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문제 정의
- 이를 예방하기 위하여 작업보호차량을 작업차량 후방에 배치하고 있으나 보다 능동적인 교통안전시설이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 주행 시뮬레이션을 활용한 이동공사구간에서의 운전자의 주행행태 자료를 수집하여 능동적인 사고예방을 위한 안전성 증진방안을 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 고속도로 공사구간 교통사고특성에 대한 연구결과와 시뮬레이션을 활용한 연구방법 그리고 교통안전 평가지표 연구에 대한 연구문헌을 고찰하였다.
- 또한 주행 시뮬레이션을 활용한 연구는 운전자의 주행특성을 파악하는데 많이 이용되고 있으나 이동공사구간에서의 운전자 주행특성에 관한 연구는 찾아볼 수 없었다. 본 연구에서는 고속도로 이동 공사구간에서 주행 시뮬레이션을 활용하여 개별운전자의 주행특성을 분석하였으며, 이를 활용하여 이동작업차량의 안전성향상을 위한 기반연구를 수행하였다는 점에서 기존 연구와 차별화될 수 있다.
- 본 연구에서는 운전자의 반응행태에 영향을 미치는 요인을 공사구간 유형으로 한정하기 위하여 Free Flow 교통류 상태에서 주행하도록 교통환경을 통제한 후, 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리에 대한 자료를 수집하였다. 실험에 사용된 주행 차량은 고속도로 통행의 대부분을 차지하는 폭 1.
- 본 연구에서는 주행안전성평가 시 분석대상의 시공간적 범위를 운전자가 차로변경을 시작한 시점부터 차로변경을 완료한 종점까지로 정의하였다. 차로변경을 수행하는 동안의 SDI 프로파일을 산출하여 주행안전성을 평가하였다.
- 즉 이동공사가 고정공사보다 보다 심각한 교통사고가 발생할 개연성이 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제가 발생하는 원인에 대하여 고속도로 이동공사구간에서의 운전자 주행특성분석을 통해 살펴보고, 이동공사구간의 안전성 증진을 위한 방안을 도출하고자 한다.
가설 설정
- 시간 t에서 주행차량과 이동작업차량이 H 만큼 떨어져있는 시점에서 주행차량의 최소정지거리와 이동작업차량의 최소정지거리에서 이동작업차량 길이의 차이로 산출된다(Equation(1)). 이동작업차량의 길이는 5톤 노면청소차의 규격을 반영하여 6.6m로 가정하였다. 산출된 SDI의 값이 ‘0’보다 같거나 작은 경우는 후방 차량이 안전하게 정지할 수 있는 거리가 미확보된 상황으로 교통사고 발생 개연성이 높다.
제안 방법
- 본 연구에서는 [Fig 4]와 같은 장비를 활용하였다. 56인치 LED TV를 3채널로 구성하였으며, 운전석은 실제 차량의 부품을 사용하여 운전환경이 현실과 유사하도록 구현하였다.
- 첫째, 차로 변경 시ㆍ종점 위치에 대한 주행안전성 평가 결과이다. 개별 운전자의 차로변경 시점과 종점의 분석 결과를 [Fig. 8]에 box-plot으로 제시하였다. [Fig 8]의 Y축은 주행차량과 전방의 위험상황과의 거리이다.
- 고속도로 공사구간에서 운전자의 주행행태분석을 위하여 주행 시뮬레이션을 활용하여 실험을 진행하였다. 주행 시뮬레이션을 활용하면 다양한 기하구조와 교통안전시설물 구현 및 효과평가가 가능하며, 개별 운전자의 주행속도, 가속도, 브레이크 강도, 주행거리 및 궤적 등 다양한 자료수집이 가능하다.
- 반면, SDI의 값이 ‘0’보다 큰 경우는 후방 차량이 안전하게 정지할 수 있는 거리가 확보된 상황으로 안전한 차로변경을 수행한 것으로 정의하였다(Equation(2)). 고정공사의 SDI는 고정공사 구간 테이퍼 시점을 기준으로 주행차량과의 SSD를 이용하여 SDI를 산출하였다.
- 둘째, 차로변경행태 분석을 위하여 주변차량을 배제하고 주행 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 그러나 실제 차로변경행태는 주변차량의 영향을 크게 받으며, 공사구간 서비스 수준에 따라서도 차로변경행태는 달라 진다.
- 또한 차로변경을 수행하는 동안 ‘0’이하의 SDI 값이 관측되면 위험한 운전행태로 판단하였으며, ‘0’이하의 SDI 값이 관측되지 않으면 안전한 운전행태로 판단하였다.
