Ⅰ. 서 론
본 연구는 고속도로의 상습 지정체 구간을 개선하기 위하여 대표적인 교통운영기법인 갓길차로의 운영 효과를 분석하는 것을 목적으로 한다. 갓길차로는 차로제어시스템의 하나로 일반차량에게 갓길 이용을 허용 하여 혼잡 발생 방향으로 도로 용량을 증대시켜주는 교통운영 전략이다. 국내 갓길차로의 운영기준의 경우 갓길차로 운영구간 내 통행속도가 60~70km/h 이하 또는 교통상황을 고려하여 운영자가 필요하다고 판단 시 에 운영 중에 있다(Korea Expressway Corporation, 2012). 국내의 경우 경부선, 영동선, 서울외곽선 등에서 갓 길차로를 운영 중이며(Korea Expressway Corporation, 2012), 해외의 경우 미국, 영국, 독일, 네덜란드 등에서 갓길차로를 운영 중에 있다(US DOT, 2010).
기존 갓길차로 선행연구의 경우 특정 날짜에 대한 지점검지(Point Measurement)에서 수집되는 속도를 기반 하여 개별 갓길차로 운영 전후 효과를 비교하였다(Jang, 2009;Choi, 2011, Bae et al., 2008). 이는 갓길차로 운 영 효과를 분석함에 있어 지점검지의 경우 시공간적 교통정보 수집의 한계로 시간적 범위의 제한과 실제 교 통상황을 반영하지 못하는 단점을 가진다(Xiao et al., 2014;Kim et al., 2017). 이러한 지점점지 자료만을 활용 한 효과분석의 경우 갓길차로 운영 전후 정량적 효과평가에 한계를 가진다. 또한 갓길차로 시행 구간에 대한 분석만 실시하여 도로 축 단위의 효과분석 및 교통영향 분석에는 한계를 보였다.
이에 본 연구에서는 갓길차로 운영 전후 교통영향 및 효과분석을 위해서 1) 시공도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과분석, 2) 도로 축 단위 갓길차로 운영 전후 효과분석 등의 단계로 나누어 분석을 실시한다. 시 공도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과는 월별 VDS 속도 중위값을 활용하였으며, 경부선 안성JC→남사IC, 동탄JC→기흥IC 구간에 대한 분석을 실시한다. 갓길차로 운영게시월 기준 전후 2개월의 시공도를 대조군으 로 비교하여 효과분석을 실시하였다. 도로 축 단위 갓길차로 운영 전후 효과는 월별 TCS 통행시간 중위값을 활용하였으며, 경부선 천안IC→서울TG, 영동선 문막IC→여주IC 구간에 대한 분석을 실시한다.
논문의 구성은 다음과 같다. 1장에서는 연구의 배경 및 목적을 설명하였고, 2장에서는 갓길차로 개요와 운 영기준 및 시사점을 도출하였다. 3장에서는 갓길차로 운영 전후 교통영향 분석방법 및 결과를 도출하였으며, 마지막 4장에서는 주요 갓길차로 운영관리방안 및 향후 연구과제를 서술하였다.
Ⅱ. 갓길차로 개요
1. 갓길차로 개요 및 국내 운영기준
갓길차로는 차로제어시스템(Lane Control System, LCS) 중 하나로 고속도로 상에서 첨두시 또는 돌발상황 발생 시와 같은 특수한 상황에서 응급차량이 아닌 일반차량에게도 갓길 이용을 허용함으로써 혼잡이 발생되 는 방향으로 용량을 증대시켜주는 교통운영전략이다. 갓길차로의 주요 구성요소는 가변차로 신호기, 도로전 광표지(Variable Message Sign, VMS), 비상주차대, 안내표지 등이 포함되며, 개요도는 <Fig. 1>과 같다.
