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문제 정의
- ”라고 되어 있어 다인승차량이 도시구간내 버스전용차를 이용하는 것이 가능한 것으로 되어있다. 따라서, 본 연구에서는 버스전용차로에 다인승 차량이 함께 이용함에 있어 일반차로의 지체변화와 버스전용차로의 정시성에 대한 영향에 대하여 알아보았다.
- 버스전용차로의 설치기준은 2005년 건설교통부에서 발간된 「버스전용차로 설치 및 운영지침」에 규정되어 있으며, 버스전용차로의 설치 촉진과 효율적 운영을 통하여 도로의 이용효율을 제고시키는 것을 목적으로 하고 있다[2]. 지침에는 ‘편도 3차선 이상의 도로로서 시간당 최대 100대 이상의 버스가 통행 운행하거나 버스를 이용하는 사람이 시간당 최대 3,000명이상인 경우에 전용차로를 설치할 수 있다’고 되어있다.
- 본 연구는 버스전용차로 설치로 인한 일반차로의 지체를 완화하기 위한 방안으로 다인승차량이 버스전용차로를 운행하였을 때 버스의 정시성 변화와 일반차로의 도로상태에 대해 알아보았다.
제안 방법
- 교차로 교통량은 현장에서 조사된 데이터와「교통조사 및 분석보고서」에서 얻어진 교통량을 각각 이용하였고 가로교통량은 차종별로 세분하여 조사하였다. 가로교통량은 오전, 오후, 저녁 피크시간에 각각 2시간씩 조사하였으며, 두 지역 모두 18:00~19:00사이의 교통량이 가장 많은 것으로 나타났다.
- 도안동로의 주기 길이는 연동이 제대로 이루어지지 않아 주기 길이가 대부분 상이하였다. 교통축 분석을 위한 모의실험을 하기 위해서는 모든 교차로에 대한 신호 offset과 교통량, 기하구조 등을 면밀히 조사를 하고 주기를 맞추어야 함으로 신호주기와 offset을 최대한 맞추어 신호를 최적화하여 교통상황을 최적화시켰다
- 도안대로의 주기 길이는 180초 또는 90초로 최적화되어, 연동효과를 극대화 할 수 있도록 조정 하였다.
- 도안동로의 분석방법과 같은 방법을 이용하여 중앙버스전용차로에 현재와 동일하게 버스만 이용할 경우(1), 다인승차량이 진입하였을 경우(2), 장래 5%의 교통량이 증가하였을 경우(3), 10%의 교통량이 증가하였을 경우(4)의 4가지 경우에 대해서 분석하였다 <표 8>. 속도의 변화를 살펴보면 도안동로와 마찬가지로 장래 교통량 증가에 따라 일반차로의 속도저하가 급격히 이루어지는 것으로 나타났다.
- 현재 두 지역의 경우, 중앙버스전용차로를 이용하는 버스 대수가 적고 상대적으로 피크시간에 일반차로의 교통량이 용량의 한계에 이르러 차로별 지체 불균형의 문제가 대두되고 있다. 따라서, 중앙버스전용차로에 다인승차량의 이용을 허용하여 차로별 교통량을 고르게 분산시켰을 때 일반차로 및 버스전용차로의 지체 및 속도를 분석하여 그 변화를 알아보았다. 분석대상구간에는 현재 6개의 버스노선이 지나가고 도안동로는 8개의 교차로, 도안대로는 9개의 교차로가 있다.
- 또한, 버스의 승·하차인원(30명)과 버스우선신호를 고려하여 최대한 최적화 시킨 후 분석을 시행하였다. 또한, SPSA 알고리즘을 이용하여 운전자 행태파라메터를 최적화 하여 실제의 교통상황을 구현하도록 하였다. 운영효과 분석을 위한 효과척도(Measures of Effectiveness: MOE)는 일반차량(Car), 중차량(HGV), 버스(Bus), 전체 차량(Total)에 대한 차량당 평균지체, 평균 속도 등을 사용하였다.
- 또한, 버스의 승·하차인원(30명)과 버스우선신호를 고려하여 최대한 최적화 시킨 후 분석을 시행하였다.
- 본 연구에서는 VISSIM을 이용하여 다양한 교통 상황을 시뮬레이션 하였다. 그러나 복잡한 교통상황을 실제와 비슷하게 구현하기 위해서는 프로그램 내의 파라메터(parameter)를 조정하여야 한다.
