고속도로 안전과 속도와의 사이에는 중요한 관계가 있음. 주어진 지역에서 표지판에 있는 제한 속도는 일반적으로 도로의 특성(젖은 포장 상태), 85번째 퍼센타일(percentile)의 자유 흐름, 고속도로 정렬(alignment)과 다른 요인을 포함하여 많은 사항들을 고려하여 설정함. 속도 표지판에 있는 제한 속도를 기초로 하여, 차량이 그 구간을 지나갈 때 제한 속도 이하로 통과하게 되면 안전하게 이동을 할 것이라고 기대할 수 있음. 운전자가 제한 속도 이상으로 이동하게 되면, 안전과는 반대되는 결과(예를 들어, 과속 충돌 사고 발생)가 발생할 확률이 증가하게 됨. 이러한 문제는 특히 수평 곡선 지역에서 사실임. 낮은 설계 속도(design speed)가 이용되고 설계 속도를 초과하게 될 때는 타이어와 도로포장의 마찰력이 문제가 됨. 

날씨는 고속도로 시스템에서 안전과 운영 두 측면 모두에서 고려해야 할 점임. 안전성 관점에서 봤을 때, 비나 눈, 또는 결빙이 된 경우 도로 포장의 마찰력을 줄이게 되고, 그로 인해 차량이 그러한 상태의 도로를 너무 빠른 속도로 지나가게 되면, 충돌의 가능성이 증가하게 됨. 이러한 상황에서는, 표지판에 주어진 제한 속도는 더 이상 안전을 보장하거나 적절하다고 할 수 없을 것임. 운영의 관점에서 보면, 나쁜 날씨는 고속도로 시스템의 수용력에 손상을 준다고 예상할 수 있고 이러한 시스템을 이용하는 차량 이용자들의 효율성에도 영향을 줄 수 있다는 것을 고려할 필요가 있음. 고속도로 폐쇄, 속도의 감속, 사고 관련 도로 폐쇄는 악천후가 고속도로 시스템 운영에 영향을 미치는 예들임. 

앞에서 다룬 이슈는 오레곤(Oregon) 주의 비버튼(Beaverton)시의 교차로, 미국 고속도로 26번과 오레곤 주 217번 고속도로가 교차하는 구간의 경사로(ramp)에 대한 염려였음. 교통 데이터를 보면 하루 동안 이 교차로를 이용하는 차량은 60,000대가 넘는 것으로 나타났음. 도로 포장이 적은 상황에서는 하루에 한번 혹은 그 이상이 "통제 불능" 상태에서 충돌사고가 발생했음을 보여주고, 그에 따른 2차 사고는 매우 다양한 상황에서 발생한 것으로 나타났음. 

역사적으로 보면, 한번 젖은 도로에서 "통제 불능" 상태의 충돌이 발생하게 되면, 그 와 같은 분류로 발생하는 차량 사고는 증가하는 것으로 나타났음. 기존의 도로 표지판과 번쩍이는 탐지 장치(beacon)를 그 자리에 설치하여도 사고 발생은 계속해서 발생하였음. 

오레곤 교통부(Oregon Department of Transportation) 는 이 문제를 해결하기 위해서는 추가적인 방법이 필요하다고 결론 내렸음. 하나의 방법은 이 보고서에서 논의된 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템(weather-responsive Variable Speed Limit (VSL) system)의 개발임. 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템을 날짜에 맞춰 완성하고 이 보고서에서 문헌연구를 하였으며, 운영과 시스템 요구사항에 대한 개념(Concept of Operations and System Requirements)을 개발하였고, 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템의 마찰력 데이터를 제공하기 위한 Vaisala DSC 111의 센서 테스트를 실시하였음. 

정책과 법적 의미에 대한 검토에서는 다른 주에서 채용한 가변 속도 제한과 법령의 사용한 오레곤 주의 최근 제정된 행정 법규 요약을 포함하고 있음. 다음의 섹션에서는 이 보고서의 결과에 대한 요약을 함. 

미국과 국제적으로, 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템에 관련한 문헌뿐만 아니라, 다른 일반적인 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템을 이해하기 위해 최신의 문헌을 참고 하였음.  날씨-반응 가변 속도 제한 시스템은 다양한 조건(비, 안개, 눈)에서 사용되고 특히 도로의 이용차량이 많은 곳에 설치 됨. 지금까지는 교차로 경사로에 대해서 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템을 적용하는 것을 고려한 적은 없었음. 알고리즘과 데이터 프로세싱 집합의 사용을 포함한 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템은 또한 운영자가 관측관 조건에 따라 제한 속도를 바꾸는 것처럼 수동적으로 운영 될 수도 있음. 일반적으로, 날씨-반응 시스템은 이전의 고정된 속도 제한 표지판과는 다른 결과를 가져왔고, 차량 충돌 사고를 줄이는 긍정적인 효과와 속도를 줄이는 효과를 가져온 것으로 나타났음. 

