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문제 정의
- 본 연구에서는 효율적인 공사구간의 운영 및 관리를 위해 이동성(Mobility)과 안전성(Safety)의 두 가지 측면을 만족하는 편도 차로수 별 적정 완화구간 길이를 산정하고자 한다. 이동성 척도는 공사구간을 통과하는 최대 통과교통량을, 안전성 척도는 완화구간에서 발생하는 상충횟수를 사용하였다.
제안 방법
- 본 연구의 분석을 위해서 서울시 제한속도 80km/h인 도시고속도로를 대상으로 2012년 2월 15일부터 6월 7일까지 자료를 수집하였으며, 최종 현장조사자료 수집 지점은 동부간선도로 성수 JC 인근이다. Krammes and Lopez (1994)는 공사구간의 용량이 Activity Area의 상류부 끝단 지점에서 관측된다는 연구결과를 제시하였으므로, 본 연구에서는 공사구간의 최대 통과교통량을 산정하기 위해 완충구간 상류부 끝단 지점에서 교통량을 관측하였다.
- 본 분석을 위해 도시고속도로 CCTV 분석으로 산출된 평균 중차량 비율인 15%를 이용하였다. MOE는 효율적인 도로운영관리를 위해서는 이동성(Mobility)을 나타내는 척도인 교통량, 지체시간, 통행 시간과 안전성(Safety)을 나타내는 척도인 상충횟수로 결정하였다.
- 자료 분석은 평균 최대 통과 교통량으로 공사구간의 교통량을 구하였다. VISSIM 분석은 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 완화구간 길이를 100-500m 까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다. 최종적으로 교통량, 지체 시간, 통행시간, 상충횟수를 이용하여 적정 완화구간 길이를 결정하였다.
- 공사구간 완화구간 길이는 정산작업을 통해 현장여건과 유사한 시뮬레이션 환경을 구축한 다음, 시나리오별 분석을 통해 이동성 및 안전성 측면에서 가장 좋은 시나리오를 선정하는 절차를 거쳐 산정되었다.
- 이 때 대상구간 선정은 현장조사자료 수집과 마찬가지로 공사정보를 토대로 CCTV를 확인하고, 센터에서 제공하는 공사 관련 정보를 정리해 앞의 과정을 반복 후 목록을 작성하여 도시고속도로센터에 요청한 후, 자료검토를 통해 적합한 공사구간 및 검지기를 선정하였다. 교통량은 작업구간(완충구간 포함)내에 설치된 검지기를 활용하여, 공사구간 내에 검지기가 있다고 판단되는 지점을 선정하였다. 최종 센터자료 수집지점은 동부간선도로, 올림픽대로 등 총 9지점이다.
- 현장조사 자료(Figure 3)는 하루 중 일부 약 9시간을 분석한 자료로 24시간 분석한 센터자료(Figure 4)와는 교통류 특성이 상이해 보이지만, 24시간 분석한 현장조사자료를 분석하면 유사형태를 보일 것으로 예상된다. 그러므로 정산작업은 평균 최대 통과 교통량을 기준으로 수행하며, 현장조사 및 센터에서 수집된 자료를 이용하여 속도-교통량 관계 그래프(15분단위)에 의해 관측된 값들을 토대로 용량부근에서 최대 통과 교통량들의 평균값으로 결정하였다. 공사 시는 속도 및 교통량이 비공사시보다 낮은 값을 가질 것으로 판단되므로 심한 교통량 감소는 이상치로 판단하여 포함시키지 않았다.
- 도시고속도로 현장 관측을 통해 평균 최대 통과 교통량을 구한 다음, 이를 기준으로 Simulation을 이용하여 편도 2-4차로 1차로 도로점용 공사 시 완화구간 길이를 100-500m까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다.
- 도시고속도로센터 자료를 바탕으로 실제 공사가 이루어졌던 올림픽대로 천호대교 인근 약 5km 공사구간을 대상구간으로 선정하여 VISSIM을 이용하여 분석 후, 정산과정을 거쳤다.
