Ⅰ. 서 론

1. 개요

과속은 도로 공사구간에서 발생하는 교통사고의 사망·심각한 부상 주요 원인중 하나이기 때문에, 열악한 도로 공사구간에서 도로 작업자와 운전자의 안전 확보는 도로 관리자에게 큰 관심사이다. 특히, 도로 작업자 는 주행 중인 자동차에 직접적으로 위험에 노출되기 때문에 일반구간에 비해 부상 심각도가 높다고 볼 수 있다. 2013년 산업안전보건연구에서 발간한 업무상 사망재해 원인 분석에 의하면, 도로 공사구간의 재해발생 이 다른 사업장에 비해 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 2015년에서 2017년 간의 도로 공사구간에서 발생한 도로교통공단의 교통사고 통계자료에 의하면, 연간 약 700건이 발생하였으며 3년간 총 약 100명 사망과 총 약 3,600명이 부상한 것으로 나타났다.

도로 공사구간에서 속도를 통제하는 대안 중 하나는 과속 단속하는 것이다. 관련 연구에 의하면, 과속을 억제하고 제한속도 준수를 위해 과속 단속이 가장 효과적인 방법인 것으로 보여주고 있다. 그러나 과속 단속 의 임무 수행 및 권한을 가지고 있는 경찰청이며 보유하고 있는 과속 단속 장비와 인원이 제한적이기 때문 에 전체 도로 공사구간에 대해 과속 단속을 한다는 것은 어느 정도 한계가 있을 것으로 판단된다. 과속 단속 이외에 다른 방안 중 하나는 동적표지판, 가변도로전광표지판(Variable message sign) 적용이다. 이 방안은 안 전속도로 유도하는 데 효과적이며 전 세계의 지능형 교통 시스템에 널리 사용하고 있다. 가변도로전광표지 판을 통해 주의·규제·지시 정적 표지판과 운전자에게 전방 위험성 정보를 제공하는 것이다. 그러나 일반구간 에서 사용하고 있는 가변도로전광표지판을 도로 공사구간과 같은 일시적으로 도로환경이 변경되는 구간에 설치 및 운영하기가 쉽지 않다. 그 이유는 설치 공간이 충분하지 않으며 일시적인 기간 동안 도로전광표지판 을 설치 및 운영 그리고 철거가 경제적으로 비효율적일 수 있다. 만약 <Fig. 1>과 같은 이동식 가변도로전광 표지판(Portable Variable Message Sign, PVMS)을 적용한다면 이러한 잠재적 문제 해결이 가능하다고 판단된 다. 이를 위해, 본 연구에서는 도로 공사구간에서 PVMS을 적용에 따른 안전효과를 수행하였다.

본 논문은 다음과 같이 구성하였다. 먼저, 기 수행된 문헌을 고찰하여 도로 공사구간의 안전증대를 위한 방안과 안전효과 평가 방법을 검토하였다. 평가 방법론을 정립한 다음, PVMS의 안전효과 평가 대상인 도로 공사구간을 선정하여 관련 자료를 수집하였다. 최종적으로 통계적 분석을 통해 PVMS의 안전 효과를 정량적 으로 제시하였다.

Ⅱ. 기존연구 고찰

Santoago-Chaparro et al.(2012)는 미국 위스콘주에서 속도 피드백 표지판(Speed Feedback Sign, SFS)가 속도 에 미치는 공간적 효과를 평가하였다. 또한 SFS의 최적 설치 위치를 결정하는 방법도 제시하였다. 그 연구 결과는 SFS가 도로안전에 대한 긍정적인 효과를 미치는 것으로 보여주고 있다. Cruszado and Donnell(2009)도 제한속도가 변경되는 전이 영역에서 동적 속도 표지판의 효과를 평가하였다. 그 결과에서도 이런 동적 표지 판이 과속단속의 법 집행의 대안이라는 것을 보여주고 있다.

Hajbabaie et al.(2011)은 도로 공사구간에서 속도 감속 유도를 위한 다양한 방안을 적용하여 효과를 비교하 였다. 본 연구에서 적용한 방안은 무인 과속단속 카메라, 동적 속도 피드백 표지판, 경찰 순찰 차량 및 경찰 순찰차와 속도 피드백 표지판의 조합이다. 이런 방안 중 무인단속 카메라가 평균 속도와 과속 비율 감소효과 가 가장 큰 것으로 나타났으며, 경찰 순찰차와 속도 피드백 표지판의 조합, 속도 피드백 표지판 및 순찰차 순으로 효과가 나타났다. Median et al.(2009)]도 도로 공사구간에서 다양한 속도 감속 유도 방안 설치에 따른 속도 감속 효과를 평가하였다. 마찬가지로 무인 과속단속 카메라가 가장 속도 감속효과가 있는 것으로 나타 났다.