- 주행 시뮬레이션 실험에서 수집된 개별운전자의 속도, 가감속, 주행궤적 데이터를 활용하여 이동공사와 고정공사에서의 운전자 주행특성분석을 수행한다. 마지막으로 분석결과를 활용하여 이동공사 시 사고를 예방하고 사고심각도를 감소시킬 수 있는 방안을 검토 및 제시하였다. 본 연구의 흐름도는 [Fig.
- 본 연구에서 제시한 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리 분석결과의 통계적 타당성을 평가하였다. 먼저 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리에 대한 분산분석(ANOVA) 결과를 [Table 2]에 제시하였다. 유의수준 0.
- 둘째, 작업보호차량에게 접근하는 차량의 주행속도를 감소시켜야한다. 본 연구에서 제시한 안전성 평가지표인 SDI는 차량의 주행속도와 차량 간 거리에 따라 변화한다. 즉, 차량의 주행속도가 낮을수록, 차량 간 이격거리가 길어질수록 안전한 주행행태로 나타난다.
- 본 연구에서는 운전자 주행특성 분석과 안전성평가를 위하여 ‘차로변경 시ㆍ종점’, ‘차로변경 수행거리’, ‘SDI(Safety Distance Index)’를 평가지표로 설정하였다.
- 본 연구에서는 이동공사와 안전표지 설치 고정공사의 안전성평가 결과가 통계적으로 차이가 있는지 판단하는 것이 중요하기 때문이 두 시나리오와 안전성평가 결과에 대하여 통계적 검정 분석을 수행하였다. 두 변수 모두 범주형 변수이기 때문에 교차분석방법을 사용하였으며, 그 결과를 [Table 3]와 [Table 4]에 제시하였다.
- 주행 시뮬레이션을 활용하면 다양한 기하구조와 교통안전시설물 구현 및 효과평가가 가능하며, 개별 운전자의 주행속도, 가속도, 브레이크 강도, 주행거리 및 궤적 등 다양한 자료수집이 가능하다. 본 연구에서는 이를 활용하여 운전자의 개별주행특성 분석을 수행하였다. 실험은 2016년 7월 18일~22일, 5일 동안 진행하였으며 20대~60대 운전면허 소지자 40명을 대상으로 하였다.
- 본 연구에서는 주행 시뮬레이션을 활용하여 고속도로 주행환경을 구현하고, 고속도로 이동공사와 고정공사 시 설치되는 안전시설물을 고려하여 시나리오를 구성하였다. 이때 이동공사와 고정공사의 비교군으로 고정공사구간에 안전시설물이 설치되어 있지 않은 시나리오를 추가하였다.
- 작업차량들의 이동속도는 모두 20kph로 설정하였다. 시나리오 2는 고속도로 공사장 교통관리기준(Korea Expressway Corporation, 2013)에서 제시하는 바와 같이 공사구간 안내표지, 속도제한표지, 차로변경표지를 설치하였다. 시나리오 3은 교통안전표지판을 설치하지 않았으며, 주행하는 차량은 육안으로 공사구간을 확인하도록 실험조건을 설정하였다.
- 시나리오 2는 고속도로 공사장 교통관리기준(Korea Expressway Corporation, 2013)에서 제시하는 바와 같이 공사구간 안내표지, 속도제한표지, 차로변경표지를 설치하였다. 시나리오 3은 교통안전표지판을 설치하지 않았으며, 주행하는 차량은 육안으로 공사구간을 확인하도록 실험조건을 설정하였다.
- 총 38명의 다양한 성별, 연령별 운전자를 대상으로 주행 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 이동공사구간에서의 주행행태분석을 위하여 비교대상으로 고정공사구간을 시나리오로 설정하였다. 운전자 주행행태특성 및주행안전성을 평가하기 위한 지표로 주행특성지표를 ‘차로변경 시ㆍ종점’, ‘차로변경 수행거리’, ‘SDI(Safety Distance Index)’로 정의하였다.
- 본 연구에서는 주행 시뮬레이션을 활용하여 고속도로 주행환경을 구현하고, 고속도로 이동공사와 고정공사 시 설치되는 안전시설물을 고려하여 시나리오를 구성하였다. 이때 이동공사와 고정공사의 비교군으로 고정공사구간에 안전시설물이 설치되어 있지 않은 시나리오를 추가하였다. 주행 시뮬레이션 실험에서 수집된 개별운전자의 속도, 가감속, 주행궤적 데이터를 활용하여 이동공사와 고정공사에서의 운전자 주행특성분석을 수행한다.
