I.서 론

Intelligent Transport Systems (ITS)는 현장 교통정 보 수집체계와 중앙 교통정보 센터 간 통신을 활용 하는 첨단 교통서비스 구현 기술이다. Cooperative - Intelligent Transport System (C-ITS)는 차량과 차량 간 Vehicle-To-Vehicle (V2V) 통신을 주로 활용하는 첨단 미래 교통서비스 구현 기술이다. C-ITS는 도 로를 주행하는 차량들에게 (1) 조금 전 도로를 이미 주행한 차량으로부터 확인된 소통정보를 V2V 통신 으로 다른 차량에게 전하는 교통정보제공서비스와 (2) 긴박한 위험상황에서 V2V 통신을 활용하여 차 량 안전을 지원하는 안전지원서비스 등을 포함한 다. V2V는 전용주파수 대역 Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) 통신으로 구현된다. 생성된 정보를 멀리까지 공유하기 위한 Vehicle- To-Infra (V2I) 통신기술과 Infra-To-Center (I2C) 통신 기술이 또 다른 C-ITS 기술요소로 구분되지만 C-ITS 핵심은 V2V 통신기술을 기반으로 한다.

C-ITS가 지원하는 다양한 서비스 중 교통안전 지 원 서비스가 많이 조명된다. 차량이 위험한 상황에 빠지지 않도록 V2V 통신(0.1 sec/communication)을 이용하여 미리 교통안전을 확보하게 한다. C-ITS ‘차량 추돌방지 지원’ 서비스는 기대하지 않은 위험 상황이 전방에 발생하여도 후방 차량이 주변 차량 들과 V2V 통신으로 해당 상황을 먼저 인식하게 하 고 대응할 수 있게 한다.

C-ITS 안전서비스는 V2V 통신에 많은 영향을 받 는다. V2V 통신의 성공과 실패는 C-ITS 안전서비스 의 성공과 실패와 직결된다. V2V 통신은 교통량에 영향을 받을 수도 있다. 교통량이 적어 주변 통신대 상 차량 수가 적은 경우 V2V 통신부하는 그리 크 지 않아 C-ITS 서비스 구현에 큰 문제가 되지 않는 다[1,2].

그러나 도시부 일반도로와 같이 혼잡한 경우 상 황은 다를 수 있다. C-ITS 차량 한 대가 동시에 많 은 주변차량들과 V2V 통신해야 한다. 항상 통신 성 공이 이루어지지 않을 수 있다. 모든 V2V 통신이 모두 성공할 것이라 단정하기는 어렵다.

1.연구 배경

한 번의 V2V 통신 성공은 C-ITS 단위시간(0.1 초) 내 서로 다른 통신 계층을 거치는 일련의 작업 이 모두 성공하는 상황을 의미한다[1-4]. 이들 계층 은 (1) 물리 계층, (2) 데이터링크 계층, (3) 네트워 크 &전송 계층, (4) 어플리케이션 계층을 포함한다 [1, 2].

지금까지의 C-ITS 실험은 제한된 수의 실험차량 으로 통제된 실내실험(Lab test) 또는 실외 테스트베 드 환경에서 실행되었다. 통신대상 차량이 적은 상 태에서 C-ITS 장비기능 중심으로 실험이 수행되었 다. 교통량이 증가하여 혼잡한 경우 통신반경 내 통 신대상 차량의 수가 증가하고, 주행차량이 처리하 는 V2X 통신량도 증가한다.

많은 차량들이 상호작용하는 일반적인 교통흐름 상황에서 상기 여러 계층에서 처리하는 작업 소요 시간이 증가할 수도 있다. 이는 V2V 4개 계층에서 발생할 수 있는 통신 (1) 지연(latency) 또는 (2) 실패 (failure) 상황이 발생할 수 있음을 가한다.

이처럼 교통량이 증가하여 혼잡한 경우 정해진 C-ITS 단위시간(0.1 sec) 내 처리하여야 할 통신량을 전량 처리하기가 쉽지 않다. 이는 교통량 혼잡시 V2V 통신 지연 또는 실패가 발생할 확률이 높아지 며, 이에 따른 C-ITS 서비스 효용성이 낮아지는 상 황이 있을 수 있다.

