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구간소통정보 산출 및 교통정보 융합 알고리즘 개발(1)
The Evaluation of Link & Corridor Travel Information from Different Type of Detectors 이상건․고용석․이용중․윤정호․정선영
2003. 11／2책(최종보고서 436면, 부록보고서 81면)／수탁연구／한국건설기술연구원
1. 연구개발의 목적 및 필요성
우리나라의 도로유형은 크게 지방부와 도시부의 연속류와 단속류로 구분할 수 있으나 도로유형별로 도로․교통 조건이 차이가 있어 도로교통 특성에 적합한 구간소통정보 산출 방안이 필요하다.
구간소통정보 산출의 기본적인 방법은 대상구간의 주요 지점에 교통검지기를 설치하 여 정보를 수집하고 있으므로, 다양한 교통검지기 중 해당 도로의 도로교통 특성에 적합한 것을 선정하여 구간소통정보의 신뢰도를 확보할 필요가 있다.
그러나 우리나라는 각 도로유형별로 구간소통정보를 산출할 경우, 현장에서 충분히 검 증된 방법을 체계적으로 정리한 매뉴얼이 없어 부적합한 교통검지기를 설치하거나 검증되 지 않은 알고리즘을 적용함으로서 전반적인 시스템의 효율성을 저하시키고 있다.
따라서, 본 연구의 목적은 도로유형에 적합한 구간소통정보를 생성하기 위해, 각 도로 유형과 검지기 종류별로 구간소통정보를 산출하는 기술을 개발하고, 기존의 단독 검지기로 구간소통정보 산출이 어려운 곳에 대해서 다기종의 검지기를 결합한 융합검지기(가칭)를 개발하여 ITS시스템 성능개선에 기여하고자 하는 데 있다.
2. 연구개발의 내용 및 범위
연구개발의 내용은 한국건설기술연구원과 (주)트래픽아이티에스 검지기의 개발업무를 수행했고, 국토연구원과 연세대학교는 각각 단속류와 연속류의 유형별 최적구간 검지체계 업무를 수행하여 연구를 진행하였다.
연구의 내용을 연차별로 설명하면 다음과 같다.
① 1차년도(’03년도)
검지기 개발 내용으로는 국내 주요 ITS 사업의 검지기 구성, 설치간격, 수집 및 활용데 이터, 운영현황에 대한 체계적 분석과 각 검지기별 특성 및 문제점 분석을 통하여 검지기의
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성능개선을 위한 타검지기 센서와의 융합 방안을 수립하며 융합검지기의 기본설계안 수립 을 한다. 구간소통정보 산출모형 개발은 국내에서 교통관리시스템, 교통정보시스템, 버스정 보 및 관리시스템에 적용되고 있는 구간소통정보 산출 알고리즘의 적합성 및 검지자료 활 용성을 도로유형별로 구분한다. 또한 실측 현장자료를 이용하여 평가하고 실측자료를 이용 한 기존 타 기관간 교통정보 융합알고리즘의 신뢰성 평가하여 도시부와 지방부 도로유형별 구간소통정보의 영향요인을 분석하고 이를 알고리즘 성능개선에 반영할 수 있는 방법론 개 발한다.
② 2차년도(’04년도)
1차년도에 개발된 개발방안을 바탕으로 융합검지기의 시제품 설계 및 제작하여 융합 검지기의 실험평가방안 수립하고 융합검지기를 실험/평가하여 개선보완을 한다. 또 구간소 통정보 산출모형 개발은 도시부와 지방부 도로유형별 구간소통상태를 정확하게 반영할 수 있는 핵심적인 교통변수와 보조적인 교통변수 선정 및 이들 교통변수를 효율적으로 활용할 수 있는 알고리즘 개발하여 현장평가를 통하여 문제점을 개선하고 도로유형별 최적 검지기 체계, 검지기별 최적 설치위치 분석 및 정보생성을 위한 최적 구간단위 정립한다.
③ 3차년도(’05년도)
3차년도에서는 개발된 검지기의 매뉴얼을 작성하여 상품화를 추진하고 기존에 구축된 그리고 향후 구축될 교통관리시스템, 교통정보시스템, 버스정보 및 관리시스템에 적용할 수 있는 (i) 도로유형별 구간소통정보 생성 알고리즘과 (ii) Data Fusion 알고리즘의 상용화 패 키지를 구성한다. 또한 도로유형별 다양한 매설식 및 비매설식 검지기별 설치기준, 설치방 법, 정보생성 구간단위 등 검지기체계의 최적설계에 필요한 지침내용을 포함한 설계매뉴얼 작성한다.
연구의 공간적 범위는 교통관리시스템, 교통정보시스템과 관련한 서울시, 한국도로공 사, 3개 첨단교통모델도시, 버스정보시스템과 관련한 광주광역시, 인천광역시, 부천시 등으 로 한정한다.
3. 연구개발결과(본원에서 수행한 단속류 중심으로)
연속류와 달리 단속류의 경우에는 검지방식자체뿐만 아니라 단속류의 특성상 고려해 야 될 요소들이 많다. 그리고 현재 우리 나라에는 여러 가지의 검지방식이 산재하여 설치․
운영되고 있기에 본 연구에서는 여러 가지의 검지방식 중에서 단속류 구간에서 대표적으로 사용하고 있는 DSRC방식(post-to-post방식), VDS방식(Loop기반의 지점검지방식)과 GPS방식
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(probe차량과 인공위성을 이용한 방식)으로 한정하였고, 교통정보센터에서 서비스 이용자들 에게 제공하는 5분 단위의 제공값과 현장에서 조사원들의 차량번호판 조사를 통한 실측값 을 서로 비교함으로서, 현재 여러 검지체계에서의 구간소통정보 산출 알고리즘에 의해 각 각 제공되고 있는 교통정보들이 현장의 상황을 잘 반영하는지를 진단해 보았다.
