설계시간계수는 1950년대 FHWA에서 최초로 제안하였던 개념으로 1년(8,760시간) 중 상위 30번째 순위의 시간교통량을 기반으로 한다. 과거, 모든 시간대의 교통량 조사가 힘들었던 시기에 사용되었던 방식으로 다소의 문제점에도 불구하고 현재까지 사용되고 있다. 합리적인 설계를 위해서는 이론적 근거에 바탕을 둔 설계시간계수 도출이 필요하다. 본 연구는 현재까지 고수되고 있는 30번째 순위가 과연 옳은 것인가에 중점을 두고 있으며, 이를 해결하기 위해 8,760 시간교통량 순위곡선에서 변곡점을 탐색할 수 있는 기법을 제안하였다. 그리고 충청권 일반국도를 대상으로 제안 방법론을 적용하여 분석대상지점의 설계시간계수를 산정하였으며, 기존 지침의 내용과 비교하였다. 설계시간순위는 43~694순위로 일반적으로 사용되는 30순위보다 모두 하위 순위에서 발생되고 있었던바, 30순위 교통량을 사용할 경우 약간의 과다설계가 이루어 질수 있음이 확인되었다.
설계시간계수는 계획목표연도의 연평균 일교통량에 대한 설계시간교통량의 비율로 정의되며 일반적으로 30번째 시간순위 교통량이 이용되고 있다. 30번째 시간순위 교통량을 설계시간교통량으로 하는 경우 휴일교통량 및 명절교통량의 영향을 크게 받아 과다설계될 수 있다. 보다 객관적인 K계수 산정은 연간 8,760시간의 모든 시간 교통량이 관측되어야 가능하나 상시조사 지점 이외의 경우 사실상 불가능하다. 본 연구에서는 일반국도의 설계시간계수를 산출하기 위하여 30번째 시간순위 교통량을 적용하는 방법과 첨두시간교통량을 적용하는 방법, 그리고 내림차순으로 정렬된 시간순위 교통량의 곡선의 곡률을 이용하여 설계시간을 산출하는 방법으로 설계시간을 산출하고 산출된 설계시간계수를 비교분석하였다. 또한 일반국도의 설계시간계수 특성을 살펴보기 위하여 도로를 3가지 유형으로 분류하고, 도로유형별 설계시간계수의 특성을 알아보았다. 일반적으로 사용되고 있는 30번째 시간순위 교통량을 적용하는 방법과 비교하여 실제 시간순위 교통량의 곡선의 곡률이 어느 시간순위에서 변하는지를 알아보기 위하여 일반국도 상시조사 지점의 각 지점별 8,760시간 교통량 자료를 활용하여 분석하였다. 분석결과 30번째 시간순위 교통량으로 산출한 설계시간계수가 타 방법과 비교하여 설계시간계수를 높게 산출하는 것으로 나타났다. 또한 첨두시간 교통량으로 산출한 설계시간계수는 도로유형별 차이가 크지 않게 나타났다. 이는 첨두시간 교통량은 1년 교통량의 특성을 설명하기 어렵고, 30번째 시간순위 교통량은 휴일 및 명절교통량의 영향이 크기 때문으로 분석된다. 시간순위 교통량의 곡선의 곡률을 이용한 방법으로 일반국도 설계시간계수를 산출한 결과 관광부를 제외하고 미국 도로용량편람과 다소 비슷한 수치를 나타내는 것으로 나타났지만 시간순위는 평균적으로 118번째 교통량이 적당한 것으로 분석되었으며 도로유형별로 차이가 크지 않은 것으로 분석되었다.
일반적으로 도로의 차로수 산출시에 30번째 혹은 100번째의 설계시간교통량을 활용하게 된다. 이러한 설계시간교통량은 설계시간계수에 연평균일교통량을 곱하여 산출하고 있다. 본 논문에서 고속국도에서 운영 중인 34개소의 상시교통량 조사 자료를 기초하여 연평균일교통량 5만대를 기준으로 하여 30번째와 100번째의 시간교통량을 추정할 수 있는 회귀모형을 각각 구축하였다. 30, 100번째 순위의 시간교통량의 추정능력을 평가지표 MAPE(Mean Absolute Percentage Error)를 활용하여 기존방법과 비교 평가했을 때, 30번째 시간교통량을 추정에서 5만대 이하 모형에서는 추정오차가 기존방법에 비해서 11.83% 감소하고 5만대 이상에서는 22.17% 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 100번째 시간교통량 추정능력 평가에서는 5만대 이하일 때는 추정오차가 기존방법에 비해서 8.16%감소하고 5만대 이상에서는 15.25% 감소하는 것으로 평가되었다.
