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ㆍ	기고칼럼
ㆍ년/월/일	2013-11

경부고속도로의 갓길차로제와 램프미터링 통합교통관리 방안
경부고속도로의 갓길차로제와 램프미터링 통합교통관리 방안

Integrated Traffic Management Method Hard Shoulder Running And Ramp Metering In Kyeougbu Express way

김영찬 (서울시립대학교 교통공학과 교수)
정영제 (서울시립대학교 교통공학과 연구교수)
이승준 (한국도로공사 도로교통연구원 책임연구원)
이민형 (서울시립대학교 교통공학과 석사과정)

Ⅰ. 서론
전국 고속도로의 총 연장은 국내 경제성장과 함께 1975년 1,142Km, 2000년 2,131Km를 넘어 2006년 3,103Km로 증가해 왔다. 하지만 고속도로를 이용하는 차량 또한 2000년 2,800천대에서 2006년 4,667천대로 늘어나 2003년 72.5Km/h이던 고속도로 전체 평균속도는 2007년 70.6Km/h로 감소됐으며, 고속도로 혼잡비용 또한 2002년 22.1조원, 2006년 24.6조원, 2008년에는 26.9조원으로 증가 추세에 있다.
고속도로 정체는 교통량 과다, 차로수 불균형, 기하구조의 불량 등 다양한 원인에 의해 발생하며, 발생지점 또한 본선, 분기점, 나들목, 영업소, 휴게소 등 다양하다. 한국도로공사 2012년 자료에 따르면, 정체상황이 발생해 임계용량을 초과하는 경우 교통량과 속도가 급격히 감소해 과포화 상태의 혼재상황이 지속되며, 정상상태로 회복되기까지 상당한 시간이 소요된다.
고속도로 정체 완화를 위한 방안으로는 물리적 시설 공급 확대와 시설 효율성을 높이기 위한 교통관리 방법 등을 우선 들 수 있다. 정체 완화의 최대 효과를 거두기 위해서는 이들 방법 간 조화가 중요하나, 도로 확장 및 신설에 치우친 국내의 교통완화 정책과 교통관리기법에 대한 인식은 여전히 부족한 실정으로 비용과 기간의 제약이 따르는 고속도로의 신규건설이 한계에 이른 지금, 교통관리에 대한 인식 전환 및 중요성의 재인식이 필요한 시점이다.
최근 한국도로공사는 교통제어를 통한 정체완화기법의 일환으로 경부고속도로의 갓길차로제 및 서울외곽선의 중동∼장수 나들목 구간에 램프미터링을 적용하고 있지만, 적극적인 확대 및 추가 적용에는 이르지 못하고 있다. 하지만 교통관리에 관한 세계적 추세는 ‘Active Traffic Management’, ‘Integrated Traffic Management’, ‘Sustainable Traffic Management’를 모토로 정체상황에 적극 대응하는 교통관리체계가 확산되고 있으며, 교통관리기법 측면에서는 유사하나 교통류 제어를 수행하는 교통관리기법들을 통합해 적극적인 정체관리를 수행하고 있다.
본 연구에서는 향후 교통제어 중심의 적극적인 교통관리기법 확대를 고려해 경부고속도로의 서울요금소∼안성 구간을 대상으로 정체원인을 파악하고 원인에 따른 개별교통관리기법을 선정해 다수의 통합운영에 따른 각 교통관리기법의 부작용의 최소화 및 정체완화의 최대화 목표에 따른 통합교통관리기법에 대한 효과를 분석했다.