센터 제공값과 현장 실측값의 비교․분석은 RMSE분석, paired t - test분석, 추세반영분 석, 교통축 분석, 상관분석 등을 이용하였고 분석결과, 제공값이 실측값을 잘 반영하는 구간 도 있었지만, 많은 구간에서 산출되는 구간소통정보가 실제의 현장의 상황을 잘 반영하지 못하는 것으로 나타났다.
좀더 구체적으로 분석결과를 살펴보면 다음과 같다.
① 추세반영 및 교통축 분석에서 DSRC와 GPS방식의 경우는 교통량이 많거나 V/C의 변화에 대한 제공통행속도 추정력이 우수하고, VDS의 경우는 비포화상태의 교통소통상황 에서 교통량이 일정한 상황에 대한 제공통행시간이 추정력이 우수한 것으로 나타났다.
② 대표치 분석에서는 DSRC와 VDS에서 현재 이용자에게 제공되고 있는 제공값이 실 측통행속도의 최빈값과 가장 흡사한 경향을 보이고, GPS의 경우는 중앙값과 가장 흡사한 경향을 나타내고 있어, 현재 센터에서 단지 산술평균을 사용하여 제공하는 값은 신뢰할 만 한 가공방법이 아님을 알 수 있기에 이에 대한 보완연구가 필요한 것으로 나타났다.
③ 제공통행속도와 실측통행속도의 속도차에 대한 빈도수 분석에서는 5km/h 이하인 빈도수가 GPS방식은 약 56%, DSRC방식은 약 49%이고, 10km/h 이하인 빈도수는 GPS방식 은 약 83%, DSRC방식은 약 56%로 GPS방식이 다른 방식에 비해 비교적 정확한 제공통행 속도를 제공함으로서 실제 교통현황을 잘 반영하고 있다고 판단할 수 있다.
④ DSRC방식과 GPS방식은 특히 probe차량이 적을 경우, 과거의 이력데이터(historical data)를 이용하여 교통정보를 제공하고 있지만 제공되는 정보의 신뢰도 면에서 다른 경우보 다 떨어진다.
위에서 제시한 분석결과를 토대로 현재 제공되는 교통정보의 가공/처리 알고리즘 상에 보완해야 될 사항이 많고, 각 검지방식별 특성을 고려하여 도로특성에 적합한 방식을 채택 하여 적용해야 한다. 이를 위해 제공주기 단위의 정보로 가공하기 전에 각 센터에 저장된 raw data를 정밀진단하고 그 요인을 토대로 알고리즘을 분석하는 작업이 계속해서 추진되어 야 한다.
차기년도에는 1차년도에서 도출된 시사점을 토대로, 데이터 처리알고리즘, 자료융합, 대표치 및 제공값 결정, 패턴데이터 구축/갱신에 대한 연구를 통해 더욱 더 정확하고 신뢰
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할 수 있는 교통정보를 이용자들에게 서비스해야됨을 알 수 있었다.
4. 연구개발결과의 활용계획
교통체계지능화 사업 시 가장 중요한 목표는 해당도로구간의 구간소통정보를 일정 수 준 이상으로 확보하는 것에 있으며, 본 연구에서는 도로교통특성이 도로유형별로 적용 가 능한 구간소통정보 산출방안을 제시하여 향후 ITS사업의 효율성 제고에 활용할 수 있다.
즉, 각 검지기별로 구간소통정보 산출방법을 현장에서 검증하고 도로유형별로 적합성을 평 가하여, 도로특성에 부합한 구간소통정보 산출방법을 최종성과물로 제시함으로 향후 ITS사 업을 추진하는 도로관리청에서는 충분히 검증된 방법을 별도의 검토 없이 도로특성에 적합 한 구간소통정보 산출 알고리즘을 선택할 수 있게 하였다. 또한, 구간소통정보의 산출은 기 본적으로 대상구간의 주요 지점에 교통검지기를 설치하여 정보수집을 행하고 있으므로, 다 양한 교통검지기 중 해당 도로의 도로교통 특성에 적합한 검지기 선택 기준을 제시하여 충 분한 수준의 정확도를 확보하도록 할 수 있을 것이다. 또, 융합검지기를 개발함으로 개별 검지기의 문제점을 상당부분 개선할 수 있도록 하고 융합검지기를 이용한 구간소통정보 산 출 알고리즘을 통합하여 상품화함으로써 활용성을 제고 할 수 있을 것이다. 본 연구의 최종 산출물인 ‘교통검지기를 활용한 구간소통정보산출 S/W 및 매뉴얼’(가칭)을 건교부 기술기 준으로 제정하여 향후 모든 ITS 사업의 검지시스템 구축의 준거로서 활용 가능할 것이다.
현장에서 검증한 각 검지기별 구간소통정보 검지시스템을 상품화함으로 관련 기업의 해외 진출에 긍정적 효과를 유발하고 공공부문의 예산도 효율적으로 활용이 가능할 것으로 판단 된다.