그 밖에, Benekohal et al.(2009)는 미국의 도로 공사구간을 대상으로 무인 과속단속 카메라에 대한 안전 효 과를 평가하였다. 그 결과, 무인 카메라에 의한 과속 단속은 도로 공사구간의 안전 개선을 유도한 것으로 나 타났다. 즉, 자유속도는 약 3∼8mph 정도 감속한 것으로 나타났으며 과속의 비율은 약 15∼50 %까지 감소한 결과를 보여주고 있다. Gates et al.(2011)은 도로 공사구간에서 야간 작업시 안전을 개선하기 위해 개발된 경 고등을 교통콘에 부착할 경우에 대한 운전자의 반응을 평가하였다. 그러나 운전자 반응 분석 결과는 조명이 야간 운전자 행동에 유의 한 영향을 미치지 않는 것으로 보여주고 있다.

이러한 안전 개선 방안 이외에도, 도로 공사구간에서 발생하는 혼잡을 완화하기 위한 방안도 있다. 즉, 조 기 차로 합류 유도 시스템(The early lane merge system), 추후 차로 합류 유도 시스템(The later lane merge system), 동적 정보 제공 시스템(dynamic information system) 등이 도로 공사구간의 교통운영 상태를 개선하는 데 포함된다. 이러한 교통운영 개선 방안 중에서는 교통사고의 위험을 감소시키는 데 기여하는 것으로 나타 났다.

Ⅲ. 안전효과 평가 방법

1. 현장조사 지점 선정

PVMS의 안전효과 평가는 충청남도 신양면에 위치한 국도 32호선의 한 공사구간에서 수행되었다. 해당 도로 공사구간은 2차로에서 4차로로 확장 공사구간이다. <Fig. 2>는 해당 도로 공사구간을 보여주고 있다. 도로 공사구간의 상류부는 중앙 분리대가 설치된 4차로도로인 반면, 하류부는 확장 공사관계로 임시 2차로 도로로 운영하고 있다. 4차로에서 임시 2차로로 전이되는 구간의 길이는 200m이며, 전이구간이 끝나는 지점 에서 해당도로에 접속한 도로는 도로 공사구간 동안 폐쇄되었다. 4차로도로의 제한속도는 80km/h, 전이구간 은 60km/h, 임시 2차로도로는 40km/h이다. 해당 구간의 일평균 교통량은 3000대/일이며 자유속도는 87km/h인 것으로 관측되었다.

현 도로 공사구간에 설치된 정적 표지판은 전이구간 종점으로부터 상류부 300m, 200m, 100m 지점에 ‘전 방 차로 감소 및 우측 합류’ 정보를 제공하는 정적 표지판이 설치되었다. 또한 상류부 100m 지점은 추가로 제한속도 60km/h의 규제표지판도 설치되었다. 제한속도 60km/h 적용구간은 임시 2차로도로 시점까지이며, 임시 도로로부터 상류부 100m 지점에 제한속도 60km/h 표지판이 설치되었다. 그 밖에, 임시 2차로도로로 진 입하는 시점부터 제한속도 40km/h 표지판이 설치되었다.

본 연구에서 적용한 동적표지판은 임시 도로 시점으로부터 상류부 500m와 200m지점에 각각 설치하였다. 그러나 기 운영중인 임시 표지판은 현 상태로 유지시켰다. 상류부 500m지점에서 설치된 PVMS에서 제공되 는 정보 내용은 ‘1차로’와 ‘폐쇄’가 교대로 표출하도록 설정하였다. 또한 상류부 100m지점의 PVMS는 제한속 도 60km/h의 규제형태와 ‘감속’ 두 가지 정보가 교대로 표출하도록 설정하였다. <Fig. 3>에서 두 개의 PVMS 운영상태를 보여주고 있다.

