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문제 정의
- 그러므로 자전거 과속방지턱 설치 시, 자전거 주행안전성을 함께 고려하여 설치하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 규격(폭원 및 높이)에 따른 속도저감효과와 함께 자전거의 주행안전성을 함께 평가하였다. 자전거의 속도저감효과는 속도변화를 통해 평가하였다.
- 따라서 본 연구에서는 자전거-보행자 혼합교통류의 안전증진방안의 일환으로 적정 자전거 과속방지턱 설계를 목적으로 연구를 수행하였다. 과속방지턱의 주 목적은 통행하는 교통수단에 대해 과속주행을 방지하기 위하여 설치하는 물리적인 수직 단차를 두어 진행 속도에 비례하는 물리적 충격을 가함으로써 속도저감 효과를 거두기 위해 설치하는 도로안전시설이다.
- 차량 과속방지턱과 관련한 연구는 속도저감효과측면에서 설계기준 및 평가방법론을 제시하였다. 본 연구에서는 속도저감, 자전거 주행안전성, 주행 쾌적성을 고려한 자전거 과속방지턱 설계기준을 제시하는데 차별성을 부여하고 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 자전거 과속방지턱 설계를 목적으로 자전거 도로의 안전시설 및 과속방지턱에 관한 국내·외 문헌을 고찰하였다.
- 본 연구에서는 자전거-보행자 혼합교통류의 안전증진방안의 일환으로 적정 자전거 과속방지턱 설계를 목적으로 적정 자전거 과속방지턱 규격을 도출하였다. 적정 자전거 과속방지턱 도출을 위해 속도저감과 주행안전성 확보, 주행쾌적성 확보라는 세 가지 평가항목을 설정하였다.
- 본 연구의 방법론은 실험을 통한 자전거 이용자의 주행자료를 수집하여 이용자의 반응을 반영하며, 또한 이용자 설문 및 전문가의 의견을 모두 수렴하는 체계적인 분석방법을 제시함에 그 의의를 가진다.
제안 방법
- 설문조사는 Table 3과 같이 속도감소량, 주행안전성, 주행쾌적성의 3가지를 쌍대비교 형식을 통해 9점 척도로 조사하였고, 각 응답자의 응답일관성 검증을 하기 위해 10% 미만의 CR값이 산출된 전문가의 의견을 반영하여 가중치를 산출하였다. 10% 이상의 CR값이 산출된 응답자 2명을 제외한 16명의 자료를 기하평균법으로 계산하여 가중치를 산정하였다.
- 자전거 주행안전성은 낙상이벤트를 대상으로 하여 지면의 수직선에서 자전거가 기울어진 정도를 표현하는 각도인 x축 각속도인 Roll각 자료를 수집하여 연구를 수행하였다. Roll각의 변동이 클수록 자전거의 몸체를 중심으로 좌우로 자주 흔들리게 되어 불안정하게 주행하기 때문에 본 연구에서는 Roll각의 변동계수를 이용하여 변동계수가 클수록 불안정한 주행으로 판단하였다. Fig.
- (8)에 적용하여 자전거 과속방지턱을 비교·평가하였다. 각 Case별 가치를 산출한 후 최종가치에 따라 우선순위를 도출하였다.
- 각 평가지표의 선호도 차이를 구분하기 위하여 전문가 설문조사에서 9점 척도로 조사된 평가지표의 값을 가치함수를 이용하여 표현하였다. 각 평가지표의 가치 함수는 Kirkwood(1997)에서 제시한 수식을 사용하였으며, 자전거 과속방지턱 실험에서 수집된 속도감소량이 증가할수록, 주행쾌적성 만족도가 증가할수록 자전거 과속방지턱의 가치가 증가하므로 속도감소량, 주행 쾌적성 만족도는 증가형태의 지수가치함수인 Eq.
- 그러나 자전거의 경우 수직운동으로 인한 위험보다는 과속방지턱으로 인한 자전거 몸체의 좌우흔들림, 즉 자전거 몸체가 좌우로 기울어져 낙상의 위험이 있다. 따라서 본 연구에서는 자전거 주행안전성 평가항목을 Roll각의 변화정도로 설정하였다. 또한, 이용자의 선호도를 반영하기 위하여 주행쾌적성 설문조사를 수행하였다.
