교통신호 최적속도 안내 시스템으로 CO2 배출·대기시간·여행시간 감소

초록

본 논문은 프랑스 Co‑Drive 프로젝트에서 개발된 GLOSA(그린 라이트 최적속도 안내) 시스템을 실제 도로와 시뮬레이션 환경에서 평가한다. 차량‑인프라(V2I) 통신을 활용해 다음 신호등에 멈추지 않고 통과할 수 있는 최적 속도를 제시함으로써, 다양한 차량·인프라 보급률 하에서 CO₂ 배출량, 대기시간, 총 여행시간이 현저히 감소함을 실험 및 시뮬레이션 결과로 입증한다.

상세 요약

GLOSA는 차량이 접근 중인 교차로의 신호 상태와 남은 시간 정보를 실시간으로 수신하고, 현재 속도와 거리 정보를 기반으로 ‘정지 없이 통과 가능한 최적 속도’를 계산한다. 이 과정에서 차량‑인프라(V2I) 통신 프로토콜은 IEEE 802.11p 기반 DSRC를 사용했으며, 신호등은 주기적 스케줄 정보를 브로드캐스트한다. 논문은 두 가지 주요 실험을 설계하였다. 첫 번째는 실제 도심 구간(프랑스 파리 인근)에서 Valeo‑제작 GLOSA 장치를 장착한 승용차 2대를 이용해 5 km 구간을 주행하면서 연료 소비와 CO₂ 배출량을 온보드 OBD‑II와 포터블 가스 분석기로 측정한 것이다. 두 번째는 SUMO(오픈소스 교통 시뮬레이터)를 활용해 동일 구간을 디지털 트윈으로 재현하고, 차량·인프라 보급률을 0 %–100 % 구간으로 단계별 변동시켜 전체 교통 흐름에 미치는 영향을 정량화했다.

시뮬레이션 설정은 다음과 같다. (1) 교차로 간 평균 거리 250 m, 신호 주기 90 s(녹색 30 s, 황색 5 s, 적색 55 s)로 고정; (2) 차량 흐름은 800 veh/h·lane 수준의 포화 근접 상태; (3) 차량 모델은 가속·감속 한계(2.5 m/s², –4.5 m/s²)와 연료 소비 특성을 갖는 ‘가벼운 승용차’로 가정. 보급률 시나리오에서는 (a) 차량만 GLOSA 장착, (b) 인프라만 스마트 신호등, (c) 양쪽 모두 장착된 경우를 비교하였다.

핵심 결과는 다음과 같다. 실제 주행 실험에서 GLOSA 사용 시 평균 연료 소비가 7.3 % 감소했고, CO₂ 배출량은 6.9 % 감소하였다. 대기시간(정지·정체에 머문 시간)은 12 % 이상 단축되었다. 시뮬레이션에서는 보급률이 30 % 수준에서도 CO₂ 감소율 4 ~ 5 %를 기록했으며, 70 % 이상에서는 9 % 이상 감소했다. 특히 차량·인프라가 모두 장착된 경우, 교차로 접근 시 정지 횟수가 45 % 감소하고, 전체 네트워크 평균 여행시간이 8 % 단축되었다. 이는 ‘그린 웨이브’를 형성함으로써 교차로 간 흐름을 매끄럽게 만들고, 급가속·급감속을 억제해 에너지 손실을 최소화한 결과로 해석된다.

한계점도 명시된다. 첫째, 신호 주기가 고정돼 있어 비동기식 신호(가변 주기)에서는 최적 속도 계산이 복잡해진다. 둘째, V2I 통신 지연(Latency)과 패킷 손실이 5 % 이상 발생하면 속도 제안 정확도가 급격히 떨어진다. 셋째, 보급 초기 단계에서는 ‘혼재 트래픽’(GLOSA 장착 차량 vs 비장착 차량)으로 인해 일부 차량이 비정상적인 속도 변화를 겪을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 적응형 신호 제어와 차량‑차량(V2V) 협업을 결합한 다중 레이어 제어 전략이 필요하다.

전반적으로 본 연구는 GLOSA가 실용적인 에너지 절감 및 교통 효율 향상 수단임을 실증했으며, 보급률이 낮은 단계에서도 의미 있는 환경적·경제적 이점을 제공한다는 점을 강조한다. 향후 연구에서는 도시 전역에 걸친 대규모 파일럿 테스트와, 전기차·자율주행차와의 연계 효과를 분석할 계획이다.