Ⅰ. 서 론

1. 연구 배경 및 목적

회전교차로는 기존 로터리의 설계 및 운영방식 을 좀 더 개량한 형식으로서 일반 교차로에 비해 상충점의 수가 적고, 운전자의 운전행위를 단순화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 교차로의 용량 및 안정성 증가, 지체감소 등과 같은 운영효과를 가 지고 있다. 이에 교통 분야에서는 ^｢교통운영체계 선진화 방안_｣의 7대 핵심과제에도 포함되는 한편, 신호교차로와 비교하여 차량지체와 배기가스 배출 이 낮은 회전교차로의 도입을 검토하고 있다.

이러한 변화에 따라 최근 회전교차로에 대한 연 구가 활발히 진행되고 있으나, 아직까지 보행자를 고려한 연구는 미진한 상태이다. 특히 보행자를 고 려한 연구는 대부분 비보호 횡단보도만을 활용하여 회전교차로의 운영효과를 분석하고 있다.

이에 이 연구에서는 보행신호 운영에 따른 회전 교차로의 운영효과를 비교․분석하는데 목적을 두 고 있다. 이 연구의 결과는 향후 보행자와 차량의 원활한 소통을 위한 회전교차로에서의 보행신호운 영 기준을 정립하는데 도움을 줄 것으로 판단된다.

2. 연구 내용 및 방법

이 연구는 미시적 교통시뮬레이션인 VISSIM을 이용하여, 횡단보도 내 보행자와 차량을 고려한 보 행신호 운영에 따른 회전교차로 운영효과를 비교․ 분석하였다. 분석에 사용된 회전교차로는 국토해양 부의 ‘평면교차로 설계지침(2004)’에서 제시한 4지 1차로와 2차로 회전교차로를 대상으로 하였다.

연구의 수행과정은 <그림 1>과 같다. 첫째, 연구 의 전반적인 배경과 목적을 제시한다. 둘째, 기존의 회전교차로 관련 문헌을 검토하여 연구의 차별성을 제시한다. 셋째, 분석교차로에 대한 기하구조를 설 계하고, 보행신호운영 유형과 보행 및 진입 교통량 을 고려한 분석 시나리오를 설정한다. 넷째, 설계된 회전교차로와 분석시나리오를 VISSIM을 이용하여 분석하고, 이를 비교한다. 다섯째, 보행신호운영에 따른 회전교차로의 운영효과를 비교분석하고, 마지 막으로 결론을 제시한다. 또한 연구의 한계에 대해 검토하여 향후 과제를 제시한다.

Ⅱ. 기존 문헌 고찰

1. 기존 문헌 검토

1) 국내 문헌

손영태 등(2004)은 시범운행중인 서울시 교차로 의 2단 횡단방식을 사례로 이용하여 운영효과를 분 석하고, 이를 통해 설치기준을 검토하였다. 그 결과 좌회전, 직진 동시신호에서 교차로의 Y_c가 0.9 이하 일 경우에 2단 횡단보도를 설치하면 지체도 감소에 대한 편익을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

전우훈 등(2003)은 회전교차로의 진입용량 모형 개발 및 교통량에 관한 준거를 마련하였다. 진입용 량에 크게 영향을 주는 도로조건은 중앙교통섬 직 경과 회전차로 폭으로 분석되었으며, 도로용량편람 (2001)에서 제시되지 못한 회전교차로 용량과 서비 스수준 분석 연구가 필요하다고 제시하였다.

김응철 등(2009)은 효과척도를 선정하고 시뮬레 이션 분석을 이용하여 회전교차로의 서비스수준 기 준을 정립하였다. 지방지역 회전교차로를 분석대상 으로 하였으며, 1차로 회전교차로에서 서비스수준 F의 진입교통량은 1,700pcph이며, 평균차량지체는 18초로 분석되었다. 또한 2차로 회전교차로에서는 서비스수준 F의 진입교통량은 2,900pcph이며, 평균 차량지체는 31초로 평가되었다.

