경부고속도로 서울요금소로 인한 지 ∙ 정체 현상 감소 방안 제시 산업및시스템공학과 20060699 최태준.

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1 경부고속도로 서울요금소로 인한 지 ∙ 정체 현상 감소 방안 제시 산업및시스템공학과 20060699 최태준

2 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

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

4 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

5 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

6 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

7 1.3. 관련 논문 리뷰 제목 Reference 내용참고할 사항 고속도로 매표방법 개선에 관한 연구 조면식, 박윤선, 1994. 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, 2000. 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, 2005. 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, 2006. 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, 2007. 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

8 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 )

9 2.2.Reference Model 고속도로 영업소 시뮬레이션 구조도

10 2.2.Reference Model 상행선 ( 서울방향 ) 70 75 400 100 70 30 300 5 차선 단위 : m 차선폭 : 3.8 차선도색폭 : 0.15 광장 ( 요금소 ) 진입 광장 ( 요금소 ) 빠져나감 240260 광장 ( 요금소 ) 진입 광장 ( 요금소 ) 빠져나감 하행선 ( 부산방향 )

11 요금소 통과 후 2.2.Reference Model 영동고속도로 진입로 서울요금소 서울외곽순환도로 진입로 서울요금소 상행선 ( 서울방향 ) 하행선 ( 부산방향 ) 5 차선 4 차선 3030 800 900 6900 단위 : m

12 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

13 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

14 서울 요금소 2.3.As-Is 시스템 분석

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

16 판교 분기점 신갈 분기점 2.3.As-Is 시스템 분석

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

18 차량의 요금소 통과시간 톨부스 대기열, Utilization 2.3.As-Is 시스템 분석 평균최대값최소값분산 상행선 (Hi-pass) 0.54 0.000 상행선 ( 일반 ) 2.8511.860.775.166 하행선 (Hi-pass) 0.591.630.540.0238 하행선 ( 일반 ) 1.854.840.641.2858 단위 : 분 통행량 Ave_QMax_QAve_UtilMax_Uti l 상행선 ( 일반 ) 340811.0 50 0.860.95 하행선 ( 일반 ) 369814.3 42 0.810.90 단위 : 대

19 2.4. 민감도 분석 요금소의 처리용량에 영향을 미칠 수 있는 요인 1. 톨부스의 수 2. 서비스 타임

20 2.4. 민감도 분석 톨부스의 수 증가에 따른 요금소 통과시간 변화 단위 : 분 상행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 평균 2.852.171.61 최대값 11.8611.465.51 최소값 0.77 분산 5.1663.15250.7301 하행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 평균 1.851.020.83 최대값 4.845.781.92 최소값 0.64 분산 1.28580.81940.0511

21 2.4. 민감도 분석 톨부스의 수 증가에 따른 요금소 대기열, Utilization 의 변화 단위 : 대 상행선 ( 일반 ) 현재 한 줄 증가두 줄 증가 통행량 340835173819 Ave_Q 11.07.614.84 Max_Q 504625 Ave_Util 0.860.840.80 Max_Util 0.95 0.92 하행선 ( 일반 ) 현재한 줄 증가두 줄 증가 통행량 369837533671 Ave_Q 14.38.993.86 Max_Q 425216 Ave_Util 0.810.720.67 Max_Util 0.90 0.81

22 2.4. 민감도 분석 서비스 타임의 감소에 따른 요금소 통과시간 변화 상행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 평균 2.851.781.651.09 최대값 11.868.958.963.13 최소값 0.770.540.740.72 분산 5.1662.10631.95030.1694 하행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 평균 1.850.840.690.62 최대값 4.842.281.280.95 최소값 0.640.620.610.59 분산 1.28580.07180.01010.0024 단위 : 분

23 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 3408352135773625 Ave_Q 11.07.76.03.4 Max_Q 5042 15 Ave_Util 0.860.830.790.73 Max_Util 0.950.940.930.90 하행선 ( 일반 ) 현재 1 초 감소 2 초 감소 3 초 감소 통행량 3698376438203852 Ave_Q 14.34.93.63.1 Max_Q 42221412 Ave_Util 0.810.690.560.42 Max_Util 0.900.800.660.50

24 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

25 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△

26 2.5. 문제 해결 방안 도출 서비스 타임 감소 ( 복수 요금소 ) – 한 차선에 두 명의 매표원이 있음 톨부스

27 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

28 2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 통과시간의 변화 ( 상행선 )

29 2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 통과시간의 변화 ( 하행선 )

30 2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 대기열의 변화 ( 상행선 )

31 2.6. 문제 해결 방안 평가 요금소 대기열의 변화 ( 하행선 )

32 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 2320048530.02271514292338070 3480072800.02351844419236912 4640097060.02621655002340317 복수요금 소의 수 건설초기 비용 운영비 (C) 감소한 통과시간 통행량 변화 편익 (B) B - C 1160026830.0122142312320440 2320053670.0163673406628699 3480080500.017298362228242 단위 건설초기비용, 운영비, 편익 : 만원 감소한 통과시간 : 시 통행량 변화 : 대 (*) : 2007 년 전국 교통혼잡비용 추정과 추이 분석, 2007, 한국교통연구원 참조

33 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

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

35 Reference 1. 배명환, 정영교, 한정수, 김호중, 안병하, 2000. 객체지향 3 차원 그래픽 시뮬레이션 소프트웨어 SimPlus 3D 및 활용사례, 한국시뮬레이션학회 00 추계학술대회 논문집, 241~247. 2. 김호중, 조용성, 백승걸, 안병하, 2005. 지능형교통시스템에서의 시뮬레이션 모델 개발연구. 한국경영과 학회 학술대회논문집, 1032 ~ 1039 3.T. Ito, T. Hiramoto, 2006. A general simulator approach to ETC toll traffic congestion. Journal of Intelligent Manufacturing, Volume 17, 597-607 4.T. Ito, 2004. 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, 2007. Optimal Integrated Operation Strategy for Highway Tollgate using Micro Simulation. International Conference on Multimedia and Ubiquitous Engineering, 439-445. 6. 조면식, 박윤선, 1994. 한국시뮬레이션학회, 한국시뮬레이션학회 논문지 제 3 권 제 1 호, 99 ~ 105 7. 상습지정체구간 현황, 2008, 도로공사 8.2007 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