해외 주요 도시에서 운영되고 있는 트램은 도시부의 교통혼잡과 대중교통의 수송분담율 감소 문제, 환경문제를 해결할 수 있는 대중교통 수단으로 인식되어 우리나라의 각 지방자치 단체에서 시스템 도입을 진행 중에 있다. 본 연구에서는 기존 신호운영 체계에서 트램을 효율적으로 운영하기 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다. 트램 우선신호를 수행하기 위한 시스템을 구성하고, 트램 정류장의 정차시간을 제어를 통해 트램의 교차로 무정차 통과를 구현하는 알고리즘을 개발하였으며, 대향방향의 트램차량을 고려하여 트램의 신호교차로 연속통행을 구현하였다. 또한 트램의 교차로 도착시간에 따라 정류장의 정차시간을 최소화하기 위한 능동식 우선신호 전략을 선택함으로서 신호제어 효과를 극대화 하였다. 개발된 신호제어전략을 평가하기 위해서 VISSIM 모형의 API 기능을 이용하여 트램 우선신호 제어전략을 구현하여 신호제어 효과를 분석한 결과, 트램차량의 신호교차로 정지수와 통행시간이 감소했음을 확인하였고, 일반차량도 트램 우선신호에 따른 지체증가가 거의 나타나지 않음을 확인하였다.
해외 주요 도시에서 운영되고 있는 트램은 도시부의 교통혼잡과 대중교통의 수송분담율 감소 문제, 환경문제를 해결할 수 있는 대중교통 수단으로 인식되어 우리나라의 각 지방자치 단체에서 시스템 도입을 진행 중에 있다. 본 연구에서는 기존 신호운영 체계에서 트램을 효율적으로 운영하기 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다. 트램 우선신호를 수행하기 위한 시스템을 구성하고, 트램 정류장의 정차시간을 제어를 통해 트램의 교차로 무정차 통과를 구현하는 알고리즘을 개발하였으며, 대향방향의 트램차량을 고려하여 트램의 신호교차로 연속통행을 구현하였다. 또한 트램의 교차로 도착시간에 따라 정류장의 정차시간을 최소화하기 위한 능동식 우선신호 전략을 선택함으로서 신호제어 효과를 극대화 하였다. 개발된 신호제어전략을 평가하기 위해서 VISSIM 모형의 API 기능을 이용하여 트램 우선신호 제어전략을 구현하여 신호제어 효과를 분석한 결과, 트램차량의 신호교차로 정지수와 통행시간이 감소했음을 확인하였고, 일반차량도 트램 우선신호에 따른 지체증가가 거의 나타나지 않음을 확인하였다.
Recently, our local governments are conducting the introduction of tram system because it is recognized as an effective public transit that can solve a traffic jam in downtown, decreasing public transit share and environmental issues in world wide cities. We developed the Active Priority Control Str...
Recently, our local governments are conducting the introduction of tram system because it is recognized as an effective public transit that can solve a traffic jam in downtown, decreasing public transit share and environmental issues in world wide cities. We developed the Active Priority Control Strategy to efficiently operate a tram in our existing traffic signal system. This study organized the tram system for operating the Active Priority Signal Control, developed the algorithm that calculates a tram-stop dwell time in order to pass the downstream intersection without a stop. The dwell time is determined by arrival time at tram-stop, downstream signal time, and the location of a opposite tram, it can be reduced by choosing the optimal one among Signal Priority Controls. Using the VISSIM and VISVAP model, we conducted a simulation test for the city of Chang-won that it is expected to install a tram system. It showed that a developed signal control strategy is effective to prevent a tram's stop in intersections, to reduce a tram's travel time.
Recently, our local governments are conducting the introduction of tram system because it is recognized as an effective public transit that can solve a traffic jam in downtown, decreasing public transit share and environmental issues in world wide cities. We developed the Active Priority Control Strategy to efficiently operate a tram in our existing traffic signal system. This study organized the tram system for operating the Active Priority Signal Control, developed the algorithm that calculates a tram-stop dwell time in order to pass the downstream intersection without a stop. The dwell time is determined by arrival time at tram-stop, downstream signal time, and the location of a opposite tram, it can be reduced by choosing the optimal one among Signal Priority Controls. Using the VISSIM and VISVAP model, we conducted a simulation test for the city of Chang-won that it is expected to install a tram system. It showed that a developed signal control strategy is effective to prevent a tram's stop in intersections, to reduce a tram's travel time.
