Ⅰ. 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
2009년 국내 수단별 화물수송실적1)은 도로 74.1%, 해운 18.9%, 철도 6.9%, 항공 0.1%이다[9]. 2001년도 에 비해 도로분담율은 8.2% 증가했으나 해운과 철 도는 각각 7.5%, 0.7% 감소하였다. 이는 철도와 해 운의 역할이 축소되고 도로 역할이 확대했음을 의 미한다. 2009년 도로등급별 화물자동차 통행실적2) 분석결과, 고속도로가 40.6%로 가장 높으며, 일반국 도 40.1%, 국지도․지방도 12.1%, 광역시도․시군 도가 7.3%로 나타났다. 더욱이 고속도로 연장이 국 도 연장의 21.5% 수준임을 감안하면 고속도로는 물 류수송의 중추적인 역할을 담당한다. 또한 2009년 기준 국내 국가물류비는 115.5조원으로 4년 연속 100조원을 돌파해 2005년 불변가격 기준으로 약 4.25% 증가하였다[1]. 이는 GDP 대비 미국, 일본에 비해 높은 수준이다. 따라서 물류수송의 중요한 역 할을 담당하는 고속도로의 기초자료는 고속도로의 화물수요예측 및 국가물류비 절감을 위해 반드시 필요하다.
고속도로의 대표적인 기초자료는 TCS(Toll Collection System)에서 수집한다. TCS자료는 고속도 로를 이용하는 모든 차량에 대한 정보를 수집하기 때문에 신뢰도 및 활용도가 매우 높다. 그러나 TCS 자료는 요금징수를 위한 목적으로만 차종을 구분한 다. 요금징수를 위한 TCS자료의 차종은 화물자동 차, 승용차, 버스 등이 혼재되어 TCS자료를 활용 한 고속도로 화물자동차 수요추정에 한계가 있다.
본 연구는 TCS자료의 차종을 재분류하기 위한 영상조사를 수행하여 고속도로 도시유형별/권역별 차종비율을 분석하고자 한다. 또한 도시유형별/권 역별 차종비율과 TCS자료를 활용하여 2011년 기준 TCS기반 고속도로 O/D를 구축하여 화물자동차의 통행특성을 분석하고자 한다.
2. 연구의 수행과정
본 연구의 수행과정은 <그림 1>과 같다. 우선 2011년 TCS 자료를 통해 요금소 기반 TCS O/D를 구축하였다. 다음으로 차종구분을 위한 영상조사 자료를 이용하여 고속도로 수요추정을 위한 차종별 고속도로 O/D를 구축하였다. 마지막으로 본 연구에 서 구축한 고속도로 O/D와 KTDB O/D 자료를 이용 하여 오차율을 검증하였다.
Ⅱ. 기존연구 고찰
1. TCS 차종구분
TCS자료는 전국 고속도로 영업소간 자료로써, 선별, 영업소별, 차종별 1일 구간교통량을 파악할 수 있다. 이는 전국 약 320여 개 영업소를 통과하는 모든 차량을 대상으로 수집한다. 한국도로공사 TCS 자료의 차종구분은 <표 1>과 같이 요금징수를 위한 목적으로 차종을 구분하기 때문에 고속도로 수요추 정에 한계가 있다. 한국도로공사(2000)는 TCS자료 를 근간으로 하여 다양한 실무적 용도를 만족시킬 수 있는 새로운 차종분류의 필요성만을 제시하고 있다.
2. TCS기반 O/D 구축 연구
고속도로 TCS기반 O/D는 교통계획 및 정책수립, 도로설계 등을 위한 기초자료로써 다양한 연구 분 야에 활용하고 있다. 신언교 외(1999)는 영업소간 O/D를 이용하여 교통죤간 O/D를 추정하는 모형을 구축하였다. 이 연구는 고속도로의 배정교통량과 실제교통량과 비교해 고속도로 이용차량에 대한 교 통죤 간 O/D 정확도를 향상시킬 수 있는 방법을 제 시하였다. 이승재 외(2001)는 TCS자료와 관측된 구 간교통량 자료를 이용하여 Gradient 기법[12]으로 고 속도로 O/D를 보정하였다. 서울대학교(2007)에서는 화물자동차 O/D의 신뢰성 검증 방법론을 개발하기 위해 TCS 자료를 활용하여 화물자동차 차종별 O/D 를 보정하였다. 또한 정상미・김익기(2008)는 TCS자 료를 이용하여 시간대별 동적 O/D를 구축하였다. 유정훈․이무영(2011)은 도심지역 분석에 활용도를 높이기 위해 구축된 시간대별 O/D를 sub-corrider 시 간대별 O/D로 전환하기 위한 방법론을 개발하였다. 최기주 외(2011)은 TCS 자료를 이용한 재차인원별 O/D를 구축하였다. 이는 재차인원 정보를 추가로 조사하여 수단별 O/D를 산출하는 과정 및 방법론을 제시하였다. <표 2>는 기존연구를 요약한 것이다.
