두 번째 전략적 고속도로 연구 프로그램(Second Strategic Highway Research Program, SHRP 2)의 신뢰성(reliability) 분야는 고속도로와 주요 간선도로의 이동시간 신뢰성을 향상시킬 필요성에 초점을 맞추고 있음. 이 연구의 목적은 (1) 교통관련 정부기관에서 반복적이지 않은 혼잡을 주요 원인으로 해서 발생하는 지연을 줄이고 이동시간의 신뢰성을 향상시키기 위해 모든 가능한 도로 설계 형태를 파악하며, (2) 이와 관련된 비용과 운영 및 안전 상의 효과를 알아보고, (3) 사용과 적절한 설계 지침으로의 포함을 위한 제안 사항을 제공함. 반복적이지 않은 혼잡으로 인한 지연을 줄이기 위해 사용할 수 있는 기하학적 설계 처리에 이 연구는 중점을 두었음.  

고속도로를 관리하는 정부기관은 반복적으로 발생하는 혼잡(recurrent congestion) 문제를 인프라를 통해 해결하려고 하는 경향이 있고, 반복적이지 않은 혼잡(nonrecurrent congestion)은 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System, ITS)을 통해 해결하고자 하는 경향이 있음. 즉, 매일 발생하는 도로의 출퇴근 시간으로 인한 혼잡은 종종 추가적으로 기초 수용력(base capacity)을 증가시킴으로써 해결하고 함. 사고나, 특별한 이벤트, 도로 건설, 날씨, 수요의 급증, 그리고 다른 예측 불가능한 사건들로 인해 발생하는 혼잡은 이동 시간에 대한 정보와 고속도로를 관리하는 교통 관리 센터를 통한 실시간 정보를 이동객들에게 전송하거나, 차선을 막거나, 실시간 정보를 라디오나 웹사이트 또는 메시지 표지판을 통해 운전자들에게 알리고 대체 차선에 대한 정보를 제공하는 방식으로 해결함. 기초 수용력과 관련한 문제를 해결하기 위한 기하학적 설계를 통한 해결방식은 문헌을 통해 조사하고 철저히 검증하였음. 더욱 최근에는 실시간 이동 정보와 운전자를 돕는 순찰차와 같은 운영 기반의 처리는 반복적이지 않은 혼잡을 줄이기 위한 효과적인 노력으로 평가되고 있음. 그러나, 반복적이지 않은 혼잡을 줄이기 위한 기하학적 설계 처리(geometric design treatment)의 사용에 있어서 관련 문헌이 부족함.

고속도로를 관리하는 정부기관에 대한 인터뷰를 통하여, 연구팀은 반복적이지 않은 혼잡을 관리하는데 도움이 되는 설계 요소를 사용하는 정부기관의 사례를 파악하였음. 그러나, 대부분의 경우에 이러한 설계 처리는 그러한 목적을 위해 설계된 것이 아니었음. 그 대신, 반복적인 혼잡을 관리하기 위한 설계 처리가 반복적이지 않은 혼잡의 상황에 적용되었음. 그리고 이러한 것은 즉흥적인 방식으로 자주 발생하였음. 큰 사고가 발생하게 되면, 정부기관은 교통 혼잡을 최소화하기 위해 어떠한 도구라도 이용해서 최단시간 내에 사고를 수습하고자 함. 이러한 도구들은 종종 비반복 혼잡이 발생한 구체적인 공간에는 설계가 되어있지 않은 경우도 있기 때문에, 연구팀은 효과적으로 비반복 혼잡을 감소할 수 있도록 하는 설계 처리의 목록을 만들어야 함. 이러한 목표에는, 정지해 있거나 차량 사고와 관련된 차량들이 도로를 막고 있는 시간을 최소화하고, 일시적으로 혼잡을 줄이기 위한 수용력을 추가하며(예를 들어, 일시적으로 갓길 운행을 허용함), 차량들로 하여금 새로운 경로를 찾아서 이전의 흐름이 느린 줄에서 벗어날 수 있는 기회를 제공하는 것(예를 들어, 중간 게이트 median gates), 주요한 사고와 부차적인 사고를 줄이기 위한 노력, 그리고 나쁜 날씨로 인한 도로 표면에 부정적인 영향을 최소화하는 것(예를 들어, 방빙 시스템 anti-icing systems)과 같은 내용이 포함되어 있음. 

설계 처리의 분석은 운영적인 측면, 안전성, 그리고 편익-비용 측면 이렇게 세 가지로 분리하여 실시하였고 이는 연구 목적을 달성하기 위해서임. 이 연구에서 개발된 교통 운영 분석 방법(traffic operational analysis)은, 이 연구에 선행한 SHRP 2의 프로젝트 L03에서 완성된 연구에 근거하여 만들어졌음. 이동 시간 지수(travel time index, TTI)를 따르는 다섯 단계의 퍼센타일 percentiles(10th, 50th, 80th, 95th, 99th)을 이용하는 예측 모델을 개발하였음. TTI 분포는 긴 시간 동안(이 연구에서는 1년) 자유 흐름 속도(free-flow speed)에서의 이동 시간과 관련하여 고속도로의 각 구간에 걸친 이동 시간을 나타냄. 즉, 자유 흐름 속도에서의 차량 이동은 1.0의 TTI를 가지고 있고, 자유 흐름 속도의 절반으로 이동하는 차량 이동은 2.0의 TTI를 가지고 있음. 

