Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 29, No. 1, pp. 54-58, February 2014 Copyright@2014 by The Korean Society of Safety (pissn 1738-3803) All right reserved. http://dx.doi.org/10.14346/jkosos.2014.29.1.054 국내원형교차로사고모형 이승주 박민규 박병호 충북대학교도시공학과 (2012. 1. 21. 접수 / 2014. 1. 7. 채택 ) Accident Models of Circular Intersections in Korea Seung Ju Lee Min Kyu Park Byung Ho Park Department of Urban Engineering, Chungbuk National University (Received January 21, 2012 / Accepted January 7, 2014) Abstract : This study deals with the accidents of circular intersections in Korea. The goal is to develop the accident models for 94 circular intersections. In pursuing the above, this study gives particular attentions to collecting the data of geometric structure and accidents, and comparatively analyzing such the models as Poisson and NB regression and multiple regression model using SPSS 17.0 and LIMDEP 3.0. The main results are as follows. First, the negative binomial model among various models was analyzed to be the most appropriate. Second, 3 independent variables was adopted in the model, and these variables was analyzed to have a positive relation to the accident rate. Finally, the reduced width of circulatory roadway, removal of the parking lot within circulatory roadway and appropriate levels of approach lane were required to improve the safety of circular intersection. Key Words : circular intersection, multiple regression model, poisson and NB regression model, paired t-test, multicollinearity 1.1. 연구의배경및목적 1. 서론 회전교차로는신호교차로와는다르게신호운영방식을채택하지않고, 교차로중앙에중앙교통섬을두어진입차량이중앙교통섬을끼고회전하여통과하도록되어있는교차로이다. 회전교차로의원형인로터리는미국에서처음도입을시작한교차로운영방식으로진입차량에게통행우선권을부여하여운영되는방식의교차로이다. 회전교차로는회전차로내의회전차량에게통행우선권이부여되는데, 이는미국에서처음도입한로터리와는다른운영방식이다. 현재해외에서는회전교차로의우수성을인지하고많이도입되어있는실정이다. 국내에서도국토해양부에서 2010 년에 회전교차로설계지침 을만들어, 회전교차로의도입에많은노력을기울이고있다. 하지만도입을시작한시기가그리오래되지않아아직은그운영방식이다소낯설어운전자들이혼란을겪는경우가많다. 운전중의혼란은자칫교통사고로이어질위험이높기때문에이에대한개선이요구되고있다. 이에이연구는회전교차로와회전교차로의원형이라할수있는로터리를합친원형교차로에서의포아송및음이항회귀모형및다중선형회귀모형을이용하여국내원형교차로에서발생하는사고모형을구축하고, 그에따 른개선방안을제시하는데목적이있다. 1.2. 연구의내용및방법 이연구는국내원형교차로의사고모형개발을목적으로하고있으므로, 자료수집을위해국내원형교차로 94 개소를대상으로조사하였다. 그외교통량. 기하구조및교통시설물의자료는동영상분석과현장조사를병용하여수집하였다. 연구의수행과정으로는첫번째로, 국내원형교차로에서발생한사고자료중 2007 년부터 2009 년까지의자료를수집 1) 한후, 94 개지점의사고자료를분류하였고, 해당교차로의기하구조를 EXCEL 을이용하여코딩하였다. 두번째로, 코딩된자료를 1 개의종속변수와 11 개의독립변수로나누고각변수들의특성을 SPSS17.0 을이용하여분석하였다. 