2. 데이터 수집 방법

동적표지판의 안전효과를 평가하기 위해 PVMS 설치전과 후에 대해 주간과 야간으로 구분하여 현장조사 를 수행하였다. 여기서 주간은 오전 6시부터 오후 6시 사이, 야간은 오후 6시부터 익일 오전 6시까지 구분하 였다. 그러나 야간 현장조사는 PVMS의 제한적인 전력으로 인해 12시간동안 수행하지 못하고 오후 7시부터 9시까지 이루어졌다. ‘설치전’의 현장자료 수집은 2013년 10월 28일과 2014년 3월3일에 각각 수행되었다. ‘설 치후’의 현장조사는 각 설치전의 현장조사 완료 후 다음날 이루어졌으나 7일 지나서 ‘설치후’에 대한 관련 교통자료를 수집하였다. 그 이유는 PVMS 설치에 의해 발생할 수 있는 새로운 효과(Novel effect)를 제거하여 PVMS의 순수 안전효과를 정량화하기 위한 것이다. 따라서 2013년 10월29일과 2014년 3월 4일에 PVMS 설치 된 약 7일후에 2013년 11월 5일과 2014년 3월11일에 각각 설치후에 대한 관련 속도자료를 수집하였다.

속도자료는 이동식 검지기(NC-97)를 사용하여 개별 차량의 속도를 수집하였다. 속도측정 지점은 임시 2차 로도로의 시점으로부터 상류부 5개 지점에 설치되었다. <Fig. 2>와 같이, 속도측정 지점은 도로 기하구조 혹 은 제한속도가 변경되는 지점을 중심으로 설정되었다. 즉, <Fig. 2>에서 ①은 상류부 500m 지점이며, ②는 전 이구간 시점, ③은 전이구간 종점, ④는 상류부 100m 지점, ⑤는 임시 우회도로 시점에 해당된다. 야간은 PVMS의 제한적인 전력량으로 인해 제한적으로 운영하였다. 이전 기간의 데이터 수집은 2013 년 10 월 28 일과 2014 년 3 월 3 일에 각각 수행되었습니다. 디스플레이의 새로운 효과를 줄이기 위해 2013 년 10 월 29 일과 2014 년 3 월 4 일에 구현 된 약 7 일 후에 2013 년 11 월 5 일과 2014 년 3 월 11 일에 수집 된 데이터 가 각각 수집되었습니다. 주간 시간에 관측된 샘플수는 총 3,870이며, ‘설치전’의 자료수는 2,001, ‘설치후’의 자료수는 1,869이다. 야간의 경우는 총 1,320대가 관측되었으며, 이 중에서 ‘설치전’의 표본수는 810이며 ‘설 치후’의 표본수는 510이다.

관측된 자료에 의하면, 전반적으로 ‘설치전’과 ‘설치후’의 시간당 교통량은 70∼120 대인 것으로 나타났다. 비록 조사기간 동안 낮은 교통량일지라도, 차량간 상호작용에 의해 미치는 속도 영향을 제거하기 위해 각 차 량간 10초 이하의 차두시간은 안전효과 분석 시 제외시켰다. 또한 차량간 상호작용이외에, 악천후 등 속도에 부정적 영향을 미치는 요인이 발생한 시간에 해당되는 자료도 효과 분석에 제외시키기 위해 각 해당조사일 에 대한 실시간 기상정보 또는 현장 확인을 통해 수행되었다. 그러나 해당조사일 동안 기상조건에 따른 영향 은 없는 것으로 나타났다.

3. 안전효과 분석방법

본 연구에서 다음과 같은 내용을 분석하였다.

위에서 제시한 안전효과 분석을 수행하기 위해 Ramsey and Schafer(2002)가 기술한 통계적 기법을 적용하 였다. 먼저, 각 속도 관측 지점별로 ‘설치전’과 ‘설치후’간 평균속도와 편차에 대한 통계적 차이가 있는지를 평가하기 위해 F-test와 t-test를 수행하였다. 두 번째로, PVMS 설치로 인해 발생하는 순수 안전효과(속도와 과속 비율)를 정량화시키기 위해 속도 감소 효과의 경우는 선형 회귀모델(Liner regression), 과속 비율의 경우 는 로지스틱 회귀모델(Logistic regression)을 각각 적용하였다. 일반적으로 종속변수가 연속형 변수인 경우는 선형 회귀모델을 적용하며, 이산형 변수인 경우는 로지스틱 회귀모델을 적용한다. <Table 1>에서는 회귀모델 에 적용한 독립변수들을 보여주고 있다.