인병철(2009)은 VISSIM을 이용하여 차량 및 보 행교통량을 고려한 회전교차로의 운영효과를 신호 교차로와 비교하여 어떠한 조건에서 효과적인가를 평가하였다. 또한 회전교차로에서 신호교차로로 전 환되어야 하는 진입교통량을 추정하기 위한 24개의 회귀모형식을 구축하였다.

이수인 등(2010)은 도시부 2차로 회전교차로를 대상으로 보행량에 따른 교통량별 회전교차로의 지 체 변화를 비교하였다. 보행수요가 400대/시 이상일 경우에는 무통제보다 펠리컨 및 정주기식 신호운영이 더 효율적인 것으로 평가되었다.

2) 국외연구 검토

미국 NCHRP(National Cooperative Highway Research Program)에서는 1997년 미국 전역의 교통국을 대상 으로 회전교차로의 위상과 실태에 대한 설문조사를 실시하였다. 응답자의 66%가 안전성 제고, 지체 및 비용감소, 도시경관 등을 이유로 회전교차로를 도 입한 것으로 응답하였다.

Bastian J. S. 등(2007)은 1차로 및 2차로 회전교차로 의 보행자 신호처리 조사 분석을 통해 회전교차로를 미시적으로 분석하였다.

Sadek A. W.(2008)는 현대식 회전교차로를 대상 으로 일반분석과 마이크로 시뮬레이션(RODEL, aaSIDRA, PARAMICS, VISSIM 등) 분석을 비교․ 평가하였다. VISSIM이 가장 많은 변수를 고려하여 교차로를 분석할 수 있으며, aaSIDRA의 환경요인은 대부분 신뢰할 수 있는 것으로 나타났다. PARAMICS 는 비교변수를 적용하여도 결과에는 차이가 없는 것으로 나타났다.

Baranowski B.(2005)는 보행량과 교통량에 따른 회 전교차로의 보행신호 운영을 연구하였다. 연구 결과 각 지침에서 보행신호 운영을 검토해야 하는 보행 량과 교통량의 범위를 제시하였다.

Evbokia V. 등(2008)은 메릴랜드 주와 델라웨어 주의 전방향 정지제어 교차로를 신호 및 회전교차 로로 전환할 경우의 운영효율을 비교 분석하였다.

2. 연구의 차별성

이 연구의 차별성은 다음과 같다. 첫째, VISSIM 을 이용하여 횡단보도를 구축하고 보행 횡단보도의 운영에 따른 회전교차로의 운영효과를 비교 분석하 였다는 점에서 차별성이 있다. 보행량을 고려한 기 존 연구에서는 비보호 횡단보도만을 대상으로 분석 하였으나, 이 연구에서는 비보호를 포함한 횡단보 도의 보행신호 운영에 따른 효과를 분석하였다.

둘째, 보행신호에 따른 회전교차로의 운영효과를 분석하는데 있어 일반 횡단보도 뿐 아니라 회전교 차로의 교통섬을 활용한 2단 횡단보도를 포함하여 보다 다양한 보행신호 운영을 분석하였다. 기존 문 헌에서도 신호교차로를 중심으로 2단 횡단보도의 효과를 이미 분석한 바 있으며, 회전교차로의 특성상 분리교통섬이 각 진입로에 설치되어 있으므로 2단 횡단보도의 운영이 용이할 것으로 판단된다.

Ⅲ. 분석틀의 설정

1. 네트워크

1) VISSIM

VISSIM은 링크를 기반으로 구성되어 교통 운영 이나 교차로에서의 교통류 통행방향을 제어하기 용 이하다. 특히 차선별 특성을 고려한 차선제어가 가 능하다는 이점이 있다. 또한 운전자 행태를 반영할 수 있어 도시부 및 지방부 도로 등 다양한 형태의 교통특성을 사실적으로 묘사하고 분석할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

2) 2단 횡단보도(Staggered Pedestrian Crossing)

보행자를 한 현시 내에 횡단시키는 종래의 표준 횡단보도와는 달리, ‘2단 횡단보도’는 도로중앙에 보행자가 대기 할 수 있는 보행섬을 설치하여 보행 자가 두 개의 횡단보도를 2회에 나누어서 횡단하도 록 하는 형태의 횡단보도를 의미한다. 영국에서 제 안되어 유럽에서 많이 사용되고 있으며, 우리나라 에서도 시범적으로 설치하여 운영되고 있다.

