서론
지능형교통체계(Intelligent transport systems; 이하 ITS) 발전에 따라 도로 위 ‘폐쇄회로텔레비전(Closed-circuit television; 이하 CCTV)’ 영상, 검지기 정보를 활용하여 다양한 교통정보가 수집되고 있다. ITS를 통하여 수집된 정보는 교통소통정보, 돌발상황 정보 등이 있으며, 교통정보 수집을 통해 다양한 교통 정책 및 ITS 정책을 수립하고 있다.
사고 및 재난과 같은 돌발상황 발생 시 정부는 교통관리대책 마련 및 ITS 인프라 구축을 통해 최근에는 교통사고와 같은 1차적인 돌발상황뿐 아니라 시위·집회, 테러 등 다양한 형태의 돌발상황이 발생해 이에 맞는 교통관리대책 마련될 필요성이 있다. 돌발상황은 예측 가능한 돌발상황과 예측이 불가능한 돌발상황으로 분류된다. 돌발상황 발생 시 공사와 시위, 집회와 같은 예측 가능한 돌발상황은 기존에 신고된 제보를 통하여 사전에 돌발상황 발생에 따른 교통관리대책을 수립한다. 반면, 교통사고, 낙하물 등과 같은 예측이 불가능한 돌발상황의 경우 돌발상황 발생 직후 CCTV, 시민 제보 등을 통해 돌발상황을 감지가 이루어지기 때문에 사전 교통관리대책을 수립하기에 제한이 존재한다.
돌발상황 발생에 따른 교통관리대책은 시간, 공간적인 범위 분석을 통하여 심각도를 분류하고 심각도에 따라 교통관리대책을 적용한다. 교통관리대책은 ‘가변메시지표지(Variable Message Sign; 이하 VMS)’와 ‘차량네비게이션(Car Navigation System; 이하 CNS)’를 통한 정보제공을 통한 수요 분산 기법과 차로제어시스템(Lane Control System; 이하 LCS), 경로관리시스템(Route Management Service; RMS)과 같은 용량관리 기법으로 이루어져있다. 그러나, 교통관리대책을 적용하는 범위를 산정하기 위한 시간적, 공간적 적용 범위에 대한 가이드가 존재하지 않으며 실무자의 주관적인 판단에 의해 결정되고 있는 실정이다.
향후 자율주행차량 개발에 따른 일반차량과 자율차량의 혼재 상황 시 돌발상황 발생에 따른 교통관리대책은 자율주행차량의 분산 유도 및 신호제어를 통해 다양한 관리전략 수립이 가능해 진다. 자율주행 혼재 상황에 따른 돌발상황 관리는 돌발상황 유형 및 분류에 따른 시·공간적 소통변화분석을 통한 교통관리대책을 적정 적용 범위 산출이 필요하다. 특히, 실제 도로에서 돌발상황 발생 시 네트워크의 교통소통변화를 파악하여 돌발상황 유형, 발생 시각 등에 따른 소통상황 분석하여 향후 수립될 교통관리대책에서는 돌발상황 유형에 따른 적합한 형태의 전략마련이 필요하다. 본 논문은 예측 불가능한 돌발상황 발생에 따른 교통관리대책을 적용하기 위해 돌발상황의 영향권 및 관리전략의 대상 범위를 분석하는 것을 목적으로 다음과 같은 세부 목적을 가진다.
• 실제 정보 기반 교통사고 발생에 따른 링크 소통 변화 확인
• 교통사고 조건별 시·공간적 영향권 및 교통운영관리 대상 범위 도출
본 연구에서는 다양한 돌발상황 중 교통사고를 대상으로 한정하였다. 예측 가능한 돌발상황인 시위, 집회, 공사 등의 경우 사전에 교통관리대책의 수립이 가능하지만, 예측이 불가능한 교통사고의 경우 사고 발생 직후 교통관리대책을 수립하기에 사전 분석을 통한 교통운영관리 가이드라인 개발이 필요하다.
