Ⅰ. 서 론

지난 10년간 자동차 등록대수는 꾸준히 증가하 고 있으며, 이로 인한 교통 혼잡이 심각해져 가고 있다. 자동차의 증가는 교통 혼잡뿐만 아니라 주차 문제, 대기오염 문제 등 많은 사회적 문제를 야기하 고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 승용차 요 일제, 혼잡통행료 부과 등의 다양한 교통수요관리 정책들이 연구되고 있다. 그러나 이와 같은 규제를 기반으로 한 정책들은 일시적으로 효과는 볼 수 있 으나 근본적인 해결이 될 수 없다. 교통수요 관리를 위한 가장 기본적인 방법은 기존 도로의 효율적 운 영 뿐만 아니라 여객수송을 최대화 할 수 있는 대 중교통 우선의 수요관리정책이다. 대중교통 활성화 를 위해서는 개인승용차와 대비하여 불편을 최소화 할 수 있는 접근성, 속도, 정시성 등을 높임으로써 서비스 질을 높여야 한다. 가장 성공적인 대중교통 우선 정책 중 하나는 버스의 속도와 정시성을 높여 준 버스전용차로제 이다. 우리나라는 1986년 버스 전용차로가 처음 도입된 이래 중앙버스전용차로와 가 로변버스전용차로가 전국적으로 확대 운영되고 있다[1].

버스전용차로의 설치기준은 2005년 건설교통부 에서 발간된 ^「버스전용차로 설치 및 운영지침_」에 규정되어 있으며, 버스전용차로의 설치 촉진과 효 율적 운영을 통하여 도로의 이용효율을 제고시키는 것을 목적으로 하고 있다[2]. 지침에는 ‘편도 3차선 이상의 도로로서 시간당 최대 100대 이상의 버스가 통행 운행하거나 버스를 이용하는 사람이 시간당 최대 3,000명이상인 경우에 전용차로를 설치할 수 있다’고 되어있다. 다만, ‘출·퇴근시간제 전용차로의 경우 편도 3차선이상의 도로로서 시간당 최대 80대 이상의 버스가 통행 운행하는 경우에 설치할 수 있 다’고 되어있다.

그러나, 버스전용차로제를 시행함으로써 일반차 로 수는 줄어들어 승용차 지체가 심각해지는 문제 가 발생하고 있다. 비록 교통정책이 대중교통 우선 정책으로 바뀌면서 버스전용차로는 큰 용량의 버스 속도를 높이고 버스 회전률을 높여 수송능력을 증 가시키고자 하는데 목적이 있으나 일반 운전자에 대한 고려도 함께 할 필요가 있다. 일부 버스전용차 로의 경우, 버스임을 감안하더라도 교통량이 적어 일반차로와 비교할 때 불균형이 심각한 경우가 있 다. 고속도로 버스전용차로의 경우도 이러한 문제 가 있어 일부(다인승차량) 차량에 대해 전용차로의 진입을 허용하고 있다.

우리나라 도로교통법 시행령에는 “시장 등은 고 속도로 버스전용차로와 연결되는 고속도로 외의 도 로에 버스전용차로를 설치하는 경우에는 교통의 안 전과 원활한 소통을 위하여 그 버스전용차로를 통 행할 수 있는 차의 종류, 설치구간 및 시행시기 등 을 따로 정하여 고시할 수 있다.”라고 되어 있어 다 인승차량이 도시구간내 버스전용차를 이용하는 것 이 가능한 것으로 되어있다. 따라서, 본 연구에서는 버스전용차로에 다인승 차량이 함께 이용함에 있어 일반차로의 지체변화와 버스전용차로의 정시성에 대한 영향에 대하여 알아보았다.

Ⅱ. 문헌고찰

황기연·이조영(2003)은 강남대로변에 중앙버스전 용차로제 도입에 따른 버스 속도의 변화와 버스의 수동분담율의 변화에 대한 연구를 수행하였다[3]. 연구 결과, 중앙버스전용차로제 도입시 버스전용차 로의 속도는 약 20km/h이상 높아지고 버스의 수송 분담율은 6~8%까지 증가하는 것으로 추정하였다.