국내 갓길차로의 경우 2007년 9월부터 시행되어 현재까지 특정 고속도로 구간에서 운영되고 있다. 갓길차 로 시행 전후 도로의 기하구조의 경우 개별 차로의 길어깨 폭이 좁아지는 반면 우측 갓길차로의 운영이 가 능하여 종합적으로 1개 차선이 늘어나는 효과를 가져온다. LCS(Lane Control System) 신호기의 경우 약 500m 간격으로 설치하여 운영되고 있으며, 녹색화살표와 적색 X표를 활용하여 운영여부를 표시하고 있다. 갓길차 로 운영은 교통정체가 발생하거나 도로 구간의 최근 15분간 평균통행속도가 70km/h 이하 시 또는 도로운영 자가 CCTV 영상자료나 교통관리시스템에서 얻은 교통정보를 토대로 필요하다고 판단 시에 운영을 허가하 고 있다(Korea Expressway Corporation, 2012). 또한 갓길차로 이용대상 차량의 경우 갓길차로 기준 폭인 3.5m 를 대상으로 하여 3.5m 이상인 경우 차종제한이 없으나, 3.5m 미만으로 통행제한이 필요한 경우에는 승용차 및 15인승 이하의 차량, 1.5톤 이하의 화물차만 통행이 허가된다.
2. 해외 갓길차로 운영현황
해외 갓길차로는 통제된 조건 하에서 일시적으로 갓길 통행을 허용하는 방법으로 대표적으로 영국, 미국, 네덜란드, 독일 등에서 운영 중이다. 해외 갓길차로의 경우 혼잡 완화 및 사고관리를 위해 통과 교통량에 따 라 능동적으로 사용되며, 주로 교통혼잡이 심한 IC 구간부 등에서 적용되고 있다.
영국의 경우 2006년부터 Dynamic Hard Shoulder Running 명칭으로 갓길차로를 운영 중이며, M1, M4, M5, M6, M42, M62 등의 고속도로 구간에서 약 140km 연장을 포함한다. 대표적으로 M42 고속도로의 경우 갓길 차로를 오직 긴급 대피용이나 일반차량의 통행을 위한 목적으로만 활용하여 갓길의 이용성을 중시하고 있 다. 미국의 경우 1970년부터 Temporary Shoulder Use 명칭으로 관할 주의 교통국에서 갓갈치로를 운영 중이 며, 다양한 고속도로 구간에서 약 480km 연장을 가진다. 네덜란드의 갓길차로는 Hard Shoulder Running 명칭 을 가지며, 기존 기반시설의 사용을 개선하는 목적의 일환으로 1981년부터 약 1,000km 구간에서 갓길차로을 시행 중에 있다. 차로제어가 있는 곳의 경우 갓길 이용이 가능한 시점에 대한 정보 제공을 통해 차로가 IC를 통과하는 지점과 갓길 주행이 끝나는 지점에서 차로 사용에 따른 안내를 제공하고 있다. 마지막으로 독일의 경우 1996년부터 갓길차로를 시행 중이며, A3, A4, A5, A7, A8, A99 등의 고속도로 구간에서 약 250km 갓길 차로 연장을 가지며, 갓길차로제 시행에 있어 교통량이 중요한 역할을 수행한다.
이와 같이 해외 선진국에서 운영 중인 갓길차로 운영 현황 및 사례 조사를 통해 국내 갓길차로 운영 및 효과 분석에 활용하였다.
3. 시사점
고속도로 갓길차로 운영의 경우 측방여유폭에 차량 운행을 허가함으로서 도로 용량을 증가시켜 소통개선 측면에서 효과를 가질 수 있다. 이에 본 연구에서는 갓길차로 개요 및 국내 운영기준, 해외 갓길차로 운영현 황 등의 고찰을 통해서 국내에서 시행 중인 갓길차로의 소통개선 효과를 정략적으로 분석하고자 한다. 기존 갓길차로 선행연구의 경우 대부분 특정 날짜에 대한 지점검지 자료만을 활용해서 개별 갓길차로 운영 전후 효과를 비교하였다. 이러한 특정 날짜의 지점속도 비교는 갓길차로 운영 효과를 정량적으로 비교함에 있어 시간적 범위의 한계를 가진다. 또한 지점점지 자료만을 활용한 속도비교는 일부 정체를 통한 편향된 통계 도 출의 가능성이 있으며, 교통상황의 불규칙성으로 인해 객관적인 비교분석에 단점을 가진다. 이에 본 연구에 서는 갓길차로제 운영구간의 연속적 확보에 따라 시공도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과분석 및 도로 축 단위 갓길차로 운영 전후 효과분석 등을 수행한다. 이는 기존 선행 연구들의 한계인 시간적 범위의 제한 을 벗어날 수 있고, 고속도로 갓길차로 운영 전후 정량적 교통영향 분석이 가능하다는 장점을 가진다.
