(45) 공고일자 2016년03월09일 (11) 등록번호 10-1601958 (24) 등록일자 2016년03월03일

(19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1)

(45) 공고일자 2016년03월09일 (11) 등록번호 10-1601958 (24) 등록일자 2016년03월03일

G08G 1/08

G08G 1/095

(22) 출원일자 2014년10월14일 심사청구일자 2014년10월14일 (56) 선행기술조사문헌

안우영. 진입교통량을 고려한 회전교차로 Signal Metering 운영에 관한 연구. 한국도로학회논문집, 제14권, 제2호. 2012.04., pp. 175-181.*

KR1019990010166 A JP2014059618 A KR1019990046240 A

*는 심사관에 의하여 인용된 문헌

(73) 특허권자

공주대학교 산학협력단

충청남도 공주시 공주대학로 56 (신관동) (72) 발명자

안우영

경기도 용인시 수지구 동천로113번길 10, 1203동 801호(동천동, 한빛마을래미안이스트팰리스2단지 아파트)

(74) 대리인 김정수

전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 이영노

(54) 발명의 명칭 접근로별 포화도를 고려한 회전교차로 운영장치 및 그 방법 (57) 요 약

본 발명은 회전교차로의 접근로별 포화도를 고려하여 진출입 차량의 통행을 제어하는 것에 의해 회전교차로의 차 량 흐름이 원활해질 수 있도록 하는 접근로별 포화도를 고려한 회전교차로 운영장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상기 회전교차로 운영장치는, 회전교차로의 각각의 접근로에 설치되는 대기행렬검지기; 상기 접근로 각각에 설치 되는 신호등; 및 상기 대기행렬검지기를 통해 상기 회전로 내로의 차량 접근이 어려운 교통혼잡 접근로가 발생한 경우 상기 교통 혼잡을 해소하도록 신호등을 제어하는 관리장치;를 포함하여 구성되어,

회전교차로의 접근로와 회전교차로 내의 교통량이 증가하는 경우, 원활한 교통 흐름을 위해 실시간으로 신호 제 어 대상 접근로를 선택하여 신호 제어를 수행함으로써, 회전 교차로에서의 교통량의 증가에도 불구하고 회전 교 차로 내의 교통 흐름 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

대 표 도 - 도2

명 세 서

청구범위 청구항 1

회전교차로의 각각의 접근로에 설치되는 대기행렬검지기;

상기 접근로 각각에 설치되는 신호등; 및

상기 대기행렬검지기를 이용하여 회전로로 진입하는 차량의 정체가 발생하는 접근로를 관리접근로로 선택하고, 상기 관리접근로 좌측에 인접한 상류 측의 접근로를 미터링접근로로 선택하여 미터링제어조합을 형성한 후, 분 석적모형 중 간격수락모형에 의해 상기 회전교차로의 용량을 분석하고, 분석된 상기회전교차로의 용량을 이용하 여 상기 회전로 내로의 최소진입가능시간을 도출하여 최소추종간격 또는 임계간격 중 하나 이상을 도출한 후, 상기 대기행렬검지기를 통해 상기 회전로 내로의 차량 접근이 어려운 교통혼잡 접근로가 발생한 경우, 상기 관 리접근로의 교통 혼잡 해소를 위해 상기 최소추종간격 또는 상기 임계간격 중 하나 이상을 보장하도록 상기 미 터링접근로의 신호등을 제어하는 것에 의해 상기 관리접근로의 차량의 회전로 내로의 진입을 원활히 하도록 하 는 회전교차로에 대한 시그널미터링운영을 수행하여 상기 교통 혼잡을 해소하도록 신호등을 제어하는 회전교차 로운영부를 포함하는 관리장치;를 포함하여 구성되며,

상기 회전교차로의 용량은,

에 의해 산출되고, 상기 최소진입가능시간은,

여기서,

에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 회전교차로 운영장치.

청구항 2 삭제 청구항 3

청구항 1에 있어서, 상기 시그널미터링운영은,

상기 미터링접근로의 신호등을 제어하여 상기 미터링접근로로부터 상기 회전로 내부로의 교통류 흐름에 일시적 인 정지 상태를 발생시켜 회전로 내의 회전교통류의 상기 임계간격을 증대시키고 상기 최소추종간격을 보장하는 차량 통행제어인 것을 특징으로 하는 회전교차로 운영장치.

청구항 4 삭제 청구항 5 삭제 청구항 6 삭제 청구항 7

시그널미터링운영의 적용 여부를 판단하기 위하여 대기행렬검지기를 이용하여 접근로별 대기행렬이 발생하였는 지 여부를 판단하는 접근로 대기행렬 발생 여부판단과정;

관리장치가 상기 접근로에서 대기행렬이 발생하지 않는 경우, 신호등의 제어 없이 회전교차로를 이용한 차량 통 행을 수행하도록 하는 일반회전교차로운영과정; 및

상기 관리장치가 상기 대기행렬검지기를 이용하여 회전로로 진입하는 차량의 정체가 발생하는 접근로를 관리접 근로로 선택하고, 상기 관리접근로 좌측에 인접한 상류 측의 접근로를 미터링접근로로 선택하여 미터링제어조합 을 형성한 후, 분석적모형 중 간격수락모형에 의해 상기 회전교차로의 용량을 분석하고, 분석된 상기회전교차로 의 용량을 이용하여 상기 회전로 내로의 최소진입가능시간을 도출하여 최소추종간격 또는 임계간격 중 하나 이

상을 도출한 후, 상기 대기행렬검지기를 통해 상기 회전로 내로의 차량 접근이 어려운 교통혼잡 접근로가 발생 한 경우, 상기 관리접근로의 교통 혼잡 해소를 위해 상기 최소추종간격 또는 상기 임계간격 중 하나 이상을 보 장하도록 상기 미터링접근로의 신호등을 제어하는 것에 의해 상기 관리접근로의 차량의 회전로 내로의 진입을 원활히 하도록 하는 회전교차로에 대한 시그널미터링운영을 수행하여 상기 교통 혼잡을 해소하도록 신호등을 제 어하는 시그널미터링운영과정;을 포함하여 이루어지며,

상기 회전교차로의 용량은,

에 의해 산출되고, 상기 최소진입가능시간은,

여기서,

에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 회전교차로 운영방법.

