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문제 정의
- 본 연구에서는 기존에 사용되는 용량산정 방법에 대한 비교분석을 실시하여 기존 방법에 대한 한계점을 분석하고, 이러한 한계점을 보완할 수 있는 도로용량산정 방법을 개발하고자 하였다. 또한 기존의 도로용량 산정방법과 개발방법을 이용하여 고속도로 기본구간의 교통류 특성 분석을 실시하고, 고속도로 기본구간의 용량 값을 재정의하고자 시도하였다.
- 본 연구에서 제시된 방법은 교통와해와 최대 교통류율을 동시에 고려하여 용량을 산정한다는 측면에서 도로의 실제 용량에 가장 근접한 용량 값을 산정할 수 있다는 특징이 있다. 또한 용량산정의 기준을 변곡점에 해당하는 데이터의 상위 1% 교통류율 평균값으로 한정함으로써 기존의 분석가마다 가변적으로 적용하였던 용량산정의 기준을 보다 명확히 설정하였다.
- 본 연구에서는 기존에 사용되는 용량산정 방법에 대한 비교분석을 실시하여 기존 방법에 대한 한계점을 분석하고, 이러한 한계점을 보완할 수 있는 도로용량산정 방법을 개발하고자 하였다. 또한 기존의 도로용량 산정방법과 개발방법을 이용하여 고속도로 기본구간의 교통류 특성 분석을 실시하고, 고속도로 기본구간의 용량 값을 재정의하고자 시도하였다.
- 본 연구에서는 분석가의 분석 기준에 따라 용량 산정의 결과가 가변적이었던 기존의 용량산정 방법을 보완할수 있는 새로운 용량산정 방법을 개발하여 제시하였다. 본 연구에서 제시된 방법은 교통와해 현상이 발생할 때의 최대 교통류율에 해당하는 지점을 선정하여 용량 값을 제시하는 것으로, 교통류율과 속도 분포의 기울기 변화(변곡점)를 분석하여 도로의 용량을 찾는 개념이 적용되었다.
- 본 연구의 목적은 분석가의 분석기준에 따라 용량 값이 다르게 산정되었던 기존의 용량산정 방법의 한계점을 보완하는 새로운 용량산정 방법을 개발하여 제시하는 것이다. 이를 통하여 보다 정확하고 객관적이고 일관된 용량 값 산정이 가능하여 향후 고속도로의 운영 및 관리효과를 극대화할 수 있다.
- Kittleson과 Roess(2001)는 교통류의 특징은 본질적으로 명백히 확률적이기 때문에 어떤 주어진 시간에서 순간 또는 접근용량 또한 확률적 현상이라 주장하면서, 미국의 HCM에서 용량을 통계적으로 정의하여야 한다고 주장하였다. 이 연구에서는 미국의 2000년판 HCM에서조차 용량의 통계적 정의를 광범위하게 무시하고, 여전히 용량을 합리적 기대로 정의하고 있는 사실을 비판하면서 다음과 같은 의문점을 제시하였다.
- 뿐만 아니라 도로의 선형 및 포장상태 또한 과거에 비해 개선되어 기존 도로용량편람에서 제시하고 있는 고속도로 기본구간의 용량은 현실의 그것과 많은 차이를 나타내고 있는 것으로 분석되어 왔다. 이에 본 연구에서는 2001년의 우리나라 도로용량편람(이하 KHCM) 개정 당시와 10년 정도의 시간이 지난 현 시점의 고속도로의 용량값을 비교 분석하여 고속도로의 용량에 대한 타당성을 평가하고자 하였다.
가설 설정
- 첫째, 만약 최대교통량이 주어진 지점에서 시간에 따라 또는 단위시간에서조차 변한다면, 15번째 백분위수중 어떤 통계량으로 공식적 수치를 정의할 수 있는가? 둘째, 주어진 지점에서 최대교통량의 표준편차는 얼마인가? 낮은 신뢰구간을 기초로 용량이 정의되지는 않았는가? 셋째, 만약 표준 백분위수가 정의되었지만 다른 비슷한 조건의 지점에서 다른 결과를 보인다면, 어떤 측정치가 사용되어야 하는가? 또한 추가적으로 검토할 문제로 고속도로 기본구간과 다차로 도로구간에 대해 용량을 최대교통류율로 정의함에 따라 발생하는 교통와해 (breakdown) 현상을 제시하였다.
