Ⅰ.서 론

폭설, 강우, 안개 등 악천후로 인한 대형 교통사 고는 인재로 인식되고 있으며, 인명손실에 따른 사 회경제적 피해뿐만 아니라 국가 SOC에 대한 사회 적 불신이 팽배하다. 특히, 106중 교통사고(영종대 교, 2015.2.11.) 등 매년 악천후 관련 대형 교통사고 가 발생하였다. 반면, 기후변화로 인해 해수면의 온 도가 증가되고 있으며, 악천후 발생 빈도가 늘어나 고 있어 기상 악천후에 대응한 보다 능동적인 안전 대책 마련이 시급한 실정이다. 악천후 대응 안전대 책은 제도, 교육, 공학적인 다양한 방법이 있으나, 본 연구에서는 악천후 상황에 따라 자동차의 운행 속도를 제한하는 가변 제한속도 표출을 검토하였 다. 제한속도를 설정하는 주된 이유는 도로 안전 을 보장하기 위한 것이다. 제한속도를 설정하는 근 거는 과속 운전으로 파생되는 외부 효과(external effect)로 볼 수 있다. 과속 운전자는 자신은 물론 주 변 운전자의 안전에도 부정적인 영향을 미치지만, 이러한 효과가 사회 비용으로 간주되지 않는다는 점이다. 속도 제한의 다른 근거는 운전자가 자신의 속도를 결정함에 있어 노면 상황이나 전방 도로 상 황 등에 대해 완전한 정보를 갖고 있지 못하다는 것과 자신이 선택한 속도에서 사고가 발생했을 때 그 피해 정도를 분명하게 알지 못하다는 것이다[1]. 따라서 도로 및 교통조건에 부합하는 적정 제한속 도를 제공하는 것은 과속에 따른 외부효과를 최소 화하고 운전자가 안전한 주행을 담보하기 위한 최 적의 안전속도를 제공하는데 있다.

이런 이유로 도로교통법 19조에 따라 자동차의 운행속도를 제한하고 있으며 특히 비, 안개, 눈 등 으로 인한 악천후 시에는 감속운행에 대한 규정을 제시하고 있다. 악천후 시 감속규정을 두는 이유는 갑작스런 기상변화로 운전자의 시 환경이 변화되고 노면 습윤이나 적설로 인하여 상시 제한속도로 운 행하는 경우는 비상시 충분한 감속 및 정지에 필요 한 안전거리를 확보하기 곤란하기 때문이다. 또한 운전자는 갑작스런 기상변화로 인한 노면의 상태에 대해 완전한 정보를 가질 수 없으므로 기상상태(강 우, 강설, 안개 농도 등)에 따른 안전한 속도를 산출 하고 이를 운전자에게 신속하게 제공하는 가변 제 한속도 시스템을 활용할 필요가 있다. 기상상태에 따라 제한속도를 가변적으로 제공하는 공학적인 이 유는 기상 및 노면상태에 대한 객관적 정보(도로 기상검지기로 취득한 정보)를 이용하여 생성한 안 전속도를 제공함으로써 운전자별로 속도 선택에 주 관성을 최대한 배제하고 운전자간 속도편차를 최대 한 줄이는데 목적이 있다. 통상 운전자간 속도 편차 의 증가는 교통사고 발생가능성을 높일 수 있기 때 문에 기상변화에 따라 제한속도를 변경 표출하는 것을 국내·외에서 안전 대책으로 간주하고 적용하 려는 것이다.

본 연구는 기상조건에 따라 가변 제한속도를 표 출 시 효과를 가상주행 시뮬레이터를 활용하여 평 가하기 위한 것으로 평가의 척도는 운전자의 순응 도(Conformance)로 하였다. 기상 변화 없이 제한속 도를 낮춘 경우와 기상이 변화되었음에도 제한속 도를 변경 없이 표출한 경우는 운전자의 기대심리 (Driver Expectancy)를 위배한 것으로 기상에 연계 하여 적정 제한속도를 표출한 경우에 비해 운전자 의 순응도가 낮아질 것으로 가정하고 이를 검토하 였다.

Ⅱ.선행연구 고찰 및 연구가정 수립

1.기상 연계 가변 제한속도 표출기준

가변 제한속도란 시시각각으로 변화되는 도로 교통 상황 및 기상 변화에 맞추어 운전자에게 적 기에 적합한 정보를 제공하기 위해 도입한 개념이 다. 국내에서도 2010년 7월에 가변제한속도 개념을 도로교통법 시행규칙 제19조[4]에 명시하고 있으며 <Table 1>과 같다.

