KR20150133334A - 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법은 3단계의 계층적 우선신호 전략을 수행하여 간선도로에서 전용차로를 운행하는 트램의 이동성과 정시성을 향상시키며 동시에 일반차량의 지체를 방지할 수 있게 된다. 본 발명에 의하면 먼저, 트램 노선 전체를 제어하기 위해서 제어단위를 구분할 수 있는 제어단위 선정기준을 마련하고, 트램이 각 제어단위 별 트램 전용차로를 정지없이 주행할 수 있는 최소한의 연동폭을 확보하면서, 비선형 형태의 지체를 선형화한 대기차량소거시간을 이용하여 일반차량의 지체를 최소화하게 된다. 그리고, 트램의 정류장 정차시간 제어를 수행하여 트램이 정류장에서 미리 출발하여 교차로에 정차하지 않도록 정류장에서 트램차량의 출발과 정차를 트램 전용 신호등을 통해 제어하게 된다.

Description

무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법{Method for tram priority operation base on the wireless network}

본 발명은 간선도로의 전용차로를 운행하는 트램이 일반차량의 지체를 최소화하면서 신호 교차로를 우선적으로 통과할 수 있는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법에 관한 것이다.

우리나라의 자동차 등록대수는 2010년에 약 1,600만대를 넘어섰고, 2014년에는 약 2,000만대에 도달할 것으로 예측되며, 그에 따른 교통혼잡비용은 23조원을 넘어설 것으로 예측되고 있다. 한편, 이와 같은 자동차 등록대수의 증가 과정에서는 대중교통의 수송 분담율은 2000년의 약 38%에서 2010년에는 31%로 감소를 하였음에 반하여 승용차의 수송 분담율은 약 3%가 증가를 하고 있어 교통혼잡은 앞으로 더욱 큰 사화문제가 될 것으로 예상된다.

이러한 교통혼잡 문제에 대한 해결방안으로 승용차 위주의 교통체계 악순환을 해결할 수 있는 대중교통 시설의 확충 및 개선이 지속적으로 시도되고 있으나, 기존의 버스나 지하철 등의 대중교통 수단만으로는 문제를 해결하는데 한계가 있는 실정이다.

이에, 최근 국내에서는 신개념의 교통수단으로서 트램(Tram)의 도입을 통해 도시지역의 교통혼잡 문제를 해결하기 위한 움직임이 나타나고 있다.

트램은 철도를 기반으로 하는 신형 교통수단으로서, 전기 엔진, 저상 차량 및 모듈화된 차체 등의 특징을 가진 경전철의 일종이다. 트램은 운영의 효율성을 위해 주로 전용차로를 이용하고, 일반차량과 동일한 신호교차로를 이용한다. 이렇게 일반차량과 트램차량이 혼재된 상태의 신호교차로에서 동일한 교통신호를 이용하여 두 이동류가 통행할 경우, 교차로의 효율성과 안전성이 저하되므로, 트램의 효율적인 운영을 위한 시스템과 신호제어 방법이 필요하다.

기존의 트램 운영을 위한 대부분의 신호제어 전략들은 버스 우선신호 제어전략과 동일한 제어방법을 사용하여 트램의 우선신호를 수행해 왔으나, 트램의 특성을 반영하지 못한 단점이 있다.

하기 선행기술1에는 상기의 점을 감안하여 종래의 일반차로에 표준화되어 적용중에 있는 표준신호제어기와 트램의 운행 제어를 위한 트램신호제어기의 연계 운영을 통하여 일반차량과 트램이 함께 사용하는 교차로의 안전성을 확보함은 물론 대중교통 수단인 바이모달 트램의 우선 신호권을 안정적으로 확보하여 트램을 원활하게 운용할 수 있는 바이모달 트램 운행을 위한 교차로의 신호 운영방법이 개시된다. 그러나, 선행기술1에는 트램이 교차로에 진입하는 경우 교차하는 방향의 일반차량의 진입을 종결시켜 트램이 우선권을 가지면서 교차로를 통과하게 되는데, 이 경우 교차로에서의 일반차량의 통행지체를 더욱 가중화시키는 문제점이 있다.

하기 선행기술2에는 MAXBAND 모형을 이용하여 트램의 연동폭을 최대화하는 모형을 개발하였지만, 일반차량의 교통량 증가 및 지체를 고려하지 못하는 문제가 발생하게 된다. 한편 선행기술2에는 트램이 정류장에서 하류부 교차로의 녹색신호 시작시까지 정차하고, 하류부 교차로의 녹색신호가 시작된 5초 이내에 정류장을 출발하여 교차로를 정차 없이 통과하는 것이 개시되어 있는데, 이 때 정류장을 지정된 시간 내에 출발하지 못하여 녹색시간 내에 교차로를 통과하지 못할 경우 정류장에서 다음 녹색신호가 시작될 때까지 기다려야 한다. 따라서, 트램의 정류장 정차시간이 승객의 승/하차 지연으로 인해 지체되거나 링크상에서 어떠한 이벤트가 발생하여 트램이 교차로의 연속통행을 위한 운행 연동폭을 벗어났을 때, 이를 회복시키지 못하고 무작정 다음 녹색신호까지 기다려야 하는 문제점이 발생하게 된다.

한국공개특허 제10-2010-0068986호(2010.06.24. 공개)

간선도로의 트램 우선신호를 위한 교통신호운영 전력(정영제, 2011.02. 공개)