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문제 정의
본 연구는 간선도로의 트램 전용차로 구간의 이동성과 안전성을 확보하기 위해서 트램 정류장의 정차시간을 제어하고, 신호교차로에서 능동식 우선신호를 적용함으로서 트램차량이 신호교차로에서 정차하지 않고 통과할 수 있는 신호제어 전략을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해서 간선도로에 트램이 설치되는 것을 가정하여 시스템 구성방안을 정의하였고, 트램 정류장의 정차시간을 효율적으로 제어할 수 있는 신호제어 알고리즘과 정차시간을 최소화 할 수 있는 우선신호 판단 알고리즘을 개발하였다.
본 연구는 현재 우리나라에 트램 시스템의 도입이 추진되고 있는 상황에서 트램의 운영특성을 고려한 능동식 우선신호 제어전략을 개발하였다는데 의의가 있다. 또한 이러한 연구를 기초로 하여 향후 BRT와 같은 대중교통 우선신호에 본 연구결과의 적용이 가능하고, 대중교통의 신호운영에 대한 다양한 기법을 제시하였다는 의미가 있다.
본 연구에서는 간선도로 전용차로에서 트램차량의 연속통행을 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다. 개발된 신호제어 전략은 정류장의 정차시간을 제어하고, 신호교차로에서 정차시간을 최소화하기 위한 최적의 우선신호 전략을 선택하여 트램의 효율적인 신호교차로 연속 통행을 구현하였다.
하지만 트램은 차량간의 영향이 없는 독립적 주행과 정류장의 정차특성을 고려하여 하류부 교차로와 연동한 신호제어가 가능하다. 본 연구에서는 이러한 해외의 트램 운영형태와 전략과 특성을 반영하여 국내 도로환경에 적합하고, 트램의 정시성을 보장하면서 일반차량의 지체를 최소화하는 능동식트램 우선신호 제어전략을 개발하였다.
트램의 우선신호 전략으로 Early Green과 Green Extension 전략을 적용하였고, 우선신호 효율을 높이기 위한 검지기의 최적위치를 해석적 방법으로 산출하였다. 이 연구결과에서 우선신호의 효과를 최대로 할 수 있는 트램 전용차로의 검지기 설치위치를 제시함과 동시에 교차로의 최적 신호시간 길이를 산출하기 위한방법도 제시하였다.
트램 우선신호 제어의 첫 번째 목표는 정류장 정차시간의 제어를 통해 트램의 교차로 정차를 방지하는 것이고, 두 번째 목표는 트램의 대기시간을 단축시키는 능동식 제어기법의 선택을 통해 좀 더 효과적인 신호제어를 수행하는 것이다.
가설 설정
7km 구간의 13개의 신호교차로와 4개의 트램 정류장을 포함하고 있다. 간선도로 중앙에 전용차로가 운영 중인 것을 감안하여 일반 차량과 트램차량의 상충이 없는 것을 가정하였다.
신호운영 알고리즘의 개발을 위해서 연구의 공간적 범위를 중앙 트램 전용차로가 설치된 간선도로로 한정하였고, 한 대의 차량이 전용차로를 따라 각각의 방향별로 1개 노선을 일정한 배차간격으로 주행하는 것을 가정하였다. 차량의 특성은 선행차량의 영향이 없이 독립적으로 운행하는 한량의 차량 또는 다량의 차량으로 정의하였고, 전용차로의 트램 정류장 위치는 중앙 전용차로의 신호교차로의 정지선으로부터 80이상 상류부의 Mid-Block과 Far-Side에 위치하여 다수의 승객이 10초부터 45초까지 무작위로 승ᆞ하차 하는 것을 가정하였다.
신호운영 알고리즘의 개발을 위해서 연구의 공간적 범위를 중앙 트램 전용차로가 설치된 간선도로로 한정하였고, 한 대의 차량이 전용차로를 따라 각각의 방향별로 1개 노선을 일정한 배차간격으로 주행하는 것을 가정하였다. 차량의 특성은 선행차량의 영향이 없이 독립적으로 운행하는 한량의 차량 또는 다량의 차량으로 정의하였고, 전용차로의 트램 정류장 위치는 중앙 전용차로의 신호교차로의 정지선으로부터 80이상 상류부의 Mid-Block과 Far-Side에 위치하여 다수의 승객이 10초부터 45초까지 무작위로 승ᆞ하차 하는 것을 가정하였다.