선행연구 고찰 및 시사점
내부순환로 내 돌발상황 관리전략의 시스템화를 위해 돌발상황의 일반화시키는 방법을 제안한 변완희와 김도훈(Byeon and Kim, 2001)은 돌발상황 발생 시 영향을 받는 반응 영역과 영향을 받지 않는 비 반응 영역으로 분리 후 대응하는 돌발상황 관리전략의 체계화 방안을 제시하였다. 저자는 제각기 발생하는 돌발상황 사건별 관리대응전략을 매칭시키는 것이 불가능해 돌발상황을 일반화 시켜 관리전략을 적용의 필요성을 강조하였다. 본 논문은 내부순환로와 같은 정형화된 도로에 적용할 수 있는 교통관리전략을 수립하였다는데 의미가 있으나, 복잡한 단속류 상황에서 적용하기 어려워, 단속류 상황에서 적용할 수 있는 교통관리전략 개발이 필요하다.
태풍 및 수해 상황과 같은 자연재해 상황을 사전에 대비하기 위해 교통방재의 개념을 도입한 신성일 외 2인(Sin et al., 2007)은 수해 상황 시 피해를 최소화하기 위하여 우회교통정보 제공을 통한 교통류 관리전략을 제시하였다. 수해로 인한 도로 침수 상황에서 차량 침수 및 인명피해를 막기 위해 운전자에게 전방 재난사실을 인지시키고 우회정보 제공의 필요성을 제시하였다. 또한, 저자는 차량의 우회로 인하여 주변 네트워크의 정체를 최소화하기 위해 네트워크 신호시간 최적화, 연동신호 운영 등의 방법을 제시하였다. 교통 방재의 효과 및 네트워크 정체 최소화를 확인하기 위해 1) 폭우 시 도시부 도로 연동제어 관리사례, 2) 우회경로 정보제공을 통한 교통류 관리사례를 CORSIM을 통해 분석하였다.
이기영 외 3인(Lee et al., 2012)은 고속도로 교통사고를 대상으로 교통사고 지속시간에 영향을 주는 요인을 분석하였다. 저자는 교통사고 지속시간을 ‘교통사고 발생시점부터 현장처리반이 출동해 돌발상황을 종료시킬 때까지 소요되는 시간’으로 정의하고 교통사고에 의한 지체를 최소화하기 위해 지속시간을 단축시킬 필요성을 강조하였다. 저자는 사고 장소, 차종, 사고 유형, 시간대, 요일 등 다양한 변수를 통해 지속시간 예측 모형을 개발하였다. 본 논문은 고속도로를 대상으로 교통관리대책을 수립하기 위한 기초자료를 개발했다는데 의미가 있으나, 도시부 도로 환경에서 적용할 수 있는 방안 마련이 필요하다.
Chen et al.(2014)은 교통사고 발생이 교통흐름에 미치는 영향을 미시적으로 분석하기 위해 3차로 도로에서의 사고 위치 및 통제차로 수에 따라 미치는 영향을 분석하였다. 저자는 1차로에 위치한 교통사고가 2차로에 위치한 교통사고보다 교통흐름에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 1차로를 점유한 사고보다 2차로 이상을 점유한 사고의 경우 전체 도로에 미치는 영향이 큰 것을 확인하였다.
도시부 단속류 도로에서 돌발상황 발생에 따른 교통관리전략을 수립하기 위해 김영선 외 2인(Kim et al., 2015)은 돌발상황 발생에 따른 직·간접 영향권을 설정하였다. 저자는 돌발상황 발생에 따른 차로 폐쇄와 교통상황에 따라 돌발상황이 미치는 영향권을 분석하였다. 저자는 직접 영향권을 돌발상황 발생 상류부 3개 교차로로 설정하였으며, 간접 영향권을 교통정보제공을 통해 우회도로를 이용할 수 있는 구간으로 설정하였다. 연구결과 돌발상황 발생 시 지체와 차로폐쇄 수에 비례하여 지체가 증가하는 것으로 확인하였다. 그러나 본 연구는 획일화된 가상 네트워크를 활용하여 돌발상황 발생에 따른 교통상황을 분석하여 실제 돌발상황 발생에 따른 교통관리전략 수립을 위한 자료로는 한계가 있어 실제 데이터를 기반으로 한 분석이 필요하다.
