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문제 정의
- 본 연구에서는 2차로도로의 이상적인 조건에 대한 평균 통행속도-교통량 그리고 총지체율-교통량 관계 곡선을 재정립하기 위해서 기존 연구결과를 검토하여 관계 곡선을 정립하기 위한 방법론을 정립하였으며, 우리 나라 2차로도로의 도로·교통 여건을 조사하였다.
- 본 연구는 이상적인 조건(평지구간, 승용차로 구성, 방향별 분포도 50:50, 추월 허용구간 100%)에 대하여 평균 통행속도-총 지체율-교통량 관계 곡선을 정립한 것이다. 이상적인 조건을 만족하지 못하는 도로·교통 조건(방향별 분포 비율, 추월 허용구간 비율, 특정경사 등)이 평균 통행속도와 총 지체율에 미치는 영향정도를 반영하는 보정계수를 새롭게 정립할 필요가 있다.
가설 설정
- 우리나라 2차로도로 도로·교통 여건을 반영하기 위한 TWOPAS에 대한 정산은 현장에서 관측된 자유속도 분포와 교통량 수준에 따른 추종 차량군 비율을 적용하였다. 그러나 사용자가 정산하기 힘든 추월행위 관련 모델 매개변수 값은 우리나라에서도 같다는 가정을 하였다.
제안 방법
- 지방지역을 중심으로 도로 주변이 개발된 구간(시가지 등)을 통과하는 2차로도로는 조사대상에서 제외시켰다. 조사 대상 2차로도로에 대한 조사는 차량을 주행하면서 비디오 촬영에 의해 이루어졌다.
- 자유속도는 80km/h에서 60km/h 사이로 관측되었다. 아울러 도로용량편람 개정 및 보완연구 수행 시 수집된 2000년의 2차로 동해고속도로와 일반도로에서 관측된 속도와 교통량을 2011년에 관측된 자료와 비교하였다. 2000년과 2011년 2차로도로의 교통량 수준에 따른 속도변화는 비슷한 패턴으로 나타났다.
- 또한, 본 연구에서 관측한 자유속도 자료 이외에 2000년에 수집된 도로용량편람 개정연구에서 관측된 자유속도 자료와 같이 비교·검토하였다.
- 일방향에 대하여 교통량 수준에 따라 속도에 미치는 경향 분석 이외에 한 지점에서 이동식 검지기에 관측된 자료를 토대로 교통량 수준이 200대/시 이하, 차량간 차두시간 20초 이상, 차량길이 8m 이하인 차량을 대상으로 자유속도를 분석하였다. Fig.
- 우리나라 2차로도로 도로·교통 여건을 반영하기 위한 TWOPAS에 대한 정산은 현장에서 관측된 자유속도 분포와 교통량 수준에 따른 추종 차량군 비율을 적용하였다.
- TWOPAS에서 구현한 2차로도로 총 길이는 3km, 총 시뮬레이션 도로·교통 조건은 162개(9·9·2)인데, TWOPAS는 미시적 시뮬레이션 프로그램이기 때문에 각 시나리오별로 시뮬레이션 난수(random seed)를 달리하여 5번씩 반복 실시하여 총 810번(162·5) 시뮬레이션을 수행하였다.
- TWOPAS에서 제공하는 차량군 비율 산정 공식의 매개변수 값은 본 연구에서 현장조사를 이용하여 비선형 회귀분석을 통해 그 매개변수 값을 0.00277로 산출·적용하였다.
- 이상적인 조건에 대한 2차로도로 평균 통행속도-교통량 관계식 정립을 위해서 최대 자유속도(103km/h)와각 시뮬레이션 결과 값에 해당되는 자유속도간의 차이를 산정한 다음, 각 시뮬레이션 통행속도에 그 차이 값을 합산하였다. 이렇게 가공된 통행속도 자료와 통행속도에 대한 진행방향 교통량과 대향 교통량의 직선 함수 형태로 제안하였고, 이러한 직선 함수를 토대로 통계적 분석(PROC MIXED, SAS)을 통하여 평균 통행속도 예측 모델을 개발하였다.
- 이러한 통계적 분석 결과를 토대로 다음 식과 같이 이상적인 조건에 대한 2차로도로의 평균 통행속도-교통량 예측 모델을 제시하였다.
