충격적인 헤드라인 중 하나는 심각한 연쇄추돌 교통사고(chain collision accident, CCA)이다. CCA의 진행과정은 시공간적으로 국부성을 가지며, 그 정보는 시간 임계적(time-critical)이다. 따라서 연쇄추돌을 감소시키기 위해서는 1차 사고 발생 직후 교통사고 정보를 운전자에게 신속하게 전파시켜야 한다. 국부적 긴급 정보전파의 유력한 대안 중 하나는 Ad hoc 통신에 기반을 둔 차량 간 통신(Inter-Vehicle Communication, IVC)이다. 이러한 IVC의 잠재력에도 불구하고, CCA 감소에 대한 IVC의 효과에 대한 연구는 현재까지 보고되지 않고 있다. 따라서 본 연구는 미시적 차량 시뮬레이터와 IVC 시뮬레이터가 결합된 병렬 플랫폼을 개발하고, 이를 이용하여 CCA 감소에 대한 IVC의 효과를 분석하였다. CCA를 감소시키기 위한 IVC기반 긴급 교통사고정보 전파의 가능성을 증명하기 위하여, IVC 장치의 시장 점유율과 교통량 시나리오에 따른 차량의 접근속도 감소, 사고정보의 전파속도, 그리고 CCA의 감소를 분석하였다. 분석결과, IVC 장비의 시장 점유율 10%와 50%에서 CCA는 40~60% 그리고 80~82%로 각각 감소될 수 있는 것으로 나타났다.
충격적인 헤드라인 중 하나는 심각한 연쇄추돌 교통사고(chain collision accident, CCA)이다. CCA의 진행과정은 시공간적으로 국부성을 가지며, 그 정보는 시간 임계적(time-critical)이다. 따라서 연쇄추돌을 감소시키기 위해서는 1차 사고 발생 직후 교통사고 정보를 운전자에게 신속하게 전파시켜야 한다. 국부적 긴급 정보전파의 유력한 대안 중 하나는 Ad hoc 통신에 기반을 둔 차량 간 통신(Inter-Vehicle Communication, IVC)이다. 이러한 IVC의 잠재력에도 불구하고, CCA 감소에 대한 IVC의 효과에 대한 연구는 현재까지 보고되지 않고 있다. 따라서 본 연구는 미시적 차량 시뮬레이터와 IVC 시뮬레이터가 결합된 병렬 플랫폼을 개발하고, 이를 이용하여 CCA 감소에 대한 IVC의 효과를 분석하였다. CCA를 감소시키기 위한 IVC기반 긴급 교통사고정보 전파의 가능성을 증명하기 위하여, IVC 장치의 시장 점유율과 교통량 시나리오에 따른 차량의 접근속도 감소, 사고정보의 전파속도, 그리고 CCA의 감소를 분석하였다. 분석결과, IVC 장비의 시장 점유율 10%와 50%에서 CCA는 40~60% 그리고 80~82%로 각각 감소될 수 있는 것으로 나타났다.
One of most shocking headlines is a serious chain collision accident (CCA). The development of CCA has a temporal and spatial locality, and the information of the CCA is time-critical. Due to these characteristics of CCA, traffic accident information should be rapidly propagated to drivers in order ...
One of most shocking headlines is a serious chain collision accident (CCA). The development of CCA has a temporal and spatial locality, and the information of the CCA is time-critical. Due to these characteristics of CCA, traffic accident information should be rapidly propagated to drivers in order to reduce chain collisions, right after the first accident occurs. Inter-vehicle communication (IVC) based on ad-hoc communication is one of promising alternatives for locally urgent information propagation. Despite this potential of IVC, research for the effects of IVC on the reduction of CCA has not been reported so far. Therefore, this study develops the parallel platform of microscopic vehicle and IVC communication simulators and then analyses the effects of IVC on the reduction of the second collision related to a series of vehicles. To demonstrate the potential of the IVC-based propagation of urgent traffic accident information for the reduction of CCA, the reduction of approaching-vehicle speed, the propagation speed of accident information, and then the reduction of CCA were analysed, respectively, according to scenarios of combination of market rates and traffic volumes. The analysis results showed that CCA can be effectively reduced to 40~60% and 80~82% at the penetration rates of 10% and 50%, respectively.
