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문제 정의
- 우선, 포아송 모형와 음이항 모형의 선택은 앞장에서 설명한 바와 같이 과분산 계수값(α : dispersion parameter)에 의해 결정이 되는데, 두 가지 모형 모두에서 과분산 계수값이 통계적으로 유의함을 보여(α≠0) 음이항 모형이 적합한 것으로 나타났다. 그러므로 본 연구에서는 음이항 모형의 결과만을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 random parameter 음이항 모형을 이용하여 지방부 교차로 64개소에 대한 기하구조, 교통량등의 자료 및 사고자료를 통하여 교통사고 모형을 개발하였다. 전통적으로 사용되는 음이항 모형에서는 고려할 수 없었던 이질성에 대한 부분으로 인하여 교통사고 예측 시 사고의 예측값에 대한 불확실성(uncertainity)와 임의성(randomness)을 해결할 수 가 없었다.
- 본 연구의 분석결과에 따르면, 변수별 계수값은 모형에 따라 차이가 있으나, 부호는 동일하게 도출되어, 교통사고 감소/발생에 동일한 양상을 보였으며, 주요 변수에 대한 설명은 random parameter를 우선적으로 제시하고자 한다.
- 이에 본 연구에서는 지방부 신호교차로를 대상으로 기존의 음이항 모형에 random parameter를 적용한 이질성을 고려하여 교통사고와 교차로의 기하구조와의 관계를 파악하고자 한다.
제안 방법
- Table 1에서 설명한 변수들을 이용하여, 기존의 음이항 모형과 random parameter를 이용한 음이항 모형을 개발하였다(Table 2). 우선, 포아송 모형와 음이항 모형의 선택은 앞장에서 설명한 바와 같이 과분산 계수값(α : dispersion parameter)에 의해 결정이 되는데, 두 가지 모형 모두에서 과분산 계수값이 통계적으로 유의함을 보여(α≠0) 음이항 모형이 적합한 것으로 나타났다.
- 셋째, 모형 구축에 사용된 관련 자료를 수집한다. 넷째, 수집된 자료를 이용하여 모형을 구축하고, 결과를 제시한다. 여기에는 변수별 한계효과(marginal effect)와 탄력성(elasticity)값을 사용한다.
- 도출된 계수가 교통사고 발생에 미치는 영향에 대한 분석은 한계효과 및 탄력성을 통해 도출하고자 하며(Table 3), 변수별 특성에 따라서 한계효과 또는 탄력성 값을 적용하고자 한다.
- 첫째, 이 연구의 배경 및 목적을 제시한다. 둘째, 교통사고 모형에 대한 국내외 기존 문헌을 고찰한다. 셋째, 모형 구축에 사용된 관련 자료를 수집한다.
- (1998)에서 RENB(Random Effects Negative Binomial)을 이용하여 중앙분리대를 침범한 사고에 관한 연구에서 시작되었다. 이 연구에서는 이질성을 추세 변수를 이용하여 변수의 계수값이 아닌 상수값에서 도출되도록 하였다. Chin et al.
대상 데이터
- 둘째, 교통사고 모형에 대한 국내외 기존 문헌을 고찰한다. 셋째, 모형 구축에 사용된 관련 자료를 수집한다. 넷째, 수집된 자료를 이용하여 모형을 구축하고, 결과를 제시한다.
- 이 연구는 국내 수도권에 위치한 지방부 신호교차로(인천 강화, 경기 김포, 파주 및 양주) 63개소를 대상으로 4년 동안(2007-2010년)의 교통사고 자료와 기하구조 자료를 이용하였다. 기하구조는 크게 차로수, 출입구수, 좌회전 전용 차로 및 전용신호 유/무, 횡단보도 유/무, 중앙분리대 유/무, 조명 유/무, 보행자 섬 유/무, 버스 정류장 유/무, 좌회전 유도선 유/무, 그리고 우측 길 어깨폭이 주도로/부도로 별로 구성되어 있으며, 교통량은 중차량과 일반차량의 년평균 일교통량(AADT)으로, 마지막으로, 교차로의 신호 주기로 구성되어 있다.
