경부고속도로 서울요금소로 인한 지 ∙ 정체 현상 감소 방안 제시 산업및시스템공학과 최태준

차례 1. 서론 1.1. 연구의 배경 1.2. 연구의 목적 및 내용 1.3. 관련 논문 리뷰 2. 본론 2.1. 연구의 범위 2.2.Reference Model 2.3.As-Is 시스템 분석 2.4. 민감도 분석 2.5. 문제 해결 방안 도출 2.6. 문제 해결 방안 평가 3. 결론

상행선 ( 서울방향 ) 하행선 ( 부산방향 ) 출처 : DAUM 지도

1.1. 연구의 배경 경부고속도로 기흥 ↔ 판교분기점 구간은 상 습지정체구간으로 분류되어 있음 (*) 교통량대 용량비가 2003 년 1.12 에서 2007 년 1.22 로 꾸준하게 증가하고 있음 (*) 서울 요금소는 기흥 ↔ 판교분기점 구간의 사이에 위치하고 있음 (*) : 상습지정체구간 현황, 2008, 도로공사

출근시간 ( 오전 6~8 시 ) 1.1. 연구의 배경 하루중 출근시간 (6~7 시 ) 에는 기흥 ↔ 판교분기점 구간의 상하행선 통행량이 서울 요금소의 처리용 량을 넘어서 심각한 정체를 발생시킴 대기줄의 길이 – 20~30 대 요금소 통과시간 – 5~10 분 대기줄의 길이 – 20~30 대 요금소 통과시간 – 5~10 분 대기줄의 길이 – 15~25 대 요금소 통과시간 – 3~5 분 대기줄의 길이 – 15~25 대 요금소 통과시간 – 3~5 분 (*) : 출발지, 목적지 교통량 (1~5 종 ) 분석자료 – 한국도로공사

1.2. 연구의 목적 및 내용 연구의 목적 – 서울요금소 부근에서 차량의 처리용량을 초과하는 통 행량으로 인해 발생하는 지 ∙ 정체 현상을 감소시키기 위한 방안을 제시 – 시뮬레이션을 통해 투자비용 대비 효과를 계산하여 사 업의 타당성을 검증 연구의 내용 –As-Is 시스템 분석 – 민감도 분석 – 방안 도출 – 방안 평가

1.3. 관련 논문 리뷰 제목 Reference 내용참고할 사항 고속도로 매표방법 개선에 관한 연구 조면식, 박윤선, 두 명의 매표원을 직렬로 연결하였 을 때의 효과 분석 요금소 확장이 불가능 할 때 적용 할 수 있는 대안을 제시해줌 객체지향 3 차원 그래픽 시 뮬레이션 소프트웨어 SimPlus 3D 및 활용사례 배명환, 정영교, 한정수, 김호중, 안병하, SimPlus 3D 소개, 천안 - 논산간 민 자유치 고속도로에 ETCS 도입시 효과 분석 및 최적 운영안 도출 Simplus 는 국내에서 개발된 시뮬 레이션 툴로 제조, 교통 분야에 널 리 이용되고 있음 요금소 시뮬레이션의 구조를 그 림 한 장으로 정리 지능형교통시스템에서의 시뮬레이션 모델 개발연구 김호중, 조용성, 백승걸, 안병하, 서울외곽순환도로 구리영업소의 서비스 향상을 위한 방안 제시 요금소 시뮬레이션의 구조를 입 력, 실행, 출력의 단계로 정리 평가기준으로 대기행렬의 길이에 따른 서비스수준을 사용 A general simulator approach to ETC toll traffic congestion T. Ito, T. Hiramoto, 시뮬레이션을 통해 일반 차량이 너 무 많아 ETCS 를 이용하는 차량이 톨부스에 진입하지 못하는 문제에 대한 방안 제시 하이패스 요금소의 위치를 바꿀 때 발생할 수 있는 또다른 문제와 해결방안을 생각해보게 함 Optimal Integrated Operation Strategy for Highway Tollgate using Micro Simulation KC Park, SM Rhee, HS Shin, 서울요금소와 성남요금소를 대상 으로 ETCS 이용 비율에 따른 톨부 스의 수 결정 차량 생성의 분포를 Inverse Gamma distribution 을 사용 여러 시나리오에 대한 Economic Analysis 를 함 ETCS(Electronic Toll Collection System) 상용화 이후 일반 차량의 정체에 대한 연구 부족

