과포화 교통축에서의 비공통주기기반 신호운영방법론 개발
Development of Signal Operation Methodology Based on Cycle Free Signal Timing in Oversaturated Urban Arterials
초록/요약
기존의 과포화 교통축 신호제어전략은 공통주기를 유지하며, 상류부 교차로의 교통수요조절 및 옵셋(Offset)조정을 통한 연동의 효과를 극대화하는 방안이 주로 제시되고 있다. 본 연구는 도시부 도로 교통축 과포화시 비공통주기기반의 신호운영방법론을 개발하는 것이다. 도시부도로 교통축에서는 신호제어 특성상 중요교차로(CI)는 인접한 비중요교차로(MI)에 비해 교통축상 주방향 현시의 g/C가 상대적으로 작아 과포화시에 교통축내에서 정체근원지점으로 작용하여 인접교차로까지 정체를 파급시키는 현상이 자주 발생하고 있어, 도시부 신호제어의 문제점으로 나타나고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 한계점을 극복하기 위하여, 과포화시 일시적으로 중요교차로(CI)의 주기를 증가시켜, 중요교차로(CI) g/C 부족분의 보완 및 주기증가를 통한 손실시간 감소효과를 통해, 정체현상을 일시적으로 해소 시키는 비공통주기기반의 신호운영방법론을 개발하였다. 본 연구에서 개발한 비공통주기기반의 신호운영방법론의 주요 특징으로는 첫째, 무분별한 주기증가보다는 제어단위(SA)별로 기하, 교통, 신호조건 등의 상황을 모사한 모의실험을 통해서 주기증가로 인한 옵셋(Offset)의 영향을 최소화하는 최적의 주기증가범위를 선정하여 시스템에 적용하는 현장 맞춤형 신호운영 방법론이라는 점이다. 둘째, 최적주기증가율이라는 신호운영 DB구축자료를 기반으로 신호제어시스템에 적용함으로써, 기존의 신호운영자가 설정해야 하는 값들의 난해함으로 인한 운영의 어려움을 어느 정도 감소시킨 점이다. 본 연구에서는 비공통주기기반의 신호운영 방법론을 개발하기 위하여 모의실험을 통한 주기증가의 특성을 분석하였고, 모든 현장에 대하여 기하, 교통, 신호조건을 일반화하기 어렵기 때문에, 제어단위(SA)별로 현장특성을 반영할 수 있도록 현장 맞춤형 신호운영방법론을 제시하였다. 추가적으로 기존 신호제어시스템 적용을 위한 시스템적용방법론도 제시하였으며, 개발된 신호운영방법론의 평가를 위해 내부미터링기법(IMP)과의 비교 및 현장적용성 평가를 수행하였다. 모의실험은 국내 일반적인 도로 및 신호운영환경을 최대한 반영하여 각각의 조건별로 수행하였으며, TRANSYT-7F, CORSIM 을 통해 모의실험의 결과를 도출하였다. 모의실험을 통해 얻은 결과로, 주기증가 효과는 교통축 주방향 용량을 증대시키고, 인접교차로에 발생하는 앞막힘 현상(Spillback)의 발생을 억제시킴으로써 인접 비중요교차로(MI)의 교통축 교차도로의 용량개선에도 도움을 주는 것으로 나타났다. 또한, 주기증가는 중요교차로(CI)의 접근로 길이 즉, 링크길이(저장공간)의 영향 및 옵셋(Offset)의 영향에 따라 신호제어 효율의 변화가 있고, 중요교차로 접근로의 링크길이가 충분히 확보되지 않을 경우에는 오히려 신호제어 효율을 감소시킬 가능성이 존재함을 알 수 있었다. 본 연구에서 개발한 방법론의 효과 비교를 위해서 내부미터링기법(IMP)과 현장 적용성 평가를 수행하였는데, 본 연구의 비공통주기기반의 신호운영방식이 내부미터링기법(IMP)보다 통과교통량(Throughput)의 증가효과를 보였으며, 1번국도상의 교통축 신호운영과 비교해서 전체적으로 통과교통량(Throughput)이 6% 증가하였고, 지체도(Delay)는 17% 감소하는 개선효과를 나타내었다. 단, 내부미터링기법(IMP)과의 비교에서는 초기단계의 연구결과를 가지고 평가를 수행하였으므로, 특정상황에 한하여 개선 효과를 나타냈을 수 있어, 향후 다양한 조건에서 비교가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구로 기대되는 효과는 첫째, 기존 신호제어시스템 적용이 용이하다는 것이다. 기존 신호제어시스템(실시간 신호제어 시스템(COSMOS))의 대기행렬 검지기의 정보를 통해 제어 시작시점 및 종료시점 판단이 가능하므로, 추가적인 H/W설치가 필요 없으며 S/W적 보완만으로도 운영이 가능하다는 것이다. 둘째, 기존의 전통적인 공통주기기반의 신호제어방식에서 탈피하여, 비공통주기기반의 신호제어 방식으로 과포화시의 용량증대효과를 제시함으로서 향후, 과포화 시 적용할 수 있는 새로운 방식의 신호운영방법을 제안하였다는 것이다. 본 연구는 모든 과포화상황을 고려하여 적용 할 수는 없다. 그러나 교통축의 축방향(주방향)의 접근로 v/c 1.2이상의 과포화상황에서, 중요교차로(CI)와 인접한 비중요교차로(MI)의 g/C가 불균형을 이루며, 하류부의 링크길이가 충분할 경우에 대해서는 주기증가의 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
more초록/요약
An existing signal control strategies in oversaturated urban arterials have usually suggested the method that maintains same cycle length and maximizes the effect of coordination through traffic demand management & offset adjustment in upstream intersection. This study is to develop a traffic signal operation methodology based on cycle free signal timing in oversaturated urban arterials. The serious problem of traffic signal operation in urban arterials is that CI(Critical Intersection) mainly becomes to the origin of congestion and spreads congestion to the adjacent intersection because g/C(green time/Cycle) in CI is relatively smaller than g/C in MI(Minor Intersection). Therefore, this study is that overcomes the above mentioned problem. Traffic signal operation methodology was developed to decrease congestion temporarily through increasing cycle length in CI to supplement the shortage of g/C and decrease lost time. The main features of this study are as follow. First, it's a field-oriented signal operation methodology that is applied to the operation system. This methodology selects the optimal range of the increased cycle length