도시부 도로에서 사고 발생에 따른 교통망 흐름에 미치는 영향을 분석한 Zeng et al.(2019)은 교통사고로 인한 정체 발생 시 사고 처리가 해결되지 않을 경우 정체가 더 오래 지속되어 전체 도로 교통에 미치는 영향이 커질 수 있어 신속한 처리능력 및 교통관리대책의 필요성을 강조하였다. 저자는 교통사고 발생에 따라 도로망 내 차량 수를 통제하여 교통정체를 최소화할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한, 사고의 감지 및 처리능력 향상을 시켜 충돌로 인한 정체기간을 줄여 도시교통망 전체에 미치는 영향을 최소화할 필요성을 제시하였다.
조용빈 외 2인(Cho et al., 2022)은 자율주행 상황에서 돌발상황 발생에 따른 교통관리전략을 수립하기 위해 교통관리전략의 발전방향을 (1) 자율주행환경 돌발상황 교통관리전략 수립과 (2) 교통류 통제 기술을 수립하는 전략을 제시하였다. 자율주행 상황에서는 ‘차량통신(Vehicle to Everything; V2X)’을 통하여 돌발상황 영향권 정보, 우회정보 등 다양한 교통관리전략의 정보전달이 가능하며, 일반차량에게는 VMS, CNS등 을 통하여 돌발상황 정보를 전달할 수 있어 다양한 형태의 교통관리전략 수립이 가능함을 제시하였다. 또한, 신호운영을 통해 진입 억제 및 진출 유도를 수행해 돌발상황 영향권 내 교통 정체의 최소화를 수행할 필요성을 제시하였다.
선행연구 고찰 결과, 선행연구에서는 수해재난 및 사고 등 돌발상황 발생에 따른 교통관리대책을 수립하기 위해 시뮬레이션 기반 돌발상황 영향 분석 및 교통관리대책을 제시하여 적용하였다는 한계점이 존재하였다. 본 연구는 이러한 한계점을 극복하기 위해 실제 데이터 기반의 분석 통해 교통사고 발생에 따른 교통운영관리 대상 범위를 제안하고자 한다.
자료수집 및 분석결과
1. 자료수집
교통사고 발생에 따른 도로 소통변화 분석을 위해 본 논문에서는 ‘서울시교통정보센터(Transport Operation & Information Service; 이하 TOPIS)’에서 공개하는 교통 돌발상황 정보와 링크 소통정보를 활용하였다. TOPIS에서 제공하는 OpenAPI를 통해 서울시 전체의 돌발상황과 교통 소통정보를 python을 통해 5분 간격으로 수집하였다. 정보 수집은 2개월(2022.03.01.-2022.04.30.)동안 진행 하여 총 2,281건의 교통사고 정보와 서울시 링크 5,358개에 대한 5분 간격 소통정보 94,129,344건을 수집하였다.
수집된 링크별 소통정보를 지리정보시스템(Geographic Information System; 이하 GIS)을 활용하여 표준노드링크와 매칭을 통해 링크의 위치정보를 가공하였으며, 교통사고의 정보와 링크의 정보를 결합하였다. 또한, 다양한 분석을 위해 링크별 제한속도, 링크길이, 차로 수, 도로 유형 등의 기반정보를 표준노드링크를 활용해 생성하였다. 분석을 위한 분석방법은 Figure 1과 같다.
분석방법은 TOPIS에서 OpenAPI를 통하여 제공하고 있는 링크별 속도정보와 실시간 돌발정보 중 교통사고 정보를 매칭하여 돌발상황 발생에 따른 속도의 변화를 확인하여 분석을 수행하였다. 분석 대상은 총 5단계의 범위로 구분하였다. Figure 2는 교통사고 영향권 분석을 위한 분석 범위(boundary 1-5)를 나타낸다.
교통사고 발생에 따른 영향권 분석을 위하여 교통사고 발생에 따른 분석범위(boundary)를 1에서 5까지 설정하였다. 범위 1은 교통사고가 발생한 링크이며, 범위 2의 경우 범위 1로 진입하는 교차로의 링크로 설정하였다. 범위 3은 범위 2로 진입하는 교차로들로 설정하였으며, 범위 4, 5 역시 하위 범위로 진입하는 교차로로 설정하여 교통사고 발생에 따른 속도 변화 분석을 수행하였다.