2.연구 목적

본 연구는 교통량이 많아지는 상황에서 V2V 통 신을 구성하는 요소 계층에서 통신 ‘지연’ 또는 ‘실 패’로 인한 서비스 구현 ‘실패’가 발생 할 수도 있 음을 가정하며, 해당 상황에서 C-ITS 안전서비스의 효용성 변화를 진단한다.

이는 단위시간 내 처리하여야 하는 다중 V2V 통 신 중 일부가 처리되지 못하여 지연 또는 실패 될 수도 있는 현실적인 여건을 반영한다.

3.연구 범위

본 연구는 ‘차량 추돌방지 지원’ C-ITS 서비스를 연구 범위로 한정한다. 이는 전방 돌발 상황이 발생 하면 추돌사고를 피하기 위해 후방차량의 급 감속 을 유도하는 C-ITS 서비스이다.

II.문헌 및 이론고찰

본 연구에서 고려하는 V2V 통신, C-ITS 차량 추 돌방지 지원 서비스, C-ITS 서비스 효과평가 내용 에 대한 기존 문헌을 고찰하였다. 단, C-ITS의 개별 단위 서비스에 대해서는 현재까지 구현되어 있지 않으므로, 유사 연구에 대하여 고찰을 수행하였다.

1.V2V 통신

V2V는 서로 다른 두 개 차량 간 통신이다. 한 번 의 V2V 통신은 내부 계층으로 구분되는 여러 번의 프로세스 작업들로 구성된다[1-4]. 이들 계층은 물 리 계층, MAC 계층, 네트워크 계층, 응용 계층으로 구분된다. 또한 물리 계층은 물리 계층 전환기능과 Physical Medium Dependent (PMD) 기능으로 세분화 되며, 네트워크 계층은 IP 계층과 Vehicle Multi-hop Protocol (VMP) 계층으로 구분되는 등 단순하지 않 다 [5-9].

Lee(2007) 차량간 통신에서 차량의 높은 이동속 도로 인한 네트워크 토폴로지의 빈번한 변화, 도플 러 효과(dopler effect)로 인한 전송 실패, 짧은 통신 시간으로 인한 신속한 데이터 전달의 중요성을 언 급하였다[10].

Kim(2011)은 차량 주행환경에서의 IEEE802.11 b/g방식과 IEEE802.11p에 따른 V2V/V2I 통신에 대 하여 주행속도와 통신부하를 달리하여 발생하는 차 이를 비교분석하였다. 실 주행환경 테스트 결과 주 행속도와 통신 부하가 높아질수록 지연시간이 높아 지는 결과를 확인하였다[11].

MAC 계층은 미디어 접속 방식을 정의하고 접속 및 관리를 위한 프레임을 정의하며 다 중 무선 채 널 액세스를 제어 및 관리한다. 주변 여러 차량들로 부터 접속이 동시에 요청되면 이들을 모두 한 번에 수용하지 못하기 때문에 이 중 일부를 MAC에서 선 택 처리한다. 채택되지 못한 V2V 통신으로 인해 통 신 지연(latency)이 발생하며, 지연이 반복되어 실패 (failure)가 발생할 수 있다[1, 2]. 이러한 통신 ‘지연’ 및 ‘실패’가 임계 허용시간을 초과하는 경우 넓은 의미에서 C-ITS 서비스 실패를 의미한다.

2.차량 추돌방지 지원 서비스

통신기반의 추돌방지 지원서비스의 경우 다양한 형태의 연구가 진행되고 있다. Akasan(2016)은 전방 돌발상황에 대한 Time To Collision(TTC) 기반의 적 정 경보 제공 타이밍에 대한 연구를 진행하고 있다 [12]. Jianqiang(2016)은 운전자 동작 변화에 따라 전 방 돌발상황에 대한 제어 임계값을 조정하는 알고 리즘을 개발 중이다[13]. 이 외에도 Benjamin(2015) 은 전방 충돌 경고에 대한 운전자의 인지반응 및 브레이크 작동시간을 연령대 별로 비교분석함으로 서 고령 운전자에 적합한 차량 제어형태를 도출하 는 연구를 진행하였다[14]. 이와 같이 통신 기반의 차량 추돌방지 지원 서비스로 인한 연구는 위험 정 보가 운전자에게 제공 되었을 때 운전자의 행태에 따른 차량의 제어 형태 개선에 초점을 맞춘 연구가 대부분으로서, 네트워크 관점의 영향에 대한 연구 는 부족한 것으로 사료된다.