현재 영종대교에 가변 제한속도에 대한 시험운 영을 수행 중에 있다. 시험구간에서 기상조건(안개) 에 따른 가변 제한속도 운영기준은 <Table 2>와 같 이 정하고 있다.

국내와 동일하게 국외에서도 기상상황에 따라 가변 제한속도에 대한 기준을 제시하고 있다[2]. <Table 3>은 미국 알라바마 교통성에서 제시한 가 시거리와 제한속도 설정기준은 <Table 3>과 같다. 참고로 알라바마 주(state)에서도 1995년에 안개로 인해 197중 사고가 발생한 것이 기상에 따른 제한 속도 가변표시의 계기가 되었다.]

미국 와싱턴 교통성에서 제시한 기상상태와 제 한속도 설정기준은 <Table 4>와 같다[2].

2.가변 제한속도 효과

국내에서 드라이빙 시뮬레이터를 이용하여 가변 제 한속도 제공 효과를 검토한 선행 연구로, Choi (2015) 는 주행 시뮬레이션 실험을 통해 가변속도제한 적용 시 운전자의 주행특성 및 순응도(Driver Conformance) 를 분석하였다[3]. 그 결과, 기상악화 시 가변 제한 속도 적용으로 인하여 속도 분산이 감소하였고 혼 잡구간에 보다 안정적으로 접근하는 운전행태를 보 였음을 제시하였다. 특히 자체 개발한 운전자 순응 도 모형에 따라 분석한 순응도는 이 연구에서 정의 한 ‘Moderate AWC(시정거리 150∼250m)’에서 65%, ‘Heavy AWC(시정거리 150m 이하)’에서 80%로 나 타났고 운전자 연령이 높을수록 가변 제한속도에 순응하였으며, 정보제공 전 속도가 낮고 속도편차 가 작을수록 가변속도제한에 순응할 확률 증가에 긍정적인 영향을 미쳤다고 제시하였다.

본 연구와 차이점으로 위 연구는 기상을 변화하 면서 운전자의 속도 선택 행태의 변화를 검토한 것 이라면 본 연구는 기상조건이 변경되지 않음에도 제한속도를 낮추어 제공하는 것과 기상조건과 연계 하여 제공하는 경우의 비교 및 기상조건에 따라 가 변 제한속도를 제공하는 것과 제공하지 않는 경우 에 대한 비교를 수행하여 기상상황에 따라 가변 제 한속도를 제공해야 하는 당위성을 평가한 점이다.

3.가변 제한속도 표출효과 검토방안 수립

본 연구는 가상주행 시뮬레이터 실험을 통해 악 천후 시 가변 제한속도 표출 효과를 검토하기 위해 두 가지 연구 가정을 수립하였다. 첫째, 기상조건이 변경되지 않았음에도 제한속도를 낮추어 표출한 경 우와 기상 변화조건에서 가변 제한속도를 낮추어 표출하였을 때 운전자의 주행 행태적 차이가 있는 지를 검토하였다. 둘째, 기상이 변화되었음에도 제 한속도를 변경하지 않는 경우와 기상 변화에 맞추 어 제한속도를 변경한 경우에 운전자의 주행 행태 적 차이가 있는 지를 검토하였다. 이는 주행 중 전 방에 기상변화가 없음에도 제한속도를 낮추어 표출 되는 경우와 눈·비·안개 등으로 기상변화가 발생했 음에도 제한속도를 그대로 유지하는 경우 모두 운 전자의 기대심리(Driver Expectancy)를 위배하여 운 전자의 주행행태에 부정적인 영향을 줄 것으로 전 제하였다.

Ⅲ.가상주행 시뮬레이터 실험

본 연구는 가상주행 시뮬레이터를 활용하여 가 변 제한속도의 표출에 따른 효과를 두 가지 연구 가정을 수립하고 평가하는 방식으로 수행하였다. 실제 도로에서 다양한 기상조건별로 가변 제한속도 표출에 대한 효과를 검토하는데 한계가 있으므로 기상조건에 대한 시나리오를 구축하고 가변 제한속 도를 표출하였을 때 운전자의 주행행태적인 변화를 검토하고 연구에서 수립한 가정에 대해 평가하는 것으로 하였다.