Ⅲ. 갓길차로 운영 전후 소통개선 효과분석
1. 분석구간 및 자료
본 연구에서는 갓길차로 운영의 공간적 범위로서 현재 갓길차로를 설치 및 운영 중인 경부고속도로와 영 동고속도로에서 CCTV 및 일별 정체 맵을 통한 분석에서 얻은 교통정체 정보를 토대로 정체가 많이 발생하 는 구간을 선정하여 갓길차로 도입 효과를 분석하였다. 갓길차로의 도입은 1개 차로가 증가하는 효과가 있 기 때문에 도로용량의 증대를 가져올 수 있다. 본 연구에서는 기존 4차선에서 5차선으로 용량 증대 효과를 가지는 경부고속도로와 2차선에서 3차선으로 용량 증대 효과를 가지는 영동고속도로 내 반복정체 구간을 분 석하였다.
시공도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과 분석은 경부고속도로 서울방향 안성 분기점~남사 IC 구간과 동탄 분기점~기흥 IC 구간에서 수행하였다. 정체 분석을 위해 VDS(Vehicle Detection System)에서 수집된 속 도자료를 활용하여 개별 갓길차로에 대한 시행 전후 속도의 중위값을 비교하였다.
도로 축단위 갓길차로 운영 효과 분석의 경우 경부고속도로의 서울 톨게이트~천안 IC 양방향 구간과 영 동고속도로의 여주 IC~문막 IC 양방향 구간에 대한 분석을 수행하였다. 고속도로 축 기반 소통분석을 위해 TCS(Toll Collection System)에서 수집된 개별 통행정보를 활용하여 시행 전후의 구간 통행시간 및 시계열 교 통량 분석을 수행하였다.
2. 시공도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과 분석
개별 갓길차로 도입의 효과분석을 위해서 교통정체맵(Speed Contour Plot)을 활용하여 VDS 속도자료의 중 위값을 활용한 개별 갓길차로의 효과분석을 실시하였다. 교통정체맵의 경우 시공도 상의 속도값을 구간으로 나누어 색깔을 표시함으로서 전반적인 교통상태 확인이 가능하고 정체 형성 시점 및 해소 시점 비교가 가능 하다. 따라서 갓길차로 운영에 있어, 정체 형성 이후 갓길차로의 도입 효과를 비교하는 데 적절한 지표로 활 용 가능하다.
교통정체맵 분석의 시간적 범위는 일별 교통정체맵을 통한 갓길차로 효과분석의 경우 편항된 성능 통계 자료가 도출될 가능성이 있고 교통상황의 불규칙적으로 일반화시키는 데 어려움이 있기 때문에 매월 한달 간으로 설정하였다. 분석의 공간적범위는 정체 범위를 확인하기 위해서 갓길차로 시행구간 및 상류부 5km 구간으로 설정하였으며, 개별 갓길차로 시행 효과분석을 위해서 운영게시월을 기준하여 운영 전 2개월, 운영 후 2개월 및 운영 대조군으로 1년 전 교통상황을 비교하였다. 추석, 설날 등 명절이 포함된 경우 일반화 된 분석결과 추정이 어려울 수 있기 때문에 그 다음 달을 분석에 활용하였다.