청구항 8

청구항 7에 있어서, 상기 시그널미터링운영과정은,

관리장치가 특정 시간 이상 차량이 정지하는 접근로를 관리접근로로 선택하고, 상기 관리접근로의 상류측 접근 로를 차량 진입을 제어하기 위한 미터링접근로로 선택하여 미터링제어조합을 생성하는 미터링제어조합선택과정;

상기 관리장치가 상기 미터링접근로의 신호등을 제어하여 상기 미터링접근로의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상 태를 발생시키는 것에 의해, 상기 미터링접근로의 차량의 회전로 내로의 진입을 통제하여, 상기 관리접근로의 차량의 회전로 내로 용이하게 진입하도록 제어하는 시그널미터링통행제어과정;

상기 시그널미터링통행제어과정의 수행 이후 대기행렬검지기를 통해 상기 관리접근로의 차량 정체 시간이 특정 시간 이하가 되었는지를 판단하는 대기행렬소멸판단과정;

상기 대기행렬소멸판단과정의 판단결과 대기행렬이 소멸되지 않은 경우에는 시그널미터링통행제어과정으로 복귀 하여 처리과정을 반복 수행하는 대기행렬소멸판단과정; 및

상기 대기행렬소멸판단과정의 판단결과 상기 대기행렬이 소멸된 경우에는, 상기 미터링접근로의 신호등을 녹색 상태 또는 꺼짐 상태로 유지하여 일반회전교차로로 운영되도록 하는 일반회전교차로 운영복귀과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전교차로 운영방법.

청구항 9 삭제 청구항 10 삭제 청구항 11 삭제 청구항 12 삭제

발명의 설명

기 술 분 야

본 발명은 회전교차로의 운영 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전교차로의 접근로별 포화도를 고려하 [0001]

여 진출입 차량의 통행을 제어하는 것에 의해 회전교차로의 차량 흐름이 원활해질 수 있도록 하는 접근로별 포 화도를 고려한 회전교차로 운영장치 및 그 방법에 관한 것이다.

배 경 기 술

회전교차로(Roundabout)는 평면교차로의 일종으로 신호등이 없이 차량들이 교차로 중앙에 설치된 원형교통섬을 [0002]

중심으로 회전해 통과하는 교차로 형식이다. 현재 국내에서 추진되고 있는 현대식 회전교차로는 교차로 내부의 회전차량이 통행우선권을 가지게 되고 진입차량이 양보하는 것을 기본원리로 하여 운영된다. 즉 회전교차로는 회전하는 차량에게 우선권이 있다. 일반적으로 회전교차로는 신호교차로에 비해 원형기하구조로 인한 상충점 감 소 및 저속운행 유도로 직각충돌사고 및 정면충돌사고와 같은 심각한 교통사고를 큰 폭으로 감소시켜 안전성을 증진하고 신호교차로에서 발생하는 불필요한 지체를 감소하여 운영효율성을 높일 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나 교통운영측면에서 회전교차로가 모든 교차로를 대체하여 그 효과를 극대화 할 수 있는 것은 아니다. 교 차로를 회전교차로 형식으로 채택하여 운영 할 경우 접근로별 교통량, 주행속도, 가용면적, 보행량, 교차로기능 등을 종합적으로 고려하여 운영방식을 결정해야 한다.

국토해양부(현 국토교통부)의 회전교차로 설계지침(2010: 참고문헌 1)에 따르면 회전교차로 계획 시 기준교통량 [0003]

은 교차로 전체의 통과교통량을 기준으로 하되, 회전교차로 교통량 수준은 1차로형 20,000 대/일 이하, 2차로형 32,000 대/일 이하인 경우에 적용하고, 해당 교차로가 계획 교통량 수준에 도달하면 신호교차로로 전환을 검토 한다. 접근로별 진입교통량이 균등하고 개별진입로의 차로당 첨두시 교통량이 약 125∼450대/시 범위 내인 비신 호 및 신호교차로는 교통소통 개선효과를 검토하여 회전교차로를 설치 할 수 있도록 교통소통측면에서 설치기준 을 정하고 있다. 이처럼 회전교차로는 일정수준 이하의 교통상태에서 접근로별 교통류가 균등(balanced)할 경우 기존 신호교차로에 비해 운영효율성이 증대되나 설치 이후 주변의 토지이용변화로 교통량이 증가하면서 접근로 별 교통류가 불균등(unbalanced) 해질 경우 접근로에서 회전교차로 내부로의 진입이 어려워져 효율성이 떨어지 게 된다(Akcelik, 2004: 참고문헌 2).

미국, 영국, 호주 등 이미 회전교차가 오래전부터 정착된 선진외국의 경우 회전교차로에 신호등을 설치하여 풀 [0004]

타임(full-time) 운영체계가 아닌 파트타임(part-time) 운영체계로 첨두시 또는 비정상적인 교통수요 발생 시를 대처하기 위해 실시간(real-time) 시그널미터링(Signal Metering)을 도입하여 회전교차로를 신호교차로 형식으 로 운영하고 있다(Akcelik, 2011: 참고문헌 3).

그러나 현재까지 회전 교차로의 설치 이후 주변의 토지이용변화로 인한 교통량 증가 및 접근교통량 불균등으로 [0005]

회전교차로의 교통정체를 방지하기 위한 효율적인 회전 교차로 운영 방안이 제시되지 못하고 있는 실정이다.