- 먼저 데이터를 강우와 비강우 시로 구분하고, 일주일을 기준으로 요일 및 하루 24시간으로 구분하여 데이터를 배열한 뒤 각 요일에 따른 시간별로 데이터를 정렬하였다. 앞서 설명한 바와 같이 이는 일주일 동안의 요일및 시간별 교통류율 및 속도의 패턴 변화는 유사하다는 가정으로, 정상적 교통흐름의 패턴을 벗어나는 데이터를 Box-Plot에 의한 이상치 판단을 실시하였고, Eq. (4), Eq.
제안 방법
- 먼저 데이터 수집 시의 결측값 및 오류데이터 등을 1차적으로 제거한 후 교통류율을 Eq. (3)과 같이 전체 차로의 15분 간격으로 집계된 1시간 단위 데이터중 최대 15분 교통량을 차로수로 나눈 후 1시간 교통량으로 환산하여 교통류율로 산정하고, 중차량 보정을 실시하여 승용차 환산 교통량을 산정하였다.
- 그러므로 이러한 특징을 반영할 수 있는 용량산정 방법론을 개발하기 위해 Fig. 3과 같은 개념을 반영하는 도로용량산정 방법을 개발하였다.
- 그들은 상당히 큰 차두시간은 용량을 정의함에 있어 부적절하다고 판단하고 상당히 큰 차두시간을 제외하기 위하여 차두시간분포의 90%, 95% 그리고 99%의 신뢰구간을 사용하였다. 그리고 누적 교통량분포의 85, 90 그리고 95번째 백분위수와 상당히 큰 차두시간을 제외한 차두 시간을 복합적으로 고려한 평가가 수행되었다. 결과적으로 이 연구에서는 최대 교통류율이 2,130과 2,315pcphpl 사이에 존재한다고 밝히고 한국 도로용량 편람에서 사용하는 용량인 2,200pcphpl과 비교해 보았을 때, 95% 신뢰구간을 사용하는 것이 적절하다고 주장 했다.
- 기존 용량산정 방법들과 본 연구에서 제안한 용량산정 방법을 비교하고, 차이점을 확인하기 위하여 각각의 방법으로 용량을 추정하였다.
- 누적 교통류율 방법을 이용해 도로용량을 산정하기 위하여 설계속도별로 교통류율 데이터를 내림차순 정렬 하여 첫 번째로 발생하는 변곡점에 해당하는 데이터를 각 설계속도 수준별 용량으로 산정하였다. 이에 해당하는 임계속도는 변곡점이 발생한 지점의 평균속도를 임 계속도로 산정하였다.
- 본 연구에서 제시된 방법은 교통와해와 최대 교통류율을 동시에 고려하여 용량을 산정한다는 측면에서 도로의 실제 용량에 가장 근접한 용량 값을 산정할 수 있다는 특징이 있다. 또한 용량산정의 기준을 변곡점에 해당하는 데이터의 상위 1% 교통류율 평균값으로 한정함으로써 기존의 분석가마다 가변적으로 적용하였던 용량산정의 기준을 보다 명확히 설정하였다.
- 결과적으로 이 연구에서는 최대 교통류율이 2,130과 2,315pcphpl 사이에 존재한다고 밝히고 한국 도로용량 편람에서 사용하는 용량인 2,200pcphpl과 비교해 보았을 때, 95% 신뢰구간을 사용하는 것이 적절하다고 주장 했다. 또한 용량을 산정하는 대안적 방법으로 관측교통량 중 긴 차두시간 5%를 제외한 차두시간의 95% 신뢰 구간에서 95번째 백분위 교통량의 사용을 제안하였다.
- 첫째, 만약 최대교통량이 주어진 지점에서 시간에 따라 또는 단위시간에서조차 변한다면, 15번째 백분위수중 어떤 통계량으로 공식적 수치를 정의할 수 있는가? 둘째, 주어진 지점에서 최대교통량의 표준편차는 얼마인가? 낮은 신뢰구간을 기초로 용량이 정의되지는 않았는가? 셋째, 만약 표준 백분위수가 정의되었지만 다른 비슷한 조건의 지점에서 다른 결과를 보인다면, 어떤 측정치가 사용되어야 하는가? 또한 추가적으로 검토할 문제로 고속도로 기본구간과 다차로 도로구간에 대해 용량을 최대교통류율로 정의함에 따라 발생하는 교통와해 (breakdown) 현상을 제시하였다.
