[논문]연결로-일반도로 합류부와 인접한 신호교차로의 차로이용률 계수 산출

채찬들; 정동우; 김영호

doi:10.7470/jkst.2013.31.5.071

문제 정의

HCM(TRB, 2010)에서 f_LU를 적용하는 기본적인 취지는 신호교차로에서의 차로이용 불균형이 포화 교통류율을 감소시키고 차로수가 증가할수록 그 감소폭이 커지기 때문에 이를 보정하기 위해서이다. 따라서 f_LU 는 포화 교통류율을 산출하는 단계에서 적용되고 있다.
그러나 모형개발을 위해서는 충분한 자료가 필요한데 반하여 본 연구에서는 영상촬영을 통하여 자료를 수집하였기 때문에 자료를 수집할 수 있는 조사지점의 한계로 인하여 충분한 자료 수집을 할 수 없었다. 따라서 본 연구는 연결로-일반도로 합류부가 신호교차로에 미치는 영향으로 차로이용률의 변화와 그로인한 계수를 산출하는 것에 초점을 맞추어 수행되었다.
따라서 본 연구는 현재 용량산출 기준에서 반영하지 못하고 있는 연결로-일반도로 합류부로 인한 신호교차로 차로이용률의 변화에 대한 분석을 수행하여 이를 보정하기 위한 차로이용률 계수를 산출한다는 점에서 기존 연구와 차별화된다.
본 연구는 연결로-일반도로 합류부에서 지정체가 상습적으로 발생하는 원인을 규명하고 해당 시설의 용량분석 방법을 개발하기 위한 기초연구로써, 연결로-일반도로 합류부에 인접하여 신호교차로가 위치하는 경우 연결로 교통류에 의한 영향을 분석하는 것이 목적이다. 이때 공간적 범위는 고속도로와 일반도로를 연결하는 연결로 시설 중 연결로-일반도로 합류부의 영향권 400m¹⁾이내에 신호교차로가 위치한 경우를 연구의 대상으로 설정하였다.
신호교차로 분석에서 접근로의 차로이용률은 차로 간 교통량 분포를 의미하며, 도로용량편람 연구조사(KICT, 1992)에 따르면 직진 차로군의 경우 교통량이 적을수록 차로별 차로이용률 차이가 커지고, 교통량이 용량상태에 가까울수록 차이가 줄어드는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 신호교차로 차로이용률에 대하여 도로용량편람(MLTM, 2013)과 HCM(TRB, 2010) 사례를 비교분석하여 해석 및 산출방법을 검토하였다.
이러한 배경으로 본 연구에서는 연결로-일반도로 합류부를 통해 유입된 교통류가 인접한 신호교차로의 통행 특성 및 운영에 어떠한 영향을 미치는지 조사하고, 특히 차로이용률의 변화를 분석하여 그 영향을 계수 형태로 산출함으로써 연결로-일반도로 합류부와 인접한 신호교차로 용량분석 및 운영분석에 적용하고자 하였다.

가설 설정

1) 상관분석 방법 및 절차

차로이용률 계수 산출을 위하여 연결로-일반도로 합류부에서 유입되는 연결로 교통류가 신호교차로 접근로의 차로이용률에 영향을 미칠 것이라는 가정을 먼저 통계적으로 검증하였다. 이를 위하여 연결로 교통량의 증감에 따른 신호교차로의 접근로 차로별 이용률 사이의 상관분석을 수행하였다.

