서론
선행연구
1. 어린이 통학버스 관련 연구 동향
2. 디지털운행기록(Digital Tacho Graph, DTG) 관련 연구
3. 기존 연구와의 차별성
방법론
1. 연구의 흐름
데이터
1. 데이터의 수집
2. 데이터 전처리
어린이 통학버스 운행행태
1. 기초분석
2. 어린이 통학버스 주행특성
어린이 통학버스 운행평가 지표 개발
1. 운행 안정성
2. 운행 모니터링
분석 결과
1. 수원시 사례분석
2. 활용방안 및 정책제언
결론
서론
어린이 통학버스는 유치원과 어린이집 등 유아 교육기관에서 어린이들의 등 ‧ 하원을 위해 운행하는 이동수단이다(Yoon, 2013). 최근에는 유아 교육기관뿐만 아니라 학원, 체육시설 등에서도 어린이와 학부모의 편의를 위해 어린이 통학버스를 운영하면서 차량 신고를 하지 않고 불법적으로 운영하는 차량이 증가하였다(Song et al., 2012). 불법적으로 운영되는 차량의 경우 필수로 장착해야 하는 안전장치가 미장착되어있으며, 운전자 교육 이수도 받지 않는 등 안전의무를 제대로 지키지 않아 안전사고를 유발한다. 안전사고 예방을 위해 정부는 도로교통법 및 교통안전법과 같은 법 ‧ 제도상에서 규제를 지속적으로 강화하고 있으나 안전관리 미흡으로 인해 어린이 통학버스의 사고는 끊이지 않고 있다. 어린이 통학버스의 교통사고 치사율은 4.3%로 전체 교통사고 치사율의 1.8배 수준이며1), 어린이 통학버스 사고 발생 시 어린이는 성인보다 치명적인 부상을 입을 수 있어 일반 차량보다 엄격한 안전관리가 필요하다(Li et al., 2014; Donoughe and Katz, 2015). 어린이 통학버스에서 발생하는 인명사고는 주로 차량이 급정거하는 등의 위험 운전으로 인해 발생하는 사고, 어린이 승 ‧ 하차 시 차량 끼임 사고 및 하차 후 사각지대로 발생하는 사고, 차내 갇힘 사고 등이다. 이와 같은 어린이 통학버스의 안전사고는 어린이 통학버스의 운행상태에 따라 차량 주행 시, 차량 정차 시, 차량 내부의 세 가지로 분류할 수 있다. 어린이 통학버스의 안전관리를 위해서는 전술한 세 가지 운행상태에 집중할 필요가 있다. 도로교통공단 교통사고분석시스템(TAAS)에 의하면 2020년 전체 어린이 통학버스 사고 509건 중 운전자의 안전하지 못한 주행행태인 운전자 안전의무 불이행 218건(54.8%), 신호위반 54건(10.0%), 안전거리미확보 46건(9.04%) 등에 의해 발생하는 사고가 대부분인 것으로 나타났다.2) 따라서 본 연구에서는 어린이 통학버스 안전관리 시스템을 갖추기 위한 첫 번째 단계로써 어린이 통학버스가 주행 중에 발생할 수 있는 안전문제를 효율적으로 관리, 해결하기 위한 운행평가 지표를 정의하고자 한다.
2020년 6월 개정된 교통안전법에 따라 한국교통안전공단은 어린이 통학버스의 운행기록을 수집하고 있으나 어린이 통학버스의 운행을 모니터링하기 위한 안전기준이 마련되어 있지 않아 어린이 통학버스의 운행 관리 ‧ 감독 및 교통안전 기반의 운영이 어려운 실정이다. 어린이 통학버스의 운행행태는 일반 사업용 차량과는 다를 것이며, 어린이가 탑승하는 수단이기에 안전기준 또한 사업용 차량보다 엄격해야 한다. 따라서 어린이 통학버스의 운행 모니터링을 위한 운행평가 지표를 정의하기 위해서는 어린이 통학버스만의 운행행태 파악이 우선되어야 한다. 기존 어린이 통학버스의 운행행태를 파악하고자 한 국내 연구들은 설문조사를 기반으로 운전자 태도 및 운행 실태를 파악하고자 한 연구가 대부분이었다(Yoon, 2013; Jeon and Yun, 2014). 이와 같은 조사기반의 운행행태 파악은 차량의 실제 운행행태를 반영하지 못하므로 운행평가 기준 마련에 한계가 존재한다. 사업용 차량의 경우 운행기록장치(Digital Tacho Graph, DTG)를 통해 기록되는 실제 운행기록을 기반으로 운행행태 파악 및 위험운전행동에 대한 기준을 정립하고자 한 연구들이 다수 진행되었다(Kim et al., 2016, 2018; Cho et al., 2017; Lee and Yeo, 2018; Park et al., 2020). 따라서 본 연구는 이전까지 진행되지 못했던 어린이 통학버스의 운행행태를 고려한 운행평가 기준을 정립하는 것을 목표로 한다.
본 연구는 다음과 같이 진행된다. 먼저 어린이 통학버스에 장착된 운행기록장치(Digital Tacho Graph, DTG)를 통해 기록되는 데이터를 활용하여 어린이 통학버스의 운행행태를 파악하고자 한다. 그 후 어린이 통학버스의 운행행태를 고려하여 어린이 통학버스 운행평가 지표를 제시하고자 한다. 최종적으로 본 연구에서 제시한 운행평가 지표를 반영하여 교통안전 기반 어린이 통학버스 운영전략을 제시하고자 한다. 본 연구의 결과는 현재 수집되는 어린이 통학버스의 DTG 데이터를 활용한 운행 안전 평가지표를 제시함으로써 실제 정책에 바로 적용 가능하며, 어린이 통학버스 안전기준 마련에 도움이 될 것으로 판단된다.