제안 방법
정류장진입정보를 위해 정류장이 설치된 링크에서는 트램정류장의 정지선에서 위치정보와 시간정보를 수집하고, 트램 정류장이 설치되지 않은 링크에서는 링크 상류부 80~150(m) 지점에 RSE를 설치하여 위치정보와 시간정보를 수집한다. IR-DSRC의 적외선광대역 통신의 통신영역은 20(m)로 규정하고, 트램차량의 진출정보를 수집하기 위해서 하류부의 링크의 진입부에서 위치정보와 시간정보를 수집하며, 돌발상황으로 인해 트램차량이 교차로의 정지선에서 정차했을 경우, 우선신호의 요청을 위해 교차로 정지선의 위치정보와 시간정보를 수집한다. 트램의 검지체계 구성은 <그림 3>과 같이 정의한다.
본 연구에서는 간선도로 전용차로에서 트램차량의 연속통행을 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다. 개발된 신호제어 전략은 정류장의 정차시간을 제어하고, 신호교차로에서 정차시간을 최소화하기 위한 최적의 우선신호 전략을 선택하여 트램의 효율적인 신호교차로 연속 통행을 구현하였다.
능동식 우선신호 제어의 효과를 검증하기 위해 트램 정류장의 정차시간을 15초부터 45초까지 변화시키면서 현황신호와 고정식 우선신호 제어와 능동식 트램 우선신호 제어에 대해서 각각 1시간동안 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 분석을 위한 도구는 VISSIM 모형과 우선신호 제어 알고리즘을 구현하기 위한 VISVAP 모델을 사용하였고, 랜덤시드를 달리하여 10회씩 반복하여 시뮬레이션평가를 수행하였다.
Abebe(1996)는 신호교차로에서 자동차와 함께운영되는 경철철의 신호운영에 대해 연구하였다. 서로 다른 특성의 이동류를 통합적으로 운영하기 위한 방안을 제시하였고, 신호제어기에서 경전철을 위한 독립적인 신호시간을 계산하기 위해 트램의 특성을 고려하여 일반차량과의 상충을 고려한 현시순서를 최적화하였다. Barton(2003)은 경전철의 우선신호 제어를 위한 고정식과 능동식 우선신호 전략을 구분하여 그 특성에 따른 효과를 분석하였다.
세 번째로 트램이 교차로를 정지없이 통과하는데 필요한 우선신호 시간인 Priority Window(PWm)를 계산하여 트램의 교차로 대기시간(Twait)을 계산한다. 이때 하류부 폐색구간에 선행차량이 존재할 경우, 폐색구간 길이까지 트램의 교차로 대기시간을 연장한다.
트램의 정류장 정차시간 제어 전략에서는 정류장의 트램 정차시간 제어를 통해 트램의 교차로 무정차 통행을 구현하는 알고리즘을 제시하였으며, 대향방향 트램차량을 고려하는 알고리즘을 함께 제시하였다. 신호교차로의 트램 우선신호 제어에서는 선택적인 능동식 우선신호 제어를 통해 정류장의 정차시간을 최소화하고, 교차로의 신호운영 효율을 높이는 전략을 제시하였다.
연구의 기본적인 틀은 기존연구 고찰을 통해 기존 트램의 신호운영과 관련한 연구결과를 정리하여 기존 연구의 한계를 분석하였고, 트램차량과 운영시스템의 특성을 이용한 우선신호제어 알고리즘을 개발하여 미시적 시뮬레이션 모형을 통해 그 효과를 검증하였다.
Meenakshy(2005)의 연구에서는 간선도로에서 버스우선신호 전략을 위한 연동폭을 최대화하기 위한 신호제어 전략을 개발하였다. 이 연구에서 고정식 우선신호 제어와 능동식 우선신호 제어를 수행하기 위한 3단계의 신호제어 시스템 전략을 구성하였고, 두가지 우선신호 제어를 3단계 신호제어 시스템을 통해 동시에 수행하는 방법을 제안하였다. Garrow(1998)는 Green Extension 기법을 적용하는 경우 Early Green 기법보다 일반차량에 미치는 영향이 더 적은 것을 확인하였으며, 비우선 현시의 교통량비가 클수록 우선신호로 인한 일반 교통류의 충격이 증가함을 미시적 시뮬레이션을 통해 증명하였다.