지체최소화를 위한 도시간선도로 좌회전현시체계 최적화에 관한 연구(김영찬, 1997. 공개)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 간선도로의 트램 전용차로 구간에서 트램의 이동성을 확보하고 일반차량의 지체를 최소화하는 신호제어전략을 개발하는 것을 주요 목적으로 하는데, 이를 위해 구체적으로 본 발명에서는 간선도로에서 트램을 운영하기 위한 방안으로 고정식 우선신호와 능동식 우선신호를 결합한 형태의 통합 신호제어 전략을 개발하여 트램의 교차로 무정차 통행기회를 확보하고, 이와 동시에 일반교통류의 지체을 고려함으로써 트램의 우선신호로 인한 비우선차로 교통류의 피해를 최소화 할 수 있도록 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법은, a) 신호운영센터에서 교차로 제어단위를 선정하고, 각 제어단위별 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 지체를 최소화 하는 최적 신호시간을 산출하는 단계; b) 상기 산출된 최적 신호시간을 각 제어단위별 신호 교차로의 통합 신호제어기에 전달하여, 통합 신호제어기가 고정식 우선신호 제어를 수행하는 단계; c) 상기 통합 신호제어기가 트램이 신호 교차로 상류부에 위치한 정류장에 진입하는 것을 감지하는 경우, 고정식 우선신호를 통해 확보된 트램의 연동폭 내에서 트램의 교차로 도착 예상시간에 트램이 교차로를 무정차로 통과가 가능한지 여부를 판단하여 트램 우선신호 여부를 판단하는 단계; d) 트램 우선신호가 필요하다고 판단되는 경우, 통합 신호제어기가 능동식 우선신호 제어를 수행하여, 트램이 교차로를 무정차로 통과하기 위한 정류장 정차시간을 계산하고 트램 정류장에 설치된 트램 전용 신호등을 제어하는 단계; 및, e) 트램이 출발한 이후 정지선 검지기를 통해 트램이 교차로 정지선에 정차했는지 확인하고, 링크진출 검지기로 트램이 교차로를 통과했는지 확인한 후, 능동식 우선신호 제어를 종료하고 고정식 우선신호 제어로 복귀하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 의하면 3단계의 계층적 우선신호 전략을 수행하여 간선도로에서 전용차로를 운행하는 트램의 이동성과 정시성을 향상시키며 동시에 일반차량의 지체를 방지할 수 있는 효과가 있는데, 먼저, 트램 노선 전체를 제어하기 위해서 제어단위를 구분할 수 있는 제어단위 선정기준을 마련하고, 트램이 각 제어단위 별 트램 전용차로를 정지없이 주행할 수 있는 최소한의 연동폭을 확보하면서, 비선형 형태의 지체를 선형화한 대기차량소거시간을 이용하여 일반차량의 지체를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 트램의 정류장 정차시간 제어를 수행하여 트램이 정류장에서 미리 출발하여 교차로에 정차하지 않도록 정류장에서 트램차량의 출발과 정차를 트램 전용 신호등을 통해 제어할 수 있는 효과가 있다. 또한, 트램의 능동식 우선신호 제어전략을 수행하여 트램의 정류장 정차시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 트램 우선신호 운영 방법을 수행하기 위한 통합운영 시스템의 개략 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에서 트램 전용 신호등의 설치를 나타낸 도면 ,
도 3은 본 발명의 실시예에서 검지시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트램 우선신호 운영 방법의 3단계 계층적 우선신호 제어전략의 개념도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 트램 우선신호 운영 방법의 흐름도,
도 6은 도 5에서 S100 단계의 세부 흐름도,
도 7은 트램과 일반차량의 이중화된 연동폭 산출 개념도
도 8은 KS-SIGNAL 모형의 차량군 형태 및 출발/도착 형태를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 KS-SIGNAL TRAM 모형의 차량출발 및 도착형태를 나타낸 도면,
도 10은 일반차량을 위한 모형의 시공도,
도 11은 트램을 위한 모형의 시공도,
도 12는 트램의 정류장 정차시간 제어를 설명하기 위한 도면,
도 13은 도 5에서 S300 단계의 세부 흐름도,
도 14는 도 5에서 S400 단계의 세부 흐름도,
도 15는 S410 단계에서 우선신호 판단 알고리즘의 순서도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법은 트램 우선신호 운영 시스템에 의해 수행되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 트램 우선신호 운영 시스템은 신호운영센터, 통합 신호제어기, 검지시스템, 트램 전용 신호등을 포함한다.

트램(Tram)은 일반적으로 간선도로의 트램전용차로(궤도)를 따라 주행을 하게 된다.

열차운행관리센터는 신용운영센터와 유선통신을 통해 트램의 운행정보를 주고 받게 된다. 그리고, 신호운영센터와 통합 신호제어기는 유선통신을 통해 차량검지 정보와 최적신호시간계획, 우선신호 제어 명령을 전달한다. 각 교차로의 통합 신호제어기 간에는 유선통신을 통해 트램의 운행정보와 현재 신호시간을 전달하고, 검지시스템에서는 복수의 검지센서를 통해 수집한 트램 운행정보를 무선통신을 이용하여 통합 신호제어기로 전달하게 된다.

트램 전용차로의 트램 정류장은 도로의 중앙에 교통섬의 형태로 설치되며, 승객의 승/하차 및 트램의 신호대기 공간으로 활용된다. 트램 정류장의 설치위치는 가로 중간(Mid-Block)에 설치되는 형태와 교차로 직전(Near-Side), 교차로 건너(Far-Side)에 설치되는 형태로 구분된다. 일반적으로 트램을 트램 정류장에서 검지하므로 도로의 기하구조와 토지의 이용에 영향을 받게 되는 트램 정류장 위치결정의 특성을 고려하여 설치위치를 결정한다.

도 2를 참조하면, 트램 전용 신호등은 트램의 신호교차로 무정차 통과와 신호교차로 신호운영의 효율성 증대를 위해 트램 정류장과 신호교차로에 각각 설치되어, 신호교차로에서 계산된 우선현시 길이에 따라 트램의 출발과 정지를 제어한다. 이 트램 전용 신호등은 통합 신호제어기의 제어 명령에 의해 동작하게 되는데, 트램 전용차로와 일반차로의 직진현시는 동일한 신호현시 내에 존재하나 일반차로의 좌회전현시와 트램의 현시는 중첩으로 운영이 불가능하며, 개별적인 현시체계의 적용을 위해 신호교차로에도 트램 전용의 신호등 설치가 필요하다. 특히 본 발명에서는 트램의 신호교차로 무정차 통행을 위해 트램의 정류장 정차시간을 제어함으로써 트램정류장에 트램 전용 신호등을 설치하여 트램의 정류장 정차 이후 출발시간을 제어한다. 트램 전용 신호등의 설치방안으로 전용차로 및 일반차로의 운전자 혼동을 방지하기 위해 중앙 트램 전용차로를 위한 중앙차로 신호등을 운영하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 검지시스템은 트램의 신호운영을 위해 사용되는데 일반차량의 통행과 관련한 제반 정보수집뿐만 아니라, 트램 우선신호 제어에 부합하는 지점 및 공간검지방식 중에서 유지관리 및 데이터의 신뢰성이 검증된 IR-DSRC 방식을 사용하여 우선신호 제어를 위한 데이터를 수집한다. 정류장 진입정보를 위해 트램 정류장이 설치된 링크에서는 트램 정류장의 정지선에서 위치정보와 시간정보를 수집하고, 트램 정류장이 설치되지 않은 링크에서는 대략 링크 상류부 80~150(m) 지점에 RSE를 설치하여 위치정보와 시간정보를 수집하는 것이 바람직하다. IR-DSRC의 적외선 광대역 통신의 통신영역은 대략 20(m)로 규정하고, 트램의 진출정보를 수집하기 위해서 하류부의 링크의 진입부에서 위치정보와 시간정보를 수집하며, 돌발상황으로 인해 트램이 교차로의 정지선에서 정차했을 경우, 우선신호의 요청을 위해 교차로 정지선의 위치정보와 시간정보를 수집한다. 검지시스템에서 수집된 정보는 통합 신호제어기로 보내지게 된다.

이하 상기 시스템에 의해 동작되는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법은, 크게 3단계의 계층적 우선신호 제어전략에 의해 구현되는데, 도 4는 이의 개념도를 나타낸 것이다.

