본 논문은 교통량이 변하는 복수 교차로망의 신호등 제어에 적합한 지능형 신호 제어기를 제안한다. 교차로망이란 하나의 교차로가 사방으로 연결된 교차로이다. 기존의 교차로 제어방법들은 주로 단일 교차로를 대상으로 연구가 수행되었다. 하지만 단일 교차로 제어는 현실의 교통 상황과는 차이가 있다. 본 논문에서는 교통량과, 녹색 신호시 교차로로 진입하는 차량수와 적색 신호동안 대기하는 차량수를 퍼지 제어의 입력변수로 사용하여, 현재 녹색 현시의 확장시간을 조정하는 퍼지 교통망 제어기를 개발한다. 제안된 방법은 기존의 교차로 신호 주기 제어 방법들과 시뮬레이션을 수행하여 비교하였다. 실험결과는 제안된 퍼지 논리 제어기가 기존의 방법들에 비하여 차량당 지체시간과 논문에서 제안된 비용함수 면에서 우수함을 보여준다.
교차로 교통시스템은 도로상에 깔린 루프검지기를 통해서 통과차량과 지체차량의 수를 누적하여 차량 통행 주기를 결정하는 웹스터방정식의 방법을 따른다. 그러나 웹스터방정식은 현장 교차로상의 통데이터를 주로 사용하는 방법이라 할 수 있으므로 이웃 교차로의 교통상황을 데이터로 받아서 교차로 연동제어를 할 수 없는 문제점을 갖고 있다. 따라서 교차로 원격지 제어를 시행 할 경우에 마땅한 제어 방법이 없고, 있어도 지역네트워크 단위인 고비용 시스템을 사용하여야 하므로 경제성이 없다. 따라서 인터넷을 사용하여 이웃 및 먼거리에 떨어져 있는 교차로의 교통상황을 참조하여 교차로 교통제어를 할 경우에는 저비용의 전문성 있는 교차로 교통제어를 할 수 있다.
교차로 교통시스템은 도로상에 깔린 루프검지기를 통해서 통과차량과 지체차량의 수를 누적하여 차량 통행주기를 결정하는 웹스터방정식의 방법을 따른다. 그러나 웹스터방정식은 현장 교차로상의 교통데이터를 주로 사용하는 방법이라 할 수 있으므로 이웃 교차로의 교통상황을 데이터로 받아서 교차로 연동제어를 할 수 없는 문제점을 갖고 있다. 따라서 교차로 원격지 제어를 시행 할 경우에 마땅한 제어 방법이 없고, 있어도 지역네트워크 단위인 고비용 시스템을 사용하여야 하므로 경제성이 없다. 따라서 인터넷을 사용하여 이웃 및 먼거리에 떨어져 있는 교차로의 교통상황을 참조하여 교차로 교통제어를 할 경우에는 저비용의 전문성 있는 교차로 교통제어를 할 수 있다.
실시간 교통신호 제어시스템은 검지기 체계로부터 교통소통자료를 수집하고, 이를 중앙시스템에서 실시간으로 분석, 처리하여 신호시간을 신호주기별로 산출하는 시스템이다. 신호제어시스템의 운영성과는 시스템의 신호제어기능 또는 제어 알고리즘을 활용할 수 있는 신호제어전략의 효율성 여부에 의하여 크게 좌우된다. 본 연구에서는 신신호 시스템의 기본 제어알고리즘과 개선된 신호제어 알고리즘을 개관하고, 신신호시스템의 운영성과를 현장자료를 토대로 분석하였다. 신신호 시스템의 운영성과는 시스템의 제어기능과 알고리즘을 토대로 비 중요교차로의 패턴 Table을 조정하여 신호제어전략을 수립하고, 이의 적용성을 분석하는 과정을 통하여 분석되었다. 운영성과는 시범지역의 남북 교통축(영동대로)과 동서 교통축(도곡동길)을 대상으로 분석하였다. 분석결과 영동대로는 비 중요 교차로의 패턴 Table을 조정함에 따라 시스템 운영성과가 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있었으며, 도곡동길은 현재의 신호운영 전략과 검토대안이 비슷한 수준의 운영성과를 도출하는 것으로 분석되었다. 시범 운영지역의 교통축은 1개의 중요 교차로와 5-6개의 비 중요 교차로로 구성된다. 영동대로의 운영성과 분석결과, 교통축의 운영효과는 중요교차로의 교통대응 제어기능과 동시에 비 중요 교차로의 패턴 제어기능이 적절하게 연계 운영될 때 운영효율성을 높일 수 있음을 확인하였다. 따라서 향후 신호운영의 효율성을 높이기 위해서는 중요교차로의 교통대응 제어기능의 개선과 동시에 비중요교차로의 패턴 Table의 개선이 필수적인 것으로 판단된다.