- 이처럼 연속류 구간에서의 공사구간은 교통혼잡 및 안전성에 매우 부정적 영향을 미치기 때문에 공사구간을 효율적으로 운영·관리하기 위한 노력이 필요한데, 현재까지는 이런 연구가 거의 이루어지지 못한 실정이다. 본 연구에서는 효율적인 공사구간의 운영 및 관리를 위해 이동성과 안전성의 두 가지 측면을 모두 만족하는 편도 차로수별 적정 완화구간 길이를 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 산정하였다.
- 시나리오는 Table 4와 같이 편도 차로수에 따라 크게 3가지로 구분하였으며, 각 시나리오별로 완화구간 길이를 100-500m 까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다. 이 때 완화구간 길이에 따른 교통량, 지체시간, 통행시간, 상충횟수를 결과값으로 산출하였다.
- 이런 문제점을 해결하기 위해 Park (2007)은 미시적 교통시뮬레이션 프로그램인 VISSIM을 이용하여 고속도로 공사구간의 적정 완화구간 길이를 차로별로 설정하고자 하였다. 완화구간 길이를 100-500m까지 50m 간격으로 변화시키며 분석하였으며, 효과척도는 밀도, 통행속도, 통과교통량을 이용하였다. 그 결과 적정 완화구간 길이는 편도 2-3차로 도로의 1차로 점용의 경우는 300m, 편도 4차로 도로의 1차로 점용의 경우는 350m로 설정하였다.
- 현장조사를 통해서는 다양한 조건하에서의 공사구간 자료를 수집하는데 한계가 있기 때문에 이를 보완하기 위해 서울도시고속도로센터 검지기 자료를 활용하였다. 이 때 대상구간 선정은 현장조사자료 수집과 마찬가지로 공사정보를 토대로 CCTV를 확인하고, 센터에서 제공하는 공사 관련 정보를 정리해 앞의 과정을 반복 후 목록을 작성하여 도시고속도로센터에 요청한 후, 자료검토를 통해 적합한 공사구간 및 검지기를 선정하였다. 교통량은 작업구간(완충구간 포함)내에 설치된 검지기를 활용하여, 공사구간 내에 검지기가 있다고 판단되는 지점을 선정하였다.
- 시나리오는 Table 4와 같이 편도 차로수에 따라 크게 3가지로 구분하였으며, 각 시나리오별로 완화구간 길이를 100-500m 까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다. 이 때 완화구간 길이에 따른 교통량, 지체시간, 통행시간, 상충횟수를 결과값으로 산출하였다.
- 본 연구에서는 효율적인 공사구간의 운영 및 관리를 위해 이동성(Mobility)과 안전성(Safety)의 두 가지 측면을 만족하는 편도 차로수 별 적정 완화구간 길이를 산정하고자 한다. 이동성 척도는 공사구간을 통과하는 최대 통과교통량을, 안전성 척도는 완화구간에서 발생하는 상충횟수를 사용하였다.
- 자료 수집은 서울도시고속도로 교통정보 등에서 제공하는 공사정보 확인 후, CCTV로 공사구간 확인 및 인터넷 지도로 촬영위치를 탐색하였다. 이를 토대로 현장에 나가 공사를 하고 있다면 적절한 위치에서 비디오 카메라 촬영을 실시하고, 자료검토를 통해 적합한 공사구간을 선정하였다. 만약 조사를 나갔을 때 공사를 하고 있지 않다면 처음으로 돌아가 공사정보를 확인하는 등 그과정을 반복적으로 수행하였다.
- Eom (1994)의 연구에서는 공사로 인해 1차로 점용시 편도4차로일 경우 1,915pcphpl, 편도3차로 1,676pcphpl, 편도2차로 1,536pcphpl 등으로 나타났다. 이처럼 차로수에 따라 공사구간의 교통량 및 용량이 상이하게 나타나기 때문에, 본 연구에서는 차로수에 따라 자료를 수집 및 분석하였다.
- VISSIM 분석은 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 완화구간 길이를 100-500m 까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다. 최종적으로 교통량, 지체 시간, 통행시간, 상충횟수를 이용하여 적정 완화구간 길이를 결정하였다.