One of most shocking headlines is a serious chain collision accident (CCA). The development of CCA has a temporal and spatial locality, and the information of the CCA is time-critical. Due to these characteristics of CCA, traffic accident information should be rapidly propagated to drivers in order to reduce chain collisions, right after the first accident occurs. Inter-vehicle communication (IVC) based on ad-hoc communication is one of promising alternatives for locally urgent information propagation. Despite this potential of IVC, research for the effects of IVC on the reduction of CCA has not been reported so far. Therefore, this study develops the parallel platform of microscopic vehicle and IVC communication simulators and then analyses the effects of IVC on the reduction of the second collision related to a series of vehicles. To demonstrate the potential of the IVC-based propagation of urgent traffic accident information for the reduction of CCA, the reduction of approaching-vehicle speed, the propagation speed of accident information, and then the reduction of CCA were analysed, respectively, according to scenarios of combination of market rates and traffic volumes. The analysis results showed that CCA can be effectively reduced to 40~60% and 80~82% at the penetration rates of 10% and 50%, respectively.
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문제 정의
이와 같이 IVC는 현행 ITS의 고정지점 정보수집 및 정보전파의 한계를 극복할 수 있는 유력한 대안 중의 하나이다. 따라서 본 연구는 교통류 측면에서 CCA와 긴급 교통사고 정보전파를 구현하기 위하여 차량 시뮬레이션과 차량간 통신 시뮬레이션을 병렬로 연결한 시뮬레이션 프레임워크를 개발하고, 개발된 방법론을 이용하여 차량간 긴급 교통사고정보전파를 실험적으로 해석함으로써 CCA 감소 효과를 다각적으로 분석하고자 한다
본 연구는 IVC기반의 긴급 교통사고정보 전파를 이용한 CCA의 감소효과를 모의실험을 통해 분석하고자 한다. 따라서 통신과 교통환경에 대한 시나리오를 설정하고, 시나리오에 따른 CCA 감소효과, 교통류 속도제어 효과, 그리고 IVC기반 긴급 교통사고 정보전파의 속도 및 한계를 분석하고자 한다.
본 연구에서는 현행 FTMS의 (고정지점) 정보수집 및 제공체계에서 불가능한 국부적인 교통사고정보의 즉각적인 수집/전파를 IVC기반으로 구현함으로써 긴급 사고정보전파의 CCA 감소효과를 실험적으로 평가하고, 그 적용 가능성을 검토하였다.
즉, 낙하물, 1차 교통사고 등 CCA의 원인이 되는 비정상적 경우에 교통사고를 방지하기 위한 최소의 조건이다. 본 연구의 목표는 IVC를 이용한 사고정보 전파를 통해 안전운행속도로 교통류의 속도를 제어함으로써 CCA의 감소효과를 분석하는데 있다. 따라서 교통사고 정보를 수신한 차량의 속도는 안전 정지거리를 이용하여 다음과 같이 제어된다.
가설 설정
안전 정지거리는 선행차량의 급격한 정지 상태로의 전환을 가정하며, 일반적인 차량의 주행상태에서는 발생하지 않는다. 즉, 낙하물, 1차 교통사고 등 CCA의 원인이 되는 비정상적 경우에 교통사고를 방지하기 위한 최소의 조건이다.
전방에 발생한 교통사고정보를 수신한 차량은 타 차량에 비하여 주의 깊게 안전운전을 수행하는 것으로 가정한다. 안전운전은 전방의 1차 교통사고를 인지하고 안정적인 감속과정을 통해 2차 추돌을 방지할 수 있는 수준의 안전속도를 준수한다고 가정한다. 이러한IVC 장비 탑재차량의 안전속도 준수는 교통류의 속도를 제어하게 되며, 급제동 없이 CCA를 감소시키게 된다.
전방에 발생한 교통사고정보를 수신한 차량은 타 차량에 비하여 주의 깊게 안전운전을 수행하는 것으로 가정한다. 안전운전은 전방의 1차 교통사고를 인지하고 안정적인 감속과정을 통해 2차 추돌을 방지할 수 있는 수준의 안전속도를 준수한다고 가정한다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 (현행 고속도로 교통류 관리 시스템(freeway traffic management system, FTMS)의 고정지점 정보수집 체계에서 불가능한) 시·공간적으로 국부적인 교통사고 정보를 교통사고 발생과 동시에 수집하고, IVC를 이용하여 긴급 전파함으로써 CCA 감소효과를 분석하였다. CCA 감소효과를 분석하기 위하여 미시적 차량 모의실험기와 IVC 모의실험기를 결합한 병렬 모의실험 프레임워크를 개발/활용하였으며, CCA의 감소효과는 a)사고정보의 전파속도, b)교통류 속도의 변화, 그리고 c)연쇄추돌 대수를 이용하여 분석하였다.