이승재·류승규(2005)는 중앙버스전용차로의 도입 전·후 분석을 통하여 효과분석을 실시하였다[4]. Downs-Thomson Paradox이론을 적용하여 속도분석 에 있어 합리성을 가지도록 하였고 도착시간데이터를 이 용하여 정류장별 도착시간의 신뢰성 분석을 실시하였다.

한명주·이영인(2006)은 버스의 정시성, 신속성, 쾌적성을 가지고, 특히 버스의 효율성을 높이기 위 한 버스우선신호 알고리즘을 정립하여 그 효과를 평가하였다[5]. 김영만(2007)은 수요관리 측면에서 고속도로 버스전용차로 도입에 따른 효과를 분석하 였고[6], 김명수(2013)는 중앙버스전용차로가 가로 변 버스전용차로에 비해 교통흐름에 더욱 효과적임 을 분석하였다[7].

Arasan and Vedagiri(1999)은 버스전용차로의 효과 분석을 위하여 현장 데이터를 바탕으로 시뮬레이션 을 통해 그 효과를 분석하였다[8]. Chen et al.(2007) 은 버스우선신호가 BRT(Bus Rapid Transit)에 미치 는 영향에 대하여 베이징의 BRT교통축을 통하여 분석하였다[9].

국내외 문헌을 살펴보면 버스전용차로의 설치에 따른 신호우선정책과 효과분석에 초점이 맞춰져 온 것을 알 수 있다. 그러나 도심구간에서 버스전용차 로에 다인승차량의 이용에 따른 영향에 대한 분석 은 연구된 바가 없다.

Ⅲ. 최적화를 위한 알고리즘[10]

본 연구에서는 VISSIM을 이용하여 다양한 교통 상황을 시뮬레이션 하였다. 그러나 복잡한 교통상 황을 실제와 비슷하게 구현하기 위해서는 프로그램 내의 파라메터(parameter)를 조정하여야 한다. 일반 적으로 이러한 정산(calibration)을 위해 Genetic Algorithm(GA)이 많이 이용되었으나 본 연구에서는 Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA) 알고리즘을 이용하였다. Zhang et al.(2010) 은 SPSA 알고리즘이 GA에 비해 1.7배 빠르고 정확 하게 정산 작업을 수행하는 것을 증명하였다[11]. 본 연구에서는 VISSIM의 다양한 파라메터 중 교통 상황에 가장 민감하게 반응하는 운전행태 파라메터 (Driving behavior parameter)를 정산하였고 이때 이용 된 SPSA알고리즘의 기본식은 다음과 같다.

여기서,

a_k 는 최적화를 위한 단계별 변화값을 설정하는 step size로써 최적화의 정확도와 빠른 시간을 위해 적절한 값을 설정하는 것이 중요하다. g ^ k ( θ ^ k ) 은 기 울기를 나타내는 것으로 g ( θ ) = ∂ L ( θ ) / ∂ θ 이 되는 최소의 값을 찾기 위해 반복수행을 하게 된다. 여기 서 g ^ k ( θ ^ k ) 는 (식 2)와 같다.

여기서,

Ⅳ. 모의실험

중앙버스전용차로에 다인승차량의 진입 허용에 대한 분석을 위해 대전시의 중앙버스전용차로를 시 험분석 구간으로 설정하였다. 대전시에는 현재 가 로변버스전용차로 10개 구간(47.4 km)과 3개 구간 (11.5 km)의 중앙버스전용차로가 있다.

