Journal of the Korean Society of Civil Engineers Vol. 38, No. 6: / December, 2018 DOI: Transportat

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1 Vol. 38, No. 6: / December, 2018 DOI: Transportation Engineering ISSN (Print) ISSN X (Online) 교통공학 오재철 * ㆍ김윤미 ** ㆍ이형무 *** ㆍ하태준 **** Oh, Jaechul*, Kim, Yoon Mi**, Lee, Hyung Mu***, Ha, Tae Jun**** Determination of Weaving Section at Highway Collector-Distrivutor ABSTRACT The highway weaving section is a point where there is a conflict caused by entry and exit vehicles. In order to minimize the impact on the main line, an accumulation line should be installed. The design speed of the collecting part is 50 km/h, but the actual driver does not have proper deceleration according to the design speed. In this study, considering the driving behaviors, the design specification, and the driver 's viewing angle, the appropriate separation distance for safe entry and exit of collecting, connecting, and collecting roads was examined. As a result of the analysis, it is found that a distance of 60m is required from the point where the merging starts. The results of this study are expected to contribute to the improvement of driver safety due to the conflict between entry and exit vehicles when applied to the weaving section where collecting roads are installed. Key words : Highway, Auxiliary lane, Weaving section, Driving behavior, Lane change 초록고속도로위빙구간은진입과진출차량에의한상충이발생되는지점으로본선과의영향을최소화하기위하여집산로를설치토록하고있다. 집산로의설계속도는 50km/h이나실제운전자는설계속도에맞춰적정한감속이이루어지지않고있다. 따라서본연구에서는운전행태, 설계기준차량제원, 운전자의시야각등을고려하여차량의안전한진출입을위해고어노면표시끝에서합류지점까지적정이격거리를검토하였으며분석결과합류가능지점에서약 60m의이격거리가필요한것으로분석되었다. 향후본연구결과를집산로가설치된위빙구간에적용시진출입차량간상충으로인한운전자의안전성증진에기여할것으로판단되며집산로가설치된고속도로위빙구간의노면표시설치기준으로재정립될것으로기대된다. 검색어 : 고속도로, 집산로, 위빙구간, 주행행태, 차로변경 1. 서론 1.1 연구의배경및목적 유입과유출이연속된고속도로의위빙구간에는기하구조또는교통량규모에따라집산로를설치토록규정하고있다. 고속도로의진출입구간은본선부를제외한사고발생건수가톨게이트부근다음으로많이발생하고있다. 이는본선부에비해짧은진출입지점구간에서많은의사를결정하는혼란에기인한다고할수있다. 현재집산로가설치된위빙구간은진입과진출차량에대한고려없이구간내에서유출입이가능토록설계되고있어실제운전자들의운전행태와상이하며이는시거가확보되지않은상충구간에서운전자의 * 전남대학교토목공학과박사수료 (Cheonnam National University hngwolf@nate.com) ** 교신저자 전남대학교토목공학과박사 (Corresponding Author Cheonnam National University swityday@nate.com) *** 정회원 전남대학교토목공학과박사수료 (Cheonnam National University leehyungmu@hanmail.net) **** 종신회원 전남대학교토목공학과교수 (Cheonnam National University tjha@jnu.ac.kr) Received July 11, 2018/ revised August 6, 2018/ accepted October 3, 2018 Copyright c 2018 by the Korean Society of Civil Engineers This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

혼란을발생시키고있다. 이에따라본연구에서는고속도로운전자행태를고려하여집산로가설치된입체교차로위빙구간에서유출입허용지점산정을통해위빙구간유출입부설계기준을제시하고자한다. 1.2 연구의내용및방법본연구에서는집산로가설치된고속도로입체교차로의위빙구간에대한유출입부설계기준을제시하기위해다음과같이연구를수행하였다 (Fig. 1).