- 과속방지턱의 규격 및 설치간격이 부적합한 경우 속도감소량이 미비하여 과속을 유지할 가능성이 있으며, 또한 저속주행에도 과다한 충격이 발생할 가능성이 있다. 따라서 적정자전거 과속방지턱 규격을 도출하기 위해서 자전거 GPS(Global Positioning System)속도계를 이용하여자전거 속도자료를 수집하여 각 Case별 속도저감 효과를 평가하였다. 또한 자전거는 연석, 장애물, 과속방지턱 등 미세한 도로환경변화에도 몸체의 흔들림, 핸들 과대조작유발등의 반응을 일으켜 낙상의 위험이 존재하기 때문에 과속방지턱 설치 시 자전거 이용자의 주행안전성을 고려하여야 한다.
- 과속방지턱의 규격 및 설치간격이 부적합한 경우 속도감소량이 미비하여 과속을 유지할 가능성이 있으며, 또한 저속주행에도 과다한 충격이 발생할 가능성이 있다. 따라서 적정자전거 과속방지턱 규격을 도출하기 위해서 자전거 GPS(Global Positioning System)속도계를 이용하여자전거 속도자료를 수집하여 각 Case별 속도저감 효과를 평가하였다. 또한 자전거는 연석, 장애물, 과속방지턱 등 미세한 도로환경변화에도 몸체의 흔들림, 핸들 과대조작유발등의 반응을 일으켜 낙상의 위험이 존재하기 때문에 과속방지턱 설치 시 자전거 이용자의 주행안전성을 고려하여야 한다.
- 속도의 감소량, Roll각의 변동계수를 변수로 설정하고 원시데이터에서 추출한 변수들의 평균과 표준편차를 이용하여 이상치를 제거하였다. 또한, 각 Case별 주행 후 주행쾌적성 설문조사를 통해 설문조사자료를 수집하였다. 설문조사는 각 Case 별 10점 척도로 수행하였다.
- 자전거GPS속도계에서 수집된 속도자료를 이용하여 속도 감소정도를 평가하였으며 관성센서에서 수집된 Roll각 자료를 이용하여 주행안전성 확보를 평가하였다. 또한, 이용자 주행쾌적성 만족도 평가를 위해 설문조사를 수행하였다. 본 연구의 방법론을 적용하여 자전거 과속방지턱 설계를 위한 가치함수를 도출하고 비교평가를 통해 최적 자전거 과속방지턱을 제시하였다.
- 따라서 본 연구에서는 자전거 주행안전성 평가항목을 Roll각의 변화정도로 설정하였다. 또한, 이용자의 선호도를 반영하기 위하여 주행쾌적성 설문조사를 수행하였다. 자전거 GPS속도계를 이용하여 자전거 속도자료를, 관성센서를 통하여 자전거 낙상과 관련한 Roll각 자료를 수집하여 자전거 이용자의 주행자료와 전문가의 의견을 반영한 AHP기반 다기준 가치함수에 의하여 분석되었으며 이를 통해 자전거 과속방지턱의 각 Case별 가치를 산출하여 우선순위를 선정하였다.
- 2에 자전거 과속방지턱 규격에 대한 설명을 나타내었으며, 4개의 Case 규격은 Table 1에 제시하였다. 본 연구에 사용된 자전거GPS속도계는 1초 간격으로 수집되며 매 초마다 이동한 거리를 이용하여 속도를 산출한다. 또한 관성센서는 1/100초 단위로 자전거의 가속도 및 각속도의 측정이 가능하다.