- 이 연구에서 고려된 지방부 신호교차로는 총 64개 지점이며, 교통사고, 교통량 및 기하구조등의 자료는 4년(2007-2010년)동안의 불균형 패널데이타1)(unbalanced paned data)로 구축이 되었다. 구축된 변수는 교통사고 건수, 주도로 및 부도로의 차로수, 중차량 및 일반차량의 년평균 일교통량, 차량 유/출입구 수, 좌·우회전 전용차료 수, 횡단보도 유/무, 중앙분리대 유/무, 조명 유/무, 보행자 섬 유/무, 버스정류장 유/무, 좌회선 유도선 유/무, 그리고 우측 길어깨폭이며, 구축된 자료에 대한 자세한 사항은 Table 1에 제시되어 있다.
데이터처리
- 도출되는 계수는 랜덤 분포항의 통계적 유의성 판단에 따라서 결정되는데, 통계적으로 유의하면 도출된 계수값이 표준 편차값과 함께 각 지점/구간별로 상이한 값으로 나타나며(이질성을 가진다), 통계적으로 유의하지 않다면 기존의 음이항 모형과 같이 계수값이 지점/구간에 관계없이 고정된 값(fixed coefficient)으로 추정된다.
성능/효과
- 4개의 변수 - 부도로 중차량 교통량, 주도로 일반차량 교통량, 부도로의 횡단보도 설치 유/무 및 보행자 섬이 정규분포를 따르는 random parameter를 가지는 것으로 나타났다. 즉, 도출된 계수의 표준편차값이 통계적으로 유의함을 보여, 이질성이 고려된 계수값(random parameter)이 도출되었다.
- 구축된 random parameter 음이항 모형의 설명력은 로그-우도함수값이(log-likelihood) -1,192.72에서-444.630으로 우도비2)(ρ2)가 0.63으로 전통적인 음이항모형보다 향상된 설명력을 가지는 것으로 나타났다.
- 그리고, 주도로에 설치된 좌회전 전용차로 및 중앙분리대는 사고감소에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 부도로에 설치된 보행자 관련 시설(횡단보도 및 보행자섬)의 경우에는 사고 발생을 증가 시키는 것으로 나타났다. 그리고 교차로의 신호시간이 길어질수록 사고발생에도 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 0%(random parameter 음이항모형)의 교통사고가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 부도로에 보행자 섬이 설치된 경우에는 설치되지 않은 경우에 비해 57.5%(일반 음이항모형), 62.5%(random parameter 음이항모형)의 교통 사고가 증가하는 것으로 나타났다. 부도로는 주도로에 비해 차선수가 작아 보행자들의 무단횡단에 대한 시도 자체가 주도로에 비해 빈번하게 발생할 가능성이 있기에(Baher et al.
- 그리고 부도로의 보행자섬은 0.979의 평균값과 0.98의 표준 편차값을 가지는 것으로 나타나, 정규분포에 의하면 15.91%의 교차로에서는 교통사고 발생 증가에 나머지 84.09%의 교차로에서는 교통사고 발생이 감소하는 것으로 나타났다.
- 분석결과에 따르면, 교통량(중차량 교통량 포함)의 증가는 사고발생 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 부도로에서의 중차량 교통량은 교통사고 발생을 증가시는 것으로, 일반 차량 교통량은 사고를 감소 시키는 것으로 나타났다. 그리고, 주도로에 설치된 좌회전 전용차로 및 중앙분리대는 사고감소에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 부도로에 설치된 보행자 관련 시설(횡단보도 및 보행자섬)의 경우에는 사고 발생을 증가 시키는 것으로 나타났다. 그리고 교차로의 신호시간이 길어질수록 사고발생에도 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 그리고, 탄력성 및 한계효과측면에서는 부도로에서의 1% 중차량 교통량 증가가 35%(전통적 음이항모형), 38%(random parameter 음이항모형)의 사고 증가로 이어짐을 알 수 있고, 주도로에서의 1% 일반차량의 교통량 증가는 사고발생에 33%(전통적 음이항모형), 51%(random parameter 음이항모형) 증가 시키는 것으로 나타났다. 이는 노출량이 많아질수록 사고발생 확률이 높아진다는 기존의 대부분의 연구결과와 일치함을 알 수 있다.