1. 분석대상 구간

분석을 위한 대상구간은 2개의 중앙버스전용차 로(만년교~가수원네거리 구간: 도안동로, 유성네거 리~용계동 구간: 도안대로) 구간을 선정하였다. 현 재 두 지역의 경우, 중앙버스전용차로를 이용하는 버스 대수가 적고 상대적으로 피크시간에 일반차로 의 교통량이 용량의 한계에 이르러 차로별 지체 불 균형의 문제가 대두되고 있다. 따라서, 중앙버스전 용차로에 다인승차량의 이용을 허용하여 차로별 교 통량을 고르게 분산시켰을 때 일반차로 및 버스전 용차로의 지체 및 속도를 분석하여 그 변화를 알아 보았다. 분석대상구간에는 현재 6개의 버스노선이 지나가고 도안동로는 8개의 교차로, 도안대로는 9 개의 교차로가 있다.

2. 교통량

교차로 교통량은 현장에서 조사된 데이터와 ^「교통조사 및 분석보고서_」에서 얻어진 교통량을 각각 이용하였고 가로교통량은 차종별로 세분하여 조사하였다. 가로교통량은 오전, 오후, 저녁 피크시 간에 각각 2시간씩 조사하였으며, 두 지역 모두 18:00~19:00사이의 교통량이 가장 많은 것으로 나타 났다. 18:00~19:00사이의 가로구간 총 교통량은 도 안동로의 경우 2,732대, 도안대로는 3,375대로 나타났다.

가로 교통량의 차종별 비율은 두 지역 모두 승용 차가 가장 높은 것으로 나타났고 도안동로의 승합 소형차량은 통과차량의 8.1%, 도안대로는 통과차량 의 6.1%로 나타났다.

신호자료는 대전교통정보센터로부터 얻어진 현 시를 이용하였으며, 본 연구에서는 가로 교통량이 가장 많은 18:00~19:00 사이의 현시를 이용하였다.

3. 신호최적화

1) 도안동로

도안동로의 주기 길이는 연동이 제대로 이루어 지지 않아 주기 길이가 대부분 상이하였다. 교통축 분석을 위한 모의실험을 하기 위해서는 모든 교차 로에 대한 신호 offset과 교통량, 기하구조 등을 면 밀히 조사를 하고 주기를 맞추어야 함으로 신호주 기와 offset을 최대한 맞추어 신호를 최적화하여 교 통상황을 최적화시켰다.

2)도안대로

도안대로의 주기 길이는 180초 또는 90초로 최적 화되어, 연동효과를 극대화 할 수 있도록 조정 하였다.

Ⅴ. 다인승차량 도입 운영효과 분석

운영효과 분석은 크게 현재와 같이 중앙버스전 용차로에 버스만 운영되었을 경우와, 중앙버스전용 차로에 승합차가 진입하였을 경우, 또한 장래 교통 량이 5%, 10% 증가되어 운영되었을 경우의 4가지 시나리오에 대하여 분석하였다. 이 때, 중차량 비율 은 현장조사를 통하여 이용하였고 교통량은 현장 자료 중 피크시간 때의 최대 교통량을 사용하였다. 또한, 버스의 승·하차인원(30명)과 버스우선신호를 고려하여 최대한 최적화 시킨 후 분석을 시행하였 다. 또한, SPSA 알고리즘을 이용하여 운전자 행태 파라메터를 최적화 하여 실제의 교통상황을 구현하 도록 하였다. 운영효과 분석을 위한 효과척도(Measures of Effectiveness: MOE)는 일반차량(Car), 중차량(HGV), 버스(Bus), 전체 차량(Total)에 대한 차량당 평균지 체, 평균 속도 등을 사용하였다.

1) 도안동로 운영효과 분석결과

<표 4>는 중앙버스전용차로에 현재와 동일하게 버스만 이용할 경우의 운영효과를 분석한 결과이 다. 전체차량 당 평균지체는 93.5초로 서비스수준은 “E” 수준이며, 일반 자동차의 평균지체는 92.9초이 며, 버스는 226.5초로 나타났다. 일반자동차의 평균 속도는 36.7 km/h, 버스는 36.3 km/h로 나타나 버스 가 정차를 한 것을 감안하면 버스의 속도는 상당히 높은 것으로 나타났다. 이때, 다인승차량을 버스전 용차로에 이용하게 하였을 경우, 전체적인 평균 속 도는 35.4 km/h로 약간 낮아졌으나 속도변화는 크 지 않는 것으로 나타났다. 버스전용차로의 평균속 도는 34.7 km/h로 다인승차량의 영향이 있는 것으 로 나타났으나, 버스의 정시성에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다<표 5>.