Ⅳ. 분석결과

1. ‘설치전’과 ‘설치후’간 평균속도와 분산 차이

0.05의 통계적 유의수준을 토대로 각 속도 관측 지점별 ‘설치전’에 비해 ‘설치후’의 속도와 분산에 차이가 있는지를 t-test와 F-test를 주간과 야간에 대해 각각 수행하였다. <Fig. 4>는 각 지점별로 ‘설치전’과 ‘설치후’ 의 속도 분산을 주간과 야간에 대해 각각 비교하였다. 또한 <Table 2>에서는 양측검증(two-tailed) F-test를 수 행한 결과를 보여주고 있다. <Table 2>에 의하면, 주간의 경우는 두 개 지점 그리고 야간의 경우는 세 개 지 점에서 ‘설치전’과 ‘설치후’간 속도의 분산은 0.05의 유의수준에서 통계적으로 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 ‘설치전’과 ‘설치후’에서 속도의 분산 차이는 일정한 감소 혹은 증가 경향보다는 무작위하게 발생한 것으로 판단되며 전체 구간을 고려할 경우는 분산 값이 큰 변화가 없다고 판단된다.

<Fig. 5>는 각 지점별로 ‘설치전’과 설치후‘의 평균속도를 주간과 야간에 대해 각각 비교하였다. ’설치후 ‘의 대부분 지점에서 ’설치전‘에 비해 속도가 5∼10km/h 정도 감속한 것으로 나타났다. 그러나 상류부의 첫 번째 지점은 다른 지점에 비해 ’설치전‘과 ’설치후‘의 속도 변화가 없는 것으로 나타났다. <Table 3>에서는 유의수준 0.05에서 양측검증(two-tailed) t-test를 수행한 결과를 보여주고 있다. 이 t-test는 앞에서 수행한 F-test 의 결과에 의해 두 그룹간 동일한 분산의 경우에 대해 적용하였다. 그 결과는 주간과 야간에 대해 ’설치전 ‘과 ’설치후‘간 통계적으로 유의하게 속도 차이가 있는 것으로 보여주고 있다. 그러나 주간과 야간 간의 평균 속도에서 뚜렷한 차이가 있는 것으로 나타났지만, 전체적으로 주간과 야간 간의 감속효과는 거의 비슷한 것 으로 보여주고 있다. 그 밖에, <Table 4>에서는 각 지점에 따른 통계적으로 속도 차이가 있는지를 분석하였 다. 대부분 조건에서 상류부에서 도로 공사장 시점에 접근할 수 록 차량의 속도를 점진적으로 감소하는 것으 로 나타났으며 통계적으로 감속 차이가 유의한 것으로 보여주고 있다. 그러나 야간의 ’설치후‘의 조건에서는 도로 공사장의 상류부부터 감속된 속도를 유지하여 도로 공사구간에 접근하는 것으로 나타났다. 즉, 상류부 속도, 중간부 속도 그리고 공사장 시점간의 속도 차이가 통계적으로 유의하지 않는 것으로 나타났다.

2. 선형회귀 모델을 이용한 속도 저감효과 분석

PVMS 설치·운영에 따른 순수 속도 저감효과를 통계적으로 정량화하기 위해 다음과 같이 선형회귀 모델 을 적용하였다. 여기서, ‘Point’변수는 PVMS요인이외에 다른 요인으로 인해 속도와 과속비율의 이질성 (heterogeneity)을 설명하여 PVMS 효과를 과소 혹은 과도하게 평가하는 것을 극복하기 위해 ‘fixed effect’보다 는 ‘random effect’로 적용하였다.

여기서,

회귀모델은 식(1)과 총 관측 수 3,870개를 토대로 각 독립변수와 독립변수간 교호작용(intersection)에 대한 통계적 유의검정을 통해 모형 적합도를 단계적으로 평가하였다. 이러한 통계적 유의검정이외에 모형의 적합 도 기준으로 각 모델에 대한 AIC와 BIC를 고려하여 식(2)와 같이 최종 모델을 결정하였다. <표 5>에서 최종 모델의 각 변수에 대한 속성값을 보여주고 있으며, R² 값은 0.78이다. 최종 모델에 의하면, ‘설치전’보다 ‘설 치후’의 해당 구간에 대한 평균속도가 약 5km/h 감소한 것으로 나타났다. 또한 ‘설치전’과 ‘설치후’에서 주간 에 비해 야간의 평균속도는 약 4km/h 정도 낮은 것으로 보여주고 있다.

이러한 최종 선형회귀 모델을 기반으로 PVMS의 순수 속도저감 효과를 평가하였다. 그 결과는 <Table 6> 에서 보여주고 있다. 주간의 경우는 ‘설치전’보다는 약 3km/h, 야간의 경우는 약 4km/h정도 속도가 감소하는 것으로 나타났다.