선행연구
본 절에서는 어린이 통학버스의 안전 및 운영과 관련된 연구 동향을 먼저 살펴보고자 한다. 다음으로는 어린이 통학버스 외에 다른 차량의 운행에 대한 평가 기준을 마련한 이전의 연구들을 고찰하여 시사점을 도출하였다.
1. 어린이 통학버스 관련 연구 동향
어린이 통학버스 안전과 관련한 연구는 크게 운행행태, 안전정책, 차량 내부 안전 시스템 설계 등 세 가지로 분류할 수 있다. 운행행태 파악 연구들은 대부분 설문조사를 통해 운전자의 운행행태를 분석하거나 운행에 영향을 미치는 요인을 파악하였다. Yoon(2013)은 어린이 통학버스의 안전 실태를 파악하고자 운전자의 운전 습관, 법률 위반과 관련한 설문조사를 실시하였으며, 많은 차량에서 안전기준의 준수가 이루어지고 있지 않으므로 정기적인 통학버스 모니터링을 통한 안전관리가 필요함을 주장하였다. 어린이 통학버스의 특성상 원장 혹은 운전기사 등 운전자가 여러 명인 경우가 존재하여 운전자 기준의 안전관리를 진행하는 데 한계가 있다. Jeon and Yun(2014)은 어린이 통학버스 운전자 유형에 따라 안전의식에 미치는 영향 요인을 파악하였으며, 운전자 유형에 따라 안전의식에 미치는 영향 요인이 상이함을 확인하였다. 추가로 안전의식에 영향을 미치는 요인 중 운행지역이 안전의식에 영향을 미치는 것을 확인하였다. 이에 따라 정부 차원에서 통학버스의 이동 경로와 차랑 속도 등의 데이터를 수집 ‧ 분석하여 운전자에게 운행지역에 대한 교통정보를 제공할 필요성을 도출하였다. Sung et al.(2015)은 어린이집 통학차량 운행과 관련한 교사의 인식을 살펴보고자 설문조사를 실시하였으며 운행과 관련하여 교사는 부정확한 안전지식을 가지고 있어 통일된 안전지식 지침 마련과 강화된 안전교육의 필요성을 강조하였다. Zohar and Lee(2016)는 설문조사를 통해 어린이 통학버스 운전에 방해가 되는 요인을 파악하고자 하였으며, 차량 내 어린이의 방해 행동이 운전자의 주의 산만한 운전에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
국내에서는 어린이 통학버스 관련 안전정책 및 법령 검토를 통해 시사점을 도출하고자 한 연구들이 있다(Song et al., 2012; Choi and Choi, 2016, 2017; Kim, 2018; Kang, 2019). Song et al.(2012)과 Kang(2019)은 현행 어린이 통학버스 안전정책의 문제점을 진단하며 어린이 통학버스의 안전정책 개선, 강화와 운전자 자격증제 도입의 필요성을 제시하였다. Choi and Choi(2016)와 Kim(2018)은 통학버스의 안전관리 정책 도입을 위해 국외 어린이 통학버스의 안전관리 정책 사례를 고찰하고 개선방안을 도출하였다. Yang et al.(2009)과 Donoughe and Katz(2015)는 어린이 통학버스 사고를 분석하여 사고에 영향을 미치는 주요요인을 찾고자 하였으며 이를 통해 안전관리 개선책을 도출하였다. 최근에는 어린이 통학버스의 사고 예방 및 안전관리를 위해 차량 내부 안전 시스템을 설계한 연구들이 진행되었다. Kim(2016)은 블루투스 통신 단말기와 스마트폰 내 GPS 데이터를 통해 실시간으로 차량 내 어린이 탑승 여부와 차량 위치 확인이 가능한 시스템을 구축하였다. Kim et al.(2020)은 차량 내 급정지 등의 위험한 운전행태로 인한 어린이 부상 방지를 위해 안전벨트 관리가 가능한 시스템과 차량 내 갇힘 사고 예방을 위한 슬리핑 차일드 체크가 가능한 내부 시스템을 고안하였다. Mun(2020)은 딥러닝 기반의 얼굴인식기술을 활용하여 어린이 승하차 누락 방지를 위한 안전 시스템을 제안하였다. 차량 내부 안전 시스템의 경우 차내 갇힘 사고 방지 및 학부모에게 안전정보를 제공하는 것을 목표로 기술적인 시스템을 고안하는 연구가 대부분으로 안전운행과 관련된 시스템은 구축되지 못했다.
2. 디지털운행기록(Digital Tacho Graph, DTG) 관련 연구
최근 사업용 차량의 DTG 데이터가 수집되면서 사업용 차량의 운행기록을 기반으로 운전자의 운전행동을 분석하고자 한 연구가 다수 진행되었다. Kim et al.(2016)은 서울, 부산, 인천, 경기, 전라남도 여수에 위치한 버스 운전자 61명에 대한 DTG 데이터를 통해 안전교육이 운전행태에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 그 결과 안전교육 수강 후 가속 운전행동이 감소하는 것으로 나타나 안전교육이 효과가 있음을 증명하였다. Cho et al.(2017)은 3개월간 수집된 화물차의 위험운전행동 건수와 사고 건수의 음이항 회귀모형을 통해 고속도로 졸음운전 위험구간을 산정하고자 하였다. 이를 통해 화물차의 비율과 평균 과속비율(20km/h 초과)은 졸음운전 사고에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. Kim et al.(2018)은 고속버스 5대의 한 달간의 DTG 데이터에 Korea Transportation Safety Authority(2013)에서 제시한 위험운전행동 기준을 적용하여 고속버스의 위험운전을 분석하고 위험운전 유형별, 시간대별 통계 분석을 실시하였다. Lee and Yeo(2018)는 서울시 택시 8대의 10일간의 DTG 데이터를 활용하여 Lee and Yeo(2018)에서 제시한 운전행동도출 기법을 활용한 클러스터링 분석을 통해 운전 행동을 도출하였다. 도출된 운전 행동을 통해 우천 상황의 사고특성 및 주요 영향요인을 파악하고자 하였으며, 그 결과 우천 시 운전 행동들이 사고와의 상관관계가 높으며, 급제동과 급출발이 주요 요인임을 알아내었다. Park et al.(2020)은 일주일간의 세종시 버스 DTG 데이터를 활용하여 위험운전행동을 분석하였으며, 버스유형별 위험운전행동이 빈번하게 발생하는 지역을 파악하였다. 또한, 위험운전행동 빈도가 높은 지역과 실제 시내버스 위험운전행동 관련 민원 발생 지역을 비교하여 두 지역이 일치함을 확인하였다.
