영상검지기 기반 반감응 신호제어시스템의 성능평가 및 효과분석 방법론에 관한 연구 Study on Performance and Effectiveness Evaluation Method for Semi-Actuated Signal Control Systems based on Image Detectors원문보기
국내에 교통량의 변동을 고려하기 위하여 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어시스템의 설치가 증가하고 있지만 그러한 반감응 신호제어시스템의 도입효과 및 성능을 평가하기 위한 절차 및 방법론은 아직까지 수립되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 효과분석 및 성능평가를 위한 방법론을 수립하였다. 개발된 방법론에서는 반감응 신호제어시스템의 특성을 고려하여 교통환경 개선 파악에 유용한 효과척도와 조사항목이 우선 설정되었고, 현장조사와 평가를 통해 시스템의 성능 및 도입에 따른 교통환경의 개선효과를 파악할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 또한 본 연구에서는 개발된 방법론을 파주시 반감응 신호제어시스템에 대해서 사례 분석을 실시하였다. 단일교차로와 간선축으로 구분된 사례분석에서 교통량, 통행속도 항목과 신호효율측면의 현시이용효율, 연동효율 등 선정된 효과척도 분석결과 시스템 도입에 따라 일정수준의 개선효과가 있는 것으로 나타났다.
국내에 교통량의 변동을 고려하기 위하여 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어시스템의 설치가 증가하고 있지만 그러한 반감응 신호제어시스템의 도입효과 및 성능을 평가하기 위한 절차 및 방법론은 아직까지 수립되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 효과분석 및 성능평가를 위한 방법론을 수립하였다. 개발된 방법론에서는 반감응 신호제어시스템의 특성을 고려하여 교통환경 개선 파악에 유용한 효과척도와 조사항목이 우선 설정되었고, 현장조사와 평가를 통해 시스템의 성능 및 도입에 따른 교통환경의 개선효과를 파악할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 또한 본 연구에서는 개발된 방법론을 파주시 반감응 신호제어시스템에 대해서 사례 분석을 실시하였다. 단일교차로와 간선축으로 구분된 사례분석에서 교통량, 통행속도 항목과 신호효율측면의 현시이용효율, 연동효율 등 선정된 효과척도 분석결과 시스템 도입에 따라 일정수준의 개선효과가 있는 것으로 나타났다.
Even though the semi-actuated signal control system based on image detectors has been spreading in Korea, any appropriate methods to evaluate the effectiveness and performance has not been established yet. Therefore, this research effort is aiming at developing a systematic method for evaluating the...
Even though the semi-actuated signal control system based on image detectors has been spreading in Korea, any appropriate methods to evaluate the effectiveness and performance has not been established yet. Therefore, this research effort is aiming at developing a systematic method for evaluating the effectiveness and performance of the semi-actuated signal control system based on image detectors. To this end, this research firstly established measures of effectiveness(MOEs) and associated information to be surveyed from fields. Secondly, this research provided a procedure and methodology to evaluate any improvements due to the introduction of a semi-actuated signal control system based on image detectors. The developed methodology was examined at a case study site located in the city of Paju. As a result of the evaluation, the MOEs including traffic throughput, travel speeds, split usage rate, progression rate, etc. showed positive improvements though individual signalized intersections as well as coordinated corridors.
Even though the semi-actuated signal control system based on image detectors has been spreading in Korea, any appropriate methods to evaluate the effectiveness and performance has not been established yet. Therefore, this research effort is aiming at developing a systematic method for evaluating the effectiveness and performance of the semi-actuated signal control system based on image detectors. To this end, this research firstly established measures of effectiveness(MOEs) and associated information to be surveyed from fields. Secondly, this research provided a procedure and methodology to evaluate any improvements due to the introduction of a semi-actuated signal control system based on image detectors. The developed methodology was examined at a case study site located in the city of Paju. As a result of the evaluation, the MOEs including traffic throughput, travel speeds, split usage rate, progression rate, etc. showed positive improvements though individual signalized intersections as well as coordinated corridors.
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문제 정의
본 연구는 국내 지방부 국도의 특성상, 적용이 용이하며 효율이 높을 것으로 예상되는 반감응 신호제어시스템을 대상으로 시스템의 성능을 진단하고 도입에 따른 개선효과를 파악할 수 있도록 평가 방법론을 수립하여 Case Study지역인 파주시의 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어시스템 설치 지역에 적용하는 것을 목적으로 하였다.