일 년에 걸친 과정에서 해당 구단의 모든 TTI 분포는 모든 이동이 만들어내는 이동시간을 포착함. 그 범위는 자유 흐름이 유지되는 조건의 이동에서부터 극도로 혼잡한 경우의 이동까지 포함함. 지연과 신뢰성에 대한 여러 측정은 TTI 분포로부터 만들어 낼 수 있음. 프로젝트 L03의 TTI 모델에 대한 입력 변수는 차선 손실시간(Lane Hours Lost, LHL)으로, 이는 도로의 차선에서 사고나 작업 구역으로 인해 손실된 차선 시간을 측정한 것임. R0.05"는 일년 동안, 강우량이 0.05 in 이상으로 내린 일 년 중 시간수임. 그리고 d/c는 도로 구간에서 용량에 대한 수요(demand-to-capacity) 비율을 나타냄. 

L03프로젝트 모델은 출퇴근 시간 동안 TTI 분포를 측정하는 것에 주요한 관심을 두고 있음. 그러나 반복적이지 않은 혼잡으로 인한 지연과 신뢰성에 대한 설계 처리의 효과를 측정하기 위해서는, 하루 24시간 모두를 포함하여 분석해야 함. 이 연구에서는 한 시간 단위 동안의 사용을 위해 프로젝트 L03모델을 수정하였음. 그리하여, TTI 분포는 하루의 각 시간대에 따른 예측을 할 수 있게 되었음. 게다가, 연구 팀은 프로젝트 L03모델을 두 가지 중요한 방향으로 개선하였음. 첫째, 프로젝트 L03모델은 상당한 강설량을 가지고 있지 않은 도시들에서부터 데이터를 얻었었음. 따라서 이 보고서에서는 모델에서의 강우량 변수에 더하여 강설량(S0.01)를 포함하였음. 두 번째로, 프로젝트 L03 모델은 대도시의 출퇴근 혼잡 시간대를 위해 개발되었음. 이 연구에서는 d/c 비율이 낮은 지역(즉, d/c 비율이 0.8보다 적은 경우)을 위해 추가적인 모델을 개발하였음. 

이 연구를 위해 수정된 TTI 모델은 하루의 매 시간을 위해 누적 TTI 분포를 추정하고 도면화하기 위해 사용되었음. 누적 TTI 곡선의 형태는 지연과 신뢰성에 대하여 많은 정보를 제공함. 특정한 설계 처리가 신뢰성에 미치는 영향을 측정하기 위해서, 연구팀은 처리되지 않은(untreated) 상황에 대한 TTI 곡선과 처리된(treated) 상황에 대한 TTI 곡선의 차이점을 측정하는 방법을 개발하였음. 처리된 상황에 대한 곡선을 개발하기 위해서, 설계 처리의 효과는 4개의 모델 입력 변수들의 관점에서 서술되어야 함. 

일반적으로, 대부분의 설계 처리는 발생하는 사고의 건수를 최소화하고, 사고와 작업 구역이 차선을 막는 시간을 감소시키거나 차선이 폐쇄되는 사건 동안 추가적인 용량을 제공함으로써 "차선 손실시간" 변수에 영향을 미침.강우나 강설 시간은 설계 처리에 의해 영향을 받을 수 없지만, 차선 용량에 대한 그들의 영향은 설계 처리 - 예를 들어, 방설책과 방빙 처리 - 에 의해 영향을 받을 수 있음. 일부 설계 처리는 또한 용량 대비 수요 비율에 영향을 미침. 이러한 변수들에 대한 영향이 주어진 설계 처리에 결정되기만 하면, 지연의 감소와 신뢰성에서의 개선은 두 가지의 TTI 곡선 사이의 차이점을 분석함으로써 측정될 수 있음.

비반복적 혼잡 처리에 대한 안전 분석에 있어서, 이 연구는 혼잡과 안전 사이의 상관관계 - 특히, 서비스 수준(level of service, LOS)과 사고 건수 사이의 상관관계 - 를 탐색하였고, LOS가 악화됨에 따라 모든 심각성 수준에서 사고 빈도에서 증가를 정량화하기 위한 수학적 모델을 개발하였음. 사고 빈도는 LOS B와 LOS C 주변에서 가장 낮았으나, LOS D, E 및 F를 거치면서 다시 증가하기 시작했음. 이러한 상관관계가 나타내는 바는, 서비스 수준에 개선이 이루어질 수 있다면 사고 빈도는 감소할 것임. 따라서, 혼잡을 줄이는 설계 처리도 안전을 향상시킴.