교통사고의 특성에 따른 영향 링크의 소통상황 변화 파악을 위하여 교통사고 특성을 이용가능 차로 수와 사고 지속시간으로 분류하였다. 이용가능 차로 수는 사고 발생링크의 차로 수와 교통사고 발생으로 인해 통제되는 차로 수를 산출하여 이용 가능한 차로가 1개 차로, 2개 차로, 3개 차로 이상으로 분류하였다. 사고 지속시간의 경우 교통사고 발생 후 종료시간까지 걸리는 시간을 계산하여 30분 이하, 30분 - 1시간, 1시간 이상으로 분류하여 분석을 수행하여 총 9가지 사고 특성으로 구분하여 분석을 수행하였다.
Figure 3은 연구 분석 케이스를 분류하기 위해 사고 발생한 지점의 실제 차로 수(4차로 이상)에서 사고 발생으로 인한 통제 차로 수를 고려해 이용 가능한 차로를 1개 차로(a), 2개 차로(b), 3개 이상 차로(c)로 분류하여 분석을 수행하였다.
2. 분석 결과
교통사고 발생에 따른 도로 소통변화는 교통사고 발생 후 5분 간격으로 40분까지의 속도 변화를 확인하였다. 속도 변화는 5분 전 속도 대비 속도 변화율을 통해 소통변화를 확인하였다. 분석은 교통사고 발생에 따라 발생한 통제차로 수와 발생한 링크의 차로 수로 분류하여 이용가능 차로 수를 활용하여 분석을 수행하였다.
1) CASE 1(1개 차로 이용 가능)
교통사고 발생에 따라 1개의 차로만 이용 가능한 사고의 분석 결과는 Table 1과 같다. 1개 차로만 이용 가능한 사고의 경우 가장 높은 사고 영향이 있는 것으로 분석되었으며, 사고 지속 시간이 길수록 더 영향이 큰 것으로 분석되었다.
Table 1.
Percent speed decrease after accident occurrence in Case 1
1개 차로만 이용 가능한 사고의 경우, 사고 지속시간이 30분 이하에서 범위 1은 사고 발생 후 9.4%의 속도 감소율을 보였으며, 15분 후까지 사고 영향을 확인했으며 20분 후 소통상황이 회복되는 것으로 분석되었다. 범위 2-5의 경우 사고 직 후 1-3%의 속도 감소율을 보여 사고발생에 큰 영향이 없는 것으로 확인되었다.
지속시간 30분-1시간일 때, 범위 1에서 10.2%의 감소율을 보였으며, 사고 발생 25분까지 소통상황에 영향이 지속된 것으로 분석되었다. 범위 2에서는 사고발생 직후 5분에 14.9%의 감속이 나타났지만 10분 후 부터 회복되는 것으로 확인되었다. 범위 3의 경우, 6.5%의 미미한 속도 감속이 확인되었으며 범위 4-5의 경우 약 2-3%의 감속도를 보여 사고발생에 따른 소통상황에 큰 영향이 없는 것으로 확인되었다. 1시간 이상 지속된 경우 소통상황에 가장 큰 영향이 있는 것으로 나타났다. 범위 1의 경우 사고발생 직후 18.6%의 속도가 감속하였으며, 20분 이후까지 지속적으로 감속하다 사고발생 후 25분이 지난 후 점차 속도가 회복되는 것으로 나타났다. 범위 2-범위 5의 경우 사고 발생 직후 약 5%-7%의 속도 감소율이 확인되었으며, 10-15분 후 소통상황이 회복되는 것으로 분석되었다.
2) CASE 2(2개 차로 이용 가능)
교통사고 발생에 의해 2개의 차로가 이용 가능한 사고의 경우 차로 1개만 이용 가능한 경우보다 더 낮은 소통상황 변화가 확인되었다. Table 2는 교통사고 발생에 따라 2개의 차로만 이용 가능한 사고 분석한 결과를 보여준다.
Table 2.
Percent speed decrease after accident occurrence in Case 2
교통사고 발생에 따라 2개차로만 이용 가능한 사고의 경우, 30분 이하의 사고에서 범위 1과 범위 2는 9.6%와 8.6%의 속도 감소율이 사고 직후 발생하였으며, 이후 회복되는 것으로 분석되었다. 범위 3에서 범위 5의 경우 1-3%의 속도 감소율로 사고발생으로 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다.