일반적인 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템은 정부기관이 다양한 안전성과 운영 이슈를 해결하기 위해 설치하는 것으로 밝혀졌음. 이 시스템은 적절한 제한 속도를 결정하기 위해 투입되는 다양한 데이터들에 의존함. 이 시스템은 속도와 차선 점유/교통량에 대한 루프 탐지기 데이터(loop detector data)를 포함하고, 수동 운영을 위한 폐쇄회로 화면을 포함하고, 그리고 다른 투입 등을 포함함. 각 시스템의 속도 제한은 수동적으로 결정되거나 자동적으로 결정됨. 이는 각 시스템의 정교함과 데이터 투입에 기초하여 결정되는 것임. 그러한 일반적인 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템은 평가 기준이 모든 시스템을 위해 만들어 진 것은 아니지만, 일반적으로 그 평가 결과가 효과적인 것으로 나타났음.

문헌 연구에서는 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템에서 필요한 부분만 검토한 것이 아니라 운전자 경고 형태로 제공되는 다른 종류의 시스템에 대해서도 조사하였음. 이러한 다른 종류의 시스템은 다른 안전성과 운영에 대한 문제를 해결하기 위해 설치되었고 다른 기술을 통해 날씨 데이터를 활성화 하였음. 운전자에게 정보를 제공하는 유동 메시지 표시(dynamic message sign)이 이에 해당함. 이러한 시스템에서는 구체적인 제한 속도를 나타내지는 않았으나, 이러한 시스템 역시 차량의 속도를 낮추는데 효과적인 것으로 관측되었고 차량 충돌을 줄이는 효과를 가져왔음. 

문헌 연구의 마지막 부분은 도로 상태를 결정하기 위한 다른 종류의 날씨 센서 종류에 대한 검토를 하였음. 일반적으로 두 종류의 센서가 사용되는데, 침습(invasive)과 비침습(noninvasive) 센서임. 침습 센서(도로 포장 내에서 포장의 상태를 탐지)는 도로 표면의 도로포장 위치에 설치되고 다른 조건에 대해 다른 탐지 기술을 사용할 수 있음. 비침습 센서는 도로길가에 설치 되거나 도로 표면 위 어딘가에 설치됨. 그리고 날씨와 도로 표면 상태를 모니터링 하는데 비 접촉식 수단을 이용함. 

이러한 센서의 검토 과정을 통해, 바이셀러(Vaisala)는 탐지 시장에서 주요 공급자인 것이 명백해 졌음. 그리고 이 회사의 DST111과 DSC111 시스템도 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템에서 사용되고 있음이 밝혀졌음. 이러한 센서들이 같이 사용됨으로써, 도로 상태(젖었거나, 눈, 또는 얼음)를 측정할 수 있고, 수막 깊이(water film depth)와 온도도 측정할 수 있음. 또한 이러한 센서는 마찰력을 0과 1사이에서 0.01 단위의 해상도(resolution)로 측정할 수 있음. 도로 포장 상태와 마찰에 많은 영향을 미칠 수 있는 습도와 양이나 강수량에 대하여, 이러한 측정은 교차로 경사로의 곡선에 대한 가용한 제한 속도를 설정하는데 유용할 것이라 기대되고 있음. 

날씨-반응 가변 속도 제한 시스템에 대한 독립적인 실험에서 "도로 표면의 상태 변화에 대해 매우 반응적인" 결과를 얻었음. 그리고 마르거나, 젖었거나, 눈이 오는 조건에 대한 SAAB타이어 종류와 비교하여 검사한 결과 마찰력 메트릭스는 매우 이상적으로 나타났음. 오레곤 교통부 프로젝트 담당자와 논의 결과, 미래의 가변 속도 제한 시스템에 다른 센서들을 결합하기 전에 다른 조건에 대한 센서들의 실험은 필수적이라고 결론 내렸음. 

