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문제 정의
- VMS를 이용하여 도로전방의 교통정보를 제공하는 목적은 차량운전자의 주의를 환기시켜 주행속도감소 및 차선이탈방지와 같은 안전운행을 유도하는 것이다. 본 연구에서 VMS 정보제공으로 인한 교통안전효과를 정량적으로 분석하기 위하여 각 차로에서의 위험구간(Traffic Safety Hazard Zone)을 선정하고 이 구간을 통과하는 차량을 확률적으로 분석하여 VMS 정보제공 전ㆍ후를 비교ㆍ분석하였다.
- 본 연구에서는 차로별, 교통정보제공유무별로 수집된 데이터가 어떠한 확률분포를 따르는지 파악하기 위하여 AD Test를 이용하였다. AD Test에서 사용되고 있는 분포는 와이블 분포(Weibull Distribution), 로그정규분포(Log-normal Distribution), 로지스틱분포(Logistic Distribution) 그리고 정규분포(Normal Distribution) 등이 있으며 Anderson-Darling 통계량과 p-값을 기준으로 각 데이터에 적합한 확률분포를 산정하였다.
- (2011)는 연속류 도로의 VMS 이용자 만족도 모형을 구조방정식을 이용하여 구축하고 정보제공 수준을 평가하였다. 이 연구는 기존의VMS 정보의 평가방식과는 달리 운전자의 심리적 만족감 측면에서 정보제공시스템을 평가하는데 목적을 두고 있는데 연속류 도로에서 VMS의 설치 개소수와 이에 대한 정보제공이 얼마나 필요한지를 모형구축을 통해 분석하였다. [2]
- 이에 본 연구에서는 이동식 VMS의 정보제공으로 인한 차량주행특성의 변화를 차량속도 및 차선 내 차량운행패턴에 대한 현장조사와 통계적 방법을 통해 분석하여 VMS의 교통안전 효용성을 검증하고자 한다.
제안 방법
- AD Test를 통해 산정한 확률분포를 이용하여 VMS 교통정보의 교통안전효과를 분석하기 위하여 각 확률분포에 대한 확률밀도함수(Probability Density Function)를 산출하고 확률밀도함수에서 교통안전위험구역을 통과하는 확률을 산정하여 VMS 교통정보 제공 전ㆍ후의 교통안전효과를 분석하였다. 각 확률분포의 확률밀도함수를 살펴보면, 교통정보를 제공하지 않은 구간의 1차로는 측방거리 4.
- VMS 정보는 이동형 VMS (Portable Variable Message Sign)을 이용하여 직선구간이 끝나기 직전곡선구간이 시작하는 지점에 설치하여 운전자에게 정보를 제공하였으며 VMS 정보는 “안전운행”과“커브 주의”로 번갈아 가며 제공하였다.
- VMS 정보제공으로 인한 차량주행특성의 변화를 분석하기 위하여 직선구간과 곡선구간으로 구성된 도로를 대상으로 정보를 취득하였다. VMS 정보를 제공하지 않는 직선구간과 VMS 정보를 제공하는 곡선구간을 통행하는 차량의 속도와 측방거리(길어 깨 끝에 설치되어 있는 거리측정 장비에서 통과차량옆면까지의 거리)를 측정하였다. 측정 장소는 경기도 가평군 외서면 상천리 국도 46호선 구간으로 직선부 연장 약 300m, 곡선부의 곡선반경 약 300m로 완만한 곡선으로 이루어진 구간으로 선정하여 곡선으로 인한 주행특성변화를 최소화하였다.
- VMS 정보제공이 차량운행에 미치는 영향은 연구대상구간인 직선구간(정보제공 없음)과 곡선구간(정보제공)을 통과하는 차량에 대한 차량운행속도와 측방거리를 수집한 후 통과하는 차량이 차로중심을 기준으로 얼마나 많이 편향(biased)되어 통과하고 있는지를 비교하여 분석할 수 있다. 이를 위해 각 통과차로별, 정보제공유무별로 나누어 수집된 데이터를 통계적 추론방법을 통해 각 데이터가 어떠한 확률분포를 따르는지를 파악하고 각 확률분포에서 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률을 확률밀도함수를 통하여 산정할 수 있다.
- VMS를 이용한 도로전방 교통상황 및 기하구조변화 정보 등의 제공으로 인한 차량주행특성 변화를 분석하기 위하여 차량주행속도와 측방거리를 측정하였다. 비교분석대상은 정보를 제공하지 않은 구간의 1차로와 정보를 제공하는 1차로, 그리고 정보를 제공하지 않은 구간의 2차로와 정보를 제공하는 2차로에 대한 차량주행속도와 측방거리를 측정하여 평균통행속도와 평균측방거리를 비교하였다.