- 또한 자전거는 연석, 장애물, 과속방지턱 등 미세한 도로환경변화에도 몸체의 흔들림, 핸들 과대조작유발등의 반응을 일으켜 낙상의 위험이 존재하기 때문에 과속방지턱 설치 시 자전거 이용자의 주행안전성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 관성센서를 통해 수집된 자전거 이용자의 낙상과 관련한 Roll각을 적용하여 주행안전성을, 설문조사를 통한 주행쾌적성 평가를 수행하였다. 자전거 속도감소효과, 주행안전성, 주행 쾌적성의 세 가지 평가기준을 적용한 최적 자전거 과속방지턱 도출을 위하여 자전거 이용자의 주행자료와 전문가의 의견을 반영한 AHP(Analytic Hierarchy Process)기반 다기준 가치함수에 적용하여 분석하였다.
- 본 연구에서는 다기준 의사결정방법은 문제의 정의 및 계층구조 설정, 가치함수 선정, 상대적 중요도(가중치)산출, 가치함수를 통한 대안 선택의 과정으로 진행될 수 있으며, 본 연구에서는 Fig. 1의 순서로 최적 자전거 과속방지턱 선정을 위해 가치함수를 이용한 의사결정 방법을 적용하였다.
- 가치함수를 덧셈가치함수로 변환하는 과정에서 각 가치별 선호도에 따른 가중치의 산출이 필요하다. 본 연구에서는 전문가의 설문조사를 통해 가중치를 산출하는 AHP기법을 사용하였으며, 이를 위하여 18명의 교통 분야 전문가들에게 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 Table 3과 같이 속도감소량, 주행안전성, 주행쾌적성의 3가지를 쌍대비교 형식을 통해 9점 척도로 조사하였고, 각 응답자의 응답일관성 검증을 하기 위해 10% 미만의 CR값이 산출된 전문가의 의견을 반영하여 가중치를 산출하였다.
- 또한, 이용자 주행쾌적성 만족도 평가를 위해 설문조사를 수행하였다. 본 연구의 방법론을 적용하여 자전거 과속방지턱 설계를 위한 가치함수를 도출하고 비교평가를 통해 최적 자전거 과속방지턱을 제시하였다.
- 본 연구에서는 전문가의 설문조사를 통해 가중치를 산출하는 AHP기법을 사용하였으며, 이를 위하여 18명의 교통 분야 전문가들에게 설문조사를 실시하였다. 설문조사는 Table 3과 같이 속도감소량, 주행안전성, 주행쾌적성의 3가지를 쌍대비교 형식을 통해 9점 척도로 조사하였고, 각 응답자의 응답일관성 검증을 하기 위해 10% 미만의 CR값이 산출된 전문가의 의견을 반영하여 가중치를 산출하였다. 10% 이상의 CR값이 산출된 응답자 2명을 제외한 16명의 자료를 기하평균법으로 계산하여 가중치를 산정하였다.
- 또한, 각 Case별 주행 후 주행쾌적성 설문조사를 통해 설문조사자료를 수집하였다. 설문조사는 각 Case 별 10점 척도로 수행하였다. 이상치를 제거한 수집자료의 기술통계량 및 주행쾌적성 설문조사결과를 Table 2에 제시하였다.
- 자전거 속도감소효과, 주행안전성, 주행 쾌적성의 세 가지 평가기준을 적용한 최적 자전거 과속방지턱 도출을 위하여 자전거 이용자의 주행자료와 전문가의 의견을 반영한 AHP(Analytic Hierarchy Process)기반 다기준 가치함수에 적용하여 분석하였다. 이를 통해 자전거 과속방지턱의 각 Case별 가치를 산출하여 우선순위를 선정하여 주목적인 속도저감효과를 유지하면서 주행안전성 및 주행쾌적성 확보가 가능한 자전거 과속방지턱의 적정 규격을 제시하였다.
- 또한, 이용자의 선호도를 반영하기 위하여 주행쾌적성 설문조사를 수행하였다. 자전거 GPS속도계를 이용하여 자전거 속도자료를, 관성센서를 통하여 자전거 낙상과 관련한 Roll각 자료를 수집하여 자전거 이용자의 주행자료와 전문가의 의견을 반영한 AHP기반 다기준 가치함수에 의하여 분석되었으며 이를 통해 자전거 과속방지턱의 각 Case별 가치를 산출하여 우선순위를 선정하였다.
