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문제 정의
- 기존연구의 검토결과 단순히 고정식신호에 대한 비교 및 평가만 진행되었다. 따라서 본 연구에서는 회전교차로 설치이후 교통량 증가로 인한 지체시간 증가로 회전교차로의 효율성 감소 시 원활한 소통을 위한 회전교차로의 실시간 Signal Metering 운영방법 및 운영 알고리즘을 제시하고자 한다.
- 따라서 본 연구에서는 회전교차로 설치이후 교통량증가로 신호교차로 설치에 대한 재검토를 하기 전에 회전교차로 본래의 기능을 최대한 유지하면서 운영효율성을 높이기 위한 동적 신호운영방안으로 실시간 Signal Metering 운영방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 Signal Metering 운영알고리즘을 실시간 제어상황과 연계하여 효과를 검증하기 위해 VISSIM의 COM Interface(Visual Basic Application) 기능을 활용하였다.
- 본 연구에서는 1차로형 4지 회전교차로를 대상으로 실시간 Signal Metering 운영알고리즘을 개발하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 회전교차로의 운영효율성을 높이기 위한 동적 신호운영방안으로 실시간 제어상황과 연계하여 효과를 검증하기 위해 교통 분석용 시뮬레이션 프로그램인 VISSIM의 COM Interface 기능을 활용하여 실시간 Signal Metering 운영방안을 제시하였다. 1차로형 4지 회전교차로를 대상으로 2개의 운영대안 및 24개의 불균등 진입교통류 상태(unbalanced approach flow conditions)를 설정하여 본 연구에서 제시한 실시간 Signal Metering 운영알고리즘의 효과를 평가하였다.
- 다섯째, 회전교차로 전체의 제어지체 변화를 활용하여 실시간 Signal Metering의 도입효과를 분석하였다.
- 둘째, 실시간 Signal Metering 분석을 위한 미터링 운영대안(대안 I 및 대안 II), 교통량 시나리오(24개) 및 시뮬레이션을 위한 회전교차로(1차로형 4지)를 구축하였다.
- Akcelik(2004)은 모의상황분석을 통해 진입교통량의 불균등에 따라 회전교차로에 용량이 감소되며 중앙섬 직경, 회전차로 폭 등이 용량에 큰 영향을 미친다는 결과를 제시하였다. 또한 실제 회전교차로에서 주도로의 진입교통류 비율이 높아 진입교통량이 적음에도 불구하고 누적 회전교통량이 많아져 부도로 진입의 어려움 발생하여 회전교차로의 소통이 원활하지 못하는 운영사례를 조사하여 Signal Metering 도입의 필요성을 제시하였다[3]. 또한 Akçelik(2004, 2005)은 회전교차로를 대상으로 Signal Metering을 운영한 결과 평균 지체시간과 대기행렬길이 그리고 운영비용 및 배출가스가 감소된다는 결과를 제시하였다[3, 6].
- 최소미터링시간(rmin) 이후 미터링시간은 t = rmin에서 시작되어 최대미터링시간(rmax) 까지 1초 단위로 연장 된다(Δt=1초). 본 연구에서 모든 진입로의 rmin=10초 그리고 rmax=20초를 적용하였다. t = rmin이후부터 다음 미터링을 위한 후보검지기(D*)의 선정이 필요하다.
- 본 연구에서는 1차로형 4지 회전교차로를 대상으로 불균등 진입교통류상태(unbalanced approach flow conditions)에 따른 미터링 운영대안(대안 I, 대안 II), 교통량 시나리오(24개)를 설정하고, 총 48개 운영조합에 대한 효과척도(교차로 전체의 평균 지체) 분석은 교통시뮬레이션 프로그램인 VISSIM의 COM Interface 기능을 활용하였다. 회전교차로의 동적 신호운영에 따른 효과의 비교·평가는 다음과 같이 수행하였다.
- 본 연구에서는 2개의 실시간 Signal Metering 운영대안과 4개의 교통량대안을 설정하였다. 운영대안 I은 Ahn and Lee(2013)가 제시한 바와 같이 통제진입로에 인접한 접근로를 한 쌍(pair)으로 묶어서 미터링 운영조합을 구성하였고[6], 운영 대안 II는 통제진입로와 마주보는 접근로를 한 쌍(pair)으로 묶어서 미터링 운영조합을 구성하였다 ([Fig.
- 본 연구에서는 회전교차로의 운영효율성을 높이기 위한 동적 신호운영방안으로 실시간 제어상황과 연계하여 효과를 검증하기 위해 교통 분석용 시뮬레이션 프로그램인 VISSIM의 COM Interface 기능을 활용하여 실시간 Signal Metering 운영방안을 제시하였다. 1차로형 4지 회전교차로를 대상으로 2개의 운영대안 및 24개의 불균등 진입교통류 상태(unbalanced approach flow conditions)를 설정하여 본 연구에서 제시한 실시간 Signal Metering 운영알고리즘의 효과를 평가하였다.