마지막으로, SPSS17.0 과 LIMDEP3.0 을이용하여다중선형회귀모형과포아송및음이항회귀모형을통하여사고모형을개발하였다. 2. 기존연구고찰 2.1. 국내연구임진강등 2) 은 VISSIM을이용하여로터리를회전교차로로전환했을때의효과를비교분석하였다. 그결과, 회 Corresponding Author : Byung Ho Park, Tel : +82-43-261-2496, E-mail : bhpark@chungbuk.ac.kr Department of Urban Engineering, Chungbuk National University, 52, Naesudong-ro, Heungdok-gu, Cheongju, Chungbuk 361-763, Korea 54
국내원형교차로사고모형 전교차로로전환했을경우로터리에비해속도및교통량에대한지체의비교에서로터리가회전교차로보다지체가심한것으로분석하고있다. 한수산등 3) 은 5 지회전교차로는진입교통량이 3,500pcph 이하일때효과적이며, 6 지 1 차로는 3,600pcph 이하에서효과적이라고분석하였다. 그리고 6 지 2 차로의경우에는모든진입교통량조건에서회전교차로가더효과적인것으로분석하고있다. 김준용등 4) 은 ZAM 을이용하여청주시간선가로구간의교통사고모형을분석하였다. 그결과교통량과진출입구수가많을수록, 중앙분리대의길이가짧을수록교통사고가발생될확률이높아진다고분석하고있다. 김응철등 5) 은지방부신호교차로의사고예측모형을개발한결과좌회전전용차로, 횡단보도, 제한속도, 조명시설, 교차각, ADT 등이사고에영향을미친다고분석하였다. 유두선등 6) 은청주시와청원군의신호교차로를중심으로다중선형회귀모형, 포아송및음이항모형을개발하였다. 각모형별로종속변수를사고건수와 EPDO 로모형을개발하였으며, 횡단보도의합계, 전체교통량, 차로폭차이및주도로폭이지방부신호교차로에서의사고발생확률에영향을주는것으로분석하고있다. 2.2. 국외연구 Persaud, B. N. 등 7) 은지방지역 2 차로도로의교통시설물설치가사고방지에효과적이라고밝혔다. 그리고교통시설물중중앙분리대가없을경우중앙선침범으로인한정면출동이나측면접촉사고가발생할수있으며, 이러한사고는심각도가높은것들이기때문이라고밝히고있다. Xuedong, Y. 등 8) 은신호교차로의선형및접근도로의종단경사가서로다른 6 개의교차로를대상으로측면직각충돌사고를분석하였다. 그결과대상교차로에서일어난측면직각충돌사고는교차로의기하구조및날씨, 제한속도등에영향을받는다고분석하였다. Kara M. Kockelmac 등 9) 은교통사고발생시운전자의부상심각도를순서형프로빗모형을이용하여분석하였다. 이연구는운전자의사고심각도분석이목적이기때문에가해자인 1 당사자와피해자인 2 당사자간의차종, 속도변수등여러요인을설명변수로사용하고단독사고와쌍방사고를분류하여분석하였다. 2.3. 기존연구와의차별성 이연구에서는원형교차로의사고모형을개발하는데있어서다중선형회귀모형과포아송및음이항회귀모형을사용하여사고모형을개발하였다. 기존연구와의차이점으로는우선, 신호교차로나가로구간의아닌원형교차로의사고모형을구축하였다는점에서차이가있다. 대상지의선정또한선행연구에서는특정시 도를선정하였지만, 이논문에서는전국 94 개소원형교차로를대상으로하였다는점에서기존연구와의차별성이있다고 하겠다. 3.1. 자료의수집및분석 3. 분석틀설정 국내원형교차로의사고모형을개발하기위해대상지교차로 94 개소의교통량, 기하구조및구성요소자료를조사하였다. 이연구에서사용되는종속변수인사고율은 2007 년부터 2009 년까지의전국사고자료 (1,122 건 ) 와교통량자료를토대로백만차량당사고건수이다. 3.2. 변수의설정 이논문에서는 1 개의종속변수와 11 개의독립변수를설정하고있다. 원형교차로의사고특성상측면직각충돌이나추돌사고가주를이루기때문에, 이와관련한회전차로의기하구조나접근로에설치되어있는교통시설물을변수로선정한다. 종속변수인사고율은교통량요인이계산과정에포함되었으므로독립변수에교통량을제외하고분석을진행하였다. 변수에대한정의는표 1 과같다. 변수들의기술통계결과는표 2 와같으며, 인중앙교통섬직경의분산도가가장큰것으로분석되었다. Table 1. Definitions of variables Division Variable Unit Accident rate unit/million Diameter traffic circle m Width of circular roadway m No. of circular roadway Number No. of approach Number Avg. of approach lane Number Avg. of traffic islands Number Avg. of crosswalk Number Avg. of reducing facilities Number Lighting facilities Install=1, otherwise=0 Parking lot Install=1, otherwise=0 Bus stop Install=1, otherwise=0 