첫번째 단계의 연속 진행 제어(Progression Control) 전략은 고정식 우선신호 전략의 일종으로, 신호운영센터에서 수행하는 전략으로 통합 신호제어기를 위한 전체 시스템의 관리와, 트램과 일반차량의 교통정보 수집 및 최적 신호시간 산출을 수행한다. 1개의 트램 제어구간에서 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 지체개선을 위한 최적 신호시간 계획을 작성하고, 산출된 교차로 신호시간을 개별 신호교차로가 수행하도록 통합 신호제어기에 전달하게 된다. 또한 각 개별교차로의 감응식 신호제어와 트램 우선신호를 명령하고, 방향별로 트램의 통행특성을 고려한 최소 트램 연동폭을 계산한다. 이를 위해서는 트램의 속도와 정차시간, 교차로 회전제약을 반영하여 1주기에 1대의 트램차량이 교차로를 통과하는 트램의 최소연동폭을 확보하며, 동일한 제어구간 단위로 각각의 최적 신호주기, 현시순서, 현시길이, 옵셋을 산출한다. 또한 트램 차량의 연동폭 확보와 함께 일반차량의 지체를 최소화하는 제약식을 포함시켜 신호최적화 알고리즘을 수행한다. 이러한 고정식 신호 최적화 알고리즘에 대해서는 후술하기로 한다.

다음으로 두 번째 단계의 트램 우선신호 제어(Tram Priority Control) 전략은 능동식 우선신호 제어의 일종으로, 트램 운영구간 내 개별교차로의 통합 신호제어기에서 수행되는 전략으로, Tram-Stop Signal Control에서 트램 우선신호 요청이 있을 경우에 트램 우선신호 제어를 수행한다. 이때 트램 정차시간을 최소화하는 능동식 우선신호를 판단하는 처리가 필요하며, 녹색선점등(Early Green), 녹색점등지연(Green Extension) 전략을 사용하여 능동식 우선신호 제어를 수행한다.

세 번째 단계인 트램 정류장 신호제어(Tram-Stop Signal Control) 전략은, 트램 운영구간 내 개별교차로의 통합 신호제어기에서 수행되는 전략으로 트램 우선신호를 위한 검지자료를 수집하여 트램 우선신호를 명령하고, 트램차량의 교차로 무정차 통과를 위한 정류장 정차시간을 계산한다. 이를 위해서는 신호제어기에서 트램의 운행정보를 수집하여 첫 번째로 트램의 교차로 도착 예상시간에 트램의 교차로 통과가 가능한지를 판단하고, 두 번째로 트램 우선신호 제어를 통해 교차로 통과가 가능한지 판단하며, 마지막으로 트램의 최소 정류장 정차시간을 계산하여 트램을 정류장에 대기시킨다.

따라서 도시된 바와 같이, Progression Control 단계에서는 트램이 정류장에서 미리 설정된 최소 정차시간 만큼 정차하고 출발했을 때 하류부 교차로에서 정지없이 제어단위 내 모든 교차로를 통과할 수 있다. 그러나, 정류장의 추가 정차시간으로 인해 고정식 연동폭 범위를 벗어난 경우, Tram Priority Control 과 Tram-Stop Signal Control 단계에서 능동식 트램 우선신호 제공을 통해 하류부 교차로를 무정차로 통과시킨다. 트램 정류장에서 추가 정차시간이 길어져 하류부 교차로에서 정지해야할 상황이라면, 정류장의 트램 전용신호등의 실시간 신호제어를 통해 트램차량의 출발을 통제하여 하류부 교차로에서 정지없이 통과가 가능한 시간에 출발시킨다.

이하 먼저 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법은, a) 신호운영센터에서 교차로 제어단위를 선정하고, 각 제어단위별 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 지체를 최소화하는 최적 신호시간을 산출하는 단계(S100), b) 상기 산출된 최적 신호시간을 각 제어단위별 신호 교차로의 통합 신호제어기에 전달하여, 통합 신호제어기가 고정식 우선신호 제어를 수행하는 단계(S200), c) 상기 통합 신호제어기가 트램이 링크에 진입하는 것을 감지하는 경우, 고정신 우선신호를 통해 확보된 트램의 연동폭 내에서 트램의 교차로 도착 예상시간에 트램이 교차로를 무정차로 통과가 가능한지 여부를 판단하여 트램 우선신호 여부를 판단하는 단계(S300), d) 트램 우선신호가 필요하다고 판단되는 경우 능동식 우선신호 제어를 수행하여, 트램이 교차로를 무정차로 통과하기 위한 정류장 정차시간을 계산하고 트램 정류장에 설치된 트램 전용 신호등을 제어하는 단계(S400,S500), e) 트램이 출발한 이후 정지선 검지기를 통해 트램이 교차로 정지선에 정차했는지 확인하고, 교차로 링크진출 검지기로 트램이 교차로를 통과했는지 확인한 후, 능동식 우선신호 제어를 종료하고 고정식 우선신호 제어로 복귀하는 단계(S600)를 포함한다.

이하 각각의 단계에 관해 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저 a) 단계(S100)의 경우 신호운영센터에 의해 수행되는데 도 5를 참조하여 살펴보면, 신호운영센터는 먼저 교차로 제어단위를 선정하고(S110), 그 후 제어단위 별 트램의 연동폭을 산출하며(S120), 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 지체를 최소화 하는 최적 신호시간인 고정식 우선신호 최적화 알고리즘을 산출한 후 이를 통합 신호제어기에 전달하도록 한다(S130).

먼저 제어단위 선정 단계(S110)을 살펴본다.

일반적으로 트램과 일반차량의 효율적인 신호운영과 교차로 간 연동제어를 위하여 연동화에 영향을 미치는 가로망 형태, 교통패턴의 변화, 주교통류의 방향 등을 고려하여 교통상황이 유사한 교차로들을 하나의 그룹으로 구성하는데, 이를 제어구간(SA, Sub-Area)라 정의한다. 트램이 운영되는 노선 전체의 시/종점 간의 연동 확보가 불가능할 뿐만 아니라 이를 위해서 과도한 신호주기를 사용하는 것은 일반 교통류의 지체를 가중시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 트램 운영구간에 교차로들의 제어단위를 구분하여 제어단위 별 통행특성을 반영하기 위해 제어단위 선정 절차를 정의하였다. 트램 운영구간의 제어단위는 대상범위의 일반차로와 구분되는 트램 전용차로의 특성을 고려하여 구성하고, 일반차로에 대한 정량적 분석을 통해 일반차로의 통행특성을 반영한다.