버스의 노선은 장래에도 같다는 가정하에 버스 를 제외한 일반차종과 다인승차량을 각각 5%, 10% 씩 증가하였을 때 전체 지체는 123.1초와 169.8초로 점점 크게 증가하였다. 또한 버스의 평균속도도 점 차로 감소하는 것으로 나타났으나 많은 변화는 일 어나지 않았다(<표 6>, <표 7>).

2) 도안대로 운영효과 분석결과

도안동로의 분석방법과 같은 방법을 이용하여 중앙버스전용차로에 현재와 동일하게 버스만 이용 할 경우(1), 다인승차량이 진입하였을 경우(2), 장래 5%의 교통량이 증가하였을 경우(3), 10%의 교통량 이 증가하였을 경우(4)의 4가지 경우에 대해서 분석 하였다 <표 8>. 속도의 변화를 살펴보면 도안동로 와 마찬가지로 장래 교통량 증가에 따라 일반차로 의 속도저하가 급격히 이루어지는 것으로 나타났 다. 반면, 버스전용차로는 속도가 서서히 감소하나 정시성을 유지하는 것으로 나타났다.

Ⅵ. 결론 및 향후연구

본 연구는 버스전용차로 설치로 인한 일반차로 의 지체를 완화하기 위한 방안으로 다인승차량이 버스전용차로를 운행하였을 때 버스의 정시성 변화 와 일반차로의 도로상태에 대해 알아보았다.

연구 대상지는 대전시의 중앙버스전용차로가 운 행 중인 두 지역(도안동로, 도안대로)을 선정하였다. 두 지역은 버스전용차로에 버스통행량이 적고 일반 차로의 교통량이 많은 차로별 불균형이 심한 지역 이다. 두 지역을 분석하기 위해서 Synchro를 이용하 여 신호를 최대한 최적화 시키고 VISSIM을 이용하 여 시뮬레이션 분석을 시행하였다. 현황을 정확히 반영하기 위하여 운전자 행태를 반영할 수 있는 파 라메터를 SPSA알고리즘을 이용하여 최적화 한 후 분석을 시행하였다.

두 지역은 버스의 승·하차로 인한 정차와 차량특 성을 고려하여도 현재의 다인승차량 대수로는 버스 전용차로를 이용하여도 버스전용차로의 정시성에 크게 영향을 끼치지 않았다. 그러나 도안동로의 경 우 전체 지체는 증가(속도 감소)하는데 반해 도안대 로는 다인승차량이 버스전용차로를 운행하면 전체 지체가 떨어지는 효과(속도 증가)가 있는 것으로 나 타났다. 장래, 교통량이 증가하였을 경우 일반차로 는 지체가 급격히 증가하는 것으로 나타나고 속도 또한 크게 줄어드나 버스의 속도는 완만히 감소하 여 현재의 다인승차량이 10%정도 증가하여도 정시 성을 어느 정도 유지 할 수 있는 것으로 나타났다. 비록 단속의 문제 및 다른 차량과의 형평성 문제가 발생할 수 있다. 또한, 다인승차량의 차선변경에 따 른 자동차의 안전문제와 버스전용차로의 기본목적 인 수송능력 증대가 훼손될 우려도 있다. 그러나, 현재의 규제 위주의 교통수요관리 보다는 주어진 도로를 최대한 효율적으로 이용하고자 하는 노력도 중요하므로 이러한 연구가 계속될 필요가 있다고 판단된다.

향후 가로변 구간에 있는 버스전용차로의 다인 승차량 허용에 대한 연구 및 다양한 교통량에 대한 세부적인 연구가 추가되어야 할 것으로 판단된다.

알림: 본 논문은 ‘다인승차량 활성화 방안연구’에 서 수행된 자료를 일부 이용하였음