3. 기존 연구와의 차별성
기존 어린이 통학버스의 선행연구 고찰을 통해 현재 어린이 통학버스의 운행행태 관련 연구는 설문조사를 기반으로 운전자 운전 습관, 법률 위반 등의 대략적인 운행행태 파악만이 진행되었음을 확인하였다. 이와 같은 설문조사 기반의 운행행태 파악은 구체적인 운전자의 운전 습관과 운행 중 발생하는 문제점을 파악하기 어려워 실질적인 안전관리 대책 마련에 한계가 존재한다. 안전정책과 관련한 기존 연구에서는 어린이 통학버스의 관련 법률과 안전정책 검토 및 시사점 도출을 통해 정책 및 법률 개선의 필요성과 지속적인 모니터링의 필요성이 제시되었으나 실질적인 안전관리 방안 및 모니터링 방안은 부재한 것을 확인하였다. 다음으로 디지털운행기록을 활용하여 운전행동을 분석하고자 한 기존 연구의 경우 사업용 차량에 한해서 주행특성을 분석하거나 위험운전행동을 분석한 연구가 대부분이었다. 본 연구에서는 어린이 통학버스의 DTG 데이터를 활용하여 이전까지 파악하지 못했던 실제 주행궤적 기반의 어린이 통학버스 운행행태 및 주행특성을 파악하고자 한다. 이를 통해 기존 사업용 차량을 기준으로 정의된 위험운전행동이 아닌 어린이 통학버스의 주행특성을 고려한 새로운 운행평가 지표를 정의하고자 한다. 본 연구는 정의한 운행평가 지표를 반영하여 실제 어린이 통학버스 운영에 바로 적용가능한 어린이 통학버스 운행 모니터링 시스템 및 안전관리 방안을 제안하고자 하는 데 의의가 있다.
방법론
어린이 통학버스는 운행상태에 따라 차량 주행 중에 발생할 수 있는 안전문제, 차량 정차 중에 발생할 수 있는 안전문제, 차량 내부에서 발생할 수 있는 안전문제로 크게 세 가지로 분류된다. 어린이 통학버스의 운행상태에 따라 차량 주행, 차량 정차, 차량 내부 각각에서 발생할 수 있는 안전문제 중 본 연구에서는 차량 주행 중에 발생할 수 있는 안전문제 해결을 위한 어린이 통학버스 안전관리 지표를 마련하고자 한다. Figure 1은 어린이 통학버스 주행 중인 상황을 나타낸 시공도이다. 어린이 통학버스가 주행 중인 상황에서 발생할 수 있는 안전문제는 운전자의 운전 습관 및 운전 성향으로 인해 안전하지 못한 주행을 하는 것과 도로의 인프라, 다른 수단 및 차량의 영향 등으로 인해 예기치 못한 사건으로 안전하지 못한 주행 경로로 주행하는 것이다. 또한, 어린이 통학버스는 다른 수단에는 안전한 상황이더라도 어린이가 탑승했을 경우 차내 어린이에게는 위험하거나 멀미를 유발하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 어린이 통학버스가 주행 중인 상태에서 발생할 수 있는 안전문제를 다루기 위해서 차량의 운행행태, 운행링크, 차량 내 어린이 탑승 여부의 세 가지를 중점으로 보고자 한다.
• 운행행태: 어린이 통학버스가 주행 중인 상황에서 안전한 주행행태로 운전하였는가?
• 운행링크: 어린이 통학버스가 주행 중인 상황에서 안전한 경로로 주행하는가?
• 어린이 탑승 여부: 어린이 통학버스가 주행 중인 상황에서 차내 어린이가 탑승하고 있는가?
1. 연구의 흐름
본 연구에서는 어린이 통학버스의 운행을 평가할 안전기준을 수립하고 어린이 통학버스 운영전략을 제시하기 위해 Figure 2에 소개된 연구 흐름을 따랐다. 우선 어린이 통학버스의 운행을 평가하기 위해 관련 데이터를 수집한다. 본 연구에서 활용된 데이터는 어린이 통학버스의 DTG 데이터, 어린이 승 ‧ 하차 정보, ITS 표준노드링크 데이터로 각 데이터에 대한 설명은 다음 절에서 자세히 다룬다. 다음으로 수집한 데이터의 오류 및 결측치를 제외하고 각 데이터를 통합하는 과정을 거친다. 정제 및 통합 완료된 데이터를 통해 연구에 필요한 정보를 생성하여 가치화하는 두 가지의 과정을 거친다. 가치화 과정 중 첫 번째는 어린이의 통학버스의 DTG 데이터와 어린이 승하차 정보를 매칭하여 어린이 통학버스의 어린이 탑승 여부에 대한 정보를 생성하고, 두 번째로 DTG 데이터와 ITS 표준노드링크 데이터를 매칭하여 어린이 통학버스가 운행한 링크에 대한 정보를 생성한다. 최종적으로 전처리 완료된 데이터를 본 연구에서 활용하였다. 데이터에 대한 수집과 전처리가 끝나면 어린이 통학버스 운전 행동을 분석하고, 이를 통해 교통안전 측면에서 어린이 통학버스의 운전 행동을 평가하는 지표를 정의한다. 정의된 지표를 기반으로 실제 어린이 통학버스의 운행을 평가하기 위해 차량에 대한 운행평가와 운행링크에 대한 평가로 구분하여 진행한다. 마지막으로 본 연구에서 활용된 수원시 어린이 통학버스 운행기록을 기반으로 차량의 운행에 대한 순위를 매기고, 수원시 어린이 통학버스 운행링크의 LOS(Level of Services)를 매겨 운행 모니터링을 실시하고자 한다.
