자동차는 도시가 광역화되는 현대사회에서 인간의 편의를 증진시킨 대표적 통행수단이 되었다. 그러나 도로교통수요의 증가와 통행의 광역화는 교통혼잡 가중이라는 부정적 결과를 초래했다. 2012년 기준 국내 도로교통혼잡비용은 30조3천억 원으로 국내 총 생산(GDP) 중 약 2.2%를 차지한다. 즉, 교통 혼잡은 국가 경제활동에도 큰 영향을 미치고 있으며 현대사회에서 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 최근 활발히 개발되고 있는 자율주행차량은 현대사회의 다양한 교통문제를 해결하기 위한 근본적인 대안으로 주목받고 있으며, 그 효과를 예측하기 위한 연구 또한 지속적으로 진행되어왔다. 하지만 기존연구는 주로 가상의 네트워크를 대상으로 하여 현 도로교통시스템에 가져올 다양한 편익에 대한 검토는 미비한 상태이다. 또한, 자율주행차량의 다양한 기술 중 한 가지 기술만을 적용하여 보다 다양한 기술을 반영한 연구가 추가적으로 이루어져야할 것이라 판단되었다. 이에 본 연구는 보다 현실적인 분석을 실제 네트워크를 대상으로 자율주행차량 운영이 고속도로 교통류에 미치는 영향을 분석하였다. 우선, 2017년 자율주행차량의 시험주행을 위한 테스트베드로 구축될 예정인 경부고속도로 서울TG-신갈JC 기본구간을 분석구간으로 설정하였다. 자율주행차량의 기술은 CACC와 군집주행, 차선유지보조시스템을 적용하였으며, 자율주행차량을 Level 2로 정의하였다. 분석 시나리오는 서비스수준 A-E에 해당하는 교통량에 따라 5가지로 구분하였다. 이를 토대로 자율주행차량 운영에 따른 고속도로 기본구간 교통류 변화를 행위자기반모형을 활용하여 분석하였다. 분석결과, 서비스수준 B의 교통량 부근을 기점으로 자율주행차량이 혼입됨에 따라 평균통행속도가 개선되기 시작하며, 교통량이 많아질수록 속도개선 효과가 더 크게 나타나는 것으로 분석되었다. 또한, 자율주행차량의 CACC, 군집주행 기술을 통해 차간간격을 좁게 유지할 수 있도록 해줌으로써 같은 속도로 더 많은 교통량을 처리할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구는 자율주행차량의 도입에 따른 효과를 자율주행차량 테스트베드로 구축될 예정인 경부고속도로 일부구간에 대해 분석함으로써, 현 도로교통시스템에 가져올 수 있는 효과를 검토하고자 한 점에 의의가 있다고 판단된다. 분석결과에 따르면, 자율주행차량 도입이 교통흐름 개선 및 용량증대 효과를 가져오는 것으로 나타났다. 이를 바탕으로 교통 혼잡 문제, 신규도로 건설비용 문제 등 다양한 교통문제를 효과적으로 해결할 수 있을 것이라 사료된다. 또한, 본 연구 결과를 토대로 향후 자율주행차량 테스트베드 구축을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것이라 기대된다. 향후 연구과제로 보다 현실적인 연구를 위해서 고속도로의 엇갈림 구간과 연결로 및 연결로 접속부, 신호교차로 등 다양한 구간에 대한 추가적인 분석이 추가적으로 진행되어야 할 것이라 사료된다. 또한, 극도의 혼잡상황에 대한 추가적인 분석이 이루어진다면 분석결과의 신뢰도를 높일 수 있을 것이라 기대된다.