차량 센서 기반의 추돌방지 지원서비스는 민간 차량 제조사들을 중심으로 마련되어 구체적인 기술 문서의 확보가 용이하지 않다. 해당 기술은 민간 제 조사의 기술로 일반적으로 공개되지 않는다. 해당 분야 연구는 차량 추돌방지 지원이 필요한 상황을 크게 (1) 안정적인 상태, (2) 불안정한 상태, (3) 위 험한 상태 등과 같은 여러 단계로 구분하고, 이들 상황에 맞는 적절한 C-ITS차량의 대응방법을 마련 하는 방식으로 진행되고 있다[15].

차량 자체 센서 기반의 추돌방지 지원 서비스는 주체 차량 전방의 급정거, 사고, 혹은 장애물의 출현 과 같은 국소적 범위의 돌발상황만을 인식한다. 반 면 C-ITS에 의한 추돌방지 지원 서비스는 통신시스 템을 기반으로 더 넓은 범위의 전방에서 발생한 돌 발상황을 인지할 수 있다. 이를 바탕으로 돌발상황 발생 지점 도달 이전부터 단계적 차량의 제어가 가 능하며 차량 센서 기반의 추돌방지 지원 시스템 보 다 높은 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다. C-ITS 국내 도입방안 연구를 통하여 이러한 추돌방 지 지원 서비스를 단위 서비스로 규정하고 있다[16].

3.C-ITS 서비스 효과평가

현장시험이 불가한 C-ITS 및 자율주행차량 교통 안전 지원 서비스 효과를 평가하는 방법으로 Jeong(2015)는 Verkehr In Städten Simulationsmodell (VISSIM)과 VISSIM COM Interface를 이용한 모의 실험 분석방법을 제시하였다[17]. 그는 도로를 주행 하는 전체 교통량 대비 C-ITS 차량의 비율에 따른 C-ITS 안전증진 효과를 점검하였다. 그는 C-ITS 및 자율주행차량의 비율이 일정수준보다 높지 않으면 C-ITS 안전증진 효과는 미비하다고 제안하였다.

Park(2016)은 C-ITS 서비스 성능평가를 위한 마이 크로 시뮬레이션 플랫폼을 개발하였으며, 개발 배경 으로서 교통안전서비스 성능은 V2V 무선 채널 특성, 물리계층 영향을 받고 있음을 언급하고 있다[18].

4.문헌 및 이론고찰 소결

문헌 및 이론 고찰 결과로부터 교통량 부하에 따 른 통신 실패 및 그에 따른 네트워크 관점의 영향 분석에 대한 연구가 부족한 것으로 판단된다. 최근 활발하게 진행되고 있는 운전자 행태에 따른 차량 제어 형태 개선 중심의 연구와 더불어 도로 운영자 관점에서 네트워크에 미치는 영향에 대한 연구가 병행될 때 해당 C-ITS 기반 해당 서비스의 다각적 추진 당위성이 확보될 수 있을 것으로 판단된다.

III.연구방법

C-ITS는 현재 운영되지 않는 미래기술이다. 일부 개별 차량 실험은 기존 테스트베드 환경을 활용하 며 수행할 수 있으나, 실제 도로처럼 높은 교통량 상황 연출이 불가능하다. 본 연구는 이를 극복하기 위해 미시적 교통류 모의실험 전산모형을 활용하는 방법을 수행하였다. 모의실험 환경에서 교통량을 변화하며, 다양한 수준의 V2V 통신 지연·실패 상 태를 고려하였다.

