이 보고서는 두 번째 전략적 고속도로 연구 프로그램(Strategic Highway Research Program 2: SHRP 2)의 프로젝트 L08 (고속도로 용량 지침서에 이동시간의 신뢰성을 반영)의 수행 활동을 문서화한 것임. 프로젝트 L08은 "이동시간의 신뢰성을 고속도로 용량 지침서에 포함하기 위해 제안된 보고서(Proposed Chapters for Incorporating Travel Time Reliability into the Highway Capacity Manual)"에 대한 보완적인 역할을 담당함. 이동 시간의 신뢰성에 대한 방법을 고속도로, 도시의 거리, 그리고 코리더(corridor, 회랑)의 분석에 어떻게 적용하는지를 증명하고 있음. 최종 보고서는 프로젝트 L08의 활동, 진행, 결과를 기록하여 1단계와 2단계 연구를 거쳐 수행된 연구 활동을 요약한 것임. 이와 관련하여, 최종 보고서는 주요 결정과 수행된 주요 활동이 "어떻게" 그리고 "왜" 그렇게 하였는지에 대해 명확하게 서술하고 있음.

이 보고서는 다음의 주제들을 다룸:

- 프로젝트의 목적, 주제, 그리고 업무 수행(제 1장).
- 신뢰성 측정 수단과 함께, 연구팀에 의해 제안된 신뢰성의 정의(제2장).
- 최신의 문헌 연구(제 3장).
- 고속도로와 도시의 거리(urban streets)에 대한 신뢰성을 계산하는 방법에 대한 개요(제 4장).
- 고속도로와 도시의 거리 시나리오 생성기(scenario generators)의 개발에 대한 설명(제 5장).
- 고속도로 용량 지침서(Highway Capacity Manual, HCM)의 도로 시설 방법론(facilities methodology)과 전산 엔진(FREEVAL-RL)의 보강, 그리고 도시의 거리 방법론과 그에 대한 전산 엔진(STREETVAL)의 보강(제 6장). 
- 코리더에 대한 적용 절차(제 7장).
- 서비스 측정에 있어 신뢰성을 이용한 서비스 수준에 대하여 앞으로 어떻게 고려할 것인지와 미래 연구의 필요성에 대한 논의 (제 8장).
 

이동 시간의 신뢰성은 다양한 이동시간에 대한 정량화를 목표로 하고 있음. 이동 시간의 신뢰성은 주어진 이동시간, 선택된 시간대(예를 들어, 주중 오후 피크 타임), 그리고 선택된 시간 영역(time horizon: 예를 들어, 일년)에서 전체 이동시간의 범위를 사용하여 정의함. 신뢰성을 측정할 목적으로, "이동"은 특정 부분, 특정 시설(다중적이고 연속적인 부분의 조합), 또는 교통망의 어떠한 부분집합에서 발생할 수 있음. 또한 "이동"은 넓은 의미에서는 이동객과, 출발지에서부터 최종 목적지까지를 포함할 수도 있음. 이동 시간의 신뢰성을 측정하기 위해서는, 이동 시간의 수행을 추적할 수 있는 충분한 이동시간에 대한 축적된 자료(history, 히스토리)가 요구됨. 이러한 히스토리는 주어진 이동의 이동시간 분포로 설명되어짐.

한번 이동 시간 분포가 구축되고 나면, 성능 측정이 신뢰성을 위해 구축될 수 있음. 신뢰성에 대한 성능 측정에는 일반적으로 두 가지 종류가 있는데, 그 내용은 다음과 같음:

(1) 시간의 과정(course)에 따라 이동이 발생하는 이동 시간의 변화를 포착함; 그리고
(2) 미리 결정된 성능의 기준 또는 스케줄(schedule)에 따른 "실패" 또는 "성공" 에 해당하는 이동의 수를 반영함.