2.1. 연구의 범위 공간적 범위 – 경부고속도로 상, 하행선 서울요금소 부근 – 요금소 500m 전부터 요금소 이후의 첫 분기점 시간적 범위 – 출근시간 ( 오전 6~7 시 )

2.2.Reference Model 고속도로 영업소 시뮬레이션 구조도

2.2.Reference Model 상행선 ( 서울방향 ) 차선 단위 : m 차선폭 : 3.8 차선도색폭 : 0.15 광장 ( 요금소 ) 진입 광장 ( 요금소 ) 빠져나감 광장 ( 요금소 ) 진입 광장 ( 요금소 ) 빠져나감 하행선 ( 부산방향 )

요금소 통과 후 2.2.Reference Model 영동고속도로 진입로 서울요금소 서울외곽순환도로 진입로 서울요금소 상행선 ( 서울방향 ) 하행선 ( 부산방향 ) 5 차선 4 차선 단위 : m

2.2.Reference Model 하행선 ( 부산방향 ) 상행선 ( 서울방향 ) 요금소 근처진입 차선 결정진행방향 결정 Queue 1~5 서울외곽순환 도로 진입 Queue 1~2 판교 JC- 양재 JC 구간 진입 요금소 시작 요금소 끝 일, 시간별 통행량에 따라 차량을 생성 톨부스별 통행량에 따라 차량을 확률적으로 분배 하이패스 service time 0s 일반 service time 14s ( 시간당 처리용량 257 대 ) 서울요금소 상행선 통행량의 20.9% 가 서울외곽순환도로로 이동 요금소 근처진입 통행권 뽑음 차선 결정 통행료 지불 차선 결정 Queue 1~22 Queue 1~5 차선 결정 Queue 1~12 Queue 1~5 신갈 JC- 수원 IC 구간 진입 영동고속도로 도로 진입 진행방향 결정 Queue 1~5 Queue 1~2 요금소 시작요금소 끝 서울요금소 하행선 통행량의 14.4% 가 영동고속도로로 이동

2.3.As-Is 시스템 분석 AutoMod® 를 이용하여 현 시스템에서 지 ∙ 정체의 발생에 영향을 미치는 요인을 찾음 지 ∙ 정체의 발생에 영향을 미칠 수 있는 요인 들 – 요금소의 처리용량 부족 – 요금소 통과 후 차선의 수가 줄어듦 – 다른 고속도로의 처리용량 부족

서울 요금소 2.3.As-Is 시스템 분석

서울 요금소 통과 후 차선 줄어드는 부분 2.3.As-Is 시스템 분석

판교 분기점 신갈 분기점 2.3.As-Is 시스템 분석

분석 결과 2.3.As-Is 시스템 분석 구간정체 발생 요금소 통과 시간 에 영향 톨부스 OO 요금소 이후 차선 줄어듦 XX 분기점 OX

차량의 요금소 통과시간 톨부스 대기열, Utilization 2.3.As-Is 시스템 분석 평균최대값최소값분산 상행선 (Hi-pass) 상행선 ( 일반 ) 하행선 (Hi-pass) 하행선 ( 일반 ) 단위 : 분 통행량 Ave_QMax_QAve_UtilMax_Uti l 상행선 ( 일반 ) 하행선 ( 일반 ) 단위 : 대

2.4. 민감도 분석 요금소의 처리용량에 영향을 미칠 수 있는 요인 1. 톨부스의 수 2. 서비스 타임

2.4. 민감도 분석 톨부스의 수 증가에 따른 요금소 통과시간 변화 단위 : 분 상행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 평균 최대값 최소값 0.77 분산 하행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 평균 최대값 최소값 0.64 분산

2.4. 민감도 분석 톨부스의 수 증가에 따른 요금소 대기열, Utilization 의 변화 단위 : 대 상행선 ( 일반 ) 현재 한 줄 증가두 줄 증가 통행량 Ave_Q Max_Q Ave_Util Max_Util 하행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 통행량 Ave_Q Max_Q Ave_Util Max_Util

2.4. 민감도 분석 서비스 타임의 감소에 따른 요금소 통과시간 변화 상행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 평균 최대값 최소값 분산 하행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 평균 최대값 최소값 분산 단위 : 분