이러한 연구 성과에도 불구하고, 본 연구에서 다루고자하는 CCA 감소와 같은 핵심적인 연구와 그 효과를 제시하지는 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 (현행 고속도로 교통류 관리 시스템(freeway traffic management system, FTMS)의 고정지점 정보수집 체계에서 불가능한) 시·공간적으로 국부적인 교통사고 정보를 교통사고 발생과 동시에 수집하고, IVC를 이용하여 긴급 전파함으로써 CCA 감소효과를 분석하였다. CCA 감소효과를 분석하기 위하여 미시적 차량 모의실험기와 IVC 모의실험기를 결합한 병렬 모의실험 프레임워크를 개발/활용하였으며, CCA의 감소효과는 a)사고정보의 전파속도, b)교통류 속도의 변화, 그리고 c)연쇄추돌 대수를 이용하여 분석하였다.
본 연구는 IVC기반의 긴급 교통사고정보 전파를 이용한 CCA의 감소효과를 모의실험을 통해 분석하고자 한다. 따라서 통신과 교통환경에 대한 시나리오를 설정하고, 시나리오에 따른 CCA 감소효과, 교통류 속도제어 효과, 그리고 IVC기반 긴급 교통사고 정보전파의 속도 및 한계를 분석하고자 한다.
모의실험 수행시간은 3,600초로 설정하였으며, CCA는 모의실험 시작 1,800초 후 설정 도로망의 10km지점에서 차량을 1초 만에 인위적으로 긴급하게 정지시킴으로서 1차 교통사고가 발생하도록 하였다. 앞에서 언급한 바와 같이 연쇄추돌 대수는 20~100로 큰 변동을 보인다.
본 연구는 미시적 차량 시뮬레이션과 IVC 시뮬레이션을 결합하여 Fig. 3과 같은 병렬 모의실험 프레임워크를 개발하고, 수집된 1차 교통사고 정보를 상류부의 잠재적 추돌가능 차량에게 IVC를 기반으로 긴급 전파시킴으로써 CCA의 감소효과를 평가하였다.
대상 데이터
차량 모의실험을 위한 도로망은 IVC의 효과를 충분히 분석하기 위하여 (일방향 2차로로 구성되는) 양방향 고속도로 20km 구간으로 설정하였다. 교통량(승용차/시/차로)은 500, 1000, 2,000으로, 그리고 IVC장비의 PR은 0.
이론/모형
5초를 적용하였으며, 제동거리는 Eq. (1) 과 같이 NCHRP (Report 400, 1997)에서 제시한 안전 정지거리(d, m) 모형을 적용하였다.
현재까지 교통류의 미시적 행태를 구현하면서 CCA를 현실적으로 구현하는 시뮬레이터는 보고되고 있지 않다. 따라서 API(application program interface)를 이용해 차량의 미시적 행태를 효과적으로 제어할 수 있는 Paramics 시뮬레이터을 이용하여 교통사고를 인위적으로 모사하였다. 모의실험 프레임워크는 Fig.
성능/효과
IVC기반 긴급 사고정보전파에 의한 CCA 감소효과의 분석 결과, 교통량이 낮은 경우 차량간 통신이 단절되어 정보전파에 실패할 수 있다. 그리고 교통량 수요가 높을 경우, 사고지점의 상류부에 혼잡을 발생시킬 수 있음(Park et al.
, 2016)과 동시에 통신과부하로 정보전파 속도는 낮아질 수 있다. 그러나 그 정보전파의 속도는 차량의 접근속도보다 높음으로 교통사고정보 진급전파에 의한 CCA 감소효과에는 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 또한 연쇄추돌을 효과적으로 감소시키기 위해서는 IVC 장비의 PR이 0.
그러나 그 정보전파의 속도는 차량의 접근속도보다 높음으로 교통사고정보 진급전파에 의한 CCA 감소효과에는 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. 또한 연쇄추돌을 효과적으로 감소시키기 위해서는 IVC 장비의 PR이 0.1 이상일 때 그 효과를 기대할 수 있으며, 연쇄추돌 차량대수를 50~75%까지 감소시킬 수 있을 것으로 분석되었다.
