감응식 신호제어를 이용한 도시고속도로 진출부 교차로 통합제어전략 개발
Development of an Integrated Urban Freeway Exit-Intersection Control Strategy using Actuated Traffic Control
초록/요약
도시고속도로의 확대와 더불어 일반 간선도로에 접속되는 도시고속도로 진출램프 또한 증가하고 있으며, 진출램프가 혼잡한 간선도로 상에 접속시 간선도로에서의 차량 혼입으로 인한 혼잡 가중 및 이로 인한 진출램프에서의 대기행렬이 역류하여 도시고속도로 본선에 혼잡의 영향이 미치는 현상이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 진출부에 신호를 통해 교통류를 제어하는 방식이 적용되었으며, 우리나라 실시간신호제어시스템(COSMOS)에서는 “고속도로 진출제어”방식에서 제시한 기하구조 형태 및 교통상황에 따른 형평옵셋(Equity offset)과 TOD(Time Of Day) 등의 방식을 이용하여 제어하고 있다. TOD 및 옵셋을 이용한 방식은 시시각각으로 변화하는 교통상황에 민감하게 대응하기 힘든 점을 가지고 있으며, 이러한 시간대별 제어방식에서 진출램프와 간선도로에서의 실시간 대기행렬 검지를 통해 다양한 교통상황 변화에 따른 최적 신호시간 운영이 가능한 감응식 신호제어전략의 개발이 본 연구의 핵심 목표이다. 본 연구에서는 고속도로 진출제어의 개념에서 고속도로 진출부 교차로 제어의 개념으로 접근하여 도시고속도로 진출차량을 포함한 간선도로에서의 교통상황(하류부 링크 포함)까지도 고려하여 간선도로가 포화된 경우, 진출램프가 포화된 경우, 간선도로와 진출램프 모두 포화된 경우로 나누어 각 교통상황별 제어전략의 효과를 분석하였으며, 제어전략의 효과에 영향을 미치는 기하조건을 반영하기 위하여 COSMOS에서 제시한 하류부 링크저장공간 200m를 기준으로 이상일 때와 이하일 때로 구분하여 전체 6가지 CASE에 대한 감응식 신호제어전략 적용 전?후의 효과를 평가하였다. 그 결과 차량당 평균지체 측면에서 감응식 신호제어 전략에 대하여 모든 CASE에서 개선효과가 발생한 것으로 분석되었다. 특히 링크저장공간이 200m 이상으로 인접 중요교차로(C.I)와의 거리가 긴 경우의 제어전략 적용 효과가 200m 이하인 경우보다 개선효과가 큰 것으로 분석되었고, 이 를 토대로 실시간 대기행렬 검지에 따른 감응식 신호제어는 진출램프 교차로에서의 통과차량이 대기할 수 있는 공간이 상대적으로 충분한 교차로에 적용할 경우 더욱 바람직한 효과가 나타날 것으로 예상된다. 이러한 결과를 토대로 실제 현장에서의 적용성을 평가하기 위하여 본 연구의 목적 에 맞는 교통상황 및 기하조건을 가진 양재IC 진출램프 교차로를 선정하여 감응식 신호제어의 효과를 평가해 본 결과 네트워크 전체적으로 7.5%의 차량당 평균지체가 감소하고, 3.1%의 차량당 평균속도가 증가한 것으로 나타나 현장에서의 적용시에도 개선효과를 낼 수 있을 것으로 사려된다. 단, 본 연구의 범위는 CI와 MI의 신호시간 및 주기를 고정한 상태에서의 진출램프 교차로에 대한 감응식 신호제어의 효과 평가이나, 이는 진출램프 교차로에서 통과효 율이 높아진다 하여도, CI에서의 통과효율이 개선되지 않으면 그 효과는 한정적일 수 밖에 없으며, 향후 연구시 간선도로와 진출램프에서의 교통상황을 반영하여 진출 램프 교차로를 포함한 인접 CI에서의 신호시간 및 주기를 제어할 수 있는 방안에 대 한 연구가 있어야 것으로 판단된다.