제어구간의 선정기준은 트램 전용차로의 기능 및 가로망 체계, 도로 기하구조 조건, 교통류 패턴을 고려하여 구성하고, 트램과 일반차량의 통합 신호운영을 위한 제어단위를 구분하기 위해서는 트램의 운행특성과 우선신호 전략을 위한 제어단위 구성 전략이 필요하며, 트램 전용차로 유/무, 트램 정류장 유/무, 트램의 회전/교차 유/무, 교차로 개수, 교차로간 거리, 도로의 위계 변화, 일반차량의 통행패턴 변화, 도로의 공사 유/무와 같은 기타 고려사항과 같은 순위로 하여 선정한다.

다음으로 신호운영센터는 트램의 최소 연동폭을 확보하면서(S120), 일반차량의 연동을 위해 일반차량의 지체를 최소하 하는 고정식 우선신호 최적화 알고리즘 모형(일명 'KS-SIGNAL TRAM' 모형)에 의해 트램과 일반차량의 최적 신호시간을 산출하고 이를 각각의 개별 교차로 제어단위에 전달하도록 한다(S130)

간선도로 상에 트램 전용차로가 설치되는 경우, 다음과 같은 트램의 통행특성이 나타난다. 첫 번째로 트램차량은 1량의 차량이 일반차량에 비해 저속으로 전용차로를 주행하여 일반차량과는 다른 연동폭의 기울기를 갖는다. 두 번째, 도로의 중앙에 트램 전용차로가 설치되므로 좌회전을 하는 일반차량과 상충이 일어나게 되고, 동일한 주기 내에 트램현시와 동일한 방향의 좌회전 현시는 중첩이 발생할 수 없다. 따라서 트램의 직진 현시와 일반차량의 직진현시는 동일한 크기의 통과폭을 가져야 한다. 세 번째로 트램은 정류장에서 일정시간동안 승객의 승/하차를 위해 정차해야 하며, 트램과 일반차량의 정류장의 유/무에 따라 구간통행시간의 차이를 갖는다. 네 번째로 트램은 1주기에 1대의 차량이 일정한 연동폭을 사용하여 하류부 신호교차로를 통과하므로 일반 대중교통 우선신호 차량과는 교차로의 통과형태와 통과폭의 크기에서 차이를 갖는다.

본 발명에서는 이러한 트램의 통행특성을 반영하여 다음과 같은 모형의 개선작업을 수행한다. 첫째, 트램과 일반차량은 중첩된 현시로 운영될 수 없으므로 트램과 일반차량 각각의 최적화된 연동폭을 산출한다. 둘째, 차량 1대 만이 독립적으로 주행하는 트램은 1대의 차량이 신호교차로를 통과할 수 있을 만큼의 연동폭을 확보하며, 차량군이 주행하는 일반차량은 최대화된 연동폭을 산정할 수 있도록 한다. 셋째, 트램과 일반차량은 서로 다른 자유속도를 가지므로 연동폭의 기울기가 서로 다르고, 이에 따라 동일한 주기 내에 두 개의 연동폭을 산출해야 한다. 넷째, 중앙 트램전용차로로 인해 좌회전 현시순서에 따라 트램과 일반차량이 녹색시간의 크기는 달라질 수 있으며, 이때의 트램의 연동폭 확보와 일반차량의 연동폭 최대화를 위한 좌회전 현시순서를 최적화 할 수 있도록 한다. 다섯째, 트램의 정류장 정차시간을 통행시간에서 고려할 수 있어야 하며, 정차시간은 개별 정류장 마다 평균 정차시간을 변수로 사용하여 달리 적용할 수 있도록 한다. 도 7은 이러한 트램과 일반차량의 이중화된 연동폭 산출 개념을 도시한 것이다.

'KS-SIGNAL' 모형(김영찬, 1997, "지체최소화를 위한 도시간선도로 좌회전현시체계 최적화에 관한 연구", 대한교통학회 Vol.15. No.1, pp.157-174)은 간선도로 연동화 신호최적화 모형으로써 본 발명에 따른 'KS-SIGNAL TRAM' 모형의 산출을 위한 기본 모형인데, 도 8은 이 'KS-SIGNAL' 모형의 차량군 출발 및 도착 형태를 나타낸 것이다.

여기서 도면에 나타난 부호의 정의는 아래와 같다.

: 상류부 교차로, 하류부 교차로 번호

: 주기

: 교차로 i의 녹색시간 (주기비율)

: 교차로 i의 적색시간 (주기비율)

: 교차로와 하류부 교차로 +1 간 진출입 교통량 (대/시)

: 교차로 i의 전방직진방해시간 (주기비율)

: 교차로 i의 후방직진방해시간 (주기비율)

: 교차로 i의 포화교통류율 (대/초)

: 교차로 i의 연동직진차량과 진출입차량의 교통류율 (대/초)

: 교차로 i의 회전차량과 진출입차량의 교통류율 (대/초)

: 교차로 i의 대기차량 소거시간 (주기비율)

본 발명에 따른 모형에서는 기존 'KS-SIGNAL' 모형의 알고리즘을 응용하여 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 연동을 위해 지체를 최소화 하는 주기, 녹색시간, 옵셋, 현시순서를 산출한다. 간선도로 연동화를 위해 지체를 최소화하는 기존 'KS-SIGNAL' 모형의 장점을 흡수하면서 트램차량의 최소 연동폭을 확보하게 된다. 이때 고려해야 할 트램의 통행특성으로는 중앙트램차로를 고려한 좌회전 현시순서 최적화, 정류장 정차시간을 고려한 링크 통행시간, 저속의 차량속도, 차량군이 아닌 단일 차량 주행 고려 등이 있으며, 트램차량은 일정한 속도, 균일한 정차시간으로 주행함을 가정하였고, 트램 1대가 주행하기 위한 비교적 짧은 시간의 연동폭을 확보한 이후 일반차로를 주행하는 승용차의 연동대역폭을 최대화할 수 있도록 하였다.

도 9는 위 'KS-SIGNAL'을 개선하여 본 발명에 따른 고정식 우선신호의 최적 신호시간 산출을 위한 모형('KS-SIGNAL TRAM' 모형)의 차량출발 및 도착형태의 개념을 도시한 것이다.

여기서 추가로 개시된 부호의 정의는 아래와 같다.

:교차로 i의 트램차로 적색시간 (주기비율)

: 교차로 i의 트램 통행시간

: 교차로 i의 트램의 전방직진방해시간 (주기비율)

: 교차로 i의 트램의 후방직진방해시간 (주기비율)

: 정류장 i의 트램의 정류장 정차시간

그림에서와 같이 일반차량의 직진방해시간(IF_i, IR_i)과 트램차량의 직진방해시간(pIF_i, pIR_i)은 각각의 개별변수로써 적용되고, 트램의 정류장 정차시간(st_i)도 모형에 변수로써 반영하였다.

기존의 모형에서는 직진방해변수로 통과폭 밖의 녹색시간을 사용하지만, 개발된 모형에서는 일반차량과 트램차량의 교차로 통과를 방해하는 적색시간을 사용하여 모형의 해석이 보다 직관적이며, 녹색시간을 포함한 모든 시간대를 변수로 사용할 수 있다. 또한 기존 모형은 모든 교차로를 동시에 제약하지만, 본 모형은 인접한 두 교차로를 차례로 제약해감으로써 트램과 일반차량의 연동기회를 확보하고 기하구조에 민감하게 적응해 간다.

