KR20210050716A - 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법 및 제어장치 - Google Patents

Abstract

적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법은 제어장치가 주변 교차로들 중 진입 교차로에서 현재 교차로로 진입하는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도를 모니터링하는 단계, 상기 제어장치가 상기 혼잡도가 기준값 이상인 경우, 확장될 상기 진입 도로의 차선의 개수와 상기 주변 교차로들 중 진출 교차로로 향하는 진출 차선의 개수의 차이를 비교하는 단계, 상기 제어장치가 상기 진입 도로에 대응하는 반대 도로의 차선 개수를 기준으로 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인지 확인하는 단계, 상기 제어장치가 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인 경우, 상기 반대 도로 중 상기 진입 도로에 직접 인접한 한 개의 차선인 타깃 차선에 차량이 위치하지 않도록 제어하는 단계 및 상기 제어장치가 상기 타깃 차선이 편입되어 증가된 진입 도로의 차선 별 진행 방향을 재설정하는 단계를 포함한다. 상기 현재 교차로는 상기 진입 교차로 방향을 제외하고, 복수의 주변 교차로들과 직접 연결되고, 상기 진출 교차로는 상기 복수의 주변 교차로 중 상기 진입 교차로에서 상기 현재 교차로로 진입하는 차량들이 가장 많이 진출하는 교차로이다.

Description

적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법 및 제어장치{TRAFFIC OF VEHICLE CONTROL METHOD BASED ON ADAPTIVE REVERSIBLE LANES AND CONTROL APPARATUS}

이하 설명하는 기술은 도로 시스템에서 가변 차선을 이용하여 도로 활용성을 극대화함으로써 교통량을 제어하는 기법에 관한 것이다.

도심에 밀집하는 자동차는 교통 체증, 사고 발생, 에너지 소모 및 환경 문제를 유발한다. 따라서 차량 트래픽(traffic)을 제어하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. VTM(vehicular traffic management)은 트래픽 처리량을 높이기 위한 연구 분야이다. 예컨대, ITS(intelligent transportation system)는 카메라의 영상 및 센싱 데이터를 이용하여 도로 상태를 모니터링하고, 개별 차량에 일정한 정보를 전달하는 시스템이다.

한국공개특허 제10-2019-0049092호

도로 시스템 중 가변 차로를 포함하는 시스템이 있다. 가변 차로를 포함하는 도로 시스템에 대한 효과적인 제어 방법이 필요하다. 이하 설명하는 기술은 가변 차로를 이용하여 실시간으로 측정된 교통량 및 도로상황을 고려하여 적응적으로 교통량 처리를 최대화하는 기법을 제공하고자 한다.

적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법은 제어장치가 주변 교차로들 중 진입 교차로에서 현재 교차로로 진입하는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도를 모니터링하는 단계, 상기 제어장치가 상기 혼잡도가 기준값 이상인 경우, 확장될 상기 진입 도로의 차선의 개수와 상기 주변 교차로들 중 진출 교차로로 향하는 진출 차선의 개수의 차이를 비교하는 단계, 상기 제어장치가 상기 진입 도로에 대응하는 반대 도로의 차선 개수를 기준으로 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인지 확인하는 단계, 상기 제어장치가 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인 경우, 상기 반대 도로 중 상기 진입 도로에 직접 인접한 한 개의 차선인 타깃 차선에 차량이 위치하지 않도록 제어하는 단계 및 상기 제어장치가 상기 타깃 차선이 편입되어 증가된 진입 도로의 차선 별 진행 방향을 재설정하는 단계를 포함한다. 상기 현재 교차로는 상기 진입 교차로 방향을 제외하고, 복수의 주변 교차로들과 직접 연결되고, 상기 진출 교차로는 상기 복수의 주변 교차로 중 상기 진입 교차로에서 상기 현재 교차로로 진입하는 차량들이 가장 많이 진출하는 교차로이다.

이하 설명하는 기술은 주변 교차로 도로의 실시간 교통 상황까지 고려한 차량의 흐름을 기준으로 가변 차로를 제어하여, 전체 도로 시스템의 효율을 고려한 효과적인 차로 제어 방법이다.

도 1은 교차로 신호 제어 시스템에 대한 예이다.
도 2는 가변 차로를 포함한 사거리 교차로에 대한 예이다.
도 3(A)는 도로 시스템에서 가변 차로를 제어하는 다중 제어장치의 예를 도시하며, 도 3(B)는 가변 차로 제어가 적용된 예이다.
도 4는 가변 차선 제어 과정에 대한 다이어그램에 대한 예이다.
도 5는 도로 시스템에서 가변 차선을 변경하는 과정에 대한 순서도의 예이다.
도 6은 제어장치에 대한 예이다.

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이하 설명하는 기술은 차량이 이동하는 도로 시스템에서 차량의 트래픽을 최대화한다. 이하 설명하는 기술은 적응적으로 가변 차선을 제어하여 도로 활용성을 극대화함으로써 트래픽을 극대화하고자 한다.

도로 시스템은 도로, 교차로 및 신호 제어 시스템이 주요한 구성에 해당하다. 신호 제어 시스템은 차량의 흐름을 제어하는 구성으로 신호등 및 제어장치를 포함한다.

도 1은 교차로 신호 제어 시스템(100)에 대한 예이다. 도 1은 신호등을 도시하지 않았고, 신호 제어를 위한 정보 수집 경로 및 제어장치를 도시하였다. 제어장치는 도로의 교통량을 제어하는 장치이고, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 제어장치는 시스템(100)에서 수집된 정보를 이용하여 특정 교차로의 신호를 제어한다.

신호 제어 시스템(100)은 제어장치(120A, 120B), RSU(150A, 150B) 및 중앙제어장치(180)를 포함한다. 도 1은 제어장치가 교차로에 배치되는 신호 제어기(120A, 120B)인 경우를 도시하였다. RSU(150A, 150B)는 차량(110A, 110B, 110C)과 통신하는 도로변 AP에 해당한다. 또한 RSU(150A, 150B)는 제어장치(120A, 120B)와도 통신할 수 있다. RSU(150A, 150B)와 차량(110A, 110B, 110C)은 다양한 차량 무선 통신을 기법으로 정보를 주고받을 수 있다. RSU(150A, 150B)와 제어장치(120A, 120B)는 유선 또는 무선 통신으로 정보를 주고받을 수 있다. RSU(150A, 150B)는 제어 센터(180)와 유선 또는 이동통신과 같은 무선 통신으로 정보를 주고 받을 수 있다. 이하 설명에서 신호 제어 시스템(100)에서 사용하는 통신 기법을 특정한 통신 기법으로 제한하지 않는다.

