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ㆍ	기고칼럼
ㆍ년/월/일	2013-09

녹색교통을 위한 상습정체교차로 적정 신호운영연구
녹색교통을 위한 상습정체교차로 적정 신호운영연구
A Study On Traffic Signal Control Of Congested Intersection In
Korea

김영찬 (서울시립대 교수)
변은아 (도로교통공단 처장)
나정무 (도로교통공단 차장)
윤수영 (도로교통공단 차장)
이승훈 (도로교통공단 선임과장)
박정훈 (도로교통공단 대리)

Ⅰ. 서론

1. 연구 배경 및 목적

상습정체 교차로에서는 차량의 엉킴 현상이 자주 발생되고, 이로 인한 추돌사고 등으로 차량 지체가 가중되는 경우가 빈번하게 발생된다. 2011년의 교통사고 통계자료에 의하면, 전체 교통사고 중 교차로 및 단일로 횡단보도에서 발생한 사고가 전체의 51%를 차지하고 있으며, 사고발생 건수의 거의 절반에 가까운 경우가 교차로에서 이뤄지고 있어 교차로에서의 사고 감소를 위한 대책이 필요한 상황이다.
교차로에서 발생하는 일반적인 사고형태는 차량간 추돌, 차량간 직각충돌, 보행자와 차량간 횡단보도 사고가 일반적이며, 대부분의 사고형태는 신호위반사례이므로 신호위반을 감소하기 위하여 신호운영 개선 등과 같은 단기적 접근과 도로선형, 기하구조 변경 개선 등과 같은 중장기적 접근을 통한 개선 방안 수립이 이루어져야 한다.
본 연구의 추진방향은 신호현시체계 및 불합리한 교차로 운영으로 인한 교차로 내 혼잡 발생 및 사고발생 요인을 분석하여 신호운영의 개선 및 적정한 교차로 운영 방안을 제시하는 것이며, 사고잦은 상습정체교차로에 대한 운영 현황, 신호체계점검 및 분석을 통해 혼잡 완화 및 신호운영체계 개선을 통해 교통소통 및 안전을 도모하는데 그 목적이 있다.
분석 대상 교차로 및 구간은 사고가 자주 발생하는 전국 주요 상습정체교차로 16개소 및 해당 가로축이며, 현장조사 및 분석항목은 접근로별로 교통량 및 대기행렬을 고려한 시간대별 신호시간과 시간대별 통행패턴을 고려한 신호연동값, 정지선 설치위치를 고려한 황색신호시간 등에 대한 현황, 문제점 분석 및 개선방안과 향후 과제 등을 포함하고 있다.

2. 이론적 배경
교차로에서의 교통혼잡 해결을 위한 방안은 과거에는 주로 차량의 평균지체시간 감소에 목적을 두었으나 최근에는 교통혼잡의 지역적 확산을 줄이는 방안과 각 도로서비스 수준의 균질화를 도모하는 방안으로 확대되고 있으며, 교통혼잡의 수준별로 추구하는 목표를 달리한다. 교차로에 접근차량이 교차로 처리용량 수준에 근접하거나 과포화상태일 경우 교차로 하류부에서 발생하는 대기행렬로 인한 spillback 현상이 발생하지 않도록 하는 제어가 필요하며 각 링크나 가로의 서비스수준이 비슷해지도록 교차로 교통류를 관리해야 한다.