- 셋째, VISSIM에서 제공하는 COM Interface(Visual Basic Application)를 활용하여 회전교차로의 실시간 Signal Metering 운영알고리즘을 구축하였다.
- 셋째, 운영대안Ⅰ과 운영대안 II에 대한 교통량 시나리오별 실시간 Signal Metering 운영 전 · 후 교차로 전체의 지체(차량 당 평균지체)를 평가한다.
- 회전교차로설계지침(2014)에 따라 1차로형 4지 회전교차로의 회전부 설계속도는 20km/h, 내접원 지름 30m, 중앙교통섬 지름 25m, 회전차로 폭 5m, 그리고 진입부 최대설계속도는 60km/h로 설정하였다[2]. 실시간 Signal Metering을 위한 정지선의 이격거리는 15m, 검지기 이격거리는 50m로 설정하였으며, 좌회전 30%, 직진 60%, 우회전 10%의 비율로 승용차로만 구성된 교통량을 적용하였고, 도로의 경사는 평지로 하여 다음 [Fig. 3]과 같이 회전교차로를 구축하였다.
- 첫째, 회전교차로의 일반적인 특징, 운영현황, Signal Metering 운영방법 등과 관련된 선행연구 검토를 통해 시사점 및 연구의 방향을 도출하였다.
대상 데이터
- G의 점유여부 및 속도에 따라서 실시간으로 통제진입로가 선정된다. 미터링진입로는 실시간 Signal Metering 운영조합(대안I, 대안II)에 따라서 선정된다([Table 5] 참조). 최소미터링시간(rmin) 이후 미터링시간은 t = rmin에서 시작되어 최대미터링시간(rmax) 까지 1초 단위로 연장 된다(Δt=1초).
- 회전교차로는 교차로 내부로 진입하고자 하는 자동차(entry flow)가 교차로 내부의 회전차로에서 주행하는 자동차(circulating flow)에게 양보하는 것을 기본원리로 한다[1]. 즉, 회전하는 자동차가 우선권을 갖는 것이다.
데이터처리
- 넷째, 실시간 Signal Metering 도입 전 · 후 교통량 변화에 따른 시나리오별 분석결과에 대한 통계적 유의성은 쌍체비교(paired mean t-test)를 통하여 가설검증(hypothesis test)을 수행하였다.
- 대안별 평균 값(μ)에 대한 귀무가설(null hypothesis)과 대립가설(alternative hypothesis)을 설정하여 t-test를 수행하였다.
- 분석결과에 대한 통계적 유의성은 95% 신뢰 구간에서 자유도(degree of freedom) 23의 단측검증기각치(tα/2= 1.714) 에서 다음 식(1)과 같이 쌍체비교(paired mean t-test)를 통하여 검증하였다.
- 회전교차로 Signal Metering 시행 전 지체와 시행후 지체 차이에 대한 통계적 유의성 검증을 수행하였다. 분석결과에 대한 통계적 유의성은 95% 신뢰 구간에서 자유도(degree of freedom) 23의 단측검증기각치(tα/2= 1.
이론/모형
- 따라서 본 연구에서는 회전교차로 설치이후 교통량증가로 신호교차로 설치에 대한 재검토를 하기 전에 회전교차로 본래의 기능을 최대한 유지하면서 운영효율성을 높이기 위한 동적 신호운영방안으로 실시간 Signal Metering 운영방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 Signal Metering 운영알고리즘을 실시간 제어상황과 연계하여 효과를 검증하기 위해 VISSIM의 COM Interface(Visual Basic Application) 기능을 활용하였다.
- 714) 에서 다음 식(1)과 같이 쌍체비교(paired mean t-test)를 통하여 검증하였다. 쌍체비교는 유형별 교통량변화에 대한 합동분산추정량 (pooled variance estimator)을 사용한다. 대안별 평균 값(μ)에 대한 귀무가설(null hypothesis)과 대립가설(alternative hypothesis)을 설정하여 t-test를 수행하였다.
- 회전교차로설계지침(2014)에 따라 1차로형 4지 회전교차로의 회전부 설계속도는 20km/h, 내접원 지름 30m, 중앙교통섬 지름 25m, 회전차로 폭 5m, 그리고 진입부 최대설계속도는 60km/h로 설정하였다[2]. 실시간 Signal Metering을 위한 정지선의 이격거리는 15m, 검지기 이격거리는 50m로 설정하였으며, 좌회전 30%, 직진 60%, 우회전 10%의 비율로 승용차로만 구성된 교통량을 적용하였고, 도로의 경사는 평지로 하여 다음 [Fig.