- 7배 빠르고 정확 하게 정산 작업을 수행하는 것을 증명하였다[11]. 본 연구에서는 VISSIM의 다양한 파라메터 중 교통 상황에 가장 민감하게 반응하는 운전행태 파라메터 (Driving behavior parameter)를 정산하였고 이때 이용된 SPSA알고리즘의 기본식은 다음과 같다.
- 운영효과 분석은 크게 현재와 같이 중앙버스전용차로에 버스만 운영되었을 경우와, 중앙버스전용차로에 승합차가 진입하였을 경우, 또한 장래 교통량이 5%, 10% 증가되어 운영되었을 경우의 4가지 시나리오에 대하여 분석하였다. 이 때, 중차량 비율은 현장조사를 통하여 이용하였고 교통량은 현장 자료 중 피크시간 때의 최대 교통량을 사용하였다.
- 또한, SPSA 알고리즘을 이용하여 운전자 행태파라메터를 최적화 하여 실제의 교통상황을 구현하도록 하였다. 운영효과 분석을 위한 효과척도(Measures of Effectiveness: MOE)는 일반차량(Car), 중차량(HGV), 버스(Bus), 전체 차량(Total)에 대한 차량당 평균지체, 평균 속도 등을 사용하였다.
대상 데이터
- 따라서, 중앙버스전용차로에 다인승차량의 이용을 허용하여 차로별 교통량을 고르게 분산시켰을 때 일반차로 및 버스전용차로의 지체 및 속도를 분석하여 그 변화를 알아보았다. 분석대상구간에는 현재 6개의 버스노선이 지나가고 도안동로는 8개의 교차로, 도안대로는 9개의 교차로가 있다.
- 분석을 위한 대상구간은 2개의 중앙버스전용차로(만년교~가수원네거리 구간: 도안동로, 유성네거리~용계동 구간: 도안대로) 구간을 선정하였다. 현재 두 지역의 경우, 중앙버스전용차로를 이용하는 버스 대수가 적고 상대적으로 피크시간에 일반차로의 교통량이 용량의 한계에 이르러 차로별 지체 불균형의 문제가 대두되고 있다.
- 신호자료는 대전교통정보센터로부터 얻어진 현시를 이용하였으며, 본 연구에서는 가로 교통량이 가장 많은 18:00~19:00 사이의 현시를 이용하였다.
- 연구 대상지는 대전시의 중앙버스전용차로가 운행 중인 두 지역(도안동로, 도안대로)을 선정하였다. 두 지역은 버스전용차로에 버스통행량이 적고 일반 차로의 교통량이 많은 차로별 불균형이 심한 지역이다.
- 중앙버스전용차로에 다인승차량의 진입 허용에 대한 분석을 위해 대전시의 중앙버스전용차로를 시험분석 구간으로 설정하였다. 대전시에는 현재 가로변버스전용차로 10개 구간(47.
데이터처리
- 두 지역은 버스전용차로에 버스통행량이 적고 일반 차로의 교통량이 많은 차로별 불균형이 심한 지역이다. 두 지역을 분석하기 위해서 Synchro를 이용하여 신호를 최대한 최적화 시키고 VISSIM을 이용하여 시뮬레이션 분석을 시행하였다. 현황을 정확히 반영하기 위하여 운전자 행태를 반영할 수 있는 파라메터를 SPSA알고리즘을 이용하여 최적화 한 후 분석을 시행하였다.
- 두 지역을 분석하기 위해서 Synchro를 이용하여 신호를 최대한 최적화 시키고 VISSIM을 이용하여 시뮬레이션 분석을 시행하였다. 현황을 정확히 반영하기 위하여 운전자 행태를 반영할 수 있는 파라메터를 SPSA알고리즘을 이용하여 최적화 한 후 분석을 시행하였다.
이론/모형
- 이승재·류승규(2005)는 중앙버스전용차로의 도입 전·후 분석을 통하여 효과분석을 실시하였다[4]. Downs-Thomson Paradox이론을 적용하여 속도분석에 있어 합리성을 가지도록 하였고 도착시간데이터를 이용하여 정류장별 도착시간의 신뢰성 분석을 실시하였다.