- 2차로도로 평균 통행속도-교통량 관계식 정립 시 적용되었던 도로·교통 조건과 TWOPAS 프로그램을 토대로 이상적인 조건에 대한 총지체율-교통량 관계를 검토하였다.
- 마찬가지로, 2차로도로 총 시뮬레이션 길이는 3km이며, 각 도로·교통 시나리오별로 난수를 달리하여 5번씩 반복 실시하여 총 810번(9·9·2·5) 시뮬레이션을 수행하였다.
- 각 도로·교통 조건별로 자유속도와 시뮬레이션으로부터 평균 통행속도를 비교하여 총지체율을 산정하였다.
- 시뮬레이션으로부터 도출된 총지체율-진행방향과 대향 교통량 패턴과 기존 연구결과를 토대로 다음과 같은 지수 관계식을 제안하였다. 제안된 모델을 가지고 비선형 회귀분석(PRO NLMIXED, SAS)을 수행하였으며, Table 3과 Fig.
- 비선형 회귀분석 결과를 토대로 이상적인 조건에 대한 2차로도로 총지체율-교통량 관계 곡선과 산정 모델을 제시하였다. 대향 교통량 800(승용차/시)와 1000(승용차/시), 1200(승용차/시)에서 1600(승용차/ 시)에 대한 총지체율-교통량 관계 패턴을 비교한 결과, 총지체율에 미치는 교통량 수준의 영향 정도가 유사한 것으로 나타났다.
- 1. 자유속도 100km/h와 80km/h 이외에 90km/h와 70km/h에 대한 평균 통행속도-교통량 관계 곡선을 추가하였다. 이것은 도로·교통 조사에 의하면 현 2차로도로는 연속류 교통특성뿐만 아니라 단속류 교통특성도 혼재되었거나 보다 열악한 2차로 기하구조 조건이 더 다양한 자유속도가 존재하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 국내 2차로도로 도로·교통여건을 조사하기 위하여 연평균 일교통량(AADT)이 10,000대/일 이상인 유형 II 에 해당되는 2차로도로 중 무작위로 선정하여 총 70개 구간을 대상으로 도로·교통현황을 조사하였다.
- 조사지점은 교통량 이외에 속도에 영향을 미치는 다른 도로·교통 요인이 없는 구간으로, 차로 폭이 3.5m 이상이며 평지·직선 구간, 추월이 허용되지 않는 구간에 해당된다.
- 2차로도로 유형에 대한 교통류 특성을 분석하기 위해 이동식 장비, NC-97을 설치하여 각 지점에서 속도와 교통량 자료를 수집하였다. 조사지점은 교통량 이외에 속도에 영향을 미치는 다른 도로·교통 요인이 없는 구간으로, 차로 폭이 3.
- 5m 이상이며 평지·직선 구간, 추월이 허용되지 않는 구간에 해당된다. 국내 2차로도로 중 최상위 수준의 도로인 88고속도로(제한속도 80km/h)의 몇 개 지점에서 교통자료를 수집하였다. 88고속도로는 기존 도로용량편람(2001)의 유형 정의에 따르면 2차로도로 유형 I에 해당된다.
- 분석 결과에 의하면, 자유속도는 110km/h에서 70km/h 사이로 관측되었으며, 속도와 교통량 관계는 직선 관계로 속도는 교통량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 제한속도 60km/h인 2차로 지방도 두 개 지점(강화도, 일산)에서 이동식 검지기(NC-97)를 설치하여 속도와 교통량 자료를 수집하였다. 기존 도로용량편람 (2001)의 2차로도로 유형구분 기준에 따르면 두 개의 지방도는 유형 II에 해당된다.
데이터처리
- 이상적인 조건에 대한 2차로도로 평균 통행속도-교통량 관계식 정립을 위해서 최대 자유속도(103km/h)와각 시뮬레이션 결과 값에 해당되는 자유속도간의 차이를 산정한 다음, 각 시뮬레이션 통행속도에 그 차이 값을 합산하였다. 이렇게 가공된 통행속도 자료와 통행속도에 대한 진행방향 교통량과 대향 교통량의 직선 함수 형태로 제안하였고, 이러한 직선 함수를 토대로 통계적 분석(PROC MIXED, SAS)을 통하여 평균 통행속도 예측 모델을 개발하였다. Table 2는 진행방향 교통량과 대향 교통량 수준에 따른 통행속도에 영향을 미치는 정도를 보여주고 있는데, 진행방향과 대향 교통량 수준에 따라 통행속도가 직선으로 감소하는 관계로 통계적으로 유의한 것으로 분석되었다.
