신호교차로 서비스수준은, 객관적으로 측정 할 수 있는 여러 가지 기준에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 지체시간(Delay), 교통사고수(Number of Accident), 교통사고율(Accident Rate), 충돌수(Traffic Conflict), 그리고 교통사고에 노출된 차량수(Exposure)등이다. 지금까지는 1985 Highway Capacity Manual(HCM)에서 소개된 지체시간에 의한 서비스수준 결정방법이 널리 사용되어 왔다. 본 논문에서는 1985 HCM 방법의 중용성과 유용성에 대해 논하지 않고, 교통안전(Safety)에 의한 신호교차로 서비스수준 결정방법을 제시하였다. 교차로의 위험도(Degree of Intersection Hazard)를 예측하기 위해, 교통사고빈도 수가 가장 높은 두가지 교통사고 유형, 즉 좌회전추돌(Left-Tum)과 후미추돌(Rear-End) 예측 모형이 개발되었다. 여기서 첫째, 좌회전추돌 위험도를 예측하기 위하여 음지수 분포(Negative-Exponential Distribution)를 이용한 확률적 모형이 개발되었다. 둘째, 후미추돌 위험도를 예측하기 위하여 연속류 모형(Continuum Model)을 이용한 거시적 모형이 개발되었다. 개발된 두가지 모형을 이용하여 신호교차로 안전도를 예측하였으며 교차로 서비스수준이 안전도에 의해 결정되었다. 본 논문에서 제시된 교통안전에 의한 신호교차로 서비스수준 결정방법은 연동교차로를 제외한 독립교차로에만 적용이 된다.
1965년에 출판된 고속도로용량교범(Highway Capacity Manual)은 고속도로, 도시 및 지방도로의 용량과 서비스수준을 판단하는데 기본서 역할을 해왔다. 도시내 신호등이 있는 교차로의 서비스수준은 빈하율(load factor) 개념을 이용하여 산정해 왔다. 그러나 푸른신호 주기동안 차량의 교차로이용도를 기준으로 하는 빈하율 개념은 서비스 수준의 측정치로서 한계가 있고 또 그동안 신호체계가 많이 개선되었고 운전자의 통행행태가 크게 변화하여 1970년대 중반부터 한계통행분석법(Critical Movement Analysis)과 차량의 교차로지체시간 측정법(Intersection Delay)등과 같은 새로운 기법이 소개되었다. 본 논문은 최근에 많이 이 용되고 있는 교차로지체시간측정법의 유용성을 검증하기 위해 15개 교차로의 차량통행량을 기준으로 하여 V/C비를 계산하는 한계통행분석법에 의한 측정치와 비교, 분석하였다. 그 결 과 교차로의 서비스수준을 측정하는데 양자의 방법에 의한 측정치가 크게 다르지 않음을 발 견하였다. 즉 도시내 신호등이 있는 교차로시설을 개선하기 위해 대략적인 교차로 서비스수 준을 측정할 경우 조사인원 및 비용이 많이 소요되는 한계통행분석법보다 조사가 간편하고 비용이 적게 드는 교차로지체시간측정법이 유용함을 밝혔다.
국토해양부는 신호교차로 서비스수준 분석에 도로용량편람이 제시하는 방법의 적용을 장려하고 있으며 실시간신호제어교차로는 지능형교통체계 구축사업으로 그 숫자가 현장에서 꾸준히 증가하고 있다. 도로용량편람은 정주기식 신호교차로 서비스수준 분석방법에 국한하여 제시하고 있어 현장 실무자들은 실시간신호제어교차로 서비스수준 분석에 어려움을 경험하고 있다. 본 연구는 도로용량편람 수준에서 실시간신호제어교차로 서비스수준 분석의 기초가 되는 방법론을 제안하며 향후 추가로 수행되어야 하는 개발방향을 검토한다. 한 개의 신호교차로를 표본으로 세부 요소모형들을 간이 개발하여 검증한 결과 제안된 방법은 실제 현장 자료와 유사한 수준의 서비스 수준을 추정할 수 있음을 확인하였다.
신호교차로의 서비스수준은 미국의 HCM 방식을 전세계적으로 준용하고 있으며, 우리나라도 1985년 미국 HCM을 기본으로 하여 우리나라의 특성을 반영한 보정계수 값들을 수정하여 지금까지 사용하고 있는 것이 현실이다. 하지만 한국 도로용량편람의 모태가 된 미국 HCM은 이미 94년 1차 수정판에 이어, 이를 더욱 보완해서 HCM 2000을 발간하여 실용화 단계에 있는 반면 92년에 발간된 한국도로용량편람은 발간 이후 빠른 속도로 변화해온 국내의 교통, 도로, 차량 특성과 다양해진 도로시설 유형의 변화를 신호교차로 서비스수준 분석에 적절히 반영하지 못하고 있다. 이에 본 연구는 신호교차로 서비스수준 결정에 관한 연구의 기초작업으로 기존의 신호교차로 서비스수준 분석방법의 문제점을 보완하기 위한 새로운 분석방법론을 제시하였다. 이를 위해 한국 도로용량 편람과 미국 HCM 2000의 서비스수준 분석방법론 부분을 면밀히 비교 분석하고 두 나라의 지체식에 포함된 공통적인 변수(주기(C), 포화도(v/c), 용량(c), 녹색시간비(g/C))에 대한 민감도 분석과 미국 HCM 2000에 추가로 도입된 변수들에 대한 민감도 분석을 수행함으로서 한국 도로용량 편람의 문제점을 고찰하고 운전자의 행태나 도로의 기하조건이 외국의 경우와는 다른 우리나라 실정을 반영한 한국형 신호 교차로 서비스수준 정립 방안의 필요성을 제시하였다.