- 자전거 과속방지턱 설계를 위하여 과속방지턱의 본래 목적인 속도저감효과와 이용자의 안전을 고려한 주행안전성, 이용자 주행쾌적성 만족도의 세가지 평가지표를 선정하여 하였다. 자전거GPS속도계에서 수집된 속도자료를 이용하여 속도 감소정도를 평가하였으며 관성센서에서 수집된 Roll각 자료를 이용하여 주행안전성 확보를 평가하였다.
- 자전거 과속방지턱의 적정 규격 선정을 위해 평가항목을 속도저감과 주행안전성 확보, 주행쾌적성 확보라는 세 가지 평가지표를 선정하였다. 과속방지턱의 주 목적은 통행하는 교통수단에 대해 과속주행을 방지하기 위하여 설치하는 물리적인 수직 단차를 두어 진행 속도에 비례하는 물리적 충격을 가함으로써 속도저감 효과를 거두기 위해 설치하는 도로안전시설이다.
- 본 연구에서는 관성센서를 통해 수집된 자전거 이용자의 낙상과 관련한 Roll각을 적용하여 주행안전성을, 설문조사를 통한 주행쾌적성 평가를 수행하였다. 자전거 속도감소효과, 주행안전성, 주행 쾌적성의 세 가지 평가기준을 적용한 최적 자전거 과속방지턱 도출을 위하여 자전거 이용자의 주행자료와 전문가의 의견을 반영한 AHP(Analytic Hierarchy Process)기반 다기준 가치함수에 적용하여 분석하였다. 이를 통해 자전거 과속방지턱의 각 Case별 가치를 산출하여 우선순위를 선정하여 주목적인 속도저감효과를 유지하면서 주행안전성 및 주행쾌적성 확보가 가능한 자전거 과속방지턱의 적정 규격을 제시하였다.
- 자전거의 속도저감효과는 속도변화를 통해 평가하였다. 자전거 주행안전성은 낙상이벤트를 대상으로 하여 지면의 수직선에서 자전거가 기울어진 정도를 표현하는 각도인 x축 각속도인 Roll각 자료를 수집하여 연구를 수행하였다. Roll각의 변동이 클수록 자전거의 몸체를 중심으로 좌우로 자주 흔들리게 되어 불안정하게 주행하기 때문에 본 연구에서는 Roll각의 변동계수를 이용하여 변동계수가 클수록 불안정한 주행으로 판단하였다.
- 자전거 과속방지턱 설계를 위하여 과속방지턱의 본래 목적인 속도저감효과와 이용자의 안전을 고려한 주행안전성, 이용자 주행쾌적성 만족도의 세가지 평가지표를 선정하여 하였다. 자전거GPS속도계에서 수집된 속도자료를 이용하여 속도 감소정도를 평가하였으며 관성센서에서 수집된 Roll각 자료를 이용하여 주행안전성 확보를 평가하였다. 또한, 이용자 주행쾌적성 만족도 평가를 위해 설문조사를 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 이러한 조건을 만족시키기 위해 규격(폭원 및 높이)에 따른 속도저감효과와 함께 자전거의 주행안전성을 함께 평가하였다. 자전거의 속도저감효과는 속도변화를 통해 평가하였다. 자전거 주행안전성은 낙상이벤트를 대상으로 하여 지면의 수직선에서 자전거가 기울어진 정도를 표현하는 각도인 x축 각속도인 Roll각 자료를 수집하여 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 자전거-보행자 혼합교통류의 안전증진방안의 일환으로 적정 자전거 과속방지턱 설계를 목적으로 적정 자전거 과속방지턱 규격을 도출하였다. 적정 자전거 과속방지턱 도출을 위해 속도저감과 주행안전성 확보, 주행쾌적성 확보라는 세 가지 평가항목을 설정하였다. 차량 과속방지턱 규격 평가 시 속도감소량을 통한 속도저감효과와 수직가속도를 이용하여 주행속도에 따른 충격량을 통한 물리적 안정성을 평가한다.