데이터
본 절에서는 활용된 데이터들을 소개하고, 각 데이터를 전처리 및 통합하여 최종적으로 본 연구에서 활용한 데이터를 생성하는 과정을 설명한다. 본 연구에서는 어린이 통학버스에 장착된 운행기록장치를 통해 수집되는 DTG 데이터, 차량별 어린이 승하차 정보, 그리고 ITS 표준 노드링크데이터로 총 세 가지의 데이터를 활용하였다. 현재 한국교통안전공단은 어린이 통학버스의 효율적 안전관리 및 실시간 안심 서비스를 제공하기 위해 어린이 통학버스의 DTG 운행기록과 어린이 승 ‧ 하차 정보를 수집하고 있다. 본 연구는 어린이 통학버스의 운행특성 파악 및 운행 안전평가지표를 정의하기 위해 한국교통안전공단으로부터 어린이 통학버스의 DTG 데이터와 차량별 어린이 승 ‧ 하차 정보를 수집하여 진행되었다.
1. 데이터의 수집
어린이 통학버스 DTG 데이터는 어린이 통학버스 차량에 장착된 디저털운행기록장치(Digital Tacho Graph, DTG)를 통해 수집되는 어린이 통학버스 운행기록이다. 본 연구에서는 2020년 12월 한 달간 수원시에서 운행된 어린이 통학버스 9대의 운행기록을 활용하였다. 해당 데이터에는 운행 일자 및 시간, 위도, 경도, 차량 속도, GIS 방위각, 가속도 X, 가속도 Y, 운행 거리 등의 1초 단위의 자동차 운행이 기록되어 있다. 해당 데이터는 DTG 장치를 통해 수집되어 어린이 통학버스의 운영기관(어린이집, 초등학교 등)이나 운전자 정보 및 차량의 정보에 대해서는 기록되지 않아 해당 정보는 얻을 수 없었다. Table 1은 어린이 통학버스 DTG 데이터의 구조이다.
Table 1.
DTG data structure
어린이가 차량에 미처 다 내리지 못한 채 차내에 갇히게 되는 안전사고를 예방하기 위한 목적으로 어린이 통학버스에 어린이 승 ‧ 하차 여부를 확인하는 통신 단말기(Beacon)를 장착하는 것이 법적으로 의무화되었다. 본 연구에서는 어린이 통학버스의 DTG 데이터 외에도 이와 같은 통신 단말기를 통해 수집되는 어린이 승 ‧ 하차 정보를 활용하였다. 공단으로부터 총 12대의 차량에 대한 데이터를 취득하였으며, 그중 본 연구에서 활용된 DTG 데이터의 연구 범위에 맞춰 2020년 12월에 운행된 어린이 통학버스 차량 9대에 대한 각 차량별 어린이 승 ‧ 하차 정보를 활용하였다. 본 연구에서 활용된 승하차 정보는 해당 통신 단말기를 통해 어린이가 차량에 탑승하고 하차할 때마다 기록되어 수집된 데이터로 단말기 ID, 승 ‧ 하차 정보, 기록일시를 포함한다(Table 2 참조).
Table 2.
Example of children boarding and alighting data
마지막으로 본 연구에서는 어린이 통학버스의 운행링크에 대한 분석을 위해 국가교통정보센터에서 제공하는 전국표준노드링크를 활용하였다. 해당 데이터는 교차로 및 도로 유형, 제한속도, 도로 시설물 등 각 교차로와 링크에 대한 정보를 포함하고 있다.
2. 데이터 전처리
본 연구에서는 앞서 수집된 데이터들을 정제하고 가치화하는 과정을 거친 후 분석에 활용하였다. 데이터 가치화 과정은 어린이 재차 정보를 생성하는 것과 운행링크에 대한 정보를 생성하는 것으로 진행되었다. 먼저 어린이 통학버스의 어린이 탑승 여부를 구분하기 위해 DTG 데이터와 어린이 승하차 정보를 통합하였다. DTG 데이터의 차량 번호와 운행일시를 기준으로 어린이 승하차 정보를 매칭하여 어린이가 승차한 시간부터 하차한 시간까지 어린이가 탑승한 것으로 DTG 데이터에 어린이 재차 정보를 생성하였다(Figure 3 참조).
다음으로 어린이 통학버스가 운행한 링크에 대한 정보를 생성하기 위해 어린이 탑승정보를 포함한 DTG 데이터를 ITS 표준노드링크 데이터와 GIS상에서 통합하여 공간정보를 생성하였다. ITS 표준노드링크 데이터는 포인트와 라인으로 이루어져 DTG 데이터와 통합하기 위해 각 링크별로 버퍼를 설정하여 어린이 통학버스의 운행링크를 추출하였다. 추출된 링크를 Node를 기준으로 연속된 링크를 구간으로 나누었으며, 이를 통해 추출된 구간화된 어린이 통학버스 운행링크를 추출하였다. 해당 데이터를 지도상에 나타낸 그림은 Figure 4와 같다.