Table 2. Descriptive statistics of variables Division Range Std. Deviation Variance Skewness Kurtosis 34.000 4.802 23.061 2.517 12.271 209.77 26.002 676.120 4.625 28.759 11.625 2.249 5.057 1.605 3.134 4.000 0.907 0.822 1.578 2.099 5.000 1.050 1.101 0.744 0.911 3.100 0.551 0.304 0.798 0.468 1.333 0.379 0.144-0.932-0.554 1.750 0.387 0.150-0.730 0.584 1.333 0.307 0.094 2.261 4.726 1.000 0.347 0.120-2.130 2.590 1.000 0.476 0.227 0.684-1.565 1.000 0.500 0.250-0.217-1.996 한국안전학회지, 제 29 권제 1 호, 2014 년 55
이승주 박민규 박병호 Table 3. Correlation analysis Division 1 - - - - - - - - - - - 0.060 1 - - - - - - - - - - 0.034-0.235 * 1 - - - - - - - - - 0.084 0.463 ** -0.423 ** 1 - - - - - - - - -0.073 0.029-0.020 0.255 * 1 - - - - - - - 0.217 * 0.477 ** -0.199 0.543 ** -0.085 1 - - - - - - -0.147 0.250 * -0.246 * 0.125-0.206 * 0.211 * 1 - - - - - -0.087 0.137-0.184 0.146 0.012 0.103 0.171 1 - - - - 0.023 0.065-0.168-0.111-0.161-0.030-0.215 * -0.123 1 - - - 0.134 0.081-0.067 0.167 0.062 0.203 * -0.057 0.201 0.151 1 - - 0.174 0.085-0.133 0.065 0.181-0.036-0.148 0.035 0.209 * 0.223 * 1-0.067 0.081 0.019 0.272 ** 0.093 0.416 ** 0.132 0.209 * -0.041 0.136 0.059 1 * 상관계수는 0.05 수준 ( 양쪽 ) 에서유의함 ** 상관계수는 0.01 수준 ( 양쪽 ) 에서유의함 3.3. 상관관계분석수집된변수들의상관관계분석은연구수행과정에서매우중요하다. 종속변수와독립변수간의상관성을분석한결과는표 3과같다. 분석결과, 변수들의관계에서 과 의상관관계가 0.543으로다른변수들에비해높게분석되었다. 3.4. 다중공선성분석 다중공선성이란회귀분석에서설명변수중에상관관계가높은변수가포함되어있을때분산행렬의행렬식이 0 에가까운값이되어회귀계수의신뢰도가떨어지게되는현상을말한다. 모형을개발할때변수간에다중공선성이존재한다면그모형의회귀계수를신뢰할수없게되어잘못된결론이도출될수있으므로, 이연구에서는다중공선성의여부를확인하기위해 VIF(Variation Inflation Factor) 값을분석하여문제를판단한다. 다중공선성의분석은 SPSS17.0 을이용하였다. 일반적으 Table 4. Multicollinearity test of variables Variable VIF Accident rate 1.607 Diameter traffic circle 1.541 Width of circular roadway 2.160 No. of circular roadway 1.325 No. of approach 2.049 Avg. of approach lane 1.389 Avg. of traffic islands 1.193 Avg. of crosswalk 1.361 Avg. of reducing facilities 1.194 Lighting facilities 1.184 Parking lot 1.412 로 VIF 값이 10 이상일경우, 다중공선성이있다고판단한다. 이연구에서사용한변수들간의 VIF 값은표 4 와같다. 11 개독립변수의 VIF 분석결과모든변수에서 3 미만의값으로분석되어다중공선성문제는없는것으로판단되어, 이연구에서는모든변수를활용하여사고모형을개발한다. 4.1. 모형의이론적고찰 4. 모형의개발 다중선형회귀 (multiple linear regression) 모형은독립변수가 2개이상인경우의선형회귀모형을의미한다. 종속변수 Y와독립변수 을가지고있는다중선형모형은식 (1) 과같이선형함수로표현한다. (1) 여기서 은회귀계수또는매개변수를의미하며, 는평균 0과분산 을가지는정규분포형태를띠고있다고가정한다. 포아송회귀 (Poisson regression) 모형은회귀분석이나범주형자료를분석하기위해사용되는모형으로, 일정한시간또는공간에서 0(zero) 을포함한사건발생횟수와이에따른확률분포를말한다. 포아송분포의확률밀도함수는식 (2) 와같다. exp (2) 음이항회귀 (Negative Binominal regression) 모형은자료의분포가과분산 (overdispersion) 을나타낼경우포아송모형은적용하기어려운점이있기때문에이를해결하기위해자주사용되는모형이다. 음이항회귀모형식은포 56 Journal of the KOSOS, Vol. 29, No. 1, 2014
