 시스템 개발" 2005년도 제4회 추계학술대회논문집, 한국ITS학회, pp.125-129. 

  2. 한명주?이영인(2006), "실시간신호제어시스템에서의 버스우선신호 알고리즘 정립 (중앙버스 전용 차로를 대상으로)", 대한교통학회지, 제24권 제7호, 대한교통학회, pp.101-114. 

  3. 조한선?김원호?오주택?심재익(2007), "철도건널목 인근 신호교차로에서의 우선신호 전략 비교 분석 (열차속도를 중심으로)", 대한교통학회지, 제25권 제2호, 대한교통학회, pp.17-26. 

  4. 이용택 외 2명(2005), "버스우선신호시스템 해외 운영사례 및 국내 도입 방안", 도로교통, Vol.100, pp.23-38. 

  5. 정준하?하동익?이돈주(2001), "교통신호제어시스템 성능평가 시뮬레이션 시스템 개발", 대한교통학회지, 제19권 제5호, 대한교통학회, pp.71-83. 

  6. Graham Currie, Amer Shalaby(2008), "Active Transit Signal Priority for Streetcars-Experience in Melbourne and Toronto", The 86th TRB Annual Meeting. 

  7. Ilsoo Yoon, Matthew Best, Brain Park(2007), "Evaluation of Emergency Vehicle Preemption Strategies on a Coordinated Actuated Signal System Using Hardware-in-the-Loop Simulation", The 85th TRB Annual Meeting. 

  8. Peter G. Furth, Burak Cesme, Tarannum Rima(2010), "Signal Priority Near a Major Bus Terminal: Case Study of Boston's Ruggles Station", The 88th TRB Annual Meeting. 

  9. Jianyang Zheng, Guohui Zhang, Yinhai, Burak Cesme, Tarannum Rima(2010), "Signal Priority Near a Major Bus Terminal: Case Study of Boston's Ruggles Station", The 88th TRB Annual Meeting. 

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