Vehicles have become the typical method of transportation that improved human’s convenience in the modern society where cities are expanding. However, increase in the demand of vehicle use and expansion of traffic lead to a negative result, which is aggravated traffic congestion. Traffic congestion cost for Korea in 2012 was 30.3 trillion won, which is approximately 2.2% of nation’s GDP(Gross Domestic Product). In other words, the traffic congestion is affecting national economic activity at a great level, and is raised as a serious social issue in modern society. Automated vehicles that are recently being developed are drawing attention as a fundamental alternative to solve various traffic problems in modern society, and studies to predict their effects have been continuously conducted. However, existing studies mainly reflect virtual network, and therefore, they lack the review on the convenience that the automated vehicles would bring to the current traffic system. Also, studies that reflect more variety of techniques should be additionally conducted, rather than applying one out of many techniques of automated vehicles. Therefore, this study analyzed the effects of the operation of automated vehicles on freeway traffic-flow in the actual network for more realistic analysis. First, the basic section of Seoul TG - Singal JC on Gyeongbu Expressway, which is going to be established as the test bed for automated vehicles in 2017, was set as the analysis section. In terms of the techniques of automated vehicles, CACC(Cooperative Adaptive Cruise Control), platooning and lane-keeping assistant system were applied, and the vehicles were defined at Level 2. Analytical scenarios were categorized into 5 based on the traffic volume for the level of service from A~E. Based on this, changes in freeway traffic-flow in the basic section according to the operation of automated vehicles were analyzed using the agent-based model. As a result, as the automated vehicles are introduced at the traffic volume of service level B, the average travel speed started to improve. Also, as the traffic volume became heavier, the improvement in speed appeared in a greater degree. By having the automated vehicles maintain narrower gap spacing through CACC and platooning techniques, they were able to process heavier traffic at the same speed. By analyzing the effects of automated vehicles on part of Gyeongbu Expressway that is going to be constructed as the test bed for automated vehicles, this study is significant in examining the effects that the vehicles would bring to the current traffic system. According to the analysis result, introduction of automated vehicles improved both the traffic-flow and traffic capacity. Such result would provide basis in solving various traffic problems, such as traffic congestion or construction cost for new roads, in effective ways. It would also serve as the basic data in establishing the test bed for automated vehicles. For more realistic research, future studies should reflect additional analyses on various sections including weaving and merging sections and signalized intersections. Moreover, an additional analysis on severe traffic congestion would increase the credibility of the analysis result.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구 배경 및 목적 11.1.1 연구의 배경 11.1.2 연구의 목적 21.2 연구 범위 및 방법 41.2.1 연구의 범위 41.2.2 연구의 방법 및 흐름 5제 2 장 이론적 고찰 72.1 자율주행차량(Automated Vehicle, AV) 72.1.1 자율주행차량(AV) 정의 72.1.2 자율주행차량(AV) 국내외 동향 92.1.3 자율주행차량(AV) 도입효과에 관한 연구 142.2 행위자기반모형(Agent-Based Model, ABM) 172.2.1 행위자기반모형(ABM) 정의 172.2.2 행위자기반모형(ABM) 적용의 필요성 182.2.3 행위자기반모형(ABM)의 구현 192.2.4 행위자기반모형(ABM)을 활용한 연구 222.3 기존 연구의 한계점 및 본 연구의 차별성 26제 3 장 분석의 틀 273.1 분석의 개요 273.1.1 분석구간 273.1.2 자료수집 및 가공 283.1.3 평가지표 293.2 분석의 방법 303.2.1 본 연구의 자율주행차량(AV) 특성 303.2.2 차량행태모형 323.2.3 행위자기반모형(ABM) 시뮬레이션 구축 38제 4 장 교통류 영향분석 424.1 시나리오 설정 424.2 시나리오 분석 434.2.1 시나리오 1 분석결과 434.2.2 시나리오 2 분석결과 454.2.3 시나리오 3 분석결과 464.2.4 시나리오 4 분석결과 484.2.5 시나리오 5 분석결과 494.3 비교분석 51제 5 장 결론 및 향후 연구 과제 555.1 결론 및 시사점 555.2 향후 연구과제 56참고문헌 58부록 61영문요약 69