- 교통안전위험구역은 지금까지 정의된 바가 없으므로 최근 들어 연구가 많이 진행되고 있는 차선이탈경고장치(LDWS: Lane Departure Warning System)에서 이용하고 있는 안전 전이 사고 영역 개념을 이용하여 정의하였다. [8] 차로 내에서 안전영역의 한계점(Threshold)에 대한 정의는 식 (1)과 같다.
- 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률분포를 선정하기 위하여 일반적으로 수집된 데이터로부터 얻어지는 경험적 빈도분포와 가정한 확률분포가 얼마나 잘 일치하는지를 판단하는 적합도 검정방법을 이용하게 된다. [9] 본 연구에서는 적합도 검정방법 중 Anderson-Darling Test (AD Test)를 이용하여 각 통과차로별, 정보제공유무별 데이터에 적합한 확률분포를 산정하였다.
- VMS를 이용하여 도로전방의 교통정보를 제공하는 목적은 차량운전자의 주의를 환기시켜 주행속도감소 및 차선이탈방지와 같은 안전운행을 유도하는 것이다. 본 연구에서 VMS 정보제공으로 인한 교통안전효과를 정량적으로 분석하기 위하여 각 차로에서의 위험구간(Traffic Safety Hazard Zone)을 선정하고 이 구간을 통과하는 차량을 확률적으로 분석하여 VMS 정보제공 전ㆍ후를 비교ㆍ분석하였다.
- 본 연구에서는 VMS 교통정보제공이 교통영향에 미치는 영향을 실제 현장조사를 통해 데이터를 수집하고 수집된 데이터에 대한 통계학적 검증을 통해 분석하였다. VMS 교통정보제공 전ㆍ후의 차량주행특성을 분석해보면 국도 1차로와 2차로 모두에서 교통정보제공 시 평균주행속도가 감소하고 차로 내의 차량이 차로중심을 기준으로 통행하는 것으로 나타났다.
- VMS를 이용한 도로전방 교통상황 및 기하구조변화 정보 등의 제공으로 인한 차량주행특성 변화를 분석하기 위하여 차량주행속도와 측방거리를 측정하였다. 비교분석대상은 정보를 제공하지 않은 구간의 1차로와 정보를 제공하는 1차로, 그리고 정보를 제공하지 않은 구간의 2차로와 정보를 제공하는 2차로에 대한 차량주행속도와 측방거리를 측정하여 평균통행속도와 평균측방거리를 비교하였다.
- (2008)은 운전시뮬레이터(Driving Simulator)를 이용하여 운전자에게 전방의 유출연결로에 대한 정보를 VMS를 통해 제공하고 유출연결로에 진입하는지 여부를 시뮬레이션하여 VMS 적정 설치 위치를 결정할 수 있는 모형을 개발하였다. 진입성공여부를 Binary Classification문제로 설정하고 성별, 연령, 운전경력, 운전면허종류, 고속도로운전경험 유무 등을 독립변수로 하고 유출연결로 진입 여부를 종속변수로 하는 이항 로지스틱 회귀분석(Binary Logistic Regression)기법을 적용하여 진입성공여부를 확률적으로 예측하였다. [5]
- 연구대상구간을 통과하는 차량의 VMS를 통한 교통정보제공 전ㆍ후의 차량통행특성 변화를 비교하기 위하여 교통정보를 제공하는 1차로, 2차로와 교통정보를 제공하지 않는 1차로, 2차로에 대한 차량통행에 대한 확률분포를 산정하여야 한다. 차량통행에 대한 확률분포에서 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률을 교통정보제공 전ㆍ후를 비교하여 VMS 정보제공이 교통안전에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
- 측정 장소는 경기도 가평군 외서면 상천리 국도 46호선 구간으로 직선부 연장 약 300m, 곡선부의 곡선반경 약 300m로 완만한 곡선으로 이루어진 구간으로 선정하여 곡선으로 인한 주행특성변화를 최소화하였다. 측정시간은 평일 오후 16:00부터 해질 무렵 18:00까지 두 시간에 걸쳐 진행하였으며 통행차량 속도와 측방거리를 측정한 후 1차로 통행차량과 2차로 통행차량을 분류하여 분석에 활용하였다.
- 확률분포의 확률밀도함수를 이용하여 앞서 산출한 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률을 산출하여 VMS 교통정보에 따른 교통안전효과를 분석하였다. 분석결과, 1차로는 교통정보를 제공하지 않았을 경우 좌우로 3.