- 먼저 데이터를 강우와 비강우 시로 구분하고, 일주일을 기준으로 요일 및 하루 24시간으로 구분하여 데이터를 배열한 뒤 각 요일에 따른 시간별로 데이터를 정렬하였다. 앞서 설명한 바와 같이 이는 일주일 동안의 요일및 시간별 교통류율 및 속도의 패턴 변화는 유사하다는 가정으로, 정상적 교통흐름의 패턴을 벗어나는 데이터를 Box-Plot에 의한 이상치 판단을 실시하였고, Eq.
- 본 연구에서는 분석가의 분석 기준에 따라 용량 산정의 결과가 가변적이었던 기존의 용량산정 방법을 보완할수 있는 새로운 용량산정 방법을 개발하여 제시하였다. 본 연구에서 제시된 방법은 교통와해 현상이 발생할 때의 최대 교통류율에 해당하는 지점을 선정하여 용량 값을 제시하는 것으로, 교통류율과 속도 분포의 기울기 변화(변곡점)를 분석하여 도로의 용량을 찾는 개념이 적용되었다.
- 이를 위해 본 연구에서는 현재 고속도로에 설치되어 운영 중인 고속도로의 검지기 데이터를 활용하여 용량을 산정하였으며, 기존 방법의 단점을 보완하는 새로운 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제안하는 방법은 현장의 실측 데이터를 기반으로 하며, 용량의 정의를 충족하고 교통와해 현상을 반영하여 용량 값을 산정하므로 해당 도로의 실제 용량 값을 산정할 수 있다는 측면에서 사실상 근사치에 가까운 용량 값을 제시해왔던 기존 방법과는 차별화 된다고 할 수 있다.
- 본 연구에서 제안하는 용량산정 방법의 기본 개념은 기존의 용량산정 방법의 개념을 반영하되, 교통와해 현상이 발생하는 포인트를 객관적으로 결정하고, 이를 바탕으로 교통와해 현상이 발생하는 교통류율 중 최대 교통류율에 해당하는 값을 선정하여 고속도로의 용량을 산정하는 것이다. 이러한 방법은‘도로에서 수용할 수 있는 최대교통량’이라는 기존의 용량개념을 충분히 반영함과 동시에 분석가의 공학적 판단에 의해 변화 가능한 용량산정 결과의 한계점을 개선할 수 있도록 하는 방법이며, 다음과 같은 사항을 반영하여 용량산정 방법을 개발하였다.
- 본 연구에서는 이상치 제거에 앞서 결측값 및 오류 데이터를 1차적으로 제거하고, 이후 육안으로 확인할 수없는 이상치를 제거하였다. 데이터의 이상치 제거를 위한 절차는 다음과 같다.
- 용량을 산정하기 위한 승용차 교통량으로의 환산을 위하여 해당 데이터 수집지점이 포함된 구간의 인근 인터체인지간 월별 차종별 교통량 데이터를 수집하여 승용차 환산계수를 적용하였다.
- (2001)은 현재 고속도로 용량분석이 차로별 교통류 특성을 고려하지 않은 용량이며 차로 간 교통류 상태가 평형상태를 이루고 있다고 가정한 것을, 현실에서는 교통류 특성이 차로 간 평형 상태를 나타내지 않고 있는 경우가 많으므로 루프검지기 자료를 이용해 차로별 교통변수의 상관관계 분석 및 교통류 모형을 적용하였다. 이 연구에서는 고속도로 차로별 교통류 특성을 분석하기 위해 차로별 교통량 분담률 구분을 실시하고 데이터 수집 지점별 속도의 빈도 및 범위를 분석하였으며, 수집지점의 차로별로 교통량-속도의 상관관계 분석을 실시하였다. 또한 각 지점별 데이터를 바탕으로 각 지점 및 차로별 밀도-속도간의 관계를 Greenshields, Greenberg, Underwood, Bell-Curve의 4가지 모형별로 회귀분석을 실시하였다.