제안 방법

Figure 4와 Table 6에 나타난 상관분석 결과로부터 연결로 교통량이 인접한 신호교차로 접근로의 차로이용률에 통계적으로 유의미한 영향을 미치고 있는 것으로 판단되고, 이러한 분석결과를 토대로 연결로-일반도로 합류부와 인접한 신호교차로의 경우 그 영향을 고려한 새로운 차로 이용률 계수 산출을 시도하였다.
Table 5와 같이 교통량은 승용차와 중차량(버스, 화물차)을 나누어 Ⓐ일반도로 진입교통량, Ⓑ연결로 진출 교통량, Ⓒ교차로 진입교통량을 차로별로 정리하였고, 차로변경횟수는 Ⓒ 구간에서 50m 간격으로 구간을 지정하여 구간별로 측정하였으며, 대기행렬길이는 교차로에 녹색신호가 시작되는 순간에 차로별 대기 차량 수를 측정하는 방식으로 조사하였다.
는 도로용량편람 연구조사(KICT, 1992)에서 최초로 산출되었고 현재까지 그대로 적용되고 있다. 당시 연구에서는 신호교차로 직진 차로군에 대하여 차로수가 2, 3, 4차로인 경우로 구분하여 서울시내에 위치한 신호교차로 중 각 유형에 해당하는 교차로 1-4개소를 선정하여 현장자료를 수집하였고, 최대 이용률을 나타내는 차로의 이용률과 평균 이용률의 비율을 이용하여 Table 1의 차로이용률 계수를 산출하였다.
본 연구에서는 신호교차로 접근로의 정지선으로부터 400m 이내에 연결로-일반도로 합류부가 위치한 경우에 대하여 연결로 유입 교통류와 신호교차로 차로이용률 사이의 상관분석을 수행하고, 그 결과를 통한 새로운 차로 이용률 계수를 산출하였다.
신호교차로 접근로의 차로이용률과 연결로-일반도로 합류부 연결로 교통량 사이의 상관분석을 위해서 신호교차로와 합류부의 교통류 자료가 필요하기 때문에 28개 지점 중 영상촬영을 통한 자료수집이 가능한 지점을 검토하였다.
신호교차로의 차로이용률과 합류부 유입교통류와의 통계적 상관성이 존재하는 분석결과를 활용하여 이를 반영한 신호교차로 차로이용률 계수를 산출하였다.
ⅰ. 연결로 교통량과 신호 교차로 접근로의 차로별 이용률에 대한 상관분석을 수행한다.
이때 신호교차로 상류부의 일반도로 교통량을 일정한 수준으로 통제하는 것이 불가능하므로, 5분 단위로 조사한 일반도로 교통량을 유사한 수준별로 구분하였다.
9 이상인 경우에 해당하며 이 경우에는 차로별 이용률의 차이가 적거나 없는 것으로 나타나 실질적으로 차로이용률에 대한 보정이 필요하지 않은 경우가 대부분이다. 이러한 사실로부터 본 연구에서는 차로별 평균교통량이 800vphpl 이하인 경우에 대하여 자료수집이 이루어졌고 이 자료로부터 산출된 차로이용률 보정계수를 도로용량편람(MLTM, 2013)의 평균교통량 800vphpl 이하 차로이용률 보정계수와 비교해보았다.
차로이용률 계수 산출을 위하여 연결로-일반도로 합류부에서 유입되는 연결로 교통류가 신호교차로 접근로의 차로이용률에 영향을 미칠 것이라는 가정을 먼저 통계적으로 검증하였다. 이를 위하여 연결로 교통량의 증감에 따른 신호교차로의 접근로 차로별 이용률 사이의 상관분석을 수행하였다.
차로수, 교차로 및 접속로 형태, 접속로와 교차로 사이의 거리 등의 기하구조 자료는 위성지도를 통하여 사전에 수집하였으며, 교차로의 신호운영 자료는 현장에서 직접 조사하였다. 나머지 분석에 필요한 자료는 촬영한 영상자료에서 추출하여 사용하였다.
현장조사는 2010년 8월 9일부터 20일까지 2주 동안 수행하였고 조사 지점별로 8시간씩 영상을 촬영하였는데, 비첨두 시간과 첨두 시간의 자료를 모두 수집하기 위하여 조사시간을 오전 6-10시, 오후 3시 30분-7시 30분으로 설정하였다.

대상 데이터

본 연구는 연결로-일반도로 합류부에서 지정체가 상습적으로 발생하는 원인을 규명하고 해당 시설의 용량분석 방법을 개발하기 위한 기초연구로써, 연결로-일반도로 합류부에 인접하여 신호교차로가 위치하는 경우 연결로 교통류에 의한 영향을 분석하는 것이 목적이다. 이때 공간적 범위는 고속도로와 일반도로를 연결하는 연결로 시설 중 연결로-일반도로 합류부의 영향권 400m¹⁾이내에 신호교차로가 위치한 경우를 연구의 대상으로 설정하였다.
또한 김포IC의 경우에는 신호교차로 통과 후 바로 버스정류소가 설치되어 있어 상충을 피하기 위해 차량들이 중앙쪽 차로를 이용하는 예외적인 특성을 나타내었다. 이와 같이 일반적인 연결로-일반도로 합류부와 상이한 교통 특성을 보이는 도화IC와 김포IC를 제외한 4개 지점에서 본 조사를 수행하였다.

이론/모형

이 사실을 통해 도로용량편람(MLTM, 2013)과 HCM(TRB, 2010)에서 제시하고 있는 차로이용률 보정계수는 적용단계와 형태가 다를 뿐 그 값에서는 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 HCM(TRB, 2010)에서 제시하고 있는 식(1)을 적용하여 차로이용률 계수를 산출하였다.

