1. 요약

감응형 신호 제어 기술(Adaptive signal control technologies: ASCTs)은 운영 면에서 이익을 효과적으로 제공한다는 것이 증명되었음. 그리나 미국의 정부기관은 이 기술을 적용하는데 시간이 걸렸음. 감응형 신호 제어 기술의 시행이 부족했던 주요 이유 중 하나는 감응형 신호제어 기술의 운영상의 이익과 안전 관련 편익에 관한 정보가 부족하였기 때문임. 이전 문헌 연구를 보면 교차로마다 소요되는 감응형 신호 제어 기술의 비용은 46,000달러에서 65,000달러로 평가되었음.

감응형 신호 제어 기술을 적용 후, 고속도로에서 정지하는 횟수가 줄어든 것을 알 수 있었음. 그것은 고속도로에서 정지하는 것과 차량 후미에 충돌해서 생기는 사고(rear-end crashes)와의 관련성이 있기 때문에, 정지하는 수가 줄어듦으로써 후미충돌 사고 건수도 줄어들 가능성이 있음. 그러나 감응형 신호제어 기술의 안정성 측면에서의 이득에 대한 명백한 증거는 아직 밝혀지지 않았음. 감응형 신호제어 기술 관련해서 알려진 연구는 오직 한 가지 밖에 없었음. 그 연구에서는 미시간주의 오클랜드 카운티(Oakland County, Michigan)에 있는 감응형 신호제어 기술 시스템을 연구하였음. 그러나 그 결과는 감응형 신호제어 기술 시스템이 통계적으로 유의한 안정성을 보여준다는 증거를 찾을 수 없었음.

미시간 주의 연구에서는 교차로에 감응형 신호제어 기술을 설치함으로써 소요되는 비용과 사고 관련 데이터를 수집하고자 하였음. 수집된 자료에 대하여 기대한 결과는 감응형 신호제어 기술을 수행함에 대한 편익비용 비율임. 데이터 수집 방식은 온라인 설문 방식이었음. 사용자의 이용이 편리하게 구성된 설문조사에는 비용, 지리, 교통량, 그리고  감응형 신호제어 기술을 시행한 정부기간으로부터 얻은 사고 자료 등이 포함되어 있음. 미국에 있는 62개의 기관들을 알아낼 수 있었음. 설문작성은 끝까지 완료하도록 요청하였음. 62개의 기관들 중 22개의 기관에서 응답을 했음. 그러나 17개의 응답만을 정보로 이용할 수 있었음.

17개의 기관중 8개는 감응형 신호제어 기술을 시행한 시 정부(city governments)였고, 나머지 9개의 시행 기관은 주 정부(state governments) 및 카운티 정부(county governments)였음. 각 기관에 의해 감응형 신호제어 기술이 설치된 교차로의 개수는 1개인 경우부터 700개까지 있었음. 기관은 다양한 차량 탐지 기술을 이용하였음. 그 중 가장 많이 이용된 기술은 유도 루프(inductive loop)와 비디오 탐지 방식이었음. 7개의 기관은 감응형 신호제어 기술을 사용함에 있어서 추가적인 유지 비용이 들지 않는다고 응답하였으나, 3개의 기관에서는 감응형 신호제어 기술을 이용하는데 추가적인 유지 비용이 있다고 응답함. 6개의 교차로에서 교통량과 지리적 정보를 제공하였고 교통 사고에 대한 정보는 3개의 교차로에서만 제공되었음.

각 교차로마다 감응형 신호제어 기술을 실행하는데 든 평균 비용은 38,332달러였음(모든 기관을 다 포함한 경우). 그러나 가장 비싼 비용이 든 기관과 가장 낮은 비용이 든 기관을 제외한 경우에는 28,725달러가 들었음. 감응형 신호제어 기술에 필요한 평균 비용에는 개개의 시스템뿐만 아니라 탐지 기술의 타입에 따른 비용도 포함되어 있음. 각 교차로에 대해 감응형 신호제어 기술을 설치하는데 든 비용 중 가장 비싼 경우는 비디오 탐지 기능을 이용한 경우였고, 가장 낮은 비용이 든 경우는 자력 탐지(magnetometer detection)기술을 이용한 경우였음. 사고에 대한 자료는 매해 교통사고 감소분(그 범위는 5,444불에서 37,500불까지임)을 감응형 신호제어 기술의 비용을 결정하는데 그 비용 자료에 결합하여 계산함.

이 연구의 범위는 매우 제한되어있음. 따라서 결론 역시 매우 제한적임. 제한된 자료를 통해 감응형 신호제어 기술을 수행함으로써 얻는 안전성 측면에서 이득이 되는 부분이 있는 것으로 보임. 일리노이 주에서는 편익 비용비율을 결정하고 충돌보정계수(crash modification factor: CMF)를 계산하여 감응형 신호제어 기술을 시행하는 대조 실험(controlled experiment)을 수행하였음.