Barton(2003)은 경전철의 우선신호 제어를 위한 고정식과 능동식 우선신호 전략을 구분하여 그 특성에 따른 효과를 분석하였다. 이 연구에서는 경전철의 지체 및 통행시간 최소화를 위한 효과적인 우선신호 전략으로 GreenExtension과 Phase Skipping 기법을 제시하였다. Li(2009)의 경전철을 위한 능동식 우선신호 제어에 대한 연구에서는 경전철의 우선신호 제어를 위해 필요한 시스템을 4가지로 정의하였고, 경전철 우선신호 제어에 의한 타 이동류의 영향을 최소화 할 목적으로 정류장 정차시간을 예측하고, 이를 우선신호 녹색시간길이에 반영하였다.
이때 하류부 폐색구간에 선행차량이 존재할 경우, 폐색구간 길이까지 트램의 교차로 대기시간을 연장한다. 이때 대향방향의 트램 차량의 진입 여부를 체크하고, 제어단위가 분리되는 교차로인지 확인하여 대향방향 상충 알고리즘과 제어단위 간 연동제어 알고리즘을 수행한다.
본 연구는 간선도로의 트램 전용차로 구간의 이동성과 안전성을 확보하기 위해서 트램 정류장의 정차시간을 제어하고, 신호교차로에서 능동식 우선신호를 적용함으로서 트램차량이 신호교차로에서 정차하지 않고 통과할 수 있는 신호제어 전략을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해서 간선도로에 트램이 설치되는 것을 가정하여 시스템 구성방안을 정의하였고, 트램 정류장의 정차시간을 효율적으로 제어할 수 있는 신호제어 알고리즘과 정차시간을 최소화 할 수 있는 우선신호 판단 알고리즘을 개발하였다.
트램의 신호운영을 위해 사용되는 정보수집장치는 일반차량의 통행과 관련한 제반 정보수집뿐만 아니라, 트램 우선신호제어 시스템의 요구에 부합하는 지점 및 공간검지방식 중에서 유지관리 및 데이터의 신뢰성이 검증된 IR-DSRC 방식을 사용하여 우선신호 제어를 위한 데이터를 수집한다. 정류장진입정보를 위해 정류장이 설치된 링크에서는 트램정류장의 정지선에서 위치정보와 시간정보를 수집하고, 트램 정류장이 설치되지 않은 링크에서는 링크 상류부 80~150(m) 지점에 RSE를 설치하여 위치정보와 시간정보를 수집한다. IR-DSRC의 적외선광대역 통신의 통신영역은 20(m)로 규정하고, 트램차량의 진출정보를 수집하기 위해서 하류부의 링크의 진입부에서 위치정보와 시간정보를 수집하며, 돌발상황으로 인해 트램차량이 교차로의 정지선에서 정차했을 경우, 우선신호의 요청을 위해 교차로 정지선의 위치정보와 시간정보를 수집한다.
트램 운영조건 및 변수의 범위로서 승용차와 트램의 연동속도는 각각 30km/h와 60km/h로 설정하였으며, 트램차량의 배차간격은 3분, 5분, 7분으로 가정하였고, 일반차량의 입력교통량은 V/C=0.6 정도의 오전첨두시 현황교통량을 적용하였다.
Jeoung(2011)의 논문에서는 트램의 주행특성을 고려하여 능동식 우선신호 제어를 위한 최적 검지기 위치산정 모형을 개발하였다. 트램의 우선신호 전략으로 Early Green과 Green Extension 전략을 적용하였고, 우선신호 효율을 높이기 위한 검지기의 최적위치를 해석적 방법으로 산출하였다. 이 연구결과에서 우선신호의 효과를 최대로 할 수 있는 트램 전용차로의 검지기 설치위치를 제시함과 동시에 교차로의 최적 신호시간 길이를 산출하기 위한방법도 제시하였다.