2 혼란을발생시키고있다. 이에따라본연구에서는고속도로운전자행태를고려하여집산로가설치된입체교차로위빙구간에서유출입허용지점산정을통해위빙구간유출입부설계기준을제시하고자한다. 1.2 연구의내용및방법본연구에서는집산로가설치된고속도로입체교차로의위빙구간에대한유출입부설계기준을제시하기위해다음과같이연구를수행하였다 (Fig. 1). - 표지등에의하여유도를정확히할수없는경우집산로가설치된경우에는위빙구간내에서유입과유출이가능토록노면표시를설치하고있다 (Fig. 2). 연속부가차로구간 ( 위빙구간 ) 의노면표시는유입부, 일반부, 유출부로구분하여노면표시를설치하도록규정하고있으나실제설치는전구간진출입을허용하거나위빙구간의중심을기준으로유입부와유출부로노면표시를설치하고있다. Fig. 2. Auxiliary Lane Installed at Interchange Fig. 1. Flowchart of Research 1.3 연구의범위본연구에서는한국도로공사에서운영관리하고있는고속도로구간중집산로가설치된다음의입체교차로를대상지점으로선정하여현장조사를시행하였다. - 현장조사위치 : 고창담양간 88올림픽고속도로담양 JCT 집산로구간 - 조사일시 : 2017년 7월 2. 기존연구문헌고찰 2.1 위빙구간설계지침 국내위빙구간설계지침 국토교통부 도로의구조시설기준에관한규칙 도로의구조시설기준에관한규칙에서는엇갈림입체교차로의연결로구간에다음과같은경우집산로를설치하여교통량분산을유도하도록하고있다 한국도로공사 도로설계요령 한국도로공사 도로설계요령 에서는연결로설계시운전자가자연스러운궤적으로본선에진입할수있도록하며, 본선과연결로상호의투시를좋게하기위하여합류단직전에서본선상에는 100m, 연결로상에는 60m는상호투시가능하도록장애물을제거하도록규정하고있다. 또한, 가속차로의형식은일반적으로평행식이바람직하나, 본선에비교적작은반경의평면곡선이있는경우직접식도가능함을제시하고있다. 도로설계요령 또한집산로가설치된입체교차지점에대해서는별도노면표시규정은제시하지않고있다 국외위빙구간설계지침 미국 교통통제시설편람(MUTCD) 본선차선과램프차선의중립영역은갈매기노면표시를하도록하며램프의고어지점에서변속차로의절반에대하여실선을, 그이후는점선차선으로설치하도록제시하였다 (Fig. 3). - 통과차로의교통량이많아분리할필요가있는경우 - 유출분기노즈가인접하여 2개이상있는경우 - 유출입분기노즈가인접하여 3개이상있는경우 - 필요한위빙길이를활보할수없는경우 Fig. 3. Markings of Exit Ramp at Cloverleaf Interchange 880

오재철ㆍ김윤미ㆍ이형무ㆍ하태준 2.2 운전행태와자동차인체공학에관한연구 2.2.1 Ryu(1988) Ryu(1988) 는고속도로위빙구간에서의위빙차량의차선변경패턴과갭선택특성을분석함으로써위빙교통의행태를조사하였다. 위빙교통의차선변경패턴은시발차선의교통상태와밀접한관계를나타냈으며갭선택특성은종착차선의교통상태에크게영향을받는것으로분석되었다.