2.4. 민감도 분석 서비스 타임의 감소에 따른 요금소 대기열, Utilization 의 변화 단위 : 대 상행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 통행량 Ave_Q Max_Q Ave_Util Max_Util 하행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 통행량 Ave_Q Max_Q Ave_Util Max_Util

2.5. 문제 해결 방안 도출 톨부스의 수 증가 – 요금소 확장 – 가변차로 운영 ( 통행량이 적은 곳의 요금소 사용 ) 서비스 타임의 감소 – 복수 요금소 ( 한 차선에서 동시에 두 대의 차량을 처리 ) – 톨게이트 이전의 휴게소에서 통행료를 미리 정산

2.5. 문제 해결 방안 도출 실행 가능 여부 결정 요인방법실행 가능 여부 톨부스 요금소 확장 X 가변 차로 운영△ 서비스 타임 복수 요금소○ 통행료 미리 정산△

2.5. 문제 해결 방안 도출 서비스 타임 감소 ( 복수 요금소 ) – 한 차선에 두 명의 매표원이 있음 톨부스

2.5. 문제 해결 방안 도출 대기열의 길이가 가장 길었던 상행선의 차 선에 복수 요금소 설치 복수 요금소 설치 차선에 설치 전과 같은 통 행량이 통과할 때 통행시간 비교

2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 통과시간의 변화 ( 상행선 )

2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 통과시간의 변화 ( 하행선 )

2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 대기열의 변화 ( 상행선 )

2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 대기열의 변화 ( 하행선 )

2.6. 문제 해결 방안 평가 Economical Analysis(*) – 상행선 – 하행선 복수요금 소의 수 건설초기 비용 운영비 (C) 감소한 통과시간 통행량 변화 편익 (B) B - C 복수요금 소의 수 건설초기 비용 운영비 (C) 감소한 통과시간 통행량 변화 편익 (B) B - C 단위 건설초기비용, 운영비, 편익 : 만원 감소한 통과시간 : 시 통행량 변화 : 대 (*) : 2007 년 전국 교통혼잡비용 추정과 추이 분석, 2007, 한국교통연구원 참조

3. 결론 경부고속도로의 서울요금소로 인한 지정체 현상을 감소시키기 위한 방안을 제시하고자 서울요금소 주 변의 시설물과 통행량을 갖고 모델을 만듦 시뮬레이션 결과 제시된 복수요금소 방안은 경제적 인 경제적인 면에서 충분한 효과를 얻을 수 있을 것 으로 기대됨 제시된 방안 외에도 현재 운행되고 있는 Hi-pass 의 확대나 다른 방안을 통해 지정체 현상을 감소시키 는 것이 반드시 필요함

3. 결론 부족한 점 – 일정한 지점에서만 차량이 차선을 변경할 수 있음 – 문제 해결 방안을 평가하기 위한 샘플의 수가 부족함

Reference 1. 배명환, 정영교, 한정수, 김호중, 안병하, 객체지향 3 차원 그래픽 시뮬레이션 소프트웨어 SimPlus 3D 및 활용사례, 한국시뮬레이션학회 00 추계학술대회 논문집, 241~ 김호중, 조용성, 백승걸, 안병하, 지능형교통시스템에서의 시뮬레이션 모델 개발연구. 한국경영과 학회 학술대회논문집, 1032 ~ T. Ito, T. Hiramoto, A general simulator approach to ETC toll traffic congestion. Journal of Intelligent Manufacturing, Volume 17, T. Ito, Process simulation approach to design and evaluation of toll plaza with etc gates Simulation in industry. 16th European Simulation Symposium, ? 5.KC Park, SM Rhee, HS Shin, Optimal Integrated Operation Strategy for Highway Tollgate using Micro Simulation. International Conference on Multimedia and Ubiquitous Engineering, 조면식, 박윤선, 한국시뮬레이션학회, 한국시뮬레이션학회 논문지 제 3 권 제 1 호, 99 ~ 상습지정체구간 현황, 2008, 도로공사 년 전국 교통혼잡비용 추정과 추이 분석, 2007, 한국교통연구원 9.Hi-pass 추진효과, 2008, 한국도로공사 10.Hi-pass 이용률 30% 시 통행시간 감소 산출, 2008, 한국도로공사 11. 서울 _ 입출구교통량 ( 영업소시간대별 ) - Toll Collection System 12. 출발지, 목적지 교통량 (1~5 종 ) 분석자료 – 한국도로공사 13. 실시간교통상황 – IRTS 14.DAUM 지도