1.모의실험 적용 방법

본 연구는 VISSIM 미시적 모의실험 전산모형을 채택하여 활용하였다. 일반적인 VISSIM 상용모형 은 C-ITS 모의실험 기능을 포함하지 않는다. 본 연 구를 위해 VISSIM COM Application Programming Interface (API)와 Matric Laboratory (MATLAB) 프로 그램을 연동하여 (1) C-ITS 차량 추돌방지 지원 서 비스 기능을 구현하고 (2) V2V 통신 지연·실패 상 황 연출을 구현하였다.

모의실험으로 구현된 C-ITS 안전지원 서비스의 효용성을 평가하는 지표로 ‘잠재상충 발생 건 수’를 선정하였으며, 해당 지표 분석을 위해 미국에서 개 발된 Surrogate Safety Assesment Measure (SSAM) 프 로그램을 적용하였다. SSAM은 VISSIM으로 모사된 차량들의 궤적을 기반으로 Time-to-Collision (TTC) 값을 계산하며 잠재상충 발생 건 수 분석을 수행한 다. 본 연구에서 사용한 TTC 임계값은 미국 Federal Highway Administration (FHWA)가 제시한 기본 값 (1.5 sec)으로 적용하였다[19, 20].

2.모의실험 기하구조 조건

본 연구에서는 통신 실패 상황 발생비율에 따른 교통영향의 상대적 변화분석을 연구대상으로 한다. 교통조건에 따른 통신 부하의 변화를 바탕으로 연 구를 진행하며, 마이크로 시뮬레이션을 통한 모의 실험 상의 제약으로 인하여 실제 네트워크와 가상 네트워크의 분석 결과에 차이가 발생 하지 않을 것 으로 판단하였다. 따라서 본 연구에서는 아래와 같 은 합류부 가상 네트워크를 대상으로 연구를 진행 한다.

VISSIM 모의실험 분석을 위한 가상의 연속류 도 로를 <Fig. 2>와 같이 개발하였다. 주도로의 연장 은 총 1,150m이며, 상류로 부터 750m 지점에서 합 류하는 부도로가 위치한다. 주도로 제한속도는 80km/h, 부도로 제한속도는 60km/h로 정하였다.

3.모의실험 교통조건

통신부하를 고려한 도로네트워크 영향 분석 수 행을 위하여, 통신량에 직접적인 영향을 미치는 교 통량을 다양하게 설정할 필요가 있다. 가상 네트워 크의 합류부 이후 진출 교통량을 바탕으로 총 5단 계로 구분하였다. 교통량은 미국 HCM에서 제시하 는 연속류 도로 서비스 수준을 기준으로 바탕으로 아래와 같이 설정하였다.

이를 통하여 교통이 원활한 수준부터 혼잡한 수 준까지 다양한 교통조건 에서의 V2V 통신 지연· 실패 비율에 따른 C-ITS 안전서비스 효용성 변화자 료를 수집할 수 있도록 하였다.

모의실험을 위한 가상 네트워크 상에서 추돌 방 지지원 시스템의 발현을 구현하기 위해서는 인위적 인 돌발상황의 연출이 필요하였다. 모의실험 시작 600초 이후 합류 고어(Gore)지점 후 400 m 하류지 점에서 합류 상충으로 인한 사고를 상정하였다. 합 류상충을 일으킨 2대의 차량은 <Fig. 1>에 표시된 지점에서 정지하게 된다. 이를 통하여 차로 용량이 급격히 저하되도록 유도하여 ‘차량 추돌방지 지원 서비스’ 효용성 지표(잠재상충 발생 건 수) 자료 수 집이 용이하도록 연출하였다.

4.C-ITS 안전서비스 기능 구현

차량 추돌방지 지원 서비스는 통신기능을 바탕 으로 전방에 발생한 돌발상황 정보를 후방접근 차 량에 전달하는 서비스이다. 돌발상황 발생 지점으 로부터 일정 후방 영역 걸쳐 정보제공이 가능한 것 이 차량 센서 기반의 전방경보 서비스와의 차이점 이라고 할 수 있다.

