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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존의 가산모형에 개별 관측 자료들의 이질성을 반영할 수 있는 Random Parameter를 적용하여, 각 지점 및 구간의 특성을 반영한 고도화된 모형을 개발하고자 한다. Random Parameter모형은 대전광역시 55개 신호교차로에서 발생한 교통사고건수 자료 및 도로 기하구조 자료를 이용하였으며, 기존 연구에서 적용되어 왔던 Fixed Parameter 가산모형과 함께 사고 예측의 설명력을 비교·분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 기존의 가산모형에서는 고려할 수 없었던 분석 대상 지점/구간의 이질성에 대한 부분을 Random Parameters를 적용하여 교통사고발생 빈도 예측 시 도출 값에 대한 임의성(randomness) 및 불확실성(uncertainty)을 해결하고자 하였다. 대전광역시에 위치한 55개의 교차로를 대상으로 5년 동안(2007-2011) 발생한 교통사고 발생 건수, 교통량 및 교차로 기하구조 등과 관련된 요소들을 적용한 임의확률 모수 음이항(Random Parameter Negative Binomial) 모형의 구축을 통해 Random Parameter 분석 방법론이 기존의 Fixed Parameter 기반의 모형에 비해 보다 나은 설명력을 가지는 것을 확인하였다.
제안 방법
- Random Parameter모형은 대전광역시 55개 신호교차로에서 발생한 교통사고건수 자료 및 도로 기하구조 자료를 이용하였으며, 기존 연구에서 적용되어 왔던 Fixed Parameter 가산모형과 함께 사고 예측의 설명력을 비교·분석하고자 하였다.
- 교통사고는 교차로 내와 교차로 부근(교차로 측단에서 30m 이내의 도로에 발생한 교통사고)을 범위로 정하여 수집 하였다(2016 교통사고 통계, 경찰청). 교통량 자료는 교차로에 설치된 검지기 자료를 이용하였으며, 기타 기하 구조 자료는 현장조사를 통하여 이루어졌다.
- 교통량과 기하구조 등의 독립변수들을 이용하여, Fixed Parameters를 이용한 기존의 가산모형(Ⅱ장. 1절)과 이 연구에서 제시하는 Random Parameter 가산모형(Ⅱ장. 2절)을 구축하였다. 가산모형의 선택은 앞에서 기술한 바와 같이, 과분산 계수-알파 값(α : dispersion parameter)에 의해 결정되며, 본 연구에서 구축된 모형의 결과를 통해 과분산 계수 값이 95% 신뢰수준에서 통계적으로 유의함을 보여(t-value가 fixed parameters : 6.
대상 데이터
- 본 연구의 교통사고 예측모형 개발을 위한 자료를 위하여 대전광역시에 위치한 55개 신호교차로를 대상으로 하였으며, 2007부터 2011년까지 5년 동안 해당 신호교차로에서 발생한 교통사고건수, 교통량 및 기하구조 자료가 불균형 패널자료2) 형태로 구축되었다. 교통사고는 교차로 내와 교차로 부근(교차로 측단에서 30m 이내의 도로에 발생한 교통사고)을 범위로 정하여 수집 하였다(2016 교통사고 통계, 경찰청).
성능/효과
- 변수의 선택은 유의하지 않은 변수를 95% 신뢰수준에서 제거하는 방식을 택하였으며 , Random Parameters를 고려한 모형에서의 계수 추정 시, Eq. (3) 에서 설명된 임의확률(random) 분포항은 여러 형태의 확률분포가 고려될 수 있는데(정규분포, 로그-정규분포, 단일분포 등), 본 연구에서는 정규분포가 통계적으로 가장 우수한 값을 보이는 것으로 나타났다. 이는 임의확률 계수의 표준편차 값이 95% 신뢰수준에서 가장 우수한 값을 보이는 것을 의미하며, 표준편차 값이 통계적으로 유의하면(β≠0, t-value≥1.
- Fixed Parameters 모형과 Random Parameters 모형 구축 결과 총 8개의 독립변수들이 95%신뢰수준 하에서 교통사고 발생에 유의한 영향을 미치는 것으로 나타났으며 (로그 연평균일교통량, 제한속도, 교통섬 설치유무, 주도로 양방향 직진 차로수, 주도로 좌회전 전용차로 설치 유무, 부도로 우회전 전용차로 설치 유무, 횡단보도 개수 및 전방신호등 설치 유무), 이 중 4개의 변수는(8개의 유의한 변수 중 볼드체로 표시된 변수) Random Parameter가 유의하여 각각의 교차로별로 교통사고 발생에 다른 영향력을 미치는 것으로 나타났다.
- 가산모형의 선택은 앞에서 기술한 바와 같이, 과분산 계수-알파 값(α : dispersion parameter)에 의해 결정되며, 본 연구에서 구축된 모형의 결과를 통해 과분산 계수 값이 95% 신뢰수준에서 통계적으로 유의함을 보여(t-value가 fixed parameters : 6.08 및 random parameters: 3.78) 포아송 모형보다는 음이항 모형이 적합한 것으로 나타났다.