<참고문헌>

[0006]

참고문헌 1: Roundabouts Design Manual(2010), Ministry of land, Transport and Maritime Affairs, Korea.

[0007]

(회전교차로 설계지침, 2010. 국토해양부).

참고문헌 2: Akcelik, R., 2004. "Roundabouts with unbalanced flow patterns", ITE Annual Meeting, [0008]

Florida, USA.

참고문헌 3: Akcelik, R., 2011, "Roundabout Metering Signals: Capacity, Performance and Timing", 6th [0009]

International Symposium on Highway Capacity and Quality of Service, TRB, Stockholm, Sweden.

[0010]

발명의 내용

해결하려는 과제

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전교차로 설치 이후 교통량의 증가 시 [0011]

에도 회전교차로의 교통 흐름을 효율적으로 제어할 수 있도록 하는 회전교차로 운영장치 및 운영방법을 제공하 는 것을 목적으로 한다.

과제의 해결 수단

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전 교차로 시그널 미터링 운영장치는, 회전교차로의 각각의 접근로에 [0012]

설치되는 대기행렬검지기; 상기 접근로 각각에 설치되는 신호등; 및 상기 대기행렬검지기를 통해 상기 회전로 내로의 차량 접근이 어려운 교통혼잡 접근로가 발생한 경우 상기 교통 혼잡을 해소하도록 신호등을 제어하는 관 리장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관리장치는, 상기 대기행렬검지기를 이용하여 회전로로 진입하는 차량의 정체가 발생하는 접근로를 관리접 [0013]

근로로 선택하고, 상기 관리접근로에 인접한 상류 측의 접근로를 미터링접근로로 선택하여 미터링제어조합을 형 성한 후, 상기 관리접근로의 교통 혼잡 해소를 위해 상기 미터링접근로의 신호등을 제어하는 것에 의해 상기 관 리접근로의 차량의 회전로 내로의 진입을 원활히 하도록 제어하는 회전교차로에 대한 시그널미터링운영을 수행 하는 회전교차로운영부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 시그널미터링운영은, 상기 미터링접근로의 신호등을 제어하여 상기 미터링접근로로부터 상기 회전로 내부 [0014]

로의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상태를 발생시켜 회전로 내의 회전교통류의 임계간격을 증대시키고 최소 추 종간격을 보장하는 차량 통행제어인 것을 특징으로 한다.

상기 시그널미터링운영은, 분석적모형 중 간격수락모형에 의해 상기 회전교차로의 용량을 분석하고, 분석된 상 [0015]

기회전교차로의 용량을 이용하여 상기 회전로 내로의 최소진입가능시간을 도출하여 최소추종간격을 도출하는 것 을 특징으로 한다.

상기 회전교차로의 용량은, [0016]

[0017]

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

[0018]

상기 최소진입가능시간은, [0019]

[0020]

[0021] 여기서,

[0022]

[0023]

[0024]

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

[0025]

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전교차로 시그널 미터링 운영방법은, 시그널미터링운영의 적용 여부 [0026]

를 판단하기 위하여 대기행렬검지기를 이용하여 접근로별 대기행렬이 발생하였는지 여부를 판단하는 접근로 대 기행렬 발생 여부판단과정; 상기 접근로에서 대기행렬이 발생하지 않는 경우, 신호등의 제어 없이 회전교차로를 이용한 차량 통행을 수행하도록 하는 일반회전교차로운영과정; 및 상기 접근로에서 대기행렬이 발생하는 경우, 대기행렬이 발생한 접근로의 상류측 접근로의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상태를 발생시켜, 상기 대기행렬이 발생한 접근로의 차량이 회전로 내로 용이하게 진입할 수 있도록 하는 시그널미터링운영을 수행하는 시그널미터 링운영과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 시그널미터링운영과정은, 상기 관리장치가 특정 시간 이상 차량이 정지하는 접근로를 관리접근로로 선택하 [0027]

고, 상기 관리접근로의 상류측 접근로를 차량 진입을 제어하기 위한 미터링접근로로 선택하여 미터링제어조합을 생성하는 미터링제어조합선택과정; 상기 관리장치가 상기 미터링접근로의 신호등을 제어하여 상기 미터링접근로 의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상태를 발생시키는 것에 의해, 상기 미터링접근로의 차량의 회전로 내로의 진 입을 통제하여, 상기 관리접근로의 차량의 회전로 내로 용이하게 진입하도록 제어하는 시그널미터링통행제어과 정; 상기 시그널미터링통행제어과정의 수행 이후 대기행렬검지기를 통해 상기 관리접근로의 차량 정체 시간이 특정시간 이하가 되었는지를 판단하는 대기행렬소멸판단과정; 상기 대기행렬소멸판단과정의 판단결과 대기행렬 이 소멸되지 않은 경우에는 시그널미터링통행제어과정으로 복귀하여 처리과정을 반복 수행하는 대기행렬소멸판 단과정; 및 상기 대기행렬소멸판단과정의 판단결과 상기 대기행렬이 소멸된 경우에는, 상기 미터링접근로의 신 호등을 녹색 상태 또는 꺼짐 상태로 유지하여 일반회전교차로로 운영되도록 하는 일반회전교차로 운영복귀과 정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 시그널미터링운영은, 회전로 내에서의 회전교통류의 임계간격을 증대시키고 최소 추종간격을 보장하여 관 [0028]

리접근로의 차량이 회전로 내로 원활히 진입할 수 있도록 하는 운영인 것을 특징으로 한다.