분석 결과, 경부고속도로 서울방향 안성 분기점~남사 IC 구간의 경우 운영 전 안성 분기점에서 반복적으 로 정체가 형성되었으며, <Fig. 2>와 같이 오후 첨두시에 해당 구간에서 상류부로 정체가 전이됨을 확인할 수 있었다. 갓길차로 운영 후 안성 분기점에서 발생된 정체가 해소되었고, 객관적인 영향 판단을 위한 대조 군인 <Fig. 4>의 갓길차로 도입 1년 전 시공도와 비교를 수행하였다. 비교 결과, <Fig. 2>와 동일하게 안성 분 기점을 기준으로 정체를 형성하고 있기 때문에 갓길차로 시행으로 인하여 정체 해소에 효과를 얻은 것으로 판단된다.
또한 갓길차로 운영 후 속도 개선여부를 정량적으로 분석하기 위해 운영 전후 시공도 상의 속도편차에 기 반하여 <Fig. 5>와 같이 교통정체맵을 도출하였다.
갓길차로 시행으로 인해 오후 첨두시간대의 속도 개선이 이루어진 것을 확인하고, 속도의 변동성을 비교 하기 위하여 상자 수염 그림(Boxplot)을 통한 분석을 추가로 수행하였다. <Fig. 6~7>에서 시계열 속도편차 비 교를 통해 시간대별 속도개선 폭을 확인해 본 결과, 분석구간의 구간속도는 평균 7.24km/h 개선되었으며, 정 체 시 운영되는 갓길차로의 특성으로 인하여 1개 차로가 증대되면서 도로 용량 증가 및 정체 속도 개선이 이루어졌다.
경부고속도로 서울방향 동탄 분기점~기흥 IC의 경우 <Fig. 8>과 같이 갓길차로 운영 전에 반복적으로 형 성되던 정체가 갓길차로 운영 후인 <Fig. 9>에서 해소된 것을 확인할 수 있다. 갓길차로 시행에 대한 객관적 인 영향 판단을 위해 동일 요건을 가진 도입 1년 전의 대조군과 비교를 수행하였다. 비교 결과, 대조군인 <Fig. 10>에서도 갓길차로 운영 전에 동일한 위치에 정체가 형성된 것을 관찰할 수 있었다. 이는 반복적으로 형성되는 정체가 갓길차로 시행으로 인해 해소 효과를 얻은 것으로 판단된다. <Fig. 12~13>와 같이 시간대별 분석 결과, 구간속도는 평균 11.3km/h 개선되었고 오후 정체 시 대부분의 속도개선이 이루어졌다. 갓길 차로 운영 후 시간대별 평균속도는 자유속도에 근접하게 접근하고 있기 때문에 속도개선이 이루어짐을 확인할 수 있다.
개별 갓길차로 운영 전후 교통정체맵 분석 결과, 갓길차로 운영으로 인해 도로용량 증가 후 교통소통이 개선됨을 보였다. 그러나 상류부에 정체가 형성되지 않더라도 하류부 정체 형성이 가능하기 때문에 개별 갓 길차로를 포함한 상류부 5km 단위 구간분석의 경우 분석결과의 일반화에 어려움이 존재한다. 따라서 고속도 로 전반의 소통흐름 개선여부를 판단하기 위해서는 축 개념의 소통 분석을 통한 효과 비교가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 축 기반 구간 통행시간 및 시계열 교통량 분석을 통하여 개별 갓길차로 효과 분석의 한 계를 극복하고자 한다.
3. 도로 축 단위 갓길차로 운영효과 분석
고속도로 축 기반 소통 분석을 위해 TCS에서 수집된 개별 통행정보를 활용하여 구간 통행시간을 산정하 였다. 구간 통행시간의 경우 매월 한달 간의 통행시간 중위값 분석을 통해서 월별 시계열 통행시간 패턴 및 갓길차로 운영시점을 함께 비교하여 이에 대한 효과를 비교하였다.