트램의 정류장 정차시간 제어 전략에서는 정류장의 트램 정차시간 제어를 통해 트램의 교차로 무정차 통행을 구현하는 알고리즘을 제시하였으며, 대향방향 트램차량을 고려하는 알고리즘을 함께 제시하였다. 신호교차로의 트램 우선신호 제어에서는 선택적인 능동식 우선신호 제어를 통해 정류장의 정차시간을 최소화하고, 교차로의 신호운영 효율을 높이는 전략을 제시하였다.
대상 데이터
1. 효과분석 개요
개발된 트램 우선신호 제어전략의 효과를 평가하기 위해서 현재 시스템의 도입을 위해 기본계획을 수행중인 경상남도 창원시 원이대로 분석구간을 설정해서 미시적 시뮬레이션 평가를 수행하였다. 분석구간은 원이대로 상의 2.
개발된 트램 우선신호 제어전략의 효과를 평가하기 위해서 현재 시스템의 도입을 위해 기본계획을 수행중인 경상남도 창원시 원이대로 분석구간을 설정해서 미시적 시뮬레이션 평가를 수행하였다. 분석구간은 원이대로 상의 2.7km 구간의 13개의 신호교차로와 4개의 트램 정류장을 포함하고 있다. 간선도로 중앙에 전용차로가 운영 중인 것을 감안하여 일반 차량과 트램차량의 상충이 없는 것을 가정하였다.
트램 우선신호 제어에 따른 네트워크 전체의 사람에 대한 지체변화를 분석하기 위해 차량의 재차인원을 고려하여 교차로를 통과하는 모든 차량의 사람당 지체변화를 확인하였다 (일반차량은 부산울산광역권 승용차 재차인원인 1,360명을 적용, 한국교통연구원, 트램은 트램 승객정원 최소치인 110명을 적용, Shin, 2005). 트램과 일반차량을 포함하여 평균 사람당 제어지체를 살펴본 결과, 현황신호는 38.
트램의 신호운영을 위해 사용되는 정보수집장치는 일반차량의 통행과 관련한 제반 정보수집뿐만 아니라, 트램 우선신호제어 시스템의 요구에 부합하는 지점 및 공간검지방식 중에서 유지관리 및 데이터의 신뢰성이 검증된 IR-DSRC 방식을 사용하여 우선신호 제어를 위한 데이터를 수집한다. 정류장진입정보를 위해 정류장이 설치된 링크에서는 트램정류장의 정지선에서 위치정보와 시간정보를 수집하고, 트램 정류장이 설치되지 않은 링크에서는 링크 상류부 80~150(m) 지점에 RSE를 설치하여 위치정보와 시간정보를 수집한다.
평가 시나리오는 현재 창원시의 해당구간에서 운영하고 있는 현황신호와 고정식 트램 우선신호, 고정식 트램 우선신호와 능동식 트램 우선신호 전략을 적용한 3가지를 선정하였다. 고정식 우선신호의 신호시간 산출방법은 트램의 평균주행속도를 기준으로 PASSER-II 모형에서 신호제어 변수인 주기, 현시길이, 현시순서, 옵셋을 최적화 한다.
이론/모형
위에서 살펴본 바와 같이 현재까지 개발된 대부분의 트램 우선신호 전략은 대부분 버스 우선신호와 동일한 제어전략을 그대로 사용하거나 현재 운영되고 있는 실시간 또는 감응식 신호운영 시스템과 연동하여 적용하기 때문에 트램의 특성을 반영하지 못하고, 시스템의 효율과 안전을 보장하지 못하였다. 기존의 버스우선신호는 한 주기에 여러대의 차량이 소규모 차량군을 이루고 통행하기 때문에 다수의 차량을 위한 연동폭을 확보하는 것이 필요하고, 능동식 우선신호의 경우에는 감응식 우선신호의 녹색시간 단위연장 방법을 그대로 사용하였다. 하지만 트램은 차량간의 영향이 없는 독립적 주행과 정류장의 정차특성을 고려하여 하류부 교차로와 연동한 신호제어가 가능하다.
W가 트램현시보다 크고, 비우선 현시의 최소녹색시간의 합보다 작으며, C-W'가 최소녹색시간의 합보다 작으면 정류장에 대기한다. 나머지 경우는 Early Green 기법을 사용한다.
이는 트램 우선신호를 위한 현시제공의 강제성에 따라 Priority와 Preemption으로 구분할 수 있다. 본 전략에서는 타 이동류의 현시변화에 따른 충격을 감안하여 우선신호 제어기법 중에서 Early Green 및 Green Extension 전략을 사용한다.