대상 데이터
- VMS 정보제공으로 인한 차량주행특성의 변화를 분석하기 위하여 직선구간과 곡선구간으로 구성된 도로를 대상으로 정보를 취득하였다. VMS 정보를 제공하지 않는 직선구간과 VMS 정보를 제공하는 곡선구간을 통행하는 차량의 속도와 측방거리(길어 깨 끝에 설치되어 있는 거리측정 장비에서 통과차량옆면까지의 거리)를 측정하였다.
- 교통안전위험구역은 식 (1)을 이용한 차로 내 안전영역의 한계점(Threshold)을 통해 산정할 수 있다. 본 연구의 대상구간은 국도46호선으로 차로폭이 1,2차로 모두 3.5m, 길어깨 1.0m이고, 차량폭은 대상구간을 통과하는 차종 중 94% 이상 차지하고 있는 승용차와 소형화물차의 기준인 1.7m를 적용하였다. 안전영역의 한계점을 산정한 결과 <그림 4>와 같이 각 차로의 양쪽 각각 0.
- Yan and Wu(2014)는 VMS의 설치위치와 정보제공이 운전자의 경로선택(Route Choice)에 미치는 영향을 가상시뮬레이션을 통해 분석하였다. 시뮬레이션은 52명의 실험참가자를 대상으로 경로교차점에서 3군데의 다른 VMS위치와 3가지의 다른 정보를 제공하여 실험하였다. 시뮬레이션 결과 VMS위치는 교차점 전방 150m에서 200m 사이에 설치하여 정보를 제공하는 것이 교통안전과 운영에 적합한 것으로 결론을 내렸다.
- VMS 정보를 제공하지 않는 직선구간과 VMS 정보를 제공하는 곡선구간을 통행하는 차량의 속도와 측방거리(길어 깨 끝에 설치되어 있는 거리측정 장비에서 통과차량옆면까지의 거리)를 측정하였다. 측정 장소는 경기도 가평군 외서면 상천리 국도 46호선 구간으로 직선부 연장 약 300m, 곡선부의 곡선반경 약 300m로 완만한 곡선으로 이루어진 구간으로 선정하여 곡선으로 인한 주행특성변화를 최소화하였다. 측정시간은 평일 오후 16:00부터 해질 무렵 18:00까지 두 시간에 걸쳐 진행하였으며 통행차량 속도와 측방거리를 측정한 후 1차로 통행차량과 2차로 통행차량을 분류하여 분석에 활용하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 차로별, 교통정보제공유무별로 수집된 데이터가 어떠한 확률분포를 따르는지 파악하기 위하여 AD Test를 이용하였다. AD Test에서 사용되고 있는 분포는 와이블 분포(Weibull Distribution), 로그정규분포(Log-normal Distribution), 로지스틱분포(Logistic Distribution) 그리고 정규분포(Normal Distribution) 등이 있으며 Anderson-Darling 통계량과 p-값을 기준으로 각 데이터에 적합한 확률분포를 산정하였다.
- 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률분포를 선정하기 위하여 일반적으로 수집된 데이터로부터 얻어지는 경험적 빈도분포와 가정한 확률분포가 얼마나 잘 일치하는지를 판단하는 적합도 검정방법을 이용하게 된다. [9] 본 연구에서는 적합도 검정방법 중 Anderson-Darling Test (AD Test)를 이용하여 각 통과차로별, 정보제공유무별 데이터에 적합한 확률분포를 산정하였다. AD Test는 Anderson and Darling(1952)에 의해 추계학적 과정에서의 오차를 감소시키기 위한 기준으로 처음 제시된 적합도 검증 방법으로 수집된 데이터가 특정분포를 얼마나 잘 따르는 지를 검정하는 방법이다.
- 또한, VMS 교통정보제공이 교통안전효과에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위하여 각 차로에서의 교통안전위험구역을 선정하고 구간을 통과하는 차량에 대한 확률분포를 AD-Test를 통해 산정하여 VMS 교통정보제공 전ㆍ후를 비교하였다. 비교결과, 1차로에서는 VMS 교통정보제공으로 인해 교통안전효과가 차로좌우 각각 0.
- VMS 정보제공이 차량운행에 미치는 영향은 연구대상구간인 직선구간(정보제공 없음)과 곡선구간(정보제공)을 통과하는 차량에 대한 차량운행속도와 측방거리를 수집한 후 통과하는 차량이 차로중심을 기준으로 얼마나 많이 편향(biased)되어 통과하고 있는지를 비교하여 분석할 수 있다. 이를 위해 각 통과차로별, 정보제공유무별로 나누어 수집된 데이터를 통계적 추론방법을 통해 각 데이터가 어떠한 확률분포를 따르는지를 파악하고 각 확률분포에서 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률을 확률밀도함수를 통하여 산정할 수 있다.