현재 쓰이고 있는 무신호 교차로의 서비스수준 측정방법은 지체도에 의해서 판정 되어지고 있으며, 안전도를 기준으로 서비스수준을 측정하는 방법은 존재하지 않는다. 교차 로의 안전은 사고의 횟수를 기준으로 하거나, TCT(Traffic Conflict Technique)를 이용하여 측정되어지고 있다. 두 방법 모두 많은 시간과 인력이 요구되는 방법이다. 이에 많은 시간 과 인력투자 없이 교차로의 안전을 진단하는 방법을 개발하는데 이 연구의 목적이 있다. 무 신호 교차로의 안전에 영향을 미치는 요소로는 교차로의 시거, 운전자의 인지반응시간, 차 두간격, 차량속도, 차중, 노면상태, 날씨 등이 있다. 이 모든 요소들이 복합적으로 작용하여 사고를 유발한다. 이 연구에서는 위의 요소들을 모두 고려하여 무신호 교차로의 안전을 분 석하는 방법을 개발하고저 한다. 위의 요소들 중에서 교차로의 시거를 제일 주요한 요소로 보고 나머지 요소들을 첨가시켜서 분석하는 방법을 썼다. 위에 열거한 많은 요소들을 고려 하기 위해서는 Simulation 방법이 채택되었으며, 그 중에서도 Monte carlo Simulationah형 을 썼다. 이 연구에서는 무신호 4지교차로의 횡단차량에 대해서만 고려하였으며 이 연구에 서 개발된 Simulation 모델을 Conflict의 개수와 그때의 소모된 평균 운동에너지를 산출하여 위험도를 측정하는 기준으로 삼았다. 모델의 결과에 의하면 교차로 시거가 길수록 안전하 고, 상대적으로 시거가 짧을수록 위험하다고 나왔다. 또한 AASHTO의 교차로 시거 값은 약 간 하향 조정하여도 안전도에 있어서는 큰 변화가 없는 것으로 분석되었으며, 아울러 안전 에 의한 서비스수준(LOS. A~F)의 기준이 설정되었다. 모델의 결과에 의하여 교통 공학자들 은 어떤 무신호 교차로의 안전수준을 상대적으로 평가할 수 있으며, 교차로 시거의 개선 후 얻어질 편익을 미리 예상할 수 있다.
국내에서 제정된 도로용량편람(2001)은 무통제 교차로와 양방향정지 교차로의 서비스수준 분석 방법만을 제시하고 있으며, 회전교차로 서비스수준 분석 방법에 대해서는 다루고 있지 않을 뿐만 아니라, 회전교차로라는 명칭조차 포함하고 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 회전교차로를 위한 적정한 효과척도를 선정하고, 시뮬레이션 분석을 통하여 서비스수준의 기준을 정립하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 우선 적절한 효과척도(MOE)를 선정하는 방법을 고찰하고, 서비스수준을 개발하는 수순으로 연구를 수행하였다. 회전교차로에 적용할 효과척도로 진입교통량, v/c비, 평균차량지체로 선정되었으며, 선정된 효과척도를 토대로 VISSIM을 이용하여 서비스수준의 기준을 정립하였다. 연구결과, 지방지역 1차로 회전교차로에서의 서비스수준 F의 진입교통량은 1,700pcph이며, 평균차량지체는 18초로 분석되었다. 서비스수준 A에 대해서 진입교통량은 700pcph이며, 이때 평균차량지체는 3초, v/c비는 0.41로 분석되었다. 지방지역 2차로 회전교차로는 서비스수준 F의 진입교통량은 2,900pcph이며, 평균차량지체는 31초로 분석되었다. 서비스수준 A인 경우 진입교통량은 1,500pcph이며, 이때 평균차량지체는 8초, v/c비는 0.52로 분석되었다.