경부고속도로의 경우 2008년 버스전용차로 시행으로 일반차로의 용량이 감소되었기 때문에 이에 대한 통 행시간의 패턴을 함께 비교하였다. 추가적으로 시계열 교통량 분석을 통해서 축 단위 기반 통행시간 결과와 함께 갓길차로 시행으로 인한 효과를 도출하였다. 시계열 감소패턴의 경우 해당 분석 기간 동안 경향성을 보 여주는 효과적인 지표인 추세선을 활용하여 나타냈다. 또한 구간 월별 교통량 자료를 활용하여 구간 교통량 과 구간 길이의 곱으로 총 주행거리(Vehicle Kilometer Travelled, VKT)를 환산하고 분석을 수행하였다.
<Fig. 14~19>는 경부고속도로와 영동고속도로의 중위 통행시간과 총 주행거리 비교를 통한 도로 축 단위 갓길차로 운영효과의 분석 결과를 보여준다. 경부고속도로 서울방향 천안 IC~서울 톨게이트 구간의 분석 결 과, 오후 첨두시 통행시간이 감소하는 경향성을 보이며, 이는 2006년 이후에 도입된 개별 갓길차로의 효과로 판단된다. 특히 2008년 이후 버스전용차로의 도입으로 일반차로의 용량이 감소되었지만 갓길차로 효과로 인 해 통행시간은 오히려 감소하는 패턴을 보이고 있다. 총 주행거리의 경우 2004년 이후부터 증가하는 경향성 을 보이고 있지만 갓길차로의 영향으로 총 통행시간은 감소하는 것으로 나타났다.
경부고속도로 부산방향 서울 톨게이트~천안 IC 구간의 통행시간 분석 결과, 서울방향과 동일하게 감소하 는 경향성을 확인하였다. 부산방향의 경우 2011년 기흥 IC~오산 IC 구간 및 오산 IC~남사 IC 구간의 갓길차 로 시행으로 인해 급격히 통행시간이 감소하는 경향성을 보였다. 또한 서울방향과 마찬가지로 버스전용차로 의 도입으로 일반차로 용량이 감소되었지만 통행시간은 오히려 증가하는 패턴을 가지는 것을 관찰하였다. 분석 결과에서 총 주행거리는 증가하지만 통행시간은 감소하는 패턴을 보이고 있어, 갓길차로 효과에 의한 영향으로 판단된다.
마찬가지로 영동고속도로 양방향 여주 IC~문막 IC 구간의 경우에도 통행시간 분석결과 감소하는 경향성 을 확인하였다. 분석 구간의 총 주행거리는 지속적으로 증가하였지만 이와 반대로 통행시간은 감소하는 것 으로 나타나 갓길차로 도입으로 인한 효과를 확인하였다.
마지막으로 <Table 3>과 같이 갓길차로 도입 이전 시점을 기준년으로 하여 갓길차로 운영 전후의 각 노선 별 통행시간 감소와 총 주행거리 변화에 대한 정량적인 분석을 수행하였다. 분석 결과, 경부고속도로 및 영 동고속도로의 갓길 주행구간 내 첨두시 통행시간이 감소하는 패턴을 보이는 것을 확인하였다. 갓길차로제 운영 전에 비해 차량의 총 주행거리가 경부고속도로에서 27.9%, 영동고속도로에서 5.1%가 증가함에도 불구 하고 갓길차로 시행 구간에서 첨두시 통행시간 감소 효과가 발생하였다. 고속도로 및 주행방향별 교통량에 따라 경부고속도로와 영동고속도로에서 약 5.2~40.9%의 통행속도 감소 효과를 보였다.