- 평균통행속도와 평균측방거리를 비교하기 위하여 모든 데이터의 분포가 정규분포를 따른다고 가정하였을 때 사용하는 모수적인 방법인 t-검정과 모든 데이터의 분포가 정규분포를 따른다고 가정 할 수 없을 때 사용하는 비모수적인 방법인 Mann-Whitney Test를 각각 시행하여 비교하였다. 각 검정에서 p-값이 0.
성능/효과
- 2차로의 경우 교통정보를 제공하지 않았을 경우좌우로 각각 2.71%와 0.02%의 차량이 교통안전위험구역을 통과하는 것으로 나타났으며 교통정보를 제공하였을 경우 좌우쪽 모두 0.00%로 나타나 교통정보를 제공하였을 경우 교통안전위험구역을 통과하지 않는 것으로 나타났다.
- AD Test 결과, 에서 보는 바와 같이, VMS를 통한 교통정보를 제공하지 않은 구간의 1차로와 2차로는 로그정규분포를 따르는 것으로 나타났으며, 교통정보를 제공한 구간의 1차로와 2차로는 와이블 분포가 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 VMS 교통정보제공이 교통영향에 미치는 영향을 실제 현장조사를 통해 데이터를 수집하고 수집된 데이터에 대한 통계학적 검증을 통해 분석하였다. VMS 교통정보제공 전ㆍ후의 차량주행특성을 분석해보면 국도 1차로와 2차로 모두에서 교통정보제공 시 평균주행속도가 감소하고 차로 내의 차량이 차로중심을 기준으로 통행하는 것으로 나타났다. 이는 교통정보제공으로 운전자의 주의를 환기시켜 안전운행을 유도한 결과로 판단된다.
- AD Test를 통해 산정한 확률분포를 이용하여 VMS 교통정보의 교통안전효과를 분석하기 위하여 각 확률분포에 대한 확률밀도함수(Probability Density Function)를 산출하고 확률밀도함수에서 교통안전위험구역을 통과하는 확률을 산정하여 VMS 교통정보 제공 전ㆍ후의 교통안전효과를 분석하였다. 각 확률분포의 확률밀도함수를 살펴보면, 교통정보를 제공하지 않은 구간의 1차로는 측방거리 4.0~8.50m사이에서 차량이 구간을 통과하는 것으로 나타났으며, 교통정보를 제공한 구간의 1차로의 경우 측방거리 3.5~8.0m 사이에서 구간통과차량이 분산하여 통과하는 것으로 나타났다.
- 확률분포의 확률밀도함수를 이용하여 앞서 산출한 교통안전위험구역을 통과하는 차량의 확률을 산출하여 VMS 교통정보에 따른 교통안전효과를 분석하였다. 분석결과, 1차로는 교통정보를 제공하지 않았을 경우 좌우로 3.59%와 10.25%의 차량이 교통안전위험구역을 통과하는 것으로 나타났으나, 교통정보를 제공하였을 경우 2.90%와 3.18%로 통과하는 것으로 나타나 교통안전효과가 차로좌우 각각 0369%와 7.07% 있는 것으로 나타났다.
- 분석결과, 에서 보는 바와 같이, VMS 교통정보를 제공받은 구간과 VMS 교통정보를 제공하지 않은 구간의 1차로의 평균통행속도는 교통정보제공의 영향을 받아 감소하는 것으로 나타났으며, 2차로의 평균통행속도도 교통정보제공의 영향을 받아 평균주행속도가 감소하는 것으로 나타났다.
- 또한, VMS 교통정보제공이 교통안전효과에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위하여 각 차로에서의 교통안전위험구역을 선정하고 구간을 통과하는 차량에 대한 확률분포를 AD-Test를 통해 산정하여 VMS 교통정보제공 전ㆍ후를 비교하였다. 비교결과, 1차로에서는 VMS 교통정보제공으로 인해 교통안전효과가 차로좌우 각각 0.69%와 7.07% 향상되는 것으로 분석되었으며, 2차로의 경우 차로좌우 각각 2.71%와 0.02% 향상되는 것으로 분석되었다. 이는 전방의 교통상황 및 기상상황 등의 돌발상황에 대한 정보를 VMS를 통해 제공하므로 교통안전효과를 기대할 수 있음을 의미한다.
