속도 동질공간 분할함수의 민감도

범위 -10% - +10%

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동질 공간 및 속도

공간

개수 10 8 6

<표 4-32> 동질공간 분할함수의 민감도 분석 결과

제 5 장 결론 및 향후연구

제 1 절 결론

국내 2020년 기준 전국 자동차 등록대수는 약 4,250만대이며 자동차 수 대비 도로 연장은 OECD 국가 중 최하위를 차지하고 있다. 연간 약 23만 건의 교통사고가 발생하며, 고속도로는 다른 도로 대비 교통사고 발생 건수 당 사망자수가 2배 이상 높게 나타나고 있는데, 비반복적 정 체와 높은 주행속도로 인한 것이다. 교통사고에서 높은 비중을 차지하는 측면충돌 사고의 주요 요인 중 하나는 고속도로 분·합류부에서 다른 차 량과의 간섭으로 인한 차로 변경이며, 추돌 사고의 주요 요인 중 하나는 분·합류부에서의 정체, 전방 정체, 사고 등으로 인한 급정거가 있다. 이 러한 정체 정보 안내 중 이용자들의 경로 선택에 가장 큰 영향을 주는 요소는 정확도와 신속성이다. 도로의 한 구간 내에서 운전자가 미리 대 비할 수 있도록 세분되고 정확도 높은 속도 정보를 제공함으로써 비반복 적 정체와 높은 주행속도로 인한 사고를 줄일 수 있는 것이다.

본 연구는 시간 및 구간의 교통 흐름에 따라 변하는 평균속도 등 속도 정보의 분석 및 제공 공간을 공간의 순차적 분할을 통해 최적화하고자 하는 것으로서, 도로의 노드·링크의 생성지점과 관계없이, 속도의 동적 동질구간을 나타내기 위한 공간 최적화 방법을 제시하였다. 속도 동질공 간은 선형이 아닌 공간 특징값을 이용하여 대용량 데이터의 신속한 맵핑 이 가능하다는 점에서 의의가 크다고 할 수 있다.

본 연구에 적용한 데이터는 GNSS 위치정보 기반의 속도 정보를 포함 하며, 고속도로 구간에 상시 분포하고 승객, 차로 등의 영향에 의한 속도 변화가 없는 화물차 DTG 데이터의 첨두 시간대를 사용하였다. 대용량의 빅데이터를 효율적으로 맵핑하기 위해 지오해시를 사용하였으며, 우리나 라 기준의 국부적 범위 내에서 공간의 분할 단계를 최소화하기 위해 경

데이터는 노선정보 및 방향정보를 포함하지 않기 때문에, GNSS 위치정 보 기반의 방위각 데이터를 이용하여 다양한 형상의 도로에 대한 공간 내의 노선별 상·하행 데이터를 분리하였다. 동적 속도 동질공간의 결정 은 점과 공간의 동질화를 위해 속도정보를 이용해 시간평균속도와 공간 평균속도를 산출하고 속도 동질공간 경계함수를 기준으로 점진적으로 분 리하여 최적화하는 개념을 적용하였다. 동적 속도 동질공간 최적화 결과 는 다음과 같다.

첫째, GNSS 위치좌표를 기반으로 한 동적 속도 동질공간은 시간평균 속도와 공간평균속도의 차이인 분산평균비를 최소화하기 위해 공간 분할 함수의 범위를 제시하였다.

둘째, 12단계 분할 결과 전체 평균 41개의 속도 동질공간이 결정되었 으며, 가장 많은 속도 동질공간은 경부고속도로 상·하행 각각 127개, 170 개이었다. 여기서 속도 동질공간 범위에 포함되지 않는 공간이 나타났는 데, 전체 연장 대비 1.26%이며 경부고속도로는 상·하행 각각 5.19%, 7.51%이었다.

셋째, 공간 분할함수 범위에 포함되지 않는 비수렴 공간은 고속도로 분기점 및 인터체인지의 분·합류부에서 서행으로 진입 또는 진출하는 차 량의 영향, 즉 진행 방향으로의 속도 차이가 아니고 차로별 속도 차이로 분석되었다. 따라서 공간 내 속도 편차가 큰 구간은 연결로 접속부의 영 향권이 일부 차로에 있으며, 그 외 차로는 정상 주행이 가능한 공간으로 분류할 수 있었다.

넷째, 속도 동질공간 중 평균속도가 낮을 경우, 즉 공간 내 속도편차가 작으면서 전체적 속도가 낮은 경우는 접속부의 영향과 교통량 등 다른 교통 요인의 영향을 받는 공간을 분류할 수 있었다.

다섯째, 최종 속도 동질공간별 분산평균비를 검증한 결과, 분산평균비 중 가장 작은 값은 서울양양고속도로의 11단계 공간으로 0.0098kph이었 으며, 가장 큰 값은 평택시흥고속도로 하행의 12단계 공간으로 1.5620kph이었다. 고속도로 상행 전체 분산평균비의 평균값은 0.7512kph

이며, 하행 평균값은 0.7115kph 상행 하행 전체 평균값은 0.73kph로 속 도 동질공간의 동질성이 높다고 할 수 있다.

여섯째, Garber의 함수와 Wang 함수를 기준으로 산출된 값과 평균 절 대 백분율 오차(MAPE)와 평균 절대 오차(MAE)를 비교한 결과, 가장 큰 MAPE 값은 평택시흥고속도로 상행에서 Garber 모형과 비교한 경우로 1.4038%이었으며, 가장 큰 MAE 값은 서울양양고속도로 상행에서 Wang 모형과 비교한 0.9161kph이었다. 따라서 기존 모형 대비 본 연구 에서 도출한 평균속도별 속도의 동질성 모형은 매우 유사하다고 할 수 있다.