차량 센서 기반의 전방경보 서비스의 경우 상용 차량에 적용되고 있으며 전방 상황 위험 등급별 차 량 감속에 대한 기준이 마련되어 있다. 하지만, C-ITS의 차량 추돌방지 지원 서비스는 전방 돌발상 황의 위험 등급 구분이나, 위험 등급별 차량의 제어 여부 등에 대한 연구가 현재까지도 진행 중이다.

본 연구에서는 차량 추돌방지 지원 서비스를 통 하여 운전자에게 전방 돌발상황에 대한 정보가 제 공된 이후의 차량의 제어형태가 차량 센서 기반의 전방경보 서비스에서 적용하는 차량의 가감속 기준 을 따른다는 가정을 바탕으로 하고 있다.

VISSM 모의실험 전산모형은 ‘차량 추돌방지 지 원 서비스’와 같은 C-ITS 안전서비스를 모사하는 기능을 제공하지 않는다. VISSIM 모의실험 과정에 C-ITS ‘차량 추돌방지 지원 서비스’가 구현될 수 있 도록 VISSIM과 연계되는 모듈을 MATLAB으로 별 도 제작하여 활용하였다. 본 연구에 사용된 C-ITS ‘차량 추돌방지 지원 서비스’ 알고리즘의 흐름도는 <Fig. 3>과 같다.

C-ITS ‘차량 추돌방지 지원 서비스’를 모의실험 모사하는 방법으로 실제 C-ITS 차량과 동일하게 차 량이 처한 위험상황에 따라 차량제어 Control Mode (CM)가 다르게 적용될 수 있도록 하였다. 위험상황 에 따라 다르게 적용되는 CM의 구성은 다음과 같다.

모의실험 과정에서 도출되는 Warning Index(WI) 지표와 (2) Inverse Time-To-Collision(TTC^-1) 지표를 근거로 상기 CM 1, 2, 3 상황을 실시간 구분 적용 하도록 하였다. WI와 TTC^-1 지표 산정 수식은 각각 식(1) 및 식(2)와 같다.

c = Actual vehicle spacing

d_br = Braking critical distance (m)

d_w = Warning critical distance (m)

c = Actual vehicle spacing

v_s = Speed of vehicle (m)

v_f = Speed of _ject vehicle (m)

모의실험과정에서 실시간으로 도출되는 WI 및 TTC^-1 지표 값을 토대로 <Table 1>과 같이 CM을 구 분하였다.

모의실험 C-ITS 차량은 구분된 상황에 맞는 CM 의 감속도 값(-2m/s², -4m/s², -8m/s²)을 적용하며 차 량 추돌방지 지원 서비스를 구현하였다. 통신 기반 의 추돌방지 지원시스템을 모사하기 위한 과정에 통신가능 범위를 관심 네트워크 영역 전체로 설정 하였다. C-ITS 기반 단위서비스들을 위한 통신 영 역에 대한 명확한 기준이 부재하고 모의실험 실험 결과를 보수적으로 해석하기 위해 설정 네트워크 영역 전체를 통신 가능 영역으로 설정하였다.

5.V2V 통신실패 상황 반영

V2V 통신 지연·실패 비율에 따른 C-ITS 서비스 효용성 자료를 수집하기 위해 V2V 통신이 모두 성 공하는 극단적인 상황(실패율 0%)에서 부터 통신이 모두 실패하는(실패율 100%) 극단적인 상황까지 통 신 실패 비율을 10%씩 증가하며 모의실험 분석을 수행하였다. 이러한 설정은 네트워크를 통과하는 모든(100%) 차량이 기본 C-ITS 서비스 단말기를 부 착하고 있다는 가정을 바탕으로 하고 있다.

모의실험 단계에서 단위 시간별 및 차량별 무작 위 난수를 선정하여 V2V 통신 지연·실패 차량을 지정하였다. 예를 들어 V2V 통신실패 비율이 20% 일 경우, 무작위 난수가 0.2 보다 작거나 같게 추출 되면 해당 차량이 일정시간 동안 V2V 통신 실패차 량으로 구분되어 C-ITS 안전 서비스 혜택을 받지 못하도록 연출하였다.

