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ㆍ	기고칼럼
ㆍ년/월/일	2014-01

고속도로 자동요금징수시스템의 사회적 편익분석

고속도로 자동요금징수시스템의 사회적 편익분석
Social Benefits Analysis of Electronic Toll Collection System

한동희 (도로교통연구원 선임연구원)
백승걸 (도로교통연구원 수석연구원)
이숭봉 (도로교통연구원 연구원)

Ⅰ. 서론

1. 연구배경 및 목적
통행료 자동지불시스템(Electronic Toll Collection System)은 자동차가 고속도로 톨게이트를 통과할 때 게이트와 자동차 내 컴퓨터간 통신을 통해 자동요금지불 시스템으로 기존 인력을 이용한 요금소처럼 일단정지 필요가 없어 게이트 통과시간이 단축되며 교통체증 완화는 물론 배출가스를 줄이는 데 크게 기여한다.

현재 국내는 모든 고속도로 영업소에 이같은 통행료 전자지불시스템이 설치돼 있다. 이 시스템은 대표적 ITS로 현재 가장 효과적으로 사용되고 있는 시스템이다. 그러나 아직까지 이 시스템으로 인해 발생하는 여러가지 효과에 대해 미시적인 수준에서 분석하고 평가한 사례는 많지 않다.
본 연구에서는 통행료 자동지불 시스템 시행으로 발생되는 사회적 편익(시간 절감 편익, 환경비용 절감 편익)을 미시적 교통류 시뮬레이션을 이용해 통행시간 및 자동차 배출가스 원단위를 산출했으며 이를 적용할 수 있는 방법론을 정립했다. 또 이 방법론을 현재 한국도로공사에서 관리하는 영업소의 시간대별·차로별 교통량에 적용해 국내 고속도로에서 발생하는 통행료 자동지불 시스템에 의한 사회적 편익을 산정했다.

2. 연구 범위
본 연구의 사회적 편익 분석을 위해 공간범위는 한국도로공사에서 운영하고 있는 전국 영업소 340개를 대상으로 분석을 실시했다. 시간범위는 2011년 자료 중 평균 AADT(Annual Average Daily Traffic)값과 유사한 10월의 시간대별·차로별 영업소 교통량자료를 이용해 연간 사회적 편익을 산출했다.
내용범위는 고속도로 영업소 현황 및 시설기준을 검토하고 이를 바탕으로 영업소 유형을 분류했다. 또 영업소 유형별 배출량 원단위 산출을 위해 미시적 시뮬레이션을 이용했으며 사회적 편익(환경비용 절감 편익, 시간 절감 편익)을 산정했다.

Ⅱ. 분석방법론

1. 연구수행절차
통행료 자동지불 시스템(ETCS) 시행으로 인해 발생하는 연간 사회적 편익 분석은 먼저 고속도로 영업소 현황 및 설계기준을 검토해 유형을 분류했으며, 또 영업소 유형별로 미시적 교통류 시뮬레이션을 이용해 교통량 수준에 따른 배출량 원단위를 산정했다. 이밖에도 편익분석을 위해 영업소/차로/시간대별 교통량자료를 수집했다.

아울러 전국 영업소를 대상으로 연간 사회적 편익 분석을 위해 영업소 유형을 매칭했으며, 영업소 유형/교통량 수준별 원단위 값과 영업소 교통량 자료를 이용해 사회적 편익을 분석했다. 마지막으로 결론 및 향후연구 과제를 제시하는 것으로 연구를 수행했다.

2. 고속도로 영업소 현황 및 설계기준 검토
본 연구대상이 된 통행료 영업소는 전국 고속도로의 340개 영업소를 대상으로 했다. 영업소 유형의 경우 폐쇄식 IC형이 약 90%로 대부분을 차지하고 있다. 영업소 설계기준은 기하구조 형태에 따라 본선형/IC형으로 구분되고, 그에 따른 설계기준은 [표 1]과 같다. 서비스 시간은 차량이 요금소를 진입하는데 걸린 시간과 요금을 징수하는 시간의 합이다.

[표 3]은 영업소 유형별 서비스 시간을 나타내고 있다. 유형별로 서비스 시간의 차이를 보이고 있으며 입구에 비해 출구부에서 요금징수로 인해 시간이 긴 것으로 나타났다. 서비스 시간을 바탕으로 용량을 산정한 결과는 [표 4]와 같다.