- ‘도로의 구조ㆍ시설 기준에 관한 규칙 해설 및 지침(Ministry of Land, Infrasrtucture and Transport, 2013)’에서 노면마찰계수와 인지반응시간은 충분히 안전한 값을 취하도록 제시하고 있다. 이를 반영하여 노면이 습윤한 상태의 최소정지거리를 산출(SSD, Stopping Sight Distance)하였으며, 이때 이동작업차량과 주행차량의 최소정지거리 산출식은 Equation(3)과 같다.
- 이때 이동공사와 고정공사의 비교군으로 고정공사구간에 안전시설물이 설치되어 있지 않은 시나리오를 추가하였다. 주행 시뮬레이션 실험에서 수집된 개별운전자의 속도, 가감속, 주행궤적 데이터를 활용하여 이동공사와 고정공사에서의 운전자 주행특성분석을 수행한다. 마지막으로 분석결과를 활용하여 이동공사 시 사고를 예방하고 사고심각도를 감소시킬 수 있는 방안을 검토 및 제시하였다.
- 주행 시뮬레이션을 통해 수집된 38명의 운전자의 주행특성을 속도와 가감속도의 변화로 비교하였으며, 그 결과를 [Fig. 7]에 제시하였다. 평균 속도는 이동공사구간에서 가장 낮았으며 안전표지가 설치되지 않은 고정공사구간에서 가장 높게 나타났다.
- 차로변경 시ㆍ종점 위치와 차로변경 시 수행거리에 대한 주행안전성 평가결과를 제시하였다.
- 본 연구에서는 주행안전성평가 시 분석대상의 시공간적 범위를 운전자가 차로변경을 시작한 시점부터 차로변경을 완료한 종점까지로 정의하였다. 차로변경을 수행하는 동안의 SDI 프로파일을 산출하여 주행안전성을 평가하였다. 또한 차로변경을 수행하는 동안 ‘0’이하의 SDI 값이 관측되면 위험한 운전행태로 판단하였으며, ‘0’이하의 SDI 값이 관측되지 않으면 안전한 운전행태로 판단하였다.
- 첫째, 본 연구에서는 운전자 주행특성분석을 위하여 주행 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 시뮬레이션을 활용한 연구는 시나리오를 다양하게 구성할 수 있는 장점이 있다.
대상 데이터
- 본 실험에서도 [Fig 4-(b)] 와 같이 점멸효과를 시뮬레이션으로 구현하여 후방에 접근하는 운전자에게 이동공사차량의 존재를 알려주었다. 2차로 이동공사 차량은 총 3대로 구성하였으며 전방 작업차량이외 후방에 작업보호 차량 2대를 300m 와 85m 후방에 각각 배치하였다. 작업차량들의 이동속도는 모두 20kph로 설정하였다.
- 2장에서는 고속도로 공사장 교통사고특성 연구, 주행 시뮬레이션 활용관련, 교통안전성평가지표 관련연구를 고찰하였다. 3장에서는 이동공사 주행안전성평가 방안을 제시하였으며, 4장에서는 분석시나리오를 설계하고 분석자료를 수집하였다. 5장에서는 주행특성 및 안전성 분석결과를 도출하였으며, 마지막 장에서는 결론 및 향후 연구과제를 정리하였다.
- 본 연구에서는 운전자의 반응행태에 영향을 미치는 요인을 공사구간 유형으로 한정하기 위하여 Free Flow 교통류 상태에서 주행하도록 교통환경을 통제한 후, 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리에 대한 자료를 수집하였다. 실험에 사용된 주행 차량은 고속도로 통행의 대부분을 차지하는 폭 1.83m, 길이 4.80m인 소형차량의 제원을 적용하였다. 또한 주행특성의 중요한 요소인 개별차량의 차로변경 시ㆍ종점은 실제로 운전자가 차로를 변경해야한다고 판단한 시점과 차로변경을 완료했다고 판단한 시점을 차로변경 시ㆍ종점으로 정의할 수 있다.
- 본 연구에서는 이를 활용하여 운전자의 개별주행특성 분석을 수행하였다. 실험은 2016년 7월 18일~22일, 5일 동안 진행하였으며 20대~60대 운전면허 소지자 40명을 대상으로 하였다. 이중 50대 여성 운전자 2명이 주행 시뮬레이션 실험 도중 어지러움을 호소하여 분석 결과에서 제외하였다.
- 총 38명의 다양한 성별, 연령별 운전자를 대상으로 주행 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 이동공사구간에서의 주행행태분석을 위하여 비교대상으로 고정공사구간을 시나리오로 설정하였다.
