혼합교통류 교통운영을 위한 자율주행차량 주행관리 전략 설계 및 평가기법에 관한 연구

Abstract

20세기에 들어 시작된 고도의 경제성장과 기술의 발전은 산업혁명과 더불어 자동차의 보편화에 기여하였으며, 이동수단의 보급을 통해 인간의 이동권(移動權) 보장을 위한 교통체계가 마련되었다. 그러나 급격한 자동차의 증가는 교통사고, 교통혼잡, 환경오염 등의 문제를 야기하였다. 이러한 문제를 최소화시킬 수 있는 기술로서, 자동차가 주변 상황을 인지하고 기계적 제어를 통해 주행하는 자율주행기술이 대두되고 있다. 자동차, 통신기술, 인프라의 발달과 기술간 융·복합을 통하여 자율협력주행이 가능할 것으로 기대되고 있다. 그러나 모든 차량이 자율주행기술을 탑재하기 이전까지는 비자율차와 자율차가 혼재되어있는 혼합교통류가 불가피하다. 또한 기존 교통운영관리 전략을 보완하는 방안뿐만 아니라 자율협력주행 기술을 활용한 새로운 패러다임의 교통운영관리 전략 수립이 필요한 실정이다. 이에 따라 본 연구는 혼합교통류 교통운영을 위한 자율차 주행관리 전략을 설계하고 평가하는 연구를 수행하였다. 본 연구의 세부목적은 세 가지로, 첫 번째는 혼합교통류에서 비자율차 주행 특성을 파악하여 자율주행시대 교통운영관리의 필요성을 제기하는 것이다. 이를 위하여 드라이빙 시뮬레이션을 이용하여 혼합교통류 비자율차의 주행 행태와 운전자 작업부하를 파악하였으며, 혼합교통류 교통운영관리 전략 수립이 필요함을 확인하였다. 두 번째 세부목적은 자율협력주행 기반 교통운영관리 전략 평가방법론을 개발하는 것이다. 교통운영관리 전략 평가 단계를 5단계로 정의하였으며, 각 단계별 방법론의 특징과 평가방법론 간 연계 분석방안을 제시하였다. 또한 실제 자율차 주행 자료 수집의 한계로 단기 평가방법론 중 교통류 분석을 수행할 수 있는 미시교통시뮬레이션을 본 연구에서 개발한 교통운영관리 전략을 평가하기 위한 분석방법론으로 선정하였다. 세 번째 세부목적은 혼합교통류 교통운영을 위한 자율차 주행관리 전략을 개발하고 미시교통시뮬레이션을 이용하여 교통운영관리 전략을 평가하는 것이다. 본 연구에서는 개별자율차 관리전략, 차량군집 관리전략, 최적 군집운영조건 판단 전략을 설계하였다. 먼저 개별자율차 관리를 위하여 자율차의 주행적극성을 나타내는 자율주행강도의 개념을 정의하였다. 또한 이동성과 안전성을 고려한 적정 자율주행강도 평가방법론을 설계하고, 교통상황별 적정 자율주행강도를 도출하였다. 차량군집에 대한 교통운영관리 전략 설계를 위하여 군집운영 파라미터를 기반의 군집형성 알고리즘을 개발하였다. VISSIM COM-interface을 통해 군집형성 알고리즘을 구현하였으며 이를 적용하기 위한 차종으로 화물차를 선정하였다. 분석결과, 유입연결로에서 이동성과 안전성이 저하되는 것으로 도출되었으며, 차로변경 안전성 증진을 위한 군집운영 관리가 필요함을 확인하였다. 마지막으로 미시교통시뮬레이션 내 자체 파라미터 기반 군집 구현방안을 설계하고 다양한 교통조건에서의 군집 영향분석을 수행하였다. 분석결과를 활용하여 최적 군집운영조건 알고리즘을 제시하고, 이동성과 안전성 성능감소 허용범위를 만족하는 적정 시나리오를 도출하였다. 본 연구는 자율협력주행시대 교통운영관리 전략 설계 및 평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 교통운영관리 전략 평가 단계를 적용하여 다각적인 평가방법론을 제시하고 교통류 이동성 및 안전성을 고려한 실효성 높은 운영관리 전략을 설계하였다는 점에 의의가 있다. 또한 혼합교통류 교통운영관리 측면에서 본 연구의 결과는 교통류 퍼포먼스를 극대화시킬 수 있는 최적의 혼합교통류 교통운영관리 전략 수립 시 활용될 수 있을 것으로 기대된다.