차량(110A)은 위치, 목적지, 이동 방향, 이동 속도 등과 같은 주행 정보를 RSU(150A)에 전달한다(V2I 통신). 나아가 차량(110A)은 카메라 등으로 획득한 주변 정보, 교통 상황 등을 RSU(150A)에 전달할 수도 있다. 차량(110B)은 차량(110C)에 주행 정보, 교통 상황 등을 전달할 수 있다(V2V 통신). 차량(110C)은 자신의 정보와 차량(110B)가 전달한 정보를 RSU(150A)에 전달할 수 있다. 제어장치(120A)는 RSU(150A, 150B)를 통해 교차로에 위치하는 차량에 대한 정보를 획득할 수 있다. 제어장치(120A)는 교차로의 특정 도로에 위치하는 차량의 수, 차량의 속도, 각 차량의 진입 경로, 각 차량의 진출 경로 등과 같은 정보를 획득할 수 있다. 도 1에서 제어장치(120A)가 RSU를 통해 정보를 전달받는 것으로 도시하였지만, 경우에 따라 제어장치(120A)가 직접 차량으로부터 또는 중앙제어장치(180)로부터 정보를 수신할 수도 있다.

나아가 제어장치(120A)는 주변 교차로에 위치하는 다른 제어장치(120B)로부터 정보를 전달받을 수도 있다. 제어장치(120A)는 주변 교차로에서 제어장치(120A)가 담당하는 교차로로 진입하는 차량에 대한 정보(차량의 수, 차량의 속도, 해당 차량의 목적 경로 등)를 획득할 수 있다.

한편 제어장치(120A)는 제어 센터(180)로부터 제어 센터(180)가 수집한 정보를 수신할 수도 있다. 제어 센터(180)는 도로 교통망 전체의 차량 정보, 주변 교차로의 교통 상황 등과 같은 정보를 제어장치(120A)에 전달할 수 있다. 이하 설명에서 제어장치(120A)는 다양한 경로 중 적어도 어느 하나를 통해 주변 교차로의 교통 상황 및 자신이 담당한 교차로의 교통 상황에 대한 정보를 획득할 수 있다고 가정한다. 이를 통해 제어장치(120A)는 도로의 혼잡도, 특정 도로상의 차량의 수, 차량의 대기 시간 등을 파악할 수 있다. 또한 제어장치(120A)는 교차로 교통신호를 제어하는 장치이므로, 해당 교차로의 교통신호에 대한 정보(교통 신호의 순서 및 특정 신호의 길이 등)및 차량의 진행방향 (좌회전/직진/우회전)도 사전에 알고 있다고 전제한다.

나아가, 제어장치는 V2V, V2I 및/또는 I2I 통신 등을 통해 주변교차로의 교통 상황을 수집한다고 가정한다. 제어장치는 현재 자신이 관리하는 교차로의 교통상황뿐만 아니라, 주변 교차로의 교통 상황도 전달받을 수 있다.

한편, 도로 시스템에서 주행하는 차량은 자율주행차량일 수도 있다. 이 경우 제어장치 및 중앙제어장치는 차량의 이동을 제어하기 위한 명령을 각 차량에 전송할 수 있다.

이하 교통 신호를 제어하는 제어장치는 교차로마다 하나라고 가정한다. 따라서, 도로 시스템 전체에서 복수의 제어장치가 교통 신호의 제어를 수행한다고 가정한다.

이하 설명하는 기술은 가변 차선을 갖는 도로 시스템을 전제한다. 가변 차선은 제1 방향 또는 제1 방향의 역방향인 제2 방향으로 차량 이동방향 변경이 가능한 차선을 의미한다. 가변 차선의 방향은 신호등으로 설정할 수 있다.

이하 제어장치가 가변차선의 진행방향을 제어한다고 설명한다. 제어장치는 인접한 교차로의 실시간 도로 상황을 고려하여, 트래픽 처리량을 늘리고, 현재 교차로의 대기 시간을 줄이기 위한 가변차로 제어 및 신호 제어를 목표로 한다.

가변 차선 제어를 위한 기준이 되는 도로 정보 내지 도로 상태에 대한 용어를 먼저 설명한다.

도로 시스템을 분석하기 위하여 그래프 자료구조를 사용한다. G = (V, E)에서 V는 교차로이고, E는 교차로를 연결하는 도로에 해당한다. 도로 시스템에서 차량의 이동 흐름을 분석하기 위한 네트워크 구조를 도로 네트워크(road network)라고 명명한다.

도 2는 가변 차로를 포함한 사거리 교차로에 대한 예이다. 도 2는 사거리 교차로 i_x에서의 차량 흐름을 도시한다. 제어장치는 교차로 i_x의 신호 및 i_x를 향해 진입하는 방향(inbound)의 도로의 가변 차로를 제어한다. 교차로 i_x는 주변에 다른 교차로가 존재한다. 주변 교차로는 교차로 i_c의 트래픽 흐름에 영향을 주는 교차로이다. 도 2에서 사거리 교차로 i_x의 주변 교차로는 도로로 직접 연결된 4개의 교차로이다. 4개의 주변 교차로는 i_x ^N, i_x ^S, i_x ^W, i_x ^E이다. 4개의 주변 교차로는 도 2에서 교차로 i_x를 기준으로 각각 북쪽(N), 남쪽(S), 서쪽(W), 동쪽(E)에 위치한 교차로이다. 도 2와는 다른 형태의 교차로도 존재할 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 도 2와 같은 사거리 교차로를 기준으로 설명한다.

제어장치는 특정한 타깃 교차로에서 가변 차선을 제어하여 트래픽을 최대화한다. 따라서, 하나의 타깃 교차로 i_x를 중심으로 설명한다.

G = (V, E)에서, V는 교차로들을 포함한다. 예컨대, V = {i_x, i_x ^N, i_x ^S, i_x ^W, i_x ^E}이다. E는 교차로 i_x와 주변 교차로를 연결하는 도로 세그먼트들로 구성된다. 도로 세그먼트를 S라고 표기한다. 차량의 이동 방향은 특정 교차로를 기준으로 보면, 교차로로 진입하는 방향(inbound)과 교차로를 진출하는 방향(outbound)로 구분할 수도 있다. 따라서, E는 두 개의 그룹으로 구분할 수 있다. 하나는 진입 도로 세그먼트 S(i_x ^d,i_x)이다. d ∈ {N,S,W,E}이다. 다른 하나는 진출 도로 세그먼트 S(i_x,i_x ^u)이다. u ∈ {N,S,W,E}이다.

도로 세그먼트의 트래픽을 D라고 표기한다. 진입 도로 세그먼트에 대한 트래픽은 D (S(i_x ^d,i_x))이다. 진출 도로 세그먼트에 대한 트래픽은 D (S(i_x,i_x ^u))이다. 제어장치 입장에서 트래픽은 일정한 요구(demand)라고 볼 수 있다.