- 로그값이 적용된 연평균일교통량의 경우, 두 모형 모두에서 교통량이 증가할수록 교통사고발생건수 또한 증가하는 것으로 나타났다. 교통량 변수는 정규분포 하에서 random parameter에 유의하며, 평균 값 0.593 및 표준 편차 값 0.030은 모든 교차로에서 교통량이 증가할수록 교통사고 발생빈도가 양(+)의 영향을 미치는 것으로 나타났다. 탄력성 측면에서 1%의 교통량의 증가는 교통사고 발생에 0.
- 구축된 모형의 설명력은 로그-우도함수 값으로 알 수 있으며, 로그-우도함수 값이 -1,096.502의 기준 (baseline)으로부터, -751.26(fixed parameters 모형), -715.88(random parameters 모형)으로 나타나 임의 확률 모수(random parameters)를 고려한 모형의 설명력이 기존의 고정모수(fixed parameters) 모형보다 높은 것으로 나타났다.
- 모형의 결과를 통하여 대전광역시 교차로에서는 총 8개의 독립변수가 교통사고의 발생 빈도에 영향을 미치는 것으로 도출되었으며, 이 중에서 로그 연평균 일교통량, 주도로 좌회전 전용차로 설치 유무, 부도로 우회전 전용차로 설치 유무 및 횡단보도 개수의 독립변수들은 95%신뢰수준 하에서 유의한 Random Parameter를 가지는 것으로 나타나 교차로별로 사고발생에 이질적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 그리고 나머지 4개의 변수(제한속도, 교통섬 설치유무, 주도로 양방향 직진 차로수 및 전방신호등 설치 유무)는 Fixed Parameter 에 통계적으로 유의하였으며, 이러한 결과는 제한속도, 교통섬 설치유무, 주도로 양방향 직진 차로수 및 전방신호등 설치 유무 등의 변수들은 개별 교차로의 특징과 상관없이 교통사고 발생에 동일한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
- 78%의 교차로에서는 교통사고 증가에 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 그리고 부도로 우회전 전용차로는 평균값 -0.385 와 표준편차 값 0.288로 90.92%의 교차로에서는 교통사고 감소에, 나머지 9.08%의 교차로에서는 교통사고 증가에 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 주도로 우회전 전용차로 및 부도로 좌회전 전용차로의 설치는 통계적으로 유의하지 않은 결과가 도출되어, 교통사고 발생에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 기존의 가산모형에서는 고려할 수 없었던 분석 대상 지점/구간의 이질성에 대한 부분을 Random Parameters를 적용하여 교통사고발생 빈도 예측 시 도출 값에 대한 임의성(randomness) 및 불확실성(uncertainty)을 해결하고자 하였다. 대전광역시에 위치한 55개의 교차로를 대상으로 5년 동안(2007-2011) 발생한 교통사고 발생 건수, 교통량 및 교차로 기하구조 등과 관련된 요소들을 적용한 임의확률 모수 음이항(Random Parameter Negative Binomial) 모형의 구축을 통해 Random Parameter 분석 방법론이 기존의 Fixed Parameter 기반의 모형에 비해 보다 나은 설명력을 가지는 것을 확인하였다.
- 주도로 좌회전 및 부도로 우회전 전용차로의 경우 역시, 교통사고 감소에 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 두 변수 모두 Random Parameter를 가지는 것으로 나타났는데, 주도로 좌회전 전용차로의 경우, 평균값 -0.183, 표준편차 값 0.245를 가지는 것으로 나타 나, 정규분포 하에서 77.22%의 교차로에서는 교통사고의 감소에 영향이 있으며, 나머지 22.78%의 교차로에서는 교통사고 증가에 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 그리고 부도로 우회전 전용차로는 평균값 -0.
- 로그값이 적용된 연평균일교통량의 경우, 두 모형 모두에서 교통량이 증가할수록 교통사고발생건수 또한 증가하는 것으로 나타났다. 교통량 변수는 정규분포 하에서 random parameter에 유의하며, 평균 값 0.
- 마지막으로 교통사고 발생에 통계적으로 유의하게 도출된 변수는 전방 신호등 설치 유무로 전방신호등이 설치된 경우, 그렇지 않은 경우보다 교통사고 감소에 영향을 주는 것으로 나타났다. 이는 전방신호등으로 인하여 교차로를 통과하려는 차량이 교차로 통과 및 정지를 미리 판단할 수 있기 때문인 것으로 판단된다.