5) 보다 높게 나타났다. 이상의 분석 결과는, 교통량이 낮은 수준일 경우에도 대향방향 IVC 장착차량을 이용하여 사고전파에 충분히 성공할 수 있음을 의미한다. 추가로, 교통량 2,000 수준에서 사고방향 상류부로의 정보전파 속도는 교통량 1,000 수준보다 낮게 나타나고 있으며, 이는 안전 주행속도제어로 인해 발생된 교통혼잡과 더불어 통신 과부하가 원인으로 판단된다.
(2004)은 ad hoc 망의 특성과 이를 이용한 정보전파의 가능성을 실험하였다. 차량 모의실험기와 Cell (2km×2km) 방식의 IVC 라우팅 기법을 이용한 실험결과, IVC 장비의 시장 점유율(penetration rate, PR, 0.0~1.0)이 0.3이고 통신범위가 100m 이상일 경우 충분히 넓은 지역에 교통 혼잡정보를 전파시킬 수 있음을 보였다. Leung et al.
후속연구
셋째, IVC을 이용한 교통정보수집에 있어 교통량 수준이 낮은 경우에 대한 충분한 연구가 수행되어야 함과 더불어 교통량 수준이 높고 (거대혼잡과 같이) 넓은 공간에 범위에 혼잡이 발생한 경우, 정보수집에서 발생하는 시간 처짐(time-lag)을 극복할 수 있는 방안이 요구된다. 넷째, 고속도로 교통류 속도제어기법으로 활용되고 있는 가변속도제어와 본 연구에서 개발된 방법론을 통합함으로써 V2V와 V2I 상황에서 전방의 혼잡검지와 교통사고 발생 시 안전 주행속도제어 방법론에 대한 연구가 필요하다. 마지막으로, IVC를 통해 교통사고 정보를 전달받은 이후 전방의 교통사고에 대응하는 본 연구의 방법 외에도 IVC을 통해 수집/제공되는 전방의 속도정보를 이용하여 전방의 혼잡교통류와 교통사고를 검지할 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이며, 이는 자율주행자동차의 도입과 더불어 현실화될 수 있을 것으로 판단된다.
둘째, 실제 스마트폰 내비게이션의 이용률은 (장래의 기대되는) IVC 통신장비의 보급률을 앞서고 있다. 따라서 5G시대에 적합한 정보통신의 환경 하에서 동시에 교통사고 정보를 전파하고 이를 교통류 시뮬레이터와 결합한 차량과 통신의 통합 시뮬레이터가 개발되어야 할 것이다. 셋째, IVC을 이용한 교통정보수집에 있어 교통량 수준이 낮은 경우에 대한 충분한 연구가 수행되어야 함과 더불어 교통량 수준이 높고 (거대혼잡과 같이) 넓은 공간에 범위에 혼잡이 발생한 경우, 정보수집에서 발생하는 시간 처짐(time-lag)을 극복할 수 있는 방안이 요구된다.
이러한 CCA의 시·공간적 전개 과정과 시간 임계적인 정보전파의 필요성 때문에, 고정지점 검지체계 및 폐쇄회로카메라 등에 기반하여 사고정보를 수집한 후, 교통정보전달매체로 사고정보를 전파하는 현행의 지능형교통체계(intelligent transport systems, ITS) 전술은 CCA의 방지/감소에 적합하지 않다. 따라서 CCA를 방지/감소시키기 위해서는 국부적으로 발생하는 1차 사고정보를 즉시 수집하고, 수집된 사고정보를 긴급하게 전파시킬 수 있는 방안이 필요하다.
1인 경우 약 59%까지 추돌 사고대수를 감소시킬 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 향후 NGITS에 IVC 장비 또는 IVC의 기능을 수행하는 자율주행 자동차가 10% 이상 도입될 경우, 60%의 연쇄추돌사고 감소효과를 기대가 기대된다.
