교차로에서 운전자 경로 선택 행동 규칙의 이산 이벤트 시뮬레이션

초록

본 연구는 교차로에서 운전자가 “최단 거리”, “최단 시간”, “혼잡도 최소” 세 가지 라우팅 전략 중 어떤 것을 선택하는지가 교통 흐름에 미치는 영향을 이산 이벤트 시뮬레이션으로 분석한다. 864가지 시나리오를 구성해 차량 도착률, 시스템 경계 행동, 신호 위상 등을 변동시켰으며, 최단 시간 라우팅이 전체 대기시간과 총 이동시간을 각각 69.5%와 65.72% 감소시키는 최적 전략임을 확인했다.

상세 분석

이 논문은 교차로 구간에서 운전자의 라우팅 의사결정을 세 가지 규칙으로 구분하고, 각각이 교통 혼잡에 미치는 영향을 정량적으로 평가한다. 연구자는 AnyLogic 기반의 이산 이벤트 시뮬레이션(Discrete Event Simulation, DES) 모델을 구축했으며, 모델은 차량 도착 프로세스(포아송 분포), 교차로 내부 흐름, 신호 제어 로직을 포함한다. 주요 변수로는 (1) 차량 도착률(veh/min), (2) 시스템 경계에서의 행동(진입·이탈 시 선택 전략), (3) 신호 위상(고정·가변·동기화) 등이 있다. 각 변수의 조합을 12개의 도착률, 3개의 경계 행동, 2개의 신호 위상으로 설정해 총 864개의 시나리오를 생성하였다.

시뮬레이션 결과는 세 가지 라우팅 규칙 간의 성능 차이를 명확히 보여준다. 최단 거리 라우팅은 거리 자체는 최소화하지만, 교차로에서의 대기시간이 크게 늘어나 전체 여행시간이 비효율적이었다. 반면 최단 시간 라우팅은 실시간 교통량과 신호 대기시간을 고려해 경로를 선택함으로써, 평균 대기시간을 69.5% 감소시키고 전체 이동시간을 65.72% 단축했다. 혼잡도 최소 라우팅은 일정 수준의 개선을 보였지만, 신호 위상 변화에 민감해 최단 시간 라우팅에 비해 일관된 성과를 내지 못했다.

통계적 분석에서는 ANOVA와 사후 검정(Tukey HSD)을 적용해 각 요인의 주효과와 상호작용을 검증하였다. 특히 차량 도착률과 라우팅 규칙 간의 상호작용이 가장 큰 영향을 미쳤으며, 높은 도착률 구간에서 최단 시간 라우팅의 우수성이 더욱 두드러졌다. 또한, 시스템 경계에서의 라우팅 선택이 전체 네트워크 효율에 미치는 영향이 무시할 수 없음을 확인했다.

한계점으로는 모델이 단일 교차로와 제한된 도로 구성을 가정했으며, 운전자의 개인적 선호도나 실시간 정보 제공 시스템(예: 내비게이션)의 영향을 반영하지 못했다는 점을 들 수 있다. 향후 연구에서는 다중 교차로 네트워크, 차량 종류별 특성, 그리고 V2X(Vehicle‑to‑Everything) 통신을 통한 실시간 라우팅 피드백을 포함시켜 보다 현실적인 시뮬레이션을 진행할 필요가 있다.