more초록/요약
This paper aims to develop an integrated urban freeway exit-intersection actuated traffic signal control strategy based on which a real-time detection of queue at each of an exit-ramp and an arterial. Currently, urban freeway exit-intersection merging areas are controlled by a TOD and offset mode built in 'COSMOS' a real-time traffic adaptive signal system for Seoul. by using TOD and Offset. This control by using TOD and Offset is difficult to sensitively respond to ever-changing traffic situations, and this paper aims to research into shifting from such a TOD based control to a queue based real-time control. Shifting from a concept of traffic control for exit-ramp to a concept of traffic control for exit-intersection, this paper considered traffic situations on both arterial(including upstream and downstream link) and an exit-ramp, and proposed an effective traffic signal control strategy. To evaluate effects of the proposed actuated traffic signal control according to various traffic situations and geometric conditions, this paper analyzed the effects of the proposed traffic signal control strategy according to traffic situations such as the occasion of the arterial being saturated, the occasion of the exit-ramp being saturated, and the occasion of both the arterial and the exit-ramp being saturated. To reflect geometric conditions that influence the effects of the control strategy, this paper evaluated effects before and after applying the actuated traffic signal control strategy according to six cases for both above and under the downstream link length of 200m as proposed by COSMOS. The study results shown below indicate that in all assumed cases, the average vehicle delays were improved. When the link length above 200m, offered a greater effect of applying the actuated traffic control strategy than below 200m. Thus, the actuated traffic signal control through a real-time detection of queue is expected to offer a greater effect at longer downward link, and this strategy will enhance the effect when applied to exit-intersection with these geometric conditions. Also, with the less impact of queue from downstream link, the proposed actuated traffic signal control was applied to networks with a downstream link length of above 200m which made the evaluation at exit-intersection more appropriate; the effect was found to be the largest in the case of the exit-ramp being saturated, followed by in the case of both the arterial and the exit-ramp being saturated. Thus, the proposed actuated traffic signal control strategy offered a greater effect for the occasion of the exit-ramp being saturated than for the occasion of the arterial being saturated, requiring this consideration to be reflected in applying the strategy to actual situations. Based on these findings, the proposed actuated traffic signal control strategy was applied to the Yang-jae Interchange exit-intersection which offers traffic situations and geometric conditions suitable for this research purpose, and its effects were evaluated. In the whole network, an average vehicle delay was decreased by 7.5%, and an average vehicle speed was increased by 3.1%, suggesting that the strategy could produce an improvement effect if it is applied to actual situations.
more목차
제1장 서론 = 1
제1절 연구의 배경 및 목적 = 1
제2절 연구의 방법 및 수행절차 = 4
1. 연구 방법 = 4
2. 연구 수행 절차 = 5
제2장 이론적 고찰 = 6
제1절 우리나라 실시간 신호제어시스템 검토 = 6
1. 진출램프 제어기법 = 6
2. 기타 관련 제어 방법 = 12
제2절 국내·외 도시고속도로 진출램프제어 관련 연구 고찰 = 14
1. 국내 연구 사례 = 14
2. 국외 연구 사례 = 21
제3절 시사점 = 26
제3장 도시고속도로 진출램프 제어전략 개발 = 28
제1절 국내 도시고속도로 현황 = 28
제2절 진출램프 제어 전략 개발 = 31
1. 제어 기본개념 구상 = 31
2. 검지기 설치지점 및 제어변수 선정 = 34
3. 세부 제어전략 수립 = 35
제4장 제어전략 효과분석 = 38
제1절 시뮬레이션 모형 선정 = 38
1. 신호시간 최적화 모형 = 39
2. 미시적 시뮬레이션 모형 = 40
3. 최적화 모형 선정 = 43
제2절 평가 방법론 = 44
1. 도시고속도로 진출부 기하구조 특성 및 운영현황 = 44
2. 분석 시나리오 = 45
3. 도시고속도로 진출부 교차로 신호제어 알고리즘 = 53
4. 분석구간 = 55
5. 시뮬레이션 분석시간 설정 = 55
6. 시뮬레이션을 위한 효과척도(MOE) 선정 = 56
제3절 분석결과 = 57
1. 네트워크 분석결과 = 57
2. CASE별 분석결과 = 58
제5장 현장 적용성 평가 = 67
제1절 개요 = 67
제2절 평가 대상지점 선정 = 67
제3절 현황 입력자료 구성 = 69
1. 대상지역 기하구조 현황 = 69
2. 대상지역 교통현황 = 70
3. 대상지역 신호운영 현황 = 71
제4절 평가 결과 = 72
1. 전체 네트워크 평가 = 72
2. 링크별 평가결과 = 73
제6장 결론 및 향후 연구과제 = 74
제1절 결론 = 74
제2절 향후 연구과제 = 77
참고문헌 = 78
Abstract = 81