설계 처리의 상당수는 도로 위에서 일차적, 이차적 사고의 빈도를 감소시킴으로써 직접적인 안전 편익을 가지고 있지만, 혼잡을 줄이는 설계 처리는 안전-혼잡의 상관관계를 사용하여 추정될 수 있는 간접적인 안전 편익도 가지고 있음. 

세 번째 처리 분석은 평가된 다양한 설계 처리에 대한 편익-비용 분석이었음. 처리 편익을 계산하기 위해서, 3가지의 주요 요소가 고려되었음: 지연 절감, 신뢰성 개선, 그리고 안전 향상. 처리되지 않은 TTI 곡선과 처리된 TTI 곡선을 사용하여, 처리 시행으로 인한 지연의 감소는 계산될 수 있음. 이 측정치는 차량-시간(vehicle-hours)으로 정의되고, 금전적 가치를 이동 시간에 부여함으로써 돈의 가치로 전환됨. 기관들 상당수는 지연 시간을 경제적 비용으로 전환하기 위해 사용되는 기본값을 가지고 있음. 신뢰성에서의 변화는 또한 처리되지 않은 상태에서 처리된 상태로의 TTI 누적곡선의 전환에 근거하여 결정될 수 있음. 

이 프로젝트에서, 신뢰성은 이동시간 분포의 표준 편차(standard deviation)로 정량화되고, 시간 단위로 전환됨. 이 측정치가 경제적 용어로 어떻게 가치가 부여되어야 하는지에 대한 문헌에서 합의가 없으나, 한 가지 공통적인 방법은 신뢰성 비율(reliability ratio)을 사용하는 것임. 신뢰성 비율은 신뢰성의 가치를 시간의 가치에 대한 비율임. 이 비율을 고정된 숫자로 정의함으로써, 신뢰성에 할당된 가치는 항상 여러 시간의 가치임. 시간의 가치가 사용자 단체마다 다르기 때문에(예를 들어, 화물 운송 단체와 피크 타임의 통근자), 신뢰성 비율도 단체마다 다름. 연구진은 이 연구에서 하루의 모든 시간에서 모든 이동객에 대해 신뢰성 비율을 0.8로 정의하였고, 이는 문헌에서 제시되는 대부분의 가치의 범위 안에 있음.

이 연구의 결과는 지연 감소로 인한 경제적 절감과, 생애주기에 걸친 설계 처리에 대한 신뢰성 개선으로 인한 경제적 절감 모두를 포함하는 방법을 제공함. 반복적 혼잡을 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 설계 처리는 또한 이 연구에서 개발된 접근방법을 사용하여 분석될 수 있음. 이는 처리와 관련된 지연의 개선뿐만 아니라 신뢰성에 대한 잠재적 개선도 고려함. 이러한 편익을 고려하는 것은 설계 처리의 순 현재 편익(net present benefit)과 편익-비용 비율에 대한 더욱 정확한 평가로 이어짐. 추가로, 반복적 혼잡을 완화시키기 위해 비반복적 혼잡에 이익이 되는 도로의 시설을 제거하는 것을 고려하는 기관들은 이 보고서에서 제시된 방법과, 비반복적 혼잡에서 예상되는 증가와 그 변화로 인해 예측되는 신뢰성의 감소를 계산하기 위한 분석도구를 사용할 수 있음. 교통기관은 또한 추가적인 용량을 추가함으로써 반복적 혼잡에 대해 성취되는 편익에 대한 비용을 비교할 수 있음.

이 보고서에서 발견되는 연구의 문서화에 더하여, 이 연구 계획에는 두 가지의 핵심적인 산출물의 개발이 포함되었음: 비반복적 혼잡 처리에 대한 설계 지침(design guide for nonrecurrent congestion treatments)과 정보 확산 계획(information dissemination plan). 설계 지침은 이 연구에서 고려된 설계 처리의 카탈로그로 작동하여, 계획가, 설계자, 운영 공학자, 그리고 의사결정자에게 설계 처리를 통하여 비반복적 혼잡을 해결하기 위한 가능 방안의 도구상자를 제공함. 확산 계획은 신뢰성 있는 도로의 설계 편익에 대한 인식을 제고하기 위해 실무자들에게 이 연구의 결과를 확산하는 전략적 접근방법을 제공함.

교통 운영 분석을 수행하고 설계 처리의 교통 운영상의 효과를 평가하기 위한 신뢰성 모델을 적용함으로써, 연구팀은 또한 스프레드쉬트 기반의 분석 도구를 개발하였는데, 이 도구는 이 보고서에서 서술된 절차를 사용함. 이는 특정 고속도로의 부분에 대해 사용자가 입력한 정보와 처리가 어떻게 실행될 것인지에 대해 사용자가 입력한 정보에 근거하여, 사용자들에게 다양한 비반복적 혼잡의 설계 처리에 대한 편익-비용 비율을 제공함. 이 분석 도구는 이 연구에서 세 번째의 핵심적인 산출물임.