지난 수십년간 수많은 신호교차로제어모형이 제시되어 왔으나 과포화교차로를 특별히 다루는 기법은 거의 없었다. 본고에서는 과포화상태의 신호교차로제어를 위한 최적화모형이 제시된다. 지체도최소화나 연동폭최대화가 전통적인 제어목표로 사용되어 왔으나 혼잡교차로 제어에는 생산성최대화(maximum productivity)가 적절하며 본 모형에 사용되었다. 제시된 최적화모형은 Mixed Integer Linear Programming의 형태를 취한다. 본 모형은 두 개의 교차로 문제에 적용되었으며, 모형화 과정에 사용된 가정들의 적절함이 민감도분석에 의해 증명되었다. 최적해의 검증을 위하여 microscopic simulation model인 TRAF-NETSIM을 사용하였다.
좌회전 제어네는 크게 좌회전을 금지하는 적극적인 제어에서 좌회전 신호와 좌회전 차선의 디자인 및 차선 설정과 같은 비교적 소극적인 제어가 있다. 기존의 좌회전에 관한 많은 연구는 대부분 후자의 소극적인 제어를 통한 제어효과를 파악하는데 주로 관심을 두었다. 좌회전금지의 효과분석 방법론에는 크게 교차로 및 링크(Link)와 네트워크(Network)의 두가지 차원의 접근 방법이 있다. 교차로 및 링크(Link) 차원의 분석은 TRANSYT 7F, PASSER IV 등과 같은 가로망에서 신호시간을 최적화하는 모형과 NETSIM, COSIM과 같이 조건에 따라 실제 차량의 행태를 모사하는 시뮬레이션 모형 등에서 좌회전 신호현시를 주거나, 주지 않음으로써 전후의 변화를 관찰, 분석에 이용할 수 있다. 그러나, 이러한 접근방법은 개별교차로에서 현시운영에 따른 효과를 분석하기에는 용이할 지 모르나, 좌회전 금지에 따라 전환된 교통량을 합리적으로 처리하는데 문제를 가지고 있다. 이에 반해 네트워크(Network) 차원의 분석은 좌회전 금지에 따른 거시적 수요변화를 파악하여, 좌회전금지에 따라 전환된 교통량을 합리적으로 수용 할 수 있으며, 교차로 및 링크(Link) 차원의 분석기법과의 결합을 통해 개별교차로에서 현시운영에 따른 효과도 어느정도 예견할 수 있을 것으로 예상되지만, 이에 관련한 여구가 전무한 형편이다. 본 연구의 목적은 네트워크(Network) 차원에서 좌회전 금지에 따른 효과 분석 모형을 정립하고, 가상 네트워크에 적용 그 유효성을 검증하여, 지역 네트워크의 개별교차로에서 좌회전 금지의 도입에 대한 의사결정의 기준을 마련하는데 있으며, 이를 위한 구체적 연구 내용은 다름과 같다. 첫째, 순간 동작 사용자 최적 통행배정모형의 구조 및 특성 파악. 둘째, 기존 가로망 표현기법의 구조 및 특성파악. 셋째, 좌회전 금지에 따른 효과 분석을 위한 순간 동적 사용자 최적 통행배정모형의 구축. 넷째, 좌회전 금지에 따른 효과 분석을 위한 가로망 표현기법의 개발. 다섯째, 가상 네트워크에서 구축된 모형을 통한 교차로에서 좌회전 금지 효과분석