상기 시그널미터링운영은, 분석적모형 중 간격수락모형에 의해 상기 회전교차로의 용량을 분석하고, 분석된 상 [0029]

기회전교차로의 용량을 이용하여 상기 회전로 내로의 최소진입가능시간을 도출하여 상기 최소추종간격을 도출하 는 것을 특징으로 한다.

상기 회전교차로의 용량은, [0030]

[0031]

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

[0032]

상기 최소진입가능시간과 상기 임계간격은, [0033]

[0034]

[0035] 여기서,

[0036]

[0037]

[0038]

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

[0039]

발명의 효과

상술한 구성의 본 발명은, 회전교차로의 접근로와 회전교차로 내의 교통량이 증가하는 경우, 원활한 교통 흐름 [0040]

을 위해 신호 제어 대상 접근로를 선택하여 신호 제어를 수행함으로써, 회전 교차로에서의 교통량의 증가에도 불구하고 회전 교차로 내의 교통 흐름 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 회전교차로 운영을 위한 회전교차로의 변수를 정의하는 개념도.

[0041]

도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 회전교차로 운영장치(10)의 개략적인 구성도.

도 3은 회전교차로(100)의 통행량 제어 대상인 관리접근로와 미터링접근로로 구성되는 미터링제어조합(150)의 다양한 생성 예를 나타내는 도면.

도 4는 포화도(v/c율) 검출점을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 회전교차로 운영방법의 처리과정을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 실험예로서 미터링제어조합의 구성을 나타내는 도면.

도 7은 도 6의 실험예 중 케이스 1(case 1)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운영 결과의 비교표.

도 8은 도 6의 실험예 중 케이스 2(case 2)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운영 결과의 비교표.

도 9는 도 6의 실험예 중 케이스 3(case 3)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운영 결과의 비교표.

도 10은 도 6의 실험예 중 케이스 4(case 4)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운 영결과의 비교표.

도 11은 도 6의 실험예 중 개선효과가 있는 23개 운영조합에 대한 결과를 나타내는 표.

도 12는 도 11의 결과의 포화도(v/c율)의 합에 대한 지체감소 효과를 나타내는 그래프.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[0042]

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 [0043]

불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 [0044]

예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변 경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 [0045]

직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이 해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있 다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관

계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도 [0046]

가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 회전교차로 운영을 위한 회전교차로(100)의 변수를 정의하는 개념도이다.

[0047]

도 1과 같이 본 발명의 회전교차로 운영장치(10) 및 운영방법의 설명을 위해서는 임계간격(critical gap; α), [0048]

추종간격(follow up headway; β), 차량군 최소간격(intra-bunch headway; Δ)의 세 가지 변수가 정의된다.

상기 임계간격(critical gap; α)은 회전로(110) 내에서 회전하고 있는 차량의 최소간격으로 진입차량이 회전로 [0049]

(110)로 안전하게 진입하기 위해 허락되는 회전로(110)의 차량 간 차두시간의 최소값으로 정의된다.

상기 추종간격(follow up headway; β)은 접근로(120)(진입차로)에서 대기하고 있는 차량이 회전로(110) 내로 [0050]

진입하기 위한 시간 간격으로 진입차량(또는 접근차량)의 대기행렬확산시간 또는 회전차량과 진입차량 간의 시 간간격을 의미한다.

상기 차량군 최소간격(intra-bunch headway; Δ)은 진입차량이 회전로(110)에 진입하는 때 허락된 임계간격(α) [0051]

범위에서 차량이 회전로(110)에 진입 후 뒤따르는 후속차량과의 최소간격으로 정의된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 회전교차로 운영장치(10)의 개략적인 구성도이고, 도 3은 회전교차로(100)의 [0052]

통행량 제어 대상인 관리접근로와 미터링접근로로 구성되는 미터링제어조합(150)의 다양한 생성 예를 나타내는 도면이다.

도 2와 같이 상기 회전교차로(100)는 회전로(110), 관리접근로(controlling approach)(121)와 미터링접근로 [0053]

(Metered Approach)(123)로 선택되는 접근로(120)들을 포함한다.

상기 관리접근로(121)는 교통량(회전로(110)로의 진입교통량과 회전로(110) 내의 회전교통량)이 상대적으로 많 [0054]

고 혼잡하여 회전로(110) 내로 진입이 어려운 접근로(120)가 선정되며, 상기 미터링접근로(123)는 해당 관리접 근로(121)는 관리접근로 상류부에 인접한 접근로가 선정되어 신호등(140) 운영을 통해 미티링접근로(123)로부터 회전로(110) 내로 진입하는 차량을 통제하는 것에 의해 관리접근로(121) 내의 차량의 회전로(110) 내로의 진입 을 원활히 하여 관리접근로(121)의 교통 혼잡을 감소시키는 기능을 수행한다.

상기 회전교차로 운영장치(10)는 도 2와 같이, 각각의 접근로(120) 중 회전로(110)로부터 일정 거리, 일 예로 [0055]

접근로(120)의 정지선에서 50 ~ 100m의 거리에 설치되는 대기행렬검지기(queue detector)(130)들의 검지신호와 상기 접근로(120)들에 설치되는 신호등(140)들을 이용하여 회전로(110) 내로 차량 접근이 어려운 접근로(120)의 교통 혼잡을 해소하는 기능을 수행하는 관리장치(200)를 포함하여 구성된다.

