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문제 정의
- 본 연구는 버스우선신호 제어와 관련된 국내·외 연구동향을 검토하고, 이를 통해 본 연구의 수행방법에 대한 시사점을 파악한다.
- 본 연구는 최근 국내 도입의 필요성이 부각되고 있는 버스우선신호시스템의 도입시 발생하는 운영상 효과를 현장조사 자료를 기반으로 평가하여 결과를 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 국내외 선행연구 결과를 고찰하여 연구의 범위 및방법을 결정하였다.
- 본 연구는 향후 국내 도입이 예상되는 버스우선 신호 시스템의 도입시 발생하는 운영상 효과를 현장조사 자료를 기반으로 평가하여 제시하였다.
- 본 연구에서는 버스와 승용차를 구분하여 통행 시간을 측정해야하므로 차량번호판 판독법을 이용하여 통행시간을 조사하였다. 이를 위하여 대상 구간의 시작점 및 종점에 각각 2명을 배치하여 승용차 및 버스의 번호판과 시간을 구분하여 자료를 수집하였다.
제안 방법
- 하남시에서는 DSRC기반의 버스우선신호 제어 시스템 운영을 고려하고 있으며, 작동원리는 <그림 1>과 같다. 교차로와 버스정류장에서 무선통신으로 시스템이 작동하며, RSE와 OBU간 통신을 통하여 버스도착여부를 확인하고 신호현시를 확인하여 버스우선신호 제어 적용 여부를 결정하게 된다.
- 이를 위하여 국내외 선행연구 결과를 고찰하여 연구의 범위 및방법을 결정하였다. 그리고 국내에 버스우선신호 시스템 설치가 예정된 장소를 선정하여 시스템 도입 전후의 개별 통행시간의 분포와 효과척도의 변화를 비교하여 평가하였다. 평가는 버스와 승용차를 구분하여 차종별로 실시하였고, 통계적인 검증을 시행하여 객관적인 결론을 도출하였다.
- 이를 위하여 대상 구간의 시작점 및 종점에 각각 2명을 배치하여 승용차 및 버스의 번호판과 시간을 구분하여 자료를 수집하였다. 그리고 주도로 및 부도로 교통량은 동일한 시간에 별도의 조사원을 배치하여 교통량 자료를 수집하였다.
- 본 연구는 버스우선신호 제어와 관련된 국내·외 연구동향을 검토하고, 이를 통해 본 연구의 수행방법에 대한 시사점을 파악한다. 그리고 현장조사에 대한 평가방법론을 정립한 후, 대상지역을 선별하고 현장조사가 시행될 자료수집 구간을 선정한다. 선정된 구간에서 사전 및 사후조사로 구분하여 방향별 교통량과 통행시간을 조사하고, 평가에 필요한 신호운영 자료를 포함한 다양한 자료를 수집한다.
- 통행시간은 버스우선신호시스템 설치 전·후의 버스와 승용차의 통행속도를 비교하기 위하여 사용되는 주요 척도이다. 또한 사전/사후 조사기간 중 해당 교차로에서 관측된 교통량 변화에 따른 영향을 파악하기 위하여 주도로와 부도로의 통과 교통량을 보조적인 효과척도로 선정하였다. 그리고 지체는 매우 유용한 효과척도이나 현장조사의 제약으로 인하여 본 연구에서는 고려하지 않았다.
- 번호판조사를 통하여 수집된 통행시간을 개별차량 단위로 수집하여 통행시간 분포를 분석하였다. 사전/ 사후 조사에서 비첨두시간에 측정된 주도로 방향의 승용차 통행시간 분포는 다음 <그림 4>와 같다.
- 본 연구에서는 문헌고찰과 현장여건을 고려하여 통행시간과 교통량의 두 가지 효과척도를 선정하였다. 통행시간은 버스우선신호시스템 설치 전·후의 버스와 승용차의 통행속도를 비교하기 위하여 사용되는 주요 척도이다.