성능/효과

4곳의 현장에서 수집한 영상으로부터 신호교차로 접근로 직진 차로군의 교통량을 정리하여 식(1)을 통해 HCM(TRB, 2010)에서 제시하는 차로이용률 계수 f_LU을 산출한 결과 잠실대교북단램프 IC는 0.89260, 일산 IC는 0.88619, 천호대교램프는 0.88649, 양화대교북단 램프는 0.88247로 나타났다. 이 결과를 Table 2의 계수 값과 비교해보면, 직진 3차로 이상인 차로군의 보정계수 0.
6개 지점에 대한 예비조사 결과, 도화 IC의 경우 교차로 기하구조 상 좌회전 방향이 주도로이고, 직진 방향이 부도로이기 때문에 램프교통량이 증가할수록 좌회전 차로군 이용률이 증가하는 예외적인 결과가 도출되었다. 또한 김포IC의 경우에는 신호교차로 통과 후 바로 버스정류소가 설치되어 있어 상충을 피하기 위해 차량들이 중앙쪽 차로를 이용하는 예외적인 특성을 나타내었다.
HCM(TRB, 2010)에서 제시하고 있는 방법론을 적용하여 차로이용률 계수를 산출한 결과, 직진 차로수가 2차로인 경우의 차로이용률 계수는 1.113 이고, 3차로인 경우에는 1.124, 4차로인 경우에는 1.131로 산출되었고 이 값들은 기존의 도로용량편람(MLTM, 2013)에서 제시하고 있는 차로이용률 계수와는 차이가 존재한다.
그 결과 신호교차로 용량산출 과정에서 기존 계수가 교통량을 보정하던 것에서 포화교통류율을 보정해주는 것으로 계수의 개념이 바뀌었고, 계수값 역시 역수로 바뀌게 되었다.
그 결과 일산IC램프에서 백마주유소사거리, 강변북로-천호대교 접속램프에서 광장사거리, 도화IC램프에서 도화초교사거리, 양화대교북단 교차로 램프에서 합정역사거리, 잠실대교북단 교차로 램프에서 잠실대교북단사거리, 김포IC램프에서 신곡사거리까지 총 6개 지점에서 영상촬영이 가능한 것으로 조사되었고, 이 지점에서 예비조사를 수행하였다.
따라서 본 연구를 통해 4개 현장조사 지점에 수집된 자료로 부터 연결로-일반도로 합류부를 통해 유입되는 교통량이 신호교차로 차로이용률 변화에 통계적으로 유의미한 상관관계가 존재하며, 그 차로이용률 변화는 기존의 차로이용률 계수에 비해 직진 차로수가 적을수록 더 큰 값을 나타낸다는 결과를 도출할 수 있다.
4곳의 현장조사 지점에서 수집된 자료를 이용하여 신호교차로 직진차로군 차로이용률과 연결로 교통량의 상관분석을 수행한 결과는 Figure 3과 같다. 분석결과, 연결로 교통량이 적을 때는 직진차로군의 차로별 이용률의 차이가 증가하고 교통량이 증가할수록 그 차이는 감소하는 것으로 나타났다.
새로 산출된 차로이용률 계수는 기존 계수에 비해 차로수가 적을수록 더 크게 증가하였고, 차로수가 많을수록 오히려 더 작은 값을 나타내었는데, 이는 연결로-일반도로 합류부의 유입 교통류로 인해 바깥쪽 차로의 이용률이 더 높아지는 불균형이 발생되고, 그 정도는 차로 수가 적을수록 커지기 때문인 것으로 판단되었다.
서울, 인천, 수도권 지역의 개방식 toll을 운영하는 고속도로 및 자동차 전용도로를 대상으로 연결로-일반도로 합류부가 설치된 지점을 조사한 결과, 일반도로와 연결로가 접속하는 합류지점으로부터 400m 이내에 신호교차로가 존재하는 시설이 총 28개소인 것으로 나타났다.
이 사실을 통해 도로용량편람(MLTM, 2013)과 HCM(TRB, 2010)에서 제시하고 있는 차로이용률 보정계수는 적용단계와 형태가 다를 뿐 그 값에서는 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 HCM(TRB, 2010)에서 제시하고 있는 식(1)을 적용하여 차로이용률 계수를 산출하였다.
이는 차로수가 증가할수록 계수 값이 커지는 점에서 도로용량편람에서 제시하고 있는 차로이용률 보정계수와 동일한 추세를 보인다고 할 수 있다. 이러한 결과를 통해 연결로-일반도로 합류부가 신호교차로 영향권 400m 이내에 존재하고 차로별 평균 교통량 800pcphpl 이하인 상황에서는 차로수가 증가할수록 차로 이용의 편차가 심해져 이를 보정하기 위한 차로이용률 계수값도 함께 증가해야한다는 사실을 확인할 수 있다.
이러한 분석결과들로 부터 연결로-일반도로 합류부를 통해 유입되는 교통량이 신호교차로 차로이용률 변화에 통계적으로 유의미한 영향을 미치며, 그 차로이용률 변화는 기존의 차로이용률 계수에 비해 직진 차로수가 적을수록 더 큰 값을 나타내는 것을 확인하였다.
이를 위하여 서울, 인천, 수도권 지역에 위치하는 6개 지점에서 현장조사를 수행하였고, 수집한 자료를 이용하여 신호교차로 접근로 직진차로군의 차로이용률과 합류부 유입 교통량과의 통계적 상관관계를 분석하였는데, 그 결과 ① 합류부를 통해 유입되는 교통량이 증가할수록 신호교차로의 중앙쪽 차로 이용률은 감소하고, 바깥쪽 차로 이용률이 증가하는 통계적으로 유의한 상관관계가 분석되었고, ② 합류부를 통해 유입되는 교통량과 신호교차로 통과교통량이 적을수록 직진차로군의 차로별 이용률 차이는 커지고, 교통량이 증가할수록 차이가 줄어드는 것으로 분석되었다.
019만큼 작은 것으로 나타났다. 즉, 산출된 차로이용률 계수값은 직진 차로수가 2차로인 경우에 기존 계수보다 더 큰 값을 나타내고, 4차로인 경우에 더 작은 값을 나타났다.