개방식과 ETCS 차로는 입구/출구에 따른 용량의 차이는 거의 없고 반면 폐쇄식 영업소는 용량의 차이가 큰 것으로 나타났다. 영업소 유형에 따른 구간별 지점속도는 기존 연구결과를 참고했다. ETCS 차로의 경우 요금소에서 평균 45km/h, TCS 차로의 경우 21km/h 속도로 주행하는 것으로 분석됐다. 전국 영업소 유형별 교통량 현황 분석 결과는 폐쇄식 IC형이 가장 많은 통행을 보이는 것으로 나타났으며 평균교통량은 개방식 본선구간으로 분석됐다.

3. 분석자료 구축
ETCS 차로 시행으로 인한 사회적 편익 분석을 위해서는 고속도로상 존재하는 모든 영업소를 유형별로 분류해 일반화할 수 있는 원단위값이 필요하다. 원단위 값 산정을 위해서는 영업소 설계기준 등을 고려한 네트워크와 분석구간 주행차량의 속도자료가 필수적이다.

본 연구에서는 영업소 유형별 설계기준을 검토해 미시적 교통류 시뮬레이터인 Paramics API(Application programming interface)를 이용해 실제 설계기준 및 현황과 유사하게 네트워크를 설계한 후 개별차량의 궤적자료를 수집해 분석자료를 구축했다. 또한 실제 운행행태 반영을 위해 속도정산을 실시했다. 속도정산은 비포화시를 기준으로 ETCS 차로는 500대 /시, 일반 TCS 차로는 300대/시를 기준으로 정산했다.
차종구성비의 경우 TCS는 전국 평균을 적용(승용차 66.3%, 버스 4%, 소형화물 10.2%, 중형 화물 7.9%, 대형화물 11.6%)했고, ETCS 차로는 현재 4.5톤 이상의 차량은 통행이 제한되므로, 중형화물, 대형화물을 제외한 후 차종비율을 보정해 적용했다. 자동차 배출가스량 산정에 있어 차종별 배출 특성의 차이가 상이해 차종별 성능 및 제원은 기준차량값을 적용해 분석했다.
영업소 요금소별 교통량수준은 다양하게 존재하므로 효과분석을 위해 교통량 시나리오를 설계해 원단위값을 산정했으며, 교통량 시나리오는 용량을 기준으로 일정한 간격으로 설계했다.

4. 사회적 편익 분석방법론
ETCS차로 시행으로 인한 사회적 편익분석은 환경비용절감편익(온실가스, 대기오염물질), 시간절감편익을 분석했다.
온실가스는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황 등이 있으나, 교통수단이용과 관련된 온실가스는 이산화탄소가 대부분을 차지하므로 이산화탄소만 반영했다. 이산화탄소의 배출계수는 ‘수송부문 온실가스 기후변화대응 시스템 구축(II) - 자동차 온실가스 Bottom-up 배출계수 개발(2009, 국립환경과학원)’의 배출계수 사용했다.

대기오염물질은 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 미세먼지를 선정해 오염원별 배출량 산정했다. 대기오염물질 배출계수는 ‘국가 대기오염물질 배출량 산정방법편람Ⅱ(2010, 국립환경과학원)’의 배출계수를 사용했다. ETCS 차로 시행으로 인한 환경비용편익 분석은 미시행시를 모든 요금소가 TCS 차로 일 경우, 시행시를 현재 상태로 설정했고 편익산정은 연간 배출량 절감량에 환경오염물질 원단위 비용을 곱해 산출했다.
미시행시 분석은 현재 ETCS 차로를 이용하는 모든 차량이 TCS 차로를 이용한다고 가정해 기준교통량 산정 후 온실가스 발생량을 분석했다. 영업소 교통량 자료를 시간대/차로별로 살펴본 결과, 비첨두시 운행하지 않는 요금소가 다수 존재해 요금소/시간대별 교통량을 가중평균해 기준교통량을 산정했다. 즉 특정시간에 해당영업소를 통과한 차량들의 평균적인 차로별 교통량 수준을 의미한다.

기준 교통량은 교통량 시나리오에 따른 원단위를 결정하기 위함이며, ETCS 차로와 TCS 차로로 구분해 산정했다. 환경비용 절감 편익은 배출량 원단위와 요금소/시간/차종별 교통량을 이용해 산정했으며, 통행시간비용은 통행량, 통행시간, 통행시간가치의 곱으로 산정하며, 사업시행으로 절감된 통행시간 비용을 편익으로 산정했다.