- 비첨두시간의 승용차의 통과 교통량도 주도로및 부도로 방향별로 측정하였다. 분석결과, 방향별로 미미한 증감 패턴이 혼재하여 나타났으나, 그 크기는 큰 의미가 없는 것으로 파악되었다.
- 사전/사후조사의 비첨두시간은 15:00 ~ 17:00, 오후첨두시간은 17:30 ~ 19:30로 선정하였다. 사전 및 사후 조사의 외부적인 영향 (external effect)을 최소화하기 위하여 동일한 요일과 시간대에 동일한 절차로 자료 수집이 이루어졌다.
- 사전/사후 조사에서 시간대별로 측정된 통행시간 자료를 이용하여 주도로 방향의 차종별 평균통행속도 및 증감율을 계산하여 에 정리하였다.
- 사전조사는 2010년 09월 17일(금요일) 버스우선신호 제어시스템이 시행되기 전에 실시되었고, 사후조사는 2010년 11월 5일(금요일) 버스우선신호 제어시스템이 설치되어 시행된 후에 실시하였다. 사전/사후조사의 비첨두시간은 15:00 ~ 17:00, 오후첨두시간은 17:30 ~ 19:30로 선정하였다. 사전 및 사후 조사의 외부적인 영향 (external effect)을 최소화하기 위하여 동일한 요일과 시간대에 동일한 절차로 자료 수집이 이루어졌다.
- 선정된 구간에서 사전 및 사후조사로 구분하여 방향별 교통량과 통행시간을 조사하고, 평가에 필요한 신호운영 자료를 포함한 다양한 자료를 수집한다. 수집된 자료를 이용하여 통행시간 및 통행 시간 분포의 변화를 분석하고, 이러한 분석 결과를 바탕으로 본 연구의 결론을 도출한다.
- 수집된 통행시간의 신뢰성을 확보하기 위하여 현장에서 수집되는 샘플의 수는 통계적 식으로 계산된 결과를 수용하는 것을 원칙으로 설정하였다.
- 빈미영(2006)등은 버스정보시스템을 활용하여 버스우선신호를 도입하는 방안을 검토하였다[6]. 연구에서는 고양시 BRT 축을 대상으로 하고, 버스 위치정보시스템으로부터 수집한 버스위치 정보를 활용하여 전방구간의 평균통행시간을 계산하고, 이를 버스우선신호 알고리즘에 적용하는 방법을 제안하였다.
- 본 연구는 최근 국내 도입의 필요성이 부각되고 있는 버스우선신호시스템의 도입시 발생하는 운영상 효과를 현장조사 자료를 기반으로 평가하여 결과를 제시하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여 국내외 선행연구 결과를 고찰하여 연구의 범위 및방법을 결정하였다. 그리고 국내에 버스우선신호 시스템 설치가 예정된 장소를 선정하여 시스템 도입 전후의 개별 통행시간의 분포와 효과척도의 변화를 비교하여 평가하였다.
- 본 연구에서는 버스와 승용차를 구분하여 통행 시간을 측정해야하므로 차량번호판 판독법을 이용하여 통행시간을 조사하였다. 이를 위하여 대상 구간의 시작점 및 종점에 각각 2명을 배치하여 승용차 및 버스의 번호판과 시간을 구분하여 자료를 수집하였다. 그리고 주도로 및 부도로 교통량은 동일한 시간에 별도의 조사원을 배치하여 교통량 자료를 수집하였다.
- 조사구간은 교차로의 위계상 간선도로의 성격을 가지므로 주요 간선축과 연동을 고려하여 Extended Green만 시행하고, Early Green은 미시행하는 구간이다. 3개 교차로 중 덕풍파출소앞과 신장초교사거리에는 RSE가 설치되어 DSRC통신을 활용한 버스 우선신호 제어가 가능하다.