서비스수준은 통행속도, 통행시간, 통행자유도, 안락감 그리고 교통안전 등 도로의 운행상태를 설명하는 개념으로 도로시설별로 효과척도에 따른 서비스수준이 등급화되어 있고, 이를 이용하여 도로시설의 수행능력을 평가하고 있다. 그러나 도로시설의 안전성에 대한 문제가 대두되어지면서 신호교차로의 ${\upsilon}/c$ 비와 교통사고율은 기존 연구에서 U 자형의 2차함수 형태로 나타남을 제시하고 있다. 이는 교통소통에 의한 서비스수준이 우수하다고 하여 교통사고의 위험 측면에서도 안전하다고 말할 수 없음을 시사해 주고 있는 것이다. 즉, 현재 신호교차로 평가는 도로용량과 관련한 효과척도인 서비스수준 개념에 교통안전은 내포되어 있지 않음을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에서는 신호교차로를 대상으로 교통소통(지체)과 교통안전(사고)을 동시에 고려한 서비스수준을 개발하여 신호교차로에 대한 새로운 평가과정 및 평가방법을 제시하고자 한다. 첫째, 광주광역시 신호교차로 50개 지점을 대상으로 2002${\sim}$2004년에 발생한 교통사고와 교통사고관련 자료를 수집하여 평균제어지체시간-EPDO 와 평균제어지체시간-사고율의 관계를 분석한 결과, 지체시간이 클수록 EPDO 와 사고율은 음지수함수 형태로 감소하는 것으로 나타나 현 신호교차로 수행평가 기준인 서비스수준에 교통안전 측면을 포함시켜 새로운 서비스수준을 개발해야 할 필요성이 있음을 증명하였다. 둘째, 교통류에 따른 사고유형별 사고건수가 음이항분포로 추론됨에 따라 교통사고예측모형으로 차대차의 경우 16개, 차대사람의 경우 4개의 음이항회귀모형을 개발하였다. 셋째, 지점별 연간지체비용과 연간사고비용을 이용하여 운영비용에 대한 확률밀도함수를 추정한 후, 서비스수준 등급에 대한 백분율을 적용시켜 서비스수준 기준을 제시하였다. 마지막으로, 본 연구에서 도출된 교통사고예측모형과 새로운 서비스수준을 활용하여 임의의 신호교차로에 대한 평가과정을 분석표로 제시하였다.
우리나라의 비신호교차로의 유형은 양방향정지식과 무통제식으로 분류될 수 있다. 무통제식은 국내외에서도 용량이나 서비스수준 분석에 관한 연구가 거의 전무하다. 본 연구에서는 이러한 유형의 무통제 교차로의 서비스 수준을 분석할 수 있는 방법론을 개발하는 것을 목표로 하였다. 우선 무통제 교차로의 서비스수준을 평가할 수 있는 효과척도 선정을 위한 분석을 수행하였다. 교통량, 상충횟수, 교차로 통행시간(지체) 등을 분석한 결과, 상충횟수과 교통량이 선형의 관계를 가지고 있는 것으로 나타나 이 2가지를 효과척도로 선정하였다. 서비스수준 E와 F의 경계가 되는 교통량(용량)은 1985 USHCM의 전방향정지식 교차로의 용량을 참고로 2000대/시로 하였으며 이때 상충횟수는 300회가 된다. 그리고 서비스수준별 상충횟수와 교통량을 용량상태를 기준으로 비례적으로 배분하였다. 교차로 총교통량으로 서비스수준을 결정할 때. 방향별 교통량비가 상충횟수에 영향을 주는 것으로 분석되어 방향별 교통량비에 대한 서비스 교통량을 보정하는 방법을 제안하였다.
신호교차로는 도로조건, 교통조건, 신호조건 능 방대한 입력자료를 바탕으로 용량분석을 시행하고 이 과정을 토대로 주요 효과척도인 지체를 산정하여 신호교차로의 서비스 수준을 판단한다. 하지만 이러한 용량 및 서비스 수준 결정에 있어 바탕이 되는 현장 데이터(회전 교통량, 도로의 기하구조, 신호시간, 접근로 구배, 중차량비, 첨두시간계수, 차량도착형태 등) 입력자료의 불확실성으로 인해 초래되는 결과의 오류에 대해서는 고려되지 않고 있는 실정이다. 이로 인해 추정된 용량 및 서비스수준에 대한 신뢰성을 검증할 수 없는 문제를 내포하고 있다. 따라서 본 연구에서는 해당 교차로 접근로의 교통량과 중차량 비율 및 도로의 기하구조 등 입력자료의 불확실성이 용량해석과 서비스수준 결정에 끼치는 영향을 고려해보고 이틀에 의한 영향을 최소화할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
회전교차로의 서비스수준은 관측값을 통해 얻은 기하구조 특성과 파라메터 값을 이용한 분석적 모형을 통해 산정하고 있다. 분석적 모형을 통해 회전교차로 관련 연구가 많이 진행되고 있지만, 변수조합 경우의 수가 방대하여 시뮬레이션을 통한 사례연구 또는 한정적인 특성에 따른 적정 교통량의 범위와 서비스수준을 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 변수조절이 보다 다양하고 용이하도록 Visual Basic Application을 활용한 회전교차로 서비스수준 분석 모형을 구축하였다. 구축한 모형으로 다양한 상황에 따른 교통류 상태를 분석하고 회전교차로의 특성을 분석하였다. 분석 결과 좌회전, 유턴의 비율이 많아질수록, 접근로별 교통량 분포가 한쪽으로 치우칠수록 회전교차로의 한계 교통량이 감소해 혼잡이 빨리 나타나는 특성을 보였다. 특히, 교통량 분포가 균일하지 않을수록 한계 교통량의 감소가 회전비율의 영향을 덜 받는 것으로 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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