3. 시사점
TCS자료는 그 정확성에도 불구하고 고속도로 화 물자동차 수요추정에 한계가 있다. 고속도로의 화 물자동차 수요추정을 위해서는 요금징수를 위한 차 종4)이 아닌 수요추정을 위한 차종5) 구분이 필요하 다. 기존 선행연구에서 살펴보았듯이 TCS를 이용한 O/D는 서울대학교(2007) 연구를 제외한 모든 연구 에서 화물자동차가 아닌 승용차를 대상으로 O/D를 구축하였다. 서울대학교(2007)는 KTDB O/D에 도로 교통통계연보 차종비율을 적용하여 화물자동차 O/D를 구축하였다. 그러나 본 연구에서는 KTDB O/D가 아닌 TCS O/D와 차종구분을 위한 영상조사 자료를 통해 차종별 고속도로 O/D를 구축하였다.
Ⅲ. 조사설계 및 연구자료 수집
차종구분을 위한 영상조사는 연구의 취지에 따 라 도시유형별/권역별 차종비율을 분석하여 고속도 로 화물자동차 O/D를 구축하는 방향으로 진행하였 다. 조사시기는 2011년 10월 20일(목) AM 07:00∼ 2011년 10월 21일(금) AM 07:00까지이다.
차종은 화물수요분석을 위해 7종으로 선정하였다. 조사대상은 해당 조사지점의 진입요금소를 통과하 는 모든 차량이다. 영상조사는 개방식이 아닌 폐쇄 식 구간 톨게이트에서 수행하였다.
차종구분을 위한 영상조사의 차종비율 결과를 적용하기 위해 전국 329개 고속도로 영업소를 권역 별, 도시유형별로 분류하였다. <표 3>은 전국 고속 도로 영업소의 유형을 분류한 결과이다. 또한 영상 조사는 예산상의 한계로 6대 권역6) 및 4개 도시유 형7)을 대표하는 총 24개 지점을 선정하였다. 고속 도로 차종구분을 위한 영상조사 지점선정 결과는 <표 4>와 같다.
Ⅳ. 방법론
1. TCS자료의 차종 재분류
기존 TCS자료의 차종은 화물자동차의 차종구분 이 명확하지 않기 때문에 교통수요추정에 한계가 있다. 영상조사는 화물자동차 수요추정을 위한 차 종을 재분류하였다. <표 5>는 TCS 자료의 차종을 재분류한 결과이다.
본 연구는 영상조사의 세부차종을 승용차・승합 차, 미니트럭, 소형화물자동차, 중형버스, 중형화물 자동차, 대형버스, 대형화물자동차로 구분한 후, TCS 자료를 이용하여 차종비율을 보정하였다. 또한 TCS 3종은 High-Pass자료를 통해 중형화물자동차를 재보정하였다. 따라서 본 연구는 화물자동차 수요 추정을 위한 차종을 승용차, 버스, 소형화물자동차, 중형화물자동차, 대형화물자동차로 재분류하여 도 시유형별/권역별 차종비율을 산정하였다. <그림 2> 는 영상조사 자료를 이용하여 차종비율 보정방법을 나타낸 것이다.
2. 화물자동차 O/D 구축
본 연구는 한국도로공사의 TCS자료와 차종구분 을 위한 영상조사 자료를 활용하여 고속도로 수요 추정을 위한 승용차, 버스, 화물자동차 O/D를 구축 하였다. 화물자동차 O/D는 출발지 특성만을 반영한 방법론과 출발지+도착지 특성을 반영한 방법론에 의해 구축된다. 우선, 출발지 특성만을 반영한 화물 자동차 O/D 구축 방법론은 수식 (1)과 같다. 이 방 법은 화물자동차 O/D 구축이 쉽고 간편하다.