본 연구에서는 선행연구 및 관련지침 검토를 통해 영상검지기를 활용한 반감응형 신호제어시스템의 도입에 따른 성능평가와 효과분석방법론 수립을 위한 전반적인 평가절차를 수립해서 이에 따라 세부사항을 정립 및 선정하였다.
본 연구에서는 좌회전 감응제어 이론과 ITS 시스템 평가방법론에 대한 고찰을 실시하여 반감응 신호제어시스템을 위한 성능평가 및 효과분석 방법론 수립의 기초자료로 활용하였다.
이러한 배경에서 본 연구는 현재 도입이 활발히 진행되고 있는 영상검지기 기반의 감응식 신호제어 시스템에 대해서 시스템 도입시 활용할 수 있는 시스템 성능평가 및 효과분석 평가방법론의 수립을 목적으로 한다.
제안 방법
성능평가부문에서는 시스템의 성능에 영향을 미치는 감응제어의 기본기능을 바탕으로 현시조기종결정확도, 현시생략 정확도, 현시연장 정확도를 효과척도로 선정하여 이에 맞는 조사항목 및 분석방안을 수립하였다. 그간 ITS 시스템 성능평가시 문제점으로 지적되었던 단순기능구현여부평가를 보완하고자 예비평가를 실시한 후 문제점을 피드백하는 과정과 영상검지기를 사용하는 시스템의 특성상 영상검지자료를 분석하여 수집자료에 의한 오류를 최소화하는 분석과정을 평가절차 및 분석방안에 추가하였다.
기대효과를 정량적으로 측정하기 위해 효과척도와 조사항목을 과 같이 수립하였다.
다음으로 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어 시스템의 성능평가 및 효과분석을 위해 필요한 효과척도를 수립하였고 효과분석 절차를 정의하였다. 마지막으로, 수립된 효과척도 및 조사방법론을 현장에 적용하여 사례 연구(case study)를 실시하였다.
다음으로 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어 시스템의 성능평가 및 효과분석을 위해 필요한 효과척도를 수립하였고 효과분석 절차를 정의하였다. 마지막으로, 수립된 효과척도 및 조사방법론을 현장에 적용하여 사례 연구(case study)를 실시하였다.
반감응 신호제어시스템의 기능의 합리적 구현과 시스템 성능을 평가하기 위해 현시부여, 현시생략, 현시연장 정확도 항목을 효과척도로 선정하였다.
반감응 신호제어시스템의 주요기능은 현시부여, 현시생략, 현시연장 등이며 교통상황에 따라 적절하게 감응제어를 구현하는지 파악하기 위해 효과척도를 와 같이 수립하였다.
본 평가는 예비평가결과 분석된 오류에 대한 개선을 실시한 후 평가되었으며 반감응 시스템의 기능에 대한 성능평가를 위해 현시생략정확도, 현시연장정확도, 현시조기종결 정확도를 모두 구현할 수 있도록 같이 감응제어 로직을 구성하였다.
성능평가부문에서는 시스템의 성능에 영향을 미치는 감응제어의 기본기능을 바탕으로 현시조기종결정확도, 현시생략 정확도, 현시연장 정확도를 효과척도로 선정하여 이에 맞는 조사항목 및 분석방안을 수립하였다. 그간 ITS 시스템 성능평가시 문제점으로 지적되었던 단순기능구현여부평가를 보완하고자 예비평가를 실시한 후 문제점을 피드백하는 과정과 영상검지기를 사용하는 시스템의 특성상 영상검지자료를 분석하여 수집자료에 의한 오류를 최소화하는 분석과정을 평가절차 및 분석방안에 추가하였다.
시스템 설치 전 · 후의 교통환경변화 비교를 통한 효과분석을 위해 단일교차로와 연동축을 포함한 간선축 측면의 효과척도를 설정하였다.
직진 이동류는 교통량 변동없이 동일 교통량 처리에 대한 시간이 증가하게 되는 현상이 발생한다. 이는 부정적인 의미가 아닌 이동성 확보를 위한 신호시간의 증대개념으로 해석할 수 있으며 좌회전 이동류에 대해서만 이용효율 분석을 실시하였다.