국내원형교차로사고모형 아송회귀모형식에오차항을결합시킨형태로식 (3) 과같다. 4.2. 포아송및음이항회귀모형 비선형모형인포아송및음이항회귀모형으로사고모형을구축한결과우도비가각각 0.051과 0.165로, 포아송회귀모형은설명력이떨어지는것으로분석되었고, 음이항회귀모형은설명력이다소낮지만통계적으로유의하다고판단되었다. 포아송과음이항회귀모형의적합성판단기준은 Simon P. Watson 10) 이제시한 1.96을준용하였다. 이연구에서개발된음이항회귀모형의 Alpha ( α) 의 t 통계값은 4.866으로 1.96이상이기때문에음이항이적합한것으로분석되었다. 음이항회귀모형에서채택된독립변수는총 2개이다. 채택된모형의변수는접근로차로수평균 ( ) 과접근로별분리교통섬수 ( ) 로분석되었으며, 사고에가장크게영향을미치는변수로는접근로별분리교통섬수평균이 -0.498로가장높게나타났다. 4.3. 다중선형회귀모형 다중선형회귀모형으로분석한결과, 수정된 값이 0.594로포아송및음이항회귀모형과마찬가지로모형의 Table 5. Result of count data modeling Variable Poisson Negative Binominal Coeff. 1.434 1.420 Constant t-ratio 10.895 5.673 0.000 0.000 t-ratio 5.068 2.006 Coeff. 0.397 0.422 0.000 0.045 t-ratio -4.006-2.202 Coeff. -0.462-0.498 0.001 0.028 0.051 0.165 Alpha( ) - 0.437(4.865) (3) Table 6. Result of multiple regression modeling Division Adjusted Std. Error of the Estimate Durbin- Watson F Value 0.603 0.594 4.687 1.886 69.801 0.000 Variable Unstandardized Coefficients B Std. Error Std. Coefficients t 3.133 0.366 0.666 8.558 0.000 2.246 0.982 0.178 2.288 0.024 설명력이다소낮지만통계적으로의미가있는것으로분석되었으며, 총 3개의독립변수가채택되었다. 채택된변수는접근로차로수평균 ( ) 및주차장유무 ( ) 로, 이변수들은모두회전교차로의사고율에양 (+) 의관계를가지는것으로분석되었으며, 이변수들은모두통계적으로유의한것으로평가되었다. 아울러상수항을추가하여분석한결과, 모형의 값이적고, 채택되는변수가 1개인모형으로개발되었다. 이것은단순선형회귀모형으로연구의목적을달성하기어렵기때문에이연구에서는상수항을제외하고모형을개발하였다. 4.4. 모형의검정 이연구에서는개발된모형의적합성을판단하기위해서두가지모형의실측치와예측치를이용해대응표본 t 검정을이용한다. 모형의검증은모형의개발에사용된자료를이용하는방법과조사지점과유사한지역의자료를수집하는방법이있는데, 이연구에서는전자의방법을사용한다. 대응표본 t 검정은실측치와예측치의동일성을검정하기위한것으로 t 검정을실시한결과는 Table 7 과같다. 검정결과두사고모형모두유의확률이 0.617 과 0.980 으로귀무가설을기각하지못하여실측치와예측치간의차이가있다고할수없는것으로분석된다. 5. 결론 이연구에서는전국 94 개원형교차로 ( 회전교차로와로터리포함 ) 에서발생한교통사고율을이용하여사고모형을개발하였다. 이논문의결론은다음과같다. 첫째, 이연구에서개발된원형교차로사고모형인다중선형회귀모형, 포아송및음이항회귀모형중음이항회 Table 7. Paired t-test Paired Differences Division 95% Confidence Interval t Mean Std. Deviation Lower Upper Multiple linear 0.241 4.656-0.713 1.194 0.502 0.617 Negative Binominal -0.012 4.614-0.957 0.933-0.025 0.980 한국안전학회지, 제 29 권제 1 호, 2014 년 57