3. Logistic 회귀모형을 이용한 과속비율 저감효과 분석

<Fig. 6>은 각 주간과 야간에 대해 각 지점별로 ‘설치전’과 ‘설치후’간 과속 비율을 보여주고 있다. 주간의 경우는 우회도로 시점과 첫 번째 지점(공사구간 시점으로부터 상류부 500m를 제외하고는 대부분 속도 측정 지점에서 과속 비율 감소하는 경향을 타났다. 특히, 야간의 경우는 첫 번째 지점제외하고는 모든 지점에서 주간에 비해 상당히 과속비율이 감소한 것으로 나타났다.

선형 회귀모델과 같이 PVMS 설치·운영에 따른 순수 과속 비율 저감 효과를 통계적으로 정량화하기 위해 로지스틱 회귀모델을 적용하였다. 선형 회귀모델에서 적용한 독립변수들을 적용하였으며, 종속변수는 속도 대신 과속 여부를 적용하였다. 마찬가지로 ‘Point’변수는 ‘random effect’로 고려하였다. 그 밖에 각 독립변수 와 독립변수간 교호작용(intersection)에 대한 통계적 유의검정 수행과 모형의 적합도 판단기준으로 가장 작은 QIC(Quasilikelihood Information Criterion) 값을 가지는 최종 모델을 개발하였다. 최종 로지스틱 회귀모형은 식(3)과 같다.

<Table 7>은 로지스틱 회귀모형을 이용하여 PVMS 설치에 따른 과속비율 모형 개발결과를 보여주고 있다. 최종 모델에 의하면, ‘Period’의 매개변수 값의 승산비(Odds ratio)는 1.31로 ‘설치후’보다 ‘설치전’의 과속 비 율이 1.31배만큼 높다는 의미이다. 또한 ‘Period’와 ‘Time’간 교호작용의 매개변수 값의 승산비 0.44와 0.89에 대한 의미는 야간에 비해 주간의 과속비율이 ‘설치전’의 경우는 56%, ‘설치후’는 11% 낮다는 것이다.

이러한 개발된 모델을 가지고 PVMS운영에 따른 과속비율에 미치는 순수 영향정도를 주간과 야간에 대해 평가하였다. 그 결과는 <Table 8>에서 보여주고 있다. <Table 8>에 의하면, 주간의 경우는 ‘설치전’의 과속 비 율은 ‘설치후’의 과속 비율의 1.49배, 야간의 경우는 ‘설치전’에 비해 ‘설치후’의 과속 비율 1.76배로 나타났 다. 이것은 ‘설치후’의 과속 비율이 ‘설치전’에 비해 주간의 경우 49% 그리고 야간의 경우 76% 감소했다는 것을 의미한다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 도로 공사구간에서 발생하는 사망사고의 주요 원인인 과속을 줄이기 위한 하나의 방안인 동적 표지인 가변도로전광표지판의 안전효과를 정량적으로 평가하였다. 안전효과 척도로는 가변도로전광표 지판 설치전과 설치후에 대한 속도감속과 과속(제한속도보다 10km/h 이상) 비율을 적용하였다. 속도관련 자 료는 도로 공사장으로 접근하는 상류부에서부터 공사시점까지 일정한 간격으로 설치된 검지기를 통해 수집 하였다. 이러한 방법으로 관측된 속도자료를 토대로 ‘설치전’과 ‘설치후’ 간 각 속도 관측지점별로 평균속도 와 속도편차에 대한 통계적 차이 분석, 선형 회귀모델을 통해 ‘설치전’에 비해 ‘설치후’의 정량적 속도 감속 효과, 로지스틱 회귀모델을 통해 과속 비율 감소 효과를 평가하였다. 이러한 분석을 통해 다음과 같은 결론 을 도출하였다.

비록 속도편차의 변화가 뚜렷하게 보이지 않았지만, 평균속도와 과속차량 비율 감소 결과는 정적 표지판 에 비해 동적 표지판은 모든 차량에게 도로 공사구간의 안전효과에 긍정적으로 영향을 미치는 것으로 판단 된다. 그러나 본 연구에서 도출된 결과는 제한적인 지점, 데이터 그리고 기간을 기반으로 이루어졌기 때문에 장기적인 측면에서 다양한 도로 공사구간 조건에서 동적 표지판의 효과를 모니터링하는 것이 필요하다고 판 단된다. 그 밖에, 동적표지판에 표출되는 정보내용이 도로 공사장에 접근하는 운전자에게 어떤 영향을 미치 는 지도 정량적으로 분석할 필요가 있다.