Ⅰ서 론

1연구의 배경 및 목적

최근 수년간 우리나라 뿐 아니라 세계적으로 통 합(Integration)과 융합(Convergence)은 사회전반에서 가장 뜨거운 화두가 되었다. 특히 1999년 교통체계 효율화법이 제정된 이후 많은 발전을 보여준 지능 형교통체계(Intelligent Transportation System : 이하 ITS)도 예외는 아니다. ITS분야에서는 그간 다양한 교통정보수집 및 제공 장비들이 개발되었으며, 이 제 주변 도로에서 쉽게 이러한 장비들을 찾아볼 수 있다. 이들 개별 장비들은 각기 독자적인 제어장치 를 가지고 있으며, 이들 제어장치는 주로 개별 장비 와 함께 장비의 기둥이나 노변에 분산 설치·운영 되면서 도시미관을 해치고 중복 구축에 따른 재원 낭비, 장비 설치·교환의 유연성 부족, 전력수급 및 유지관리 비효율 등 많은 문제점이 발생하고 있다.

따라서 개별적이며 비효율적으로 설치되고 있는 다양한 ITS 개별장비별 제어장치의 표준화된 통합 이 필요하게 되었으며, 이러한 수요에 의해 개발된 통합표준제어기는 도로상의 가급적 많은 제어장치 를 통합하는 것을 목적으로 하고 있다. 현재 적게는 네 가지에서 많게는 일곱 가지까지 통합하는 표준 제어장치가 개발되고 현장테스트단계에 있다. 이 과정에서 4~7개의 제어기를 통합한 통합표준제어기 를 어디에 설치할 것인가에 대한 문제가 제기되었 고, 주변여건이나 통합되는 제어장치의 종류를 고 려한 표준화된 위치결정 방법론이 필요하게 되었 다. 물론 현장여건에 따라 변동이 있을 수 있으나, 표준화된 방법론을 정립하고, 그에 따른 통합표준 제어기의 설치위치를 결정하는 것이 향후 효율적인 유지·관리와 운영을 위해 필요하다.

따라서 본 연구는 새로이 개발되는 통합표준제 어기의 보다 합리적이며 효율적인 위치결정 방법론 을 제시하고, 이를 제도화(지침 혹은 규정으로 채 택)함으로써 통합표준제어기의 실용화를 위한 제도 적 기반을 마련하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 러한 방법론 개발을 통해 통합표준제어기의 개발 효과를 극대화하고, 현장적용성을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

2연구의 범위 및 방법

우선 통합대상이 되는 ITS의 현장장비¹⁾는 그 범 위가 매우 넓고 다양하여 모든 장비를 통합하기는 어려운 실정이다. 도로유형별 현장조사 결과 다양 한 ITS 현장장비 중에서 가장 빈번하게 설치되고 있는 장비는 “DSRC(Dedicated Short Range Communication), VDS(Vehicle Detection System), AVI(Automatic Vehicle Identification), CCTV(closed circuit television), VMS(Variable Message Sign), DFS(Driver Feedback Sign), 신호제어기, 주차단속, 속도단속, 버스전용차로단속” 등으로 나타나고 있 다. 본 연구에서는 이들 중 관리기관 및 서비스 통 합을 통한 시너지효과 등을 고려하여 통합대상 현 장장비를 “CCTV, AVI, VDS, VMS, DSRC, 버스차 로단속장치, 주차단속장치” 등 7가지로 국한하고자 한다.

여기에서 활용하고자 하는 기초모형은 도시계획 시설의 입지결정 모형 중의 하나인 ‘센트로이드기 법(Centroid Method)²⁾’로서 도시계획적 방법론을 교 통분야인 ITS에 적용을 시도하였다. 즉, 일정 공간 (노드부와 링크부 등)에서 시설의 특성과 제약조건 (예 : 특정 거리내 입지 등)에 따라 통합표준제어기 에 적합한 센트로이드를 도출하고 적용하는 방법론 을 정립하고자 한다.