통신 실패상황은 통신 부하로 인하여 일시적으 로 발생한다. 모의실험 수행을 위한 프로그램은 전 방 상황에 따라 후방 추종 차량의 가감속도를 제어 하도록 설계되어 있다. 일반 상태 시 추종모델을 적 용하여 주행하던 차량은 전방 돌발상황 감지 시 위 험 정도에 따라 3개 등급으로 분류된 Control Mode 로 전환되며, 각 모드에 사전 정의 되어 있는 감속 도를 부여받는다. 모든 차량은 C-ITS 서비스를 제 공 받으며 전방 돌발상황이 해제 된 것으로 판단되 면 일반 추종모델에 따른 주행으로 복귀한다. 이러 한 돌발상황 감지 및 Control Mode 전환여부 판정 알고리즘은 네트워크 안의 모든 차량을 대상으로 1sec 마다 반복된다.

6.모의실험 수행 및 자료 수집

모의실험을 수행하기 위한 시나리오는 크게 교 통량 기준으로 5개 케이스, 통신 실패율 기준으로 11개 케이스, 랜덤 시드 별로 5개 케이스로 분류되 며, <Table 2>와 같다.

한 번의 모의실험 결과를 도출하는 오류를 피하기 위해 각 시나리오 당 다섯 번의 모의실험을 무작위 난수를 달리하며 수행하였다. 개별 시나리오 별 다섯 번의 모의실험 결과(잠재상충 발생 건 수) 평균 값 10% 내로 표준편차 들어오는 경우 모의실험을 종료하였다. 분석 결과 모든 시나리오별 다섯 번 모의실험으로 충 분한 것으로 확인되었다. 본 연구는 상기 연구방법을 적용하여 총 275회 (5×11×5=275) VISSIM 모의실험 분석 및 SSAM 분석을 수행하였다.

IV.분석 결과

V2V 통신 지연·실패 비율 별 C-ITS의 안전지원 서비스 효용성을 ‘잠재 상충발생 건 수’를 지표로 평가하였다. ‘잠재 상충발생 건 수’는 VISSIM 과 SSAM 프로그램의 연계적용으로 수집될 수 있는 정 량적 자료이다. 분석에서 도출된 ‘잠재상충 발생 건 수’는 (1) ‘추돌상충’과 (2) ‘차로변경에 의한 상충’ 두 가지 종류 상충으로 다시 구분된다. 본 연구에서 대상으로 하고 있는 C-ITS 추돌방지 지원 서비스는 기본적으로 전방에서 발생한 돌발상황에 대한 정보 를 후방 접근차량에 제공함으로서 추돌상충의 발생 가능성을 최소화하기 위한 서비스이다. 하지만, 이 러한 추돌 위험을 회피하고자 하는 차로변경을 유 발시킬 것으로 판단된다. 따라서, 추돌상충과 차로 변경 상충 2개 상충 모두에 대한 분석을 수행한다.

1.교통량 조건별 C-ITS 효용성 비교

<Fig. 4>는 교통량 조건 변화(수평 축)에 따른 ‘잠재상충 발생 건 수’ 변화 (수직 축)를 제시한다.

도로 교통량이 증가함에 따라 ‘잠재상충 발생 건 수’가 증가하는 것은 당연하다. <Fig. 4>는 V2V 통신 실패 비율이 증가함에 따라 ‘잠재상충 발생 건 수’ 증가 폭이 큰 것으로 비교되나, 증가된 교통량 대비 상충 증가 폭은 확인할 수 없다.

이를 명확하게 확인하기 위해 ‘단위 통신 실패 비율’ 10% 증가에 따른(0%→10%, 10%→20%, …, 90%→ 100%) 상충 발생건수의 증감량을 전체 교통량으로 나 누어 교통조건별 평균값을 도출하였다. 이는 차량 1대 당 통신 실패 비율 10% 증가에 따른 잠재 상충발생 건 수’를 의미한다. 분석결과를 <Fig.5>에 제시하였다.