어린이 통학버스 운행행태
1. 기초분석
본 연구에서 활용된 데이터는 수원시에서 2020년 12월 한 달간 운행된 어린이 통학버스 차량 9대에 대한 운행기록으로 495 통행에 총 1,744,518건으로 집계되었다. 자료의 기초통계분석 결과는 Table 3과 같다. 차량당 하루 평균 통행은 2.7건으로 나타났으며, 하루 평균 82.1km를 운행하는 것으로 나타났다. 정지상태인 속도 0km/h를 제외한 평균 속도는 29.87km/h이며, 최대 속도는 118km/h로 나타났다. 가감속도의 경우 속도변화가 없는 0(km/h)/s를 제외하고 가속도 평균 2.18(km/h)/s이며, 최대 가속도는 22(km/h)/s로 나타났으며, 감속도는 평균 -2.15km/h/s, 최소 감속도는 -18(km/h)/s로 나타났다. 차량당 어린이 승 ‧ 하차 빈도를 살펴본 결과 어린이가 승차하고 하차까지 이뤄진 것을 한 건으로 보았을 때 평균 5.38건의 어린이 승 ‧ 하차가 이뤄지며, 최대 승 ‧ 하차 건은 15건까지 이뤄진 것을 알 수 있었다.
Table 3.
Descriptive statistics on DTG data for school bus
다음으로 어린이 통학버스 차량별 운행 요일별, 시간대별 기초분석을 수행하였으며 그 결과는 Figure 5와 같다. 차량 운행이 가장 많은 요일은 목요일이 103 통행으로 20.8%이며, 가장 적게 운행한 요일은 일요일로 9 통행(1.82%)이다. 그중 어린이가 차량에 탑승한 경우는 월요일이 27 통행으로 가장 많았으며, 주말에는 어린이가 탑승한 채 운행한 경우는 없는 것으로 나타났다. 이는 어린이 통학버스의 특성상 학교와 유치원을 통학하는 어린이가 이용하는 수단으로 학교와 유치원의 경우 평일에만 운영을 하여 주말에 어린이가 탑승한 어린이 통학버스가 없는 것으로 나타났다. 다음은 어린이 통학버스 운행 시간대를 살펴보았다. 어린이가 탑승한 경우 오전에는 8시(12.78%)에 통행이 가장 많았으며, 오후에는 14시(19.44%)에 통행이 가장 많았다. 어린이가 탑승하지 않은 경우 오전에는 7시(13.82%), 오후에는 특정 시간대에 통행이 많이 나타나지 않았다. 이는 오전에 어린이의 통학을 위해 어린이를 탑승하지 않은 채 운행을 먼저 시작하여 어린이가 탑승한 경우보다 오전 첨두시간대가 1시간 이른 것을 알 수 있으며, 오후에는 유치원과 학교의 하교 시간대가 달라 특정 첨두시간대가 없는 것을 알 수 있다.
2. 어린이 통학버스 주행특성
어린이 통학버스의 특성을 이해하기 위해 본 연구에서는 기존 정의된 상용차에 대한 위험운전행동 기준을 적용해보고, 어린이 통학버스의 속도-가감속도 패턴을 살펴보는 것을 통해 이전까지 파악하지 못했던 어린이 통학버스만의 운행특성을 분석하고자 한다.
먼저 한국교통안전공단에서 정의한 위험운전행동의 버스에 대한 기준을 기반으로 어린이 통학버스의 위험운전행동을 추출하였다. 공단에서는 화물차, 버스, 택시와 같은 사업용 차량에 대해 과속, 장기과속, 급가속, 급출발, 급감속, 급정지, 급좌 ‧ 우회전, 급유턴, 급앞지르기, 급진로변경으로 총 11가지의 위험운전행동을 정의하고 있다. 현재 어린이 통학버스의 위험운전행동 기준은 따로 정립되어 있지 않으며, 공단 내 운행분석시스템상에서 버스에 대한 기준을 적용하여 어린이 통학버스의 위험운전 통계데이터를 구축하고 있다. 그러나 이는 어린이 통학버스 차량에 대한 특성을 고려하지 않았으며, 어린이 통학버스의 운행행태를 고려하지 못했다. 본 연구에서는 어린이 통학버스의 안전 평가 기준을 정립하기 이전 기존 정의된 버스에 대한 위험운전행동을 기준으로 어린이 통학버스의 위험운전행동을 추출하여 해당 기준이 적합한 지에 대해 알아보고자 한다. 위험운 전행동 기준의 정의는 교통안전공단이 제공하는 운행기록분석시스템(eTAS) 홈페이지(http://www.kotsa.or.kr)에 자세히 기술되어 있다. 위험운전행동 기준은 어린이 통학버스 9대의 총 1년간의 위험운전행동을 추출하였으며, 각 위험운전행동별 하루치 평균을 산정하여 Table 4로 나타내었다.
Table 4.
Frequency of hazardous driving behaviors per day
각 차량별로 위험운전행동을 분석한 결과 과속, 급가속, 급감속, 급좌 ‧ 우회전, 급앞지르기, 급진로변경에 대한 7개의 위험운전행동은 추출이 되었으나, 1년간의 운행기록임에도 장기과속, 급정지, 급출발, 급유턴은 추출이 되지 않았다. 추출된 7개의 위험운전행동에 대해서도 급가속을 제외한 6개의 항목에서 그 빈도가 하루 10건 내외에 불과한 것으로 나타났다.