지역 차량 흐름(local flow)은 주변 교차로 i_x ^d에서 다른 주변 교차로 i_x ^u로 이동하는 흐름이라고 정의한다. 지역 차량 흐름을 F라고 표기한다. F_du = (i_x ^d,i_x ^u,n_du)라고 정의할 수 있다. d≠u ∈{N,S,W,E}이다. n_du는 트래픽 양을 나타낸다. 0≤ n_du ≤ min(|D (S(i_x ^d,i_x))|, |D (S(i_x,i_x ^u))|)이다.

도로 네트워크에서 몇 가지 제한사항에 대하여 설명한다. F_du는 다음 세 가지 제한사항을 만족한다고 가정한다.

① 가용 조건(capacity constraints)

도로 네트워크 G에서 지역 차량 흐름 F_du의 합산값은 도로 세그먼트 S(i_x ^d,i_x)의 최대 수용량을 초과하지 못한다. 도로 세그먼트의 최대 수용량은 도로의 길이 및 차선의 개수에 따라 결정된다. 도로 길이는 Len(S(i_x ^d,i_x))이라고 표기한다. 차선 개수는 NL_t(S(i_x ^d,i_x))이라고 표기한다.

② 흐름 유지 조건(flow conservation)

교차로 i_x로 진입하는 흐름의 양 F_du ∈ S(i_x ^d,i_x)과 교차로 i_x에서 진출하는 흐름의 양 F_du ∈ S(i_x,i_x ^u)은 동일해야 한다.

③ 요구 만족 조건

i_x ^d에서 i_x ^u로의 차량 흐름 F_du를 기준으로 i_x ^d에서 i_x로 진입하는 F_du와 i_x에서 i_x ^u로 진입하는 F_du 는 동일하다.

이와 같은 제한 사항은 만족한다고 가정하면, 제어장치의 최적화 목적은 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.

수학식 1은 다음의 제한 조건을 만족해야 한다. 제한 조건 ①, ② 및 ③은 각각 전술한 3가지 제한 조건에 해당한다.

0≤ n_du ≤ min(|D (S(i_x ^d,i_x))|, |D (S(i_x,i_x ^u))|)이다. 상기 제한조건 ①은 도로 가용양을 의미하고, 도로 5미터에 차량 1대가 배치될 수 있다고 가정한 것이다.

는 상수이다.

는 도로

의 반대 도로를 의미한다.

제어장치는 주변 교차로로 진출하는 도로 및 진입 도로의 역방향 도로의 가용량을 탐색하고, 진입 도로의 차선 개수를 조절(확장)하여 교차로 i_x로 유입되는 전체 차량의 트래픽 양을 최대화하고자 한다. 제어장치는 가변 차선을 이용한 진입 도로의 확장을 제어한다. 한편, 역방향 도로가 진입 도로인 교차로의 제어장치가 역방향 도로의 확장을 제어한다.

도 3(A)는 도로 시스템에서 가변 차로를 제어하는 다중 제어장치의 예를 도시하며, 도 3(B)는 가변 차로 제어가 적용된 예이다. 도 3(A)는 다중 제어장치의 기능 및 차량과 이웃 제어장치와의 연관성을 보여주는 예이다. 하나의 제어장치는 하나의 교차로에서 신호를 제어한다. 복수의 제어장치가 협력하여 도로 시스템에서 가변 차선을 제어할 수 있다. 도 3(A)에서 LIM(local intersection manager)은 개별 교차로를 제어하는 제어장치를 의미한다. 제어장치는 차량과의 통신(Vehicle-to LIM, V2I) 및 제어장치 간 통신(LIM-to-LIM, I2I)를 통해 가변 차로 제어에 필요한 정보를 수집할 수 있다.

각 제어장치는 3가지 작업(task)을 수행한다. 3가지 작업은 (i) 도로 사용량 모니터(road utilization monitor, RUM), (ii) 역차로 및 진출차로 상태 판단(contraflow lane assessor, CLA) 및 (iii) 실시간 진행 방항에 따른 차선 수 할당(dynamic lane assignment, DLA)이다. 제어장치는 상기 작업들을 수행하는 개별 모듈(소프트웨어 컴포넌트)을 이용할 수도 있다. 이하, RUM, CLA 및 DLA는 제어장치가 수행하는 작업 또는 해당 작업을 수행하는 컴포넌트로 설명한다. 간략하게 각 모듈의 기능을 설명한다.

RUM은 교차로 i_x로 진입되는 도로의 트래픽 상황을 모니터링한다. 예컨대, 교차로 i_x의 RUM은 주변 교차로 i_x ^d의 RUM과 협력하여 진입 도로 세그먼트 S(i_x ^d,i_x)의 혼잡도를 검출한다. 도로 세그먼트에 대한 혼잡도가 기준값 이상이면, 혼잡하다고 판단할 수 있다.

해당 진입 도로 세그먼트가 혼잡하다면, CLA는 역방향 도로의 진행 방향을 교차로 진입 방향으로 변경할 수 있는지 여부와 결과적으로 확장된 도로 용량에 따라 증가하는 진출 도로의 가용량을 체크한다. 즉, CLA는 현재 i_x에서 진출하는 방향으로 설정된 도로 세그먼트

에 대한 진행 방향 변경 가능성을 체크한다. CLA는 i_x ^d의 제어장치에 i_x에서 i_x ^d 방향으로 진출하는 진출 방향 도로 상황을 문의하고, 가변 차선을 변경해도 해당 진출 방향 도로 상황에 지장을 주지 않는 경우(또는 진출 방향 도로의 혼잡도가 기준값 이내인 경우), 가변 차선 변경이 가능하다고 판단한다. 더불어 가변 차선 변경 후, 즉 도로

의 용량이 늘어난 이후 도로

에서 진출이 늘어나는 트래픽이 도착하는 이웃 교차로를 i_x ^{u _ HF} 라고 할때, 해당 이웃 교차로의 현재 가용량이 늘어나는 트래픽을 수용할 만큼 충분한지 i_x ^{u _ HF} 에게 문의한다. 결과적으로 i_x ^d 에서 i_x 를 거쳐 i_x ^{u _ HF} 로 이동하는 트래픽을 수용하기 위해 도로

의 한 개 차선이 확장되고, 대신 역방향도로

의 한 개 차선이 감소하게 된다. 이 경우, DLA는 도로 세그먼트

와

에서 직진/좌회전/우회전 차량 수를 고려하여 트래픽 흐름을 최대화할 수 있도록 차선별 진행방향을 재할당 한다. DLA는

의 진행 방향 변경으로

이 확장되는 경우 교차로의 트래픽 처리량이 감소하지 않는지 확인할 수 있다.

도 3(A)는 제어장치가 각 교차로마다 배치된다고 도시하였다. 다만, 도로 시스템 전체 또는 일부 영역에 대한 제어를 담당하는 제어장치 내지 중앙제어장치가 복수의 교차로에 대한 제어를 할 수도 있다.