3선행연구 고찰 및 본 연구의 차별성

통합표준제어기 자체가 처음 개발되는 점을 고 려할 때, 통합표준제어기의 위치결정에 관한 이론 적인 연구는 없는 실정이다. 단, 통합표준제어기를 개발하고 연구하는 과정에서 김경석[2]은 장비별 우선순위를 고려하여 정성적으로 접근하는 방법을 제시하였다. 여기에서는 단속장치를 우선 배치하고, 다른 장비의 설치범위(500m) 중 가장 많이 겹치는 지점을 최적설치위치로 결정하였으며, 구간부에 국 한되는 한계를 가지고 있다.

그 외에는 개별 장비별 설치지침 개선을 위한 연 구가 개별적으로 진행되었으며, 대표적으로는 정성 학 외 1인[3]는 ITS 업무요령 및 ITS 성능평가 제도 개선을 위한 법·규정의 개정을 제안하였으며, 류 승기[4]는 ITS센터의 운영 및 유지관리의 효율화 방 안을 모색하였으나 역시 정확한 설치위지 선정에 관한 언급은 없으며, 한국교통연구원[5]은 가변정보 표지 설치 및 운영방안에 대하여 진행하였으나, 역 시 제어기 설치 방안에 대해서는 언급하고 있지 않 다. 이상 기존연구들을 종합해보면 ITS 장비의 설 치 및 운영관리에 관한 연구는 일부 진행되었으나, ITS현장장비 제어기 위치결정에 대한 연구는 미흡 한 실정이다.

따라서 본 연구는 현재 설치된 ITS장비별 제어기 의 설치실태를 조사·분석하고, 도시계획적 방법론 인 센트로이드기법을 활용하여 신규 개발되는 통합 표준제어기의 최적위치선정방법을 이론적으로 도 출하는 데서 차별성을 찾을 수 있다. 즉, 도시계획 적 이론의 접목, 통합표준제어기 최적위치 선정방 법론 설정 등이 기존 연구와의 가장 큰 차별성이라 할 수 있다.

Ⅱ통합제어기 설치를 위한 이론적 고찰

1기존 제어기의 설치 현황 및 규정

1)기존 개별장비별 제어기 설치 현황

여기에서는 개별장비별 제어기 설치 유형(빈도, 기능 등)을 도출하기 위하여 노드부와 링크부로 구 분하고, 고속도로, 국도, 지자체도로 등 도로등급별 장비설치 현황을 조사하였다. 대상지로 연속류인 고속도로는 경부선 양재IC~안성IC 14.7km 구간 양 방향, 국도는 국도39호선 행주IC~녹양사거리 32km 양방향 그리고 시내부도로는 성남시(주로 분당지 역)을 대상으로 조사하였다.

조사결과 고속도로는 DSRC, 유·무선 VDS, LCS(Lane Control System), CCTV, VMS, 과속단속, 적재불량 단속장비 총 8종류의 ITS장비가 설치되어 있으며, 1000m범위 단위로 장비가 집중 설치되어 있다. 또한 통합폴(pole)을 이용하여 동일지점에 2~3 개 장비가 설치된 경우도 있으며, 이 경우 통합폴 (pole)에 각 장비의 제어기를 단순히 물리적으로 통 합하여 설치하고 있다.

국도는 VDS, CCTV, VMS, AVI, 과속단속장비, 신호·과속단속장비 등 총 6종류의 ITS 현장장비가 설치되어 있으며, 대체적으로 요소장비들이 독립적 으로 설치되어 있다. 특이한 점은 일부 2~3개의 장 비를 단순 공간적으로 하나의 함체에 보관하는 통 합함체를 사용하고 있으나, 제어기 함체의 크기가 일반 함체에 비해 2~3배로 증가하고, 기능적으로 연계되지 못하고 있다.