다음으로 어린이 통학버스의 주행특성을 살펴보고자 1년간의 운행기록을 기반으로 속도-가감속도 패턴을 살펴보고자 하였다. Figure 6은 어린이 탑승 여부에 따른 속도-가감속도 히트맵(Heat map) 분석 결과이다. 어린이가 탑승하지 않은 경우 속도가 높은 구간인 80km/h 이상에서도 밀도가 높게 나타났으며, 가감속도는 가속도 -6~6(km/h/s)구간에서 밀도가 높게 나타났다. 반면 어린이가 탑승하고 있는 경우의 속도를 살펴보면 수원시 내 대부분의 링크에서 제한속도가 60km/h로 과속 기준인 80km/h를 거의 초과하지 않으며, 속도를 100km/h를 넘기는 주행의 경우 수원시에 위치한 영동고속도로, 용인서울고속도로, 과천의왕고속도로 내에서의 통행인 것으로 나타났다. 또한, 가감속도를 살펴보았을 때 가속도 -4~4(km/h/s)구간에서 밀도가 높게 나타났다. 위험운전행동 기준 중 가장 민감한 기준인 화물차의 경우 급가속과 급감속의 임계값이 각각 가속 5km/h/s, 감속 -8km/h/s로 어린이 통학버스의 속도 변화가 크지 않음을 알 수 있다. 또한, 어린이 탑승 여부에 따라 속도-가감속도의 행태가 다른 것을 알 수 있다.
어린이 통학버스 운행평가 지표 개발
1. 운행 안정성
앞서 실제 운행기록을 기반으로 위험운전행동을 분석한 결과 기존 정의된 위험운전행동의 지표를 통해 어린이 통학버스의 안전도를 평가하기엔 그 빈도가 매우 적으며, 빈도가 0건인 항목도 존재하여 한계가 존재했다. 속도-가감속도 패턴을 통해서는 어린이 통학버스의 주행속도와 속도 변화가 크지 않으며, 어린이가 탑승하고 있을 경우 속도와 가감속도가 그렇지 않은 경우보다 더 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 어린이 통학버스의 특성상 어린이가 이용하는 수단이기에 운전자가 상용차보다 더욱 안전에 유의하며 운행한다는 것을 시사한다. 어린이 통학버스의 운행을 평가하기 위해 ‘얼마나 위험하게 주행했는가’가 아닌 ‘얼마나 안정하게 주행했는가’에 초점을 맞추어 기존 위험운전행동보다 더욱 민감한 지표가 필요하다. 즉, Figure 7의 운행 안정성 개념도와 같이 어린이 통학버스가 주행할 때 제한속도를 넘기지 않으며, 속도 변화가 크지 않아 가감속도가 일정 수준 이상 넘기지 않고 주행하는 상태를 말한다. 연구에서는 운행 안정성을 통해 어린이 통학버스의 운행을 모니터링하고자 한다. Table 5는 주행상태에 따른 위험한 주행과 불안정한 주행을 비교한 표이다. 식별가능한 위험주행의 경우 과속과 장기과속 유형이 있으나, 이는 불안정한 주행 중 과속 유형에 속한다. 또한, 급가속, 급회전, 급앞지르기, 급출발과 같은 위험주행 유형은 모두 급가속과 함께 발생하는 것으로 불안정한 가속도를 통해 식별 가능하다. 마찬가지로 급감속, 급차로변경, 급정지도 급감속과 함께 발생하는 위험주행으로 불안정한 감속도를 통해 식별 가능하다. 따라서 본 연구에서 제시하는 운행 안정성 지표는 위험한 주행뿐만 아니라 불안정한 주행까지도 모두 식별가능한 지표이다.
Table 5.
Comparison of hazardous driving and unstable driving
2. 운행 모니터링
본 연구에서 정의한 운행 안정성을 적용하여 어린이 통학버스의 운행 모니터링이 가능한 두 가지 방안을 제시하고자 한다. 첫 번째는 운행차량을 모니터링하는 방안으로 각 차량의 운행기록을 통해 차량별로 운행 안정성을 분석하여 관리가 필요한 우선순위를 선정한다. 두 번째는 어린이 통학버스가 운행하는 링크에 대한 운행 안정성을 분석하여 각 링크에 대한 서비스 수준(Level Of Services, LOS)을 선정한다.
운행 안정성을 기반으로 어린이 통학버스의 운행행태를 평가하기 위해서 차량이 한 번 운행하는 동안 안정하게 주행한 비율을 통해 운행 안정성을 산정한다. 차량에 대한 운행 안정성 계산 공식은 Equation 1, Equation 2와 같다.
여기서, 는 차량 가 운행한 도로 링크 에서 초일 때의 운행 안전성을 말한다. 는 운행 안정성을 평가하고자 하는 차량을 의미하며, 은 해당 차량이 운행한 도로 링크를, 은 운행한 도로 링크의 개수이다. 는 차량의 운행이 기록된 시간(초)이며, 는 차량의 총 운행시간을 의미한다. 는 데이터 수집 시간에서 순간 속도(instantaneous speed)(km/h)를 나타내며, 는 주행하고 있는 도로 의 제한속도(km/h)이고, 는 가감속도의 절댓값을 뜻한다. 이를 통해 산정된 차량별 운행 안정성()은 총 통행시간에 대비하여 안정하게 주행한 시간 비율로 100%에 가까울수록 안정하게 주행한 차량이다.
다음으로 운행 안정성을 기반으로 어린이 통학버스의 운행링크를 평가하고자 한다. 운행링크에 대한 운행 안정성은 운행하는 모든 어린이 통학버스에 대해 해당 링크를 지날 때의 운행 안정성을 분석하여 해당 링크에 대한 안전을 평가한다. 운행링크에 대한 운행 안정성을 산정하는 공식은 Equation 3, Equation 4와 같다.