도 3(B)는 가변 차로에 대한 예이다. 제어장치는 도 3(B)와 같은 도로를 전제로 한다. 도 3(B)는 교차로 i_x ^d 및 교차로 i_x 사이의 차로들을 도시한다. 차로들 중 가변차로는 a, b, c 및 d이다. 현재 a, b 및 c는 i_x ^d 방향으로 진행하고 있고, d는 i_x방향으로 진행하고 있다. 제어장치는 도로 상황에 따라 가변차로를 제어하여 두 개의 교차로 사이의 흐름을 최대화할 수 있다.

이하, 구체적으로 제어장치가 가변 차량 제어를 위한 판단 기준 및 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 도로 정보를 정의하는 파라미터에 대하여 설명한다. 파라미터는 크게 이동 흐름 내지 혼잡도를 정의하는 파라미터와 도로 차선 설정을 위한 파라미터로 구분할 수 있다.

교차로 i_x ^N에서부터 교차로 i_x를 거처 직진으로 교차로 i_x ^S로 이동하는 흐름을 F(i_x ^N,i_x ^S) 또는 간단하게 F_SN이라고 표기한다.

진입 도로 세그먼트 S(i_x ^d,i_x)에서 차량 흐름 F_du와 관련된 파라미터는 아래 표 1과 같다. 아래 파라미터들은 RUM이 주기 CYC_t가 끝나는 시점에 업데이트한다. CYC_t는 교차로에서의 교통 신호 주기 또는 별도의 주기일 수 있다.

THt(Fdu)	차량 흐름 Fdu에서 차량의 수
NDVt(Fdu)	차량 흐름 Fdu에서 교차로 ix에서 진행하지 못하고 대기하는 차량의 수. 즉 NDVt(Fba)는 CYCt -1에 교차로를 지나가지 못하여 CYCt에 교차로 진입을 대기하는 차량의 수
Delayt(Fdu)	차량 흐름 Fdu에서 CYCt에 S(ix d,ix)를 이동하는 차량들의 평균 이동 시간
NAVt(Fdu)	차량 흐름 Fdu에서 연속적인 CYCt - 1와 CYCt 주기 사이에 S(ix d,ix)에 추가된 차량 수
NEVt(Fdu)	차량 흐름 Fdu에서 다음 주기 CYCt + 1에서 S(ix d,ix)에 유입될 것으로 예상되는 차량 수

TH_t(F_du), NDV_t(F_du), Delay_t(F_du) 및 NAV_t(F_du)는 제어장치와 차량 간의 통신(V2I)을 통해 획득할 수 있다. NEV_t(F_du)는 교차로의 제어장치 사이의 통신(I2I)을 통해 획득할 수 있다.

상기와 같은 정보를 이용하여 RUM은 CYC_t에서 S(i_x ^d,i_x)의 트래픽 상태를 분석할 수 있다. 트래픽 상태에 대한 파라미터는 아래의 표 2와 같다.

FRt(Fdu)	교통흐름 Fdu에 대하여 시간 t에 예상되는 S(ix d,ix)의 도로 점유율.
CLt(Fdu)	CYCt에서 교차로 ix를 지나는 다른 교통 흐름에 대한 교통흐름 Fdu의 상대적인 트래픽 혼잡도
HFt/LFt	CYCt에 S(ix d,ix)에서 가장 많은 흐름과 가장 적은 흐름의 비율

FR_t(F_du)는 아래 수학식 2와 같이 차량 흐름의 양 대비 도로 가용량의 비율로 표현할 수 있다.

FreeTimeDelay는 교통 흐름에 장애가 없는 도로에서의 주행 시간을 의미한다. CP_t(S(i_x ^d,i_x))는 CYC_t에서 도로 용량과 같다. FR_t(F_du)는 동적으로 변동하는 도로의 용량에 대하여 Delay_t(F_du)를 고려한 실시간 트래픽 요구를 반영한다.

CL_t(F_du)는 아래 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.

CL_t(F_du)는 FR_t(F_du) 및 예상되는 요구인 NEV_t(F_du)에 비례한다. CL_t(F_du)는 이전 주기 TH_t-1(F_du)에 반비례한다.

HF_t와 LF_t는 각각 아래의 수학식 4와 수학식 5로 표현할 수 있다.

도로 차선 설정 파라미터는 아래 표 3과 같다.

Len(S(ix d,ix))	S(ix d,ix)의 길이.
LCP(S(ix d,ix))	도로 차선의 용량. 차선에 물리적으로 위치할 수 있는 차량 수.
NLT(S(ix d,ix))	CYCt에 S(ix d,ix)를 구성하는 차선의 개수
CPT(S(ix d,ix))	CYCt에 S(ix d,ix)의 용량. LCP(S(ix d,ix))×NLT(S(ix d,ix))임.
LNj	S(ix d,ix)에서 j번째 차선
TurnT(S(ix d,ix),LNj)	S(ix d,ix)의 LNj 차선에서 허용되는 진행방향의 종류
DemandT(S(ix d,ix))	CYCt동안 S(ix d,ix)에 진입하는 차량의 양
resLnT(S(ix d,ix))	CYCt에 트래픽 요구량을 고려한 S(ix d,ix)의 가용한 잔여 차선

Len(S(i_x ^d,i_x))와 LCP(S(i_x ^d,i_x))는 상수이다.

Turn_T(S(i_x ^d,i_x),LN_j)과 관련하여, 교차로에서 진행방향은 다양할 수 있다. 기본적으로 진입방향 기준으로 직진(GS, go-straight), 우회전(GR, go-right) 및 좌회전(GL, go-left)가 가능하다고 가정한다. 가능한 진행방향은 차선의 개수에 따라 달라진다.

Demand_T(S(i_x ^d,i_x))는 NDV_t(F_du)+NAV_t(F_du)이다.

resLn_T(S(i_x ^d,i_x))는 S(i_x ^d,i_x)에서 이용할 수 있는 차선의 개수를 나타내고, 이는

의 확장에 사용될 수 있는 차선을 의미하기도 한다. resLn_T(S(i_x ^d,i_x))는 아래 수학식 6으로 표현될 수 있다.

이제, 제어장치가 전술한 파라미터들을 이용한 가변 차선 제어를 설명한다. 제어장치는 기본적으로 차량 트래픽 처리량을 최대화하고, 차량의 평균 이동 시간을 줄이는 것을 목적으로 한다.

RUM, CLA 및 DLA는 각 S(i_x ^d,i_x)에 대하여 동작한다. d={N,S,W,E}이다. 즉, 제어장치는 교차로에서 진입 도로 세그먼트들에 대하여 각각 가변 차선 제어를 할 수 있다. 다만, 가변 차선 제어를 위한 기준은 동일하므로, 하나의 진입 도로 세그먼트를 기준으로 설명한다.