데이터처리
- 본 연구에서는 이동공사와 안전표지 설치 고정공사의 안전성평가 결과가 통계적으로 차이가 있는지 판단하는 것이 중요하기 때문이 두 시나리오와 안전성평가 결과에 대하여 통계적 검정 분석을 수행하였다. 두 변수 모두 범주형 변수이기 때문에 교차분석방법을 사용하였으며, 그 결과를 [Table 3]와 [Table 4]에 제시하였다. 여기서 귀무가설(H0)은 ‘각 시나리오의 안전성 평가결과는 같다.
- 본 연구에서 제시한 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리 분석결과의 통계적 타당성을 평가하였다. 먼저 차로변경 시ㆍ종점 및 차로변경 수행거리에 대한 분산분석(ANOVA) 결과를 [Table 2]에 제시하였다.
이론/모형
- ‘고속도로 공사장 교통관리기준(Korea Expressway Corporation, 2013)’에 의거하여 이동공사와 고정공사의 교통안전시설물을 구현하였다.
- (2013), Hong et al.(2010)는 고속도로 공사구간에서 교통사고 심각도에 영향을 주는 요인을 도출하기 위하여 순서형-프로빗 모형을 활용하였다. 특히 Qi et al.
- 고속도로 공사장의 모든 교통안전시설물은 ‘고속도로 공사장 교통관리기준(Korea Expressway Corporation, 2013)’에 의거하여 구현하였다.
- 둘째, 차로변경 수행거리 분석결과를 [Fig. 9]에 box-plot을 활용하여 제시하였다. [Fig 9]의 Y축은 운전자가 전방의 공사구간을 인지하고 차로변경을 수행하는 동안 이동한 거리이다.
성능/효과
- 전방의 작업보호차량을 늦게 인지한 운전자중 심리적으로 부담을 느낀 운전자는 차로변경을 수행하는데 어려움을 겪었을 것이며, 그렇지 않은 운전자는 차로변경을 수행하는데 문제가 없었을 것이다. 그 결과, 이동공사 시 차로변경 수행거리의 분포가 고정공사보다 넓게 타나난 것으로 판단된다.
- (2013)은 후미추돌 사고 심각도에 대한 연구를 진행하였다. 그 분석 결과 음주, 야간작업, 미끄러운 도로 상태, 트럭 변수가 사고의 심각도를 증가시키는 것으로 분석하였다. Hong et al.
- 따라서, 이동작업보호차량에 지향성 스피커 적용 시, 위험주행행태로 판단되는 특정 차량에게 경고정보를 제공하여 운전자로 하여금 안전운전을 유도할 수 있다. 둘째, 작업보호차량에게 접근하는 차량의 주행속도를 감소시켜야한다. 본 연구에서 제시한 안전성 평가지표인 SDI는 차량의 주행속도와 차량 간 거리에 따라 변화한다.
- 셋째, 주행안전성을 평가하기 위한 지표로 SDI를 제시하였으며, 주행차량이 차로를 변경하는 동안 ‘0이하’의 SDI 값이 관측될 경우 위험한 주행행태로 판단하였다.
- 82m) 순으로 나타났다. 안전시설물 설치 고정공사와 미설치 고정공사의 비교 결과, 안전시설물이 설치된 고정공사가 더 안전한 것으로 나타났다. 따라서 현 운영기준에 대한 효과가 있는 것으로 판단된다.
- 이동공사와 안전시설물이 설치된 고정공사와 안전시설물이 미설치된 고정공사의 안전성 평가 결과, 안전 시설물이 설치된 고정공사, 안전시설물이 미설치된 고정공사, 이동공사 순으로 나타났다. 따라서 안전시설물이 설치된 고정공사의 경우, 미설치시보다 안전하기 때문에 현재의 운영기준의 효과가 있는 것으로 판단할수 있다.
- (2013)는 2003년부터 2005년까지 3년 동안 고속도로 공사구간에서 발생한 교통사고빈도분석을 수행하였다. 주요 교통사고 원인은 운전자의 주시태만으로 나타났으며, 이로 인하여 교통사고 유형은 추돌사고가 전체사고의 32%로 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났다. Qi et al.
- 즉, 고정공사보다 이동공사에서 운전자는 위험한 주행행태를 나타냈다. 주행 안전성 평가에 대한 통계적 분석결과, 차로변경 시ㆍ종점이 시나리오 간 통계적으로 차이가 존재하였으며, SDI 안전성 평가지표 분석결과의 경우, 운전자는 안전시설물이 설치된 고정공사보다 이동공사에서 위험하게 주행하는 것으로 나타났다. 따라서 이동공사가 가장 위험하다는 것은 통계적으로도 유의미한 결과이다.