시내부도로에서는 버스전용차로단속장비, 무인단 속장비, CCTV, AVI, VMS, VDS(영상식) 총 6종류 의 ITS 현장장비가 설치되어 있으며, 일부 지점에 는 통합 폴(pole)등을 활용하거나, 하나의 함체에 여 러 제어기를 함께 보관하는 통합 합체를 설치한 지 점도 있다.

분석결과를 종합해 보면, 통합가능한 1000m이내 개별장비의 개수는 보통 4~7개까지 나타난다.[6] 고 속도로는 4개가 가장 많았으며, 국도는 3개 장비가 가장 많은 반면, 시내부도로는 역시 노드부는 4개 장비, 링크부는 3개 장비가 통합되는 경우가 가장 많았으며, 교통특성상 노드부의 장비비율이 링크부 에 비해 높게 나타난다. 또한 이들 조사 자료는 사 례적용대상지 선정에 활용한다.

2)기존 개별장비별 제어기 설치 규정

조사결과 기본적으로 기존 제어기는 현장장비에 부착되어 설치되는 경우가 대부분으로 현장장비의 위치가 제어기의 위치라고 해도 큰 문제는 없다. 따 라서 제어기의 위치에 대한 별도의 규정은 없으며, 단 장비별 목적에 따라 속도를 고려하여 설치위치 와 정보제공위치를 규정하고 있다. 예를 들면, VMS 를 통한 돌발상황정보제공지점은 500m, 최소설치위 치는 180m 그리고 DSRC는 435m로 규정하고 있 다.[7-10]

이러한 각종 규정을 고려할 때, 장비와 제어기의 설치 범위에 대한 규정은 따로 없으나, 현장조사 결 과 여러 장비의 통합범위(그룹핑 범위)가 500m이내 에서 주로 이루어져야 하고, 그 이상일 경우에는 별 도의 그룹으로 통합되는 것이 바람직하다. 또한 단 속장비가 있는 경우 단속지점으로부터 최대 100m 이내에 통합 설치하는 것이 바람직한 것으로 나타 난다.

2통합표준제어기의 개념 및 통합유형

1)통합표준제어기의 개념 및 구성

통합표준제어기는 앞서 언급한 7종(CCTV, AVI, VDS, VMS, DSRC, 버스차로위반 단속장치, 불법주 정차 단속장치)의 ITS 요소장비 제어모듈을 장착 구동하여 통합 제어 및 관리가 가능한 초소형의 통 합제어기로써, 각 장비별 수집 정보를 바탕으로 서 브로컬 센터 역할을 수행하는 것을 의미한다.

통합표준제어기는 장비별 공통기능을 수행하는 통신부, 전원부, 단자부는 단일형태로 통합하고 각 장비별 고유 제어기능을 수행하는 제어부는 모듈형 태로 탈부착이 가능하도록 되어있는 등 총 5개 부 분으로 구성되어있다.[11]

2)통합표준제어기의 유형

통합표준제어기는 통합되는 장비의 개수와 기능 에 따라 기본형(7개 장비 통합모델), 슬림형(3~4개 장비 통합모델), 스마트형, 일체형 등 네 가지로 구 분되지만, 본 연구와 관련된 모델은 기본형과 슬림 형 두 가지로 구분할 수 있다. 한편, 설치형식에 따 라 바닥부착형, 지주부착형, 장비일체형 등 세 가지 로 구분된다.

본 연구에서 제시할 방법론을 적용하여 선정된 입지에 따라 통합되는 장비의 개수와 지주 유무를 고려하여 “스마트형-장비부착형” 등의 조합으로 설 치가 될 수 있다. 본 연구에서 개발되는 통합표준제 어기는 <표 3>과 같은 조합이 가능하다. [11]

3센트로이드의 개념 및 적용

1)센트로이드의 개념 및 종류

센트로이드의 이해를 위해서는 먼저 지역모멘트 (M : Territorial Moment)에 대한 이해가 필요하다. 지역모멘트는 m개의 지역단위(존 : zone)에 n개의 특정요소(n_i/예 : 인구, 시설), 지역 i, j 간의 거리 (d_ij) 그리고 지수(α)로 구성된다.[12]