- 적정 자전거 과속방지턱 도출을 위해 속도저감과 주행안전성 확보, 주행쾌적성 확보라는 세 가지 평가항목을 설정하였다. 차량 과속방지턱 규격 평가 시 속도감소량을 통한 속도저감효과와 수직가속도를 이용하여 주행속도에 따른 충격량을 통한 물리적 안정성을 평가한다. 그러나 자전거의 경우 수직운동으로 인한 위험보다는 과속방지턱으로 인한 자전거 몸체의 좌우흔들림, 즉 자전거 몸체가 좌우로 기울어져 낙상의 위험이 있다.
- (2008)는 차량으로부터 분리된 어린이 자전거 이용자 및 “Easy Rider”를 위한 도로상의 자전거시설 설계 기준을 제시하였다. 추월차량, 주차, 회전차량등과 같은 Stress Mechanism을 분석하여 Stress를 줄일 수 있는 교통량, 속도, 차로폭 등의 교통 및 도로 조건을 제시하였다. Hunter et al.
대상 데이터
- 자전거의 주행방향을 기준으로 X축(주행방향), Y축(횡방향), Z축(종방향)가속도 및 각속도가 수집된다. 본 연구에서는 관성센서에서 수집된 자료중 자전거 이용자의 낙상과 관련한 Roll각을 이용하였다. Fig.
- 본 연구에서는 한양대학교 교내의 자전거-보행자 겸용도로를 자료수집구간으로 선정하고 폭원 및 높이가 다른 4개의 단일 자전거 과속방지턱을 설치하였다. Fig.
- 자전거 과속방지턱 실험에서는 24~28세의 남·여 피실험자 30명을 대상으로 자전거GPS속도계와 관성센서를 장착한 자전거를 이용하여 각 Case별 3회씩 자료수집구간을 주행하여 자전거 주행속도와 자전거 Roll각 변화량 자료를 수집하였다.
데이터처리
- 자전거 과속방지턱 실험에서는 24~28세의 남·여 피실험자 30명을 대상으로 자전거GPS속도계와 관성센서를 장착한 자전거를 이용하여 각 Case별 3회씩 자료수집구간을 주행하여 자전거 주행속도와 자전거 Roll각 변화량 자료를 수집하였다. 속도의 감소량, Roll각의 변동계수를 변수로 설정하고 원시데이터에서 추출한 변수들의 평균과 표준편차를 이용하여 이상치를 제거하였다. 또한, 각 Case별 주행 후 주행쾌적성 설문조사를 통해 설문조사자료를 수집하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 단일속성 가치함수의 가중치를 산출하기 위하여 AHP(계층화분석법: Analytic Hierarchy Process, Saaty et al.(1979))에서 사용되는 쌍대비교를 통한 설문조사 방법을 이용하였다(T. L. Saaty et. al., 1979). 쌍대비교과정에는 평가자의 판단을 어의적인 표현으로 나타내고 이에 상응하는 적정한 수치를 부여하는 수량화과정이 포함된다.
- (8)에 적용하여 자전거 과속방지턱을 비교·평가하였다.
- AHP기법에서는 Miller(1956)에서 제시한 “인간은 7±2개의 대상을 혼동이 없이 동시에 비교 가능하다”는 실험결과를 기초로 9점 척도를 이용하여 쌍대비교를 실시한다(T. L. Saaty et. al., 1979).
- 각각의 기준들을 동시에 고려하여 최적의 자전거 과속방지턱을 선정하기 위해 ‘다기준 의사결정기법(MultiCriteria Decision Making: MCDM)을 사용하였다.
- 본 연구에서는 각 Case별 자전거 과속방지턱의 가치를 산출하기 위하여 Kirkwood(1997)가 제시한 근사적으로 사용할 수 있는 지수가치함수를 사용하였다(C. Kirkkwood, 1997).
- 여러 전문가의 설문조사 결과를 통합하기 위하여 기하평균법을 사용하였다. 속도감소-주행안전성 문항에서 전문가들의 응답수치의 기하평균값은 0.