3 오재철ㆍ김윤미ㆍ이형무ㆍ하태준 2.2 운전행태와자동차인체공학에관한연구 Ryu(1988) Ryu(1988) 는고속도로위빙구간에서의위빙차량의차선변경패턴과갭선택특성을분석함으로써위빙교통의행태를조사하였다. 위빙교통의차선변경패턴은시발차선의교통상태와밀접한관계를나타냈으며갭선택특성은종착차선의교통상태에크게영향을받는것으로분석되었다. 또한, 늦은합류차량들이선택한리드, 래그및갭의크기와초기합류차량들이선택한값들사이에는별차이가없음을제시하였다. 3. 고속도로위빙구간집산로유출입부운전자행태조사 3.1 운전자행태현장조사 조사위치및기하구조조사위치는고창담양간 88올림픽고속도로접속부의담양 jct 연결로구간을대상으로하였으며, 해당지점의기하구조는 Fig. 5와같다 Haslegrave(1993) Haslegrave(1993) 은차량의폭에따라약간차이가있지만대략 20 의시야를제공함을제시하였다 (Fig. 4). Fig. 4. Viewing Angle and Width of Driver Peacock and Karwowski(1993) Peacock and Karwowski(1993) 은운전자가머리와눈동자를움직이지않고객체를볼수있는시야각은 120 까지가능하며, 일반적으로 30~40 까지편안한시거확보가가능함을제시하였다. 2.3 시사점국내외기존연구문헌을검토한결과, 위빙구간설계지침에서국내외모두진출입차량의상충을고려한노면표시설치기준이제시되지않았으며운전행태에관한연구분야검토결과국내는진출램프의진출속도를기반으로운전자의주행패턴을통한안전성을평가한연구가진행되었으며국외는병목구간에서의혼잡교통류발생패턴및교통와해전이과정을분석한연구들이주를이루고있다. 이에본연구에서는연속부가차로의진출입차량의차로변경시점 종점위치와주행속도를분석하고운전자주행행태분석을수행하여진출입구간제한길이산정연구로충분한독창성이있을것으로판단된다. Fig. 5. Survey Site and Road Geometry 조사내용진출구간 ( 본선 연결로 ) 과진입구간 ( 연결로 본선 ) 으로분류하고, 각구간을주행하는차량에대하여다음과같은내용을조사하였다. 속도및거리장비는차량별진출입의사결정위치와속도측정을위하여레이저측정장치인 Marks ManⅡ를이용하였다. 1 차로변경시작지점의거리와차량속도 2 차로변경완료후진출램프고어지점의거리와차량속도 3.2 현장조사결과분석 기초통계검증본연구의현장조사결과에대한정규성검정을실시하였으며각각의검정결과는다음과같다. Shapiro-Wilk 정규성검증결과유의확률이 0.05이상이므로모두귀무가설을기각할수없으므로정규분포에따른다고볼수있다 (Table 1). Vol.38 No.6 December

4 Table 1. Analysis of Basic Statistics IN OUT Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk Statistic Degree of freedom P-value Statistic Degree of freedom P-value Statistic Degree of freedom P-value Statistic Degree of freedom P-value VA * * DA * * VB * * DB * * V A is the speed at which lane change starts. V B is the speed after changing the lane. D A is the distance at which lane change starts. D B is the distance after changing the lane. Table 2. Investigation of Driving Behavior OUT ( Main road Ramp) IN (Ramp Main road) Velocity Deceleration Vehicle Velocity Acceleration Vehicle Start End (km/h 2 ) Classification Start End (km/h 2 ) Classification ton truck Car Car Car ton truck Car Car Truck Truck ton truck omit Car Car Car Truck Truck Truck Avg omit 현장조사결과 진출구간 ( 본선 연결로 ) 주행행태조사진출구간을주행하는 50대차량을대상으로행태를조사한결과부가차로에서연결로진출시작차량속도는 77.6km/h로조사되었다. 연결로진입완료후분기부고어지점통과시차량속도는 56.3km/h로나타났다. 이에따른본선에서연결로로의감속도는평균 14.50km/h 2 로분석되었다 진입구간 ( 연결로 본선 ) 주행행태조사진입구간을주행하는 50대차량을대상으로교통행태를조사한결과연결로에서부가차로진입시작시차량속도는 57.9km/h 로조사되었다. 또한진입완료후분기부고어지점을통과시차량속도는 68.2km/h로나타났다. 가속도는평균 7.0km/h 2 으로분석되었다 (Table 2) 위빙구간집산로운전행태분석연결로의설계속도는 50km/h임에도불구하고조사대상차량대부분이설계속도보다높은속도로주행하였다. 특히, 본선에서연결로로진출하는차량의변경시점순간주행속도는 77.6km/h로설계속도 (50km/h) 보다 22.6km/h 높은속도로주행하는것으로나타났다. 집산로가설치된입체교차지점의유출입로에서감속도가가속도보다높은것으로조사됨에따라고속도로운전자들이본선에서연결로로진출시속도를충분히감속하지않고차로변경을시도하는것으로사료된다. 본선에서연결로변경시점이합류시작지점에서 54.4m 이격된지점으로분석되었으며연결로에서본선으로변경시점은합류시작지점에서 37.8m로분석되었다 (Fig. 6). 이는본선에서연결로로변경시의사결정이연결로에서본선으로변경시의의사결정보다빠르며이는참고문헌의외국사례와유사한형태를보였다. 882