여기에서,

N = ∑ j = 1 m n i 모든 특정요소의 합계

n_i 지역(존) j의 특정요소 수

m 지역(존)의 수

d_ij 지역(존) i 와 지역(존) j 간의 거리

α 지수 : 통계학상의 moment의 순서

fj = n_i/N j에서 특정요소 발생 확률 (시설물 설치 확률)

센트로이드는 이러한 지역모멘트가 최소 혹은 최대가 되는 점을 말한다. 중심점, 중앙점, 최빈점 은 지역모멘트가 최소가 되는 점이며, 잠재점은 지 역모멘트가 최대가 되는 점으로 입지가 결정된다.

이러한 센트로이드는 공간 분석에서 주로 네 가 지가 활용되는데, 먼저 중심점(center of gravity)은 소방서, 구급대 등 거 리에 민감한 시설의 입지결정에 적용한다.

중앙점(central point)은 공공시설로서 균등한 서 비스를 제공하는 쓰레기처리장이나 방송국 등의 입 지결정에 활용된다.

최빈점(Modal point)은 거리한계가 정해지면서 수 요가 집중되어 있는 유치원이나 초등학교 등의 입 지결정에 활용된다.

잠재점(potential pole)은 거리에 대한 민감도가 반 영되어 수요에 영향을 많이 받는 쇼핑센터나 레저 시설 등의 입지결정에 활용한다.

d_ij^β: 매력함수 (다양한 형태 가능)

2)통합표준제어기 입지에 적합한 센트로이드

앞서 제시한 네 가지의 센트로이드기법 중에서 통합표준제어기에 일반적으로 적용이 가능한 센트 로이드 개념은 중앙점(식 (3))이다.

중앙점은 앞서 언급한 바와 같이 공공시설물로 서 모든 장비에 균등한 접근이 가능한 위치를 결정 하게 된다. 따라서 모든 장비로부터의 거리와 빈도 (장비의 개수)의 곱의 합이 최소가 되는 중앙점은 공사비 및 유지관리를 위한 이동거리의 최소화가 가능하여 통합표준제어기의 최적입지로 결정이 가 능하다.

여기에서 추가로 고려할 센트로이드는 단속장비 가 있는 경우에는 단속장비의 거리의 한계를 고려 하여 단속장비를 제외한 나머지 장비의 중앙점을 구하고, 그 좌표가 단속장비의 범위 내에 있는 지 검증을 거쳐 결정한다. 범위 내에 들어오지 못하는 경우 중앙점과 단속장비위치의 직선 상 단속장비 범위의 경계점에 위치하도록 한다.

Ⅲ최적 설치위치 선정을 위한 방법론 설정

센트로이드기법을 활용한 본 연구의 방법론은 크게 6단계로 구성되어 있다.

11단계 : 존(셀) 설정

앞서 언급한 바와 같이 현장적용성을 고려하여 일정범위(간격)로 셀을 구성하게 된다. 셀의 크기는 노드(교차로부)의 규모와 링크의 길이를 고려하고, 위치의 정확도 수준을 감안하여 결정하게 된다. 일 반적으로 고속도로의 경우 편측 500m, 국도와 시내 부도로의 경우 250m이내에서 장비들이 주로 설치 되는 점을 고려하여 셀의 크기는 10m 수준³⁾으로 설정하는 것이 바람직하다.

22단계 : 좌표계 설정

10m단위로 작성된 존(셀)에 대해 대상지역에서 가장 남쪽과 서쪽에 있는 장비를 기준으로 X, Y 좌 표계를 작성하고, 각 장비에 좌표를 부여한다. (참 고 <표 4>) 여기에서 각 장비의 좌표는 각 셀의 중앙좌표로 설정한다. <그림 3>처럼 가장 좌측의 VDS와 가장 남측의 VMS가 X, Y축의 기준이 된다.