사고 지속시간이 30분-1시간의 경우, 범위 1에서 사고 발생 후 13%의 속도 감소율을 보이고 10분 이후 속도를 회복된 것을 확인되었다. 범위 2-5의 경우 사고발생 5분 후 최대 6.7%에서 2.2%의 속도 감소율을 보였으며, 이후 속도를 회복하였다. 사고 지속시간이 30분에서 1시간인 사고인 경우 범위 2- 범위 5에서는 사고 발생에 따른 소통변화에 큰 영향이 없는 것으로 분석되었다.
1시간 이상의 사고의 범위 1에서 사고 발생 후 17.3%의 속도 감소율을 보였으며, 15분 후까지 1.1%, 5.4%의 속도 감소율을 보이다 20분 후부터 천천히 회복되는 것으로 확인되었다. 범위 2의 경우 사고 직후 8%의 속도 감속 후 15분까지 감소하다 이후 회복되는 것으로 확인되었다. 범위 3- 범위 5의 경우 사고 직후 2-3%의 속도 감소율로 사고발생으로 인한 영향이 미미한 것으로 확인되었다.
3) CASE 3(3개 차로 이상 이용 가능)
교통사고 발생에 의해 3개 이상의 차로를 이용 가능한 경우의 분석 결과는 Table 3과 같다. 3개 차로 이상 이용 가능한 사고의 경우 최대 15분까지의 영향이 존재하는 것으로 나타났으며, 2개 이하의 차로가 이용 가능한 사고 보다 영향이 작은 것으로 분석되었다.
Table 3.
Percent speed decrease after accident occurrence in Case 3
3개 이상의 차로가 이용 가능한 사고의 경우, 30분 이하의 사고에서 사고 5분후에 범위 1과 범위 2에서 6.4%의 속도 감속이 되었으며, 이후 회복되는 것으로 확인되었다. 범위 3에서 범위 5의 경우 속도 감소율이 1.9%-3.8%로 사고에 따른 소통상황의 영향이 미미한 것으로 분석되었다.
사고지속 시간이 30분에서 1시간의 경우, 사고 발생 직후 범위 1과 범위 2에서 9.5%와 5.9%의 속도 감소율을 보였으며, 10분 후까지 일부 영향을 보이다 사고발생 15분 후부터 회복되는 것으로 확인되었다. 범위 3에서 범위 5의 경우 사고 직후 1.3%-3.3%의 속도 감소율로 사고발생에 따른 영향이 미미한 것으로 분석되었다.
사고지속시간이 1시간 이상에서 사고발생 직후 범위 1, 범위 2는 각각 12.9%와 8.0%의 속도 감소율을 나타냈다. 사고 발생 10분 후에는 감속된 속도를 회복하는 것으로 분석되었다. 범위 3의 경우 사고 발생 직후 6.8%의 속도 감소율을 보였으며, 이후 회복되는 것으로 분석되어 사고 발생에 따른 영향이 일부 있는 것으로 나타났다. 범위 4와 5의 경우 사고 발생 직후 1.8%와 2.9%의 속도 감소율로 사고 발생에 따른 영향이 미미한 것으로 분석되었다.
3. 소결
실제 발생한 교통사고 기반 링크의 소통변화를 통제차로별, 지속시간별 분류를 통하여 분석하였다. 분석결과, 통제차로가 많아 이용가능한 차로의 수가 작을수록 교통사고로 인한 소통 변화에 영향이 큰 것으로 확인되었으며, 지속시간이 긴 사고가 소통상황에 더 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 지속시간에 따른 결과는 1) 교통사고의 심각도가 크기 때문에 사고 처리가 어렵고 이로 인해 정상 상황으로 회복이 어려운 경우나 2) 교통사고 후 처리 및 대처가 늦어 심각도가 크지 않지만 지속시간이 긴 경우로 분류할 수 있다.
