고속도로 엇갈림구간 및 연결로 합류부의 교통류 특성에 관한 실증 연구
Conflict sections on freeway have high risk of accidents and cause traffic congestion. Most of the research on the traffic condition of freeway conflict sections(e.g. weaving section, merging section) in Korea are mainly based on the analytical tools from KHCM(Korean Highway Capacity Manual). In the past, it was difficult to demonstrate the traffic flow analysis process due to difficulties in collecting data. However, in recent years, empirical research can be implemented as data can be collected and utilized in various ways.
The purpose of this study is to demonstrate how accurate the operational analysis results based on KHCM match the observed values. The analysis scope of this study is mainline weaving sections and merge sections. The observed speed, density values in the section and KHCM based calculated speed, density values were compared.
This research has used the video recording data of five mainline weaving sections from Korea Expressway Corporation. Through the data, total traffic volume, weaving traffic volume ratio, heavy vehicle ratio, and the speed of weaving/non-weaving traffic flow were derived. For the merge sections, drone recording data have been used for three merge sections. The information such as
the average speed, traffic flow rate, heavy vehicle ratio and lane-changing locations has been inferred by using the Drone Analyzer which can extract the vehicle trajectories from drone recording data. Furthermore, lane-changing location data was used to analyze the turbulence distribution based on the lane-changing rate.
According to the analysis results, the speed of less than 30km/h was frequently observed in the weaving sections, which indicates the limitation on the speed calculation of the weaving section. At the level of service over LOS D, it is shown that the observed values significantly underestimate the calculated values from KHCM’s method. In addition, the process estimating the density of the influence areas at the merge section, calculated that traffic volumes on two lanes adjacent to the junction are smaller than observed volumes. The calculated density, meanwhile, is larger than the observed density. In order to understand the distribution of turbulence in conflict sections, the standard deviation of speed was used in previous studies. On the other hand, in this study, the lane-changing that generates actual turbulence was used as an indicator based on drone recording data. As a result of analyzing the distribution of turbuelence based on the lane-changing rate, related previous studies showed that the moving direction of turbulence and the section with a large influence of traffic turbulence were consistent, but the effect of turbulence weakens depending on the moving direction of traffic flow.
This study is an empirical study using traffic flow measurement data in the conflict section of highway, which identify limitations in the existing operational analysis and to suggest alternative directions. In addition, the lane-changing rate used as an indicator for the distribution of turbulence in this study can be used for analyzing traffic turbulence in other tupes of conflict sections. Through this study, it is expected that it will be the basis for preparing the methodology for analyzing traffic flow in conflict sections using empirical data.
고속도로 상충구간은 다양한 교통류로 인해 교통혼잡과 사고가 잦아 면밀한 분석이 필요한 구간이다. 대표적 상충구간인 고속도로 엇갈림구간, 연결로 및 연결로 접속부의 운영상태분석은 KHCM(도로용량편람)의 분석방법을 사용한다. 과거에는 실측 데이터 수집의 어려움으로 인해 교통류 분석과정에 대한 실증 연구가 어려웠으나, 최근에는 다양한 방법으로 데이터 수집 및 활용이 가능하게 되어, 이에 대한 실증 연구가 진행될 필요가 있다.
본 연구의 목적은 현장 실측데이터(카메라, 드론)를 활용하여 KHCM에 따른 운영상태 분석결과가 실측값과 얼마나 일치하는지에 대해 실증하는 것이다. 본 연구의 분석 범위는 고속도로 본선-연결로 엇갈림구간과 고속도로 연결로 합류부이며, 해당 구간에서의 실측 속도 및 밀도 값과 KHCM의 분석과정에서 산출된 속도 및 밀도 값을 비교 분석하였다.
본 연구는 한국도로공사의 대표적인 본선-연결로 엇갈림구간 5개 지점 영상데이터를 활용한다. 해당 데이터를 통해 총 교통량, 엇갈림교통량비, 중차량비, 엇갈림·비엇갈림 교통류의 속도를 도출한다. 연결로 합류부의 경우, 구득 가능한 연결로 합류부 3개 지점의 드론 영상데이터를 활용한다. 드론 영상데이터로부터 차량궤적데이터를 추출하는 드론영상분석프로그램을 통해 차로별 평균속도, 교통류율, 중차량비, 차로변경위치 데이터를 구득할 수 있다. 차로변경위치 데이터의 경우, 차로변경률 기준 난류현상 분포 분석에 활용한다.
분석 결과, 엇갈림구간에서 30km/h 미만의 속도가 빈번히 관측되어 엇갈림구간 속도 산출식의 한계점을 확인할 수 있으며, LOS D 이상의 서비스수준에서는 KHCM 기준 속도 및 밀도 산출값이 실측값보다 크게 과소평가하는 것으로 나타났다. 또한 KHCM 기준 연결로 합류부 영향권 밀도 추정 과정에서 산출 연결로 인접 2개차로의 교통량이 실측값보다 적게 나타나는 반면, 산출 밀도가 실측 밀도에 비해 크게 나타났다. 상충구간 내 난류분포를 파악하기 위해서 기존 연구에서는 속도의 표준편차를 활용하였다. 반면에 본 연구에서는 영상데이터를 기반으로 실제 난류를 발생시키는 차로변경을 지표로 활용하였다. 차로변경률 기준 난류분포 분석 결과, 관련 선행연구들과 교통류 난류의 영향이 큰 구간과 난류의 파급 방향은 일치하는 것으로 나타났으나, 난류의 영향이 차량의 진행 방향에 따라 약화되는 것을 확인하였다.
본 연구는 고속도로 상충구간의 교통류 실측데이터를 활용한 실증 연구로써, 기존 KHCM에 따른 운영평가 및 분석 방법의 한계점을 파악하고 보완 방향을 제시하였다. 또한 본 연구에서 난류현상 분포에 대한 지표로 활용한 차로변경률은 추후 다른 유형의 상충구간 영향권에서의 난류현상 분석에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 해당 연구를 통해 실측 데이터를 활용한 상충구간의 교통류 분석 방법론을 마련하는데 토대가 될 수 있을 것으로 기대한다.
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