신호 교차로에서 트램 우선권 효과 비교

초록

본 논문은 멀티모달 셀룰러 오토마톤 모델을 이용해 신호 연결·적응형 사이클을 포함한 실제 교통 신호 시스템에서 트램 우선권을 시뮬레이션한다. 전면 우선권과 부분 우선권, 그리고 지연 상황에서만 적용되는 조건부 우선권을 비교한 결과, 부분 우선권이 트램 지연을 크게 줄이면서 전체 네트워크 성능에 미치는 부정적 영향을 최소함을 확인하였다.

상세 분석

이 연구는 트램이 혼합 교통 흐름에서 차지하는 특수한 물리적·운영상의 제약을 정량적으로 평가하기 위해, 기존 버스 전용 우선신호 연구와는 차별화된 접근을 취한다. 저자들은 NetNaSch 기반의 다중 모드 셀룰러 오토마톤(CA) 모델을 확장하여, 차량과 트램을 각각 다른 셀 길이와 최대 속도로 구현하였다. 트램은 22.5 m(셀 3개) 길이와 최대 속도 2셀/초, 자동차는 7.5 m(셀 1개)와 최대 속도 3셀/초로 설정돼 실제 평균 자유 흐름 속도(자동차 60 km/h, 트램 45 km/h)를 재현한다.

시뮬레이션 네트워크는 8 × 8 격자형 도로망으로, 동서 방향이 트램 전용 차선을 포함한 2차선, 남북 방향은 일반 차선 2개와 우회전 차선 1개로 구성된다. 각 트램 링크에는 250 m 간격으로 3개의 정류장이 배치되고, 정류장 정차 시 해당 차선의 용량이 0이 되는 현상을 모델링했다. 신호 제어는 SCA‑TS(시드니 연계 적응 교통 시스템)를 모사하여, 동쪽 방향에 녹색 파동(green‑wave) 효과를 부여하고, 트램 검출기에 따라 전면 우선권(절대 우선권) 또는 부분 우선권(클리어런스·그린 연장) 신호를 발동한다.

우선권 정책은 네 가지로 구분된다. (1) 절대 전면 우선권 – 트램 검출 즉시 해당 교차로를 전용 녹색으로 전환, 트램이 통과할 때까지 유지; (2) 절대 조건부 우선권 – 트램이 일정 지연(스케줄 뒤처짐) 상태일 때만 전면 우선권 적용; (3) 부분 전면 우선권 – 클리어런스 단계와 짧은 그린 연장을 포함, 교통 흐름 교란 최소화; (4) 부분 조건부 우선권 – 위와 동일하지만 트램이 뒤처질 때만 발동. 현재 멜버른(VicRoads)에서 운영 중인 정책은 부분 전면 우선권이며, 나머지는 시험 단계에 있다.

시뮬레이션은 오버포화(OS)와 비포화(US) 두 트래픽 상황을 고려했으며, 각각 4시간(첫 1시간은 버닝인) 동안 100번 독립 실행해 평균·분산을 추정했다. 주요 성과 지표는 차량·트램 통과량, 평균 여행시간, 여행시간 변동성(σ_t), 인원당 여행시간 및 변동성(σ_p)이다. 결과는 다음과 같다. 절대 우선권은 트램 평균 여행시간을 크게 단축하고 σ_t를 최소화했지만, 차량 흐름을 크게 방해해 전체 인원당 여행시간이 악화된다. 반면 부분 우선권은 트램 지연을 30‑40 % 정도 감소시키면서 차량 흐름에 미치는 영향은 미미했다. 특히 조건부 부분 우선권은 트램이 스케줄을 벗어났을 때만 우선권을 발동하므로, 트램 서비스 개선 효과를 거의 유지하면서 네트워크 전체 비용을 최소화한다.

이러한 결과는 트램이 차선 차단·정차·속도 제한 등으로 인해 버스와는 다른 우선권 요구를 갖는다는 점을 강조한다. 전면 우선권이 트램 전용 차선이 없고, 정류장이 교차로 앞에 위치할 경우 교통 혼잡을 급격히 악화시킬 위험이 있음을 실증적으로 보여준다. 따라서 정책 입안자는 트램 운영 신뢰성을 확보하기 위해 부분·조건부 우선권을 채택하고, 필요 시 스케줄 지연 감지를 위한 실시간 데이터 수집 체계를 강화해야 한다.