5 오재철ㆍ김윤미ㆍ이형무ㆍ하태준 Fig. 6. Result of IN and OUT Fig. 7. Limit Distance Considering Design Vehicle Fig. 8. Limit Distance Considering Viewing Angle Table 3. Result of Experiment about Viewing Angle Height (cm) Viewing angle ( ) Height (cm) Viewing angle ( ) Height (cm) Viewing angle ( ) Average Height is the height of the test vehicle driver. 4. 운전자행태를고려한고속도로위빙구간집산로설계기준제시 4.1 위빙구간집산로모형식산정집산로가설치된고속도로위빙구간의설계기준제시를위하여본연구에서는세가지형태의모형식을제시하고자한다. 모형식은교통류흐름의근간이되는차량특성, 운전자특성을고려하였으며, 이두가지특성에따른운전행태특성을반영하여제시하였다. 이에따라차량특성을반영하여설계차량제원을기준으로한제한거리 (D a ) 와운전자특성을고려하여운전자시야각을기준으로산정한제한거리 (D b ), 그리고운전행태를고려하여운전자차로변경시작시점을기준으로산정한제한거리 (D c ) 를각각산정했다. 산정된값중최대값을설계기준으로제시하였다. 제한거리산정의 3가지형태와상세한산정방법은다음과같다 설계차량제원기준제한거리 D a 본선진입 ( 연결로 본선 ) 차량이램프구간을지나집산로와평행정렬한후바로본선으로진입할경우소요되는거리를산정하였다. 이때램프의고어지점에서부터평행정렬이가능하므로진출입가 능지점에서부터평행정렬된차량의길이 (D 1 ) 에운전자가차선을변경하기위한인지반응시간 (2.5sec) 동안이동거리 (D 2 ) 를산정하였다 (Fig. 7). 현장조사결과, 차량의본선진입속도는평균 57.9km/h로조사되어인지반응시간 2.5초동안차량의이동거리는 40.1m 로조사되었다. 여기에 Full Trailer 길이 19.0m 를고려한다면차량이본선으로진입하기위해서는약 59.20m가소요되는것으로산정되었다. m (1) 여기서, : Full Trailer 길이 : 인지반응시간 (2.5sec) 동안이동거리 (V=57.9km/h) 운전자시야각기준제한거리 D b 본선진입차량이 Side Mirror를통해본선주행차량의발견이가능한거리 (D 3 ) 와차선을변경하기위한인지반응시간 (2.5sec) 동안이동거리 (D 2 ) 를통해산정하였다 (Fig. 8). 주행차량의운전자 Side Mirror 시야각은차량에탑승하여 Side Mirror를통해보이는시점산정하기위해다음과같은실험을 Vol.38 No.6 December

Fig. 9. Viewing Angle Fig. 11. Limit Distance Considering Driving Behavior Fig. 10. Specification of Vehicle Fig. 12. Design Criteria for Collector Roads 실시하였다.

도로의차로폭을 3.6m로적용하였을때차로변경을위해필요한뒷차간이격거리는 8.90m로산정되었다. 여기에인지반응시간동안이동거리 40.1m를고려하여약 49m가필요한것으로나타났다. cot m (2) 여기서, : 차로폭 : 운전자 Side Mirror 시야각 ( =22.03 ) : 인지반응시간 (2.5sec) 동안이동거리 (V=57.9km/h) 4.1.3 운전자행태고려제한거리 D c D c 는실제현장조사를통해집산로위빙구간에서연결로의운전자가본선으로진입하기까지소요되는거리즉, 연결로에서차로변경시작위치를조사한결과 54.