- 이러한 방법은‘도로에서 수용할 수 있는 최대교통량’이라는 기존의 용량개념을 충분히 반영함과 동시에 분석가의 공학적 판단에 의해 변화 가능한 용량산정 결과의 한계점을 개선할 수 있도록 하는 방법이며, 다음과 같은 사항을 반영하여 용량산정 방법을 개발하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 현재 고속도로에 설치되어 운영 중인 고속도로의 검지기 데이터를 활용하여 용량을 산정하였으며, 기존 방법의 단점을 보완하는 새로운 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제안하는 방법은 현장의 실측 데이터를 기반으로 하며, 용량의 정의를 충족하고 교통와해 현상을 반영하여 용량 값을 산정하므로 해당 도로의 실제 용량 값을 산정할 수 있다는 측면에서 사실상 근사치에 가까운 용량 값을 제시해왔던 기존 방법과는 차별화 된다고 할 수 있다.
- 교통류율의 경우, KHCM에서 용량은 주어진 도로 조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값으로 정의하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 15분 교통량 데이터를 교통류율로 변환하여 분석을 수행하였다. 먼저 데이터 수집 시의 결측값 및 오류데이터 등을 1차적으로 제거한 후 교통류율을 Eq.
- 일반적인 교통류 분포에서는 Fig. 1과 같이 교통류율의 흐름이 정상류에서 비정상류로 전환되는 point가 해당 도로의 용량값을 나타낸다고 보며, 본 연구에서는 이러한 특징에 의거하여 교통류율의 분포가 정상류에서 비정상류로 전환되는 points의 최대 교통류율을 해당도로의 용량이라 정의하고, 이것을 산정하는 방법을 제안하였다.
- 즉, 데이터의 제3사분위수(Q3, 75% Quartile)에서 제1사분위수(Q1, 25% Quartile)을 뺀 IQR(Inter Quartile Range)을 산정하고, 이를 통해 상한값과 하한값을 계산하여 이 범위를 벗어나는 값을 이상치로 간주하고 제거하였다. 이러한 방법을 이용하여 수행한 이상치 제거 수행 전·후의 데이터 비교 결과는 Fig.
- 평균 교통류율을 이용하여 도로용량을 산정하기 위해서 해당 지점의 이상치를 제거한 후, 교통류율을 기준으로 상위 1%의 데이터를 평균하여 해당 지점의 용량을 추정하였다. 이에 해당하는 임계속도는 상위 1%에 해당하는 교통류율에서 관측된 속도 데이터의 평균값을 이용하였다.
- 평균속도의 경우 교통류율과 마찬가지로 먼저 데이터 수집 시의 결측값 및 오류데이터 등을 1차적으로 제거한 후, 각 차량의 지점속도를 조화평균하여 해당구간의 공간평균속도를 산정하였다.
- 회귀식 추정 방법을 이용해 도로용량을 산정하기 위해서 설계속도별 교통류율-평균속도 분포를 이용해 각 분포에 가장 적합한 최적의 회귀식을 도출하여 용량을 산정하였다. 이에 해당하는 임계속도는 해당 회귀식에 근거하여 결정하였다.
- 효과적인 데이터 분석을 위해 교통류율, 평균속도의 산정은 다음 절차에 의해 진행하였다. 교통류율의 경우, KHCM에서 용량은 주어진 도로 조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값으로 정의하고 있다.
대상 데이터
- 데이터 수집지점은 수도권과 지방의 지점을 다양하게 포함하여, 본 연구에서 측정하는 도로 용량을 어느 특정 구간의 값이 아닌 해당 설계속도별 고속도로의 특징을 일반화시킬 수 있도록 데이터 수집 지점을 결정하였다.
- 앞서 제시한 데이터의 수집 기준에 따라 고속도로 기본 구간의 지점 특성을 만족하는 지점을 선정하였으며, 설계속도 80kph에서 5개, 100kph에서 17개, 120kph 에서 11개 총 33개의 지점을 선정하였다. 선정된 수집 지점의 위치와 지점별 특성은 Fig.
- 연구의 범위에서 설명한 바와 같이 본 연구에서는 설계속도 80kph, 100kph 및 120kph에 대하여 KHCM(2013) 에서 다루고 있는 고속도로 기본 구간의 조건을 만족하는 대상을 선정하여 데이터를 수집하였다. 고속도로의 이상적인 조건은 도로 기하구조, 교통 조건 그리고 주변 환경이 차량의 통행에 지장을 주지 않는 조건을 말하며, 데이터 수집을 위하여 고려된 지점의 특징은 다음과 같다.