Ⅱ. 기존 연구 및 적용사례 고찰
현재 통합교통관리에 대한 대부분의 연구 및 적용사례는 국외에서 이루어지고 있다. 따라서 해외 연구사례 및 적용사례 고찰을 통해 교통관리에 대한 필요성 및 인식 전환이 필요하다.
현재 국외에서 수행되고 있는 연구사례의 대부분은 단일 교통관리기법의 적용 효과와 다수의 교통관리기법 통합운영관리에 따른 효과를 비교·분석하고 있다. Abdel-Art(2007)는 혼잡한 고속도로에서 가변속도제어 또는 램프미터링의 개별 교통관리기법을 통해 적용지점의 안전성 및 혼잡도를 완화를 기반으로 총 9mile의 고속도로 장구간에서의 램프미터링 적용지점수와 가변속도제어 제한속도 변화량을 달리한 24개의 시나리오를 적용해 안전성 측면과 운영적 측면에서의 효과를 분석했다.
램프미터링과 가변속도제어의 통합운영 결과, 안전성 측면에서는 차량속도 편차가 감소해 안정성이 향상되나, 램프미터링을 통해 안정된 교통류로 인해 하류부에 적용된 가변속도의 적용 효과가 미미해지는 결과를 보였다. 운영적 측면에서 통합운영 결과, 미제어시 보다 총 통행시간이 10~21% 감소하는 효과를 보였다.
Carlson(2010)은 가변속도제어, 램프미터링 개별관리기법 적용 및 램프미터링과 가변속도제어를 통합 운영했을 경우 네트워크의 전체 소요시간(Total Time Spent)를 비교한 결과와 미제어시와 비교해 각 관리기법을 적용한 결과 전체 소요시간이 감소했다. 특히 두 기법을 통합 운영한 결과, 전체 소요시간이 미제어시와 1167veh·h와 비교해 939veh·h로 약 19.5%가 감소하는 결과를 보였다.
현재 유럽 및 미국에서는 고속도로 정체 해소를 위해 물리적인 시설 공급이 아닌 다양한 복수의 기법을 통합해 적용하고 있다. 영국정부의 교통시스템 현대화 및 교통시설의 운영효율 향상 및 돌발상황에 대한 관리 강화, 혼잡해소, 통행시간의 신뢰성 향상을 위해 ‘Active Trafficc Magement(ATM)’라는 이름의 첨단교통관리를 수행 중에 있다. ATM은 고속도로에서의 정체완화 및 교통류 흐름을 개선하기 위해 동적인 교통관리 및 제어를 수행하는 것으로 갓길차로제, 가변속도제어, 대기행렬 경고, 램프 및 본선의 미터링 및 최적경로 및 통행시간에 대한 교통정보제공 등의 통합된 시스템을 통한 교통관리를 수행한다.
영국정부는 2003년부터 M42 자동차 전용도로에 시스템 구축을 시작해 2006년 9월 완공했으며 운영 결과 통행시간 27% 감소와 도로용량의 7% 증가 효과 및 교통사고율 감소 효과를 보았다. 독일에서는 2005년을 기준으로 약 1,000km의 고속도로 구간에서 가변속도제어, 램프미터링, VMS 교통정보제공과 같은 교통관리기법을 통합해 적용 중에 있으며, 동적 교통제어를 수행하는 교통관리기법들이 수단선택 및 경로선택에 미치는 영향에 따라 그룹화해 수행해야 함을 강조하고 있다.
특히 동일 구간에서 서로 다른 교통관리기법들이 적용됨에 따라 발생할 수 있는 운영상 문제점 및 기법간의 상충을 고려해 적용할 것을 강조하고 있다.
미국에서는 교통혼잡이 경제에 미치는 영향의 심각성을 고려해 교통체증을 효과적으로 관리하기 위한 방안으로 ‘Integrated Corridor Management(ICM)’의 필요성을 인식하고 있다. ICM은 교통축을 대상으로 사용가능한 기반시설을 통해 도로가 임계용량 이하로 유지될 수 있도록 운전자들을 지시 및 안내하는 정체관리방법으로 과거 개별적으로 운영된 교통관리기법을 교통축 내에서 교통수단을 망라해 교통망의 연계성을 강조하고 있다.
네덜란드에서는 고속도로와 도시부 간선도로가 서로 다른 관리주체로 인해 발생되는 운영상 문제점을 해결하기 위해 지속가능한 교통관리를 위한 편람 ‘Sustainable Traffic Management(STM)’을 제시한 바 있으며, 본 편람에서는 도로 네트워크에서 교통관리기법을 완전히 통합된 형태로 운영하기 위한 방법을 제시하고 있다.
앞선 국외의 연구 및 적용사례를 통해 국내의 교통완화의 무조건적인 신규건설을 통한 시설공급이 아닌 교통관리기법의 필요성을 인식하고 현재 적용 및 운영중인 개별 교통관리기법 통합을 통해 효과적으로 정체를 완화하기 위한 교통관리기법의 통합 연구가 필요하다.

