미국 미네소타 주의 2011년 교차로 그린시트(Intersections Green Sheets, 미네소타 주 교통부에 의해 발간되는 엑셀 파일 형태의 사고 데이타)에 의하면, 미네소타 주에서 지난 10년간 94,373건의 사고가 발생하였고, 이 중에서 43%(40,616건)는 통과/정지 교차로(Thru/Stop intersections)에서 발생하였음. 통과/정지 교차로는 높은 교통량을 가진 주 도로와 낮은 교통량을 가진 종속 도로로 일반적으로 구성됨. 주 도로는 종속 도로를 가로지르는데, 종속 도로의 접근은 보통 정지 표지(stop sign)로 제어됨. 

미네소타 주의 사고 데이타를 치명적인 사고(적어도 한 명이상의 사망으로 이어진 사고)만 따로 떼어놓으면, 모든 치명적인 사고의 약 77%가 통과/정지 교차로에서 발생하였음. 교차로 사고의 원인을 더 잘 이해하기 위해서, 국립 고속도로 교통안전청(National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA)은 국가 자동차 사고 원인 설문조사(National Motor Vehicle Crash Causation Survey) 데이타를 연구하였고 그 결과를 2010년 9월에 발표하였음. 이 문서에 의하면, 교차로 관련 사고 787,236건 중에서 3% 미만이 차량 또는 환경 관련 원인이었던 반면, 약 96%(756,570건)는 운전자에게 귀책 사유가 있었음. 운전자 귀책 사유 중에서, 가장 중요한 원인은 부적절한 감시(44.1%)였고, 그 다음은 다른 운전자의 행동에 대한 잘못된 가정(8.4%)였음. 

이러한 결과는, 운전자가 교차로를 인식할 수 없었던 것이 사고의 일부에 기여하였다는 미네소타 주의 다른 연구와 유사함. 이 연구가 제안하는 바에 의하면, 통과/정지 교차로에 접근하는 운전자들에게 자동화되고 시기적절한 감시 및 경고 정보를 제공하는 것은 교차로 관련 사고를 줄이는 핵심 중 하나임. 이러한 전략은 AASHTO의 전략적 고속도로 안전계획(Strategic Highway Safety Plan), 국가 고속도로 협력연구 프로그램(National Cooperative Highway Research Program, NCHRP)-500에 의해 제안됨.

지난 수년간, 주와 지역 정부기관, 산업계 및 대학의 연구자들은 교통신호가 없는 교차로의 사고를 줄이기 위한 여러 타입의 저비용 대책을 독립적으로 설계해왔는데, 이들 중 상당수는 이미 설치되었거나 평가를 위한 계획 단계에 있음. 이러한 대책에는 운전자에 대한 선제적 경고 또는 정보를 제공하는 것, 지능형 교통시스템(Intelligent Transportation Systems, ITS) 기술 - 예를 들어, 속도 피드백 표지 - 을 활용하는 것, 교차로에 접근하는 차량에 의해 활성화되는 LED 깜빡임 표지나 깜빡임 등이 포함됨. 

이러한 ITS 관련 노력에 대한 정보 및 지침을 제공하기 위해, 연방고속도로청(FHWA)은 2011년에 “정지 표지로 제어되는 교차로의 안전: 경고 시스템에 의해 활성화되는 경로의 통과(Stop-Controlled Intersection Safety: Through Route Activated Warning Systems)”라는 문서를 출간하였고, 미주리, 노스캐롤라이나, 미네소타 주의 시행 사례에 대한 정보를 제공하였음. 교차로의 충돌 경고 시스템에 대한 주 교통부의 노력에 대한 더 종합적인 정보는 ENTERPRISE 공동펀드 프로그램에 의해 관리되는 웹사이트에서 가용함.