넷째, 고속도로 교통류 속도제어기법으로 활용되고 있는 가변속도제어와 본 연구에서 개발된 방법론을 통합함으로써 V2V와 V2I 상황에서 전방의 혼잡검지와 교통사고 발생 시 안전 주행속도제어 방법론에 대한 연구가 필요하다. 마지막으로, IVC를 통해 교통사고 정보를 전달받은 이후 전방의 교통사고에 대응하는 본 연구의 방법 외에도 IVC을 통해 수집/제공되는 전방의 속도정보를 이용하여 전방의 혼잡교통류와 교통사고를 검지할 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이며, 이는 자율주행자동차의 도입과 더불어 현실화될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 5G시대에 적합한 정보통신의 환경 하에서 동시에 교통사고 정보를 전파하고 이를 교통류 시뮬레이터와 결합한 차량과 통신의 통합 시뮬레이터가 개발되어야 할 것이다. 셋째, IVC을 이용한 교통정보수집에 있어 교통량 수준이 낮은 경우에 대한 충분한 연구가 수행되어야 함과 더불어 교통량 수준이 높고 (거대혼잡과 같이) 넓은 공간에 범위에 혼잡이 발생한 경우, 정보수집에서 발생하는 시간 처짐(time-lag)을 극복할 수 있는 방안이 요구된다. 넷째, 고속도로 교통류 속도제어기법으로 활용되고 있는 가변속도제어와 본 연구에서 개발된 방법론을 통합함으로써 V2V와 V2I 상황에서 전방의 혼잡검지와 교통사고 발생 시 안전 주행속도제어 방법론에 대한 연구가 필요하다.
향후 연구로는 첫째, 실제 IVC의 통신주기 및 통신반경을 보다 세밀하게 고려할 필요가 있으며, 실제 고속도로의 양방향 교통량환경에서 IVC 통신실험을 다각적으로 수행함으로써 급격한 위상변화에 따른 통신성공률과 정보전파 속도를 실험할 필요가 있다. 둘째, 실제 스마트폰 내비게이션의 이용률은 (장래의 기대되는) IVC 통신장비의 보급률을 앞서고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연쇄추돌을 감소시키기 위해 어떻게 해야 하는가?
CCA의 진행과정은 시공간적으로 국부성을 가지며, 그 정보는 시간 임계적(time-critical)이다. 따라서 연쇄추돌을 감소시키기 위해서는 1차 사고 발생 직후 교통사고 정보를 운전자에게 신속하게 전파시켜야 한다. 국부적 긴급 정보전파의 유력한 대안 중 하나는 Ad hoc 통신에 기반을 둔 차량 간 통신(Inter-Vehicle Communication, IVC)이다.
CCA의 사고원인은?
고속도로 교통사고의 특징 중 하나는 연쇄추돌 교통사고(chain collision accident, CCA)이다. CCA의 사고원인은 다음의 예와 같이 짙은 안개, 강설, 강우 등이며, 추돌대수는 20~100대에 달한다. 예) ①20중 추돌(서해안고속도로 춘장대 나들목 인근, 강설 6cm, 2017년 12월), ②106중 추돌(인천대교, 가시거리 10m, 2015년 2월), ③21중 추돌(서해안고속도로 상행선 264km, 가시거리 10m, 2008년 10월), ④41중 추돌(서해대교, 가시거리 40m, 2006년 10월).
CCA를 방지/감소를 위해 현행의 지능형교통체계 전술 대신 국부적으로 발생하는 1차 사고정보를 즉시 수집하고, 수집된 사고정보를 긴급하게 전파시킬 수 있는 방안이 필요한 이유는?
그리고 CCA를 방지/감소시키기 위한 사고정보의 전파는 시간 임계적(time-critical)이다. 이러한 CCA의 시·공간적 전개 과정과 시간 임계적인 정보전파의 필요성 때문에, 고정지점 검지체계 및 폐쇄회로카메라 등에 기반하여 사고정보를 수집한 후, 교통정보전달매체로 사고정보를 전파하는 현행의 지능형교통체계(intelligent transport systems, ITS) 전술은 CCA의 방지/감소에 적합하지 않다. 따라서 CCA를 방지/감소시키기 위해서는 국부적으로 발생하는 1차 사고정보를 즉시 수집하고, 수집된 사고정보를 긴급하게 전파시킬 수 있는 방안이 필요하다.
참고문헌 (10)
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Park, S., Kim, J., Na, S. and Lee, S. (2016). "Empirical analysis on radio communication range and vehicle ratio in V2X environment." Journal of Korea Institute of Intelligent Transport Systems, Vol. 15, No. 5, pp. 29-41 (in Korean).
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