상술한 기능을 수행하는 상기 관리장치(200)는 관리접근로(121) 대기행렬검기지(130)의 검지 신호를 이용하여 [0056]

미터링접근로(123)에서 회전로(110) 내로의 진입차량의 진입을 제어하기 위해 대기행렬검지기(130)의 검지 신호 를 통해 관리접근로(121)와 미터링접근로(123)의 조합인 미터링제어조합(150)을 생성한 후 관리접근로(121)의 교통 혼잡 해소를 위해 미터링접근로(123)의 신호등(140)을 제어하는 것에 의해 회전교차로(100)에 대한 시그널 미터링운영을 수행하는 회전교차로운영부(210)와, 관리장치(200)를 제어하는 제어부(220) 및 대기행렬검지기 (130)와 신호등(140)을 포함하는 외부장치와 유선 또는 무선 통신 방식 중 하나 이상의 방식에 의해 통신을 수 행하는 통신부(230)를 포함하고, 부가적으로 관리장치(200)의 구동 상태를 출력하는 표시부(213), 관리장치 (200)의 데이터를 출력하는 출력부(215), 관리장치(200)로 제어명령 또는 데이터 입력을 위한 입력부(217), 소 프트웨어 및 데이터를 저장하는 저장부(219)를 포함하여 구성된다.

상술한 구성의 관리장치(200)는 회전교차로의 미터링제어 기능으로 기능이 특화된 독립된 장치, 또는 내부에 회 [0057]

전교차로운영부(210)가 설치되는 서버컴퓨터 등으로 구현될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 상기 회전교차로 운영장치(10)는 접근로(120) 별 진입차량의 진입교통류의 비율이 일정하 [0058]

지 않고 한쪽으로 치우치는 불균형 상태가 발생하여, 특정 접근로(120)에서 일정 시간 이상의 대기 행렬이 발생 하는 경우, 회전교차로(100)의 전체 운영 효율성을 제고하기 위하여, 관리접근로(121)와 미터링접근로(123)를 선정하여 미터링제어조합(150)을 생성하고, 미터링접근로(123)의 신호등(140)을 통해 미터링접근로(123)로부터 회전로(110) 내로의 차량 진입을 제어하는 시그널미터링운영(signal metering)을 수행하게 된다.

일반적인 상황에서 미터링접근로(123)는 신호등(140)이 녹색신호(또는 꺼짐 상태)로 운영되다가 관리접근로에 [0059]

설치된 대기행렬검지기(130)에 차량이 특정시간(예, 3초) 이상 점유 시, 지체가 발생한 것으로 간주하고 진입통 제를 위해 미터링접근로(123)의 신호등(140)을 적색신호로 바꾼다. 이 후 관리접근로(121)의 차량 정지 시간이 특정 시간 이하로 유지되면 다시 미터링 접근로의 신호등을 녹색(또는 꺼짐) 상태로 바꾸어 일반회전교차로 운 영이 수행되도록 한다. 즉, 혼잡한 관리접근로(121)의 차량 진입에 어려움이 발생할 때 인접한 접근로(120)를 미터링접근로(123)로 선정하여 미터링접근로(123)로부터 회전로(110) 내부로의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상 태를 발생시켜 회전교통류의 임계간격을 증대시키고 최소 추종간격을 보장하여 회전로(110) 내로의 원활한 차량 진입을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 회전교차로에서 신호등을 이용하여 회전로(110) 내로의 진입차량의 교통량을 제어하는 시그 [0060]

널미터링운영을 위해 관리장치(200)에 의해 생성되는 미터링제어조합(150)은 도 3과 같이, 조합 1 ~ 4(combination 1 ~　4) 등으로 다양하게 생성될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 회전교차로 운영을 위해서는 회전교차로(100)의 용량분석이 수행되어야 한다. 회전교차 [0061]

로(100)의 용량분석모형으로는 경험적 모형과 분석적 모형을 들 수 있는데, 경험적 모형의 경우 회전교통량이 클 경우 용량을 과다추정하는 경향이 있어, 분석적 모형이 적용된다. 대표적인 분석적 모형은 간격수락모형이며, 본 발명의 실시예의 설명에서는 간격수락모형을 이용하여 진입로별 용량을 산출한다.

회전교차로는 신호교차로와 다르게 신호주기를 알 수 없기 때문에 일반적으로 간격수락이론에 근거하여 용량을 [0062]

산출한다. 이 경우 회전교차로의 기하구조, 회전교통량과 진입교통량간의 간격수락변수 등이 중요한 파라미터로 작용된다. 이때 사용되는 매개변수 값으로는 임계간격과 추종간격이 기본 값으로 사용된다.

간격수락모형에서는 회전교통량을 고려하여 진입가능시간(unblocked time period)과 진입불가능시간(blocked [0063]

time period)을 계산하게 된다. 진입가능시간은 회전교통량(circulating flow) 간에 충분한 시간 간격이 유지됨 에 따라서 진입로에어 차량이 회전교차로 내로 진입이 가능한 시간을 의미한다. 회전교차로의 진입로별 용량은 다음의 [수학식 1]과 같이 계산된다.

수학식 1

[0064]

[0065] 이다.

진입가능 시간비(unblocked time ratio)는 일반 신호교차로의 주기에 대한 유효녹색시간(effective green [0066]

time)비와 같은 개념이다. 접근로별 진입가능 시간비는 다음의 [수학식 2]와 같이 계산된다.

수학식 2

[0067]

[0068] 여기서,

[0069]

[0070]

[0071]

[0072] 이다.

도 4는 포화도(v/c) 검출점을 나타내는 도면이다.

[0073]

회전교차로(100)의 접근로(진입로)별 용량은 도 4와 같이, 접근로 전방의 회전교통량에 따라 결정된다. 회전교 [0074]

통량이 0일 경우 은 1에 가까워져 접근로별 진입용량은 포화용량을 유지하나 점차 회전교통량이 증가하면서 용량은 감소하게 된다. 즉, 회전교통량이 증가함에 따라 진입가능시간에 비례하여 접근로(진입로)의 용량이 감 소하게 된다. 도 4에서 v는 차량의 통행량, c는 통행용량을 나타내며, v/c는 포화도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 회전교차로 운영방법의 처리과정을 나타내는 도면이다.