6 Fig. 9. Viewing Angle Fig. 11. Limit Distance Considering Driving Behavior Fig. 10. Specification of Vehicle Fig. 12. Design Criteria for Collector Roads 실시하였다. 실험대상차량은 그랜져TG 이며, 차량후미적정이격거리에서수직으로표기한선에서측정용 Pole 이시야에서벗어나는순간을측정하였다. 실험참가자 10명의시야각조사결과, 평균 로측정되었다 (Table 3)(Figs. 9 and 10). 진입차량이 Side Mirror를통해본선차량유무를인식하고진입가능여부를판단한후, 본선으로진입할경우의필요한거리를산정하였다. 도로의차로폭을 3.6m로적용하였을때차로변경을위해필요한뒷차간이격거리는 8.90m로산정되었다. 여기에인지반응시간동안이동거리 40.1m를고려하여약 49m가필요한것으로나타났다. cot m (2) 여기서, : 차로폭 : 운전자 Side Mirror 시야각 ( =22.03 ) : 인지반응시간 (2.5sec) 동안이동거리 (V=57.9km/h) 운전자행태고려제한거리 D c D c 는실제현장조사를통해집산로위빙구간에서연결로의운전자가본선으로진입하기까지소요되는거리즉, 연결로에서차로변경시작위치를조사한결과 54.4m로분석되었다 (Fig. 11). 조사치 m (3) 4.2 운전자행태를고려한위빙구간집산로설계기준제시연결로에서본선으로진입하고자하는차량이안전하게진입하기위해소요되는연결로길이를설계차량제원, 운전자시야각, 운전자차로변경시작시점을고려해각각산정하였으며, 그중최대값을위빙구간집산로유출입부길이로정한다. 따라서집산로가설치된고속도로위빙구간의합류시작지점에서부터 59.2m( 약 60m) 까지는진출입을금지해야할것으로판단된다 (Fig. 12). max (4) max m 5. 결론및향후연구과제 본연구는위빙구간집산로설계기준을산정하기위해운전자인지반응시간과운전자시야각등을고려하고현장조사를통해위빙구간에서의차량속도등을실측하였으며다음과같은연구결과를도출하였다. 첫째, 본선에서연결로진출시도지점이연결로에서본선으로진입시점보다합류가능지점에더인접한것으로나타났다. 그러므로연결로에서본선으로진입하는차량의운전자부하가본선에서연결로로진출하는차량보다높은것으로판단된다. 둘째, 차량제원, 시야각, 실제운전자의행태등을고려하여본선에서연결로로진출하는차량의차로변경을방지제한길이를산정하였다. 그결과, 59.2m( 약 60m) 로산정되었다. 셋째, 본연구결과에따라집산로연결부노면표시를통해램프연결로에서집산로진입차량과집산로에서연결로진입차량의상충을방지하여야할것이다. 향후도로의등급에따른위빙구간노면표시설치기준이명확히제시되지않은바집산로가설치되지않은고속도로, 국도, 도심부도로에대한설치기준연구가추가로필요할것으로판단된다. 884

7 오재철ㆍ김윤미ㆍ이형무ㆍ하태준 References FHWA (2015). Manual on uniform traffic control devices (MUTCD). Haslegrave, C. M. (1993). Visual aspects in vehicle design. Taylor & Francis, London. Korea Expressway Corporation (2009). Road design manual (in Korean). Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2013). Guideline about structure and facilities of road (in Korean). Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2013). Korea highway capacity manual (KHCM) (in Korean). Peacock and Karwowski (1993). Automotive ergonomics. Taylor & Francis, London. Ryu, K. S. (1988). An empirical analysis of the behavior of weaving traffic in a freeway weaving section. Journal of Korean Society of Transportation, Vol. 6, No. 1, pp (in Korean). Vol.38 No.6 December

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