Ⅲ. 통합교통관리 기법의 운영방안

1. 분석대상 구간의 혼잡특성 파악
경부고속도로의 서울방면 안성분기점∼서울요금소 구간의 지·정제 지점 및 원인 파악을 위해 주중 3일(2012년 4월 20일∼3월 23일)과 주말 2일(2012년 5월 12일∼5월 13일), 총 5일간 첨두시간 및 비첨두시간을 포함한 하루 6시간의 교통량 및 대기행렬 길이를 조사했다. 조사 결과, 2012년 5월 12일 토요일 FTMS 구간통행속도를 나타낸 [그림 1]과 같이 갓길차로제를 시행중에도 불구하고 신갈(분)을 기점으로 지·정체가 발생해 하류부의 안성(분)까지 확장되는 것을 알 수 있다.
또한 분석대상 구간의 지·정체 원인의 분석 결과, 첨두시 증가하는 수요를 처리하지 못해 발생하는 본선의 용량 초과 및 수원 및 동탄분기점에서 진입하는 교통량의 과다로 지·정체가 발생하는 원인으로 볼 수 있다.

2. 통합교통관리 방안
경부고속도로는 지속적으로 증가하는 광역대중교통 수요 및 승용차의 수단전환에 따른 고속도로의 효율을 높이기 위해 2008년 10월 1일부터 평일 한남대교 남단∼오산(44.8km) 구간, 휴일 한남대교∼신탄진(141km)구간에 버스전용차로제를 시행하고 있다. 버스전용차로제 시행으로 대중교통의 통행속도 증가 및 정시성은 확보됐지만, 대상구간에 승용차가 이용가능한 차로수는 평균 4차로에서 3차로로 감소함으로써 지속적으로 증가하는 승용차 수요를 처리하지 못해 상습 지·정체구간이 발생하고 있다.
한국도로공사는 첨두시간대 및 지·정체시에 상습 지·정체 구간에 대한 단기적 운영 효율화를 위한 대책으로 갓길을 가변차로로 활용하는 갓길차로제를 2007년부터 시행 중에 있으며, 2012년 6월 기준으로 경부고속도로에 운영하고 있는 갓길차로제 총 구간 길이는 29Km에 이른다.
경부고속도로의 갓길차로제 운영방식은 지점검지기로 수집되는 최근 15분간의 통행속도가 70km/h 이하일 경우를 기준으로 교통관제센터 의 운영책임자의 판단에 의거해 개방하고 있으며, 돌발상황 발생 및 대설주의보나 호우경보 발효시 갓길차로를 폐쇄하게 된다.
현재 경부고속도로 정체지점 및 원인파악 결과, 현황 갓길차로제를 통한 교통관리기법 적용에도 불구하고 상습정체가 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 갓길차로제를 통한 고속도로 용량 증대만으로는 지·정체 해소에 어려움이 있는 것으로 판단된다.
갓길차로는 본래 비상시 위급한 차량의 주행 및 고장차량 정차에 사용하기 위해 별도로 마련한 공간으로 지·정체시 최우선 대응책으로 갓길차로제를 선택해 시행할 경우, 갓길 본연의 기능을 상실하게 돼 위급시 적절한 대응이 불가능할 수 있다. 따라서 갓길차로제를 기반으로 하는 부가적인 교통관리기법 선정을 통해 제어수준별 갓길차로제의 시행 유무를 결정할 필요가 있다.
통합교통관리를 위해 현재 적용중인 갓길차로제와 정체 특성 및 원인을 고려해 적용 가능한 보조 교통관리기법으로는 수원 및 동탄분기점에서 유입되는 과도한 진입교통량 조절이 가능한 램프미터링을 통해 교통수요와 용량 간 문제를 해결할 수 있으며, 갓길차로의 상시 개방에 따른 밀도 변화 및 속도편차 증가에 의해 발생하는 교통류의 불안정 해소를 위한 가번속도제어를 적용할 수 있다.