여기서,
-
: m 차종의 요금소 i에서 요금소 j 까지 통행량
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: 요금소 i에서 출발하는 m 차종의 통행량
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: 요금소 i에서 출발하는 통행량 중 m 차종비율
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: 요금소 i에서 출발하는 통행량 중 요 금소 j까지의 m 차종 통행량 비율
둘째, 출발지+도착지특성을 반영한 방법론은 수 식 (2)와 같다. 이 방법은 출발지 특성과 도착지특 성을 동시에 반영하였다.
여기서,
<그림 3>은 소형화물자동차 O/D 구축 예시를 나 타낸 것이다. 우선, TCS자료 중 서울TG에서의 1종 총발생량은 1일 100,000대이며, 서울TG에서 천안 TG까지 50,000대/일(50%), 서울TG에서 순천TG까지 10,000대/일(10%)로 가정하였다.
출발지 특성만을 고려한 소형화물자동차 O/D 산 정 결과는 다음과 같다.
출발지+도착지특성을 반영한 소형화물자동차 O/D 산정 결과는 다음과 같다.
출발지 특성만 반영한 방법론은 도착지 및 거리 특성을 반영하지 못하여 과대 추정되는 경향이 있 다. 출발지+도착지 특성을 반영한 방법론은 출발지 특성만을 고려한 방법론에 비해 신뢰성이 있으나, 거리특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 따라서 본 연구는 출발지+도착지 특성을 반영한 방법론을 이용하여 TCS 기반 고속도로 O/D를 구축하였다. 또한 거리특성을 반영하기 위해 중력모형을 이용하 여 보정하였다.
3. TCS 기반 고속도로 O/D 신뢰도 검증
본 연구는 TCS기반 고속도로 O/D의 신뢰성을 측 정하기 위하여 추정된 고속도로 O/D를 이용하여 배정교통량과 도로교통량 통계연보의 관측교통량 을 비교하였다. 오차율(%)은 수식 (3)과 같이 정의 하고 이를 신뢰도 지표라 가정하였다.
여기서,
Ⅴ. 분석결과
1. 차종구분을 위한 영상조사 결과
영상조사 자료 분석결과, 조사 영업소별 평균차 종비율은 승용차 70.3%, 버스 2.8%, 소형화물자동 차 10.9%, 중형화물자동차 7.9%, 대형화물자동차 8.1%로 분석되었다. <그림 4>는 고속도로의 평균차 종비율을 나타낸 것이다.
도시유형별 평균차종비율은 승용차의 경우 광역 도시가 74.6%로 가장 높은 것으로 분석되었으며, 버스의 경우 광역도시가 3.1%로 가장 높은 것으로 나타났다. 소형, 중형 및 대형화물자동차는 산업도 시가 각각 11.4%, 9.0%, 11.1%로 가장 높게 나타났 다. <표 6>은 도시유형별 평균 차종비율을 나타낸 것이다.
권역별 영업소 평균차종비율은 <표 7>과 같다. 차종별로 살펴보면, 승용차 비중이 가장 높으며, 버 스 비중이 가장 낮게 분석되었다. 화물자동차의 평 균차종비율 결과, 소형화물자동차 비율은 수도권이 가장 높았으며, 중・대형화물자동차는 전라권이 가 장 높게 나타났다. 전라권과 경남권은 대형화물자 동차 비율이 소・중형화물자동차 비율보다 높게 분 석되었다. 이 결과는 전라권의 광양항과 경남권의 부산항의 영향인 것으로 판단된다. <그림 5>는 권 역별 화물자동차 평균차종비율을 나타낸 것이다.
2. TCS기반 고속도로 O/D 신뢰도 검증
본 연구는 2011년 도로교통량 통계연보의 고속 도로 관측지점8)을 대상으로 신뢰도를 검증하였다. 신뢰도 분석9)결과는 <표 8>과 같이 본 연구에서 구 축한 TCS 기반 승용차, 버스, 소형화물차, 중형화물 차, 대형화물차 O/D를 이용하여 분석하였다. 고속 도로 O/D의 신뢰도는 87.3%로 매우 높게 나타났다. TCS기반 고속도로 O/D의 신뢰도가 높은 이유는 TCS자료가 전수화된 자료이며, 별도의 고속도로 네 트워크를 구축하여 통행배정 했기 때문이다. 다시 말해 KTDB O/D는 고속도로, 일반국도, 국지도, 지 방도등 모든 도로등급이 포함된 전국 네트워크를 사용했기 때문에 본 연구에 비해 신뢰도가 다소 낮 게 나타났다.
