KR100405202B1 - 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법 - Google Patents

이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 관한 것으로서, 가로망을 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적 셀단위로 나눈 다음 셀내부의 차량 점유상태와 셀속도를 가지고 차량추종모형과 차로변경모형을 적용하여 개별 차량들을 연속적으로 업데이트시키면서 차량흐름을 확산시킴으로써 짧은 컴퓨팅시간으로 여러 교통현상을 분석할 수 있으며, 차량의 움직임을 차량 점유상태인 「0,1」로 표현함으로써 적은 컴퓨팅메모리로 대규모 네트워크에 적용 가능한 이점이 있다.

Description

이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법{METHOD FOR MICRO TRAFFIC FLOW SIMULATION USING BINARY CELL}
본 발명은 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가로망을 차량한대가 점유할 수 있는 공간적 셀단위로 나눈 다음 셀내부의 차량 점유상태와 셀속도를 가지고 차량추종모형과 차로변경모형을 적용하여 개별 차량들을 연속적으로 업데이트시키면서 차량흐름을 확산시킴으로써 짧은 컴퓨팅시간으로 여러 교통현상을 분석할 수 있으며, 차량의 움직임을 차량 점유상태인 「0,1」로 표현함으로써 적은 컴퓨팅메모리로 대규모 네트워크에 적용가능하도록 한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 관한 것이다.
최근들어, 세계 도처에서는 차량수요의 증가로 인한 주행차량의 급격한 폭증으로 인해 점진적으로 증가하고 있는 교통체증, 교통사고, 교통환경, 교통 서비스 등의 교통문제와 관련한 각종 문제들 및 이러한 문제들을 해소하기 위한 각종 교통대책 등이 수립되고 있는 실정이다.
이와 같은 각종 문제들에 대한 대책을 수립하기 위해 필요한 교통현상을 분석하기 위한 거시적 방법으로는 가로망에 대해 차로나 도로의 기하학적 구조에 대한 분석없이 가로망에서의 전체적인 흐름만을 분석하기 때문에 대략적인 교통정책의 분석 및 도로의 사용선호도 등을 분석하고 있다.
그러나, 이와 같은 거시적인 방법으로는 유체보전 법칙에 기반을 두고 거시적 교통류 특성변수인 교통량, 속도, 밀도의 관계식을 가지고 교통류를 시뮬레이션을 하는 공학용모형과, 도로용량과 V/C의 변화에 따른 통행시간변화를 표현한 BPR식을 이용하여 교통류를 링크에 배분하는 개념의 계획형 모형이 있는데 이와 같은 방법은 가로망의 교통류 분석을 위한 컴퓨팅시간이 짧아 빠른 시간내에 분석은 가능하지만 실제 교통현장에서 발생하는 여러 교통현상 즉, 합·분류로 인한 교통류 영향, 차로감소 및 확폭으로 인한 교통류 영향 등을 설명하기에 적절하지 못하며, 또한, 요즘 새로운 교통문제 해결방안으로 대두되는 첨단교통체계(ITS)의 효과분석이나 교통 대기오염분석과 같은 세밀한 분석을 하기에는 많은 한계점을 내포하고 있는 문제점이 있다.
한편, 교통현상의 분석을 위한 미시적 방법으로는 실제 교통현장에서 이루어지는 차량들의 통행 행태를 "있는 그대로" 차량의 주행에 영향을 미치는 통행특성변수들인 주행차량의 속도, 전방차량과의 차두거리, 전방차량의 속도, 후방차량과의 차두거리간의 관계를 표현한 차량추종 모형, 차로변경 모형, 간격수락 모형의 차량행태 모형으로 개별차량단위로 시뮬레이션하여 개별차량의 특성에 따라 변화하는 교통류 영향과 교통시설의 추가로 인한 통행패턴변화 등을 판단할 수 있으며, 교통 대기오염 분석이나 ITS의 효과분석이 가능하게 된다.