[0075]

도 5와 같이 상기 회전교차로 운영방법은, 시그널미터링운영의 적용 여부를 판단하기 위한 접근로 대기행렬 발 [0076]

생 여부판단과정(S10)과, 접근로에서 대기행렬이 발생하지 않는 경우 시그널미터링운영을 수행하지 않는 일반회 전교차로운영과정(S20)과 접근로에서 대기행렬이 발생하여 관리접근로(121)에서 회전로(110)의 차량 진입에 어 려움이 발생하는 경우, 미터링접근로(123)의 신호등을 이용하여 인접 미터링접근로(123)의 교통류 흐름에 일시 적인 정지상태를 발생시켜 미터링접근로(123) 내의 차량의 회전로(110) 내로의 진입을 통제하는 것에 의해 회전 로(110) 내에서의 회전교통류의 임계간격을 증대시키고 최소 추종간격을 보장하여 관리접근로(121)의 차량이 회 전로(110) 내로 원활히 진입할 수 있도록 하는 시그널미터링운영을 수행하는 시그널미터링운영과정(S30)을 포함 하여 구성된다.

상기 접근로 대기행렬 발생 여부판단과정(S10)은 관리장치(200)가 접근로(120) 별로 설치된 대기행렬검지기 [0077]

(130)들이 접근로(120)를 통해 회전로(110)로 진입하는 차량 검지 신호를 수신하여, 진입 차량이 특정시간 이상 (예, 3초) 정체하는지의 여부를 판단하여, 특정 시간 이상 정체하는 경우 대기행렬이 발생한 것으로 판단한다.

상기 접근로 대기행렬 발생 여부판단과정(S10)에서 접근로(120)들에서 진입하는 차량이 특정 시간 이상 정체하 [0078]

는 대기행렬이 발생하지 않는 경우에는, 신호등(140)을 녹색으로 유지하거나, 꺼진 상태를 유지함으로써, 차량 진입이 통제 없이 접근로(120)들의 차량이 회전로(110)로 진입한 후 진출하도록 하는 일반회전교차로운영을 수 행하는 상기 일반회전교차로운영과정(S20)이 수행된다.

이와 달리, 상기 접근로 대기행렬 발생 여부판단과정(S10)에서 접근로(120)들에서 진입하는 차량이 특정 시간 [0079]

이상 정체하는 대기행렬이 발생한 경우에는, 진입하는 차량에 특정 시간 이상 정체가 발생하는 접근로(120)의 교통 혼잡을 해소하기 위한 상기 시그널미터링운영과정(S30)을 수행한다.

이때, 상기 시그널미터링운영과정(S30)은, 미터링제어조합선택과정(S31), 시그널미터링통행제어과정(S33), 대기 [0080]

행렬소멸판단과정(S35), 일반회전교차로운영복귀과정(S37)을 포함하여 이루어진다.

상기 시그널미터링운영과정(S30)이 수행되면, 상기 관리장치(200)는 특정 시간 이상 차량이 정지하는 접근로 [0081]

(120)를 교통정체 해소 대상인 관리접근로(121)로 선택하고, 관리접근로(121)의 상류측 인접 접근로(120)를 차 량 진입을 제어하기 위한 미터링접근로(123)로 선택하는 것에 의해 미터링제어조합(150)을 생성하는 미터링제어 조합선택과정(S31)을 수행한다.

상기 미터링제어조합(150)이 생성된 후에는 미터링접근로(123)의 신호등을 제어하는 것에 의해, 미터링접근로 [0082]

(123)의 교통류 흐름에 일시적인 정지 상태를 발생시켜 미터링접근로(123) 내의 차량의 회전로(110) 내로의 진 입을 통제하여, 회전로(110) 내에서의 회전교통류의 임계간격을 증대시키고 최소 추종간격을 보장하여 관리접근 로(121)의 차량이 회전로(110) 내로 원활히 진입할 수 있도록 하는 시그널미터링통행제어과정(S33)을 수행한다.

이때 상기 시그널미터링통행제어과정(S33)의 수행을 위해서는 상술한 [수학식 1]을 통해 회전교차로의 진입로 (접근로) 별 용량을 계산한다. 그리고 [수학식 2]를 이용하여 진입가능 시간비를 산출하는 것에 의해 최소진입 가능시간( ), 추종간격(tf), 임계간격(tf)을 도출한다.

이 후 지속적으로 관리접근로(121)에 설치된 대기행렬검지기로부터 관리접근로(121)의 차량의 정체 시간이 특정 [0083]

시간 이하가 되었는지를 판단하는 대기행렬소멸판단과정(S35)을 수행한다.

상기 대기행렬소멸판단과정(S35)의 판단결과 대기행렬이 소멸되지 않은 경우에는 시그널미터링통행제어과정 [0084]

(S33)으로 복귀하여 처리과정을 계속 수행한다.

이와 달리, 상기 대기행렬소멸판단과정(S35)의 판단결과 대기행렬이 소멸된 경우에는, 미터링접근로(123)의 신 [0085]

호등(140)을 녹색상태 또는 꺼짐 상태로 유지하는 것에 의해 일반회전교차로로 운영되도록 하는 일반회전교차로 운영복귀과정(S37)을 수행한다.

상술한 처리과정은 회전교차로가 운영되는 경우 지속적으로 반복 수행되어, 호전교차로를 접근로를 통해 진입하 [0086]

는 차량의 량에 따라 선택적으로 운영하는 것에 의해, 회전교차로에 의한 차량의 통행 효율을 최대화 시킬 수 있도록 한다.

이하, 본 발명을 효과를 확인하기 위한 실험예를 설명한다.