은 도로 링크 에 1초마다 기록된 주행궤적 지점 에 대한 운행 안정성을 말한다. 은 링크 에 기록된 의 순간 속도를 의미하며 은 링크 에 기록된 의 가속도의 절댓값이다. 링크 에 기록된 전체 주행궤적 R에 대한 운행 안정성의 평균값을 통해 링크 에 대한 운행 안정성이 산정된다.
분석 결과
1. 수원시 사례분석
본 연구에서 정의한 어린이 통학버스 운행 안정성을 기반으로 수원시 12월 한 달간의 어린이 통학버스 운행 모니터링을 실시하였다. 본 연구에서는 운행 모니터링을 위해 활용된 어린이 통학버스 운행기록의 가속도와 감속도 각각의 값을 활용하여 임계값을 도출하였으며, 그 값은 각각 가속도 4, 감속도 -4이다. Figure 8은 차량별 12월 한 달간 일자별 운행 안정성을 나타낸 그래프로 차량마다 운행 안정성이 다르게 나타났으며, 각 차량마다 일자별로도 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다. 차량(d)의 경우 모든 일자에서 주행이 불안정한 것으로 나타났다. 차량(i)의 경우 안정하게 주행한 일자도 있었지만, 운행 안정성이 가장 낮은 일자의 경우 운행 안정성이 56.12로 그 편차가 큰 것으로 나타났다.
해당 분석은 차량이 운행한 시간 전체를 대상으로 운행 안정성을 분석한 것으로 어린이가 탑승하지 않은 상태에서의 운행도 분석에 포함되었다. 어린이 통학버스의 경우 어린이가 탑승하고 있을 경우와 그렇지 않은 경우의 운행특성이 다르며, 어린이 통학버스는 어린이가 탑승하고 있는 차량의 운행을 모니터링하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 어린이 탑승 여부에 따른 어린이 통학버스의 운행 안정성을 추가로 분석하였다. Table 6은 각 차랑별로 일자별 운행 안정성의 평균을 통해 순위를 매긴 결과로 (Ⅰ)의 경우 차량에 어린이가 탑승하지 않은 상태이며, (Ⅱ)의 경우 차량에 어린이가 탑승한 상태를 말한다. 차량에 어린이가 탑승하지 않은 경우 차량(c)의 운행 안정성 94.91(1.39)로 순위가 가장 높은 것으로 나타났으나, 해당 차량의 경우 어린이 승 ‧ 하차 정보가 누락되어 어린이가 탑승하였을 때의 운행 안정성 순위를 매길 수 없었다. 이를 제외하고 다음으로는 차량(h)의 운행 안정성이 92.92(2.02)로 순위가 두 번째로 가장 높으나 어린이가 탑승한 경우 90.96(3.28)으로 운행 안정성이 오히려 떨어지는 결과를 보였다. 순위가 가장 낮은 차량(d)는 어린이가 탑승한 경우 75.08(10.19)와 그렇지 않은 경우 66.07(-)로 운행 안정성 평균값이 매우 낮으며, 그 표준편차도 큰 것으로 나타났다.
Table 6.
Rank of stability *(a): children not on board, (b): children on board
다음으로는 12월 한 달간의 링크별 운행 안정성 모니터링을 실시하였다. 운행일자별 링크에 대한 운행 안정성 기초통계분석결과는 Table 7과 같다.
Table 7.
Descriptive statistics on link stability
| Number of link | Mean | Std. Dev. | Min | Max |
| 689 | 85.44 | 25.46 | 0 | 100 |
본 연구에서 활용한 수원시의 어린이 통학버스 링크는 689개이며, 운행일자별 링크 운행 안정성의 평균은 85.44(25.46)으로 나타났다. 본 연구에서는 링크 운행 안정성 결과를 기반으로 수원시 어린이 통학버스 링크의 LOS를 구분하고자 K-means 클러스터링을 실시하였다. 각 링크별로 운행 안정성 평균값을 산정해 LOS A부터 F까지 총 6개의 군집으로 클러스터하였다. Figure 9는 클러스터링을 통해 분류된 수원시 어린이 통학버스 링크 LOS를 GIS상에 시각화한 모습이다. 분석 결과 LOS F에 해당하는 링크는 주로 영동고속도로, 수원광명고속도로와 같은 도시부 외곽 고속도로 혹은 자동차 전용도로로 나타났다. 도심부 지역의 경우 세류로, 정조로398번길, 화양로가 LOS F에 해당하는 것으로 나타났으며, 해당 도로가 각각 수원역, 세류역, 화서역 인근에 위치하여 모두 지하철 역사 인근의 아파트 단지와 맞닿아 있는 도로인 것으로 나타났다. 이는 지하철 역사 인근의 교통량이 많아 운전자가 불안정한 운행을 더 잦게 하는 것으로 판단된다.