그러나, 이와 같은 미시적인 방법은 가로망의 교통류를 분석하기 위해 처리하는 데이터량이 너무 많이 컴퓨팅 시간이 너무 오래 걸리게 되어 처리하는데 한계가 있어 좁은 지역에서의 교통현상은 분석할 수 있으나 대규모 도로망을 분석할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 가로망을 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적 셀단위로 나눈 다음 셀내부의 차량 점유상태와 셀속도를 가지고 차량추종모형과 차로변경모형을 적용하여 개별 차량들을 연속적으로 업데이트시키면서 차량흐름을 확산시킴으로써 짧은 컴퓨팅시간으로 여러 교통현상을 분석할 수 있으며, 차량의 움직임을 차량 점유상태인 「0,1」로 표현함으로써 적은 컴퓨팅메모리로 대규모 네트워크에 적용가능하도록 한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에서 이진셀 가로망 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 의한 차로변경 모형을 설명하기 위한 주행차로와 차로변경 대상차로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따른 차로감소링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 연속적으로 분류가 이루어지는 구간을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따른 분류링크 구간에서의 차량변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 분류차량의 감속차로 진입과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 합류링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 본선 분기링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 엇갈림링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 톨 부스 설치링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 가로망 및 OD자료를 입력받는단계와, 입력받은 가로망과 OD자료로부터 링크별로 가로망을 생성하되 링크를 다시 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적인 단위인 셀 규격에 따라 이진셀 단위로 구분하여 가로망을 생성하고, 일정시간 간격으로 OD를 분할한 후 OD별 차량을 발생하는 단계와, OD별로 발생된 개별차량의 경로를 생성하고 생성된 경로에 따라 가로망에 차량을 업로드하는 단계와, 가로망에 대한 OD별 경로 및 OD발생에 따라 구간별로 링크 타입을 설정하고 기하구조를 판단하는 단계와, 개별차량이 OD별 경로에 따라 어떠한 경로를 선택해야하는지를 판단하고, 선택하는 단계와, 선택된 경로의 링크구간에 따라 실제 차량이 이동하는 과정으로 차로변경과 차량전이가 이루어지는 단계와, 링크구간에 따라 차로변경 및 차량전이 모형을 적용하여 실제 차량이 이동하는 과정을 분석한 후 효과척도를 산출하여 데이터베이스화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위에서 OD발생은 일정시간단위로 분리된 차종별 OD에 따라 정수단위로 발생하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이진셀은 셀ID, 링크타입, 기하구조, 차량점유상태, 셀속도, 차량정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 차량점유상태는 차량이 점유된 상태일 때 「1」로 표시되고, 차량이 점유되지 않은 상태일 때 「0」으로 표시되는 것을 특징으로 한다.
또한, 차로변경은 선택된 경로 및 다양한 교통류 상황에 따른 차로변경 조건을 판단하는 단계와, 차로변경 대상차로를 주행중인 차량의 안전조건을 판단하는 단계와, 운전자의 특성에 따라 나타나는 차로변경을 수행하는 확률을 판단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 차로변경 조건은 임의로 차로를 변경하는 선호조건, 간접적 영향에 의해 차로를 변경하는 준선호조건, 분류 또는 합류로 인해 차로를 변경하는 강제적조건, 차로간의 밀도에 의해 차로를 변경하는 밀도조건으로 구분되는 것을 특징으로 한다.
또한, 링크구간에서의 차량이동은 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색하는 단계와, 링크에 의한 영향을 판단하는 단계와, 링크의 영향에 따라 차로변경 및 차량전이가 이루어지는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 링크구간은 차로감소링크, 분류링크, 합류링크, 본선분기링크, 엇갈림링크, 톨부스 설치링크로 구분되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에서 이진셀 가로망 구조를 나타낸 도면이다.
여기에 도시된 바와 같이 가로망을 차량 한 대가 점유할 수 있는 최소의 안전 차두거리의 공간적 단위인 셀로 분리하고 셀 내부의 차량점유상태와 셀속도를 가지고 간단한 수학적 모형인 차량추종 모형과 차로변경 모형을 적용하여 개별 차량들을 연속적으로 업데이트시키면서 차량흐름을 확산시키면서 교통현상을 분석하게 된다.
따라서, 셀 단위로 분석하게 됨으로써 개별차량단위로 분석하는 것보다 컴퓨팅 시간 및 컴퓨팅 메모리가 적게 소모되어 여러 교통상황 및 가로망 구조에 맞는 다양한 모형을 적용시킬 수 있어 대규모 가로망을 차량 한 대, 한 대의 개념을 가지고 미시적으로 교통류를 분석할 수 있게 된다.
셀 내부에는 고유정보로써 셀ID와, 링크타입, 기하구조의 정보가 기록되며, 상태정보로써 차량점유상태, 셀속도, 차량의 이동방향정보 등의 차량정보가 기록된다.
