VSL 적정 설치간격을 위한 모의실험 분석 4. 21. 강애라, 박순용 한국ITS학회 춘계학술대회 안녕하세요. 저는 도로교통공단에서 근무하고 있는 강애라 입니다. 지금부터 vsl적정 설치간격을 위한 모의실험분석에대해 발표하겠습니다.

목 차 Ⅰ. 연구 배경 및 목적 Ⅱ. 연구 내용 및 방법 Ⅲ. 선행연구 검토 Ⅳ. 시나리오 및 네트워크 구성 Ⅴ. 모의실험 분석 Ⅵ. 결론 목차는 다음과 같습니다. 연구 배경 및 목적을 살펴본후 선행연구를 간단히 검토하겠습니다. 이어 연구 시나리오 및 네트워크 구성에 대해 살펴본후 모의실험을 분석한 결과를 알아보겠습니다. 이어 결론을 맺어보겠습니다.

Ⅰ. 연구배경 및 목적 연구 배경 가변 제한속도의 필요성 대두 연구 목적 최근 기상악화 등에 다른 차량 사고 증가 2015년 영종대교 (106대 추돌, 2명 사망, 65명 부상) 2015년 횡성군 공근면 중앙고속도로 (43대 추돌, 23명 부상) 경찰청 가변속도 TF 구성 (가변속도제한시스템 / 구간단속시스템 설치) 국토교통부 “야간 및 악천후 대응 능동형 속도관리시스템 개발” 연구개발 발주 가변 제한속도의 필요성 대두 연구의 배경은 최근 기상악화 등에 따른 차량 사고가 증가하면서 가변제한속도의 필요성이 지속적으로 제기된점을 들 수 있습니다. 특히 2015년 영종대교와 중앙고속도로 추돌사고는 가변제한속도의 필요성을 더욱 드러내게 되었습니다. 저희는 국토부 연구개발 사업에 참여하여 현재 개발되고 있는 능동형 가변속도의 최적 운영을 위한 적정한 설치간격을 산정해보고자 연구를 진행하였습니다. 연구 목적 개발되고 있는 능동형 가변속도의 최적 운영을 위한 적정 설치간격 산정

Ⅱ. 연구내용 및 방법 연구내용 연구방법 주요내용 연구 범위 VSL 간격 및 교통상황(V/C)에 따른 모의실험 (속도 변화는 100km/h ⇒ 80km ⇒ 60km/h) 운영적, 안전적 측면을 고려한 분석 결과 검토 최적 VSL 설치 간격 제시 연구 범위 시간적 범위 : 시뮬레이션 fill time 10분, 분석시간 1시간 공간적 범위 : 편도 2차로 연속류, 속도변화 시점 및 종점부 800m 연구방법 주요 내용은 가변속도제한의 간격 및 교통상황에 따른 모의실험을 진행하는 것입니다. 속도변화는 100킬로미터에서 80, 60으로 줄여나갔습니다. 운영과 안전적 측면을 고려하여 분석을 진행하였으며, 최적 가변제한속도 설치간격을 제시해보려고 합니다. 시뮬레이션 시간은 10분, 분석시간은 1시간이며 편도 2차로에서 속도 변화시점 및 종점부 800미터 구간에서 측정하였습니다. 문헌 검토 시사점 도출 내용 / 방법 선행연구 검토 교통량 운영간격 시나리오 구성 교통량대 용량비 운영간격 네트워크 구성 운영효과 안전성 분석 수행 적정간격 제시 향후연구 결론