RUM 동작

RUM은 다음과 같은 기능을 수행한다.

(1) 실시간 도로 흐름 모니터링

RUM은 S(i_x ^d,i_x), d={N,S,W,E}에서 각 차량 흐름 F_du의 변화를 추정한다. RUM은 차량 트래픽 량과 이동 지연을 기준으로 차량 흐름을 모니티링할 수 있다.

i_x와 i_x ^d에 있는 두 개의 RUM은 실시간으로 트래픽 정보를 교환할 수 있다. 먼저, RUM은 차량 흐름과 관련된 파라미터를 업데이트하여 S(i_x ^d,i_x)의 상태를 추적한다. 차량 흐름과 관련된 파라미터는 NDV_t(F_du), Delay_t(F_du), TH_t(F_du), NAV_t(F_du) 및 NEV_t(F_du)이다. RUM은 CYC_t가 종료하는 시점에 교차로 기준으로 진입하는 모든 진입 흐름에 대하여 전술한 파라미터를 확인한다(V2I 통신).

i_x의 RUM은 시간 흐름에 따라 업데이트된 차량 흐름의 정보를 i_x ^d의 RUM과 교환한다(I2I 통신). 정보를 교환한 후 RUM은 CYC_{t +1}에 나타날 차량 흐름을 예측한다. 즉, RUM은 진입 흐름에 따라 예상되는 차량의 양에 기초하여 NEV_t(F_du)를 추정한다. 4개의 주변 교차로를 갖는 경우, 특정 교차로는 하나의 차량 흐름을 기준으로 3개의 진입 흐름을 고려해야 한다.

RUM은 다음 주기 CYC_{t +1}에 S(i_x ^d,i_x)로 진입하는 차량의 수를 예측한다. 예컨대, RUM은 교차로 i_x에서 차량의 이동 방향을 기준으로 서쪽(W)으로 진출하는 3개의 흐름들 {F_NW,F_EW,F_SW}의 합 및 CYC_{t +1}에 i_x ^E에서 i_x로 진입하는 3개의 차량 흐름 즉, {F_EW,F_EN,F_ES|S(i_x ^E,i_x)}을 고려하여 NEV_t(F_EW)을 예측할 수 있다. CLA는 업데이트되는 NEV_t(F_du)를 이용한다.

(2) 혼잡도 및 도로 사용의 불균형 결정

RUM은 점유율(occupancy ratio), 이동 지연(travel delay) 및 차량의 수라는 파라미터를 고려하여 도로 S(i_x ^d,i_x)에서 혼잡도를 검출한다. 상기 3개의 파라미터는 각각 FR_t(S(i_x ^d,i_x)), Delay_t(S(i_x ^d,i_x)), TH_t(S(i_x ^d,i_x))로 표현할 수 있고, 아래 수학식 7 내지 수학식 9와 같이 정의할 수 있다.

FR_t(S(i_x ^d,i_x))는 S(i_x ^d,i_x)에 머무는 차량의 양을 나타낸다.

Delay_t(S(i_x ^d,i_x))는 S(i_x ^d,i_x)를 지나는데 소요되는 시간을 나타낸다.

TH_t(S(i_x ^d,i_x))는 S(i_x ^d,i_x)를 통해 i_x를 통과한 실제 차량의 수를 나타낸다.

RUM은 FR_t(S(i_x ^d,i_x)), Delay_t(S(i_x ^d,i_x)), TH_t(S(i_x ^d,i_x))를 기준으로 연속된 두 개의 주기 동안 S(i_x ^d,i_x)의 혼잡도를 결정한다. 특히 RUM은 FR_t()가 사전에 설정한 기준값 P_CG보다 크고, TH_t()가 감소하고, Delay_t()가 증가하는 경우 S(i_x ^d,i_x)의 상태를 비혼잡(free)에서 혼잡으로 변경한다. 수식으로 표현하면, RUM은 아래 수학식 10의 조건을 만족하는 경우, S(i_x ^d,i_x)의 상태를 혼잡으로 결정한다.

RUM이 도로 S(i_x ^d,i_x)가 혼잡하다라고 판단하면, CLA에 가변 차선을 변경하여 트래픽 처리량을 높일 수 있는지 점검을 요청한다.

CLA 동작

CLA는 RUM이 S(i_x ^d,i_x)를 혼잡하다고 판단하는 경우, 동작을 시작한다. CLA는 반대 차선

의 가변 차선 방향을 변경하여 혼잡도를 완화할 수 있는지 점검한다. CLA는 인접한 두 개의 교차로의 제어장치와 협력하여 관련된 정보를 확인한다. 예를 들어 S(i_x ^d,i_x)에 혼잡을 일으키는 흐름이 F_{du _ HF} 인 경우, CLA가 협력하게 되는 두 개의 교차로는 i_x ^d 및 i_x ^{u _HF}이다. i_x ^{u _HF}는 S(i_x ^d,i_x) 상에서 가장 많은 차량이 향하는 교차로를 의미한다.

도 4는 가변 차선 제어 과정에 대한 다이어그램에 대한 예이다. 도 4는 주로 CLA의 동작에 해당한다. 도 4는 도로 상황을 나타내는 7개의 상태(state)를 도시한다. 도 4에서 상태는 원으로 표시하였다.

도로는 최초 비혼잡 상태(FREE)에서 시작한다고 가정한다. 비혼잡 상태는 차량 이동에 지연이 없는 상태이다. 혼잡 상태(CONGESTED)는 S(i_x ^d,i_x) 상의 차량 증가로 혼잡해진 상태를 의미한다. 전술한 바와 같이 RUM이 S(i_x ^d,i_x)의 혼잡 상태를 판단할 수 있다. 혼잡 상태는 혼잡 통지 상태(EXT_NOTI) 또는 차선 확인 상태(RED_REQ)로 변경될 수 있다. 혼잡 통지 상태 내지 차선 확인 상태는 교차로 i_x ^d 및 i_x ^{u _HF}에 있는 CLA들이 정보를 교환하여 관찰되는

및 S(i_x,i_x ^{u _HF}) 상의 혼잡도에 따라 상태가 변경된다.

차선변경 대기 상태(RED_READY)는 반대 도로 세그먼트

의 혼잡도가 낮아 차선 변경이 가능한 경우 교차로 i_x의 제어장치의 결정을 기다리는 상태이다.

차선 처리 상태(BEING_RED)는 제어 장치가 차선 변경을 결정하는 경우, 진행방향이 변경될 수 있는 차선을 비우고, 해당 차선을 주행하는 차량에게 통지를 하는 상태를 의미한다. 차선 설정 상태(BEING_EXT)는 DLA를 통해 가변 차선을 포함한 차선의 진행 방향을 재설정하는 상태를 의미한다.