두 경우 모두, 신뢰성(더 적절하게는, 불신감(unreliability))은 이동 시간에 대한 영향인자의 상호작용에 의해 발생함. 그러한 인자에는 수요의 변동(일상 또는 계정상의 변동에 의해 발생하거나, 특별한 사건으로 발생), 교통혼잡 제어 장치, 교통 사고, 악천후, 도로 건설 현장, 그리고 (일반적인 기하학과 교통 패턴을 기초로 한) 물리적 수용력 등이 있음. 이러한 요인들로 인해, 같은 이동이더라도 매 일상에서 다르게 이동시간을 생성하게 됨.

다음은 이 보고서에서 사용되고 있는 용어들에 대한 설명임(<그림 1> 참조).

(1) 분석 주기(Analysis period)는 고속도로 용량 지침(HCM) 분석 절차에 적용되는 가장 작은 시간 단위로 정의함. 고속도로와 도시의 거리에서 시설 분석의 경우, HCM 분석 주기는 15분임. 대안적인 도구(alternative tool)로써 다른 길이의 분석 주기로 정의될 수 있음.
(2) 연구 주기(Study period)는  HCM이 제공한 안내에 기반하여, 각 특정 애플리케이션의 분석에 의해 정의됨.
(3) 신뢰성 보고 주기(Reliability reporting period)는 측정된 신뢰성 주기에 의해 정의됨(예를 들어, 일년에 250일의 휴일을 제외한 평일). 본질적으로, 신뢰성 보고 주기는 신뢰성 분석이 수행된 일수로 구체화됨.

<그림 1> 신뢰성 용어
 

이동 시간의 신뢰성은 주어진 이동에 필요한 이동시간과 시간 주기가 시간에 따라 어떻게 수행 되는 지와 관련이 있음. 측정의 관점에서, 신뢰성은 주어진 시설/이동과 시간 주기(예, 평일 피크 시간대)에서 상당 기간 동안 발생한 이동시간을 분포화하여 정량화 하는 것임. 일년의 기간은 일반적으로 중단에 의한 거의 모든 변화를 충분히 포함하고 있음. 다양한 다른 지표로는, 표준 통계 지표(예를 들어, 표준 편차(standard deviation), 첨도(kurtosis)), 백분위 측도(예를 들어, 95번째 백분위 이동 시간, 버퍼 인덱스(buffer index)), 정시 측정(on-time measure: 예를 들어, 이동 시간 임계치 내에 이동을 완료한 비율), 그리고 실패 측정(예를 들어, 이동 시간 임계치를 초과한 이동의 비율) 등을 포함하여 이동시간 분포는 구축되어 계산되어짐.
 

프로젝트 L08의 목적은 두 가지임. 첫 번째는 HCM 절차를 통해 반복적이지 않은 혼잡 효과를 포함하는 것임. 두 번째 목적은 단일 연구 주기(일반적으로 오전, 또는 오후, 또는 피크 시간대)로부터 수평적 분석을 확장하는 것임. 그리하여 몇 주간 혹은 몇 달간의 연장된 시간대에 걸쳐 변화성에 접근하고, 시설이 시설 사용자에게 제공하는 서비스의 질에 대해서도 접근할 수 있음. 연장된 주기 -- 신뢰성 보고 주기라고 할 수도 있는 -- 는 연속된 날들의 계열(series)로 생각될 수 있음. 각 날들은 그 날에 해당하는 요구 집합을 가지고 있고 시설 이동 시간에 영향을 주는 수용력이 있음. 이 연구에서는, 공급 측면에서 날씨, 사고, 도로 건설현장과 특정 사건에 초점을 맞추었고, 수요의 측면에서 하루의 시간대에 따른 교통량의 변화, 주중 일(day)에 따른 변화, 연중 월에 따른 변화에 대해 초점을 맞추었음.

비록 고속도로 시설 방법론과 도시의 거리 시설 방법론의 두 방법론 사이에는 병렬적인 부분이 많이 존재하기는 하지만, 분리된 방법론들은 도로 시설과 도시 거리에 대한 신뢰성의 측정을 위하여 고안되었음. 
 