이때 차량점유상태는 이진값으로 차량이 점유된 상태는 「1」로 표시되고 차량이 점유되지 않은 상태는 「0」으로 표시된다.
도 2는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
여기에 도시된 바와 같이 먼저, 가로망 및 OD(Origin Destination)자료를 입력받는다(S10). 즉, 교통류의 분석에서 가장 기본이 되는 가로망과 차량의 발생을 위해 필요한 OD자료를 입력받는다.
이때, 가로망 자료는 가로망 생성에 필요한 노드와 링크자료로 구분되며, 노드자료는 좌표값, 노드 타입, 연결링크 등을 포함하고 링크자료는 셀규격, 링크 타입, 링크길이, 차로수, 차로속성, 차로 제한속도, Ramp 위치 등으로 세분화된다. 또한, OD 자료는 일정시간단위로 분할된 기종점 교통량으로 여기에 차량속성 및 중차량 비율 등이 포함된다.
이렇게 입력된 가로망 자료와 OD자료로 가로망을 생성한다(S20).
가로망은 교통류 분석의 기본단위인 링크별로 생성되며, 링크는 다시 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적인 단위인 셀 규격에 따라 이진셀 단위로 구분된다. 여기서 링크는 동일한 셀속성을 갖는 구간을 의미한다.
그런다음, 실제적인 교통류 흐름을 반영하기 위해 약 15분 정도의 짧은 시간단위로 OD분할을 하고, 분리된 차종별 OD에 따라 균일분포함수와 포아송분포함수(Poisson Distribution function)를 이용하여 정수단위로 발생한다(S30).
이때, 약 15분 동안의 교통류 흐름은 일정하다고 가정한다.
그런다음, OD별로 발생된 개별차량의 경로를 생성하고(S40), 생성된 경로에 따라 가로망에 승용차 및 중차량을 차량누적순서와 차종별 특성에 따라 업로드한다(S50).
그런다음, 입력된 가로망 자료를 바탕으로 생성된 가로망에 대한 OD별 경로 및 OD발생에 따라 구간별로 링크 타입을 판단하고, 차로수, 차로속성, 합·분류위치, 연결차로, 링크길이 등의 기하구조를 판단한다(S60).
그리고, 개별차량이 경로에 따라 어떠한 경로를 선택해야하는지를 판단하고, 선택된 경로에 따라 어떠한 차로를 선택해야하는지, 경로에 따라 현재의 링크에서 다음시간에 이동할 링크구간을 결정한다(S70).
이렇게 결정된 경로 및 링크구간에 따라 실제 차량이 이동하는 과정으로 차로변경과 차량전이가 이루어진다(S80).
차로변경은 선택된 경로 및 다양한 교통류 상황에 따라 선호조건, 준선호조건, 강제적조건, 밀도조건으로 구분되어 차로변경이 이루어지며, 차량전이는 앞차량과의 관계, 차량의 경로에 따라 차량의 추종이 이루어진다.
이렇게 링크구간에서의 차량이동은 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색하고, 링크에 의한 영향을 판단한 후, 링크의 영향에 따라 차로변경 및 차량전이가 이루어지도록 하는 과정을 분석한 후 1초단위로 링크통행시간, 차량감가속비율, 차로별 점유상황, 링크교통량, 밀도, 속도 등 효과척도(MOE : Measure Of Effectiveness)를 산출하여 데이터베이스화한다(S90).
이와 같이 가로망에 차량을 업로드한 후 교통 상황에 따라 차로변경 및 차량전이 과정을 반복하여 정해진 분석시간이 종료되었는가 판단하여 분석시간이 종료되지 않으면 계속반복하여 교통류를 분석하게 되고 분석시간이 종료되었을 경우에는 분석을 종료하게 된다(S100).
위에서 차로변경에 대해 상세하게 설명하면 기종점에 의해 선택된 경로 및 다양한 교통류 상황을 반영하여 선호조건, 준선호조건, 강제적조건, 밀도조건의 4가지로 구분되어 차로를 변경하게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 차로변경 모형을 설명하기 위한 주행차로와 차로변경 대상차로를 나타낸 도면이다.
차로의 변경시 후방차량과의 상대속도, 최소안전조건, 차로변경 대상차로의 전방 갭을 가지고 차로변경 모형을 설정한다.