본 발명에 따른 모형은 일반차량의 연동폭을 최대화 하기 위해 'KS-SIGNAL' 모형의 변수와 제약조건을 모두 수용하고, 트램의 최소 연동폭 확보를 위해 새로운 변수 및 제약조건을 추가하였다. 본 발명에 따른 모형의 시공도는 도 10과 도 11에서 일반차량과 트램차량의 교차로 및 정류장의 통과형태로 각각 표현하였다.

모형의 목적함수는 모든 교차로의 연동방향과 연동반대방향의 일반차량과 트램차량의 지체와 통행시간을 최소화하는 대기차량소거시간과 트램 통행시간의 합으로 정의한다. 연동과 지체도는 비선형의 관계를 가지므로 지체시간 대신 적색시간에 발생하는 대기차량을 기초로 산출한 대기차량 소거시간과 1주기 동안 1대가 통과하는 트램의 통행시간을 최소화하였으며, n개의 교차로를 갖는 간선도로에 대한 목적함수는 아래의 <수학식 1>과 같다. 또한 일반차량의 연동대역폭의 크기를 N방향 통과폭에 대한 S방향 통과폭의 목적비(Target Ratio)인 k에 의해 결정할 수 있다. k가 1인 경우에는 진입과 진출방향의 교통량이 균일할 때 균등한 연동폭을 산출할 수 있고, k가 1보다 클 경우에는 진출방향에 가중치가 주어진 연동폭을 산출할 수 있다.

여기서,

,

: 교차로 i의 진입, 진출 방향의 대기차량 소거시간(주기비율)

,

: i번째 링크의 진입, 진출 방향의 트램 통행시간

: 연동폭의 가중치(N방향 교통량/SQKDGID 교통량, k≥1 )

대기차량의 형태는 상류부 교차로의 출발 차량군에 의해 결정되며, 각 차량군별로 살펴보면, 연동직진차량군은 녹색신호가 되면 처음에 상류부 교차로의 포화교통류율로 발생하고, 대기차량의 소거가 완료되면 상류부 교차로의 직진교통류율로 대기차량이 발생한다. 이때, 대기차량을 소거하는데 걸리는 시간이 상류부 교차로의 대기차량 소거시간이다. 부도로에서 주도로로 진입하는 회전차량군은 적색시간동안 상류부 교차로의 회전교통류율에 의해 대기차량이 발생한다. 마지막으로 진출입차량군은 주기시간 동안 균일하게 진출입교통류율로 대기차량이 발생하게 된다.

직진방해시간은 연동방향 차량군의 흐름을 방해하는 적색시간을 의미하며, 차량군의 위치에 따라 전방직진방해시간과 후방직진방해시간으로 구분된다. 만약에 차량군이 방해를 받으면 직진방해시간은 양수를 나타내고, 그렇지 않으면 음수를 나타낸다.

한 주기동안 발생하는 총 대기차량과 총 대기차량소거시간은 상기 세 가지 차량군 즉, 연동직진차량군, 회전차량군, 진출입차량군에 대한 값들의 합이 되며, i교차로의 대기차량소거시간(QCT_i)은 아래의 <수학식 2>와 같이 산출할 수 있다.

여기서,

KS-SIGNAL TRAM 모형의 세부적인 변수 및 제약조건은 다음과 같다.

첫 번째, 모형의 기하학적 제약조건으로 간선도로가 양방향 연동신호체계로 운영되기 위해서 일반차량과 트램 모두 이 조건을 만족해야 한다. 모든 변수들은 주기에 대한 비율로 표현되며 교차로 i에서 i+1, i+1에서 i는 한 개의 순환루프를 형성하게 되는데, 이 루프의 시간을 모두 합하면 다음의 <수학식 3>과 같은 주기의 정수배가 되어야 한다.

여기서,

도 11에서 C에서 D까지의 시간을 방향별로 구하여 정리하면 아래의 < 수학식 4>로 정리할 수 있다.

여기서,

그리고,

에서

까지 트램의 통행시간을 이용하여 아래의 <수학식 5>를 얻을 수 있다.

위의 수학식 4와 5를 수학식 3에 대입해서 다음의 <수학식 6>과 같은 Loop Integer 제약식을 구성한다.

한편, 트램은 일반차량과는 다른 크기의 연동시간을 가질 수 있으므로 추가적으로 pm _i 의 추가적인 Loop Integer 변수를 아래의 <수학식 7>과 같이 고려한다.

여기서,

트램의 좌회전 현시 제약에서는 일반차량의 좌회전 현시는 트램의 직진현시와 중첩될 수 없다는 조건을 반영한다. 이러한 트램차량의 중첩현시 방지를 위해서 일반차량 적색시간 중심과 트램차량의 적색시간 중심간의 옵셋을 의미하는

라는 Binary 변수를 이용하여 각 신호교차로의 좌회전이 방향별로 현시순서를 달리하는 경우에

가 0 또는 1의 값을 갖도록 하여 각 교차로의 현시순서를 구분한다. lead-lag 및 lag-lead의

의 조합이 (0, 1), (1, 0)인 경우에 1을 나타내게 하고, lead-lead 및 lag-lag의 조합이 (0, 0), (1, 1)인 경우에는 일반차로 적색시간과 중앙트램 전용차로의 적색시간이 동일하므로

는 0을 나타낸다. 진입방향과 진출방향의 좌회전 시간이 동일함을 가정하면, 더미변수로 이진변수(

)를 이용하여 트램전용차로의 적색시간을 다음의 <수학식 8>과 같이 표현한다.

여기서,

좌회전 현시순서를 의미하는 변수인

와

를 이용하여 일반차로와 트램전용차로의 적색시간 길이가 다른 경우를 다음의 <수학식 9>과 같이 표현할 수 있다.

여기서,

트램의 Loop Integer 조건 수정을 보면, 수학식 7에서 정의한 트램의 Loop Integer 식을 제약조건으로 사용하기 위해서 위에서 정의한

를 수학식 8과 수학식 9를 이용하여 <수학식 10>과 같이 재정의 하였다. 트램의 Loop Integer 제약조건은 주기의 정수배로 다음과 같이 사용한다.

트램과 일반차량의 진행대폭 관계 제약에서는 트램과 일반차량이 서로 다른 주기 동안에 각각의 연동폭 내에서 개별교차로를 통과할 수 있음을 나타낸다. 여기서 주방향의 좌회전 길이가 동일함을 가정하였고, 트램과 일반차량의 적색시간 중심간 거리를 의미하는

는 진입/진출 방향 모두 주기길이의 정수배와 동일한 차이를 보인다. 따라서 좌회전 현시가 방향별로 동일하므로 트램과 일반차로 적색시간 중심간 거리인

는

로 표현될 수 있다.