Ⅱ. 상습정체교차로 운영 분석

1. 분석 개요
1) 대상교차로 선정기준
사고잦은 상습정체교차로 선정은 도로교통공단에서 신호운영 사업을 수행하는 도시 중 2011년 분석 결과, 서비스수준(LOS)이 ‘E’ 이하이며 1년간 교통사고 발생 건수가 동일 지점에서 기준 이상으로 발생한 교차로를 분석대상으로 선정했다.
본 분석대상 교차로에서 상습적으로 정체되고 교통사고가 자주 일어나는 16개소의 3년간 교통사고 현황을 분석한 결과, 사고로 인한 인명피해가 가장 많은 교차로에서는 3년간 248명의 사상자가 발생했으며, 3년간 100명 이상의 사상자 수를 나타내는 교차로는 5개소로 중장기적이고 종합적인 개선이 필요하다.
2) 현장조사 방법
사고잦은 상습정체교차로 대상지역 16개 교차로에서 운영되는 신호운영 현황 등을 현장조사를 통해 수집하고, 운영자료를 분석하며, 연동값(offset)이 부적절하거나 신호주기(Cycle), 신호시간배분(Spiit), 황색신호시간 등을 개선해 상습정체구간에서의 신호운영의 적절성을 분석했다.
- 교통량 조사 : 일일 첨두시 방향별 교통량을 조사해 시간대별 통행패턴을 분석 후 개선방안 검토, 시뮬레이션 분석 및 경제성분석에 활용. 아침, 낮, 저녁 시간대 조사.
- 주행 조사 : 시험 차량 이용방법 및 GPS, 영상장비를 활용한 첨두시간대 통행속도조사. 구간별 주행시간 및 지체시간, 통행속도 및 주행속도, 정지횟수 및 정지율, 지체요인 등을 조사. 아침, 낮, 저녁 시간대 조사.
- 지체시간 조사 : 개선 전·후의 현장 개선율 산정

2. 분석내용
1) 주행조사 분석
상습정체교차로 구간의 구간별 주행조사를 통한 차량 통행속도, 지체시간, 정지율 등을 전후 분석해 효과분석 지표로 사용했다. 분석은 각 첨두시간대별 주행조사를 통해 각 효과지표별로 변화된 상태를 분석해 비교평가했다.
2) 교통분석모형 및 시뮬레이션 분석
시뮬레이션 분석 목적은 교차로의 신호체계 최적화, 개서안의 적정성 판단, 개선 전후 비교 평가 및 문제점 예측 목적으로 사용했다. 상습정체교차로 개선을 위해 분석에 사용한 최적화 및 시뮬레이션 프로그램은 Synchro 7, VISSIM 5.0, Transyt-7F 10.2이다.
3) 경제적 편익 분석
신호체계 개선으로 가로축 소통상태가 개선됨에 따라 발생되는 편익은 차량운행비용과 시간가치를 계량화한 시간가치비용, 그리고 환경절감비용으로 구분해 산정했다. 특히 대기오염 감소에 의한 환경절감비용은 녹색교통을 위한 중요한 평가 척도가 될 수 있을 것으로 판단된다.
- 차량 운행비용 : 차량 운행비용은 전후 주행조사와 교통량조사 결과로 산출되는 분석구간의 주행속도와 교통량을 이용해 주행속도에 따른 차량운행비 원단위를 적용해 승용차, 버스, 화물차량으로 구분해 산출했다.
- 차종별 평균시간가치비용 : 차종별 시간가치비용은 평균승차인원과 업무통행비율을 고려해 버스는 대형버스를 기준으로 하고 트럭은 대형트럭을 기준으로 산출하며 평균재차인원은 한국교통연구원(2007)의 ‘전국 지역간 여객 기종점통행량 자료의 전수화’와 예비타당성조사 표준지침에서 제시한 자료를 적용했다.
- 환경절감비용 : 교통부문사업 시행에 따른 환경비용에는 대기오염, 수질오염, 소음, 진동, 자연녹지 훼손 및 생태계 파괴, 그리고 미관 침해 등을 들 수 있으나 본 분석에서는 이중 비교적 영향의 정도가 크고 환경영향에 대한 평가 및 가치화가 용이한 대기오염에 대한 비용절감 효과만을 고려했다.