본 연구에서는 전체 시간대별 교통량을 관측하지 못하여 설계시간교통량을 구할 수 없는 지점에 대하여 설계시간계수를 추정하는 방법에 대하여 분석하였다. 수시조사는 연 1~5회 조사되며, 이러한 지점에서는 설계시간교통량을 구할 수 없어 설계시간계수를 구할 수 없다. 분석을 위하여 2006년 일반국도 상시조사 지점의 시간대별 교통량을 이용하여 분석하였다. 설계시간계수를 추정하기 위하여 시간대별 교통량의 변동을 반영하는 시간대별 교통량의 변동계수(Coefficient of Variance), 시간대별 교통량의 표준편차, 첨두시간교통량(peak hour volume)과 도로의 특성을 파악할 수 있는 중차량비율, 주야율, AADT와 중방향계수 등의 변수를 독립변수로 하여 각 변수들과 설계시간계수와의 상관분석 및 회귀분석을 이용하여 설계시간교통량을 추정하였다. 산점도를 통하여 독립변수와 종속변수의 관계를 분석한 결과 대부분의 변수들이 곡선의 형태를 띠는 것으로 나타나 선형회귀분석보다 곡선회귀분석이 더 적합한 것으로 나타났다. 곡선회귀분석으로 분석한 결과 AADT를 독립변수로 하여 분석한 대수모형이 결정계수가 가장 높은 것으로 나타났다.
도로 설계를 위한 기본 교통량으로 이용되는 중방향 설계시간 교통량(directional design hourly volume, DDHV)은 교통 및 도로 부문에서 매우 중요한 요소이다. DDHV는 연평균 일교통량(annual average daily traffic, AADT)에 설계시간계수(K 계수)와 중방향계수(D계수)를 고려하여 산정된다. 그러나 K계수와 D계수는 연간 모든 시간 교통량을 관측해야 가능하기 때문에 사실상 불가능하며, 도로용량편람(KHCM)에서 제시하는 K계수와 D계수를 그대로 적용하는 경우가 일반적이다. 본 연구에서는 일반국도를 대상으로 신뢰성 높고 현실적으로 적용 가능한 DDHV 추정 모형을 개발하고자 하였다. 일반국도 상에 설치된 상시 교통량 조사장비에서 수집된 교통자료를 이용하여 DDHV 특성을 분석한 결과, DDHV와 AADT 간 강한 상관관계가 존재함을 확인하였다. 따라서 AADT를 이용한 DDHV 추정 모형을 개발하였으며, 기존 KHCM 방법에 비해 성능이 우수한 것으로 분석되었다.
도로계획 과정에서 차로수 설계에 필요한 장래 설계시간교통량은 설계시간계수 K를 사용하여 결정하고 있다. 30번째 순위교통량(V30)과 년평균일교통량(AADT)의 상대적 비율인 K30은 일년 8,760개의 시간교통량 중에서 30번째 시간교통량을 기준으로 도로계획의 수준을 결정하는 것을 의미한다. 대도시 주변의 고속도로를 대상으로 혼잡한 명절기간(설날, 추석 등)과 주말을 대상으로 시간교통량 순위를 살펴보면서 실제적으로 교통혼잡을 보인 명절기간 시간교통량이 의외로 낮은 순위에 위치에 있음을 밝혀내어 기존의 설계시간 교통량 추정방법에 문제가 있음을 밝혀내었다. 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 정체시간교통량을 통행수요로 전환하여 교통수요 개념을 가지고 설계시간계수(K)를 추정하는 방법을 새롭게 제시하고, 기존 방법에 의한 설계시간계수 K값과 비교, 평가하였다.