성능/효과
- 24개의 교통량대안에 대한 무신호 회전교차로의 평균지체 μ0= 54.08초/대, 운영대안Ⅰ의 평균지체 μ1= 44.49초/대 그리고 운영대안II의 평균지체 μ2=61.16초/대로 분석되었다.
- Ahn and Lee(2013)는 단순히 교통량만 고려하기 보다는 회전교차로 내부에서의 회전교통량과 진입로에서의 진입교통량과의 관계를 포괄적으로 대변 할 수 있는 포화도(degree-of-saturation)를 사용하였고, 회전교차로 Signal Metering 운영에 따른 효과를 얻기 위해서는 우선적으로 미터링진입로와 관리진입로의 선정이 가장 중요함을 제시하였다. SIDRA를 이용한 분석결과 Signal Metering은 두 진입로의 포화도 합이 0.3~1.0이고 미터링진입로의 교통량이 관리진입로의 교통량이 보다 작을 경우 운영효과가 있는 것으로 분석되었다. 특히 미터링진입로의 진입교통량이 통제진입로의 진입교통량보다 작고 두 진입로의 포화도비(V/C비) 합이 1.
- Lee(2013)는 2차로형 4지 회전교차로를 대상으로 회전교차로의 진입교통량이 균등한 상태에서의 신호를 운영하는 경우(A)와 신호교차로로 전환하는 경우(B)의 전환 전 · 후의 지체의 변화량을 통해 지체 감소 효과를 분석하였다. 그 결과 A, B모두 지체 감소효과가 있지만 신호교차로로 전환하는 경우(B)보다 신호를 운영하는 경우(A)의 지체 감소영역이 넓어지고 감소하는 폭도 큰 것으로 분석되었으며, 회전교차로에 신호를 운영할 경우 회전교차로의 권장 범위를 125~450대/시/차로에서 최대 125~600대/시/차로까지 확대할 수 있다는 결과를 제시하였다[8].
- 운영대안 II의 case 1, case 2에 대한 종합분석 결과 통제진입로와 마주보는 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶고 미터링진입로의 교통량이 통제진입로의 교통량 보다 작거나 같은 경우 실시간 Signal Metering 운영 효과가 있는 것으로 분석되었다. 그러나 운영 대안 I에 비해 차량 당 평균지체 감소효과가 크지 않은 것으로 분석되었다.
- 본 연구의 분석결과 운영대안 I의 case1, case2와 같이 인접한 두 진입로에 교통량이 집중된 경우 통제진입로에 인접한 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶고 미터링진입로의 교통량이 통제진입로의 교통량보다 작은 경우 실시간 Signal Metering운영 효과가 있는 것으로 분석되었다. 특히, 총 진입교통량이 1,600대/시일 때 차량 당 평균지체가 131.
- Park(2015)은 회전교차로 진입차로별 교통량, 검지기의 이격거리, 진입차로 통제시간 등에 대한 시나리오를 구축하여 VISSIM을 활용한 다양한 조건의 시뮬레이션을 통해 회전교차로 신호미터링의 도입 전 · 후 결과를 VISSIM에서 제공하는 VisVAP 모듈을 활용하여 분석하였다. 분석결과 진입교통류의 좌회전 비율이 증가할수록 신호미터링을 통한 회전교차로의 지체 감소 효과는 증가하였으며 검지기 간격의 경우 40m일 때, 미터링 진입로의 적색시간 길이가 10초 혹은 20초 일 때, Controlling Approach의 교통량이 450~650대/시의 경우 신호미터링의 효과가 비교적 높은 것으로 분석되었다[9].
- 운영대안 II의 case 1, 2는 인접한 두 진입로에 교통량이 집중된 경우이나 통제진입로와 마주보는 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶어서 실시간 Signal Metering을 운영할 경우 차량 당 평균지체가 96.09초/대에서 69.69초/대로 27.47%로 감소는 하였지만 운영대안 I에 비해 차량 당 평균지체 감소효과가 크지 않은 것으로 분석되었다.
- 운영대안 II의 case 1, case 2에 대한 종합분석 결과 통제진입로와 마주보는 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶고 미터링진입로의 교통량이 통제진입로의 교통량 보다 작거나 같은 경우 실시간 Signal Metering 운영 효과가 있는 것으로 분석되었다. 그러나 운영 대안 I에 비해 차량 당 평균지체 감소효과가 크지 않은 것으로 분석되었다.