(1) 선호조건에 의한 차로변경
현재 주행차로에서 차량이 원하는 속도를 얻을 수 없는 경우에 적용되는 것으로써 주행중인 차량이 저속으로 주행하는 전방차량을 추월할 경우에 이루어지는 가장 일반적인 경우의 차로변경 조건이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 선호조건인가 판단하는 것으로써 현재 차로에서 차량이 원하는 속도를 얻을 수 없고, 현재 차로의 전방 갭보다 차로변경 대상차로의 전방 갭이 큰가 판단한다.
-
제 2단계 : 차로변경이 차로변경 대상차로를 주행중인 차량의 안전을 방해하지 않도록 안전조건을 판단한다. .
-
-
제 3단계 : 운전자의 특성을 나타내는 지수로 차로변경을 수행하는 확률적인 조건을 판단한다.
-
여기서,=차량속도(cell/s)
= 차로변경 대상차로의 제한속도(cell/s)
= 주행차로 전방 차두거리(cell)
= 차로변경 대상차로 전방 차두거리(cell)
= 차로변경 대상차로 후방 차두거리(cell)
= 후방차량의 속도(cell/s)
= 선호조건 차로변경 확률
= 무작위값
(2) 준선호조건에 의한 차로변경
합류 및 차로감소로 인해 간접적으로 영향을 받는 차로를 주행하는 차량에 적용되는 조건으로 차량이 합류 및 차로감소 인접차로에 진입했을 경우에만 적용된다. 일반적으로 이 조건은 실제 교통현장에서 자주 발생하는 현상을 표현하기 위한 조건이다.
이를 구체적을 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 준선호조건 판단으로 합류가 이루어지는 차로를 운전자들은 선호하지 않기 때문에, 차로변경 대상차로의 전방 갭이 현재 주행차로의 전방 갭보다 큰가를 판단한다.
-
제 2단계 : 차로변경이 차로변경 대상차로를 주행중인 차량의 안전을 방해하지 않도록 안전조건을 판단한다.
-
-
제 3단계 : 운전자의 특성을 나타내는 지수로 준선호조건 차로변경을 수행하는 확률적인 조건을 판단한다.
-
여기서,= 준선호조건 차로변경 확률
(3) 강제적조건에 의한 차로변경
강제적조건 차로변경 모형은 분류 또는 합류를 위해 강제적으로 차로변경을 수행하는 차량에게 적용되는 조건으로 일반적으로 분류하려는 운전자는 최소안전조건만 확보되면 차로변경을 시도하며, 분류거리가 가까워 올수록 차로변경 확률은 높아지게 된다.
제 1단계 : 1차 강제적조건 판단으로 현재 차량의 속도보다 차로변경 대상차로의 전방 갭이 크고, 후방차량의 최소안전조건이 보장되었나 판단한다. 이때 최소안전조건은 해당차량 및 후방차량의 최대감속 허용값을 가지고 산출된 차로변경을 수행하는데 필요한 최소한의 안전조건이다.
-
-
-
제 2단계 : 2차 강제적조건 판단으로 1차 강제적 조건을 만족하지 못했을 경우로써, 분류 거리가 가까워짐에 따라 차량이 차로를 변경하는 확률은 높아지고, 수행조건은 완화된다. 그러나 후방차량의 최대감속능력을 초과하면서까지 차로변경을 수행하지는 않도록 한다.
-
-
-
여기서,=
=
= 1차 강제적 조건 차로변경 확률
= 2차 강제적 조건 차로변경 확률
= 거리에 따른 강제적 가중치값
= 최대감속허용 한계값
= 분류를 위한 강제적조건 차로변경 알고리즘 적용 거리값
= 분류지점까지의 거리
(4) 밀도조건에 의한 차로변경
밀도조건에 의한 차로변경 모형은 톨 진입구간을 주행중인 차량에 적용되는 모형으로써 좌·우측차로의 밀도와 현재 주행중인 차로의 밀도를 비교하여 상대적으로 밀도가 적은 차로로 차로변경을 수행하는 것이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 현재 주행차로의 밀도보다 차로변경 대상차로의 밀도가 작을 경우 차로변경을 수행할 수 있는가 밀도조건을 판단한다.
-
제 2단계 : 차로변경이 차로변경 대상차로를 주행중인 차량의 안전을 방해하지 않도록 안전조건을 판단한다.
-
제 3단계 : 운전자의 특성을 나타내는 지수로 준선호조건 차로변경을 수행하는 확률적인 조건을 판단한다.