마지막으로, 데이터의 집계 시간에 대한 민감도를 분석한 결과, 대상 구간에서 속도 동질공간이 일정하게 지속될 경우는 속도가 원활하거나 긴 정체가 이어지는 경우로서, 시계열 상 속도의 변화가 둔감할 경우에 는 데이터를 10분 이상 집계하여 적용할 수 있다. 속도 동질공간이 변할 경우는 정체가 시작되거나 완화되는 경우로서, 시계열 상의 속도가 민감 할 경우에는 5분 이하로 집계하여 적용하는 것이 적합하다고 할 수 있 다.

결론적으로 시간평균속도 및 공간평균속도, 동질공간 분할함수를 이용 한 동적 속도 동질공간의 최적화는 신속한 처리속도와 정확한 속도 변화 구간을 효율적으로 나타낼 수 있었다. 또한, 이를 통해 고속도로 상의 속 도 변화 구간의 분할, 분·합류부의 영향권과 유고 상황에 따른 세분화된 영향권의 분석이 가능하였다.

제 2 절 적용방안 및 향후연구

본 연구는 선형 정보로 제공되는 고속도로의 교통정보를 실시간 생성 되는 GNSS 위치좌표 기반의 속도 정보를 이용한 공간의 분할과 그에 따른 면적 단위로 제공이 가능함을 검증하였다.

교통정보를 기준으로 한 지역의 분할이 아니고 일정한 간격을 기준으 로 한 지역의 분할은 공간의 크기를 최소화하여 정확한 속도의 변화 지 점을 찾아낼 수 있으며, 공간의 크기와 속도의 동질 구간을 기준으로 적 정한 구분이 가능함을 알 수 있었다. 본 연구 결과의 적용 방안은 다음 과 같다.

첫째, 개별 차량의 위치기반 속도정보를 실시간 수집할 경우, 현재 시 점 기준으로 준 실시간 속도정보의 제공이 가능하다.

둘째, 개별 차량의 현재 위치기반의 속도정보 분석은 기존 방식 대비 정밀도 높은 위치기반 교통정보의 제공이 가능하다. 따라서 정보 제공자 측면에서 운전자의 다양한 요구의 수렴이 가능하며, 운전자 측면에서는 운전행동의 신속한 결정이 가능하다.

셋째, 비수렴 공간으로 나타나며 시간평균속도가 큰 공간 기준의 영역 에서는 분·합류부의 진·출입 차량의 영향으로 나타난다. 따라서 공간의 평균속도 외에 우회, 차로변경이나 서행의 정보로 제공될 수 있다.

마지막으로, 속도 동질공간으로 나타나며 시간평균속도가 낮은 공간 기준의 영역에서는 분·합류부나 사고 등의 이벤트에 의해 정체 또는 지 체되는 공간으로, 동일 링크에서 세분화된 공간 속도 정보로 제공하여 급정거 방지를 위한 서행의 정보로 제공될 수 있다.

본 연구결과 및 방법론을 적용한 도로 및 환경 분야 향후 연구과제는 다음과 같다.

첫째, 자율주행을 위한 차량-도로 자동화, 기상·환경정보의 제공 및 융 합분석이 가능하다. 악기상 등 도로 기상 정보는 비자율주행차의 ADAS 센서 등을 포함한 자율주행차의 센서 오작동에 큰 영향을 미친다. 따라

서 미시적 도로기상 정보의 제공, 교통상황 정보의 융합 분석으로 자율 주행차의 수동전환 정보, 전방 서행, 차로변경 정보, 급정지, 추돌 방지에 활용될 수 있다. 현재 기상정보의 제공의 최소 기준은 동네예보로, 노드 링크 기준의 분할 영역과 다르게 표현될 수 있으며 해당 구간의 공간 분 할은 정확한 정보의 제공 및 분석이 가능한 것이다.

둘째, 결빙 등 도로위험구간 정보 제공의 기반 기술로 활용될 수 있다.

현재 결빙 정보는 상습결빙구간 대상으로 지점 또는 길이 정보로 제공 중이나 차량 센서 데이터, 기상정보 분석, 적용 등 위치기반 결빙구간 정 보의 제공이 가능하게 할 수 있다.

셋째, 다양한 영향으로 인한 차량의 긴급 상황 발생 시 위치좌표 기반 의 도로 구간의 신속한 추적에 활용될 수 있다.

마지막으로, 본 연구에서는 화물차의 좌표 및 속도, 방위각 등의 정보 를 이용하여 동적 속도 동질공간을 최적화하였다. 이는 제한속도 및 주 행속도의 상대적 저하, 진출입 차로, 졸음쉼터 등에서 저속 주행 등 화물 차 주행특성에 대해 반영된 것이므로, 향후 화물차뿐만 아니라 자율주행 차와 공유차 등 승용차의 속도 정보를 수집하여 속도 동질공간 최적화에 적용한다면 주행 특성을 일반화하여 그 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 공간의 분할을 노선의 종류에 따라 경위도 방향의 길이 를 달리하고, 최종 공간의 순차적 병합 연구를 통해 도로의 선형과 유사 한 동적 속도 동질공간의 최적화가 기대된다. 아울러, 도로의 종단 구배, 회전반경 등의 특성을 적용한 도로별 속도 동질공간 모형을 분석할 수 있을 것으로 기대된다.