- 차량번호판 판독법을 적용하여 버스와 승용차의 차량번호와 통과시간을 총 2회에 걸쳐 측정하였고, 각 측정시 오후 첨두 및 비첨두 시간으로 구분하여 조사를 실시하였다. 사전조사는 2010년 09월 17일(금요일) 버스우선신호 제어시스템이 시행되기 전에 실시되었고, 사후조사는 2010년 11월 5일(금요일) 버스우선신호 제어시스템이 설치되어 시행된 후에 실시하였다.
- 첨두시간에 승용차의 통과 교통량을 주도로 및 부도로 방향별로 측정하였다. 사전/사후 조사기간에 수집된 결과는 <그림 3>과 같다.
대상 데이터
- 그리고 현장조사에 대한 평가방법론을 정립한 후, 대상지역을 선별하고 현장조사가 시행될 자료수집 구간을 선정한다. 선정된 구간에서 사전 및 사후조사로 구분하여 방향별 교통량과 통행시간을 조사하고, 평가에 필요한 신호운영 자료를 포함한 다양한 자료를 수집한다. 수집된 자료를 이용하여 통행시간 및 통행 시간 분포의 변화를 분석하고, 이러한 분석 결과를 바탕으로 본 연구의 결론을 도출한다.
- 둘째, 현장조사를 위해서는 관계기관의 협조가 원활히 이루어져야 한다. 셋째, 해당구간을 통과하는 버스통행량이 적으면 버스우선신호제어에 대한 효과를 측정하기 어렵기 때문에 적정한 샘플 수집이 가능한 곳이어야 하며, 본 연구에서는 시간당 최소 버스통행량이 5대 이상인 곳을 대상으로 하였다. 넷째, 자료 수집을 위한 공간이 충분히 확보되는 구간을 선정하여야 한다.
데이터처리
- 앞 절에서 분석된 평균속도 차이에 대하여 통계적인 검정을 실시하였다. 본 연구에서는 모평균에 대한 분산을 알고 있고, 표본수가 크기 때문에 통계적 검정기법으로 Z-test를 사용하였다. 검정에 사용된 귀무가설과 대립가설은 다음과 같다.
- 앞 절에서 분석된 평균속도 차이에 대하여 통계적인 검정을 실시하였다. 본 연구에서는 모평균에 대한 분산을 알고 있고, 표본수가 크기 때문에 통계적 검정기법으로 Z-test를 사용하였다.
- 그리고 국내에 버스우선신호 시스템 설치가 예정된 장소를 선정하여 시스템 도입 전후의 개별 통행시간의 분포와 효과척도의 변화를 비교하여 평가하였다. 평가는 버스와 승용차를 구분하여 차종별로 실시하였고, 통계적인 검증을 시행하여 객관적인 결론을 도출하였다.
성능/효과
- Deshpande (2004)등은 Transit signal priority에서 통과 서비스의 신뢰성과 효율성의 증가시킬 수 있는 효과적인 방법에 대해서 고찰하였다. VISSIM을 사용하였으며, 전체적으로 3.61%의 버스 서비스 신뢰성과 2.64%의 버스 효율성 개선 효과를 나타내는 반면에 차량 한대에 의한 도로 측면의 대기행렬길이의 증가 형태로 부정적인 효과도 나타나고 있음을 제시하고 있다[13].
- 개별차량의 통행시간을 분석한 결과, 버스 우선 신호제어 실시 후에 해당 구간의 승용차 및 버스의 통행시간의 분포가 매우 개선되는 것으로 나타났다. 통행속도의 경우, 버스우선신호 제어 실시에 따라 첨두와 비첨두 시간대 모두 주도로 방향의 버스 및 승용차의 통행속도가 증가하였다.
- 그리고 수집된 자료를 통합하여 분석한 결과 전체적으로 승용차 속도는 25.9 km/h에서 27.6 km/h로 약 6.5% 증가하였고, 버스는 19.2 km/h에서 21.3 km/h로 약 10.5% 속도가 증가하는 것으로 파악되었다. 통계적 검정 결과, 승용차와 버스 모두 유의 수준 5%에서 귀무가설을 기각되어, 속도의 변화가 통계적으로 의의가 있다고 분석되었다.