1.방법론

기상조건 및 노면상태 데이터를 반영하여 가상 주행실험을 위한 순차적 시나리오를 구성하였고, 맑은 상태는 ‘N’, 강우는 ‘R’, 강설은 ‘S’, 안개는 ‘F’ 기호(Lable)로 표시하였다. <Table 5>에서 기호 ‘N1’ 으로 표시된 시나리오에 대해 설명하면, 피실험자는 시험시작 후 0.3km를 가속하고 이후 표출된 가변속 도 100kph 표지에 맞추어 0.3km 구간을 주행한다. 0.6km 주행 이후에는 다시 표출된 가변속도 80kph 에 맞추어 속도를 유지한다. 0.3km 이후에는 다시 가변제한속도 60kph에 맞추어 속도를 유지하고 0.3km 이후에는 50kph에 맞추어 속도를 유지한다.

본 연구는 현실성 있는 도로 환경을 모사하기 위 해 경부고속도로 동탄 JCT~안성IC 구간(L=23.4km) 에서 도로 이미지를 동영상 촬영하고 가상의 실험 용 고속도로 영상 이미지를 구축하였다. 도로는 왕 복 6차로로 구성하였고, 기상조건은 맑음, 강우, 강 설, 안개 4가지 기상환경을 반영한 15개 시나리오 를 구성하였다. 기상을 반영하는 방법은 비나 눈이 오는 기상상태 데이터를 재현하였고 노면 상태는 비가 와서 노면 습윤 상태, 눈이 내려서 노면 위에 쌓여있는 상태로 나누어 상태를 모사하였다. 기상 상태에 따라 제한속도를 변경하였으며 현재 도로교 통법에 제시된 기상조건과 제한속도간의 관계 기준 을 참조하여 시나리오를 구축하였다.

본 실험 전에 피실험자가 드라이빙 시뮬레이터 환경에 충분히 적응할 수 있도록 예비 주행 도로를 구축(곡선부 4개 구간 및 직선부 등 총 6.0km 왕복 6차로 구성)하였고, 피실험자의 시뮬레이션 식크니 스(Simulation Sickness)를 고려하여 모션 축이 없는 드라이빙 시뮬레이터 사용하였다. 피실험자의 몰입 감 제고를 위해 <Fig. 1>에 보인 50인치 대형 모니 터 사용하였고 화면 범위는 수직각 20°, 수평각 40.65°로 구축하였다. 도로를 따라 문형식으로 가변 제한속도를 표출하였으며 모니터 우 하단에는 속도 표시기를 표출하였다.

피실험자는 20세 이상 34세 이하를 하나의 그룹 으로 35세 이상 50세 이하를 다른 그룹으로 구분하 여 각각 35인씩 총 70인으로 구성하였다. 남녀 성비 구성은 국내 운전면허 소지자의 성별비인 60대 40 을 반영하여 60(남): 40(여)으로 구성하였다. 모든 피실험자는 운전면허를 소지하고 있고 양안시력은 0.8이상을 기준으로 하였다. 피실험자에게는 소정의 참여수당을 지급하였다.

2.결과 검토

1)첫 번째 연구가정에 대한 검토

본 연구는 기상조건이 변경되지 않았음에도 제 한속도를 낮추어 표출한 경우와 기상 변화조건에서 가변 제한속도를 낮추어 표출하였을 때 운전자의 주행 행태적 차이가 있는 지를 검토하였다. 첫 번째 연구 가정을 검토하기 위해 <Table 6>에 제시된 4 가지 조건(기호 N1, R2, S1, F1)에 있어 가상주행 시뮬레이터를 주행한 피실험자 70명의 주행행태 자 료검토가 이루어졌다. <Table 6>은 4가지 조건에 대 한 주행 시나리오를 상세하게 제시한 것이다.

N1, R2, S1, F1에 상응하는 기상 조건별 가상주 행 시뮬레이터로 재현한 주행 환경은 각각 <Fig. 2>, <Fig. 3>, <Fig. 4>, <Fig. 5>와 같다.

<Table 7>은 기상조건별 운전자의 주행행태로써, 구간속도에 대한 평균과 표준편차를 제시한 것이 다. 단순하게 통계 값만을 살펴보면, 기상조건이 변 경되지 않았음에도 제한속도를 낮춘 경우인 ‘N1’과 기상조건과 연동하여 제한속도를 하향한 경우인 ‘R2’, ‘S1’, ‘F1’간에 구간속도의 평균이나 표준 편 차 값은 큰 차이가 없게 나타났다.