-
여기서,= 주행차로의 밀도
= 차로변경 대상차로의 밀도
= 밀도조건 차로변경 확률
또한, 차량전이는 실제차량이 이동하는 과정으로 앞차량과의 관계 차량의 경로에 따라 차량의 추종이 이루어진는 것으로써 이를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 전방차량과의 전방 갭(gap)을 판단한다. 즉, 주행차량의 이동에 영향을 미치는 차량과의 차두거리를 판단한다.
제 2단계 : 전이가능 셀수를 판단한다.
-
즉, 차량은 전방차량과의 갭보다 현재속도가 작다면 가속하기를 원하기 때문에 전이가능한 셀수를 판단한다.
제 3단계 : 감속조건을 판단한다.
-
- 제 1감속조건은 차량의 속도가 0보다 크게되면 임의의 확률적 함수값을 가지고 차량을 감속한다.
- 제 2감속조건은 전방 갭이 현재 차량의 속도보다 큰 경우에만 임의의 확률적 함수값을 가지고 차량을 감속한다.
- 제 3감속조건은 현재 차량의 속도가 1보다 클 경우에만 임의의 확률적 함수값을 가지고 차량을 감속한다.
제 4단계 : 셀속도 만큼 전방 셀로 이동한다.
-
여기서,= 차량속도(cell/s)
= 차량이 가질 수 있는 최대속도(cell/s)
= 현재 주행차로의 제한속도(cell/s)
= 다음시간에 이동가능한 거리(cell)
= 전방차량과의 차두거리(cell)
New Cell = 다음 시간에 차량이 점유하게 되는 cell 위치
Current Cell = 현재 시간에 차량이 점유하고 있는 cell 위치
= 무작위값
= 제 1감속조건의 감속비율
= 제 2감속조건의 감속비율
= 제 3감속조건의 감속비율
= 다음시간 차량의 점유cell
= 현재시간 차량의 점유cell
위와 같이 차로변경과 차량전이 모형을 기반으로 경로에 따라 링크구간별로 이진셀을 기반으로 교통현상이 일어나게 된다.
링크구간은 차로감소링크, 분류링크, 합류링크, 본선분기링크, 엇갈림링크, 톨부스 설치링크로 구분되며 각각의 링크에 따라 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색하고 해당 링크에 의한 영향을 판단한 후 차로변경 및 차량전이가 이루어진다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1) 차로감소링크
차로감소가 이루어지는 링크구간에서는 차로감소로 인해 통행에 영향을 미치는 거리범위(Red_pf)를 입력자료(Default=500m)로 받아, 차량이 차로감소로 인해 영향을 받는 거리범위 안에 들어오면 감소차로를 주행중인 차량은 강제적조건 차로변경을 적용하였으며, 감소차로 인접차로를 주행중인 차량은 준선호조건 차로변경을 적용하였고, 본선차로를 주행중인 차량들은 선호조선 차로변경을 적용하였다.
도 4는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따른 차로감소링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차량전이 및 셀속도 알고리즘을 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계 : 차로감소로 인한 영향을 판단한다.
- 제 2-1단계 : 현재 주행중인 셀의 위치가 차로감소로 인한 영향권 범위에 있는지 판단한다.
- 제 2-2단계 : 감소차로의 접속위치를 판단한다. 즉, 감소차로가 좌측, 우측, 양측모두 중 어느 쪽에 접속하고 있는가 판단한다.
- 제 2-3단계 : 현재 주행차로의 특성을 판단한다. 즉, 현재 주행차로가 본선차로, 감소차로, 인접차로 중 어느 차로에 있는가 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 현재 점유 셀 위치가 차로감소로 인한 영향권 범위에 있고 감소차로를 운행중인 차량은 본선차로로 강제적 조건 차로변경 알고리즘을 적용하여 차로변경이 이루어진다.
그리고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수로 적용된다.
여기서,
Red_pf = 차로감소로 인해 교통류가 영향을 받는 기준거리
Rest_len = 현재 점유셀에서 차로감소링크 마지막 셀까지의 거리
또한, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소하고, 링크마지막까지 차로변경을 수행하지 못한 차량은 차량전이가 금지된다.
- 차로감소로 인한 영향권 범위에 있고 감소차로 인접차로를 주행중인 차량은 본선차로로 준선호조건 차로변경 알고리즘을 적용하여 차로변경이 이루어지고 감소차로로 차로변경이 금지된다.