통행시간 원단위는 시뮬레이션 분석을 통해 영업소 유형별/교통량수준별/차종별로 산정했으며, ETCS 차로 시행으로 인한 통행시간 절감은 미시행시를 모든 요금소가 TCS 차로일 경우, 시행시를 현재 상태로 설정해 분석했고, 통행시간 절감편익은 사업시행으로 인해 절감된 시간에 차종별 시간가치를 곱해 산정했다.

Ⅲ. 사회적 편익 분석 결과

1. 환경비용 절감 편익
환경비용 절감 편익은 온실가스와 대기오염물질을 대상으로 분석했다. 2011년을 기준으로 고속도로 상에서 ETCS를 이용하는 차량 비율은 약 52%로 나타났으며, ETCS 차로 시행으로 인한 온실가스 절감량은 50,233(톤/년)으로 분석됐다. 온실가스절감 편익은 온실가스 원단위를 적용해 분석한 결과 약 81(억/년)로 나타났다.
평균 이산화탄소 절감량은 영업소 유형별 연간 배출량 총합을 영업소 개수로 나눈 값으로 영업소 유형에 따라 살펴보면 개방식 본선형이 다른 유형에 비해 매우 높은 것으로 나타났다. 이는 교통량 수준이 매우 높기 때문인 것으로 분석됐다.

[그림 2]는 영업소 유형별 하루에 배출되는 배출량 총합을 나타낸 것이다. 폐쇄식 IC형은 영업소 개수도 많고, 이에 따라 교통량도 많아 이산화탄소 절감량도 큰 것으로 분석됐다. 또 입구부보다는 출구부에서 절감효과가 더 큰 것으로 나타났다.
대기오염물질 절감량은 연간 296.4톤을 절감할 수 있으며, 대기오염물질 원단위를 곱해 산정한 환경비용절감편익은 연간 37.2억으로 분석됐다.

2. 시간 절감 편익
ETCS 차로 시행으로 인해 영업소구간의 통행시간 절감량은 입구/출구부를 합쳐 약 15,845시간으로 분석됐고, 차종별 시간가치(전국권)를 곱해 산정한 시간 절감 편익은 연간 3,037억원으로 분석됐다. 요금소 특성상 입구부보다 출구부에서 요금징수를 위한 서비스 시간이 길기 때문에 ETCS 차로 시행으로 인한 절감 편익은 더욱 높은 것으로 나타났다.

Ⅳ. 결론 및 향후 연구과제
본 연구에서는 고속도로상 영업소 현황 및 설계기준을 검토해 영업소 유형을 분류했으며, 이를 바탕으로 미시적 교통류 시뮬레이션을 이용해 영업소 유형별 배출량 및 통행시간 원단위를 산정했다. 이 자료를 기반으로 전국 영업소의 시간대/차로별 교통량자료를 통해 ETCS 차로 시행/미시행으로 구분해 사회적 편익을 산정했다.
사회적 편익 분석 결과 시간 절감 편익 3037억/년, 온실가스 절감 편익 81.1억/년, 대기오염물질 37.2억/년 등 총 3155.3억/년의 사회적 편익이 발생했으며 ETCS 차량 1대의 연간 온실가스 절감량은 28.4kg/대/년으로 분석됐다.

기존 연구에서 ETCS 차로 시행에 따른 사회적 편익 분석은 거시적인 접근방법을 이용해 분석했고 차종구분 없이 승용차를 대상으로만 효과분석을 실시한 연구가 대부분이다. 하지만 온실가스 및 대기오염물질의 배출량 산정시 차종별 영향의 크기는 매우 큰 차이를 보이고 있다. 또 요금소 특성상 거시적으로 효과분석을 하는 것은 정확한 분석을 하는데 한계를 보일 수 밖에 없다. 따라서 본 연구에서 제시된 방법론은 ETCS 효과를 보다 정밀하게 분석할 수 있을 것으로 판단되며, 영업소별 ETCS 차로의 효과분석을 위한 모니터링 수단으로 사용이 가능할 것으로 보인다.

다만, 본 연구에서 사용한 자동차 배출가스 산정 함수식은 평균차속에 의한 배출식으로 차량 가속도에 따른 배출량 변화를 반영하지 못하고 있다. 보다 정확한 배출량 산정을 위해서는 차종별 속도, 가속도에 따른 배출량을 산정할 수 있는 방법론에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.