본 연구의 주 관심은 운전자의 기대심리 위배가 운전자의 주행행태에 부정적인 영향을 주는 지를 평가하는 것이다. 이를 검토하기 위해 운전자가 표 출된 제한속도에 얼마만큼 근접하게 주행하였는지 를 운전자의 순응도(Driver Conformance)로 정의하 였다. 이를 평가하는 지표로 운전자들이 표출 제한 속도에 최대한 순응한 것으로 판단한 속도 범위를 표출 제한속도의 ‘± 5 kph’ 범위로 정하고, 이 범위 내 포함된 속도에 대한 누적확률밀도(Cumulative Probability Density)를 순응도 척도로 간주한 것이다.

<Fig. 6>은 ‘N1’과 ‘F1’ 시나리오별 표출 제한속 도 80 km/h 조건에서 얻어진 누적확률밀도를 예시 로 보인 것이다. ‘N1’의 경우는 속도 75∼85 km/h 사이의 누적확률밀도가 0.557로 나타났고, ‘F1’의 경우는 누적확률밀도가 0.814로 나타났다.

<Table 8>은 ‘N1’과 비교군인 ‘R2’, ‘S1’, ‘F1’에 대한 누적확률밀도를 정리한 것이다.

기상조건이 변경되지 않았음에도 제한속도를 낮 추어 표출한 경우인 ‘N1’과 기상 변화조건에서 가 변 제한속도를 낮추어 표출한 ‘R2’, ‘S1’, ‘F1’ 조건 에 대해 누적확률밀도 관점으로 상대적 비교를 시 행한 결과는 <Table 9>와 같다. 검토 결과, 총 8개 의 비교에서 기대심리를 위배하지 않았다고 가정한 조건이 그렇지 않은 조건(N1)에 비해 5가지 경우에 서 누적확률밀도가 크게 나타났다.

2)두 번째 연구가정에 대한 검토

본 연구에서 세운 두 번째 가정은 기상이 변화되 었음에도 제한속도를 변경하지 않는 경우와 기상 변화에 맞추어 제한속도를 변경한 경우에 운전자의 주행 행태적 차이가 있는 지를 검토하는 것이다. <Table 10>은 두 번째 연구가정을 검토하기 위한 시나리오들을 보인 것이다. 시나리오 ‘R1’과 ‘R2’는 비교그룹으로 ‘R1’은 기상변화에도 제한속도를 그 대로 유지한 경우이고 ‘R2’는 기상에 따라 속도를 낮춘 경우이다. ‘S1’과 ‘S2’는 기상조건이 눈이 경우 에 있어 비교 그룹이며, ‘F1’과 ‘F2’는 기상조건이 안개로 인해 시정거리가 변한 경우에 있어 비교그 룹이다.

시나리오 ‘R1’의 ‘약한 비’와 ‘강한 비’ 조건에 상 응하는 기상 조건별 가상주행 시뮬레이터로 재현한 주행 환경은 <Fig. 7>, <Fig. 8>과 같다.

시나리오 S2의 ‘눈이 내리지만 건조한 노면을 유 지한 상태’ 경우와 ‘눈이 오고 노면에 쌓인 경우’별 가상주행 시뮬레이터로 재현한 주행 환경은 <Fig. 9>, <Fig. 10>과 같다.

시나리오 F2의 안개로 인한 시정거리가 200 m, 150 m, 100 m인 경우에 각각 상응하는 가상주행 시 뮬레이터로 재현한 주행 환경은 <Fig. 11>, <Fig. 12>, <Fig. 13>과 같다.