- (2010)은 가상주행 시뮬레이터와 뇌파분석을 통해 VMS 교통정보내용이 차량운전자의 심리적 반응이나 선호도 등에 미치는 영향을 조사하여 적절한 VMS 설치위치를 분석하였다. 시나리오 실험에서 출구 500m전, 출구 1.0km전, 출구2.0km전에서 각각 VMS정보를 제공하여 차량운전자의 스트레스 지수를 비교하였는데 그 결과 출구 500m전에 가장 스트레스 지수가 높았고 출구 1.5km전이 가장 낮은 것으로 분석하였다. 이는 VMS운영지침에서 출구 1~2km전에 정보를 제공해야한다는 항목과 일치하는 결과를 나타내었다.
- 시뮬레이션은 52명의 실험참가자를 대상으로 경로교차점에서 3군데의 다른 VMS위치와 3가지의 다른 정보를 제공하여 실험하였다. 시뮬레이션 결과 VMS위치는 교차점 전방 150m에서 200m 사이에 설치하여 정보를 제공하는 것이 교통안전과 운영에 적합한 것으로 결론을 내렸다. [4] Oh et al.
- [6] Boyleand Mannering(2004)은 미국 Seattle 동쪽 Interstate-90의 20km구간을 실험대상구간으로 구성하고 기상정보(fog와 no fog)와 교통상황정보(presence of snowplows와 no snowplows)를 4가지(in-vehicle messages, out-of-vehicle messages, both types of messages 그리고 no messages) 정보제공방법으로 구분하여 차량주행속도변화를 시뮬레이션실험을 통하여 분석하였다. 시뮬레이션은 총 51명이 참가하였는데 각 시뮬레이션 결과를 분산분석(ANOVA Test)과 3단계 최소제곱추정(3 stage least squares)을 이용하여 평균주행속도를 분석하였는데, 분석결과 정보제공으로 인해 차량주행속도가 통계적으로 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 경고구간을 통과하고 난 뒤 속도감소의 보상심리에 의해 차량주행속도를 높이는 특이한 현상이 나타나는 것으로 분석되었다. [7]
- 평균측방거리의 경우 1, 2차로 모두에서VMS 정보제공에 영향을 받아 정보제공을 받은 구간의 차량통행이 정보제공을 하지 않은 구간의 차량통행보다 각 차로의 중앙부를 기준으로 통행이 이루어지는 것으로 분석되었다. 이는 VMS 정보제공으로 운전자의 주의를 환기시켜 주행속도를 감소시키고 차선이탈을 방지하기 위하여 주의운전을 한 결과로 판단되어 VMS 정보제공이 안전운행을 유도하는 것으로 분석되었다.
- 캠페인 정보는“Watch Your Speed”와 “Keep Your Distance”를 제공하였는데 정보를 제공받은 운전자 집단이 그렇지 않은 운전자 집단에 비해 평균주행속도는 줄어들고 차간거리는 넓어지는 결과를 도출하였다.
- 분석결과, <표 1>에서 보는 바와 같이, VMS 교통정보를 제공받은 구간과 VMS 교통정보를 제공하지 않은 구간의 1차로의 평균통행속도는 교통정보제공의 영향을 받아 감소하는 것으로 나타났으며, 2차로의 평균통행속도도 교통정보제공의 영향을 받아 평균주행속도가 감소하는 것으로 나타났다. 평균측방거리의 경우 1, 2차로 모두에서VMS 정보제공에 영향을 받아 정보제공을 받은 구간의 차량통행이 정보제공을 하지 않은 구간의 차량통행보다 각 차로의 중앙부를 기준으로 통행이 이루어지는 것으로 분석되었다. 이는 VMS 정보제공으로 운전자의 주의를 환기시켜 주행속도를 감소시키고 차선이탈을 방지하기 위하여 주의운전을 한 결과로 판단되어 VMS 정보제공이 안전운행을 유도하는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 본 연구에서는 분석대상구간이 국도의 한 구간으로 한정하여 연구를 시행하여 고속도로, 국도, 시군도 전체에 대한 주행특성 및 교통안전효과에 대해 확대적용 하지 못하는 한계가 있다. 따라서 향후에는 다양한 도로의 VMS 교통정보제공의 교통안전효과분석이 시행되어야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 분석대상구간이 국도의 한 구간으로 한정하여 연구를 시행하여 고속도로, 국도, 시군도 전체에 대한 주행특성 및 교통안전효과에 대해 확대적용 하지 못하는 한계가 있다. 따라서 향후에는 다양한 도로의 VMS 교통정보제공의 교통안전효과분석이 시행되어야 할 것으로 판단된다.
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