교통 수요가 증가하지만 제한적인 시설 능력으로 인해, 교통 혼잡은 점차 미국뿐만 아니라 전세계에서 대도시 지역에서 심각한 문제가 되고 있음. 피크 시간(peak hours)이나 반복적이지 않은 혼잡 기간 동안 교통을 효과적이고 효율적으로 관리하는 방법을 결정하는 것은 연구자들과 실무자들에게 어려운 임무인 것으로 보임. 통합 회랑 관리(Integrated Corridor Management, ICM) 접근방법은 최근에 더욱 주목을 받고 있는데, 왜냐하면 이 방법이 도시의 교통 혼잡을 관리하는 유망한 도구로 믿어지기 때문임.

간선도로의 교통 및 신호(Systematic Monitoring of Arterial Road Traffic and Signals, SMART-Signal) 시스템에 대한 이전의 개발은 신호체계가 있는 간선도로의 교통상황을 정량적인 방법으로 지속적인 모니터링을 가능하게 함. 특히, 이 시스템은 신호체계가 있는 교차로에서 사건 기반의 고해상도 교통 데이타를 수집하면서 실시간으로 성능 측정치를 생성할 수 있음. 하나의 교차로 차원에서, 차량 대기줄의 길이 프로파일(queue length profile)이 시스템을 통해 모니터링되고, 다른 성능 측정치 ？ 예를 들어, 교차로의 지체, 과포화 강도지수(Oversaturation Severity Indices, OSI), 그리고 서비스 수준(Level of Service, LOS) ？ 는 계산될 수 있음. 간선도로 차원에서, 이동 시간, 속도, 그리고 평균 정지수가 실시간으로 생성되고 보고될 수 있음. 이 프로젝트는 이러한 연구 노력에 근거하여 통합 시스템의 관점에서 개발된 성능 측정치를 교통 신호 운영에 적용할 것임.

이 프로젝트는 문제를 진단하고, 성능을 측정하며, 실시간으로 최적의 신호 제어 전략을 제안하는 사고 대응 신호 제어 시스템을 개발하는 목표를 가지고 있음. 특히, 이 연구는 신호체계가 있는 간선도로에서 사고를 진단하고 교통 혼잡을 완화시키기 위한 새로운 제어 전략을 제안하기 위해 SMART-Signal에서 측정된 성능을 활용할 것임. 또한, 사고가 고속도로에서 발생하고 교통 혼잡을 야기할 때, 제안된 시스템은 간선도로에서의 교통 상황을 파악하고 예측하는데 도움을 주어, 고속도로의 교통 혼잡을 완화시키거나 지연시키기 위해 고속도로에 대한 적절한 교통 관리가 적용될 수 있도록 할 것임.

이 프로젝트에서 계획된 임무는 다음과 같음:

a) 문헌 검토

b) 과포화된 간선도로에 대한 제어 전략의 개발

c) 통합 제어 전략의 개발

d) 시뮬레이션 테스트

e) TH 55 도로 상에서 SMART-Signal 시스템의 현장 시행

이 보고서의 나머지 부분은 다음과 같이 구성되어 있음: 최첨단의 통합 회랑 관리 전략이 제 2장에서 검토될 것이고, 이 장에서는 ICM 사례에 대한 기존의 문헌과 요약이 제공될 것임. 제 3장은 신호체계가 있는 간선도로에서 과포화를 관리하기 위해 새로운 최대 흐름 기반의 신호 제어 모델(maximum flow based signal control model)을 소개함. 설계된 통합 제어 모델은 제 4장에서 시뮬레이션 테스트 결과와 함께 논의될 것임. 제 5장은 TH 55 도로 상에서 SMART-Signal 시스템의 시행 절차를 서술함. 마지막으로, 제 6장을 결론을 제시함.