평가대상 시스템의 정보수집수단이 영상검지기인 특성상 오검지 발생은 감응제어 실패로 직접 이어지므로 감응제어가 실패했을 경우를 분석하여 다음과 같이 오류유형을 분류하였다.4)
효과분석부문에서는 반감응 신호제어시스템의 특성을 반영, 교통환경 개선을 파악할 있도록 기대효과와 효과척도를 선정하고 효과척도를 정량화할 수 있는 조사항목 설정의 일련의 과정을 절차화 하였다. 효과척도의 경우 단일교차로의 직진통행량, 현시이용효율, 현시이용시간 변화와 간선축의 연동 효율, 통행속도로 구분하여 제시하였다.
효과분석부문에서는 반감응 신호제어시스템의 특성을 반영, 교통환경 개선을 파악할 있도록 기대효과와 효과척도를 선정하고 효과척도를 정량화할 수 있는 조사항목 설정의 일련의 과정을 절차화 하였다. 효과척도의 경우 단일교차로의 직진통행량, 현시이용효율, 현시이용시간 변화와 간선축의 연동 효율, 통행속도로 구분하여 제시하였다.
대상 데이터
사례 연구를 위한 시스템은 영상검지기를 이용한 시스템으로 현장제어기에 노트북을 통해 접속하여 신호운영 로그파일 및 영상파일의 취득이 가능하다.
예비평가는 2010년 12월 14일~16일 사이 실험대상 사이트 3개소에서 실시되었으며 오류발생과 원인분석을 위주로 실시되었다.
분석결과 주간시간 동안 현시조기종결이 필요한 교통상황은 전교차 평균 6.95회였고 평균 6.35회를 성공하여 평균 성공률은 91.37%을 나타내고 있다.
분석결과 주간시간대 현시연장이 필요한 교통상황은 전교차로 평균 8.60회였으며 그 중 8.55회를 성공, 평균 성공률은 99.42%로 분석되었다. 야간은 평균 6.
연동효율은 시공도를 통해서 분석하였으며 <그림 7>는 통일공원~월롱삼거리 구간시공도 예시이다. 시공도 분석결과 사전의 경우 역방향의 연동폭이 순방향에 비해 적은 것으로 나타났는데 비하여 사후에는 역방향 연동폭이 사전에 비해 개선되었으며 양방향의 연동폭이 유사한 수준으로 증가하여 연동효율이 개선되었음을 알 수 있다.
95초가 증가하였다. 실질적으로 감응제어가 실시되어 현시조기종결이 발생하는 주, 부방향 좌회전은 각각 14.78초, 12.88초씩 현시 시간이 감소한 것으로 분석되었다. 이런 결과는 낮은 수요에 비해 많은 신호현시를 부여하는 좌회전 현시를 조기에 종결하고 높은 수요로 인해 현시의 증가가 필요한 주방향 직진에 재할당하여 이동성을 보장하는 신호조건으로 바뀌었다는 점을 의미한다.
오류 발생현상에 대한 세부분석결과 낮은 성공율을 나타내는 풀무골 삼거리는 오류유형 4, 차량 통과 후 검지상태 지속오류가 발생하여 차량이 진입하지 않아도 이전상태에서 검지된 검지상태가 지속되어 오인식하기 때문인 것으로 분석되었다.
<표 9>의 종합분석결과는 평가전시간대의 현시 연장, 현시조기종결, 현시생략 등의 전체 사항에 대해서 분석한 내용으로 주간의 경우 현시연장, 현시 조기종결, 현시생략 등의 총 감응제어 실행 횟수가 23.85회였으며 이 중 22.75회를 성공하여 95.39%의 높은 성공률을 나타내고 있다. 야간의 경우 감응제어가 시행된 횟수는 평균 24.
정립된 효과분석 방법론을 실제 운영되고 있는 반감응형 신호제어시스템에 적용하여 분석한 결과 감응제어 기능이 일정수준이상이며 교통환경의 개선도 발생한 것으로 분석되었다.
현시 이용효율 산정 결과 감응현시인 주방향, 부 방향 좌회전은 각각 0.06대/초, 0.05대/초 증가하는 것으로 나타났다. 이는 감응제어 실시에 따라서 신호 운영효율이 개선된 것으로 분석할 수 있다.