3. 통합미터링 교통량 산정
분석대상지역의 교통관리기법 적용 순서는 현재 운영되고 있는 갓길차로의 경우, 차로 개방 및 폐쇄에 따라 밀도와 속도 변화가 불가피하게 발생해 안전상 문제를 야기하게 된다. 따라서 교통상황별 제어수준을 점유율에 따라 비포화, 근포화 및 과포화로 분류했을 경우 과포화시 갓길차로제를 적용함으로써 사전단계에서는 갓길 본연의 역할을 수행할 수 있어 비상차량 주행 및 사고차량 정차에 활용할 수 있다.
갓길차로제를 기반으로 하는 통합교통관리기법의 미터링 교통량 결정은 갓길차로 개방 유무에 따라 연결로 및 램프통합미터링 비율이 결정된다.
기본적으로 통합 미터링 비율을 결정하기 위한 목적함수는 하류부 용량에 따른 통과교통량을 최대화하기 위한 것으로 램프미터링 최적화가 가능한 연속류 모형인 FREQ에서 각 링크별 진입 허용 교통량을 산정하는 방식을 착안했다.

Ⅳ. 효과 분석

1. 시뮬레이션 분석 방안 및 시나리오 구성
본 연구는 앞선 통합기법의 운영방안을 토대로 제어 수준별 속도를 선정해 혼잡 해소, 혼잡 감소, 및 확산 방지의 3가지 시나리오를 구성했다. 제어수준에 따라 구성된 시나리오의 효과분석을 위해 미시적 시뮬레이션 툴인 Paramics V6와 API 모듈인 Programmer Plug-in을 통해 분석을 실시했다.

2. 시나리오 분석 결과
1) 램프미터링율 산정
통합미터링 산정방법에 따라 각 시나리오별 목표 수준에 따른 연결로의 통과교통량을 산정했다. 램프의 신호운영은 1주기당 1대의 차량 진입을 원칙으로 차량의 수요를 조종한다.
2) 시뮬레이션 분석 결과
Paramics를 통한 각 대안의 분석 결과는 [표 4]와 같다. 분석결과 가장 정체가 심각한 구간인 기흥나들목∼신갈분기점의 통행속도는 대안별 현황대비 38%∼131%의 속도 증가를 보였으며, 정체가 시작되는 수원나들목∼신갈분기점 구간의 통과 교통량 또한 대안별 현황대비 19%∼44% 증가해 복수의 통합교통관리 기법의 적용 효과를 증명했다. 또한 가변속도의 적용으로 전구간의 속도에 대한 표준편차가 감소했으며 이를 통해 대상구간의 안전성 또한 향상됨을 알 수 있다.

Ⅴ. 결론
본 연구에서는 경부고속도로를 대상으로 대상구간의 정체지점 및 정체원인을 파악해 정체특성에 맞는 개별 교통관리 기법인 램프 미터링 및 갓길차로제를 선정했으며 통합교통관리 방안과 대안의 효과를 분석했다. 분석 결과, 대안별 효과분석을 통해 통합교통관리에 따른 통행속도 및 통과교통량의 증가를 확인했으며 속도의 표준편차 감소를 통해 안전성 또한 향상됨을 확인했다.