본 연구에서는 상류부 교차로에서 발생하는 교차로 막힘 현상으로 인해 진행방향의 녹색시간의 손실이라는 장애가 발생하게되는 상황을 고려하기 위해 진행차선의 정체도를 도입하여 교통 혼잡상황에 적절히 대응할 수 있는 퍼지 교통신호 제어기를 제안한다. 먼저 입출력 공간을 균등 분할한 퍼지 교통신호 제어기를 구성하고, 소속함수 수정알고리즘에 의해 제어기를 수정한다. 실험을 통해 고정식 제어기, 균등 분할한 제어기와 수정된 제어기의 성능을 교차로 지체시간, 진입율과 통과율 면에서 비교하였다. 실험 결과는 수정된 제어기가 다른 제어기들에 비해 향상된 성능을 보여주었다.
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.
교차로 신호 제어는 스마트 교통 시스템에서 중요한 역할을 하며, 강화학습(RL)을 기반으로 한 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 RL에서 보상 함수 내 요소 간 가중치를 적절하게 설계하는 것은 매우 어려운 과제이다. 최근 LLM을 활용해 데이터를 분석하고 의사 결정을 보완하는 연구가 주목받고 있으며, 이를 RL에 적용해 이러한 문제를 해결하려는 시도도 진행 중이다. 본 논문에서는 실시간으로 변화하는 교차로 내 효율적인 교통 제어를 위해 LLM을 이용하여 RL 보상 함수의 가중치를 실시간으로 조절함으로써 교통신호를 효율적으로 제어하는 알고리즘을 제안한다. 그리고 초기 가중치 설정과 가중치 조절 주기에 대한 실험 결과를 비교함으로써 제안 기법의 성능을 분석한다.
본 논문은 도로상에 설치된 각종 교통정보 기기로부터 수집된 정보를 이용하여 교통정보 데이터베이스를 구축하고 이를 이용하여 교차로를 기점으로 도로의 구간별 실시간 교통흐름을 동적으로 관리할 수 있는 교차로 시뮬레이션 시스템을 제안한다. 본 시스템은 계층적인 3 부분으로 구성된다. 하위계층은 실제 도로 상에서 교통정보가 수집되는 물리계층이다. 중간계층은 하위계층의 교통정보를 이용하여 교차로들의 그룹, 실시간 교통흐름 정보의 수집, 원격 모니터링 및 제어를 지원하는 교통흐름 제어 프레임워크가 존재한다. 본 계층은 분산객체그룹 프레임워크를 확장하여 설계됐다. 상위계층에는 교차로들의 그룹화로 교통흐름을 제어하는 교차로 시뮬레이터 응용들이 존재한다. 교차로 응용은 TMO(Time-triggered Message-triggered Object) 스킴 기반의 구현객체들로 이루어진다. 교차로 시뮬레이션 시스템에서는 도로상의 각 교차로를 하나의 응용 그룹으로 고려하며, 교차로들 간에 상호통신으로 수집된 실시간 도로소통 상태정보를 이용하여 주어진 도로상황에 따라 동적인 교통흐름 제어기법들의 적용이 가능하도록 하였다. 본 시스템 구축을 위해 TMO 스킴과 TMOSM(TMO Support Middleware) 지원교통흐름 제어 프레임워크 기반에서 시스템 구조와 구성요소의 상호작용을 정의했으며, 교통흐름 모니터링 및 제어를 위한 응용 시뮬레이터와 사용자 인터페이스를 설계했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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