2. 활용방안 및 정책제언
한국교통안전공단에서 운행기록분석시스템(eTAS)를 운영하며 화물차, 버스, 택시와 같은 사업용 차량에 대한 운행기록을 분석하고, 운전자들에게 안전정보를 제공하고 있다. 본 연구에서 정의한 운행 안정성 지표를 통해 어린이 통학버스의 운행기록을 분석하고, 어린이 통학버스 운전자 및 운영자에게 안전정보를 효율적으로 제공하기 위해 eTAS 내 어린이 통학버스 운영 시스템을 제안하고자 한다. 본 연구에서 제시한 어린이 통학버스 차량별 운행 안정성과 링크별 운행 안정성을 활용하여 시스템 내 어린이 통학버스에 대한 GIS 분석과 통계분석의 두 가지 시스템을 제안한다. Figure 10은 eTAS 시스템 내 어린이 통학버스에 대한 GIS 분석서비스 제공 예시이다. GIS 분석을 통해 어린이 통학버스의 각 운행링크에 대한 실시간 운행 안정성 점수와 어린이 통학버스의 실시간 위치 관제를 통해 차량에 대한 운행 안정성 점수를 실시간으로 제공할 수 있다. 어린이 통학버스의 DTG 데이터가 시스템 내에 수집되면 링크에 대한 운행 안정성 분석 결과와 각 차량에 대한 운행 안정성 분석 결과를 GIS 상에 시각화하여 실시간으로 제공한다. 추가적으로 시스템 내에 제공하고 있지 않은 어린이 보호구역에 대한 정보도 함께 제공한다면 어린이 통학버스 운행링크 및 배차를 설정할 때 유용하게 활용될 것이다. Figure 11은 eTAS 시스템 내 어린이 통학버스에 대한 통계분석 제공 예시로 수집된 어린이 통학버스 운행기록의 운행 안정성에 대한 통계 분석을 실시하여 제공한다. 요일별, 시간대별 운행 안정성 통계를 제공할 수 있으며, 차량별 운행 안정성 순위를 통해 운행 우수차량을 선정할 수 있어 관리 ‧ 감독이 필요한 차량에 경고를 제공하는 등으로 활용 가능하다. 현재 어린이 통학버스의 운행기록에는 운수회사 및 운전자에 대한 정보와 어린이 통학버스가 소속된 학교, 유치원, 어린이집 등 교육기관에 대한 정보, 차량의 종류(소형, 중형, 대형 승합차 등)가 수집되고 있지 않다. 어린이 통학버스의 운수회사, 운전자, 교육기관, 차량 종류 등에 대한 정보가 추가적으로 수집된다면 맞춤형 안전관리 및 정보 제공이 가능할 것으로 판단된다.
결론
본 연구에서는 어린이 통학버스의 안전관리 및 모니터링을 위해 어린이 통학버스가 주행 중에 발생할 수 있는 문제점을 파악하고, 어린이 통학버스 DTG 데이터를 활용하여 어린이 통학버스의 운행특성을 고려한 운행평가 지표를 정의하였다. 2020년 12월 한 달간의 DTG 데이터와 어린이 승 ‧ 하차 정보를 활용하여 어린이 탑승 여부에 따른 운행행태를 파악하고자 하였으며, 그 결과 어린이 탑승 여부에 따라 운행시간대도 다르며, 속도와 가감속도에도 차이가 있는 것을 확인하였다. 기존 Korea Transportation Safety Authority에서 정의한 사업용 차량의 위험운전행동 기준을 적용하여 어린이 통학버스의 적용가능성을 검토하였으나, 분석 결과 추출된 대부분의 위험운전행동에서 하루 10건 미만으로 나타나 해당 기준을 실제 적용하기란 한계가 있다고 판단하였다. 최종적으로 어린이 통학버스의 주행궤적을 기반으로 운행행태를 파악한 결과, 어린이가 탑승한 경우 속도와 가감속도가 크지 않아 탑승하지 않은 경우보다 안전에 유의하며 운행한다는 것을 확인하였으며, 위험운전행동 기준은 어린이 통학버스에 적합하지 않다는 것을 확인하였다. 이에 따라 본 연구에서는 기존 위험운전행동 기준보다 민감한 운행평가 지표를 정의하고자 하였으며, 어린이 통학버스가 얼마나 안정한 운행을 했는지를 평가하기 위한 운행 안정성(Driving stability)을 정의하였다. 정의된 운행 안정성을 기반으로 차량별 운행 안정성과 운행 링크별 운행 안정성을 구분하여 정의하여 각 차량별, 운행 링크별 운행평가가 가능하다. 이를 통해 수원시에서 2020년 12월 한 달간 운행한 9대의 어린이 통학버스 차량에 대해 운행 안정성 분석을 실시하여 운행일자별 운행 안정성을 분석하여 그 순위를 매겨 안전관리가 시급한 차량을 선별해낼 수 있었다. 또한, 수원시 어린이 통학버스 운행 링크의 운행 안정성 분석을 실시하여 분석된 운행 안정성 결과를 기반으로 K-means 클러스터링하여 수원시 어린이 통학버스 운행링크의 LOS를 구분하였다. 최종적으로 분석된 차량별 운행 안정성과 운행링크별 운행 안정성을 활용하여 어린이 통학버스 운행 모니터링 시스템을 제안하였다. 본 연구는 어린이 통학버스의 DTG 데이터와 어린이 승하차 정보를 활용해 이전 조사기반의 운행행태를 통해서는 알 수 없었던 운행행태 및 어린이 탑승 여부에 따른 주행특성 등이 파악 가능하였다. 이전까지 어린이 통학버스의 운행을 모니터링할 수 있는 지표가 존재하지 않아 안전관리에 어려움이 존재하였으나 본 연구에서는 어린이 통학버스 운행특성을 고려한 운행평가 지표를 정의하여 교통안전 증진에 도움이 될 것으로 보인다. 운행평가는 어린이 통학버스의 차량별, 운행 링크별로 실시가 가능하며 본 연구에서 제시한 어린이 통학버스 모니터링 시스템을 활용한다면 효율적인 운행 모니터링을 통해 맞춤형 안전관리 및 정보 제공이 가능할 것이다. 마지막으로 본 연구의 한계점은 수원시 한 달간 운행한 차량 9대만을 분석하여 추후에 분석 기간 및 지역의 범위를 늘려 다양한 시계열적 요인과 지역 특성들을 고려할 필요가 있다. 또한, 본 연구에서는 어린이 통학버스의 안전문제 중 주행 중 발생할 수 있는 안전문제를 중점으로 연구를 수행하였으나 향후 어린이 통학버스가 정차 중에 발생할 수 있는 안전문제를 해결하기 위한 연구를 수행하고자 한다.