2. 소개

1970년대에, 교통 공학자들은 감응형 신호제어 기술을 실험하기 시작하였음. 다양한 시스템의 다양성으로부터 얻은 실시간 데이터를 기반으로 하여, 최적화 신호 분할, 상쇄(offset), 단계의 길이(phase length), 그리고 단계의 순서(phase sequence)를 선택하여 감응형 신호제어 기술을 이용함으로써 교통 흐름을 향상시키기 위한 노력을 하였음. 초기의 감응형 신호제어 기술 시스템 중 두 개의 시스템은 시드니 기반의 감응형 신호제어 기술 시스템(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System: SCATS)과 분할 주기 상쇄 최적화 기술(Split Cycle Offset Optimization Technique: SCOOT)이었음. 몇 가지 다른 시스템들도 개발 되었음. 이 시스템의 차이점은 신호 매개 변수(parameters)(예를 들어, 분리신호, 상쇄, 원형 길이 등)가 최적화 되어있는지, 차량 탐지의 양과 타입이 필수적인지, 의사소통의 종류가 필요한지, 그리고 알고리즘적/수학적 최적화 기술이 필요한지에 따라 시스템의 차이가 남.

몇몇의 연구는 감응형 신호제어 기술 시스템의 운영적인 장점을 검토하였음. 일반적으로 감응형 신호제어 기술을 설치하는 것은 어느 정도 운영적인 이점이 있음. 그러나 이점의 정보는 몇 가지 요인에 따라 달라짐. 그 요인에는 교통 제어의 이전 타입, 이전 신호체계의 질적인 면, 그리고 교통 수요에 대한 예측과 안정성이 있음.

감응형 신호제어 기술을 발전시키고 실행하고자 했던 초기의 동기는 교통 운영의 향상을 위함이었으나, 운영적인 이점(예를 들어, 정지를 하는 수의 감소와 같은)은 교차로에서의 안정적 이점을 가져올 가능성이 있음. 고속도로 안전수칙(Highway Safety Manual)을 보면, 안전성에 대한 이득의 조건을 만족시키는 것에 대한 중요성은 점차 증가하고 있음. 몇몇의 연구들, 예를 들어 Stevanovic(2010), Selinger and Schmidt (2009년과 2010년의 연구)는 미국의 감응형 신호제어 기술을 수행하는데 드는 비용에 관한 조사를 실시하였음. 특히 감응형 신호제어 기술을 구현하는데 있어, 기술력이 변화함에 따라 그 기술의 구현 비용이 달라짐을 연구함.

3. 문헌연구

감응형 신호제어 기술을 수행하여 얻는 안정성에 대한 이익과 감응형 신호제어 기술을 수행할 때 들어가는 비용 관련 연구들에 대한 조사를 실행함.

3.1 감응형 신호제어 기술 구현 비용

감응형 신호제어 기술을 구현하는데 필요한 비용에 대한 자료는 감응형 신호제어 기술의 종류(ACS-Lite, OPAC, SCOOT, SCATS)에 따라 그 금액이 다름. 이에 대한 자료는 HDR Engineering에서 수행한 2009년 설문조사를 통하여 수집되었음(Selinger and Schmidt 2009). HDR 설문조사는 2010년에 또 한번 수행되었고 그때에는InSync와 ACSLite와 같은 새로운 실행 가능한 시스템에 대한 정보도 포함되었음(Selinger and Schmidt 2010). 2010년에, 국가 공동 고속도로 연구 프로그램(National Cooperative Highway Research Program: NCHRP)의 종합 보고서에서도 감응형 신호제어 기술을 시행하고 있는 정부기관들에 대해 설문조사를 실시하였음. 그 목적 역시 감응형 신호제어 기술을 구현하는데 각 교차로마다 필요한 평균 설치 비용을 알기 위해서였음(Stevanovic 2010).

이러한 세 건의 설문조사에 대한 결과는 <표1>에 나타나있음. HDR Engineering  보고서에는 감응형 신호제어 기술의 종류에 따라 고장이 난 경우에 드는 비용까지 포함이 되어있음. 시스템에 따라 각 교차로마다 드는 평균 비용의 범위는 28,700달러에서 58,856달러임. 추가적으로 모든 시스템의 전체 평균은 NCHRP의 보고서에서 조사된 금액이 HDR 보고서보다 19,000달러가 더 높은 것으로 나타났음. 또한 Carter and Hicks (2000)도 가장 많이 사용되는 다섯 종류의 감응형 신호제어 기술 시스템에 대한 비용을 연구하였음.

<표 1>  감응형 신호제어 기술을 각 교차로에 구현하는데 필요한 비용(이전 시행된 설문조사로부터 온 자료임)

3.2 안전성 측면의 이익

감응형 신호제어 기술에 대한 안전성 측면에서의 연구 자료는 매우 제한적이었음. Hicks and Carter(2000)는  감응형 신호제어 기술을 실행함으로써 차량의 정지횟수를 41퍼센트에서 26퍼센트로 줄였다고 기술함. 이러한 차량 정지횟수가 줄어드는 것은 안전성의 측면에서 이득을 가져올 수 있음. Dutta(2010)는 미시간 주의 오클랜드 카운티에서 감응형 신호제어 기술의 안정성 이득을 검증하기 위해SCATS시스템을 테스트한 결과를 인용하였음. 연구자들은 남동부 미시간 행정부 협의회(Southeast

Michigan Council of Governments)에서 정의한 사고유형 분류에 따라 사고를 A형(심각한 부상, 영구적인 부상), B형(일시적인 부상), C형(약간의 타박상과 상처)으로 유형을 구분하였음. 그리고 감응형 신호제어 기술 시스템의 실행과 관련, 사고의 유형별 상황을 관찰함. 그러나 그 결과 감응형 신호제어 기술 시스템의 유무가 사고를 줄이는데 통계적(95% 유의 수준에서)으로 영향을 주지 않는다는 결론을 얻었음.