- 첨두시간에 측정된 버스의 통행시간 분포는 <그림 7>과 같다. 그림에서와 같이 버스우선신호 제어를 실시한 후에는 통행시간이 5분을 초과하는 버스의 빈도수가 크게 감소하였고, 통행시간의 분포도 매우 개선된 결과로 나타났다.
- 01291로 나타나 유의 수준 5%에서 귀무가설을 기각하였다. 따라서 사전/사후 조사를 통하여 계산된 속도의 변화가 통계적으로 의의가 있는 것으로 분석되었다.
- 하남시는 최근 들어 중앙버스전용차로를 도입하였고, 이들 구간에 버스우선신호제어 전략을 구현할 수 있는 시스템을 설치할 예정이다. 또한 관계기관의 협조가 원활하고, 버스 통행량도 많음을 사전조사를 통하여 확인하였다.
- 승용차의 경우 사후조사 기간에 모든 주행방향에서 교통량이 약간 감소하는 경향이 나타났다. 부도로 및 다른 방향의 교통량의 감소량은 약 6% 이내로 파악되어, 사전 및 사후 조사기간의 승용차 교통량은 특별한 증감의 패턴은 없는 것으로 파악되었다.
- 비첨두시간의 승용차의 통과 교통량도 주도로및 부도로 방향별로 측정하였다. 분석결과, 방향별로 미미한 증감 패턴이 혼재하여 나타났으나, 그 크기는 큰 의미가 없는 것으로 파악되었다.
- 사전/사후 조사를 통하여 수집된 첨두시간과 비첨두시간의 교통량 결과를 살펴보면, 승용차와 버스 차종별로 진행 방향에 따라 약간의 교통량 변화가 나타났으나, 그 크기는 통행시간의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 파악되었다.
- 수집된 속도자료를 이용하여 통계적 검정을 실시한 결과, 승용차의 경우 P-value 값이 0.00352로 나타나 유의수준 5%에서 귀무가설을 기각하였고, 버스의 경우도 P-value 값이 0.01291로 나타나 유의 수준 5%에서 귀무가설을 기각하였다. 따라서 사전/사후 조사를 통하여 계산된 속도의 변화가 통계적으로 의의가 있는 것으로 분석되었다.
- 사전/사후 조사에서 시간대별로 측정된 통행시간 자료를 이용하여 주도로 방향의 차종별 평균통행속도 및 증감율을 계산하여 <표 2>에 정리하였다. 승용차의 경우 비첨두 시간대의 속도증가율이 크게 나타났고, 첨두시간에는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 그러나 버스는 첨두시간대의 속도 증가율이 상대적으로 높은 것으로 파악되었다.
- Hongfeng(2009)등은 독립신호교차로를 통과하는 버스의 속도를 높이기 위한 규칙에 근거한 버스 우선신호 제어 전략을 개발하였다. 시뮬레이션 평가결과 제안된 전략이 기존의 신호운영 방식과 비교하여 개선된 효과를 제공하였다[10].
- 김성득(2005)은 울산 도심의 주간선도로에 컴퓨터 프로그램과 도해적 방법을 병행하여 시뮬레이션 모델을 구현하였고, Early green기법을 적용하여 적색시간의 변화와 버스검지위치 변화에 따라 평균통행시간의 변화를 연구하였다[7]. 연구 결과 두변수 모두 버스우선신호제어의 운영 결과에 큰 영향을 미치는 것으로 제시하였다.
- 구지선(2003)은 전용차로 형태에 따른 능동형 버스 우선 신호개발 및 평가를 목적으로 하여 Paramics를 사용한 시뮬레이션 평가를 실시하였다[8]. 연구 에서는 Early green과 Extended green를 기반으로 평가하였고, 평가 결과 가로변버스전용차로 보다 중앙버스전용차로에서 효과가 높게 나타났다.