미네소타 주에서, 교차로의 충돌 경고 시스템에 대한 두 가지 다른 접근방식이 독립적으로 개발되었고 평가를 위해 설치되어 있음. 두 가지 접근방식의 차이점은 주로 전력 전달, 교통량 감지 기술의 사용, 표지와 감지기 사이의 통신 기술에 있음. 첫번째 접근방식 – 시골지역의 교차로 충돌 경고 시스템(Rural Intersection Conflict Warning System, RICWS) – 은 AC 전력, 차량 감지를 위한 유도 루프 감지기, 감지기와 표지 사이의 유선 통신을 사용함. 두번째 접근방식 – 시골지역의 교차로에 대한 첨단 LED 경고 시스템(Advanced LED Warning System for Rural Intersections, ALERT) – 은 태양광 에너지, LED 결합 표지, 비침습 차량 감지 시스템, 장치 간의 무선 통신을 활용하여 보다 적극적으로 최신 ITS 기술을 채택함. ALERT 시스템은 처음에는 첨단 LED 경고 시스템(Advanced LED Warning System, ALWS)으로 불렸다가, 나중에 ALERT로 변경되었음.

RICWS 접근방식은 보다 보수적이고 더 높은 신뢰성을 제공하는데 중점을 두고 있어 검증된 상업용 판매제품만을 사용하기 때문에, 설치 및 유지관리 비용이 더 높음. 다른 한편으로, ALERT 접근방식은 재생가능 에너지, 비침습 탐지기, 무선 통신 등을 활용하여 설치 및 유지관리 비용을 낮추는데 더 중점을 두고 있으나, 배터리나 태양전지판의 날씨 의존성으로 인해 전력 전달의 신뢰성이 더 낮을 수 있음. 일반적으로, 더 낮은 설치 및 유지관리 비용 때문에 ALERT 시스템이 시골지역의 교차로에서는 더 선호되는 반면, RICWS는 AC 전력의 접근가용성으로 인해 도시지역의 교차로에서 더 선호됨.

이 보고서는 ALERT 연구 프로젝트의 2단계를 제시함. 1단계에서, 이 시스템은 종속 도로에 있는 운전자들이 안전하게 회전 조작을 하고 주요 도로에 있는 운전자가 교차로에서 충돌 가능성을 인지하는 것을 도와줄 수 있도록 설계되었음. 1단계(ALERT-1) 결과에 의하면, 이 시스템은 교차로에서 충돌이 있을 때 주요 도로에서 차량 속도를 줄이고, 종속 도로에서 차량의 대기 시간을 늘리고 신호 무시(roll-through)를 제거함로써 운전자의 행동 변화에 긍정적으로 영향을 주었음. 그러나, 교차로에서 사고가 없을 때 의도치않은 결과(종속 도로에서 차량의 신호 무시 증가)가 관찰되었음.

이 보고서의 나머지 부분에 대한 내용이 간략하게 제시됨. 제2장은 프로젝트 장소, ALERT-2 표지 시스템의 설계, 배터리 크기에 따른 전력 요구량 계산, 전략 소비량에 대한 ALERT-1과 ALERT-2의 비교를 서술함. 제3장은 마이크로컨트롤러 하드웨어, 임베디드 펌웨어 플로우차트, 무선 송수신기를 기술함. 제4장은 ALERT-2 시스템의 설치 전에 수행된 실험 및 현장 테스트를 다룸. 제6장은 현장에서 시스템의 설치를 기술하고, 제7장은 영상 데이타와 설문조사에 대한 분석 결과를 담고 있음. 제8장은 이 보고서의 결론 및 추수 연구에 대한 제안사항을 담고 있음.

ALERT-2 시스템의 개선된 특성에 대한 결론은 다음과 같음:

- 충전없이 23일까지 지속가능할 정도의 배터리 용량 증가(ALERT-1에서는 7일)

- AGM 배터리를 사용함으로써 겨울철에도 충전 성능 향상(ALERT-1에서 사용된 리튬 이온 배터리는 온도가 섭씨 0도 이하로 떨어졌을 때 충전 문제가 있었음)

- 표준 무선 프로토콜인 IEEE 802.15.4의 사용(ALERT-1에서는 전용 프로토콜이 사용되었음)

- 유지관리를 위한 배터리 및 컨트롤러에 대한 용이한 접근성(ALERT-1는 사다리를 필요로 하였음)

- 양호한 품질의 디지탈 영상 데이타를 기록하기 위한 IP 네트워크 영상 카메라(ALERT-1에서는 아날로그 카메라가 사용되었음)