지체를 최소화하는 최적신호주기를 산정하기 위해서는 신호주기가 모형 내 변수로 신호주기 제약식이 포함되어야 한다. 신호주기는 상한과 하한값 내에서 최적화가 수행되며, 선형으로 표현하기 위해 신호주기 대신 역수를 취한 신호빈도수 (Z)를 사용한다. 여기서 모든 교차로의 모든 신호주기는 동일한 것으로 가정한다.

트램의 직진방해시간(pIF_i, pIR_i)은 한 주기 내에 존재해야 하므로 다음과 같은 제약조건을 만족해야 한다.

그리고, 트램의 통행시간(pt_i)은 정류장의 정차시간을 포함하고, 정류장의 존재와 정차시간의 범위를 방향별로 포함해야 한다. 또한 최대 및 최소속도의 범위에서 통행시간이 결정되어야 하며, 정류장의 유/무를 나타내는 이진변수와 정차시간을 적용하여 진입/진출방향에 대해 다음의 <수학식 11>과 같이 표현된다.

또한, 트램의 연동폭(pb_i)은 트램 적색시간을 제외한 주기 내에 존재하고, 최소 연동폭을 보장해야 하므로 다음의 <수학식 12>와 같은 제약조건을 만족해야 한다.

여기서,

지금까지 트램의 고정식 우선신호 시간의 산출을 위한 신호제어 모형의 제약식을 정리하였으며, 기존의 'KS-SIGNAL' 모형의 제약조건과 함께 트램의 특성을 고려한 제약식을 추가하였다. 본 발명에 따른 'KS-SIGNAL TRAM' 모형의 특징은 다음과 같다.

트램과 일반차량의 지체를 최소화하며 트램의 최소 연동폭을 확보할 수 있는 모형을 제시하였다. 중앙트램전용차로를 주행하는 개별 트램이 교차로를 정지없이 통과할 수 있는 최소한의 연동폭을 확보하여 고정식 우선신호 제어의 필요조건을 만족하였으며, 일반차량의 대기차량 소거시간을 최소화함으로써 일반차로의 지체도 고려하였다. 또한 트램의 통행시간을 목적함수에 포함시켜 동일한 제어그룹 내에서 트램의 통행시간을 최소화하였다. 트램과 회전이동류의 중첩현시를 방지하면서 현시순서를 최적화하여 트램의 연동폭을 확보함과 동시에 일반차량의 지체를 최소화하였으며, 트램 정류장의 최소 정차시간과 링크의 평균 주행속도를 고려하여 신호시간을 산출하여 도로의 기하구조 및 교통류의 통행특성을 반영할 수 있도록 하였다.

다시 도 5를 참조하면, 이렇게 신호운영센터가 고정식 우선신호 최적화 알고리즘을 산출한 후 이를 통합 신호제어기에 전달하면, 통합 신호제어기는 그에 따라 고정식 우선신호 제어를 하여 신호교차로의 일반차량의 신호등 및 트램 전용 신호등을 제어하게 된다(S200). 이후의 단계는 모두 통합 신호제어기에 의해 수행되는 것이므로, 필요한 때를 제외하고는 행위의 주체는 생략하기로 한다.

도 12는 본 발명에 따른 능동식 우선신호 제어를 설명하기 위해 트램의 정류장 정차의 제어 개념을 도시한 것이다.

트램 정류장 정차시간 제어의 개념은 트램이 고정식 우선신호를 통해 확보된 연동폭을 벗어났을 경우, 트램 정류장의 정차시간을 임의로 조정함으로써 다시 연동폭 안으로 회복시키는 방법이다. 이 경우 트램이 정류장에 도착해서 출발하는 시점에 따라 능동식 우선신호의 전략, 현시의 길이, 하류부 신호교차로의 현시계획 등이 결정되고, 트램의 정차시간을 최소화해서 트램 운전자에게 정류장의 출발 시점을 알려주도록 한다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 c) 단계(S300)는 구체적으로 c1) 트램이 정류장으로의 진입을 감지하는 단계(S310), c2) 트램이 정류장에서 최소정차시간(WT_min) 이후 평균속도로 교차로까지 도착하는 시간인 교차로 도착 예상시간(T_arr)을 계산하고, 상기 교차로 도착 예상시간(T_arr)과 교차로에서의 트램현시를 이용하여 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 산출하는 단계(S320), c3) 상기 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 이용하여 트램 우선신호를 요청 및 판단하는 단계(S330)를 포함한다.

'S320'에서 교차로 도착 예상시간(T_arr)과 교차로 예상 정차시간(WT_exp)은 아래의 <수학식 13> 및 <수학식 14>과 같이 구할 수 있다.

여기서,

i : 교차로 도착 현시번호

n : 현시개수

D : 정류장에서 교차로 정지선까지의 거리(km)

V_ave : 트램 평균 주행속도(km/h)

G_i : i현시의 녹색시간 길이(sec)

WT_exp : 최소정차시간 이후 바로 출발했을 때 교차로에서 정차하는 시간(sec)

WT_min : 정류장 최소정차시간(sec)(정류장 승객 최소 승/하자 시간 + 하류부 폐색구간 내 차량으로 인한 대기시간)

T_arr : 트램이 최소정차시간 이후에 평균주행속도록 하류부 교차로에 도착하는 시간(sec)

'S330'는 상기 수학식 4의 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 이용하여 트램 우선신호를 판단하는 단계인데, 즉 교차로 예상 정차시간(WT_exp)이 존재하는 경우('0'보다 큰 경우)는 트램이 교차로에서 정지해야하는 것을 의미하므로 이 때 트램의 우선신호가 필요한 것으로 판단하게 된다.

'S400'은 트램 우선신호 제어가 필요한 경우 능동식 우선신호 제어를 하여 트램이 교차로를 정지없이 통과하도록 트램의 정류장 정차시간을 계산하여 제어하는 단계이다. 도 12 및 도 14를 참조하면 상기 d) 단계('S400')는 구체적으로, d1) 우선신호 제어가 필요한 경우, 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension) 중 교차로 대기시간을 최소화하는 것을 선택하는 단계(S410), d2) 상기 교차로 도착 예상시간(T_arr)과 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 이용하여 선택된 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension)에 따른 트램의 우선신호 시간(PW)을 산출하는 단계(S420), d3) 상기 산출된 우선신호 시간(PW)을 이용하여 트램이 교차로를 무정차로 통과하기 위한 정류장 대기시간(T_wait)을 산출하는 단계(S430), d4) 트램이 정류장에서 교차로를 무정차로 통과하기 위한 출발가능시간(DW)을 산출하는 단계(S440), d5) 트램이 상기 출발가능시간(DW)에 출발하도록 정류장에 설치된 트램 전용신호등이 녹색등이 등기되도록 제어하는 단계(S500)를 포함한다.