- 위의 4가지 기준을 적용하여 선별한 결과 본 연구를 위하여 가장 적합한 대상지역은 하남시로 평가되었다. 하남시는 최근 들어 중앙버스전용차로를 도입하였고, 이들 구간에 버스우선신호제어 전략을 구현할 수 있는 시스템을 설치할 예정이다.
- 첨두시간과 비첨두시간에 수집된 주도로 방향의 통행속도를 차종별로 통합하여 분석한 결과는 <그림 8>과 같다. 전체적으로 승용차는 25.9 km/h에서 27.6 km/h로 속도가 약 6.5% 증가하였고, 버스는 19.2 km/h에서 21.3 km/h로 약 10.5% 속도가 증가하는 것으로 파악되었다.
- 5% 속도가 증가하는 것으로 파악되었다. 통계적 검정 결과, 승용차와 버스 모두 유의 수준 5%에서 귀무가설을 기각되어, 속도의 변화가 통계적으로 의의가 있다고 분석되었다.
후속연구
- 향후에는 주도로 및 부도로 지체를 포함한 보다 광범위한 자료를 수집하여 평가하면 보다 정교한 분석이 가능하리라고 판단된다. 그리고 교통량 수준, 기하구조, 신호현시 체계 등 버스우선신호 제어에 영향을 미치는 변수가 많기 때문에 향후에 이러한 다양한 교통·환경조건에서 효과평가를 진행한다면 종합적이고 객관적인 결론이 도출될 수 있을 것이라 판단된다.
- 이는 현재까지 버스우선신호 제어의 필요성에 대한 인식이 부족하고, 시스템이 설치된 현장이 적으며, 또한 현장 자료수집의 어려움등이 복합적으로 작용한 결과이다. 따라서 기존에 수행된 버스우선신호 적용에 따른 효과에 대한 검증이 필요하고, 이러한 결과의 실제적 의미에 대하여는 향후 현장자료를 활용한 검토가 필요하다.
- 본 연구는 현장 조사를 기반으로 평가를 진행하여 신호교차로의 중요한 평가지표인 지체에 대한 자료를 수집하지 못하였다. 특히 부도로의 경우 버스우선신호 적용으로 통행속도의 감소가 예상되나, 이에 대한 자료는 수집되지 못하여 구체적 결과를 본 논문에서는 제시하지 못하였다.
- 본 연구는 현장 조사를 기반으로 평가를 진행하여 신호교차로의 중요한 평가지표인 지체에 대한 자료를 수집하지 못하였다. 특히 부도로의 경우 버스우선신호 적용으로 통행속도의 감소가 예상되나, 이에 대한 자료는 수집되지 못하여 구체적 결과를 본 논문에서는 제시하지 못하였다. 향후에는 주도로 및 부도로 지체를 포함한 보다 광범위한 자료를 수집하여 평가하면 보다 정교한 분석이 가능하리라고 판단된다.
- 버스우선신호는 교차로 신호운영시 승용차와 비교하여 버스에 통행의 우선권을 제공하는 제어 방식이다. 향후에는 다양한 도로교통상황에 서의 우선신호 운영 효과에 대한 평가결과를 기반으로 국내 환경에 적합한 제어 전략을 적용하는 시도가 증가할 것으로 예상된다.
- 특히 부도로의 경우 버스우선신호 적용으로 통행속도의 감소가 예상되나, 이에 대한 자료는 수집되지 못하여 구체적 결과를 본 논문에서는 제시하지 못하였다. 향후에는 주도로 및 부도로 지체를 포함한 보다 광범위한 자료를 수집하여 평가하면 보다 정교한 분석이 가능하리라고 판단된다. 그리고 교통량 수준, 기하구조, 신호현시 체계 등 버스우선신호 제어에 영향을 미치는 변수가 많기 때문에 향후에 이러한 다양한 교통·환경조건에서 효과평가를 진행한다면 종합적이고 객관적인 결론이 도출될 수 있을 것이라 판단된다.
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