<Table 11>은 기상조건별 구간속도에 대한 평균 과 표준편차를 제시한 것이다. 전반적으로 표출 제 한속도에 상응하여 주행속도 평균값이 나타났다. ‘R1’은 ‘약한 비’와 ‘강한 비’ 조건에서 평균과 표준 편차에 큰 차이가 없이 나타났다. ‘R2’의 경우는 ‘약한 비’에서 ‘강한 비’로 기상변화에 연동하여 제 한속도를 하향 표출한 경우로 평균은 표출 제한속 도와 유사한 수준으로 나타났으며 표준편차는 표출 제한속도가 낮아질수록 표준편차 값도 낮게 나타났 다. 기상조건이 눈인 경우로, ‘S1’은 눈이 내리는 기 상조건에 연동하여 속도를 햐항 표출한 경우로 주 행속도 평균값은 표출 제한속도에 상응하여 나타났 고 ‘S2’는 눈이 오는 조건에서도 표출 제한속도를 낮추지 않고 100 kph로 유지한 경우로서 주행속도 의 평균값은 표출 제한속도와 큰 차이는 없었으나 표준편차의 경우는 ‘S1’에 비하여 상대적으로 크게 나타났다. 안개로 인한 시정거리 감소를 재현한 경 우로, ‘F1’은 시정거리가 감소됨에 따라 제한속도를 하향 표출한 경우로 주행속도 평균값은 표출 제한 속도와 상응하게 나타났고 ‘F2’는 시정거리 감소에 도 불구하고 제한속도를 100 kph로 유지한 경우로 주행속도 평균값은 표출 제한속도와 상응하게 나타 났으나 표준편차는 ‘F1’에 비하여 상대적으로 크게 나타났다.

<Table 12>는 기상이 변화에도 제한속도를 변경 하지 않는 경우인 ‘R1’, ‘S2’, ‘F2’과 비교군인 ‘R2’, ‘S1’, ‘F1’에 대한 누적확률밀도를 정리한 것이다.

상대적 비교를 시행한 결과는 <Table 13>과 같 다. 검토 결과, 총 19개의 비교에서 기대심리를 위 배하지 않았다고 가정한 조건(R2, S1, F1)이 그렇지 않은 조건(R1, S2, F2)에 비해 14가지 경우에서 누 적확률밀도가 크게 나타났다.

Ⅴ.결 론

악천후로 인한 교통사고 발생 빈도가 늘어나고 있어 기상 악천후에 대응한 능동적인 안전대책 마 련이 시급한 실정이다. 본 연구는 가상주행 시뮬레 이터 실험을 통해 악천후 시 가변 제한속도 표출 효과를 검토하였다. 본 연구를 통해 첫째, 기상변화 가 없음에도 가변 제한속도를 낮추어 표출한 경우 와 기상 변화조건에서 가변 제한속도를 낮추어 표 출하였을 때 운전자의 주행행태 적 차이가 있는 지, 둘째 기상이 변화되었음에도 제한속도를 변경하지 않는 경우와 기상 변화에 맞추어 제한속도를 변경 한 경우에 운전자의 주행행태 적 차이가 있는 지를 검토하였다. 이는 기상조건이 변화되지 않았음에도 제한속도를 낮추는 것과 기상조건이 변경되었음에 도 제한속도를 그대로 유지하는 두 가지 경우 모두 운전자의 기대심리를 위배하였기 때문에 그렇지 않 은 경우에 비하여 운전자의 주행행태에 부정적인 영향을 줄 것이라고 가정한 것이다.

본 연구의 주 관심은 운전자의 기대심리 위배가 운전자의 주행행태에 부정적인 영향을 주는 지를 평가하는 것이다. 이를 검토하기 위해 운전자가 표 출된 제한속도에 얼마만큼 근접하게 주행하였는지 를 운전자의 순응도(Driver Conformance)로 정의하 였다. 이를 평가하는 지표로 운전자들이 표출 제한 속도에 최대한 순응한 것으로 판단한 속도 범위를 표출 제한속도의 ‘± 5 kph’ 범위로 정하고, 이 범위 내 포함된 속도에 대한 누적확률밀도(Cumulative Probability Density)를 순응도 척도로 간주한 것이다.

검토결과, 운전자의 기대심리를 위배하였다고 가 정한 조건들이 비교그룹에 비해 상대적으로 운전자 의 주행행태적 측면에서 부정적인 것으로 평가되었 다. 이는 운전자의 기대심리에 부합되는 조건에서 개별 운전자들이 선택하는 속도 값들이 표출 제한 속도에 근접한 값에 더 많이 분포하였다는 것을 의 미하며 이는 1) 개별 운전자들이 선택한 속도가 표 출 제한속도에 근접하여 안전한 주행에 긍정적인 효과를 주며 2) 상대적으로 많은 속도 값들이 표출 제한속도에 근접하게 나타남으로써 운전자간 속도 편차를 줄이는 데 긍정적인 효과를 준 것으로 판단 한다.

향후 연구로, 드라이빙 시뮬레이터에서 기상조건 을 현실과 완전하게 일치시키는 것에는 한계가 있 으므로 추후 지속적인 관련 연구가 이루어져야 할 것으로 판단한다.