능동식 우선신호 제어의 효과를 검증하기 위해 트램 정류장의 정차시간을 15초부터 45초까지 변화시키면서 현황신호와 고정식 우선신호 제어와 능동식 트램 우선신호 제어에 대해서 각각 1시간동안 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 분석을 위한 도구는 VISSIM 모형과 우선신호 제어 알고리즘을 구현하기 위한 VISVAP 모델을 사용하였고, 랜덤시드를 달리하여 10회씩 반복하여 시뮬레이션평가를 수행하였다.
성능/효과
각각의 시나리오 별로 시뮬레이션 분석을 수행한 결과를 살펴보면, 현실과 유사하게 트램의 정류장 정차시간을 임의로 변화시킴에 따라 시나리오 2의 고정식 우선신호 만을 적용했을 경우에는 트램차량이 약 2회의 교차로 정지를 경험하여 트램의 연동효과가 감소하는 것으로 나타났다.
개발된 능동식 트램 우선신호 전략을 현재 트램시스템 도입이 예정되어 있는 경상남도 창원시 원이대로 13개 교차로에 적용하여 효과분석을 수행한 결과, 현황신호와 PASSER-II 모형을 이용한 고정식 우선신호 수행 결과에 비해 트램의 통행시간이 약 20% 감소한 것으로 나타났으며, 트램의 교차로 무정차 통과도 달성한 것으로 분석되었다. 특히 일반차량의 지체는 고정식 우선신호에 비해 약 8% 증가하여 비우선현시의 지체가 약간 증가하였지만, 비우선현시의 지체를 최소화 시키면서 트램의 우선신호를 구현할 수 있음을 확인하였다.
일반차량의 효과분석에서 주방향의 차량당 평균 정지지체를 살펴보면 현황신호와 고정식 우선신호, 본 연구의 제어전략에서 주방향의 지체의 변화는 거의 보이지 않음으로 트램 위주의 신호최적화를 수행했음에도 일반차량의 통행에 영향을 크게 미치지 않은 것으로 나타났다. 네트워크 전체의 지체를 살펴보면, 능동식 우선신호 제어를 수행하였을 때 약 8%의 지체가 소폭으로 증가하여 능동식 트램우선신호 수행에 따른 비우선현시의 지체가 소폭으로 늘어난 것을 알 수 있다.
두 번째로 링크의 한쪽방향에만 정류장이 설치된 교차로에서는 동일한 현시에 두대의 차량이 우선신호를 요청할 경우에 두 차량 모두 교차로를 통과할 수 있지만, 두 차량이 동시에 우선신호를 요청했을 경우에는 우선신호의 요청순서에 따라 후행차량이 교차로에 정차하게 될 상황이 발생한다. 따라서 이러한 경우에는 <그림 8>과 같이 정류장이 있는 링크의 트램차량이 정류장에 대기 후, 두 차량이 동시에 교차로를 통과한다.
위의 시뮬레이션 분석 결과에서 본 연구에서 개발된 우선신호 제어전략이 트램차량의 교차로 정지수를 줄이고, 정류장의 정차시간을 줄임으로서 전체분석구간의 평균통행시간을 단축시킬 수 있는 것으로 나타났다. 특히 본 제어전략은 사람당 평균지체를 크게 감소시켜, 본 연구결과를 활용하여 트램의 서비스질을 향상시킬 수 있음을 보여주고 있다.
Li(2009)의 경전철을 위한 능동식 우선신호 제어에 대한 연구에서는 경전철의 우선신호 제어를 위해 필요한 시스템을 4가지로 정의하였고, 경전철 우선신호 제어에 의한 타 이동류의 영향을 최소화 할 목적으로 정류장 정차시간을 예측하고, 이를 우선신호 녹색시간길이에 반영하였다. 이 연구에서는 능동식 우선신호의 적용을 최소화하기 위해 고정식 우선신호를 활용하였고, 이 신호제어 전략을 미국의 San Diego 지역에 적용시켜 시뮬레이션 분석을 수행한 결과, 경전철은 약 67.4%의 지체가 감소하였다. Jeoung(2011)의 논문에서는 트램의 주행특성을 고려하여 능동식 우선신호 제어를 위한 최적 검지기 위치산정 모형을 개발하였다.