이하 각 상태에서의 동작을 설명한다. 이하, 각 상태에서 다양한 메시지가 발생되고 전달된다. 제어장치 사이 또는 제어장치 내부의 컴포넌트(RUM, CLA, DLA)가 메시지를 생성한다. 메시지는 제어장치들 사이 또는 제어장치 내부의 컴포넌트(RUM, CLA, DLA) 사이에서 교환될 수 있다.

(1) 비혼잡 상태(FREE)

비혼잡 상태에서 두 가지의 메시지가 발생할 수 있다. 메시지 MSG(EXT_noti)는 진입 트래픽이 증가할 수 있다는 메시지이다. CLA는 MSG(EXT_noti)를 수신하면, 메시지를 전달한 교차로로부터의 차선 개수가 하향 차선의 개수보다 큰지 확인한다. NL_down은 i_x ^d에서 i_x로 향하는 차량의 증가를 가져오는 i_x ^d의 하향 차선의 개수이다. 예컨대, CLA는 NL_t(S(i_x ^d,i_x))≥ NL_down+1인 경우, 해당 차로에 여유가 있다고 보고, MSG(EXT_noti)를 송신한 CLA에 MSG(EXT_ok)를 전달한다. NL_down+1는 적어도 차선이 하나 증가할 수 있는 기준값에 해당한다. MSG(EXT_ok)는 S(i_x ^d,i_x)의 차선에 여유가 있다는 정보에 해당한다.

메시지 MSG(RED_req)는 반대 차선 방향의 변경을 요청 또는 변경 가능성 점검을 요청하는 메시지이다. CLA는 NL(S(i_x ^d,i_x)) > 1인 경우에만 긍정적인 응답인 MEG(RED_ok)을 MSG(RED_req)을 송신한 CLA에 전달한다. 즉, CLA는 차선 변경 대상이 될 수 있는 차로의 개수가 2이상이며 하나의 차선이 줄어도 혼잡도가 발생하지 않을 경우에만, MEG(RED_ok) 메시지를 송신한다.

(2) 혼잡 상태(CONGESTED)

혼잡 상태에서, CLA는 두 가지 조건을 확인하여 혼잡한 도로에 차선 추가가 가능한지 판단한다. 두 가지 조건은 다음과 같다. 첫 번째는 S(i_x, i_x ^{u _HF})가 S(i_x ^d,i_x)로부터 전달되는 추가적인 트래픽을 감당할 수 있는지 이다. CLA는 진입 차량이 늘어나는 경우 차량의 진행 방향에 있는 주변 교차로에서 감당할 수 있는지를 사전에 확인한다. 두 번째는

의 차선이 감소해도 혼잡이 발생하지 않는지 이다. CLA는 S(i_x ^d,i_x)의 반대 방향 차로의 차선이 감소해도 해당 방향의 트래픽 처리에 지장을 주지 않는지 확인한다.

첫 번째 조건은 i_x ^{u _HF}에 있는 CLA를 통해 확인한다. 두 번째 조건은 i_x ^d에 있는 CLA를 통해 확인한다. i_x에 있는 CLA는 MSG(EXT_noti)를 i_x ^{u _HF}의 CLA에 전달한다. i_x ^u_HF의 CLA로부터 MSG(EXT_ok)를 수신하면, i_x에 있는 CLA는 MSG(RED_req)를 i_x ^d에 있는 CLA에 전달한다.

(3) 혼잡 통지 상태(EXT_NOTI)

i_x에 있는 CLA는 S(i_x ^d,i_x)의 HF_t를 i_x ^{u _HF}의 CLA에 전달하여 S(i_x ^d,i_x)의 혼잡 상태를 전달한다. i_x에 있는 CLA는 i_x ^d로부터 i_x ^{u _HF}의 방향으로 차량 증가 또는 차선 증가 상황을 i_x ^{u _HF}가 감당할 수 있는지 확인한다. i_x ^{u _HF}의 CLA는 i_x에 있는 CLA로부터 MSG(EXT-noti)를 수신한다. i_x ^{u _HF}의 CLA는 도로 S(i_x,i_x ^{u _HF})의 차선의 개수가 S(i_x ^d,i_x)로부터 S(i_x,i_x ^{u _HF})로 향하는 차선 개수(증가된 차선 개수)보다 크거나 같은 경우에만 MSG(EXT_ok)로 응답한다. 반대로 i_x ^{u _HF}의 CLA는 차로 여유가 없거나 혼잡한 경우, MSC(EXT_nok)로 응답한다.

(4) 차선 확인 상태(RED_REQ)

S(i_x ^d,i_x)가 혼잡 상태이고, i_x ^{u _HF}의 CLA로부터 MSG(EXT_ok)를 수신한 경우, 혼잡 통지 상태는 차선 확인 상태로 발전된다. CLA는 MSG(RED_req)를 i_x ^d의 CLA에 송신하여

의 가용 상태에 대한 정보를 대기한다.

(2) 차선변경 대기 상태(RED_READY)

i_x ^d의 CLA가 비혼잡 상태에서 MSG(RED_req)를 수신하면 차선변경 대기 상태가 된다.

가 가용한 경우, i_x ^d의 CLA는

의 한 차선에 차량이 비워지도록 대기한다.

S(i_x ^d,i_x)의 차선 개수가 2이상이고 혼잡하지 않은 경우, i_x ^d의 CLA는 MEG(RED_ok)를 i_x로 송신한다. 이 경우 DLA가 S(i_x ^d,i_x)에서 한 차선이 줄어들 것을 예상하여 차선당 진행방향을 재설정 한다.

i_x ^d와 i_x ^{u _HF}의 CLA는 i_x의 CLA로부터 MSG(EXT_cfm) 메시지를 대기한다. MSG(EXT_cfm)는 i_x의 CLA가 진입 도로 즉, S(i_x ^d,i_x)에 추가 차선을 사용할 것을 결정하였다는 통지이다.

(6) 차선 처리 상태(BEING_RED)

i_x ^d가 i_x의 CLA로부터 MSG(EXT_cfm)를 수신하면, i_x ^d의 CLA는 자신이 관리하는

에 대하여 차선 처리 상태로 설정한다. i_x ^d의 제어장치 또는 CLA는

에 대한 차선 비움(flushing) 동작을 한다. 차선 비움 동작은 진입 차량에 대한 통제 및 주행하는 차량에 대해서는 차로 변경 또는 대기 과정을 포함한다. 이를 위하여 i_x ^d의 제어장치 또는 CLA는 필요한 정보를 해당 차량들에 송신할 수 있다. 해당 차로에 대한 차선 비움이 완료되면, i_x ^d의 CLA는 MSG(RED_done) 메시지를 i_x의 CLA에 전달한다. MSG(RED_done)는 차선 비움이 완료되었다는 통지이다.