V2V 통신 실패 비율 10% 증가에 따라 변화하는 차량 1대 당 잠재상충 발생 건수를 확인한 결과, 서 비스수준 A~B 경계 수준(0.0107) 대비 서비스수준 D~E 경계 수준(0.0139)에서 약 30% 증가하는 것으로 분석되었다. 교통량이 한산한 상황 대비 혼잡한 상 황에서 발생하는 통신실패에 비례하여 잠재상충 건 수가 증가하는 현상을 정량적으로 확인할 수 있다.

2.혼잡한 교통류 상태의 V2V 통신실패 영향분석

혼잡한 교통상황에서 교통량이 증가하는 경우 C-ITS V2V 통신 실패 가능성도 증가할 것으로 예 상된다. 혼잡 교통류에 대한 하나의 시나리오 상황 을 선정하여, 해당 상황에 대한 C-ITS 안전서비스 특성분석을 수행하였다. 분석대상은 교통량이 충분 히 많으나 용량보다 적은 상태인 서비스 수준 D로 선정하였다. 서비스 수준 D 상태에서 C-ITS 서비스 의 (1) 안전측면 효용성과 (2) 소통측면 효용성을 V2V 통신 실패 상황을 구분하며 해석하였다.

1)C-ITS 안전지원 서비스 부문 영향

고정된 교통량 수준(서비스 수준 D)에서 V2V 통 신실패 비율에 따라 변화하는 잠재상충 건수를 비 교하였다. <Fig. 6>은 비교 결과를 제시한다.

V2V 통신 실패 비율이 증가함에 따라 잠재상충 발생 건 수 가 비례 증가하는 것으로 분석되었다. V2V 통신이 모두 성공하는 시나리오의 경우 잠재 상충 발생 건수는 평균 427.2건이다. 극단적으로 V2V 통신이 모두 실패하는 경우 분석된 잠재상충 발생 건수는 평균 1,022.9건이다. 이는 현재와 같이 C-ITS 서비스가 없는 경우에 해당한다. 즉 교통량 이 증가함에 따라 상충발생 가능성이 약 139% 수 준 증가하는 것으로 해석된다.

잠재상충 중 ‘추돌 상충’의 경우 V2V 통신 실패 비율이 증가함에 따라 상충발생 건수가 지속 증가 하는 것으로 분석되었다(<Fig. 6> 참조). 그러나 이 와 반대로 ‘차로변경 상충’의 경우 V2V 통신 실패 비율이 60% 이후 증감 추세가 급격하게 둔화되어 80% 이후 부터는 상충발생 건수가 오히려 감소하 는 것으로 분석되었다. 이러한 원인은 C-ITS 서비 스가 제공되지 않는 현재 상황, 즉 통신실패율 100% 일 때 LOS D 수준의 교통조건에서 나타나는 차로변경의 기회가 통신실패율 감소와 더불어 줄어 드는 것으로 해석이 가능하다. 이러한 원인은 추돌 방지 지원 서비스의 수혜 차량이 많아질 수 록 돌 발상황에 대한 사전 감속 행태를 수행을 위하여 차로변경 기회가 줄어드는 것으로 판단된다.

2)C-ITS 소통증진 서비스 부문 영향

고정된 교통량 수준(서비스 수준 D)에서 V2V 통 신 실패 비율에 따라 변화하는 소통(mobility) 영향 을 분석하였다. 해당 분석을 위한 지표로 (1) ‘네트 워크 통행시간’ 및 ‘네트워크 지체시간’과 (2) ‘네트 워크 통과교통량’을 선정하였다. <Fig. 7>과 <Fig. 8>은 이들 지표별 분석결과를 제시한다.

고정된 교통량 수준(서비스 수준 D)에서 V2V 통 신 실패 비율이 증가하면 오히려 네트워크 통행시 간 및 네트워크 지체가 감소하여 소통(mobility )수 준이 증가하는 것으로 분석되었다. 극단적으로 V2V 통신이 모두 실패하는 경우(C-ITS 적용되지 않는 현재상황과 동일)에 비하여 V2V 통신이 모두 성공하는 이상적인 경우 네트워크 통행시간은 오히 려 40% 증가하며, 지체시간도 154% 증가하는 것으 로 분석되었다. 상기 네트워크 통행시간 및 네트워 크 지체도는 네트워크를 통과하는 전체 (본선 및 합류램프 포함) 차량의 차량 당 평균 통행시간과 평균 지체도를 사용하였다.