- 또한 부상자가 발생한 사고등급 C이상인 사고가 이동공사 교통사고(94건)에서는 약 48%(45건)로 나타났으며, 고정공사 교통사고(339건)에서는 약 32%(108건)로 나타났다. 즉 이동공사가 고정공사보다 보다 심각한 교통사고가 발생할 개연성이 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 이러한 문제가 발생하는 원인에 대하여 고속도로 이동공사구간에서의 운전자 주행특성분석을 통해 살펴보고, 이동공사구간의 안전성 증진을 위한 방안을 도출하고자 한다.
- 본 연구에서 제시한 안전성 평가지표인 SDI는 차량의 주행속도와 차량 간 거리에 따라 변화한다. 즉, 차량의 주행속도가 낮을수록, 차량 간 이격거리가 길어질수록 안전한 주행행태로 나타난다. 속도정보 제공장비(Radar Speed Signs, RSS)는 상류부에서 고속으로 접근하는 차량에서 주행속도 정보를 제공하여 운전자로 하여금 감속을 유도하는 장비이다(Jafarnejad et al.
- 평균 속도는 이동공사구간에서 가장 낮았으며 안전표지가 설치되지 않은 고정공사구간에서 가장 높게 나타났다. 평균 가감속도는 이동공사구간에서 가장 높았으며 안전표지가 설치되지 않는 고정공사구간에서 가장 낮게 나타났다. 평균 속도와 평균 가감속도 분석 결과, 이동공사의 경우, 가속 및 감속 페달을 빈번하게 또는 급격하게 조작한 것으로 판단된다.
- 7]에 제시하였다. 평균 속도는 이동공사구간에서 가장 낮았으며 안전표지가 설치되지 않은 고정공사구간에서 가장 높게 나타났다. 평균 가감속도는 이동공사구간에서 가장 높았으며 안전표지가 설치되지 않는 고정공사구간에서 가장 낮게 나타났다.
후속연구
- 사고 심각도와 관련 있는 중요한 요소인 주행속도가 낮아지면 사고심각도 감소효과를 기대할 수 있다. 따라서 RSS를 이동작업보호차량에 설치하여 작업차량 후방에 접근하는 차량의 주행속도를 감속하도록 유도한다면 안전성 평가지표 SDI 값을 증대시키므로 이동작업보호차량과 안전한 주행거리 확보하는데 기여할 것으로 기대된다.
- 그러나 차로를 변경하는 동안 주행차량의 SDI는 이동작업차량과의 시공간의 변화에 따라 연속(Continuous)적으로 변화하며, 특정 시점에서는 위험하지만 다른 시점에서는 안전할 수 있다. 따라서 본 연구에서 제시한 SDI의 연속적인 속성을 고려하여 지표를 고도화한다면, 주행하는 차량이 어떤 순간에, 언제동안, 얼마나 위험한지 또는 안전한지를 판단할 수 있는 지표로 활용 가능할 것이다.
- 그러나 실제 차로변경행태는 주변차량의 영향을 크게 받으며, 공사구간 서비스 수준에 따라서도 차로변경행태는 달라 진다. 따라서 향후에는 주변차량의 위치와 속도, 교통량을 고려한 공사구간 차로변경행태 연구가 수행되어야 한다. 또한 본 연구에서는 개별주행차량에 대한 주행 안전성 평가를 수행하였으나, 주변차량을 고려한다면 이동공사구간 교통류 전체에 대한 안전성 평가도 가능할 것이다.
- 따라서 향후에는 주변차량의 위치와 속도, 교통량을 고려한 공사구간 차로변경행태 연구가 수행되어야 한다. 또한 본 연구에서는 개별주행차량에 대한 주행 안전성 평가를 수행하였으나, 주변차량을 고려한다면 이동공사구간 교통류 전체에 대한 안전성 평가도 가능할 것이다.
- 먼저, 전방의 이동공사가 진행 중인 상황을 운전자가 사전에 인지할 수 있도록 해야한다. 운전자는 전방의 작업차량의 존재를 인지한다면 차로변경 시점을 앞당겨 보다 안전하게 차로변경을 수행할 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어, 지향성 스피커는 방향성을 가지는 소리 발생 장치로 잡업보호 차량 후방에 설치하여 주행하고 있는 특정 대상을 향해 경고정보가 가능하다.
- 따라서 현장실험을 수행하거나 또는 현장에서 수집되는 자료를 활용하여 시뮬레이션 결과에 대한 검증(Validation)과정이 수행되어야 한다. 향후에는 이동공사차량에 영상자료 수집 장비를 활용하여 본 연구에서 제시한 분석결과에 대한 검증을 수행한다면 객관적인 주행특성 분석이 가능할 것이다.
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