Kim(2004)의 연구에서는 버스의 정류장 정차시간과 지체시간을 대중교통 우선신호제어 전략에 반영하기 위해서 버스의 정류장 지체시간을 추정하는 확률모형과 가중회귀분석모형을 이용하여 예측된 정차시간을 버스의 교차로 간 연동시간에 반영하였다. 이 연구에서는 예측된 하류부 교차로 도착시간을 이용해 버스의 교차로 통과를 위한 능동식 우선신호 제어를 수행하여, 일반적인 감응식 신호제어나 능동식 우선신호제어를 수행하는 것 보다 버스의 교차로 지체와 정지수를 감소시킬 수 있었다.
3초로 현황신호에 비해 약 34%의 지체개선 효과를 나타냈다. 이러한 결과는 트램을 위한 신호제어 전략의 적용이 차량대수를 기준으로 하는 네트워크 전체의 지체는 8% 가량 증가할 수 있으나, 대중교통 중심의 신호제어를 수행함으로서 사람당 지체는 감소할 수 있음을 보여주는 분석 결과이다.
일반차량의 효과분석에서 주방향의 차량당 평균 정지지체를 살펴보면 현황신호와 고정식 우선신호, 본 연구의 제어전략에서 주방향의 지체의 변화는 거의 보이지 않음으로 트램 위주의 신호최적화를 수행했음에도 일반차량의 통행에 영향을 크게 미치지 않은 것으로 나타났다. 네트워크 전체의 지체를 살펴보면, 능동식 우선신호 제어를 수행하였을 때 약 8%의 지체가 소폭으로 증가하여 능동식 트램우선신호 수행에 따른 비우선현시의 지체가 소폭으로 늘어난 것을 알 수 있다.
트램 우선신호 제어에 따른 네트워크 전체의 사람에 대한 지체변화를 분석하기 위해 차량의 재차인원을 고려하여 교차로를 통과하는 모든 차량의 사람당 지체변화를 확인하였다 (일반차량은 부산울산광역권 승용차 재차인원인 1,360명을 적용, 한국교통연구원, 트램은 트램 승객정원 최소치인 110명을 적용, Shin, 2005). 트램과 일반차량을 포함하여 평균 사람당 제어지체를 살펴본 결과, 현황신호는 38.2초, 고정식 우선신호는 28.3초, 고정식과 능동식 우선신호 제어는 25.3초로 현황신호에 비해 약 34%의 지체개선 효과를 나타냈다. 이러한 결과는 트램을 위한 신호제어 전략의 적용이 차량대수를 기준으로 하는 네트워크 전체의 지체는 8% 가량 증가할 수 있으나, 대중교통 중심의 신호제어를 수행함으로서 사람당 지체는 감소할 수 있음을 보여주는 분석 결과이다.
트램의 능동식 우선신호 수행횟수를 살펴보면, 3분의 배차간격을 기준으로 총 20대의 차량이 발생하였고, 이 중 Green Extension은 평균 1.3회, Early Green은 2.2회, 정류장 대기는 0.3회가 발생하는 것으로 나타났다. 이는 능동식 우선신호의 수행으로 4회의 정류장 정지수 감소와 약 50초의 통행시간 감소효과를 가져온 것으로 분석되었다.
트램의 배차간격을 3분, 5분, 7분으로 변화시켜 운행간격에 따른 우선신호의 제어 효과를 분석한 결과, 차량의 운행간격이 변화해도 한 주기에서 우선신호 수행에 의해 차량을 무정차로 통과시켰으므로 평균 주행시간과 평균 정지수에 변화가 없는 것으로 나타났다.
위의 시뮬레이션 분석 결과에서 본 연구에서 개발된 우선신호 제어전략이 트램차량의 교차로 정지수를 줄이고, 정류장의 정차시간을 줄임으로서 전체분석구간의 평균통행시간을 단축시킬 수 있는 것으로 나타났다. 특히 본 제어전략은 사람당 평균지체를 크게 감소시켜, 본 연구결과를 활용하여 트램의 서비스질을 향상시킬 수 있음을 보여주고 있다.