3) 보행자 최소 녹색시간

보행시간은 보행자 고정녹색시간과 녹색 점멸시 간으로 구분된다. 보행자 신호시간은 보행자의 안 전과 차량소통의 2가지 측면을 고려하여 설정하며, 다음 식 (1)에 의해 산출한다.

여기서,

4) 네트워크 구축

이 연구에서는 ‘평면교차로 설계지침(2004)’에서 제시하고 있는 지방부 4지 1․2차로 회전교차로를 분석네트워크로 선정하였다. 1․2차로 회전교차로 모두 진입로별 분리교통섬을 설치하였으며, 횡단보 도의 폭은 4m로 설정하였다. 교차로별 설계기준은 <표 1>과 같다.

회전교차로의 특성을 반영하기 위해 Priority Rule 을 이용하여 회전차로에 우선권을 부여하였다. 또 한 비보호 횡단보도의 경우에는 보행자에게 통행 우선권이 있는 것으로 가정하여 Priority Rule을 설 정하였으며, 분리교통섬을 보행대피공간으로 활용 할 수 있도록 횡단보도를 2단 횡단보도 형식으로 구축하였다. 차량과 보행자간의 Priority Rule에서는 Front와 Rear Gap을 3.5초와 1.0초로 설정하였다.

분석을 단순화하기 위해 종단경사는 0값으로 경 사가 없는 것으로 가정하였으며, 차량운행특성으로 차간시간은 3초, 차간간격은 5m로 설정하였다. Output file중 Average delay time(car)을 선택하여 차량당 평 균지체 값을 산출하였다. 회전교차로의 진입로 차 량은 회전차로에 진입하기 위해 감속해야 하므로, 교차로의 진입로와 회전차로의 설계속도는 동일한 값을 적용하였다.

2. 시나리오 설정

보행신호 운영에 따른 회전교차로의 운영효과를 비교․분석하기 위해 보행신호 운영을 7개의 유형 으로 구분하였다. 각 유형별로 보행교통량은 100～ 800인/시(100인/시 간격), 진입교통량은 전 방향 기 준으로 400～6,000대/시(400대/시 간격)까지 증가하 는 시나리오를 작성하였다. 따라서 분석시나리오는 교차로 유형 2개, 보행신호 운영 7개, 보행교통량 8개 및 진입교통량 15개로 구성되어 총 1,680 (2×7×8×15 =1,680)개의 시나리오를 분석하였다.

분석을 단순화하기 위해 신호주기는 120초로 모든 유형에서 동일한 것으로 가정하였으며, 보행신호기 위치는 <그림 2>와 같다. 유형 1은 보행신호기를 설치하지 않고 비보호로 운영하며, 그 외의 유형별 보행신호는 <표 2>와 같이 운영된다. 차량은 각 도 로의 해당 보행신호기 작동시에만 정지하며, 보행 신호기는 0, 30, 60 및 90초를 시점으로 보행신호시 간만큼 작동하는 것으로 설정하였다. 이때 보행신 호시간은 식 (1)에서 산출된 값을 적용하였다.

3. 분석지표 선정

신호교차로의 경우 교통량, 신호운영 및 기하구 조를 토대로 차량당 평균제어지체를 산출한다. 그 러나 우리나라에서는 아직 회전교차로에 대한 운영 효율분석 모형이 제시되지 못하였다. 이에 이 연구 에서는 평가지표를 차량당 평균지체로 선정하고, 이를 통하여 회전교차로의 운영효과를 분석하였다.

Ⅳ. 시나리오별 비교 분석

1. 4지 1차로 회전교차로

VISSIM을 이용하여 시나리오를 분석한 결과, 유 형 2의 지체가 가장 낮게 분석되어 회전교차로의 운영효과가 다른 유형에 비해 좋은 것으로 판단된 다. 그 다음으로는 유형 4, 유형 5, 유형 3, 유형 6, 유형 7, 유형 1의 순으로 나타났다.