이승주 박민규 박병호 귀모형이통계적으로가장적합하다고분석되었다. 둘째, 채택된모형의독립변수는접근로차로수평균 ( ), 접근로별분리교통섬수평균 ( ) 및주차장유무 ( ) 가채택되었으며, 분리교통섬수평균 ( ) 을제외한변수들은 (+) 를가지는것으로분석되었다. 셋째, 모형에서채택된변수를해석하면다음과같다. 우선, 접근로차로수평균 ( ) 은접근로의차로수가많을수록차량끼리의상충횟수가증가하게되어이역시회전차로폭과마찬가지로사고의위험이다소높은것으로해석이가능하다. 접근로별분리교통섬수평균 ( ) 은접근로의차로수가많을수록차량끼리의상충횟수가증가하게되어이역시회전차로폭과마찬가지로사고의위험이다소높은것으로해석이가능하다. 또한, 회전차로내에설치된주차장 ( ) 은회전차량의정지율이높아지고, 이는곧차량간후미추돌사고등의사고위험성이높아지는것으로해석할수있다. 따라서원형교차로에서의교통사고를감소시키기위해서는회전차로내주차장의폐쇄및접근로차로수의적정수준유지가필요할것으로판단된다. 아울러분리교통섬을설치하여차량의교차각유지와보행자의대기장소를설치하여사고위험성을낮출필요가있는것으로분석되었다. 이연구의향후과제로는보다많은사고자료를이용하여분석할필요가있다는것이다. 또한교통사고자료를사고요인및사고유형별로분류하여사고모형의개발과함께비교 분석하는연구도진행되어야할것이다. References 1) Traffic Accdent Analysis System, Road Traffic Authority (TAAS). 2) J. K. Lim and B. H. Park, Comparative Analysis of Operational Effectiveness Related to the Conversion of Rotary to Roundabout in Korea, International Journal of Highway Engineering, Vol. 13, No. 2, pp. 77-83, 2011. 3) S. S. Han and B. H. Park, Comparative Analysis on the Delay between Multi-legged Roundabout and Signalized Intersection, Journal of Korean Intelligent Transport Systems, Vol. 9, No. 6, pp.83-93, 2010. 4) J. Y. Kim and B. H. Park, Developing the Accident Models of Cheongju Arterial Link Sections Using ZAM Model, International Journal of Highway Engineering, Vol. 12, No. 2, pp. 43-49, 2010. 5) E. C. Kim, D. M. Lee and D. H. Kim, Development of Traffic Accident Frequency Model for Evaluating Safety at Rural Signalized Intersections, International Journal of Highway Engineering, Vol. 10, No. 4, pp. 53-63, 2008. 6) D. S. Yu, B. H. Park, J. M. Yang and Y. M. Lee, Analysis of Accident Characteristics and Development of Accident Models in the Signalized Intersections of Cheongju and Cheongwon, Journal of Korean Society of Transportation, Vol. 26, No, 2, pp. 35-46, 2008. 7) X. D. Yan, Safety Issue of Red-light Running and Unprotected Left-turn at Signalized Intersections, B.Sc. Xi'an University of Architecture & Technology, M.Sc. University of Central Florida, 2005. 8) B. N. Persaud, R. A. Retting and C. A. Lyon, Crash Reduction Following Installation of Centerline Rumble Strips on Rural Two-lane Roads, Accident Analysis and Prevention, Vol.36, No.6, pp. 1073-1079, 2004. 9) K. M. Kockelmac and Y. J. Kweon, Driver Injury Severity: an Application of Ordered Probit Models, Accident Analysis and Prevention, Vol. 34, No. 3, pp. 313-321, 2002. 10) P. W. Simon, Statistical and Econometric Methods for Transportation Data Analysis, pp. 250-254, 2003. 58 Journal of the KOSOS, Vol. 29, No. 1, 2014