Ⅲ. 선행연구 검토(1/2) 국내연구 터널구간 VSL 운영기법과 효과분석 (2013, 어효경 외3, 교통연구 Vol20, No2) 내부순환 홍지문 터널의 VSL 운영시 효과분석을 VISSIM 및 SSAM이용 속도변화에 따른 연동제어 알고리즘 평가 / 돌발상황 가정 분석 통과교통량 변화 없으며, 800m 간격이 정지횟수 및 상충횟수에서 우수 연속류 교통특성을 활용한 가변속도제어모형 개발(2012, 조혜림, 시립대 박사논문) 충격파를 기준으로 하는 graphical solution 기법 적용(단계별 제어속도, 제어시간, 제어구간길이 산정) 충격파를 이용하는 방법론에 대한 검증 및 확장 적용성 검토 수행 가변속도제어의 한계를 극복하기 위한 위함 램프미터링 결합 방안 제시 가변속도제한시스템 개발(2011, 도로교통공단) 기상 및 도로교통 상황별 가변속도 결정방법 개발 가변형 속도제한표지의 색도, 휘도기준 정립 가변형 속도제표지의 형태, 표출내용, 설치 간격 제시 이와 관련된 국내연구로는 크게 3가지를 살펴보겠습니다. 터널 구간 가변제한속도 운영기법과 효과분석을 한 연구를 보면 통과 교통량은 변화가 없고, 800미터 간격이 정지횟수 및 상충횟수에서 우수한 것을 알 수 있었습니다. 연속류 교통특성을 활용한 가변속도제어모형 개발의 연구를 보면 가변속도제어의 한계를 극복하기 위해 램프미터링 결합 방안을 제시하였습니다. 그리고 저희 공단에서 진행한 가변속도제한시스템 개발 연구를 보면 가변속도제한표지 형태, 표출내용 등을 제시하였습니다.

Ⅲ. 선행연구 검토(2/2) 국외연구 Variable Speed Limit Control Based on Extended Link Transmission Model (2013, Mohammand et al., TRR) 링크 전송 모델 (Link Transmission Model; LTM)을 확장하여 교통 네트워크에 대한 가변 속도 제한 제어 모델 개발 네덜란드의 A12 고속도로에서 수집 한 데이터의 모정을 통한 시뮬레이션 검증 수행 Safety and operational impacts of a candidate control strategy for freeway application(2007, Allaby et al., IEEE) 캐나다 토론토 인근의 고속도로 구간을 대상으로 교통량, 점유율, 평균속도에 따라 제한속도를 산정하는 기준(100km/h,80km/h,60km/h중 선택)을 제시 20초 단위의 실시간 검지기 데이터를 기반으로 가변속도제어 실시 상대적 안전도가 첨두시에 39% 향상,비첨두시에 5% 감소 / 평균통행시간은 교통량에 따라 소폭 증가 국외연구 중에, 모하매드 연구를 보면 링크 전송 모델을 확장하여 교통 네트워크에 대한 가변속도 제한 제어 모델을 개발하였습니다. 앨러비의 연구를 보면 캐나다 토론토 고속도로 구간을 대상으로 가변속도제어를 실시하였습니다. 그 결과 상대적 안전도가 첨두시에 39%, 비첨두시에 5% 감소하고 평균통행시간은 교통량에 따라 소폭증가함을 알수 있었습니다. 선행연구를 살펴본 결과 가변제한속도 산정 및 운영방식을 위한 연구가 대부분 이었으며, 가변제한속도 설치간격에 대한 연구는 미흡한 것을 알수 있었습니다. 시사점 VSL 속도 산정 및 운영방식을 위한 연구가 대부분임 VSL 설치 간격에 대한 연구는 미흡 (국내 터널부 모의실험으로 일반화 제한적)

Ⅳ. 시나리오 및 네트워크 구성 시나리오 구성 네트워크 구성 교통량 조건 : 연속류 V/C가 1.0, 0.8, 0.6, 0.4 구성 설치간격 : 400m 부터 1,000m 까지 100m 단위 증가 간격 V/C 400 m 500 m 600 m 700 m 800 m 900 m 1,000 m 0.4 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 0.6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 0.8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 1.0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 네트워크 구성 Microscopic Simulator VISSIM 5.0 사용 차선폭 3.5m / 종단구배 0% / 대형차혼입률 5% 시나리오 구성을 보면, 교통량 조건은 연속류 통행량이 1.0, 0.8, 0.6, 0.4로 구성되고 설치간격은 400미터부터 1000미터까지 100미터씩 증가하였습니다. 네트워크 구성은 마이크로스코픽 시뮬레이터 비심 5.0을 사용하였으며, 차선폭은 3.5미터, 종단구배는 0퍼센트, 대형차 혼입률은 5% 입니다. 100 80 60 800m 설치 간격(100m 단위 검지기 설치) 800m … … 속도변화 구간 100m 단위 검지기 설치