- 회로의 신뢰성 증가를 위해 공장에서 제작된 PCBs가 사용됨(ALERT-1에서는 실험실에서 제작된 PCBs가 사용되었음)

- 표지 컨트롤러와 감지기 컨트롤러를 하나의 PCB 보드로 통합하였음(ALERT-1에서는 두가지의 다른 타입의 PCBs가 사용되었음)

- 효율적인 LED 제어를 위해 개선되고 맞춤식의 LED 드라이버 회로가 사용되었음(ALERT-1에서는 Tapco 드라이버가 사용되었음)

- 데이타 분석을 위해 더 복잡한 영상 처리 알고리즘의 개발(ALERT-1에서는 영상 화질이 조악하였음)

- 주요 도로 및 종속도로에서 방향성 차량의 감지를 위해 도플러 레이다 감지기(Doppler radar detectors)가 사용되었음(ALERT-1의 주요 도로에서는 자외선 이동 감지기가 사용되었는데, 이는 신뢰성이 떨어짐)

- 표지/감지기 활성화 배열을 모니터링하기 위해 전기 신호를 포함하기 위한 사건 데이타 기록장치(ALERT-1에서는 사건 기록장치가 사용되지 않았음)

- 신호 무시를 줄이기 위해 추가적인 동적 표지 장치의 포함

1단계에서, 교차로에 충돌이 있을 때 주요 도로에서 차량 속도가 감소되었고, 종속 접근도로에서 대기 시간이 증가하였으며, 종속 접근도로에서 차량에 대한 신호 무시를 제거하였음. 그러나, 교차로에서 어떤 충돌도 없을 때, 신호 무시의 증가가 관측되었음. ALERT-2 시스템은 중속 접근도로의 표지 시스템을 재설계함으로써 신호 무시의 증가를 해결하기 위해 설계되었음. 신규 설계에서는, 중속 도로에서 2개의 정지 표지가 LED 깜빡임 정지 표지로 바뀌었음. LED 깜빡임은 전방의 정지 표지에서의 차량에 의해 활성화되었고, 정지 표지에 차량이 도달하면 완료되었음.

ALERT-2 시스템의 설치 후에 측정된 신호위반 비율은, 교차로 충돌이 있을 때는 1.16%였고 충돌이 없을 때는 16.22%였음. 이 결과는, 교차로에 충돌이 없을 때 대부분의 신호 위반이 발생하는ALERT-1의 결과와 일치함. ALERT-2가 설치되기 전에는 신호 위반 비율이 28.15%였는데, 이 수치는 충돌 및 비충돌 경우 모두를 포함함. ALERT-2 설치 후에는, 이 수치가 17.38%(비충돌 경우의 16.22% + 충돌 경우의 1.16%)로 줄어들었음. 결과적으로, ALERT-2 시스템은 10.8% 만큼 신호 위반을 줄일 수 있었음. 

종속 접근도로에서 정지 대기시간은 충돌이 없는 경우에 대해서는 2.5초였고, 충돌이 있는 경우에는 3.91초였음. 주요 도로에서의 평균 차량 속도에 대한 분석에 의하면, 충돌 경우에 3.89 mph(시간 당 마일)의 속도 감소가 있었음. 이러한 결과들은ALERT-1의 결과와 일치함.

ALERT-2 설문조사에서 92%의 응답은, 이 시스템이 교차로의 안전을 향상시킨 것에 대해 “매우 동의(strongly agree)” 또는 “동의(agree)”의 의견을 보였음. 하지만, ALERT-1 설문조사에서는 이 수치가 72%였음. ALERT-2 설문조사에서 얻어진 중요한 결과에 의하면, 차량이 활성화시킨 깜빡임 정지 표지가 운전자들의 주목을 끌었다는 점에 대해 응답의 98%가 “매우 동의” 또는 “동의”의 의견을 보였음. 동적 깜빡임 정지 표지의 설치에 대한 주요 목적이 운전자의 주목을 끄는데 있었기 때문에, 이 목적은ALERT-2 설계에서 잘 성취된 것으로 보임.