Traffic Microsimulation 실무
(VISSIM 사례)
1)
최재민
I. 서론
본 원고는 2009년 제3회 전국기술사대회(2009. 5. 30) 강의자료(강사 김기준)에서 발췌한 내용으로 최근 국내외에서 사용이 증가하고 있는 Traffic microsimulation model인 VISSIM을 중심으로 하여 교통실무자 들의 Traffic microsimulation model에 대한 이해를 돕는데 목적이 있다.
Ⅱ. Traffic microsimulation model의 특징
Traffic microsimulation model은 주어진 도로환경 내에서 개별 단위의 차량과 보행자의 주행 및 이동 행태를 모사(Simulate)함으로서 통행수요와 도로환경의 변화에 따른 영향을 미시적으로 분석하는 도구를 의미한다.
Traffic microsimulation모형의 장점은 혼잡교통류 상황에서 대기행렬 의 생성에서 소멸 과정을 동적으로 분석할 수 있고 운전자/차량/도로/규제 의 행태와 특성을 세부적으로 반영하여 함으로서 정적인 모형에 비해 현실 적인 분석이 가능하다.
Microsimulation model은 개별차량을 simulation의 단위로 하여 car following 모형과 lane changing 모형을 기초로 결과를 도출한다는 점에서 속도-밀도-교통량의 관계식을 기초로 하는 macrosimulation 모형 또는 mesosimulation 모형과 구분되고, 교통류의 흐름에 따른 도로망상의 통행 상태 변화를 동적으로 분석한다는 점에서 macrosimulation과 비교된다.
최재민：(사)대한교통학회 부회장,（주)교우엔지니어링 부사장, [email protected], 직장전화:02-565-7309, 직장팩스:02-565-5972
국내에 소개된 최초의 microsimulation 모형은 NETSIM이였으며, 최근 10년간 VISSIM(독일), PARAMICS(스코트랜드), AIMSUM(스페인), DYNASIM(미국), TRANSIM(미국) 등이 세계적으로 보급되고 있다.
최근 모형 발전의 추세는 Macro와 Micro를 연결하는 통합 모형으로 발 전하고 있으며 이 경우 두 모형간의 분석결과의 차이를 극복할 수 있고 계 획과 운영을 동시에 고려할 수 있는 장점이 있다.
Microscopicmodel:공학 및 운영 분석모형 - 개별차량의 행태에 기초, 국지적 세부분석 - 신호분석,동적분석,Animation
- NETSIM, VISSIM, PARAMICS, AIMSUM, DYNASIM
Mesocopic model : 운영분석 모형 - 군집 차량의 flow 행태에 기초 - 신호분석, 혼잡 분석, Time-slice - SATURN, CONTRAM, METROPOLIS Macroscopic model : 전략/계획 모형 - Traffic flow 행태에 기초, 광역 - Static, 수요 분석용, 장기계획 - EMME/2, VISUM, CUBE, TRIPS,
TRANPLAN, TRANSCAD
<표 1> 교통분석 모형의 위계
Ⅲ. VISSIM의 구조 및 Traffic Model
VISSIM은 독일 PTV-AG사에서 개발한 Microsimulation모형으로 국 내에서도 보급되어 학술적인 목적뿐만 아니라 교통실무에서도 그 사용이 보 편화되어 있다.
1. 모형의 구조
VISSIM은 가로망자료, 교통량자료, 규제관련 자료를 입력자료로 사용하 여 simulation 분석결과를 report형태와 2D, 3D로 출력한다. 부가적으로 3D 개체의 생성과 입력 그리고 자동차 배기가스 분석 모듈을 사용할 수 있다.
<그림 1> VISSIM의 구조
VISSIM은 통합모형인 PTV-VISION microsimulation 부분이고 계 획모형인 VISUM과 activity 모형인 VISEM과 연계되어 상호 호환이 가 능하고 신호부문은 VisVAP/VAP을 이용하여 감응제어를 구현하고 신호분 석 모형인 CROSSING, TRANSYT과 호환을 통해 신호적정화 그리고 SCOOT, SCATS, NEMA의 신호제어구현이 가능하다.
<그림 2> PTV-VISION PACKAGE의 구성
2. VISSIM의 Traffic Models
Microsimulation 모형은 차량추종모형(Car Following Model)과 차 로변경모형(Lane Changing) 모형을 근간으로 주어진 기하구조와 교통규 제하에서 차량간 상호작용을 통해 나타나는 교통류를 모사한다. VISSIM 은 Wiedemann이 개발한 Car Following Model을 적용하고 있으며 파
라메타를 통해 운전자행태를 반영하게 된다. VISSIM은 차로폭을 감안하 여 추월가능 여부를 판단한다.
The Psycho
The Psycho- -Physical Driver Physical Driver- -Vehicle Vehicle- -Units ( Units (CAR FOLLOWING) CAR FOLLOWING)
Δx, Δv v
Psychological: - Desired speeds - Desired safety distances Physical: - Perception limits
- Imperfect vehicle/throttle control α
Δx, Δv
v Δx, Δv
v
Psychological: - Desired speeds - Desired safety distances Physical: - Perception limits
- Imperfect vehicle/throttle control α
Physical: - Perception limits
- Imperfect vehicle/throttle control Physical: - Perception limits
- Imperfect vehicle/throttle control α
α
Technical specifications of the vehicle
Length (길이)Maximum speed (최대속도) Potential acceleration (가속능력) Actual position within the network (위치) Actual speed and acceleration (속도 및 가속)
VISSIM Traffic
8VISSIM Traffic Model Model
<그림 3> VISSIM의 교통 모형
<그림 4> VISSIM 화면 및 입력 버튼
SHP
SHP JPG JPG DXF, DWG DXF, DWG MrSID MrSID
<그림 5> VISSIM의 입력 배경 종류
<그림 6> VISSIM의 교차로 입력 사례
Ⅳ. VISSIM의 입출력 1. 입력
VISSIM은 GUI를 구현하고 있으며 화면의 메뉴와 버튼을 통해 입력이 가능하 다. 입력은 각종 image file 또는 cad, shp 파일을 배경으로 하여 가능하다.