대상 데이터
- 도시고속도로센터 올림픽대로 영동대교 인근 자료는 2012년 5월 23일 00:00-24:00 하루 동안 수집한 자료로 그 중 공사시간은 13:16-14:32 으로 약 75분 동안 진행되었다. Figure 4와 같이 비공사시의 통과 교통량(15분 단위)은 최소 1,878pcphpl, 최대 1,958pcphpl로 나타났으며, 평균은 1,918pcphpl로 산출되었다.
- 또한, 실제 현장에서는 완화구간의 길이를 100m로 운영하고 있었기 때문에 본 시뮬레이션에서도 100m를 기준으로 분석하였다.
- VISSIM 분석을 위해 입력 자료 항목은 교통량, 중차량 비율, 기하구조 특성(차로폭, 차로수, 제한속도) 등으로 구성되어 있다. 본 분석을 위해 도시고속도로 CCTV 분석으로 산출된 평균 중차량 비율인 15%를 이용하였다. MOE는 효율적인 도로운영관리를 위해서는 이동성(Mobility)을 나타내는 척도인 교통량, 지체시간, 통행 시간과 안전성(Safety)을 나타내는 척도인 상충횟수로 결정하였다.
- 본 연구는 서울시 제한속도 80km/h인 도시고속도로를 대상으로 수행되었으며, 분석을 위한 자료수집은 2012년 2월 15일 - 6월 17일(현장조사)과 2012년 5월 1일 - 6월 30일(도시고속도로 센터자료) 동안 이루어졌다.
- 본 연구의 분석을 위해서 서울시 제한속도 80km/h인 도시고속도로를 대상으로 2012년 2월 15일부터 6월 7일까지 자료를 수집하였으며, 최종 현장조사자료 수집 지점은 동부간선도로 성수 JC 인근이다. Krammes and Lopez (1994)는 공사구간의 용량이 Activity Area의 상류부 끝단 지점에서 관측된다는 연구결과를 제시하였으므로, 본 연구에서는 공사구간의 최대 통과교통량을 산정하기 위해 완충구간 상류부 끝단 지점에서 교통량을 관측하였다.
- 연구진행은 Figure 1에 제시된 것처럼 공사구간 관련 문헌을 고찰한 후, 서울지방경찰청 종합교통정보센터 및 서울도시고속도로 교통정보를 토대로 공사구간의 자료를 수집하였다. 수집된 자료는 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 교통량, 속도 등이다. 자료 분석은 평균 최대 통과 교통량으로 공사구간의 교통량을 구하였다.
- 연구진행은 Figure 1에 제시된 것처럼 공사구간 관련 문헌을 고찰한 후, 서울지방경찰청 종합교통정보센터 및 서울도시고속도로 교통정보를 토대로 공사구간의 자료를 수집하였다. 수집된 자료는 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 교통량, 속도 등이다.
- 자료 수집은 서울도시고속도로 교통정보 등에서 제공하는 공사정보 확인 후, CCTV로 공사구간 확인 및 인터넷 지도로 촬영위치를 탐색하였다. 이를 토대로 현장에 나가 공사를 하고 있다면 적절한 위치에서 비디오 카메라 촬영을 실시하고, 자료검토를 통해 적합한 공사구간을 선정하였다.
- 교통량은 작업구간(완충구간 포함)내에 설치된 검지기를 활용하여, 공사구간 내에 검지기가 있다고 판단되는 지점을 선정하였다. 최종 센터자료 수집지점은 동부간선도로, 올림픽대로 등 총 9지점이다.
- 현장조사는 지점 선정의 한계로 인해 1개 지점(편도 4차로)만을 대상으로 이루어졌으며, 센터자료는 총 9개 지점(편도 4차로-4개 지점, 편도 3차로-3개 지점, 편도 2차로-2개 지점)을 대상으로 수집하여 분석하였다.
- 현장조사를 통해서는 다양한 조건하에서의 공사구간 자료를 수집하는데 한계가 있기 때문에 이를 보완하기 위해 서울도시고속도로센터 검지기 자료를 활용하였다. 이 때 대상구간 선정은 현장조사자료 수집과 마찬가지로 공사정보를 토대로 CCTV를 확인하고, 센터에서 제공하는 공사 관련 정보를 정리해 앞의 과정을 반복 후 목록을 작성하여 도시고속도로센터에 요청한 후, 자료검토를 통해 적합한 공사구간 및 검지기를 선정하였다.