이 프로젝트의 주요 목표는 고속도로 26번과 오레곤 주 고속도로 217번 교차로에서의 나쁜 날씨와 도로상태로 인한 충돌 사고를 줄이기 위해 가변 속도 제한 시스템을 도입하고자 하는 것임. 가변 속도 제한 시스템의 개념은 나쁜 날씨가 운전자의 행동에 영향을 끼치기 때문에, 현재의 도로 포장의 젖은 상태에 대한 정보를 기반으로 하여 교차로의 경사로에서 속도를 줄이도록 하는 것이 그 주요 목표임. 그 장소에서 도로 포장의 상태와 날씨 센서를 이용하여, 다른 도로 상태를 탐지할 수 있고 그에 따른 제한 속도를 변경 시킬 수 있음. 이 교차로 경사로에서는 현재의 도로 날씨와 도로 포장 상태를 기반으로 하여, 가변 속도 제한 신호에 따라서 속도 제한을 조정하고 있음. 이 시스템은 운영은 다음과 같은 일련의 행동으로 진행함:

ㅇ 날씨와 도로 포장 센서(비침습)는 발생 예측, 종류, 축적, 도로 포장 온도, 주위 온도, 그리고 도로 표면의 접지력(grip) 측정을 모니터링함.

ㅇ 도로의 상태 변화는 이 시스템의 배포 이전에 개발된 시스템 알고리즘을 통해 임계값을 결정하는데 이용하는 시스템 컨트롤러에 의해 탐지되는 상태를 기반으로 도로 상태 변화를 알게 됨. 

ㅇ 현재 상태의 변화를 알게 되면, 이 시스템은 로직(logic)이 변화하게 되어 원하는 제어전략에 따라 교통 표지판의 제한 속도가 자동적으로 바뀌게 됨.

ㅇ 이 시스템은 지속적으로 현재의 상태를 모니터링 하고, 이러한 조건과 측정된 임계값과 비교를 지속적으로 하며, 제어 전략/제한 속도를 결정하게 됨. 그리고 바뀔 필요가 생기면 속도 제한 표지판의 속도를 바꿈.   

이 프로젝트에서 중요한 부분은 가변 속도 제한 시스템의 사용을 위한 마찰력/접지력 데이터를 제공하기 위한 탐지 시스템의 테스트임. 이 프로젝트에서 테스트를 위한 선택한 탐지 시스템은 바이셀러(Vaisala), DSC111, 그리고 DST111(원격 도로 표면 온도 센서: Remote Road Surface Temperature Sensor)임. DST111은 도로 표면 온도, 공기 온도, 상대적 습도, 그리고 이슬점(dew point)를 측정하였음. DST111 측정은 도로 상태를 완벽하게 이해하기 위해 DSC111과 함께 사용할 수 있음. DSC111는 표면의 상태(건조, 습기, 서리, 눈, 얼음 등)와 수심(depth of water), 얼음의 깊이 등을 자세히 측정함. 이러한 측정들은 DSC111이 도로 표면이 차량의 이동에서 발생할 접지력을 예측하는데 사용함. 접지력은 0에서 1까지 범위를 가지고 있고 마른 노면에서 일반적으로 0.8 계수를 가짐. 

날씨의 변화에 따라 현재의 도로 접지력 수준을 파악하고 앞으로의 접지력을 예측하는데 있어, 도로 표면의 상태를 결정하는 센서의 능력은 가변 속도 제한 시스템에 이러한 센서를 적용하여 함께 사용하는 주요 이유임. 이러한 측정값들은 가변 속도 제한 시스템에서 예측된 접지력 수준을 기반으로 하여 적절한 차량 속도를 제시하는데 이용됨. 그러나 이러한 센서로부터 얻은 데이터는 제안된 가변 속도 제한 시스템에 적용하기 전에, 다른 표면 상태하에서 접지력 수준을 측정하는 정확도에 대한 이해도가 중요함. 

센서 실험 결과 고속도로 26/ 오레곤 고속도로 217의 가변 속도 제한 시스템에서는DSC111 센서를 이용하기로 결정하였음. DSC111는 검증 결과 일관적이고 정확하게 도로 표면 상태를 탐지하는 것으로 밝혀졌음. DSC111측정에 이용된 알고리즘은 속도 제한이 토로 표면 상태와 도로의 접지력에 따라 의존함. 

전체적으로, DSC111이 날씨-반응 가변 속도 제한 시스템을 위한 도로 상태를 수집하는 주요 센서로 이용하게 된 이유는 다음과 같음:

ㅇ  DSC111센서는 도로 표면의 어떠한 상태도 정확하고 파악하고, 날씨 기반의 가변 속도 제한 알고리즘에 중요한 정보를 정확하게 투입하는 것으로 나타났음. 

ㅇ 실험실에서 검증한 결과, 타이어와 도로 포장 사이의 마찰력 지수는 다양한 도로 표면 상태에 따라 논리적 민감성(logical sensitivities)이 나타났음. 

ㅇ 이 센서는 날씨의 변화를 재빠르게 감지하였고, 이는, 제한 속도가 낮출 필요가 생길 때 빠르게 표지판 낮은 제한 속도를 표시할 수 있도록 하였음.