개발된 능동식 트램 우선신호 전략을 현재 트램시스템 도입이 예정되어 있는 경상남도 창원시 원이대로 13개 교차로에 적용하여 효과분석을 수행한 결과, 현황신호와 PASSER-II 모형을 이용한 고정식 우선신호 수행 결과에 비해 트램의 통행시간이 약 20% 감소한 것으로 나타났으며, 트램의 교차로 무정차 통과도 달성한 것으로 분석되었다. 특히 일반차량의 지체는 고정식 우선신호에 비해 약 8% 증가하여 비우선현시의 지체가 약간 증가하였지만, 비우선현시의 지체를 최소화 시키면서 트램의 우선신호를 구현할 수 있음을 확인하였다.
후속연구
따라서 향후에 위에서 언급한 현장적용의 한계나 시스템 운영측면에서 한계를 극복하기 위한 추가적인 연구와 다양한 교통상황에 대한 효과분석이 요구된다. 또한 제어구간 (SA, Sub Area) 간의 트램의 무정차 통행을 위한 추가적인 알고리즘 개발이 필요하고, 정류장의 위치에 따른 신호제어 효과의 변화가 발생하므로 이에 대한 분석이 요구된다.
따라서 향후에 위에서 언급한 현장적용의 한계나 시스템 운영측면에서 한계를 극복하기 위한 추가적인 연구와 다양한 교통상황에 대한 효과분석이 요구된다. 또한 제어구간 (SA, Sub Area) 간의 트램의 무정차 통행을 위한 추가적인 알고리즘 개발이 필요하고, 정류장의 위치에 따른 신호제어 효과의 변화가 발생하므로 이에 대한 분석이 요구된다.
본 연구는 간선도로의 트램 전용차로를 가정하고 연구를 수행하여 기하구조의 제약 때문에 전용차로의 설치가 불가능한 구간에 대해서는 별도의 추가적인 알고리즘 개발이 필요하고, 1개의 노선을 가정하여 다수의 트램 노선이 같은 전용차로에서 이용하거나 혹은 한 개의 신호교차로에서 두 개의 트램 노선이 교차하는 상황을 고려하지 못하였다. 또한 창원시의 첨두시 현장교통량을 시뮬레이션 분석에 적용함으로서 다양한 교통상황에 대한 효과분석이 부족하였다.
우리나라에 도입될 트램이 보다 매력적인 도심 교통수단으로서 정착하기 위해서는 효율성과 안전성을 확보하기 위한 신호운영기술의 확보가 필요하다. 이를 위해서 새로운 신호운영 전략과 알고리즘의 개발이 요구되며, 이러한 신호운영 기술을 확보하는데 본 연구의 필요성이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지방자치단체에서 트램의 도입을 적극적으로 추진하는 과정에서 예상되는 문제점은 무엇인가?
특히 창원, 위례신도시, 수원 등의 지방자치단체에서 트램의 도입을 적극적으로 추진하고 있다. 하지만 기존 신호운영체계에 트램 시스템이 그대로 도입되면, 현재 트램 시스템의 운영과 신호교차로에서의 신호운영에 대한 경험과 기술이 없기 때문에 서로 다른 특성의 이동류 간의효율성과 안전에 문제가 발생할 것으로 예상된다. 우리나라에 도입될 트램이 보다 매력적인 도심 교통수단으로서 정착하기 위해서는 효율성과 안전성을 확보하기 위한 신호운영기술의 확보가 필요하다.
트램은 어떠한 수단으로 인식되고 있는가?
해외 주요 도시에서 운영되고 있는 트램은 도시부의 교통혼잡과 대중교통의 수송분담율 감소 문제, 환경문제를 해결할 수 있는 대중교통 수단으로 인식되어 우리나라의 각 지방자치 단체에서 시스템 도입을 진행 중에 있다. 본 연구에서는 기존 신호운영 체계에서 트램을 효율적으로 운영하기 위한 능동식 트램 우선신호 전략을 개발하였다.
트램은 유럽과 북미의 선진국들에서 어떤 수단으로 사용되고 있는가?
트램은 현재 유럽과 북미의 선진국에서는 도심교통의 주요 수단으로 사용되고 있고, 다양한 신호운영기법을 통해 신호운영의 효율성과 안전성을 향상시키고 있다. 최근에 우리나라에서 녹색교통에 대한 관심이 증가하고, 도심의 교통혼잡이 증가함에 따라 새로운 대중교통 수단으로서 트램에 대한관심이 증가하고 있다.
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