that minimizes the effect of offset by the increased cycle length. It simulates a lot of conditions considering geometric, traffic and signal condition for SA(Sub-Area), compared with the unlimited increase of cycle length. Second, this methodology reduces the troublesome operation that operators should set the parameters. It is based on signal operation DB considering the increase rate of the optimal cycle length and it is applied to traffic signal operation system. This study analyzed the effect of the increased cycle length to develop signal operation methodology based on cycle free signal timing in oversaturated urban arterials using simulation. It suggested a field-oriented signal operation methodology to consider the field conditions in every SA, because it is really difficult to generalize geometric, traffic and signal condition in most of urban arterials. Moreover, this study accomplished comparison with IMP(Internal Metering Policy) & evaluated signal control on field condition, as well as developed an adjustment methodology to apply the existing signal control system(COSMOS : Cycle, Offset, Split MOdel of Seoul). Simulation was accomplished by each condition considering general road condition & signal condition using TRANSIT-7F & CORSIM. The results of simulation are as follow. First, the effect of the increased cycle length is to increase capacity in CI, decrease spillback from CI and aid the improvement of capacity in MI through increase of capacity in CI and decrease of spillback from CI. Second, the performance of signal control is influenced by link length(link storage) & offset(between CI and MI) in CI. If this link length of CI is not enough, it is possible that the efficiency of traffic signal is decreased. The results of comparison with IMP & evaluation of signal control on real condition are below. First, the throughout of this methodology is better than IMP's that. Second, this methodology increased 6% in throughout and decreased 17% in delay compared with signal control on real condition(national highway No.1 in Korea). On the other hand, this study shows that IMP was only efficient in specific condition because it evaluated the beginning result of IMP. From now on, it will be necessary to be compared under the several conditions. This study will be contributed to the following. First, it is convenient to apply the existing signal operation system(COSMOS). Because it is possible to estimate the start & end time through information of queue length detector. And also, it doesn't need to install hardware and it can control by supplement of software. Second, in view of increasing capacity by cycle free signal timing, this study suggested new paradigm of signal operation in oversaturated urban arterials. This methodology cannot be applied to all of oversaturated conditions. But it will be expected that it is effective that it increases capacity by increasing cycle length in oversaturated urban arterials if link length is not very short between CI and MI, g/C in CI is shorter than MI and v/c(volume/capacity) is more than 1.2.
more목차
제 1 장 서론 = 1
제 1 절 연구의 배경 및 목적 = 1
제 2 절 연구의 방법 및 범위 = 4
제 2 장 이론적 고찰 = 7
제 1 절 신호운영방법 = 7
제 2 절 과포화 신호제어전략 = 19
제 3 절 비공통주기기반의 신호제어 = 25
제 4 절 교통 시뮬레이션 모형 = 26
제 5 절 기존연구와의 차별성 = 33
제 6 절 문제제기 = 36
제 3 장 비공통주기기반의 신호운영방법론 개발 = 41
제 1 절 개발 방법론 = 41
제 2 절 모의실험 환경구성 및 방법 = 48
제 3 절 분석 시나리오 구성 및 방법 = 61
제 4 절 모의실험 결과 분석 = 68
제 5 절 신호운영 DB구축 방법론 = 76
제 6 절 시스템 적용 방법론 = 84
제 4 장 비교분석 및 평가 = 89
제 1 절 내부미터링기법(IMP)과 개선효과 비교 = 89
제 2 절 현장 적용성 평가 = 93
제 5 장 결론 및 향후연구 = 97
참고문헌 = 101
Abstract = 105