통합 제어는 새로운 교통 관리 개념이 아님. 네트워크 차원에서 통합 제어에 대한 최초의 연구는 1970년대로 올라감. Robertson and Vincent (1974)는 최초로 버스 스케줄과 신호 타이밍의 통합을 고려하였음. 이후에, van Aerde and Yagar(1988a)은 통합 제어의 중요성을 처음으로 명확하게 언급하고, 통합 제어 시스템을 운영하기 위해 필요한 특징들을 논의하였음. Van Aerde and Yagar (1988b)는 더 나아가 개념적인 ICM 접근방법을 제안하였는데, INTEGRATION이라 불린 이 방법은 통합 네트워크에서의 제어 전략으로써 동적인 최적 경로 안내(dynamic optimal route guidance)를 적용하였음. 차량에 탑재된 운전 정보 시스템에 대한 이들의 가정은 더 복잡한 교통 제어를 채택함으로써 폭넓은 적용 분야를 제공함.

Van Aerde and Yagar의 연구 뒤에, 연구자들은 다양한 통합 교통 제어 프레임워크, 모델 및 해결책을 구축하였음. 미국 정부는 ICM의 잠재적 편익을 인지하고 이 주제에 대한 연구를 문서화하기 시작했음. 2005년에, 미국 교통부(U.S. Department of Transportation, USDOT)의 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation Systems, ITS) 프로그램은 ICM 시스템 이니셔티브를 발족하였는데, 이 이니셔티브의 궁극적인 목표는 효과적인 통합 회랑 관리 시스템을 위해 필요한 제도적 지침, 운영 역량, 그리고 ITS 기술과 기술적 방법을 제공하는 것이었음. 이 이니셔티브는 교통 회랑과 ICM에 대한 정교한 정의와 함께, ICM에 관한 연구를 규제된 방식으로 더욱 촉진하였음.

현재의 ICM 시스템은 신뢰할만한 잘 검정된 모델에 근거하고 있음. 상당한 연구 노력이 분석, 모델링, 그리고 시뮬레이션 방법론에 투입되었음. 이러한 모델들에 대한 중점에 기반하여, 현재의 ICM 모델들은 크게 2개의 그룹으로 나누어질 수 있음. 첫 번째 그룹은 주로 정보의 제공과 이동객의 반응에 중점을 두고 - 예를 들어, 이 그룹은 가변 메시지 표지(Variable Message Sign, VMS)를 통하여 여러 다른 경로의 이동시간 정보를 제공함 ？ 모델은 보다 거시적임(macroscopic). 반면에 두 번째 그룹은 교통의 진화와 상호작용을 강조하는데 이는 보다 미시적임(microscopic).

이 절에서 연구진은 운영 과정에서 시행되거나 테스트되고 있는 ICM 전략들과 현장에서의 시행에서 얻어진 교훈들을 검토할 것임. ITS는 여러 차원에서 교통을 개선하고(예를 들어, 교통 혼잡을 감소시킴), 안전을 증진시키며, 교통 시스템의 환경 영향을 완화시키고, 에너지 성능을 향상시키며, 생산성을 증대하기 위해 첨단 기술을 사용하는 목적을 가지고 있음.

- 모델링 측면: ICM 모델 개발은 두 가지의 주요 어려움을 가지고 있음: 출발지-도착지(origin-destination, O-D) 정보 추정과 운전자의 준수율(compliance rate) 추정. 현재의 모델 대부분은 특정한 제어 결정을 내리기 위한 입력요소로써 O-D 매트릭스를 필요로하는데, 잘 알려진 것처럼 네트워크의 O-D 정보에 대한 추정은 매우 어려움. 특히, 혼잡 시나리오 하에서는 더욱 그러함. 시간에 종속적인 네트워크의 O-D 정보를 어떻게 성공적으로 얻느냐는 ICM 영역에서 여전히 어려운 임무임. 다른 한편으로, 최적의 제어 전략이 생성될 수 있다 하더라도, 이러한 제어 결정에 대한 운전자의 반응은 최종적인 네트워크 성능에 핵심적인 요소임. 주어진 제어 전략에 대한 운전자의 준수율을 추정하기 위해서는, 보다 견고하고 정확한 실시간 추정 모델이 필요함.