Ⅴ. 모의실험 분석(1/3) 운영효과 분석 속도변화 제한속도가 100km/h에서 80km/h로 변경되는 시점까지 속도편차 없음 제한속도가 변경 후 차기 변경시점까지 구간의 속도 변화를 살펴보면, 간격이 길어 질수록 안정류(용량별 편차 최소 및 제한속도 유지) 이동상태 지속 제한속도 80km/h서 60km/h로 변경 후 용량시점에서는 그 여파가 상류부로 200m 전이, 하류부 회복구간 300m 필요 <간격 400m> <간격 500m> <간격 600m> <간격 700m> <간격 800m> <간격 900m> <간격 1,000m> 운영효과를 분석한 결과 제한속도가 100킬로미터에서 80킬로미터로 변경되는 시점까지 속도편차는 없었고, 간격이 길어질수록 안정적인 이동상태가 지속되는것을 확인할 수 있었습니다.

Ⅴ. 모의실험 분석(2/3) 운영효과 분석 통과교통량 비교 V/C가 1.0에서는 이격거리가 1,000m에서 통과교통량 일부 증가 기타 V/C가 0.8, 0.6, 0.4인 경우 통과교통량의 차이는 발견되지 않았음 이격거리 증가와 용량증대와의 관계는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료됨 <V/C 1.0> <V/C 0.8> <V/C 0.6> <V/C 0.4> 교통량대 용량비가 최대일경우에는 떨어진 거리가 1000미터에서 통과교통량이 일부 증가하였습니다. 그 외의 경우엔 차이가 발견되지 않았습니다. 이격거리 증가와 용량 증대와의 관계는 추가적인 연구가 필요해보입니다.

Ⅴ. 모의실험 분석(3/3) 안전성 분석 FHWA에서 제공하고 있는SSAM을 이용한 상충횟수 비교 상충횟수는 V/C가 0.8인 경우, 모두 동일하게 산출되어 변별력 없음 그러나 V/C가 1.0에서는 이격거리 1,000m에서 추돌 상충 횟수는 39~34회 감소, 차선변경 상충은 4~7회 증가하였으나, 총 상충횟수는 23~35회 감소 이는 속도변경 후 그 여파가 상류부로 전달되면서 추돌 가능성이 증가하는데, 이격거리가 길 경우 그 충격을 다소 완화할 수 있기 때문으로 판단됨 구분 (추돌/차선) 400 m 500 m 600 m 700 m 800 m 900 m 1,000 m 0.4 0 / 0 0.6 0.8 0 / 3 1.0 46 / 7 41 / 4 42 / 5 42 / 4 44 / 4 7 / 11

Ⅵ. 결론 결론 설치간격에 따른 분석결과, 최소 속도변화 시점에서 다음 속도변화로 안정적으로 전이 하기 위해서는 용량상태에서는 600m 이상의 간격이 필요한 것으로 판단됨 또한 설치간격이 1,000m일 경우, 용량상태에서 미비하나마 통과교통량 증가 안전성 분석 tool인 SSAM 분석결과, 1,000m 일 때 상충횟수 크게 감소 따라서 가변속도의 안정적 교통류 운영을 위해서는 최소 600m이상의 이격거리를 확보할 필요성 이 있으며, 상충 감소 등 안전 측면을 고려할 경우는 1,000m의 이격거리를 추천함 향후 연구과제 본 연구에서는 V/C 기준을 최대 1.0으로 하여 시나리오를 구성하였으나, 국내 도로여건상을 고려한 1.0 이상의 상황(돌발상황 및 만성지체구간) 연구도 필요함 또한 현재 toy network에서의 정확성을 보완하기 위한 calibration과 통계적 검증 과 정이 추가되어야 할 것임

참고문헌 1. 터널구간 VSL 운영기법과 효과분석 (2013, 어효경 외3, 교통연구 Vol20, No2) 2. 연속류 교통특성을 활용한 가변속도제어모형 개발 (2012, 조혜림, 시립대 박사논문) 3. 가변속도제한시스템 개발 (2011, 도로교통공단) 4. Variable Speed Limit Control Based on Extended Link Transmission Model (2013, Mohammand et al., TRR) 5. Safety and operational impacts of a candidate control strategy for freeway application (2007, Allaby et al., IEEE)

감사합니다