임의의 도로에서 교통량 변동은 해당 도로를 이용하는 사람들의 경제활동, 생활패턴을 반영한 결과이다. 또한 도로가 위치한 곳, 도로의 용도 등에 따라 시간에 따른 교통량 변동 특성은 다르게 나타나는 것이 일반적이다. 본 논문에서는 산지 관광부, 해양 관광부와 같은 관광지로 접근하기 위한 도로의 교통량 특성을 나타내는 지표인 월 보정계수(Monthly Adjustment Factor), 요일 보정계수(Weekly Adjustment Factor), 그리고 설계시간계수(Design hourly Factor)를 산출하였다. 본 연구를 통하여 관광부 도로별 교통량 특성이 분석될 경우, 해당 도로의 적정 연평균일교통량(AADT) 및 설계시간교통량의 추정은 물론, 효율적인 교통소통정책 및 교통처리대책의 수립에도 크게 기여할 것으로 기대되며, 향후 도로용량편람 등의 개정을 위한 기초연구로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 2개의 축적탱크와 외부 열교환기로 구성된 가정용 태양열 급탕 시스템을 시뮬레이션 모델로 이론적인 해석을 하고 설계인자들의 값들을 변화시킴으로 써 각각의 성능을 계산할 수 있었다. 또 이 성능 계산치에 의하여 최적설계 인자치 들을 구할 수 있었다. 또한 1983년 1년간 서울지방의 매 시간 일분량과 기온을 사용 하였다.
본 연구는 도로설계 시 차로수 결정에 사용되는 적정 설계시간계수값의 특성분석과 적정 설계시간계수값을 적용하는데 있어 세부기준을 제시하기 위해 국내 일반국도 93개 상시교통량 조사지점에서 8년 동안 수집한 시간교통량 및 AADT 자료를 이용하여 AADT 증가와 시간적 변화에 따른 설계시간계수값의 변화를 회귀식 모형을 통해 분석하였다. 회귀식 모형은 30번째 시간교통량을 독립변수로 AADT를 종속변수로 하는 상수항이 없는 단순회귀식으로 구성하였으며, 회귀식은 차로수 구분(2차로, 4차로)과 AADT 수준(3개 그룹)에 따라 별도로 적용하였다. 분석결과, 제안한 회귀식 모형은 추정오차가 작고 모형의 설명력이 높게 나타났으며, 설계시간계수의 시계열적인 변동특성 분석결과, 설계시간계수는 연도별 변화가 크지 않고 차로수 또는 교통량이 클수록 작아지는 특성이 뚜렷하게 확인되었다. 연구의 한계로는 기존방법에서 채택하고 있는 30번째 혹은 100번째 순위의 설계시간계수는 맞다는 가정하에 분석을 진행한 것으로, 주 5일제 확대에 따른 여가통행 증가, 도로의 지역적 교통특성 등에 따른 설계시간계수 변화를 반영하지 못하고 있어 향후에 국내 실정에 맞는 최적순위의 설계시간계수 제시를 위한 연구가 추가적으로 필요하다.
본 연구는 전통적인 중방향 설계시간교통량 산정에 대한 개념적 내용을 살펴보고 사례연구를 통해 문제점을 도출하였으며, 이를 개선하기 위해 확률적인 중방향 설계시간교통량 산정 모형을 이론적으로 정립하였다. 도로구간의 교통혼잡을 표현하기 위해서 도로용량이 희망하는 서비스수준을 수용할 수 있도록 확률 분포를 적용한 링크통행시간과 임계치를 정립하였다. 본 연구에서 제안된 확률적인 중방향 설계시간 교통량 모형은 설계속도, 구간길이, 교통량, 차로수, 중차량계수 등을 고려하여 산정하며, 도로용량에 따른 교통혼잡과 경제성 측면을 유동적으로 고려할 수 있기 때문에 도로계획 및 설계단계에 객관적으로 반영할 수 있다. 또한, 이러한 결과는 다양한 유형의 도로에 대해 결측치가 존재하는 상시조사지점이나 수시조사지점의 중방향 설계시간 교통량 예측 모형을 포함한 여러 현실문제들의 더 나은 이해를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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