후속연구

연결로-일반도로 합류부가 신호교차로에 미치는 영향을 분석하는 방법으로는 모형개발을 통한 방법이 가장 이상적이다. 그러나 모형개발을 위해서는 충분한 자료가 필요한데 반하여 본 연구에서는 영상촬영을 통하여 자료를 수집하였기 때문에 자료를 수집할 수 있는 조사지점의 한계로 인하여 충분한 자료 수집을 할 수 없었다. 따라서 본 연구는 연결로-일반도로 합류부가 신호교차로에 미치는 영향으로 차로이용률의 변화와 그로인한 계수를 산출하는 것에 초점을 맞추어 수행되었다.
따라서 향후 연구에서는 연결로-일반도로 합류부의 기하구조, 평균속도, 합류부와 신호교차로와의 거리 등본 연구에서 반영하지 못한 요인들을 추가적으로 반영하고 보다 많은 대상지점의 데이터를 확보해야 할 것이며 이를 통해 해당 시설과 같은 유형의 시설들에 일반적으로 적용할 수 있는 차로이용률 계수의 산출이 필요하다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연결로-일반도로 합류부란?	연결로-일반도로 합류부는 연속류 도로(고속도로)-연결로 자체-단속류도로(일반도로)로 구성된 연결로에서 연결로 자체와 일반도로가 접속하는 합류부 시설을 의미한다. 이 시설의 운영상태는 연속류 도로와 단속류도로의 용량 및 서비스 수준에 직접적인 영향을 미치므로 전체 교통 네트워크의 효율적인 운영을 위하여 용량 및 서비스 수준에 대한 엄밀한 분석이 요구된다.
	연결로-일반도로 합류부에서 용량 및 서비스 수준에 대한 엄밀한 분석이 요구되는 이유는?	연결로-일반도로 합류부는 연속류 도로(고속도로)-연결로 자체-단속류도로(일반도로)로 구성된 연결로에서 연결로 자체와 일반도로가 접속하는 합류부 시설을 의미한다. 이 시설의 운영상태는 연속류 도로와 단속류도로의 용량 및 서비스 수준에 직접적인 영향을 미치므로 전체 교통 네트워크의 효율적인 운영을 위하여 용량 및 서비스 수준에 대한 엄밀한 분석이 요구된다.
	연결로-일반도로 합류부는 어떠한 결우에 설치되는가?	연결로-일반도로 합류부는 개방식 요금징수체계 또는 무료 고속도로 및 고속화도로가 일반도로와 접속하는 경우에 설치되며, 합류부 특성에 따라 운영방식과 기하구조가 결정된다. 연결로-일반도로 합류부는 현재 서울시의 내부 순환도로, 강변북로, 올림픽대로 등의 도시 고속화 도로와 수도권의 외곽순환고속도로 등에 설치되어 있고, 대부분의 지점에서 상습적인 지정체가 발생하여 그 영향이 하류부인 일반도로와 상류부인 고속도로 본선 모두에 미치고 있는 상황이다.

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