33단계 : 존(셀)별 장비 조사

다음은 셀별 장비 조사결과를 활용하여 각 셀의 특정요소(장비종류)별 개수를 셀별로 정리해 두어 야 한다.

44단계 : 센트로이드의 선정 및 적용

다음 단계에서는 설치위치에 제약을 주는 단속 장비 유무를 확인하고 중앙점에 반영할 장비의 개 수와 셀을 결정한다. 이어서 도출된 장비의 개수와 좌표를 식(3)에 적용하여 중앙점의 좌표를 도출한 다. 만일 중앙점에 제어기 설치가 불가할 경우(도로 중앙)에는 중앙점에서 가장 가까운 노변 셀 중에서 모멘트값이 가장 적은 셀에 설치하도록 결정한다.

55~6단계 : 검증 및 결정

이러한 과정을 통해 도출된 중앙점이 대상지역 의 모든 개별 장비의 설치기준을 충족하는 지 검증 한다. 만일 단속장비처럼 절대적인 기준의 범위에 서 벗어나는 장비가 있을 경우에는 중앙점과 장비 위치를 고려하여 모멘트값이 최소가 되는 셀(주로 경계부)을 최적위치로 결정하게 된다.

Ⅳ사례적용 및 검증

1사례적용 대상지 선정

여기에서는 단속장비 유무에 따른 두 가지 사례 를 보여준다. 사례대상지의 기초자료는 앞서 제시 된 고속도로, 국도, 지자체 조사결과이며, 여기에 장비를 일부 추가하여 가상현장을 설정하였다. “사 례 1”은 <표 4>와 <그림 3>처럼 단속장비가 없이 4 개 장비 8개 시설이 배치된 사례이다.

“사례 2”는 <그림 4>와 같이 단속장비가 포함된 6개 장비 10개 시설이 설치된 가상현장이다.

2적용 결과 및 검증

1)사례 1의 적용결과

앞서 <그림 3>와 <표 4>에서 3단계까지 진행되 었으며, 4단계에서는 단속장비가 없어서 중앙점 (central point)을 최적위치 선정방법으로 결정한다. 그리고 <표 4>의 좌표와 장비수를 식 (3)에 대입하 여 최적위치를 도출하게 된다.

산정결과 중앙점은 에 입지하게 되며, 이 경우 <그림 3>에서 도로의 중앙에 입지하게 되어 노변에 서 제2의 위치를 찾아야 한다. 따라서 에서 가까 운 노변인 , , 셀 및 기타 셀의 모멘트값을 산출하면 가 가장 적게 나타난다⁴⁾.

한편, 네 가지 장비의 제어기 통합에는 슬림형을 도입할 필요가 있으며, 슬림형은 지주부착형이 가 장 일반적이다(참조 <표 3>). 따라서 중앙점 에서 가까우면서 모멘트값이 최소인 에 지주부착형· 슬림형 통합표준제어기를 설치하는 것이 최적이다. 검증과정은 결정위치 가 각 장비로부터 500m이 내에 있기 때문에 <표 2>에서 제시된 설치규정에 모두 적합한 것으로 나타난다.

2)사례 2의 적용결과

앞서 <그림 4>와 <표 5>에서 3단계까지 진행되 었다. 4단계에서는 단속장비가 있기 때문에 단속장 비를 제외한 현장장비의 중앙점을 먼저 구하고, 이 중앙점이 단속장비의 범위내 (100m)에 있는 지 검 증을 하도록 한다. 우선 <표 5>의 좌표와 장비수를 식 (3)에 대입하여 중앙점을 도출하면, <그림 4>의 에 입지하게 되며, 도로 중앙에 위치하기 때문에 역시 제2의 위치를 찾아야 한다. 사례1과 같은 방법 으로 중앙점 에서 가까운 노변 셀 (~)의 모 멘트값을 구하면, 와 셀의 모멘트값이 가장 적 으며, 오히려 에 가까운 보다 적게 나타난다⁵⁾.