특히 2단 횡단보도로 구성된 유형 5, 유형 6 및 유형 7의 경우, 표준 횡단보도로 구성된 유형 2, 유 형 3 및 유형 4에 비해 운영효과가 떨어지는 것으 로 분석되었다. 즉 도로를 횡단하는데 있어 횡단보 도를 2회에 나누어서 횡단하는 것보다 한 개의 횡 단보도를 1회에 횡단하는 것이 회전교차로의 운영 효과를 더 높이는 것으로 평가되었다.

또한 보행량이 증가할수록 지체가 증가하는 것 으로 분석되었다. 이는 보행신호가 종료되어도 보 행신호시간에 횡단보도에 진입한 보행자가 횡단을 종료하는 시점까지 차량이 횡단보도를 통과하지 않고 대기하고 있기 때문인 것으로 판단된다.

보행량 300인/시 이하의 경우에는 유형 1(비보호 운영)을 기준으로 1,200대/시(보행량 200인/시 이하) 와 교통량 1,600대/시(보행량 300인/시)까지 수용가 능 한 것으로 나타났다. 또한 유형 1의 지체가 신호 횡단보도 운영에 비해 낮게 분석되어 신호 횡단보 도의 운영이 필요하지 않은 것으로 평가되었다.

<표 3>과 <표 4>에서 보는 바와 같이 유형 1(비 보호 운영)은 교통량 400대/시일 때, 보행량 400인/ 시와 800인/시에서 지체가 20.172초/대와 46.140초/ 대로 분석되었다. 이는 보행신호를 비보호로 운영 할 경우 교통 혼잡으로 인해 회전교차로의 운영효 과가 크게 떨어지는 것으로 나타나 신호 횡단보도 의 운영이 필요한 것으로 판단된다.

보행량 400인/시의 경우에는 유형 2, 유형4 및 유형 5는 진입교통량이 1,200대/시, 유형 3, 유형 6 및 유형 7은 800대/시를 초과하면 지체가 급격히 증가하여 운영효율이 감소하는 것으로 평가되었다. 보행량 800인/시의 경우엔 유형 2는 진입교통량 1,200대/시, 유형 3, 유형 4, 유형 5 및 유형 6은 진 입교통량 800대/시, 그리고 유형 7은 진입교통량 400대/시를 초과하면 지체가 급격히 증가하는 것으 로 분석되었다. 반면 유형 1은 모든 보행교통량에 서 차량지체가 높아 운영효율이 낮은 것으로 평가 되었다.

2. 4지 2차로 회전교차로

분석 결과는 <표 5>와 <표 6>과 같다. 유형 6의 지체가 가장 낮게 분석되어 회전교차로의 운영효과 가 다른 유형에 비해 좋은 것으로 판단된다. 그 다 음으로는 유형 7, 유형 5, 유형 4, 유형 3, 유형 2, 그리고 유형 1의 순으로 나타났다.

반면 4지 1차로 회전교차로와는 달리, 2단 횡단 보도로 구성된 유형 5, 유형 6 및 유형 7의 지체가 표준 횡단보도로 구성된 유형 2, 유형 3 및 유형 4 에 비해 낮게 나타났다. 이는 2차로 도로를 횡단하 는데 있어서는 도로를 2회에 나누어 횡단하는 것이 한 개의 횡단보도를 1회에 횡단하는 것보다 회전교 차로의 운영효과를 더 높이는 것으로 분석되었다. 즉 횡단보도의 길이가 증가할수록 2단 횡단보도의 운영이 회전교차로의 운영효과를 향상시키는 것으 로 판단된다.

또한 보행량이 증가할수록 지체가 증가하는 것 으로 분석되었다. 4지 1차로 회전교차로와 마찬가 지로 보행신호가 종료되어도 차량이 횡단보도를 통 과하지 않고 보행신호시간에 횡단보도에 진입한 보 행자가 횡단을 종료할 때까지 대기하고 있기 때문 인 것으로 판단된다.