(7) 차선 설정 상태(BEING_EXT)

차선 설정 상태는 S(i_x ^d,i_x)의 차선을 추가하는 동작을 수행하는 상태이다. i_x ^d의 CLA 및 i_x ^{u _HF}의 CLA의 동의(가변 차로 변경이 가능하고, 사전 준비가 완료됨)를 얻어, i_x의 CLA가 차선 추가 작업을 진행한다. CLA는 DLA에 차선 추가를 위한 차선별 진행방향 재설정을 지시한다.

DLA 동작

DLA는

의 차선을 제거하고 S(i_x ^d,i_x)를 확장하면서, 교차로에서 차량들의 충돌이나 교통흐름 장애를 회피하고자 한다. DLA는 S(i_x ^d,i_x)의 차선 설정 상태(BEING_EXT) 및

의 차선변경 대기 상태(RED_READY)를 전제로 동작한다.

DLA는 S(i_x ^d,i_x)에서 차선들의 진행방향 Turn_T(S(i_x ^d,i_x),LN_j)을 다시 설정한다. 가변 차선 LN₁을

에서 제거하여, S(i_x ^d,i_x)에 추가한다고 가정한다. DLA는 LN₁을 제거하고 추가하면서 발생 가능한 차량 충돌을 방지하고, 차량흐름을 최대화하고자, 신호 체계를 점검한다. LN₁ 하나의 방향이 변경되어도, DLA는 전체 차선의 진행 방향에 대한 설정을 다시 한다.

DLA는 진입 방향 기준 GL(좌회전) 차선 및 GR(우회전) 차선이 각각 GS(직진) 차선의 좌측 및 우측에 있도록 조정한다. 좌회전 차선은 좌회전 전용 차선 및 좌회전/직진 동시 차선을 포함한다. 우회전 차선을 우회전 전용 차선 및 우회전/직진 동시 차선을 포함한다.

도 5는 도로 시스템에서 가변 차선을 변경하는 과정(100)에 대한 순서도의 예이다. 특정 교차로(예컨대, i_x)를 기준으로 설명한다. 해당 교차로를 관리하는 제어장치가 가변 차선 변경을 제어한다. 제어장치는 해당 교차로에 진입하는 차로를 기준으로 가변 차선을 변경한다. 도 5는 하나의 진입 도로를 기준으로 가변 차선을 변경하는 과정의 예이다. 다만, 제어장치는 해당 교차로로 진입하는 모든 차로에 대한 가변차로 제어를 할 수 있다. 제어장치는 교차로마다 배치되고, 배치된 교차로를 관리한다고 가정한다.

특정 교차로의 가변 차선 변경을 위하여, 제어장치는 차량 흐름을 기준으로 하향의 주변 교차로(예컨대, i_x ^d)의 제어장치 및 상향의 주변 교차로(예컨대, i_x ^{u _HF})의 제어장치와 통신을 하여 정보를 교환하고, 명령을 전달할 수 있다. 차량 흐름은 i_x ^d → i_x → i_x ^{u _HF}이다. i_x ^d에서 i_x 로 이동하는 차량들이 모두 i_x ^{u _HF}로 이동하지는 않을 수 있다. i_x ^{u _HF}는 i_x ^d에서 i_x 로 이동하는 차량들 중 가장 많은 차량들이 이동하는 교차로라고 가정한다. 설명의 편의를 위하여 i_x 는 현재 교차로, i_x ^d는 진입 교차로, i_x ^u_HF는 진출 교차로라고 명명한다. 진입 교차로에서 현재 교차로 진행하는 방향의 도로 S(i_x ^d,i_x)을 진입 도로라고 명명한다. 또 현재 교차로에서 진출 교차로 진행하는 방향의 도로 S(i_x,i_x ^{u _HF})을 진출 도로라고 명명한다. 현재 시점에서 트래픽 처리량을 극대화하기 위하여, 진입 도로 S(i_x ^d,i_x)의 반대 도로

에서 진입 도로로 편입되는 차선을 증가 차선이라고 명명한다.

는 진입 도로의 반대 도로라고 명명한다. 증가 차선이 추가되어 개수가 늘어난 진입 도로을 증가된 진입 도로이라고 명명한다. 증가된 진입 도로은 가변 차로 변경으로 증가가 예상되는 진입 도로을 포함하는 의미로 사용한다.

도 5는 i_x의 제어장치가 진입 도로 S(i_x ^d,i_x)에 대한 가변 차선 확장을 수행하는 예이다.

제어장치는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도를 모니터링한다(110). 제어장치는 진입 도로의 혼잡도가 임계값보다 큰 경우(120의 YES) 가변 차선의 진행방향 변경 가능성을 점검한다. 이때, 가변 차선 변경은 진입 도로의 변경을 의미한다. 진입 도로의 혼잡도가 임계값보다 작은 경우(120의 NO), 제어장치는 계속 진입 도로를 모니터링한다.

제어장치는 진입 도로의 반대 도로에서 진행 방향 변경(즉, 진입 도로로 추가) 가능한 차선이 있는지 확인한다(130). 제어장치는 사전에 가변 차선 중 추가 가능한 차선의 전체 개수를 미리 파악할 수 있다. 가용한 가변 차선이 있는 경우에 진입 도로의 확대 과정으로 들어간다(130의 YES).

제어장치는 진출 교차로의 상태를 점검하여, 진출 교차로로 유입되는 차량이 증가해도 문제가 없는지 확인한다(140). 제어장치는 진출 교차로의 제어장치로부터 관련된 정보를 확인할 수도 있다. 예컨대, 제어장치는 진출 도로의 개수가 증가된 진입 도로의 개수와 같거나 큰 경우, 진출 도로에 문제가 없다고 판단할 수 있다. 또는 제어장치는 진출 도로의 개수가 현재 진입 도로의 개수보다 하나 이상 큰 경우 문제 없다고 판단할 수도 있다(증가 차선이 한 개인 경우).

진출 도로에 문제가 없는 경우, 제어장치는 진입 교차로의 상태를 점검하여, 진입 도로의 반대 도로가 감소하여도 문제가 없는지 확인한다(150). 제어장치는 진입 교차로의 제어장치로부터 관련된 정보를 확인할 수도 있다. 예컨대, 제어장치는 증가 차선이 제거된 진입 도로의 반대 도로의 개수가 기준값 이상인 경우 문제없다고 판단할 수 있다. 여기서, 기준값은 1일 수 있다. 또는 진입 도로의 반대 도로로 진행하는 차량의 수를 고려하여, 제어장치가 기준값을 적응적으로 설정할 수도 있다.

진입 도로의 반대 도로에도 문제가 없는 경우, 제어 장치는 진입 도로의 증가를 위한 동작을 수행한다.