- KHCM(2013)에서는 도로의 용량을“주어진 도로 조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값”으로 정의하고 있다. 이에본 연구에서는 교통데이터의 경우, 한국도로공사에서 제공하는 2007~2009년에 해당하는 본선 VDS 검지기 데이터의 15분 집계자료(양방향 교통량 및 속도 데이터) 를 수집하였다.
데이터처리
- 또한 각 지점별 데이터를 바탕으로 각 지점 및 차로별 밀도-속도간의 관계를 Greenshields, Greenberg, Underwood, Bell-Curve의 4가지 모형별로 회귀분석을 실시하였다. 그 결과 Bell-Curve 모형이 가장 유용한 것으로 분석되었으며, 이를 바탕으로 교통량-속도 관계의 곡선과 회귀식, 교통류율 누적곡선의 용량분석 방법을 가지고 결과를 비교하였다.
- 이 연구에서는 고속도로 차로별 교통류 특성을 분석하기 위해 차로별 교통량 분담률 구분을 실시하고 데이터 수집 지점별 속도의 빈도 및 범위를 분석하였으며, 수집지점의 차로별로 교통량-속도의 상관관계 분석을 실시하였다. 또한 각 지점별 데이터를 바탕으로 각 지점 및 차로별 밀도-속도간의 관계를 Greenshields, Greenberg, Underwood, Bell-Curve의 4가지 모형별로 회귀분석을 실시하였다. 그 결과 Bell-Curve 모형이 가장 유용한 것으로 분석되었으며, 이를 바탕으로 교통량-속도 관계의 곡선과 회귀식, 교통류율 누적곡선의 용량분석 방법을 가지고 결과를 비교하였다.
- 평균 교통류율을 이용하여 도로용량을 산정하기 위해서 해당 지점의 이상치를 제거한 후, 교통류율을 기준으로 상위 1%의 데이터를 평균하여 해당 지점의 용량을 추정하였다. 이에 해당하는 임계속도는 상위 1%에 해당하는 교통류율에서 관측된 속도 데이터의 평균값을 이용하였다. 평균 교통류율 방법을 활용하여 계산된 각 설계속도별 용량산정 결과는 Table 2와 같으며, 상위 1% 데이터를 이용하여 평균을 산정하는 개념은 Fig.
- 이에 해당하는 임계속도는 해당 회귀식에 근거하여 결정하였다. 회귀식은 SPSS 통계프로그램을 이용하여 추정하였고, 총 10개의 회귀식을 산출하여 각설계속도 분포별로 가장 적합한 회귀식 모형으로 용량값을 산정하였다. 종속변수를 속도로, 독립변수를 교통 류율로 설정한 회귀식 산정 결과는 Table 3과 같다.
성능/효과
- 그리고 누적 교통량분포의 85, 90 그리고 95번째 백분위수와 상당히 큰 차두시간을 제외한 차두 시간을 복합적으로 고려한 평가가 수행되었다. 결과적으로 이 연구에서는 최대 교통류율이 2,130과 2,315pcphpl 사이에 존재한다고 밝히고 한국 도로용량 편람에서 사용하는 용량인 2,200pcphpl과 비교해 보았을 때, 95% 신뢰구간을 사용하는 것이 적절하다고 주장 했다. 또한 용량을 산정하는 대안적 방법으로 관측교통량 중 긴 차두시간 5%를 제외한 차두시간의 95% 신뢰 구간에서 95번째 백분위 교통량의 사용을 제안하였다.
- 그러므로 제안된 방법을 이용하여 용량을 산정할 경우, 데이터의 분포를 보고 교통와해가 발생하는 지점을 분석가가 대략적으로 어림잡아 산정을 해야 했던 기존 용량산정 방법과는 다르게 교통와해가 발생할 때의 교통류율을 객관적으로 결정할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 단순 최대 교통류율 값이 용량으로 선정되었던 기존의 방법과 다르게 교통와해가 발생할 때의 데이터 중 최대 교통류율을 용량으로 선정하여‘교통와해가 발생하고, 해당 도로가 수용할 수 있는 최대 교통량’이라는 기존의 용량 개념을 충족시키는 방법이라 할 수 있다.