- 차로감소로 인한 영향권 범위에 있고 본선차로를 주행중인 차량은 선호조건 차로변경 알고리즘을 적용하여 차로변경이 이루어진다.
(2) 분류링크
분류링크에서는 기본적으로 차량이 진출할 차량이냐, 아니냐를 판단하여 감속차로 설치구간에서는 감속차로로, 감속차로가 없는 구간에서는 진출 Ramp의 접속위치에 따라 좌측차로 또는 우측차로로 차량이 차로를 변경하도록 강제적조건 차로변경 알고리즘을 적용하고, 차량전이는 다른 구간과 마찬가지고 갭과 선호속도에 따라 이루어진다.
도 5는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 연속적으로 분류가 이루어지는 구간을 나타낸 도면이고, 도 6은 분류링크 구간에서의 차량변경 및 차량전이를 나타낸 도면이고, 도 7은 분류차량의 감속차로 진입과정을 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차량행태 모형의 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계 : 분류로 인한 영향 판단
제 2-1단계 : 분류지점까지의 거리를 판단한다.
제 2-2단계 : 분류위치가 좌측, 우측의 어느쪽인지 판단한다.
제 2-3단계 : 현재 주행차로가 본선차로, 분류 및 감속차로 중 어느 차로에 있는가 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 현재 링크에서 분류되고, 강제적조건 차로변경 알고리즘의 적용 범위내에 있는 차량(Dis_off < Dis_pf)은 분류위치에 따라 좌측 및 우측차로로 강제적조건 차로변경 모형에 의해 차로변경이 이루어지고, 감속차로 접속링크의 경우에는 감속차로로 강제적조건 차로변경 모형이 적용된다.
또한, 분류위치 반대편 차로로의 차로변경이 금지된다. 예를 들어, 분류위치가 우측일 때 현재 주행차로에서 좌측차로로의 차로변경을 금지한다.
그리고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
한편, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소한다.
- 해당 링크에서 분류되지는 않지만 강제적조건 차로변경 모형의 적용 범위내의 차량(Dis_off < Dis_pf)은 도 5와 같이 짧은 거리 범위 내에 연속적으로 분류가 이루어지는 구간에서 발생한다. 또한, 분류위치에 따라 좌측 및 우측차로로 강제적조건 차로변경 모형이 적용되고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
그리고, 분류위치 반대편 차로로의 차로변경이 금지되고 현재링크 분류 및 부가 감속차로로의 차로변경이 금지된다.
- 현 링크에서 진출 또는 연결링크로 분리되지 않고, 강제적조건 차로변경 적용범위 내에 있지 않는 차량(Dis_off > Dis_pf)은 선호조건 차로변경 모형을 적용받으며, 분류 및 감속차로로의 차로변경이 금지된다.
(3) 합류링크
가속차로 있는 차량의 경우는 본선차로로 차로변경을 시키기 위하여 강제적조건 차로변경 모형을 적용하였고, 합류로 인해 영향을 받는 인접차로를 주행중인 차량은 준선호조건 차로변경 모형을, 본선차로 주행중인 차량은 선호조건 차로변경모형을 적용한다.
도 8은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 합류링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차량행태 모형의 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계 : 합류로 인한 영향 판단
제 2-1단계 : 현재 주행중인 차로를 판단한다. 즉, 가속차로, 인접차로, 본선차로를 판단한다.
제 2-2단계 : 본선차로 이용차량의 경우 분류위치까지의 거리를 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 가속차로 주행차량인 경우 본선차로로 강제적조건 차로변경 모형을 적용하여 차로변경이 이루어지고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
그리고, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소한다.
- 합류로 인해 영향을 받는 차로를 주행중인 차량 즉, 가속차로 인접차로를 주행중인 차량은 인접차로에서 본선차로로 준선호조건 차로변경 모형을 적용받아 차로를 변경하고, 가속차로로 차로변경은 금지된다.
- 본선차로를 주행하고 강제적조건 차로변경 모형의 적용 범위내에 있는 차량(Dis_off < Dis_PF)은 분류가 연속적으로 이루어지는 구간에서 가속차로로의 차로변경이 금지되고, 분류위치에 따라 좌측 및 우측차로로 강제적조건 차로변경 모형을 적용받는다. 그리고, 분류위치에 따라 접속위치 반대편 차로로의 차로변경이 금지된다.