- 또한, random parameter를 이용한 음이항 모형의 계수 추정 시, 랜덤 분포항에서 여러 형태의 확률분포(정규분포, 균일분포, 이항분포, 로그정규분포 등)가 고려될 수 있는데, 정규분포(normal distribution)가 통계적으로 가장 유효한 값을 보이는 것으로 나타났다.
- 마지막으로 교차로의 신호 주기가 길어질수록 사고발생이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 불필요한 현시(phase) 및 시간으로 인하여 교차로의 정체, 혼잡 및 안전을 감소시키는 것(Stamatiadis et al.
- 하지만, random parameter 음이항 모형에서는 변수의 도출되는 계수에 속한 램덤 분포항을 통하여 해소 할 수 있어, 발전된 모형을 구축할 수 있었다. 모형의 설명력은 전통적인 음이항모형보다 높은 것으로 나타났으며, 총 4개의 변수가 정규분포를 따르는 random parameter를 가지는 것으로 나타났다.
- 부도로 일반차량의 교통량은 사고 감소에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 부도로 중차량의 교통량의 영향과 상반되는 결과로써, 대부분의 기존 연구에서는 중차량 교통량과 일반차량 교통량과 함께 분석을 하여 교통량이 증가하면 사고발생도 증가한다라고 설명하였다.
- 부도로에 설치된 좌회전 유도 노면 표시는 사고감소에 효과가 있는 것으로 나타났다. 즉, 노면 표시가 없는 교차로와 비교하여 노면 표시가 있을 경우, 64.
- 부도로에 위치한 횡단보도는 횡단보도가 미설치 된 경우와 대비하여 사고발생에 59.8%(전통적 음이항모형), 61.0%(random parameter 음이항모형)의 교통사고가 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 부도로에 보행자 섬이 설치된 경우에는 설치되지 않은 경우에 비해 57.
- 분석결과에 따르면, 교통량(중차량 교통량 포함)의 증가는 사고발생 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 부도로에서의 중차량 교통량은 교통사고 발생을 증가시는 것으로, 일반 차량 교통량은 사고를 감소 시키는 것으로 나타났다. 그리고, 주도로에 설치된 좌회전 전용차로 및 중앙분리대는 사고감소에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 부도로에 설치된 보행자 관련 시설(횡단보도 및 보행자섬)의 경우에는 사고 발생을 증가 시키는 것으로 나타났다.
- 우선, 포아송 모형와 음이항 모형의 선택은 앞장에서 설명한 바와 같이 과분산 계수값(α : dispersion parameter)에 의해 결정이 되는데, 두 가지 모형 모두에서 과분산 계수값이 통계적으로 유의함을 보여(α≠0) 음이항 모형이 적합한 것으로 나타났다.
- 이상의 random parameter 음이항 모형과 관련한 기존연구 모두에서 전통적인 음이항 모형보다 설명력이 향상되었음을 증명하였고, 비록 설명력이 비슷하더라도, 변수의 이질성을 고려할 수 있는 random parameter 음이항 모형의 사용을 권장하였다. 그리고, 국내의 경우에는 random parameter를 이용한 분석이 활발하게 진행되지 않을 것을 알 수 있으며, 이 연구에서는 국내의 지방부 신호교차로를 대상으로 random parameter를 적용한 연구를 진행함으로써, 다양한 대상으로 확대되기를 기대해 본다.
- 주도로 일반차량 교통량(평균값 0.718, 표준편차값 0.509), 부도로의 횡단보도(평균값 1.989, 표준편차값 0.941)는 정규분포에 의해 대부분의 교차로에서 사고 증가에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 주도로의 좌회전 전용차로 및 중앙분리대가 설치된 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 사고감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 차량의 상충 및 흐름과 관계있는 것으로 교통류를 분리시킴으로 교통사고 발생의 확률을 줄이는 효과가 있는 것으로 해석할 수 있다.