데이터처리
- Simulator를 이용하여 기하구조(대상구간길이, 차로수 등) 및 입력 자료(교통량, 중차량 비율 등)를 입력하였으며, 분석시간은 1시간으로 완화구간 길이에 따라 5가지 Random Seed를 적용 후 평균값을 사용하였다.
- 공사 시는 속도 및 교통량이 비공사시보다 낮은 값을 가질 것으로 판단되므로 심한 교통량 감소는 이상치로 판단하여 포함시키지 않았다. 본 방법론을 1개 지점의 현장자료, 9개 지점의 센터자료에 적용하여 평균 최대 통과 교통량을 산출하였다.
- 시뮬레이션 분석에 앞서 현실과 유사한 분석을 위해 정산작업을 실시하였다. 공사구간의 개별차량 행태에 관련된 파라메타는 headway(m), gap time(초) 등이 있는데, default 값은 headway 5m, gap time 3초로 되어 있다.
- 수집된 자료는 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 교통량, 속도 등이다. 자료 분석은 평균 최대 통과 교통량으로 공사구간의 교통량을 구하였다. VISSIM 분석은 편도 2-4차로 중 1차로 도로점용 공사 시 완화구간 길이를 100-500m 까지 100m 간격으로 변화시키며 분석하였다.
이론/모형
- 결과 자료는 앞서 설명한 바와 같이 교통량(pcphpl), 지체시간(초), 통행시간(초), 상충횟수 4가지를 얻게 되는데, 상충횟수는 Surrogate Safety Assessment Model(SSAM)을 이용하여 구하였다. SSAM은 미국 FHWA에서 개발한 상충을 분석하는 소프트웨어로, 상충이론에 기반을 두고 미시 교통 시뮬레이션 모형(microscopic traffic simulation models)에서 생산된 개별 차량 경로자료를 이용한다.
성능/효과
- 비공사시의 통과 교통량(15분 단위)은 Figure 3과 같이 최소 1,836pcphpl, 최대 2,080pcphpl로 나타났으며, 평균은 1,953pcphpl로 산출되었다. 공사 시 통과 교통량(15분 단위)은 최소 1,669pcphpl, 최대 1,930pcphpl로 나타났으며, 평균은 1,724pcphpl로 산출되었다.
- Figure 4와 같이 비공사시의 통과 교통량(15분 단위)은 최소 1,878pcphpl, 최대 1,958pcphpl로 나타났으며, 평균은 1,918pcphpl로 산출되었다. 공사시 통과 교통량(15분 단위)은 최소 1,688pcphpl, 최대 1,745pcphpl로 나타났으며, 평균은 1,707pcphpl로 산출되었다.
- 그 결과 완화구간의 길이를 길게 할수록 공사구간을 통과하는 최대 교통량은 증가하다가 감소하는 경향을 보이며, 안전성 척도인 상충횟수는 급격하게 감소하다 일정거리부터는 감소정도가 매우 미미한 것으로 분석되었다. 두 가지 척도를 이용하여 차로수별 적정 완화구간 길이를 산정하였는데, 편도 3차로와 4차로의 경우는 300m, 편도 2차로의 경우에는 200m인 것으로 분석되었다.
- Table 3은 headway와 gap time을 변화시킬 때 각 경우에 산출되는 교통량을 나타낸 것이다. 그 결과 현장 조사 자료로부터 결정한 값(1,701pcphpl)과 유사한 교통량을 산출하는 경우는 headway와 gap time이 4.5m와 1.1초, 그리고 2.5m와 2.9초의 2가지 경우로 나타났다. 하지만 headway의 단위는 미터(m)로 차량 길이 등을 고려했을 때 headway와 gap time이 2.
- 두 가지 척도를 이용하여 차로수별 적정 완화구간 길이를 산정하였는데, 편도 3차로와 4차로의 경우는 300m, 편도 2차로의 경우에는 200m인 것으로 분석되었다. 기존 방법에 의하면 공사구간의 완화구간 길이는 차로수와 상관없이 일정한 길이로 정해지는데 반해 본 분석결과는 차로수에 따라 완화구간 길이를 달리하는 것이 통과 교통량 및 안전성 측면에서 보다 우수한 것으로 나타났다.