'S420'에서 트램 우선시간(PW)은 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension)에 따라 다르게 되는데, 아래의 <수학식 15>과 같이 구한다.

여기서,

PW_EG : Early Green에 필요한 우선신호 시간(sec)

PW_GE : Green Extension에 필요한 우선신호 시간(sec)

PW_m : m번째 주기에 제공 가능한 우선신호 시간 길이(sec)

그리고, 'S430'에서 트램의 정류장 대기시간(T_wait)은 상기 산출된 우선신호(PW)를 이용하여 계산하는데, 이 때 하류부 폐색구간에 선행차량이 존재할 경우 폐색구간 길이까지 트램의 교차로 대기시간을 연장한다. 트램의 정류장 대기시간(T_wait)을 구하는 식은 아래의 <수학식 16>과 같다.

여기서,

T_wait : 최소정차시간 이후 출발 가능한 시간까지 정류장에 정차해야 하는 시간(sec)

BS : 교차로 상류부의 폐색구간 내 선행차량 존재 시 대기시간

또한 'S44O'에서 트램의 출발가능시간(DW) 역시 상기 산출된 우선신호(PW)를 이용하여 계산하는데, 이 때 대향방향의 트램 차량의 진입 여부를 체크하고, 제어단위가 분리되는 교차로인지 확인한다. 트램의 출발가능시간(DW)을 구하는 식은 아래의 <수학식 17>과 같다.

여기서,

DW_m ; m번째 주기의 트램이 정류장에서 정지없이 교차로를 통과할 수 있는 출발가능 시간(sec)

한편, 트램이 승객들 또는 어떤 이벤트에 의한 예상치 못한 승/하자 지체 시간이나 하류부 폐색구간에 선행차량이 많이 존재하여 출발가능시간(DW_m) 시간 내에 출발이 불가능한 경우 다음 출발가능시간(DW_{m +1})까지 교차로에 대기하도록 한다.

한편, 'S410' 단계에서 녹색선점등과 녹색점등지연의 선택 단계를 살펴보면 다음과 같다.

능동형 트램 우선신호는 일반적으로 트램의 교차로 통과 우선처리를 위한 현시 제공 방식에 따라 녹색선점등(Early Green), 녹색점등지연(Green Extension), Actuated Transit Phase, Phase Insertion, Phase Rerotation, Phase Suppression으로 구분할 수 있다. 이는 트램 우선신호를 위한 현시제공의 강제성에 따라 Priority와 Preemption으로 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 타 이동류의 현시변화에 따른 충격을 감안하여 Priority 기법중에서 Early Green 및 Green Extension 전략을 사용한다. 능동형 트램 우선신호 기법 중 Early Green은 트램 검지 이후 우선신호의 요청 시 트램을 위한 현시를 단위시간 조기에 시작하는 방법이며, Early Green으로 인해 시간길이가 감소하는 비우선현시도 각 방향별 최소녹색시간의 확보가 가능하다.

트램의 우선신호 판단 알고리즘은 트램이 정류장에 진입하거나 정류장이 없는 링크의 상류부에 검지됐을 때, 능동형 우선신호 전략의 수행여부와 Green Extension, Early Green, 트램정류장에서 대기하는 것 중에 어떤 전략이 가장 효과적인지 판단하는 알고리즘이다. 링크상의 특정 위치에 설치된 검지기나 트램 정류장에 설치된 검지기를 기준으로 차량의 교차로 도착시간을 예측하여 우선신호 수행전략을 판단할 뿐만 아니라, 트램 정류장의 정차시간과 연계하여 우선신호의 적용이 필요할 때만 우선신호 판단 알고리즘을 수행하게 된다. 우선신호 전략의 판단기준은 트램 정류장이 설치된 링크에서는 의무정차시간 이후, 트램의 정류장 대기시간을 가장 짧게 하는 전략을 선택하게 되고, 트램정류장이 설치되지 않은 링크에서는 트램의 검지지점을 기준으로 Early Green과 Green Extension 중에 적용이 가능한 우선신호 제어전략을 선택한다.

도 15는 능동식 우선신호 판단 알고리즘의 순서도를 나타낸 것인데, 도시된 바와 같이 교차로 예상도착시간 시작지점(W)과 이후 트램의 고정 연동폭(15초)을 더한 교차로 예상도착시간 종료지점(W')을 계산하고, 두 변수가 모두 트램현시(G₁) 내에 속하게 되면, 특별한 제어 없이 일반현시계획으로 운영되고, W가 트램현시에 속하지만 W'가 트램현시를 벗어난 경우, 둘 다 벗어났지만 W-G₁-I₁ > (W-W')+I₁ 의 조건에 부합하면 Green Extension 기법을 수행한다. W가 트램현시보다 크고, 비우선 현시의 최소녹색시간의 합보다 작으며, C-W'가 최소녹색시간의 합보다 작으면 정류장에 대기한다. 나머지 경우는 Early Green 기법을 사용한다.

도면에서 사용된 부호의 정의는 다음과 같다.

W : 교차로 예상도착시간 시작지점

W' : 교차로 예상도착시간 종료지점(W+15)

G_mi : 현시 i의 최소녹색시간 길이

I_i : 현시 i의 Change Interval

트램이 상기 출발가능시간(DW)에 출발하도록, 정류장에 설치된 트램 전용신호등은 녹색등이 등기되도록 제어하게 된다.

마지막으로 다시 도 5를 참조하면, 트램이 출발한 이후 정지선 검지기를 통해 트램이 교차로 정지선에 정차했는지 확인하고, 링크진출 검지기로 트램이 교차로를 통과했는지 확인한 후, 능동식 우선신호 제어를 종료하고 고정식 우선신호 제어로 복귀한다(S600).

한편, 도 5에서 트램의 능동식 우선신호 제어가 필요하지 않다고 판단되는 경우, 출발 가능 시간에 트램 전용신호등이 녹색으로 등기하도록 한다.

지금까지 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법에 의하면 각 제어단위에 트램 정류장이 설치된 경우를 예로 들어 트램 정류장의 정차시간을 제어하도록 하여 교차로를 통과하도록 하는 것을 설명하였다. 그러나, 각 제어단위에 트램 정류장이 설치되지 않은 수가 있는데 이 경우 링크에서는 전술한 바와 같이 대략 링크 상류부 80~150(m) 지점에 RSE를 설치하여 위치정보와 시간정보를 수집하여, 트램의 우선신호 여부를 판단하고(S300), 능동식 트램 우선신호가 가능한지 여부를 판단하여 우선신호 제어를 수행하여 트램이 교차로를 무정차로 통과하도록 제어하게 된다. 그러나, 정류장이 없으므로 정류장 정차시간을 조절하거나 또는 트램 정류장에 설치된 전용 신호등을 제어하는 단계는 생략된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 3 단계의 계층적 우선신호 제어전략을 통해 트램에 통행 우선권을 주는 동시에 일반차량의 지체를 최소화하도록 하는 이점이 있다.