현시생략기능 분석결과는 이며 분석결과 주간 현시생략 필요횟수는 전교차로 평균 8.30회이며 8.10회를 성공하여 94.59%의 성공률을 나타내고 있다.
현시시간변화 분석결과 높은 수요를 나타내는 주방향 직진 이동류에 대해서 감응제어의 현시연장 기능을 통해 평균 21.95초가 증가하였다. 실질적으로 감응제어가 실시되어 현시조기종결이 발생하는 주, 부방향 좌회전은 각각 14.
후속연구
본 연구에서는 연구범위의 한계로 인하여 영상 검지기의 특성인 기후조건에 따른 검지능력과 이에 따른 감응제어의 성능을 확인하지 못하였다. 또한, 짧은 기간의 평가로 성능을 확인하였으므로 향후 연구에서는 다양한 기상상황에 따라 긴 시간의 성능평가를 실시하여야만 보다 설득력 있는 성능평가 결과를 제시할 수 있으리라 사료된다.
본 연구에서는 연구범위의 한계로 인하여 영상 검지기의 특성인 기후조건에 따른 검지능력과 이에 따른 감응제어의 성능을 확인하지 못하였다. 또한, 짧은 기간의 평가로 성능을 확인하였으므로 향후 연구에서는 다양한 기상상황에 따라 긴 시간의 성능평가를 실시하여야만 보다 설득력 있는 성능평가 결과를 제시할 수 있으리라 사료된다.
이와 함께, 시스템 도입에 따른 실질적인 편익인간선축이나 네트워크 단위의 경제성분석이 뒷받침되어야만 보다 객관적인 효과분석이 가능하리라 판단된다. 추가적으로 시스템의 성능과 도입효과를 높일 수 있는 운영전략수립, 최적 운영변수값의 산출 등에 대한 심도 깊은 연구가 반드시 뒤따라 이루어져야 할 것이다.
이와 함께, 시스템 도입에 따른 실질적인 편익인간선축이나 네트워크 단위의 경제성분석이 뒷받침되어야만 보다 객관적인 효과분석이 가능하리라 판단된다. 추가적으로 시스템의 성능과 도입효과를 높일 수 있는 운영전략수립, 최적 운영변수값의 산출 등에 대한 심도 깊은 연구가 반드시 뒤따라 이루어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실질적으로 ITS 시스템 평가관련 업무는 무엇을 따르고 있는가?
실질적으로 ITS 시스템 평가관련 업무는 국토해양부의 ITS 업무요령과 이에 기반한 ITS 업무매뉴얼(2006)[10]을 따르고 있으며 시스템 관련 평가와 관련된 내용은 ITS 성능평가부문과 효과분석부문으로 구분하여 제시하고 있다.
좌회전 감응제어는 어떤 시스템인가?
좌회전 감응제어는 기존 반감응 제어(semi-actuated signal control)의 한 형태로서 좌회전 수요가 적을시, 좌회전 시간의 일부를 직진현시에 할당하고, 좌회전 수요가 많은 경우에는 기 설정한 좌회전 신호현시만큼 부여하여 신호운영 효율성을 높이기 위한 시스템이다. 이를 위해서 설정된 현시에 대해 감응 제어를 수행하고 좌회전 수요가 적은 경우 조기 종결(gap-out) 및 생략(phase-skip)으로 잔여시간을 주방향으로 배분한다.
실시간 신호제어 시스템인 COSMOS의 단점은 무엇인가?
COSMOS는 교통대응형 신호 시스템으로서 설치비용이 높으며 대규모 신호센터가 수반되는 도시부 주요도로를 네트워크 측면에서 관장하기에 적합한 시스템이다. 그러나 통행량이 적은 지방부 국도 또는 이동성(mobility)이 강조되는 중·소도시 간선도로에 구축하기에는 설치비용 및 운영효율성 측면에서 비효율적인 측면이 존재한다.
참고문헌 (12)
J. A. Bonneson and P. T. McCoy, "Manual of Traffic Detector Design 1st Edition," Civil Engineering Department University of Nebraska-Lincoln, 1994.
R. P. Roess, E. S. Prass and W. R. McShane, "Traffic Engineering 3rd Edition," Prentice Hall, 2004.
이승환 외 2인, "COSMOS 안정화를 위한 교통축 및 감응제어 방법 연구," 대한교통학회지, 제 20권 제 6호, pp.31-43, 2002년 12월.
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