- 운영대안 II의 case 3, 4 모두 차량 당 평균지체의 변화가 없거나 오히려 증가하여 실시간 Signal Metering운영 효과가 없는 것으로 분석되었다.
- 운영대안 II의 case 3, 4에 대한 종합분석 결과 본 교통량대안의 경우 마주보는 두 진입로에 교통량이 집중된 경우로 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶을 경우오히려 미터링진입로의 지체가 증가하여 실시간 Signal Metering운영 효과가 없는 것으로 분석되었다.
- 운영대안 II의 case 3, 4와 같이 마주보는 두 진입로에 교통량이 집중되어있고 무신호 회전교차로 운영 시 지체가 상대적으로 작은 경우에 마주보는 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶을 경우 오히려 미터링 진입로의 지체가 증가하여 실시간 Signal Metering운영 효과가 없는 것으로 분석되었다.
- 83% 감소하여 가장 큰 효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 운영대안 I의 case3, case4와 같이 마주보는 두 진입로에 교통량이 집중된 경우는 무신호 회전교차로 운영 시 지체가 상대 적으로 작은 경우로 총 진입교통량이 2,200대/시 이상의 교통량부터 실시간 Signal Metering운영 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
- 운영대안Ⅰ의 case 3, 4에 대한 종합분석 결과 마주보는 두 진입로에 교통량이 집중된 경우 통제진입로에 인접한 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶을 경우 2,000대/시 이상의 교통량에서만 운영 효과가 있고 전반적으로 실시간 Signal Metering운영 효과가 없는 것으로 분석되었다.
- 인접한 두 진입로에 교통량이 집중된 경우는 운영대안 I과 같이 인접한 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶고 미터링진입로의 교통량이 통제진입로의 교통량 보다 작은 경우 실시간 Signal Metering운영 효과가 가장 큰 것으로 분석되었다. 반면 운영대안 II 와 같이 마주보는 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶었을 경우 운영대안 I에 비해 상대적으로 실시간 Signal Metering운영 효과가 떨어지는 것으로 분석되었다.
- Ahn(2012)은 진입교통량이 가장 많은 진입로와 인접한 상류부의 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶어서 Signal Metering을 운영하는 것이 가장 효과적인 것으로 제시하였다. 총 진입교통량이 1,800～2,000pcu/시 이고 주진입로의 진입교통량비가 60% 이상일때 지체는 30% 감소하였으나 진입교통량비가 그 이하인 경우 그리고 각 진입로별 진입교통량 및 회전교통량비(circulating flow proportion)가 균등 할 경우에는 효과가 없는 것으로 분석되었다[4].
- 84% 감소하였다. 특히, 총 진입교통량이 1,600대/시일 때 가장 큰 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
- 본 연구의 분석결과 운영대안 I의 case1, case2와 같이 인접한 두 진입로에 교통량이 집중된 경우 통제진입로에 인접한 두 진입로를 한 쌍(pair)으로 묶고 미터링진입로의 교통량이 통제진입로의 교통량보다 작은 경우 실시간 Signal Metering운영 효과가 있는 것으로 분석되었다. 특히, 총 진입교통량이 1,600대/시일 때 차량 당 평균지체가 131.34초/대에서 29.12초/대로 77.83% 감소하여 가장 큰 효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 운영대안 I의 case3, case4와 같이 마주보는 두 진입로에 교통량이 집중된 경우는 무신호 회전교차로 운영 시 지체가 상대 적으로 작은 경우로 총 진입교통량이 2,200대/시 이상의 교통량부터 실시간 Signal Metering운영 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
후속연구
- 향후 연구에서는 회전교차로 전체의 혼잡도 및 접근로별 진입교통량을 복합적으로 고려한 다양한 조합의 미터링진입로 선정 알고리즘 개발이 필요하다. 또한 본 연구에서 분석한 1차로형 4지 회전교차로 외에 다양한 기하구조(3지 1, 2, 3차로 및 4지 2, 3차로) 및 보행자를 고려한 실시간 Signal Metering 운영효과 분석이 필요하다.
- 본 연구에서 개발한 실시간 Signal Metering 운영 알고리즘은 각 진입로에 설치된 검지기(detector)의 점유여부 및 속도를 활용하여 통제진입로와 미터링 진입로를 선정하는 방식이다. 향후 연구에서는 회전교차로 전체의 혼잡도 및 접근로별 진입교통량을 복합적으로 고려한 다양한 조합의 미터링진입로 선정 알고리즘 개발이 필요하다. 또한 본 연구에서 분석한 1차로형 4지 회전교차로 외에 다양한 기하구조(3지 1, 2, 3차로 및 4지 2, 3차로) 및 보행자를 고려한 실시간 Signal Metering 운영효과 분석이 필요하다.
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