성능/효과
- 가중치 산출 결과 주행안전성이 0.592로 가장 높은 중요도를 가지는 것으로 나타났으며, 속도감소는 0.195, 주행쾌적성은 0.213의 가중치를 가지는 것으로 산출되었다. 가중치를 사용한 덧셈 가치함수는 Eq.
- 과속방지턱의 본래 목적인 속도감소효과는 각 Case 별로 큰 차이를 나타내지 않았으나 이용자측면의 주행 안전성 및 주행쾌적성은 각 Case간 가치 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 주행안전성 및 주행쾌적성이 가장 좋은 Case 4의 최종가치가 0.
- 과속방지턱의 본래 목적인 속도감소효과는 각 Case 별로 큰 차이를 나타내지 않았으나 이용자측면의 주행 안전성 및 주행쾌적성은 각 Case간 가치 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 주행안전성 및 주행쾌적성이 가장 좋은 Case 4의 최종가치가 0.
- 과속방지턱의 본래 목적인 속도감소효과는 각 Case 별로 큰 차이를 나타내지 않았으나 이용자측면의 주행 안전성 및 주행쾌적성은 각 Case간 가치 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 주행안전성 및 주행쾌적성이 가장 좋은 Case 4의 최종가치가 0.74로 가장 큰 최종가치를 나타내는 것으로 도출되었다. 이는 과속방지턱의 높이(H)보다 폭원(L)이 주행쾌적성에 큰 영향을 미치는 요소로 자전거 과속방지턱 설계 시, 이용자의 주행안전성 및 주행쾌적성 확보를 위하여 폭원(L)을 고려해야 할 것으로 판단된다.
후속연구
- 급격한 속도감소 시 속도감소효과는 크나, 주행안전성 및 주행쾌적성은 상반된 결과를 나타내므로, 본 연구의 방법론은 향후 자전거 과속방지턱 설계 및 설치 시, 3가지 평가항목의 절충된 대안선정에 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 첫째, 본 연구에서는 24~28세 피실험자를 대상으로 연구를 수행하였기 때문에 다양한 연령층의 피실험자를 선정하여 보다 많은 샘플수를 확보하고 이를 이용한 분석이 수행되어야 할 것이다. 둘째, 본 연구의 대상구간이 자전거-보행자 겸용도로이므로 자전거 전용도로 등 다양한 대상구간에 본 연구에서 제시한 방법론을 적용하여 각 구간특성에 적합한 주행속도 및 과속방지턱 규격선정이 필요하다. 셋째, 가상과속방지턱(Image hump)과 같이 자전거에 물리적인 충격을 가하지 않으면서 속도감속을 유도할 수 있는 다양한 노면표시에 대한 실험을 통해 최적의 자전거 속도관리시설 대안 도출이 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제시한 자전거 과속방지턱 설계기법은 자전거 도로의 시설기준 마련 시 유용하게 활용가능할 것으로 판단된다.
- 둘째, 본 연구의 대상구간이 자전거-보행자 겸용도로이므로 자전거 전용도로 등 다양한 대상구간에 본 연구에서 제시한 방법론을 적용하여 각 구간특성에 적합한 주행속도 및 과속방지턱 규격선정이 필요하다. 셋째, 가상과속방지턱(Image hump)과 같이 자전거에 물리적인 충격을 가하지 않으면서 속도감속을 유도할 수 있는 다양한 노면표시에 대한 실험을 통해 최적의 자전거 속도관리시설 대안 도출이 필요할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제시한 방법론 및 결과에 대한 높은 신뢰성을 확보하기 위해서는 다음과 같은 추가적인 연구가 필요하다. 첫째, 본 연구에서는 24~28세 피실험자를 대상으로 연구를 수행하였기 때문에 다양한 연령층의 피실험자를 선정하여 보다 많은 샘플수를 확보하고 이를 이용한 분석이 수행되어야 할 것이다. 둘째, 본 연구의 대상구간이 자전거-보행자 겸용도로이므로 자전거 전용도로 등 다양한 대상구간에 본 연구에서 제시한 방법론을 적용하여 각 구간특성에 적합한 주행속도 및 과속방지턱 규격선정이 필요하다.
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