- 그러나 복잡한 교통상황을 실제와 비슷하게 구현하기 위해서는 프로그램 내의 파라메터(parameter)를 조정하여야 한다. 일반 적으로 이러한 정산(calibration)을 위해 Genetic Algorithm(GA)이 많이 이용되었으나 본 연구에서는 Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA) 알고리즘을 이용하였다. Zhang et al.
성능/효과
- 가로 교통량의 차종별 비율은 두 지역 모두 승용차가 가장 높은 것으로 나타났고 도안동로의 승합 소형차량은 통과차량의 8.1%, 도안대로는 통과차량의 6.1%로 나타났다
- 두 지역은 버스의 승·하차로 인한 정차와 차량특성을 고려하여도 현재의 다인승차량 대수로는 버스전용차로를 이용하여도 버스전용차로의 정시성에 크게 영향을 끼치지 않았다. 그러나 도안동로의 경우 전체 지체는 증가(속도 감소)하는데 반해 도안대로는 다인승차량이 버스전용차로를 운행하면 전체 지체가 떨어지는 효과(속도 증가)가 있는 것으로 나타났다. 장래, 교통량이 증가하였을 경우 일반차로는 지체가 급격히 증가하는 것으로 나타나고 속도 또한 크게 줄어드나 버스의 속도는 완만히 감소하여 현재의 다인승차량이 10%정도 증가하여도 정시성을 어느 정도 유지 할 수 있는 것으로 나타났다.
- 4 km/h로 약간 낮아졌으나 속도변화는 크지 않는 것으로 나타났다. 버스전용차로의 평균속도는 34.7 km/h로 다인승차량의 영향이 있는 것으로 나타났으나, 버스의 정시성에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다<;표 5>.
- 도안동로의 분석방법과 같은 방법을 이용하여 중앙버스전용차로에 현재와 동일하게 버스만 이용할 경우(1), 다인승차량이 진입하였을 경우(2), 장래 5%의 교통량이 증가하였을 경우(3), 10%의 교통량이 증가하였을 경우(4)의 4가지 경우에 대해서 분석하였다 <표 8>. 속도의 변화를 살펴보면 도안동로와 마찬가지로 장래 교통량 증가에 따라 일반차로의 속도저하가 급격히 이루어지는 것으로 나타났다. 반면, 버스전용차로는 속도가 서서히 감소하나 정시성을 유지하는 것으로 나타났다.
- 황기연·이조영(2003)은 강남대로변에 중앙버스전용차로제 도입에 따른 버스 속도의 변화와 버스의 수동분담율의 변화에 대한 연구를 수행하였다[3]. 연구 결과, 중앙버스전용차로제 도입시 버스전용차로의 속도는 약 20km/h이상 높아지고 버스의 수송 분담율은 6~8%까지 증가하는 것으로 추정하였다.
- 5초로 나타났다. 일반자동차의 평균 속도는 36.7 km/h, 버스는 36.3 km/h로 나타나 버스가 정차를 한 것을 감안하면 버스의 속도는 상당히 높은 것으로 나타났다. 이때, 다인승차량을 버스전용차로에 이용하게 하였을 경우, 전체적인 평균 속도는 35.
- 그러나 도안동로의 경우 전체 지체는 증가(속도 감소)하는데 반해 도안대로는 다인승차량이 버스전용차로를 운행하면 전체 지체가 떨어지는 효과(속도 증가)가 있는 것으로 나타났다. 장래, 교통량이 증가하였을 경우 일반차로는 지체가 급격히 증가하는 것으로 나타나고 속도 또한 크게 줄어드나 버스의 속도는 완만히 감소하여 현재의 다인승차량이 10%정도 증가하여도 정시성을 어느 정도 유지 할 수 있는 것으로 나타났다. 비록 단속의 문제 및 다른 차량과의 형평성 문제가 발생할 수 있다.
후속연구
- 또한, 다인승차량의 차선변경에 따른 자동차의 안전문제와 버스전용차로의 기본목적인 수송능력 증대가 훼손될 우려도 있다. 그러나, 현재의 규제 위주의 교통수요관리 보다는 주어진 도로를 최대한 효율적으로 이용하고자 하는 노력도 중요하므로 이러한 연구가 계속될 필요가 있다고 판단된다.
- 향후 가로변 구간에 있는 버스전용차로의 다인승차량 허용에 대한 연구 및 다양한 교통량에 대한 세부적인 연구가 추가되어야 할 것으로 판단된다.
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