- 본선차로를 주행하고 강제적조건 차로변경 모형의 적용 범위내에 있지 않은 차량은 선호조건 차로변경 모형을 적용받고, 가속차로로의 차로변경아 금지된다.
(4) 본선분기링크
분기차로 및 본선구간 차로의 이용여부와 차량의 경로에 따라 차량행태 모형을 적용받는다.
도 9는 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 본선 분기링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차량행태 모형의 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계 : 본선분기로 인한 영향 판단
제 2-1단계 : 분기지점까지의 영향을 판단한다.
제 2-2단계 : 현재 주행중인 차로의 특성을 판단한다. 즉, 본선차로, 분기차로를 판단한다.
제 2-3단계 : 분기로 인한 영향권 범위를 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 본선분기로 인한 영향권 범위 내에 있지 않는 차량은 선호조건 차로변경 모형이 적용된다.
- 해당 링크에서 분기되고, 분기차로를 주행하는 차량으로써 본선분기로 인한 영향권 범위 내에 위치한 차량은 본선차로로의 차로변경이 금지되고, 분기차로로의 차로변경시 선호조건 차로변경 모형이 적용된다.
- 해당 링크에서 분기되고, 본선차로를 주행하는 차량으로써 본선분기로 인한 영향권 범위 내에 위치한 차량은 본선차로로의 차로변경이 금지되고, 분기차로로의 차로변경시 강제적조건 차로변경 모형이 적용되고, 2차 강제적조건 차로변경모형은함수가 적용된다.
또한, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소한다.
- 본선구간을 이용하며 해당 링크에서 분기되지 않고, 본선차로를 주행하면서 본선분기로 인한 영향권 범위 내에 위치한 차량은 분기차로로의 차로변경이 금지되고, 본선차로로의 차로변경시 선호조건 차로변경 모형이 적용된다.
- 해당 링크에서 분기하지 않으면서, 분기차로를 주행하면서 본선분기로 인한 영향권 범위내에 위치한 차량은 분기차로로의 차로변경이 금지되고, 본선차로로 강제적조건 차로변경 모형이 적용되며, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
여기서,= 분기차로 주행차로 본선차로 강제적조건 차로변경 알고리즘 적용 기준거리
= 분기까지 남아있는 거리
또한, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소한다.
(5) 엇갈림링크
분류차량, 합류차량, 본선차량으로 구분하여 차로변경 및 차량전이 모형이 적용된다.
도 10은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 엇갈림링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차량행태 모형의 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계: 엇갈림으로 인한 영향 판단
제 2-1단계 : 엇갈림 링크길인가 판단한다.
제 2-2단계 : 현재 주행차로를 판단한다. 즉, 엇갈림차로, 본선차로를 판단한다.
제 2-3단계 : 진입차량, 진출차량, 본선차로 이용차량을 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 합류차량인 경우 본선차로로 강제적조건 차량변경 모형이 적용되고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
여기서,= 엇갈림링크 구간 길이
= 엇갈림링크 마지막 cell까지의 거리
또한, 차로변경을 수행하지 못하고 감속유도 거리범위 안에 들어오면 차량의 속도를 감소한다.
- 분류차량은 본선차로로의 차로변경이 금지되고, 엇갈림차로로 강제적조건 차로변경 모형이 적용되고, 2차 강제적조건 차로변경 모형은
함수가 적용된다.
- 본선차로 주행차량은 선호조건 차로변경 모형이 적용되고, 엇갈림차로로의 차로변경이 금지된다.
- 엇갈림차로의 인접차로 주행차량은 준선호조건 차로변경 모형이 적용되고, 엇갈림차로로의 차로변경이 금지된다.
(6) 톨 부스 설치링크
톨 부스 설치링크는 차량들의 통행요금을 징수하기 위하여 톨 부스(Toll Booth)가 설치된 구간을 말하는 것으로 차량들이 톨 부스에 도착하면 서비스 시간을 산출하여 서비스를 마치지 않은 차량은 톨 부스 셀을 점유하게 되고, 서비스를 마친 차량에 한해서만 차로변경 및 차량전이 모형이 적용된다.
도 11은 본 발명에 의한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법에 따라 톨 부스 설치링크 구간에서의 차로변경 및 차량전이를 나타낸 도면이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
제 1단계 : 차로변경 및 차량전이 모형의 적용을 위한 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색한다.
제 2단계 : 주행차로 및 차로변경 대상차로의 밀도를 계산한다.