Ⅳ. 결 론
본 연구는 차로제어시스템의 하나인 갓길차로 운영에 대한 교통영향 분석을 실시하였다. 기존 선행 연구 들에서는 지점검지 자료를 활용한 갓길차로 운영 전후 분석만 실시되어 시공간적 제약으로 인하여 실제 교 통상황을 반영하지 못하는 한계를 보였다. 이에 본 연구에서는 기존 연구들의 한계를 극복하기 위해서 시공 도 기반 개별 갓길차로 운영 전후 효과분석 및 도로 축 단위 갓길차로 운영 전후 효과분석으로 나누어 갓길 차로의 종합적인 교통 운영 분석을 실시하였다. 본 연구에서 도출한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 정체 형성 및 해소 시점의 비교를 위해 시공도 기반 소통 분석을 수행하였다. 시공도 기반 개별 갓 길차로 운영 전후 효과는 월별 VDS 속도 중위값을 활용하였으며, 시간에 따라 반복정체가 주기적으로 발생 하는 경부선 안성JC→남사IC, 동탄JC→기흥IC 구간에 대한 분석을 실시하였다. 분석 결과, 갓길차로 운영 전 에 반복적으로 형성되었던 교통정체가 갓길차로 운영 후에 해소된 것을 확인할 수 있었으며, 안성IC→남사 IC 구간에서 7.2km/h, 동탄JC→기흥JC 구간에서 11.7km/h 속도가 개선되었다.
둘째, 고속도로 전반의 소통흐름 개선여부를 판단하기 위해 축 개념의 소통 분석을 통한 효과 비교를 수 행하였다. 도로 축단위 갓길차로 운영 전후 효과는 개별 축 단위 비교가 가능한 월별 TCS 통행시간자료의 중위값을 활용하였으며, 경부선 천안IC→서울TG, 영동선 문막IC→여주IC 구간에 대한 분석을 실시하였다. 분석결과 갓길차로 운영 전후 경부선 서울방향 11.5%, 부산방향 5.2%, 영동선 강릉방향 40.9%, 인천방향 24.9% 통행시간 감소 효과를 보였다. 그리고 총 주행거리(VKT)의 경우 경부선 27.8%, 영동선 5.1% 등 갓길 차로 운영을 통한 효과를 보였다.
셋째, 운영 전후 비교 분석 연구의 경우 대상 요인 외 다른 요인들이 분석에 포함될 경우 일반화 된 분석 이 어려울 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다른 영향 요인들에 의한 영향을 줄이고자 동일 기간 및 시간을 분석에 활용하였고, 추석, 설날 등 명절이 포함된 경우 해당 달을 분석에서 제외하였다. 고속도로 노선망의 변화, 교통 관리 개선 및 기타 교통 정보의 개선 등 다른 외부 조건으로 인한 영향을 줄이기 위해 분석 구간 선정 시 이를 고려하여 시행 전후에 교통 상황의 변화가 없는 구간으로 선정하였다.
본 연구에서 활용한 VDS와 TCS 자료의 경우 구간 통행시간과 공간적 범위 및 일부 표본의 차이가 존재 할 수 있다. 이는 검지 체계의 차이로 인한 것으로, TCS는 IC 기준으로 수집되고, VDS는 지점 검지로 자료 가 수집되기 때문이다. 이로 인해 통행 완료 차량의 통행시간 자료와 지점을 통과하는 전체 차량의 속도 자 료 사이에 일부 표본 차가 발생할 수 있기 때문에 시공도 기반과 도로 축단위 기반으로 구분하여 각각 분석 하였다.
본 연구에서는 국내외 갓길차로 도입에 따른 현황 비교 및 갓길차로 도입 시에 반복적 정체 구간의 지정 체 및 통행시간 감소 효과를 도출하였다. 갓길차로는 대체 도로의 확장 및 건설사업 없이 적은 비용으로 도 로용량의 증대를 가져올 수 있으나, 일반차로 및 길어깨 폭 축소로 인해 우측 측방 여유 폭 확보, 비상차량 대피 공간 등 원래 기능적인 측면을 수행할 수 없는 교통안전에 문제를 가져올 수 있다. 따라서 향후 연구에 서는 갓길차로 운영 시 교통사고 등 안전성 측면에 대한 고려와 갓길차로 시행으로 인한 득실 효과에 대한 종합적인 비교가 필요할 것으로 판단된다. 이를 통해 본 연구 결과는 향후 고속도로 갓길차로 설치 및 선제 적 교통운영전략 수립에 효과적으로 활용되어질 수 있을 것으로 판단된다.