[0087]

도 6은 본 발명의 실험예로서 미터링제어조합의 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 실험예 중 케이스 [0088]

1(case 1)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운영결과의 비교표이며, 도 8은 도 6 의 실험예 중 케이스 2(case 2)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미터링운영결과의 비교 표이고, 도 9는 도 6의 실험예 중 케이스 3(case 3)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차로운영결과와 시그널미 터링운영결과의 비교표이며, 도 10은 도 6의 실험예 중 케이스 4(case 4)에서의 각 접근로에서의 일반회전교차 로운영결과와 시그널미터링운영결과의 비교표이고, 도 11은 도 6의 실험예 중 개선효과가 있는 23개 운영조합에 대한 결과를 나타내는 표이며, 도 12는 도 11의 결과의 v/c율의 합에 대한 지체감소 효과를 나타내는 그래프이 다.

본 발명의 실험예에서는 회전교통량(좌·직ㅇ우)과 진입교통량의 관계를 포괄적으로 대변할 수 있는 포화도(V/C [0089]

비)를 Signal Metering 조합을 위한 선정지표로 사용하였다. 도 6과 같이 4가지 경우의 접근로별 진입교통량 비 율을 고려하여 각각 4개의 불균등한 교통상황을 설정하였다. 본 발명의 실시예에서와 같이 인접한 접근로를 한 쌍(pair)으로 묶어서 미터링제어조합(Signal Metering조합)을 구성하였다. 따라서 도 2 및 도 3과 같은 방법으 로 총 64개의 Signal Metering 운영조합을 분석대안으로 선정하고 일반회전교차로 운영(Do-not case) 및 시그널 미터링운영(Signal Metering 운영(Do case))에 따른 지체를 비교하였다.

시나리오별 분석 방법을 정리해 보면 다음과 같다.

[0090]

첫째, 진입교통량이 방향별로 불균등한 경우를 대상으로 다양한 교통상황에 대한 분석 시나리오를 작성한다.

[0091]

둘째, 시그널미터링(Signal Metering) 미시행시 회전교차로 전체의 지체를 분석하고 접근로별 포화도를 산출한 [0092]

다. 그리고 시그널미터링(Signal Metering) 미시행시 v/c 비를 통해 시그널미터링(Signal Metering) 시행 시설 위치를 선택하는 효과척도를 제시한다.

셋째, 시그널미터링(Signal Metering)의 설치위치 에 따른 운영효과를 분석하고 적정 포화도합을 산출한다.

[0093]

즉 시그널미터링(Signal Metering) 설치 시 한을 기준으로 설치 위치에 따라 시그널미터링(Signal Metering) 운 영효과를 분석한다.

넷째, Paired-Mean t-test를 활용하여 시나리오별 운영효과에 대한 통계적 검증을 수행한다. 즉 각 대안 별 평 [0094]

균지체를 비교 분석하여 가장 효과적인 시그널미터링 설치 위치의 v/c 비의 합을 도출한다.

다섯째, 포화도 조합을 고려한 실시간 Signal Metering 운영알고리즘을 구축한다. 즉, 도출된 v/c 비의 합을 이 [0095]

용하여 접근로별 교통량 변화에 따른 시그널미터링(Signal Metering) 운영알고리즘을 제시한다.

본 실험예에서는 1차로형 4지 회전교차로를 대상으로 총 진입교통량은 용량상태인 1,800pcu/시로 한다. 분석교 [0096]

차로의 제원은 회전교차로 설계지침(2010)의 기준을 준용하여 내접원 지름 30m, 중앙교통섬 지름 25m, 회전차로 폭 5m, 회전부 설계속도 20km/h 그리고 진입부 설계속도 60km/h로 설정하였다. 시그널미터링(Signal Metering) 운영을 위한 대기행렬 검지기는 정지선으로부터 50m에 설치하였다.

1. Case 1: 1개 진입로에 교통량 집중 [0097]

도 7의 테이블 1(Table 1)은 1개 접근로의 진입교통량 비율이 50∼60%일 때 Signal Metering 운영조합에 따른 [0098]

분석 결과를 정리한 것이다.

조합 1(N-E)과 같이 두 접근로의 V/C비의 합이 0.39∼0.63 이고 미터링접근로의 진입교통량이 관리접근로의 진 [0099]

입교통량보다 작거나 같은 경우 Signal Metering 운영에 따른 효과가 있는 것으로 분석 되었다. 조합 1의 경우 차량 당 평균지체가 1.3∼6.4초로 2.4∼14.3% 감소하였으며 나머지 조합의 경우 지체가 모두 증가하였다. 특히 V/C비의 합이 1.51 이면서 미터링접근로의 진입교통량이 1,080pcu/시 그리고 관리접근로의 진입교통량이 234pcu/시인 대안 1-3의 S-W 조합의 경우 차량 당 평균지체가 9.1초에서 105.4초로 11배 이상 증가하였다.

2. Case 2: 인접한 2개 진입로에 교통량 집중 [0100]

도 8의 테이블 2(Table 2)는 2개 접근로의 진입교통량 비율이 50∼60% 그리고 30%로 일 때 Signal Metering 운 [0101]

영조합에 따른 분석 결과를 정리한 것이다. 조합 1(N-E) 및 조합 4(E-S)와 같이 두 접근로의 V/C비의 합이 0.29

∼0.70 이고 미터링접근로의 진입교통량이 관리접근로의 진입교통량보다 작거나 같은 경우 Signal Metering 운 영에 따른 효과가 있는 것으로 분석 되었다. 조합 1의 경우 차량 당 평균지체가 2.4∼17.9초로 8.7∼78.2% 감 소하였고 조합 4의 경우 차량 당 평균지체가 0.6∼17.6초로 8.3∼76.8% 감소하였다. 그 외 나머지 조합의 경우 지체가 모두 증가하였다. 특히 V/C비의 합이 1.23 이면서 미터링접근로의 진입교통량이 1,080pcu/시 그리고 관 리접근로의 진입교통량이 90pcu/시인 대안 2-4의 S-W조합의 경우 차량 당 평균지체가 22.9초에서 205.8초로 8배 이상 증가하였다.