고속도로 시설 방법론은 데이터 보관소, 시나리오 생성기, 그리고 신뢰성을 위해 적용되고 변경된 FREEVAL 전산 엔진의 핵심 계산 절차 이렇게 세 가지 주요 요소를 가지고 있음. 연구 주기 데이터는 반복적인 교통 체증 효과를 분석하기 위해 직접적으로 FREEVAL-RL에 입력됨. 신뢰성의 연계는 시나리오 생성기를 추가함으로써 얻을 수 있게 됨. 각각의 요소와 그 요소간의 상호작용은 다음 단락에서 설명함.

고속도로 시나리오 생성기는 프로젝트 L08에서 제공한 "기초 시나리오"의 경우에 대한 초기 확률에서부터 개발되어졌음. 기초 시나리오 확률은 연구 주기(study period)중 관심기간(예, AM, PM 또는 피크 시간대)동안 시간과 특정 사건의 조합의 분수로 표현됨.  이 프로젝트에서는, 시나리오는 주어진 날씨나 사고와의 조합에 대한 포함 여부와 상관없이 연구 주기와 유사함. 기초 시나리오 확률은 사건들의 독립성을 가정하고 계산함. 초기 단계에서는 실제 사건(날씨 또는 사고)에 대해 설명하지 않음. 단지 날씨 또는 사고의 범주로 설명함.
 

도시의 거리 신뢰성 방법은 다음과 같은 세가지 요소로 구성되어 있음.

    - 시나리오 생성
    - 시설 평가, 그리고
    - 성능 요약.

이 구성요소들은 신뢰성 보고 기간으로 구성된 다양한 시나리오의 생성, 평가, 그리고 요약을 연속적으로 이용함. HCM 2010 도시의 거리 방법론은 이동 시간과 각 시나리오와 연관된 다른 성능 측정을 이용하였음. 신뢰성 방법론의 계산은 다음과 같음. 이 절차는 도시의 거리 엔진을 기반으로 함. 하나 또는 그 이상의 엔진 투입 데이터로 이 절차를 시작함. 신뢰성 보고 주기 동안 발생한 투입파일은 수요 변화와 주행 속도와 혼잡흐름 비율에 의한 비반복적 교통 혼잡 원인들의 효과를 반영하는 시나리오 생성 단계 동안 수정되어짐.

신뢰성 보고 주기와 연계된 모든 시나리오들이 한번 생성되면, 그러한 데이터들은 시설 평가 단계에서 평가되어짐. 도시의 거리 전산 엔진은 자동적으로 계산됨. 평가 결과는 성능 요약 단계에서 요약됨. 다양한 이동 시간 분포 통계량과 신뢰 평가 측정은 시설에 따른 차량 이동을 통해 계산되어짐.

고속도로 시설과 도시 거리 시설 신뢰성 모델은 신뢰성 보고 주기를 위한 이동시간 분포를 개발하는 다른 방법을 사용함.

- 고속도로 시설 방법은 신뢰성 보고 주기 동안 발생하는 확률을 기반으로 하여 시나리오를 개발함. 몇몇의 발생 가능성이 낮은 시나리오는 분석에서 제외됨.
- 도시의 거리 방법은 한달 이내에 발생할 가능성이 있는 조건부 분포를 기초로 하여, 각 날(day)의 수요, 날씨, 사고를 무작위로 배정함. 발생가능성이 낮은 조합이 무작위로 포함될 수 있음. 따라서 이 방법을 다중으로 실행하여 대표적인 이동시간 분포의 구축이 필요함.   
 
중요한 것은, 이 두 방법은 직접적으로 연계되어 있지 않다는 것임. 도시의 거리 방법에 의해 생성된 날씨 패턴은 고속도로 방법을 사용한 10년 평균 날씨 상태와 비교하여 더 심하거나 덜 심한 조건을 생성할 것임. 고속도로에서 발생하기 쉬운 시나리오는 도시의 거리 방법에서 요구되는 시나리오라고 할 수 없음.