- 시뮬레이션으로부터 도출된 총지체율-진행방향과 대향 교통량 패턴과 기존 연구결과를 토대로 다음과 같은 지수 관계식을 제안하였다. 제안된 모델을 가지고 비선형 회귀분석(PRO NLMIXED, SAS)을 수행하였으며, Table 3과 Fig. 11은 대향 교통량 수준별로 관련 비선형 모델의 매개변수 값들에 대한 통계적 결과와 관측값과 이론값 간의 비교를 보여주고 있다. 매개변수 값들은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
이론/모형
- 대향 차로를 이용하여 저속차량을 추월하는 2차로도로의 교통운영 특성을 서비스수준 분석에 고려하기 위해서 한국도로용량편람(1992)에서는 지체시간 백분율 (PTSF, Percent Time-Spent-Following)과 평균 통행속도를 효과척도로 적용하였다. 그러나 설계속도 80km/h 이상의 도로를 대상으로 했기 때문에 분석 방법론의 적정성에 의문이 제기 되었고, 활용도가 충분히 높지 않았다.
- 현재 2차로도로를 구현할 수 있는 micro-simulation은 VISSIM, Paramics, TWOPAS 등이 있지만, TWOPAS를 제외한 프로그램은 대향 차로를 이용하여 저속차량을 추월하는 행위를 구현하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 2차로 도로 TWOPAS 모델을 선정하였다. 우리나라 2차로도로 도로·교통 여건을 반영하기 위한 TWOPAS에 대한 정산은 현장에서 관측된 자유속도 분포와 교통량 수준에 따른 추종 차량군 비율을 적용하였다.
- 다음과 같은 실험조건을 2차로도로 평균 통행속도교통량 관계 곡선을 정립하기 위해서 TWOPAS 모델에 적용하였다.
- 평균 통행속도-총 지체율-교통량 관계 곡선 검토 및 재정립을 위해서, micro-simulation 프로그램인 TWOPAS 모델을 적용하였다. 승용차 자유속도와 추종 차량 비율은 우리나라 2차로도로에서 관측된 자료를 토대로 TWOPAS 모델에 반영하였다.
- 평균 통행속도-총 지체율-교통량 관계 곡선 검토 및 재정립을 위해서, micro-simulation 프로그램인 TWOPAS 모델을 적용하였다. 승용차 자유속도와 추종 차량 비율은 우리나라 2차로도로에서 관측된 자료를 토대로 TWOPAS 모델에 반영하였다. 현장자료와 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 2차로도로의 평균 통행속도-총 지체율-교통량 관계 곡선을 재정립한 결과, 2001년 도로용량편람과의 차이점은 다음과 같다.
성능/효과
- Tapio Luttinen 연구(2006)는 핀란드의 2차로도로에서 관측된 교통량 자료를 토대로 속도-교통량 관계 곡선을 정립하고, 이를 통하여 방향별 분포비에 따른 통행속도와 용량에 미치는 영향을 정량적으로 제시하였다. 통행속도와 교통량 관계 곡선은 직선 관계보다는 곡선 관계가 더 적합한 것으로 나타났다. 또한, 대향 방향 교통량의 영향을 받는 것으로 분석되었다(R.
- 또한, 추월허용 구간은 조사구간의 총 길이 554.1km 중에서 5.3km(약 1%)로 대부분 2차로도로에서 추월허용 구간을 설치·운영하지 않는 것으로 나타났다.
- 모든 조사 대상구간의 제한속도는 60km/h이다. 조사결과에 의하면, 평균 신호등 밀도는 0.28개/km, 황색 점멸 신호등 밀도는 0.57개/km, 그리고 비신호교차로 밀도는 1.97개/km로 각각 나타났다. 2차로도로는 신호교차로간 간격이 2km 이상이며, 대부분 부도로와 교차하는 지점은 비신호교차로나 황색 점멸 신호등으로 운영되는 것으로 나타났다.