- 부도로에 설치된 좌회전 유도 노면 표시는 사고감소에 효과가 있는 것으로 나타났다. 즉, 노면 표시가 없는 교차로와 비교하여 노면 표시가 있을 경우, 64.4%의 사고감소효과가 있는 것으로 나타났다. 반면, 주도로의 경우에는 좌회적 유도노면표시의 영향이 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났다.
- 4개의 변수 - 부도로 중차량 교통량, 주도로 일반차량 교통량, 부도로의 횡단보도 설치 유/무 및 보행자 섬이 정규분포를 따르는 random parameter를 가지는 것으로 나타났다. 즉, 도출된 계수의 표준편차값이 통계적으로 유의함을 보여, 이질성이 고려된 계수값(random parameter)이 도출되었다.
- 1차로를 가지는 것으로 나타났으며, 교통량(중차량 교통량 및 일반 교통량)의 경우에는 로그값으로 변환된 값이 사용되었다. 차량의 유/출입구 수는 평균적으로 주도로는 2개소, 부도로는 1.8개소가 존재하는 것으로, 우측 길어깨 폭은 주도로/부도로 모두에서 평균 0.7m를 가지는 것으로 나타났으며, 신호 주기의 경우에는 최소 54초에서 최대 233초로 평균 115초의 주기를 가지는 것으로 나타났으며, 기타 자료는 더미변수로 구성이 되어있다.
후속연구
- 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 연구에서는 부도로를 횡단하는 보행자에 대한 자세하고 심층적인 연구를 통하여 안전상의 배려가 있어야 할 것으로 판단된다. 그리고 교통량 변수에 대하여 향후 연구에서는 다양한 자료 수집 및 변수가 포함 되어야 할 것이다. 이를 통하여, 적정한 중차량 교통량 비율 혹은 전체 통과 교통량등에 대한 값을 도출한다면, 교차로 용량과의 연계 및 교차로 안전에도 도움이 될 것이다.
- 이상의 random parameter 음이항 모형과 관련한 기존연구 모두에서 전통적인 음이항 모형보다 설명력이 향상되었음을 증명하였고, 비록 설명력이 비슷하더라도, 변수의 이질성을 고려할 수 있는 random parameter 음이항 모형의 사용을 권장하였다. 그리고, 국내의 경우에는 random parameter를 이용한 분석이 활발하게 진행되지 않을 것을 알 수 있으며, 이 연구에서는 국내의 지방부 신호교차로를 대상으로 random parameter를 적용한 연구를 진행함으로써, 다양한 대상으로 확대되기를 기대해 본다.
- 향후 이들을 통합한 사고형태별로 기하구조의 개선 혹은 변경된 자료까지 수집이 가능하다면 공간적 특성뿐만 아니라, 본 연구에서 고려하지 못한 시간의 변화 측면까지 고려가 된 이질성을 도출 할 수 있을 것이다. 또한 이러한 자료가 단일로 구간까지 구축이 가능하다면, 현재까지의 연구(교차로 혹은 단일로 구간만의 교통사고 모형)에서 발전되어, 전체적인 네트워크 차원에서의 안전성 분석도 가능할 것으로 사료된다. 또한, 이 연구에서 적용된 지방부 신호교차로뿐만 아니라, 다른 대상(도시부/단일로 구간 등)에 대한 분석도 이루어 져야 할 것이다.
- 이를 통하여, 적정한 중차량 교통량 비율 혹은 전체 통과 교통량등에 대한 값을 도출한다면, 교차로 용량과의 연계 및 교차로 안전에도 도움이 될 것이다. 또한, 교차로 신호 설계시 감응신호(actuated signal)등의 도입을 통한 최적설계를 통하여 교차로에서의 신호로 인한 대기시간 및 지체를 해소한다면 교통 안전 측면에서도 도움이 될 것으로 판단된다.
- 또한 이러한 자료가 단일로 구간까지 구축이 가능하다면, 현재까지의 연구(교차로 혹은 단일로 구간만의 교통사고 모형)에서 발전되어, 전체적인 네트워크 차원에서의 안전성 분석도 가능할 것으로 사료된다. 또한, 이 연구에서 적용된 지방부 신호교차로뿐만 아니라, 다른 대상(도시부/단일로 구간 등)에 대한 분석도 이루어 져야 할 것이다.