- 기존에 사용되는 용량산정 방법을 적용하여 용량 값을 추정한 결과, 설계속도 수준에 따라 각 방법별로 차이는 있지만 KHCM(2013)에서 제시하고 있는 용량 값과 비교하여 약 0.5~15% 정도의 상향된 용량 값을 도출하였다. 본 연구에서 제시된 방법을 적용한 경우, 설계속도 수준에 따라 약 3~4%의 상향된 용량 값을 나타내는 것으로 분석되었다.
- 둘째, 고속도로의 용량점은 단순히 해당 지점의 최대 관측 교통량이 용량점이 되는 것이 아니라, 안정류에서 불안정류로 전환되는 교통와해 현상이 발생하는 시점의 교통류율 값이 해당 지점의 용량점이 되어야 한다. 이는 도로가 용량에 근접한 상태에 이르거나 또는 용량 상태일 경우 도로의 유출입 차량 및 차로 변경 등에 의해 극심한 교통 혼잡이 발생하고, 이렇게 발생한 교통 혼잡은 쉽게 해소되지 않는 현상을 반영하는 것이다.
- 이는 과거 KHCM(2001) 개정 시 용량 값을 2,000 pcphpl으로 산정했을 때 올림픽대로와 청계고가차로 자료를 이용하였으나, 본 연구에서는 강변북로와 올림픽대로, 내부순환선 및 북부간선에 해당하는 다수의 지점을 선정하여 데이터를 수집하여 설계속도 80kph에 해당하는 현재의 다양한 교통특성이 잘 반영되었다고 판단된다. 따라서 이러한 용량분석 결과를 바탕으로 보면 설계속도 80kph의 용량 값을 2,100pcphpl으로 향상시키는 것이 타당해 보인다.
- 또한 설계속도 100kph의 용량산정 결과는 KHCM (2001) 개정 당시보다 다양한 노선과 지점을 선정하여 교통특성을 분석하였으므로, 본 연구에서 산출된 용량 값은 설계속도 100kph의 교통특성을 보다 일반화하여 산정된 값이라고 할 수 있다. 본 연구의 분석 결과를 바탕으로 설계속도 100kph의 용량 값은 2,300pcphpl으로 높이는 것이 타당해 보인다.
- 또한, 단순 최대 교통류율 값이 용량으로 선정되었던 기존의 방법과 다르게 교통와해가 발생할 때의 데이터 중 최대 교통류율을 용량으로 선정하여‘교통와해가 발생하고, 해당 도로가 수용할 수 있는 최대 교통량’이라는 기존의 용량 개념을 충족시키는 방법이라 할 수 있다.
- 본 연구를 통해서 개발된 용량산정 방법을 이용하여 용량을 산정할 경우 교통와해가 발생하는 시점의 데이터 중에서 최대 교통류율울 용량 값으로 제시하므로, 기존의 용량산정방법에서 교통와해가 발생함과 동시에 해당 지점의 관측 교통량 중 최대값을 용량 값으로 제시할 수 있다. 또한, 비교 분석결과에서 확인할 수 있듯이 기존의 방법을 사용한 결과 값과 큰 차이가 없고, 해당 지점의 용량 발생지점을 쉽고 일관성 있게 찾을 수 있다는 측면에서 일관되고 객관적인 방법이라고 판단된다.
- 본 연구를 통해서 개발된 용량산정 방법을 이용하여 용량을 산정할 경우 교통와해가 발생하는 시점의 데이터 중에서 최대 교통류율울 용량 값으로 제시하므로, 기존의 용량산정방법에서 교통와해가 발생함과 동시에 해당 지점의 관측 교통량 중 최대값을 용량 값으로 제시할 수 있다. 또한, 비교 분석결과에서 확인할 수 있듯이 기존의 방법을 사용한 결과 값과 큰 차이가 없고, 해당 지점의 용량 발생지점을 쉽고 일관성 있게 찾을 수 있다는 측면에서 일관되고 객관적인 방법이라고 판단된다.
- 5~15% 정도의 상향된 용량 값을 도출하였다. 본 연구에서 제시된 방법을 적용한 경우, 설계속도 수준에 따라 약 3~4%의 상향된 용량 값을 나타내는 것으로 분석되었다.