통신 실패율 증가에 따른 소통 수준의 증가 원인 으로서, C-ITS 서비스를 제공받지 못할 경우 전방 돌 발상황에 대한 사전 감속 행태가 이루어지지 않아 기존 주행행태를 바탕으로 한 차두간격을 유지하는 것을 고려할 수 있다. C-ITS 서비스를 제공받는 경우 에는 돌발상황 발생지점으로 부터 전방 차량들의 감 속 행태가 후방까지 연쇄적으로 전달됨으로 인한 전 반적인 통행시간의 감소가 발생한다. 감속으로 인한 다소의 통행시간을 포기하는 행태가 상기 상충 분석 결과에서 확인할 수 있듯 상충발생 가능성을 낮추는 결과를 가져오는 것으로 해석된다.

<Fig. 8>은 통신 실패율에 따른 네트워크를 진입 하여 진출하는 통과교통량을 본선과 합류부로 분리 하여 나타내고 있다. 상기 결과와 유사하게 V2V 통신 실패 비율이 증가할수록 오히려 통과교통량 (throughput)이 증가하는 경향을 발견하였다.

상기 결과들을 바탕으로 통신 실패율 증가에 따 른 상충 발생 가능성의 상대적 증대 및 통행시간과 지체도의 감소, 통과교통량의 증대와 같은 효과가 확인되었다. 이러한 결과를 안전성 (Safety) 감소, 이 동성(Mobility) 증대까지 해석하기는 어렵지만 교통 안전과 교통소통이 서로 상반되는 형태로 존재한다 는 교통공학의 기본내용에 부합하며, C-ITS도 결국 교통공학의 기초이론을 따르고 있음을 알 수 있다.

V.결론

V2V 차량 간 통신을 기반으로 하는 C-ITS 서비 스는 안전성 측면에서 획기적인 개선효과를 기대할 수 있음을 확인하였다. 그러나 교통량이 증가하여 혼잡한 경우 V2V 통신 대상 차량이 집중되어 V2V 통신 부하로 인한 통신 지연 및 실패 가능성이 존재 한다.

본 연구를 통해 교통안전측면에서 통신실패율 10% 증가에 따라 잠재상충 발생 건수가 14% 증가 할 수도 있음을 알게 한다. 특히 교통량이 집중 되 는 혼잡 상황에서 V2V 통신 실패율을 낮출 수 있 는 방안에 대한 연구가 필요함을 인식하게 한다.

본 연구에서는 다양하게 전개될 C-ITS 서비스 중 일부인 추돌방지 지원 서비스를 분석대상으로 하고 있다. 전방에서 발생한 돌발상황에 대한 정보가 전 달된 이후의 차량의 반응 행태에 대해서는 차량 자 체 센서 기반의 추돌 경보시스템에서 적용하고 있 는 가감속 행태를 따른다는 가정을 적용하고 있다. 또한 통신 실패 상황에 대하여 실패로 판정된 차량 에 대해서는 가상 네트워크를 통과하는 시간동안 서비스를 제공받지 못하는 상황을 가정하고 있다. 향후 C-ITS 추돌방지 지원 서비스에 대한 연구가 진행됨에 따라 본 연구에서 적용한 일부 가정들을 명확한 서비스 내용을 바탕으로 수정하여 교통영향 분석을 수행할 필요가 있다. 또한, 추돌방지 지원 서비스 뿐만 아니라 다른 C-ITS 단위 서비스에 대 한 영향 분석도 필요할 것으로 사료된다.

본 연구를 통해 도출된 결과로 지금까지 개별 시 험차량을 중심으로 하는 장비개발을 중심으로 연구 하는 패턴으로부터 탈피하여 교통공학 측면에서 C-ITS 효과에 대한 추가적인 연구가 필요함을 알게 한다. C-ITS 기술이 안전성과 효율성 모두를 만족할 것이라는 지금까지의 기대가 틀릴 수 도 있기에 해 당 분야에 대한 심도 있는 기초연구를 향후 연구로 제안한다.