교통운영관리대책을 적용하기 위한 대상범위 산정을 본 연구에서 분석한 교통사고로 인해 발생한 링크의 소통상황 변화 영향권을 포함하여 링크의 진입·진출 교통량을 관리할 수 있는 공간적 범위를 설정하였으며, 시간적 범위로는 최소 5분에서 최대 20분을 범위로 선정하였다. Figures 4, 5, 6은 교통운영관리대책의 시·공간적 범위를 나타낸다.
첫 번째 케이스의 경우 지속시간이 30분 이하의 사고는 Figure 4의 (a)와 같이 범위 2까지 관리할 수 있는 영역으로 설정하였다. Figure 4의 (b)는 사고 지속지간이 30분에서 1시간인 경우로 총 2단계의 관리영역으로 범위 3까지 관리할 수 있는 영역이며, 1시간 이상 지속된 사고는 (c)와 같이 총 3단계의 관리영역으로 범위 5까지 관리할 수 있는 영역으로 설정하였다.
케이스 2의 경우 모든 사고에서 범위 2까지를 관리영역으로 설정하였으며, 각각 관리시간은 Figure 5와 같다. 30분 이하의 사고(a)는 범위 2까지 관리하지만 시간적 관리범위는 5분 이하로 설정하였으며, 30분에서 1시간 지속된 사고(b)는 총 2단계로 분류하여 설정하였다. 1시간 이상 지속된 사고(c)의 경우 범위 2까지 관리할 수 있는 영역으로 15분까지 지속되는 범위를 설정하였다.
케이스 3에서의 관리영역은 Figure 6과 같이 설정하였으며, 30분 이하의 사고(a)와 30분에서 1시간사이의 사고(b)는 공간적 범위로 범위 2까지 관리영역으로 설정하였다.1시간 이상 지속되는 사고(a)는 총 2단계의 시간적 범위와 공간적 범위로 범위 3까지 관리 영역으로 설정하였다.
교통사고 지속시간별, 이용가능 차로 수별 총 9개의 상황에 대한 시간적·공간적 교통운영관리 대상 범위를 설정하였다. 관리 대상 범위는 사고로 영향을 받는 영역에 더하여 교통량 통제를 위한 영역으로 설정하였다.
결론 및 제언
본 연구는 도시부 도로에서 교통사고 발생에 따른 교통관리대책 적용 대상 범위를 도출하는 것을 목적으로 실제 사고 및 소통 데이터 기반으로 교통사고에 따른 도로의 소통변화를 확인하였다. 교통사고에 따른 소통변화 분석을 위해 서울시 교통정보센터인 TOPIS에서 제공하는 돌발상황 정보와 도로 소통정보를 OpenAPI를 통하여 수집 후 분석하였으며, 사고의 유형에 따라 교통관리대책 대상 범위를 제시하였다. 사고의 유형은 교통사고 발생으로 인한 이용가능 차로 수를 1개 차로, 2개 차로, 3개 이상차로와 교통사고의 지속시간을 30분 이하, 30분에서 1시간, 1시간 이상으로 구분하여 총 9개의 유형으로 분류해 결과를 제시하였다.
분석 결과, 사고지속시간이 길수록 교통사고의 영향이 더 크게 나타나는 것으로 분석되었고, 이용가능 차로 수가 1개일 때 교통사고의 영향이 큰 것으로 분석되었다. 이용가능 차로 수가 2개인 케이스와 3개 이상의 케이스의 경우, 이용가능 차로 수가 2개인 경우 교통사고로 인한 속도 감소율이 더 높은 것으로 확인되었지만, 관리영역의 경우 큰 차이가 없는 것으로 분석되었다. 교통운영관리대책을 적용한 범위는 사고 유형마다 상이하지만, 본 분석으로 도출된 결과를 참조하여 (1) 시간적 범위로는 평균 15분까지 관리 대상 범위로 설정하는 것을 제안하며, (2) 공간적 범위로는 상류 교차로 3개까지 관리 대상 범위를 설정하는 것을 제안한다.
본 연구에서는 교통사고의 유형을 이용 가능 차로 수와 사고 지속시간 두 가지 유형만 분류하여 관리 영역을 제시하였다. 추후 사고발생 시각, 도로 유형, 도로 위치 등의 다양한 유형 구분을 통하여 더욱 상세한 교통운영관리 대상 범위 제시를 제언한다.