- 그 결과 완화구간의 길이를 길게 할수록 공사구간을 통과하는 최대 교통량은 증가하다가 감소하는 경향을 보이며, 안전성 척도인 상충횟수는 급격하게 감소하다 일정거리부터는 감소정도가 매우 미미한 것으로 분석되었다. 두 가지 척도를 이용하여 차로수별 적정 완화구간 길이를 산정하였는데, 편도 3차로와 4차로의 경우는 300m, 편도 2차로의 경우에는 200m인 것으로 분석되었다. 기존 방법에 의하면 공사구간의 완화구간 길이는 차로수와 상관없이 일정한 길이로 정해지는데 반해 본 분석결과는 차로수에 따라 완화구간 길이를 달리하는 것이 통과 교통량 및 안전성 측면에서 보다 우수한 것으로 나타났다.
- 분석결과 Table 2와 같이 편도 4차로 도로 중 1차로를 점용한 공사구간의 평균 최대 통과 교통량은 현장조사는 1,724pcphpl, 센터자료는 1,695pcphpl(4개 지점 평균값)로 나타났다, 평균 4차로 도로 중 1차로 점용의 평균 최대 통과 교통량은 1,701pcphpl으로 나타났는데, 이는 현장조사 및 센터자료로부터 수집된 5개 지점의 값을 평균하여 산출한 것이다.
- 는 125로 나타났는데, 적정 완화구간 길이를 300m로 결정할 경우 교통량은 71pcphpl 더 통과할 수 있고, 10m 당 상충횟수는 22회로 줄어들게 된다. 지체 시간은 약 280초에서 약 260초로, 통행시간은 약 440초에서 약 420초로 감소하는 결과를 나타냈다.
- 편도 3차로 도로의 공사구간 현장관측 값인 교통량은 1,639pcphpl, 정산작업을 토대로 산출된 10m 당 상충횟수는 123으로 나타났는데, 적정 완화구간 길이를 300m로 결정할 경우 교통량은 40pcphpl 더 통과할 수 있고, 10m 당 상충횟수는 29회로 줄어들게 된다. 지체 시간은 약 390초에서 약 360초로, 통행시간은 약 540초에서 약 510초로 감소하는 결과를 나타냈다.
- 편도 2차로 도로의 공사구간 현장관측 값인 교통량은 1,581pcphpl, 정산작업을 토대로 산출된 10m 당 상충횟수는 173으로 나타났는데, 적정 완화구간 길이를 200m로 결정할 경우 교통량은 85pcphpl 더 통과할 수 있고, 10m 당 상충횟수는 22회로 줄어들게 된다. 지체 시간은 약 470초에서 약 430초로, 통행시간은 약 630초에서 약 590초로 감소하는 결과를 나타냈다.
후속연구
- 본 연구에서는 본선 중 1개 차로를 점용하여 공사하는 경우에 대해서만 분석을 시행하였는데, 현장에 적용 가능한 기준을 마련하기 위해서는 차로 감소 유형별 또는 차로 폭 및 단계적 점용 시 등 다양한 조건을 고려하여 공사구간 완화구간 길이를 산정하고, 실제 현장검증을 통해 현장적용이 가능하도록 만들 수 있는 체계적인 추가 연구가 필요하다. 특히, 속도도 최대 교통량에 영향을 미치기 때문에 설계속도별 적정 완화구간의 길이 산정에 관한 심도깊은 연구가 필요하다.
- 또한 완화구간 길이를 100m 단위보다 30m, 50m 등으로 세분화된 진행이 필요할 것으로 판단된다. 아울러, 본 분석을 위해 자료를 수집한 구간은 기하구조 특성이 서로 약간씩 다른 점을 보이고 있어 최대 통과 교통량을 산출하는데 영향을 미칠 수 있으나, 동일한 기하구조 특성을 가지는 공사구간을 대상으로 자료를 수집하는데 애로사항이 있기 때문에 향후에는 기하구조 특성이 동일한 구간만을 대상으로 분석하는 것이 필요하다.
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