- 모형의 결과를 통하여 대전광역시 교차로에서는 총 8개의 독립변수가 교통사고의 발생 빈도에 영향을 미치는 것으로 도출되었으며, 이 중에서 로그 연평균 일교통량, 주도로 좌회전 전용차로 설치 유무, 부도로 우회전 전용차로 설치 유무 및 횡단보도 개수의 독립변수들은 95%신뢰수준 하에서 유의한 Random Parameter를 가지는 것으로 나타나 교차로별로 사고발생에 이질적인 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 그리고 나머지 4개의 변수(제한속도, 교통섬 설치유무, 주도로 양방향 직진 차로수 및 전방신호등 설치 유무)는 Fixed Parameter 에 통계적으로 유의하였으며, 이러한 결과는 제한속도, 교통섬 설치유무, 주도로 양방향 직진 차로수 및 전방신호등 설치 유무 등의 변수들은 개별 교차로의 특징과 상관없이 교통사고 발생에 동일한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
- 모형에 사용된 주요 독립변수는 교통량과 기하구조 (차로 수, 회전전용차로 설치 유무 및 포켓 설치 유무 등) 등의 요소들이다. 수집된 교통사고 자료를 분석한 결과, 교차로 당 연평균 교통사고 발생 건수는 7.4건, 최대 27건의 교통사고가 발생한 것으로 나타났다. 연평 균일교통량은 평균 64,678대/일 이었으며, 이를 주도로와 부도로로 구분할 경우, 각각 45,609대/일(주도로) 및 19,068대/일(부도로)로 조사되었다.
- 4건, 최대 27건의 교통사고가 발생한 것으로 나타났다. 연평 균일교통량은 평균 64,678대/일 이었으며, 이를 주도로와 부도로로 구분할 경우, 각각 45,609대/일(주도로) 및 19,068대/일(부도로)로 조사되었다. 제한속도는 교차로별로 최소 50km/h에서 최대 80km/h인 것으로 나타났으며, 차로 수는 양방향을 기준으로 최대 16차로(주도로) 및 12차로(부도로)가 존재하는 것으로 나타났다.
- 제한 속도의 경우, 계수 값이 음수로 도출되었는데, 이는 제한 속도가 증가할수록 교통사고가 감소된다는 것을 나타낸다. 이는 높은 제한속도를 가진 도로는 낮은 제한 속도를 가진 도로보다 도로 환경이 비교적 안전하게 구축되어 있기 때문인 것으로 판단된다(P.
- 연평 균일교통량은 평균 64,678대/일 이었으며, 이를 주도로와 부도로로 구분할 경우, 각각 45,609대/일(주도로) 및 19,068대/일(부도로)로 조사되었다. 제한속도는 교차로별로 최소 50km/h에서 최대 80km/h인 것으로 나타났으며, 차로 수는 양방향을 기준으로 최대 16차로(주도로) 및 12차로(부도로)가 존재하는 것으로 나타났다. 중앙분리대는 약 54.
- 08%의 교차로에서는 교통사고 증가에 영향을 미치는 것으로 도출되었다. 주도로 우회전 전용차로 및 부도로 좌회전 전용차로의 설치는 통계적으로 유의하지 않은 결과가 도출되어, 교통사고 발생에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 차로수는 교통량과 마찬가지로 도로에서의 노출량 (exposure)과 관련된 것으로, 노출량이 증가하면 교통사고 발생빈도도 높아지는 경향이 있기 때문이다 (Milton and Mannering, 1998; Noland and Oh, 2004). 한계효과 측면에서는 직진을 위한 차로가 한 차로 증가하면 교통사고 발생 증가에 1.002 및 0.721의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 교차로에 설치된 횡단보도 개수의 경우에는 교통사고 발생 증가에 양(+)의 영향을 나타내고 있다. 횡단보도 개수의 독립변수는 Random Parameter를 가지는 것으로 도출되었는데, 평균값 0.245, 표준편차 값 0.006을 가지는 것으로 나타나, 정규분포 하에서 대부분의 교차로에서 교통사고 증가에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 횡단보도는 보행자의 횡단을 위해 설치가 되는 시설물이지만, 사실상 RTOR(Right Turn on Red)이 허용되는 교차로 통행방법 때문에 보행자와 차량이 상충할 확률이 증가되는 것으로 판단할 수 있다.
후속연구
- 따라서 향후에 기하구조 및 시설물들의 시간적인 변화에 대한 자료가 수집·적용될 경우, 공간적인 변화와 더불어 시간적 변화까지 고려한 보다 정밀한 모형을 구축할 수 있을 것이다.
- 본 연구에서는 기존의 Fixed Parameter를 적용한 모형에서는 고려할 수 없었던 이질성을 고려하여 보다 고도화된 모형을 구축하였음에도 불구하고, 교통사고 건수 및 교통량을 제외한 교차로의 기하구조 및 시설물의 시간적 흐름에 따른 변화자료를 적용하지 못하였다. 따라서 향후에 기하구조 및 시설물들의 시간적인 변화에 대한 자료가 수집·적용될 경우, 공간적인 변화와 더불어 시간적 변화까지 고려한 보다 정밀한 모형을 구축할 수 있을 것이다.
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