3. 문제점 및 개선방안
1) 문제점
분석대상 교차로에서의 상습적인 정체가 발생하는 원인은 도로용량 부족, 불법주정차, 기하구조적 문제로 인한 병목, 불합리한 신호운영체계, 버스정류시설 등으로 분석됐고, 사고가 자주 발생하는 원인으로는 신호기 위치 부적절, 도로선형 불일치, 하향경사 및 곡선부 신호기 시인성 문제, 무단횡단 및 신호위반, 노면표시 도색 노후화 등으로 분석됐다.
2) 개선방안
사고잦은 상습정체교차로 개선 방안은 단기적 측면과, 중장기적 측면에서 각각 검토해 수립했다. 사고잦은 상습정체 교차로에 대한 정확한 현장조사를 통해 문제점을 파악하고, 과학적이고 체계적인 분석을 통해 단기적 개선방안으로는 신호현시, 신호주기, 신호시간, 연동값 등과 같은 신호운영체계의 최적화를 통한 개선 내용을 적용했다.
중장기적 개선 방안으로는 노면표시 재도색, 신호기 추가 설치 및 이설, 불법 주정차 단속카메라 설치, 보행자방책 설치, 교통섬 및 도로 선형개선, 교차로 및 도로구간 입체화가 필요한 것으로 검토됐다.
접근로별로 교통량 및 대기행렬을 고려한 시간대별 신호시간계획을 적용하고, 시간대별로 변화하는 통행패턴을 고려한 신호연동값, 신호주기, 적정 황색시간 산정 등을 통한 상습정체 교차로 및 구간 적정 운영방법을 적용함으로써 저비용을 투입해 교통사고 감소와 차량소통의 효과적인 개선에 기여할 수 있었다.

4. 분석 결과
1) 통행속도 분석
16개 교차로가 위치한 가로축의 신호운영 개선 전후의 상태를 주행조사를 통해 분석한 결과, 차량의 통행속도는 전체적으로 16.6%, 지체시간은 25.8% 개선 효과를 나타냈다.
2) 교통모형 분석
교통모형을 활용한 시뮬레이션 분석 결과, 차량 지체시간은 21.3%, 연료소모량은 17.0%의 개선율을 보이고 개선율이 가장 높게 나타나는 교차로의 경우 지체시간(초/대) 57.8%, 서비스 수준 F→D, 연료소모량 49.8%로 분석됐다.
3) 경제성 분석
상습정체 교차로 16개소에 대한 경제성 분석 결과, 총 경제적 편익은 608억5,700만원으로 분석됐으며, 이 중 환경비용절감액은 31억2,200만원으로 나타났다.

5. 상습정체 교차로·적정 신호운영방안
교통량이 교차로 용량보다 많은 과포화상태의 정체교차로에서는 원활한 차량 흐름보다는 정체 확산 방지를 목표로 하는 신호운영방안이 적용돼야 한다.

Ⅲ. 결론 및 향후 과제
사고잦은 상습정체교차로 16개소 및 해당 가로구간에 대해 신호운영측면의 단기적 개선방안만을 적용해 차량 통행속도 16.6%, 지체시간 25.8% 개선됐으며, 경제적인 편익으로 계산하면 환경비용절감액 약 31억원을 포함, 연간 약 608억원이 절감되는 것으로 분석됐다.
도로 선형 및 교차로 기하구조 개선과 같은 중장기적 개선방안을 적용하지 못했음에도 불구하고 상기와 같은 개선 결과를 나타냈고, 이는 상습정체 교차로에서의 불합리한 신호운영체계를 개선하는 것만으로도 매우 큰 효과가 나타날 수 있음을 보여준다.
사고잦은 상습정체 교차로 및 구간에서 발생되는 다양한 문제점을 분석하고 상기에서 제시한 다양한 신호체계 적정운영방안을 통한 차량 소통 측면에서의 개선과 교통사고 예방을 위한 중장기적 개선방안을 병행해 차량소통과 안전에 기여할 수 있기를 기대하며, 중장기적 개선방안 적용으로 인한 교통사고 감소 여부에 대한 분석도 향후 수행돼야 할 것으로 사료된다.