- 5는 이도로의 속도-교통량 관계를 보여주고 있다. 분석 결과에 의하면, 자유속도는 110km/h에서 70km/h 사이로 관측되었으며, 속도와 교통량 관계는 직선 관계로 속도는 교통량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 제한속도 60km/h인 2차로 지방도 두 개 지점(강화도, 일산)에서 이동식 검지기(NC-97)를 설치하여 속도와 교통량 자료를 수집하였다.
- 2차로도로 유형 I에 해당되는 88고속도로에서 관측된 승용차 자유속도는 95km/h(표준편차 15.4km/h)로 제한속도보다 약 15km/h 높게 나타났다. 2001년 자료의 경우 동해고속도로에서 관측된 평균 자유속도는 103km/h(표준편차 17.
- 8km/h)로 분석되었다. 비교분석 결과에 의하면, 2차로도로 유형별 자유속도는 현재와 과거 간에 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 또한, 같은 2차로도로 유형이라도 자유속도가 다르다는 것을 알 수 있다.
- 8은 시뮬레이션 결과 자유속도, 진행방향과 대향 교통량 수준별 평균 통행속도에 미치는 영향 정도를 보여주고 있다. 시뮬레이션의 평균 통행속도-교통량 관계 패턴은 앞에서 언급한 현장 관측자료의 평균 통행속도-교통량 경향과 같이 통행속도는 교통량 증가에 거의 직선관계로 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 10은 진행방향과 대향 교통량 수준별로 총지체율에 미치는 영향을 보여주고 있다. 이상적인 조건에서 총지체율은 진행방향과 대향 교통량 수준이 증가할수록 로그 곡선 형태로 증가하는 것으로 나타났다. 총지체율이 교통량 수준에 따라 직선 형태로 영향을 미치는 것으로 제시한 기존 한국도로용량편람과 다소 다른 결과를 보여주고 있다.
- 11은 대향 교통량 수준별로 관련 비선형 모델의 매개변수 값들에 대한 통계적 결과와 관측값과 이론값 간의 비교를 보여주고 있다. 매개변수 값들은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
- 2. 기존 총 지체율-교통량 관계 곡선은 대향 교통량에 따른 총 지체율에 미치는 영향 정도를 반영하지 않았 으며, 도로 유형으로 구분하여 직선 관계 형태로 제시하였다. 그러나 시뮬레이션 결과와 기존 연구결과에 의하면, 총 지체율은 교통량 수준에 따라 직선 관계보다는 곡선 형태로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 기존 총 지체율-교통량 관계 곡선은 대향 교통량에 따른 총 지체율에 미치는 영향 정도를 반영하지 않았 으며, 도로 유형으로 구분하여 직선 관계 형태로 제시하였다. 그러나 시뮬레이션 결과와 기존 연구결과에 의하면, 총 지체율은 교통량 수준에 따라 직선 관계보다는 곡선 형태로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 대향 교통량 수준별로 총 지체율에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
- 그러나 시뮬레이션 결과와 기존 연구결과에 의하면, 총 지체율은 교통량 수준에 따라 직선 관계보다는 곡선 형태로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 대향 교통량 수준별로 총 지체율에 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 이러한 다양한 2차로도로의 도로·교통 조건을 반영하기 위해서 현재 정립된 자유속도를 더 세분화하여 제시할 필요가 있다. 또한, 직선 형태로 변화되는 총지체율-교통량 관계 곡선에 대한 적합성을 검토할 필요가 있다.
- 따라서, 2차로도로 도로·교통여건 조사자료와 유형별 자유속도 분포도 검토 결과를 토대로 2001년 도로용량 편람에서 정립한 100km/h와 80km/h 자유속도를 더 세분화하여 평균 통행속도-교통량 관계곡선을 정립할필요가 있다.
- 이상적인 조건을 만족하지 못하는 도로·교통 조건(방향별 분포 비율, 추월 허용구간 비율, 특정경사 등)이 평균 통행속도와 총 지체율에 미치는 영향정도를 반영하는 보정계수를 새롭게 정립할 필요가 있다. 비록 TWOPAS 모델에 우리나라 2차로도로에서 관측된 자유속도 분포도와 추종 차량 비율을 반영하였지만, 다양한 도로·교통 조건에 따른 현장 관측 교통류 자료를 수집하여 시뮬레이션 결과와 타당성 검토를 할 필요가 있다. 마지막으로 신호교차로와 같은 단속류 도로·교통 특성이 혼재된 2차로도로에 대한 서비스분석 방법론도 재정립이 필요하다.
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