보행량 300인/시 이하의 경우에는 4지 1차로 회 전교차로와 유사하게 분석되었다. 유형 1(비보호 운 영)을 기준으로 2,000대/시(보행량 200인/시 이하)와 교통량 2,400대/시(보행량 300인/시)까지 수용가능 한 것으로 나타났다. 또한 유형 1의 지체가 신호 횡 단보도 운영에 비해 낮게 나타나 신호 횡단보도보 다 운영효율이 좋은 것으로 평가되었다.

4지 1차로 회전교차로와는 달리, 유형 1(비보호 운영)은 보행량 400인/시에서 교통량 1,600대/시까 지 수용할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 보행량 800인/시는 4지 1차로 회전교차로와 마찬가지로 교 통량 400대/시에서 지체가 39.340초/대로 분석되어 신호 횡단보도의 운영이 필요한 것으로 판단된다.

보행량 400인/시의 경우엔 유형 1은 1,600대/시, 유형 2는 2,000대/시, 유형 3과 유형 4는 2,400대/시, 유형 5, 유형 6 및 유형 7은 2,400대/시를 초과하면 지체가 급격히 증가하는 것으로 분석되었다. 반면 보행량 800인/시의 경우엔 유형 1은 400대/시부터 차량지체가 높아 운영효율이 낮은 것으로 평가되었 다. 유형2는 1,600대/시, 유형 3과 유형 4는 2,000대/ 시에서 차량지체의 증가에 따라 운영효율이 크게 떨어지며, 유형 5, 유형 6 및 유형 7은 보행량 400 인/시와 동일한 진입교통량 수준에서 운영효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

Ⅴ. 결 론

이 연구는 보행신호 운영에 따른 회전교차로의 운영효과를 비교․분석하는데 목적을 두고 있다. 분석을 위해 미시적 교통시뮬레이션인 VISSIM을 이용하였으며, 보행자와 차량을 고려한 보행신호 운영에 따른 회전교차로 운영효과를 비교․분석하 였다. 연구의 주요 결과는 다음과 같다.

첫째, 4지 1차로 회전교차로는 유형 2, 4지 2차로 회전교차로는 유형 6이 다른 유형에 비해 효과적인 것으로 분석되었다. 또한 4지 1차로와 2차로 모두 유형 1의 지체가 가장 높게 나타나 보행신호 운영 이 회전교차로 운영효과에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 특히 4지 1차로와 2차로 회전교 차로 모두 보행량 300인/시 이하의 경우에는 유형 1(비보호 운영)이 가장 효율적인 것으로 분석되었 다. 따라서 보행량 400인/시 이상일 경우, 즉 보행교 통량이 매우 많은 경우에 보행신호의 운영이 필요한 것으로 판단되었다.

둘째, 비보호 횡단보도에 비해 보행신호로 운영 하는 것이 4지 1차로는 약 50.27%, 4지 2차로는 약 69.22% 정도 지체가 감소하는 것으로 분석되었다.

마지막으로 4지 1차로는 표준 횡단보도가 2단 횡 단보도에 비해 약 8.18%, 4지 2차로는 2단 횡단보 도가 표준 횡단보도에 비해 약 36.53% 정도 감소 효과가 있는 것으로 분석되었다. 즉 보행자의 횡단 거리가 짧은 1차로에서는 표준 횡단보도, 횡단거리 가 긴 2차로에서는 2단 횡단보도의 설치가 고려되 어야 할 것으로 평가되었다.

이 연구는 4지 1․2차로 회전교차로를 분석하여, 보행신호 운영에 따른 차량 지체만을 분석하였다는 점에서 한계를 지니고 있다. 보다 설명력 있는 연구 를 위해서는 차량과 보행자를 고려한 평가지표가 개발되어야 할 것으로 판단된다. 또한 다양한 회전 교차로 유형을 고려하여 운영효과를 비교 분석해야 하며, 감응식 보행신호도 포함하여 비교․분석하는 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.