기존의 node-link 입력방식이 아니라 link-connector 입력방식을 취하 고 있어 차량궤적을 정확히 반영할 수 있으며 종단구배를 반영한다.
무신호 교차로는 Conflict Area 기능을 통해 우선순위를 설정하여 입력 하고 신호교차로는 신호제어기번호(이름), 신호계획 및 offset을 입력 table을 통해 입력한다.
감응식제어 교차로의 경우 관제 로직을 프로그램화하여 구현이 가능하고 기존의 SCOOT, SCATS, NEMA 등은 기존 관제 로직을 연결하여 구현 이 가능하다.
<그림 7> VISSIM의 교차점 입력 및 신호 구현 방법
교통량의 입력은 교차로 회전교통량 비율에 의한 link 단위 입력, Path Flow에 의한 여러개 교차로 통과교통량 입력, 두 지점간 여러 노선이 있는 경우 partial routing이 가능하며 Dynamic Assignment를 사용할 경우 OD Matrix에 의한 입력이 가능하다. 노선으로 입력하는 경우 각 노선을 시각적으로 확인하고 화면상에서 편집이 가능하다.
<그림 8> VISSIM의 교통량 입력 방법
차종의 입력은 제한이 없으며 차량의 제원이 있는 경우 사용자가 차량종 류를 생성시켜 입력할 수 있다. 자동차뿐만 아니라 철도, 자전거, 보행자, 휠체어 등도 분석이 가능하다. 대중교통의 경우 on-line 정류장과 off-line 정류장, 중앙정류장 등의 설정과 노선 및 승객수 입력이 가능하다.
차종 및 대중교통 입력
- 노선, 정류장, dwells(정차시간) - schedules(시간표)
- Vehicle length(차량 길이) - Passenger loadings(승객수) - 우선신호
<그림 9> VISSIM의 차종입력 및 버스정류장 입력 방법
2. 출력
출력은 2D, 3D animation, Data Base, Excel, pdf 형태의 결과 출 력이 가능하다. 수치 출력항목은 메뉴를 통해 지정하고 Analyzer 기능을 통해 출력형태를 구성한다.
2D 및 3D 출력은 설정된 시나리오를 기초로 avi 파일로 저장하여 생성한 다. 주차장의 gate animation이 가능하며 link별 일정길이 단위로 속도, 밀도, 교통량의 평균치를 출력하여 meso-scopic한 결과를 도출할 수 있다.
<그림 10> VISSIM의 분석결과 설정 방법
개별차량의 궤적자료를 이용하여 노선상의 차량이동 궤적출력도 가능하며, 지정된 특성별 차량 색상지정에 의한 animation, 신호등의 animation 등 도 가능하다.
Ⅴ. 기타 기능 1. 신호적정화
VISSIM에서의 신호적정화는 신호로직을 연결하여 구현하는 방법과 영 국 TRL에서 개발한 VISSIM-TRANSYT LINK을 활용하는 방안이 있다.
VISSIM-TRANSYT LINK는 신호분석 및 적정화 모형인 TRANSYT 13 을 VISSIM과 연계한 프로그램으로 TRANSYT 13에서 CFP(Cyclic
<그림 12> VISSIM-TRANSYT LINK
<그림 11> VISSIM의 분석결과 종류
Flow Profile)을 적정화를 위한 교통량으로 사용하는 대신 VISSIM의 교 통류를 교통량으로 읽어들여 적정신호시간을 계산하여 VISSIM의 신호계 획으로 저장한다.
2. 3D 개체 호환기능
VISSIM의 연계 모듈인 V3DM은 자체에서 3D 개체를 편집하는 기능과 아울러 Google Earth의 3D 개체를 (.SKP) VISSIM에 입력가능한 3D 개체로 변환하는 기능을 제공한다.
<그림 13> Google Earth 3D 개체 활용
Ⅵ. 맺음말
교통부문에서의 Microsimulation 모형의 도입은 과거 결정론적 모형 또는 정적인 모형을 사용하는 것과는 분석작업의 특성 및 분석결과에 있어 큰 차이를 보인다. Microsimulation 모형은 교통의 행태적인 부분과 확률론적인 부분이 고려되면서 보다 현실적인 분석결과를 얻을 수 있는 기회를 제공하고 있다.
반면 Microsimulation 모형은 많은 종류의 파라메타값 설정을 요하기 때 문에 분석자의 주관에 의해 영향받을 여지가 많은 도구이다. 이러한 문제점을 극복하는 것은 현장에 대한 세밀한 관찰과 모형정산을 통해 극복될 수 있다.
모형은 단순히 주어진 대안을 비교하는 도구이기 보다는 분석을 통해 대안을 다듬고 보다 낳은 개선안을 찾아내는 도구로 그 활용도가 넓어질 필요가 있다.
최재민
