신호교차로 진입부 차로교대운영의 최적화 모형개발 = (An)signal optimization model for signalized intersection approaches with alternate use of lane

국문 초록 (Abstract)

도로교통의 소통문제는 차량통행의 급증과 이를 수용하는 도로용량의 부족, 차로 및 교차로운영 등의 문제가 주된 과제로 야기되고 있다. 이와 같이 도로교통소통의 원활성을 위해 도로 및 교통환경개선대책으로 TSM(Transportation System Management), TIP(Transportation Improvement Program) 등 다양한 공학적 기법을 도입하고 있으나 교통소통은 여전히 한계에 봉착하고 있다.
도시가로에서의 교통소통저해요인은 도로구간 보다는 교차지점에서의 교통처리가 관건이다. 신호교차로의 용량을 증진시키기 위해서는 회전차로의 확보를 통한 교차로 확폭, 교차로의 입체화 등의 방법이 있으나 기 개발된 지역에서는 공간적 또는 기하적인 여건이나 경제성 등의 원인으로 대안을 찾기 어려운 경우가 많다.
본 논문은 이에 대한 대안으로 주도로와 부도로가 교차하는 정주기신호시스템의 독립신호교차로의 지정체를 최소화하고 소통을 증진 시킬 수 있는 방안으로 주교차로의 부도로 접근부의 일정거리 후방에 부교차로를 설치하여 이 구간(내부링크)내에서 접근부 모든 차로에 직진과 좌회전 신호현시를 각각 교대로 주는 차로교대이용(alternate use of lane)의 이론적 틀을 구축하여 교통소통의 효율성을 기할 수 있는 신호최적화모형을 개발하였다.
본 모형의 목적함수는 지체시간과 정지회수의 최소화하여 교차로의 소통효율성 제고에 두었으며, 이의 해법(algorithm)으로는 혼합정수선형계획법(mixed integer linear programming)을 이용하였으며 선형계획해법으로는 LINDO Program을 사용하였다. 개발된 모형은 주교차로와 부교차로의 신호를 최적화하여 신호주기, 현시순서, 현시길이, ？？？V 및 내부링크의 길이 등의 파라메타를 도출하여 차로교대이용 방법을 적용한 교차로의 운영이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있었다.
모형의 검증을 위해 좌회전 및 교차로의 교통류 비율을 감안하여 다섯가지의 교통량 시나리오를 작성하여 본 모형에서 도출된 결과와 기존 시스템을 분석하기 위해 신호체계분석과 관련된 페키지인 Transyt-7F를 이용한 결과를 이용하여 미시적 교통분석 시뮬레이션모형인 TSIS를 이용하여 검증하였다.
모형적용 결과 차로교대이용시 부도로의 내부링크에서 직진 및 좌회전 교통류는 간섭 없이 기존 직진과 좌회전 동시 신호현시를 줄 때 보다 효율적으로 운영되는 것으로 나타났다. 또한 차로교대이용시 주교차로의 신호주기가 큰 폭으로 감소되고 녹색신호시간 비율이 크게 증가됨에 따라 주교차로의 지체도가 감소되었다.
본 모형은 좌회전 포켓설치가 곤란한 교차로나 좌회전 교통량이 많은 교차로를 포함하여 혼잡이 심한 교차로(critical intersection) 등에 적합할 경우 큰 효과가 기대되며, 부교차로의 내부링크내에 버스정류장과 세가로 등이 입지하지 않아야 하며 교차로 간격이 큰 도로 등에 적용이 가능할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Presumably road traffic congestion mainly depends upon two conditions; i.e., the road capacity that cannot cope with the rapid increase of traffic demand on the one, and the irrelevant operation of lane uses at intersections on the other. Many existing traffic engineering technologies such as TSM(Transportation System Management) and TIP(Transportation Improvement Program) were effective but not enough in reducing the traffic congestion. It is admitted that the traffic congestion of urban roads is more related to at-grade intersections rather than road sections.
There are methods that provide left-turn pocket and separate the crossing roads by constructing a overpass or an underpass in order to increase the capacity of signalized (at-grade) intersections. However, geometric and economic conditions usually make it difficult to use the methods in existing urban areas.
In this paper, a new traffic control and design for alternate use of lane is proposed to increase the number of lanes without widening approaches in a signalized intersection. The proposed model introduces a new stop line and signal at the upstream of the original stop line on each approach. The proposed model was set up using a mixed integer linear programming (MILP) and the objective function of the model was to minimize delay and stops for improving traffic flow at the signalized intersection. The LINDO package was employed to obtain solutions for the proposed MILP model.
It is also assumed that the proposed model is to produce parameters such as internal link length and signal timings (cycle length, phase sequence, green split, and offset) and at the same time efficiently operate the alternate use of lane at the signalized intersection. In order to evaluate the model, five traffic scenarios varying left-turn and total traffic volume were introduced. For this purpose, TRANSYT-7F delay-based signal optimizing package for existing status without alternate use of lane and TSIS microscopic simulation package were employed to evaluate these timing solutions.
The simulation results seemed to make sure that the internal links were alternately used by through traffic including right-turn and left-turn traffic without blocking each other. In comparing with the existing design, this model not only decreases cycle length because of the increased capacity of the approaches with alternate use of lane but also increases green splits of the crossing approaches without alternate use of lane. As the result demonstrates, this model performs much better in terms of reducing delays at an signalized intersection. This model is also expected to be effective in terms of reducing delay on side street without left-turn pocket at congested intersections. The model can be recommended to be adapted on the internal link without both bus stops and driveways at an congested intersection.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제1절 연구배경 및 목적 = 1
• 제2절 연구범위 및 내용 = 3
• 제3절 연구수행 방법 = 4
• 제2장 신호부문 이론 및 선행연구 고찰 = 7
• 제1절 신호시간 및 신호최적화 이론 = 8
• 1. 신호시간 이론 = 8
• 2. 신호최적화 이론 = 12
• 제2절 선행연구고찰 = 15
• 1. 차로이용 최적화 부문 = 15
• 2. 차로교대이용 관련 연구 고찰 = 17
• 제3절 시사점 및 연구방향 설정 = 20
• 제3장 차로교대이용 신호최적화 모형 정립과정 = 24
• 제1절 차로교대이용기법 이론 전개 = 24
• 제2절 차로교대이용에 따른 교통류특성 규명 = 29
• 1. 차량 출발 및 도착 특성 = 30
• 2. 교차로 교통류 특성 = 34
• 제4장 차로교대이용 모형개발 = 38
• 제1절 교차로 진입부 차로교대이용 신호시간 설계 = 38
• 1. 신호시간 최적화 설계 = 38
• 2. 신호주기 설계 = 47
• 3. 현시순서 설계 = 50
• 제2절 목적함수 정의 = 53
• 제3절 차로교대이용 모형 종합 = 61
• 제5장 모형적용 및 평가 = 64
• 제1절 실험계획 = 64
• 1. 전제조건 = 64
• 2. 시나리오 작성 = 66
• 제2절 모형적용 및 평가 = 68
• 1. 모형적용 결과 = 68
• 2. 모형평가 = 80
• 제6장 결론 및 향후 연구과제 = 96
• 참고문헌 = 99
• 부록 LINDO INPUT 자료 (교통량1) = 104
• Abstract = 113