- 또한 설계속도 100kph의 용량산정 결과는 KHCM (2001) 개정 당시보다 다양한 노선과 지점을 선정하여 교통특성을 분석하였으므로, 본 연구에서 산출된 용량 값은 설계속도 100kph의 교통특성을 보다 일반화하여 산정된 값이라고 할 수 있다. 본 연구의 분석 결과를 바탕으로 설계속도 100kph의 용량 값은 2,300pcphpl으로 높이는 것이 타당해 보인다.
- 설계속도 80kph의 고속도로 용량산정 결과는 다음 Table 7에 제시되어 있다. 분석 결과, 기존 KHCM (2013) 에 제시하는 용량 값과 비교하여 약 0.5~9% 정도 증가된 값을 갖는 것으로 파악되었다.
- 설계속도 100kph의 고속도로에 대한 용량산정 결과 기존 KHCM(2013)와 비교하여 약 2~15% 정도 증가하는 것으로 분석되었다. 특히 누적 교통류율 방법은 약 15% 정도의 큰 폭으로 증가된 값으로 나타났고, 본 연구에서 제시된 방법은 약 4.
- 설계속도 80kph의 안정류에서는 선형모형 형태의 회귀식이 가장 적합한 추정식으로 산정되었으며 설계속도 100kph와 120kph의 안정류에서는 2차식 모형 형태의 회귀식이 가장 적합한 회귀식으로 산정되었다.
- 셋째, 대푯값을 이용해 도로의 용량을 제시하는 경우, 어떤 대푯값을 사용해야 하는 것에 대한 기준과 최대 평균 방법 등을 이용할 경우 상위 몇 %의 데이터를 이용하여 용량값을 산정할 것인지에 대한 기준을 수립해야 한다. 기존의 도로용량 산정 방법에서는 분석가의 공학적 판단에 의거하여 상위값 선정의 기준을 마련하고 분석을 수행함에 따라 같은 데이터를 이용해 용량을 산정 하더라도 가변적인 용량산정의 결과를 얻을 수 있었다.
- 첫째, 만약 최대교통량이 주어진 지점에서 시간에 따라 또는 단위시간에서조차 변한다면, 15번째 백분위수중 어떤 통계량으로 공식적 수치를 정의할 수 있는가? 둘째, 주어진 지점에서 최대교통량의 표준편차는 얼마인가? 낮은 신뢰구간을 기초로 용량이 정의되지는 않았는가? 셋째, 만약 표준 백분위수가 정의되었지만 다른 비슷한 조건의 지점에서 다른 결과를 보인다면, 어떤 측정치가 사용되어야 하는가? 또한 추가적으로 검토할 문제로 고속도로 기본구간과 다차로 도로구간에 대해 용량을 최대교통류율로 정의함에 따라 발생하는 교통와해 (breakdown) 현상을 제시하였다.
- Hyde와 Wright(1986)는 통계적 방법론을 기반으로, 일반적인 도로조건 하의 시추이(time-lap)로 인해 발생하는 교통량의 차이와 한계교통량의 특징을 고려한 관측교통량의 상한선을 추정할 수 있는 방법론을 제시하였다. 이 연구에서는 런던 주변에서 수집된 9,000개의 교통량 표본에 적용하여 실제값과 모형값을 비교해 본 결과 합리적인 수준의 결과를 도출할 수 있었다고 설명하고 있다.
- 이는 과거 KHCM(2001) 개정 시 용량 값을 2,000 pcphpl으로 산정했을 때 올림픽대로와 청계고가차로 자료를 이용하였으나, 본 연구에서는 강변북로와 올림픽대로, 내부순환선 및 북부간선에 해당하는 다수의 지점을 선정하여 데이터를 수집하여 설계속도 80kph에 해당하는 현재의 다양한 교통특성이 잘 반영되었다고 판단된다. 따라서 이러한 용량분석 결과를 바탕으로 보면 설계속도 80kph의 용량 값을 2,100pcphpl으로 향상시키는 것이 타당해 보인다.
- 설계속도 120kph의 고속도로 용량산정 결과 기존 KHCM (2013)와 비교하여 약 2~11% 증가하는 것으로 파악되었으며, 그 결과는 Table 9와 같다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 설계속도 120kph의 용량 값은 2,400pcphpl으로 증가시키는 것이 현상을 잘 반영하는 값이라고 판단된다.