고속도로 O/D 신뢰도 분석결과, 승용차가 83.1% 로 가장 높게 분석되었으며, 그 다음으로 대형화물 자동차(80.6%), 중형화물자동차(57.1%), 소형화물자 동차(52.8%), 버스(45.5%) 순으로 분석되었다. 버스 의 신뢰도가 가장 낮게 나타난 이유는 정해진 노선 에 따라 통행하기 때문이다. 버스의 경우, 철도와 같이 Transit Line에 따라 Transit Assingment 기법을 통해 별도로 추정해야 할 것으로 판단된다. 또한 전 국 지역간 O/D와 고속도로 O/D 비교 결과, 고속
도로 O/D의 신뢰도가 전체적으로 높게 나타났다. 신뢰도 차이는 차종별로 대형화물자동차(34.4%), 버 스(25.6%), 승용차(23.2%) 순으로 나타났다.
주요 고속도로 노선별 신뢰도는 관측지점수가 15 개 이상인 노선에 대해 분석하였다. <표 9>는 관측 지점수가 15개 이상인 구간을 나타낸 것으로, 고속 도로 전체 관측지점수의 약 60%를 차지한다. 주요 노선별 분석결과, 고속도로 O/D 신뢰도는 노선에 따라 다소 차이가 있으나, 69%~100%로 매우 높게 나타났다.
3. 고속도로에서의 화물자동차 통행특성 분석
본 연구는 통행특성을 분석하기 위해 전국 지역 간 화물자동차 O/D와 TCS기반 고속도로 화물자동 차 O/D의 화물자동차 통행특성을 비교분석하였다. 화물자동차 통행특성 분석결과는 <표 10>과 같이 고속도로에서 중형화물자동차가 소․대형화물자동 차에 비해 통행량이 매우 적은 것으로 나타났다.
화물자동차 톤급별 평균통행거리 분석결과, 소형 화물자동차 52km/대, 중형화물자동차 56km/대, 대 형화물자동차 97km/대로 분석되었다. <그림 6>과 같이 소형, 대형화물자동차는 전국 지역간 화물자 동차 O/D 자료의 평균통행거리에 비해 약 20km/대 이상 긴 것으로 나타났다.
<그림 7>은 화물자동차의 거리대별 분포를 나타 낸 것이다. 소형화물자동차는 통행거리가 50-100km 이상 구간에서 중․대형화물자동차에 비해 통행량 이 급격히 감소하는 것으로 분석되었다.
Ⅵ. 결론
본 연구는 TCS자료의 차종을 재분류하기 위한 영상조사를 수행하여 고속도로 도시유형별/권역별 차종비율을 분석하였다. 또한, 도시유형별/권역별 차종비율과 TCS자료를 활용하여 2011년 기준 TCS 기반 고속도로 화물자동차 O/D를 구축하였다. 추정 된 고속도로 O/D 신뢰도는 87.3%로 매우 높게 나 타났다. 이러한 결과는 향후 고속도로 화물자동차 수요분석에 크게 기여할 것으로 판단된다.
본 연구는 고속도로에서의 화물자동차 O/D를 구 축했다는 점에서 의미가 있으나, 많은 개선사항이 필요하다. 먼저, 영상조사를 통해 도시유형별/권역 별 차종비율을 산정하였으나, 조사 표본수가 작으 므로 대표성에 한계가 있다. 둘째, TCS기반 고속도 로 화물자동차 O/D 자료의 신뢰도 검증을 관측교 통량과의 비교를 통해 파악한다는 관점은 논란의 소지가 있을 수 있다. 셋째, 본 연구의 범위가 고속 도로에 한정되어 있으나, 고속도로만이 아닌 기타 도로(일반국도, 지방도 등)를 포함하는 연구도 진행 되어야 할 것으로 판단된다. 마지막으로 본 연구는 고속도로 O/D를 구축하여 신뢰도 검증하고 결과를 제시하였으나, 과대/과소 추정이 일어나는 원인과 오차를 보정하기 위한 세밀한 연구가 필요하다. 또 한 KTDB O/D와 단순 비교한 결과만을 제시하였으 나, 향후 연구에는 KTDB O/D와 TCS O/D 자료를 통합하여 현재보다 신뢰도를 높이기 위한 노력이 필요할 것으로 판단된다.