3. Case 3: 인접한 3개 접근로에 교통량 집중 [0102]

도 9의 테이블 3(Table 3)은 인접한 3개 접근로의 진입교통량 비율이 30∼40%, 25∼30% 그리고 25∼30%로 일 때 [0103]

Signal Metering 운영조합에 따른 분석 결과를 정리한 것이다.

조합 1(N-E)과 같이 두 접근로의 V/C비의 합이 0.67∼0.80 이고 미터링접근로의 진입교통량이 관리접근로의 진 [0104]

입교통량보다 작거나 같은 경우 Signal Metering 운영에 따른 효과가 있는 것으로 분석 되었다. 조합 1의 경우 차량 당 평균지체가 0.9∼5.7초로 13.8∼47.9% 감소하였으며 나머지 조합의 경우 지체가 모두 증가하였다. 특히 V/C비의 합이 1.56 이면서 미터링접근로의 진입교통량이 720pcu/시 그리고 관리접근로의 진입교통량이 450pcu/

시인 대안 3-2의 S-W조합의 경우 차량 당 평균지체가 11.9초에서 39.2초로 3배 이상 증가하였다.

4. Case 4: 분리된 2개 진입로에 교통량 집중 [0105]

도 10의 Table 4는 2개 접근로의 진입교통량 비율이 50∼60% 그리고 30%로 일 때 시그널미터링(Signal [0106]

Metering) 운영조합에 따른 분석 결과를 정리한 것이다.

조합 2(W-N) 및 조합 4(E-S)와 같이 두 접근로의 V/C비의 합이 0.81∼1.09 이고 미터링접근로의 진입교통량이 [0107]

관리접근로의 진입교통량보다 작거나 같은 경우 Signal Metering 운영에 따른 효과가 있는 것으로 분석 되었다.

조합 2의 경우 차량 당 평균지체가 1.6∼3.7초로 11.2∼28.3% 감소하였고 조합 4의 경우 차량 당 평균지체가 1.3∼13.7초로 17.1∼41.8% 감소하였다. 그 외 나머지 조합의 경우 지체가 모두 증가하였다. 특히 두 접근로의 V/C비 합이 1.07 이면서 미터링접근로의 진입교통량이 540pcu/시 그리고 관리접근로의 진입교통량이 90pcu/시인 대안 4-4의 S-W조합의 경우 차량 당 평균지체가 9.2초에서 80.7초로 8배 이상 증가하였다.

5. 대안별 분석 결과 종합 [0108]

도 11의 Table 5는 총 64개 시그널미터링(Signal Metering) 분석대안 중 개선효과가 있는 23개 운영조합에 대한 [0109]

결과를 정리 한 것이다.

Case 1의 경우 V/C비의 합이 0.39∼0.63 일 때 차량 당 평균지체는 1.3∼6.4초로 감소하였다. 특히 V/C비의 합 [0110]

이 0.39 일 때 지체는 45.8초에서 39.6초로 14%(6.4초) 감소하였다. Case 2의 경우 V/C비의 합이 0.29∼0.70 일 때 차량 당 평균지체는 0.6∼17.9초로 감소하였다. 특히 V/C비의 합이 0.56 일 때 지체는 22.9초에서 5.0초 로 78.2%(17.9초) 감소하였다. Case 3의 경우 V/C비의 합이 0.67∼0.80 일 때 차량 당 평균지체는 0.9∼5.7초 로 감소하였다. 특히 V/C비의 합이 0.67 일 때 지체는 11.9초에서 6.2초로 47.9%(5.7초) 감소하였다. Case 4의 경우 V/C비의 합이 0.81∼1.09 일 때 차량 당 평균지체는 1.3∼13.6초로 감소하였다. 특히 V/C비의 합이 0.81 일 때 지체는 32.9초에서 19.3초로 41.3%(13.6초) 감소하였다.

Table 5와 같이 23개 운영조합에 대한 지체감소효과 평균은 차량 당 약 6초로 분석되었다. Fig. 7과 같이V/C비 [0111]

의 합이 0.29∼0.81 일 때 차량 당 지체는 평균적으로 약 7초 그리고 최대 17.9초 까지 감소되는 것으로 분석되 었다. 그러나 V/C비의 합이 점차 증가하면서 0.93∼1.09 사이에서는 차량 당 지체는 평균적으로 약 3초 감소되 는 것으로 분석되었다.

1차로형 4지 회전교차로의 시그널미터링(Signal Metering) 운영알고리즘(operation algorithm)을 정리해보면 [0112]

다음 도 12와 같다. 접근로별 진입교통량이 균등하고 차선 당 450pcu/시 이하일 때 일반회전교차로로 운영한다.

그러나 진입교통량이 불균등해 지면서 혼잡이 발생 하고 특정 진입로에 대기행렬이 발생할 경우 시그널미터링 (Signal Metering) 운영으로 전환한다. 이때 미터링접근로(Metered Approach)의 교통량이 관리접근로 (Controlling Approach)의 교통량이 보다 작고 두 인접한 접근로의 V/C비의 합이 0.3∼1.0인 진입로를 선택하여 운영한다. 혼잡이 완화되면 다시 일반회전교차로로 전환하여 운영한다.

부호의 설명

10: 회전교차로 운영장치 100: 회전교차로 [0113]

110: 회전로 120: 접근로

121: 접근관리로 123: 미터링접근로 130: 대기행렬검지기 140: 신호등 150: 미터링제어조합 200: 관리장치

도면 도면1

도면2

도면3

도면4

도면5

도면6

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도면8

도면9

도면10

도면11

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