- 이와 같이 4가지 용량산정 방법을 이용하여 용량분석을 수행한 결과, 우선 모든 방법들에서 KHCM(2013)에서 제시하고 있는 용량 값에 비해 약 0.5~15%로 향상된 용량 값을 나타내는 것으로 확인되었다.
- 첫째, 만약 최대교통량이 주어진 지점에서 시간에 따라 또는 단위시간에서조차 변한다면, 15번째 백분위수중 어떤 통계량으로 공식적 수치를 정의할 수 있는가? 둘째, 주어진 지점에서 최대교통량의 표준편차는 얼마인가? 낮은 신뢰구간을 기초로 용량이 정의되지는 않았는가? 셋째, 만약 표준 백분위수가 정의되었지만 다른 비슷한 조건의 지점에서 다른 결과를 보인다면, 어떤 측정치가 사용되어야 하는가? 또한 추가적으로 검토할 문제로 고속도로 기본구간과 다차로 도로구간에 대해 용량을 최대교통류율로 정의함에 따라 발생하는 교통와해 (breakdown) 현상을 제시하였다.
- 설계속도 100kph의 고속도로에 대한 용량산정 결과 기존 KHCM(2013)와 비교하여 약 2~15% 정도 증가하는 것으로 분석되었다. 특히 누적 교통류율 방법은 약 15% 정도의 큰 폭으로 증가된 값으로 나타났고, 본 연구에서 제시된 방법은 약 4.5% 증가된 값을 제시하였다. 이러한 결과는 Table 8에 정리하였다.
- 또한, 1999년에 진행된 도로용량편람 개정연구에서도제시하고 있듯이, 고속도로의 용량을 산정하는데 있어서 분석자의 주관적 판단에 기초하여 용량을 산정하기 때문에 도로용량의 산정 결과가 분석자의 성향에 따라 작위 적일 수 있다는 단점이 있다. 특히 누적교통류율 방법을 이용한 용량산정의 경우, 이상치를 제거하더라도 높은 용량 값이 산정되었고, 용량 값의 변동(fluctuation)이타 방법과 비교하여 큰 것으로 분석되었다.
후속연구
- 향후에는 기본구간 외에 고속도로의 엇갈림 구간과 연결로 접속부의 용량산정에도 본 연구의 방법 및 연구내용을 적용하여, 기존 KHCM 대비 현재 고속도로 각 부문의 용량 변화를 추정 하는 추가 연구가 필요하다. 또한, 고속도로의 CCTV 또는 검지기 데이터 수집지점에 비디오 촬영을 통해 수집한 자료를 이용하여, 교통와해 시 교통량을 분석하고, 이를 활용하여 본 연구에서 개발된 용량산정 모형의 신뢰도를 검증하는 연구가 추가로 진행되면 보다 신뢰성 높고 정확한 용량산정 모형이 될 수 있을 것이다.
- 본 연구의 목적은 분석가의 분석기준에 따라 용량 값이 다르게 산정되었던 기존의 용량산정 방법의 한계점을 보완하는 새로운 용량산정 방법을 개발하여 제시하는 것이다. 이를 통하여 보다 정확하고 객관적이고 일관된 용량 값 산정이 가능하여 향후 고속도로의 운영 및 관리효과를 극대화할 수 있다.
- 본 연구에서 개발한 용량산정 방법은 고속도로 기본구간에만 국한되어 진행되었다. 향후에는 기본구간 외에 고속도로의 엇갈림 구간과 연결로 접속부의 용량산정에도 본 연구의 방법 및 연구내용을 적용하여, 기존 KHCM 대비 현재 고속도로 각 부문의 용량 변화를 추정 하는 추가 연구가 필요하다. 또한, 고속도로의 CCTV 또는 검지기 데이터 수집지점에 비디오 촬영을 통해 수집한 자료를 이용하여, 교통와해 시 교통량을 분석하고, 이를 활용하여 본 연구에서 개발된 용량산정 모형의 신뢰도를 검증하는 연구가 추가로 진행되면 보다 신뢰성 높고 정확한 용량산정 모형이 될 수 있을 것이다.
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