따라서 6개 장비의 제어기 통합에 적합한 바닥부 착형·기본형 통합표준제어기(참조 <표 3>)는 현장 상황에 따라 같은 최소값을 보이는 혹은 에 설치하는 것이 적절하다. 검증과정으로 및 로 부터 단속장비까지는 약 40~70m 정도로 기준 범위 에 들어오며, 다른 장비들 역시 500m이내에 있기 때문에 설치규정에 모두 적합한 것으로 나타난다.

여기에서 존(셀)의 크기가 커서 <그림 5>처럼 중 앙점 이 단속장비의 설치기준을 충족시키지 못할 경우, 단속장비의 설치기준 범위내에서 중앙점에 가장 가까운 셀에 입지하게 되는데, 이 때 역시 모 멘트값이 최소가 되는 노변 셀 (예 : 경계점 )에 입지하게 된다.

Ⅴ결 론

1결론

본 연구에서 제시한 통합표준제어기의 위치선정 방법론은 그간 이론적 근거없이 현장상황과 개괄적 인 지침을 고려하여 설치하는 것에서 탈피하여 센 트로이드기법을 활용하여 통합표준제어기의 보다 합리적이고 효율적인 설치가 가능하도록 이론적 논 리 마련을 시도한 첫 번째 연구이다.

이러한 이론적 방법론에 의해 선정된 위치(좌표) 가 현장에서 적용이 어려울 수도 있으나, 앞서 제시 한 동일 존(셀 : 10m)의 범위 내에서 조정을 통하여 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다. 또한, ITS분 야와 도시계획분야(시설입지론)의 연계를 통해 장 비의 위치결정방법론을 정립한 것도 의미가 있다.

연구결과를 종합하면, 분산·설치된 ITS 장비로 부터 통합표준제어기를 연결하기 위해 가장 적합한 센트로이드는 모든 장비에 균등한 서비스(거리)를 제공할 수 있는 중앙점(central point)이다. 분석결과 중앙점은 대부분 도로의 중앙부에 입지하는데, 실 제 도로중앙에 제어기 설치가 불가하므로 중앙점에 서 가장 가까운 셀 (모멘트값이 최소인 셀)에 설치 하는 것이 바람직한 것으로 나타난다.

특히, 제어기 설치위치가 거리에 큰 제약을 받는 단속장비가 있는 경우에는 다른 장비의 중앙점과 비교하여 단속장비 기준의 설치범위 내로 포함되도 록 조정이 필요하다는 사실도 도출되었다.

본 연구 결과를 통하여 링크부, 노드부 그리고 도로의 종류에 관계없이 어떤 상황에서도 통합표준 제어기의 최적위치를 보다 체계적이고 논리적으로 도출하는 것이 가능하게 되었고, 통합표준제어기의 유형(기본형·슬림형 혹은 지주부착형·바닥부착형 등)도 본 연구를 통하여 도출이 가능하게 되었다. 따라서 향후 통합표준제어기의 시장 확대에 따른 현장적용에 본 연구결과의 활용도가 높을 것으로 보인다.

2연구의 한계 및 향후 과제

본 연구는 아직 개발 중인 통합표준제어기를 대 상으로 한 관계로 실제 현장을 활용한 사례적용을 하지 못하여 이론적 산출결과인 중앙점과 현장여건 과의 합치성은 검증을 하지 못하였다. 이는 향후 다 양한 현장적용 과정에서 보완이 필요하다.

또 다른 한계는 셀의 크기를 결정하는 과정에서 현장여건(통합대상 장비의 범위)에 따라 셀의 크기 가 합리적으로 도출되어야 하는데, 이에 대한 구체 적인 다양한 사례검토가 이루어지지 못하고 10m로 제안을 하고 있다. 이 부분 역시 향후 다양한 현장 적용과정에서 셀의 적정크기 도출방안을 모색할 필 요가 있다.

그 외에도 유지관리 및 교통관리전략의 효율성 을 고려한 위치결정이 추가될 수 있는 모형의 지속 적인 개발을 향후 과제로 제시할 수 있다.