- 본 연구의 결과를 바탕으로 향후 연구에서는 부도로를 횡단하는 보행자에 대한 자세하고 심층적인 연구를 통하여 안전상의 배려가 있어야 할 것으로 판단된다. 그리고 교통량 변수에 대하여 향후 연구에서는 다양한 자료 수집 및 변수가 포함 되어야 할 것이다.
- 5%(random parameter 음이항모형)의 교통 사고가 증가하는 것으로 나타났다. 부도로는 주도로에 비해 차선수가 작아 보행자들의 무단횡단에 대한 시도 자체가 주도로에 비해 빈번하게 발생할 가능성이 있기에(Baher et al., 2009, NCHRP 17-27), 사고 증가가 발생 하는 것으로 판단되며, 부도로를 횡단하는 보행자를 위한 연구를 통해 이러한 사고발생을 감소시켜야 할 것으로 판단된다.
- 하지만, 본 연구에서는 중차량과 일반차량 교통량을 구분하여 모형을 구축함으로써, 교통량에 대한 이질성을 고려한 측면에서 연구의 의의를 둘 수 있다. 이는 향후 연구를 통해 교통량에 대한 다양한 변수(중차량 혼합률, 첨두/비첨두 시간등)를 고려한 분석이 추가적으로 이루어져야 할 것으로 보인다.
- 그리고 교통량 변수에 대하여 향후 연구에서는 다양한 자료 수집 및 변수가 포함 되어야 할 것이다. 이를 통하여, 적정한 중차량 교통량 비율 혹은 전체 통과 교통량등에 대한 값을 도출한다면, 교차로 용량과의 연계 및 교차로 안전에도 도움이 될 것이다. 또한, 교차로 신호 설계시 감응신호(actuated signal)등의 도입을 통한 최적설계를 통하여 교차로에서의 신호로 인한 대기시간 및 지체를 해소한다면 교통 안전 측면에서도 도움이 될 것으로 판단된다.
- 전통적인 교통사고 모형보다 발전된 방법론을 적용하여 교통사고 모형을 구축하였음에도 불구하고, 본 연구에서는 사고에 대한 자세한 내용(차대차/차대인 등) 및 기하구조 자료에 대한 시간적인 변화를 반영하지 못하였다. 향후 이들을 통합한 사고형태별로 기하구조의 개선 혹은 변경된 자료까지 수집이 가능하다면 공간적 특성뿐만 아니라, 본 연구에서 고려하지 못한 시간의 변화 측면까지 고려가 된 이질성을 도출 할 수 있을 것이다.
- 또한 불필요하게 긴 신호주기와 현시운영은 운전자의 신호교차로에 대한 만족도를 저하시켜 신호위반의 운전행태로 이어지고, 이에 따라 교통사고 발생증가의 결과를 나타낼 수 있게 되는 것으로 판단된다. 향후 교차로 신호 설계 시 운영 측면에서 뿐만 아니라, 안전 측면에서도 고려되어야 할 사항이다.
- 전통적인 교통사고 모형보다 발전된 방법론을 적용하여 교통사고 모형을 구축하였음에도 불구하고, 본 연구에서는 사고에 대한 자세한 내용(차대차/차대인 등) 및 기하구조 자료에 대한 시간적인 변화를 반영하지 못하였다. 향후 이들을 통합한 사고형태별로 기하구조의 개선 혹은 변경된 자료까지 수집이 가능하다면 공간적 특성뿐만 아니라, 본 연구에서 고려하지 못한 시간의 변화 측면까지 고려가 된 이질성을 도출 할 수 있을 것이다. 또한 이러한 자료가 단일로 구간까지 구축이 가능하다면, 현재까지의 연구(교차로 혹은 단일로 구간만의 교통사고 모형)에서 발전되어, 전체적인 네트워크 차원에서의 안전성 분석도 가능할 것으로 사료된다.
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