- 운영 측면: ICM 제어 전략의 시행은 주로 두 가지 인자에 의해 제한됨: 실시간 교통 데이타 수집의 부족과 여러 다른 기관들 간의 소통 장애. 실시간 데이타 수집 문제는 간선도로의 관리 분야에서 더욱 도드라지는데, 왜냐하면 간선도로는 ITS 인프라가 없기 때문임. 첨단 데이타 수집 시스템의 더 많은 시행은 가장 최신의 교통 정보(이동 시간, 속도, 사고 등)를 제공해 줄 수 있어, ICM의 목표를 달성하는데 있어 여전히 중요한 단계임. 정책적 제한사항이나 기술적 문제로 인한 교통 기간들 간의 소통 장애는 여전히 ICM의 근간을 크게 약화시킴. 여러 다른 기관들 간에 실시간으로 교통 정보를 통합하고 최적의 제어 전략을 종속 시스템에 전달할 수 있는 중앙 시스템의 구축은 여전히 여러 부처로부터의 막대한 노력을 필요로 함.

교통 수요는 증가하지만 시설 능력은 제한적이기 때문에, 교통 혼잡은 미국 및 전세계에 있는 대도시 지역에서 점차 심각한 문제가 되고 있음. 피크 시간 또는 반복적이지 않는 혼잡 기간 동안에 어떻게 교통을 효율적이고 효과적으로 관리할 수 있는지는 연구자 및 실무자들에게 어려운 임무인 것처럼 보임. 통합 회랑 관리 접근방법은 도시의 교통 혼잡을 관리할 수 있는 유망한 도구로 여겨지기 때문에 최근 많은 주목을 받고 있음. 실제로, ICM 개념의 적용은 여전히 매우 초기 단계에 있고, 연구의 대부분은 정책적 연구 차원에 머물러 있음.

이 프로젝트에서, 신호체계가 있는 간선도로에서 과포화된 교통 상태를 다루기 위해 단순하지만 효과적인 최대 흐름 기반의 제어 모델이 개발되었음. 이 모델은 과포화 강도 지수(OSI)에 근거하여 만들어졌는데, 이 지수는 혼잡 정도뿐만 아니라 과포화의 원인도 알려줌. 모델을 해결하기 위해, 전방-후방 절차(Forward-Backward Procedure, FBP)가 제안되고, 이는 모델에 최적의 해결책을 생성하는 것으로 수학적으로 증명됨. 간선도로의 제어 모델에 근거하여 네트워크의 혼잡을 관리하기 위해, 통합 제어 모델이 제안되었음. 전환(또는 유도 diversion) 제어를 통하여 이 모델은 나란히 있는 경로를 따라 가용한 도로 용량을 완전히 활용하기 위해 노력함. 다른 경로로 유도된 교통의 영향이 특히 고려되었고, 이를 통해 유발된 혼잡은 신호 타이밍을 적절하게 조정함으로써 감소되거나 제거될 수 있음. 이 모델은 모델의 입력로써 시간에 종속적인 교통 수요에 의존하지 않고, 표준 탐지 시스템(standard detection system)이 가용한 전형적인 평행 교통 코리더에서 실행될 준비가 되어 있음. 이 모델은 매우 낮은 계산 부하를 야기시키기 때문에 온라인 앱에서도 적합함. 연구진은 미국 미네소타 주의 미네아폴리스(Minneapolis)에 있는 I-394와 TH 55 도로에서 미시적 교통 시뮬레이션을 사용하여 제안된 모델의 성능을 테스트하였음. 그 결과에 의하면, 제안된 모델은 네트워크의 혼잡을 상당히 줄일 수 있고, 교통을 훨씬 원활하게 만들 수 있음. 이는 네트워크 성능 측정치에서 커다란 향상으로 나타났는데, 예를 들어 차량 당 평균 지체시간, 차량 당 평균 정지 수, 그리고 평균 속도가 크게 나아졌음.

이 프로젝트의 일환으로 SMART-Signal 데이타 수집 소프트웨어의 새로운 버전도 개발되었음. 이 소프트웨어는 추가적인 하드웨어 장치 없이 Econolite ASC/3 제어장치로부터 사건 기반의 교통 데이타를 직접적으로 검색할 수 있음. 이 소프트웨어는 미네아폴리스에 있는 TH 55 도로를 따라 10개의 교차로에서 시행되었음.

이 프로젝트에서 개발된 ICM 제어 시스템은 실제의 현장 시행에 대해 매우 유망하고, 연구진은 제안된 접근방법을 미래의 프로젝트들에서 현장 성능을 테스트할 수 있기를 기대하고 있음.