첫 번째 Progression Control 전략에서는 트램의 최소 연동폭을 확보하고, 일반차량의 지체를 최소화하는 KS_SIGNAL TRAM 모형을 개발하였다. 이 모형에 따르면 기존 모형의 변수와 제약조건들을 모두 수용하고, 일반차량과 통행특성이 다른 트램의 특성을 기존 모형에 적용하여 1대의 트램차량이 전용차로를 정지없이 주행할 수 있는 최소한의 연동폭을 확보하였으며, 비선형 형태의 지체를 선형화한 대기차량소거시간을 이용하여 일반차량의 지체를 최소화하게 된다. 또한 트램 노선 전체를 제어하기 위해서 제어단위를 구분할 수 있는 제어단위 선정기준을 마련하였고, 신호주기, 현시순서, 옵셋을 산출하여 효과분석을 수행한 결과, 기존에 비해 트램의 통행시간과 정지수 감소효과가 뛰어났으며, 일반차량의 지체도 고려할 수 있음을 확인하였다.

두 번째 Tram-Stop Signal Priority 전략에서는 트램의 정류장 정차시간 제어를 수행하여 트램이 정류장에서 미리 출발하여 교차로에 정차하지 않도록 정류장에서 트램차량의 출발과 정차를 트램 전용 신호등을 통해 제어하는 전략을 개발하였다. 이 전략에서는 정류장의 정차시간을 최소화하기 위해 능동식 우선신호 제어가 필요한지 판단하여 Tram Priority 전략에 트램 우선신호를 요청한다. 트램의 교차로 무정차 통행을 위해 필요한 사항으로 복선으로 운영되는 트램 전용차로에서 양방향에서 동시에 트램차량이 교차로로 진입할 때 상황을 고려하였으며, 신호시간 계획이 다른 제어단위 간의 연동단절 문제를 해결하기 위한 제어단위 간 연동제어 알고리즘도 제시하였다.

세 번째 Tram Priority Control 전략에서는 트램의 능동식 우선신호 제어전략을 수행하여 트램차량의 정류장 정차시간을 줄이고, 정류장이 없는 링크의 진입 차량을 교차로에서 정지없이 통과시키는 역할을 수행한다. 트램 우선신호는 개별교차로 단위에서 트램차량의 도착시간과 하류부 교차로의 신호시간을 비교하여 Green Extension 기법과 Early Green 기법, 정류장에서 대기하는 것 중에 대기시간이 가장 짧은 전략을 판단하여 적용할 수 있도록 하였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. a) 신호운영센터에서 교차로 제어단위를 선정하고, 각 제어단위별 트램의 최소 연동폭을 확보하면서 일반차량의 지체를 최소화하는 최적 신호시간을 산출하는 단계;
   b) 상기 산출된 최적 신호시간을 각 제어단위별 신호 교차로의 통합 신호제어기에 전달하여, 통합 신호제어기가 고정식 우선신호 제어를 수행하는 단계;
   c) 상기 통합 신호제어기가 트램이 신호 교차로 상류부에 위치한 정류장에 진입하는 것을 감지하는 경우, 고정신 우선신호를 통해 확보된 트램의 연동폭 내에서 트램의 교차로 도착 예상시간에 트램이 교차로를 무정차로 통과가 가능한지 여부를 판단하여 트램 우선신호 여부를 판단하는 단계;
   d) 트램 우선신호가 필요하다고 판단되는 경우, 통합 신호제어기가 능동식 우선신호 제어를 수행하여, 트램이 교차로를 무정차로 통과하기 위한 정류장 정차시간을 계산하고 트램 정류장에 설치된 트램 전용 신호등을 제어하는 단계; 및,
   e) 트램이 출발한 이후 정지선 검지기를 통해 트램이 교차로 정지선에 정차했는지 확인하고, 링크진출 검지기로 트램이 교차로를 통과했는지 확인한 후, 능동식 우선신호 제어를 종료하고 고정식 우선신호 제어로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 단계의 최적 신호 산출은,
   각 제어단위별 모든 교차로의 연동방향과 연동반대방향의 일반차량과 트램의 지체와 통행시간을 최소화 하는 대기차량소거시간과 트램 통행시간의 합으로 정의되는 목적함수에 의해 산출되며,
   상기 목적함수는 아래와 같은 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   

   

   
   여기서,
   

   

   : 일반차량의 대기차량 소거시간
   

   

   : 트램 차량의 통행시간
   

   

   : 연동폭의 가중치 (N방향 교통량 / S방향 교통량, )
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 c) 단계는,
   c1) 트램이 정류장으로의 진입을 감지하는 단계;
   c2) 트램이 정류장에서 최소정차시간(WT_min) 이후 평균속도로 교차로까지 도착하는 시간인 교차로 도착 예상시간(T_arr)을 계산하고, 상기 교차로 도착 예상시간(T_arr)과 교차로에서의 트램의 현시 녹색시간(G₁)을 이용하여 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 산출하는 단계; 및,
   c3) 상기 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 이용하여 트램 우선신호 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 d) 단계는,
   d1) 우선신호 제어가 필요한 경우, 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension)을 선택하는 단계;
   d2) 상기 교차로 도착 예상시간(T_arr)과 교차로 예상 정차시간(WT_exp)을 이용하여 선택된 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension)에 따른 트램의 우선신호 시간(PW)을 산출하는 단계;
   d3) 상기 산출된 우선신호 시간(PW)을 이용하여 트램이 교차로를 무정차로 통과하기 위한 정류장 대기시간(T_wait)을 산출하는 단계;
   d4) 트램이 정류장에서 교차로를 무정차로 통과하기 위한 출발가능시간(DW)을 산출하는 단계; 및,
   d5) 트램)이 상기 출발가능시간(DW)에 출발하도록 정류장에 설치된 트램 전용신호등을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 d1) 단계에서,
   교차로 예상도착시간 시작지점(W)과 이후 설정된 트램의 고정 연동폭을 더한 교차로 예상도착시간 종료지점(W')을 계산하고, 상기 두 변수(W, W')가 모두 트램현시(G1) 내에 속하게 되는 경우 고정식 우선신호 제어로 운영되고,
   상기 두 변수(W, W') 중 적어도 하나가 트램현시(G1)을 벗어나는 경우 신호주기(C), 최소녹색시간의 합, 신호 교환 주기 등을 고려하여 녹색선점등(Early Green) 또는 녹색점등지연(Green Extension)을 선택하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 d3) 단계에서,
   하류부 폐색구간에 선행차량이 존재하는 경우, 상기 정류장 대기시간(T_wait)은 폐색구간 길이까지의 트램의 교차로 대기시간(BS)을 합산하여 산출하는 것을 특징으로 하는 무선통신 기반의 트램 우선신호 운영 방법.
   

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