제 2-1단계 : 현재 주행차로를 기준으로 좌·우측차로의 밀도를 계산한다.
제 2-2단계 : 톨 부스의 진입을 판단한다.
제 2-3단계 : 차로변경 금지 구간을 판단한다.
제 2-4단계 : 톨 부스로 인한 좌·우 분기 형태를 판단한다.
제 2-5단계 : 현재 주행차로를 판단한다.
제 3단계 : 차로변경 및 차량전이
- 서비스를 마치지 않은 차량은 밀도조건 차로변경 모형을 적용하고, 물리적 차로변경 금지구간 진입차량은 차로변경이 금지된다. 그리고, 톨 부스 설치 셀을 점유하면 서비스시간을 산출하고, 톨 부스 설치셀 점유를 위한 감속을 유도한다.
- 서비스를 마친 차량은 좌·우측분기 차로의 감소차로를 운행중인 차량은 강제적조건 차로변경 모형이 적용되고, 본선차로를 주행중인 차량은 선호조건 차로변경 모형이 적용되며, 감소차로 인접차로를 주행중인 차량은 준선호조건 차로변경 모형이 적용된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 가로망을 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적 셀단위로 나눈 다음 셀 내부의 차량 점유상태와 셀속도를 가지고 차량추종모형과 차로변경모형을 적용하여 개별 차량들을 연속적으로 업데이트시키면서 차량흐름을 확산시킴으로써 짧은 컴퓨팅시간으로 여러 교통현상을 분석할 수 있으며, 차량의 움직임을 차량 점유상태인 「0,1」로 표현함으로써 적은 컴퓨팅메모리로 대규모 네트워크에 적용가능하도록 한 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법을 제공함에 있다.

Claims (8)

  1. 가로망 및 OD자료를 입력받는 단계와,
    입력받은 가로망과 OD자료로부터 링크별로 가로망을 생성하되 링크를 다시 차량 한 대가 점유할 수 있는 공간적인 단위인 셀 규격에 따라 셀 단위로 구분하여 가로망을 생성하고, 일정시간 간격으로 OD를 분할한 후 OD별 차량을 발생하는 단계와,
    OD별로 발생된 개별차량의 경로를 생성하고 생성된 경로에 따라 상기 가로망에 차량을 업로드하는 단계와,
    상기 가로망에 대한 OD별 경로 및 OD발생에 따라 구간별로 링크 타입을 설정하고 기하구조를 판단하는 단계와,
    개별차량이 OD별 경로에 따라 어떠한 경로를 선택해야하는지를 판단하고, 선택하는 단계와,
    상기에서 선택된 경로의 링크구간에 따라 실제 차량이 이동하는 과정으로 차로변경과 차량전이가 이루어지는 단계와,
    상기 링크구간에 따라 차로변경 및 차량전이 모형을 적용하여 실제 차량이 이동하는 과정을 분석한 후 효과척도를 산출하여 데이터베이스화하는 단계
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이진셀은 셀ID, 링크타입, 기하구조, 차량점유상태, 셀속도, 차량정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 차량점유상태는 차량이 점유된 상태일 때 「1」로 표시되고, 차량이 점유되지 않은 상태일 때 「0」으로 표시되는 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 OD발생은 일정시간단위로 분리된 차종별 OD에 따라 정수단위로 발생하는 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 차로변경은 선택된 경로 및 다양한 교통류 상황에 따른 차로변경 조건을 판단하는 단계와, 차로변경 대상차로를 주행중인 차량의 안전조건을 판단하는 단계와, 운전자의 특성에 따라 나타나는 차로변경을 수행하는 확률을 판단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 차로변경 조건은 임의로 차로를 변경하는 선호조건, 간접적 영향에 의해 차로를 변경하는 준선호조건, 분류 또는 합류로 인해 차로를 변경하는 강제적조건, 차로간의 밀도에 의해 차로를 변경하는 밀도조건으로 구분되는 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 링크구간에서의 차량이동은 차두거리 및 후방차량 속도를 탐색하는 단계와, 링크에 의한 영향을 판단하는 단계와, 링크의 영향에 따라 차로변경 및 차량전이가 이루어지는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 링크구간은 차로감소링크, 분류링크, 합류링크, 본선분기링크, 엇갈림링크, 톨부스 설치링크로 구분되는 것을 특징으로 하는 이진셀을 이용한 미시적 교통류 분석 방법.
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