제어장치는 진입 도로의 반대 도로 차선을 하나 줄이고, 진입 도로의 차선을 하나 확장하는 과정을 제어한다. 제어 장치는 현재 진입 도로에 바로 인접한 반대 도로의 한 개 차선(증가 차선)을 진입 도로로 편입한다. 제어 장치는 증가 차선의 진행 방향을 변경하기 위하여 증가 차선을 비우는 작업을 한다(160).

제어장치는 증가 차선이 비워지면, 확장된 전체 진입 도로에 대하여 차선 별 진행 방향을 재설정한다(170). 제어장치(전술한 DLA 컴포넌트)는 늘어난 증가 차선을 포함하여 전체 진입 도로에 대한 차로 방향을 설정할 수 있다. 이때, 제어장치는 증가된 진입 도로로 인한 차량들의 충돌이나 교통흐름의 장애가 없도록 차로 방향을 설정한다. 제어장치는 차로 방향을 재설정하면서, 진입 도로이 N만큼 증가하게 할 수 있다. 또는 제어장치는 진입 도로이 하나 이상 증가하는 것을 조건으로, 전체 증가된 진입 도로의 차로 방향을 재설정할 수도 있다.

한편, 도로 시스템을 중앙에서 통제하는 중앙제어시스템이 도 5의 가변 차선 제어를 수행할 수도 있다. 도 5와 같은 동작은 하나의 교차로에서 수행되지 않고, 도로 시스템 전체의 교차로마다 이와 같은 동작을 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제어장치는 진입 도로의 반대 도로 차선을 하나 줄이고, 진입 도로의 차선을 하나 확장한다. 도로 상황에 따라, 진입 도로의 차선이 하나 이상 확대될 수도 있다. 이 경우, 제어장치는 도로를 확장하는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

도 6은 제어장치(200)에 대한 예이다. 제어장치(200)는 교차로마다 배치되어 개별 교차로를 제어하는 장치이거나, 복수의 교차로를 제어하는 장치일 수 있다. 제어장치(200)는 물리적으로 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 제어장치(200)는 PC와 같은 컴퓨터 장치, 네트워크의 서버, 데이터 전용 칩셋, RSU, AP 등의 형태를 가질 수 있다.

제어장치(200)는 저장장치(210), 메모리(220), 연산장치(230), 인터페이스 장치(240), 통신장치(250) 및 출력장치(260)를 포함할 수 있다.

저장장치(210)는 진입 교차로에서 현재 교차로로 진입하는 진입 도로에 대한 가변 차선 제어를 위한 프로그램을 저장한다. 저장장치(210)는 차량 또는 인접한 제어장치나 인프라로부터 수신한 정보를 저장할 수 있다. 저장장치(210)는 주변의 제어장치, RSU, 차량 등에 대한 정보(식별자, 통신을 위한 정보 등)를 저장할 수 있다. 저장장치(210)는 진입 도로들에 대한 가변 차로 정보를 저장할 수 있다.

메모리(220)는 제어장치(200)가 데이터 처리 과정에서 생성되는 데이터 및 정보 등을 저장할 수 있다.

인터페이스 장치(240)는 외부로부터 일정한 명령 및 데이터를 입력받는 장치이다. 인터페이스 장치(240)는 물리적으로 연결된 입력 장치 또는 외부 저장장치로부터 필요한 명령 내지 데이터를 입력받을 수 있다.

통신장치(250)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 일정한 정보를 수신하고 전송하는 구성을 의미한다. 통신장치(250)는 차량, 제어장치, 주변 인프라 등으로부터 가변 차선 제어를 위하여 필요한 정보를 수신할 수 있다. 또, 통신장치(250)는 주변 제어장치에 주변 교차로에 대한 정보를 요청하는 명령을 송신할 수 있다.

출력장치(260)는 일정한 정보를 출력하는 장치이다. 출력장치(260)는 교차로 제어를 위한 정보 내지 교차로 상황을 나타내는 정보를 출력할 수 있다.

연산장치(230)는 현재 교차로 및 주변 교차로의 교통 상황 정보 및 저장장치(210)에 저장된 프로그램을 이용하여 진입 도로의 가변 차로 제어를 할 수 있다.

연산장치(230)는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도가 기준값 이상인지 여부를 판단할 수 있다.

연산장치(230)는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도가 기준값 이상인 경우, 가변 차선의 개수를 고려한 진입 도로로 가용한 차선의 개수와 주변 교차로들 중 진출 교차로로 향하는 진출 도로의 개수의 차이를 비교할 수 있다.

연산장치(230)는 진출 도로의 개수가 진입 도로의 개수와 가변 차선의 전체 개수를 합산한 개수 이상인 경우, 진출 도로의 교통 상황에 여유가 있다고 판단하여 가변 차로를 변경할 수 있다.

연산장치(230)는 진입 도로의 반대 도로의 차선 개수를 기준으로 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인지 확인할 수 있다.

연산장치(230)는 진입 도로의 반대 도로의 차선의 개수가 2 이상인 경우, 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만이라고 판단할 수 있다. 또는 연산장치(230)는 보다 정교하게 반대 도로의 개수와 반대 도로로 진행할 차량의 량을 기준으로 차량 혼잡도를 평가할 수도 있다.

연산장치(230)는 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인 경우, 진입 도로에 직접 인접한 반대 도로의 한 개 차선을 진입 도로로 편입될 타깃 차선으로 결정한다.

연산장치(230)는 타깃 차선이 편입되어 증가된 전체 진입 도로에서 차선 별로 진행 방향을 재설정할 수 있다. 이는 DLA 동작에 해당한다.

연산장치(230)는 데이터를 처리하고, 일정한 연산을 처리하는 프로세서, AP, 프로그램이 임베디드된 칩과 같은 장치일 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 가변 차로 제어 방법 내지 제어 장치 동작은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

Claims (12)

1. 제어장치가 주변 교차로들 중 진입 교차로에서 현재 교차로로 진입하는 진입 도로에 대한 차량 혼잡도를 모니터링하는 단계;
   상기 제어장치가 상기 혼잡도가 기준값 이상인 경우, 확장될 상기 진입 도로의 차선의 개수와 상기 주변 교차로들 중 진출 교차로로 향하는 진출 차선의 개수의 차이를 비교하는 단계;
   상기 제어장치가 상기 진입 도로에 대응하는 반대 도로의 차선 개수를 기준으로 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인지 확인하는 단계;
   상기 제어장치가 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인 경우, 상기 반대 도로 중 상기 진입 도로에 직접 인접한 한 개의 차선인 타깃 차선에 차량이 위치하지 않도록 제어하는 단계; 및
   상기 제어장치가 상기 타깃 차선이 편입되어 증가된 진입 도로의 차선 별 진행 방향을 재설정하는 단계를 포함하되,
   상기 현재 교차로는 상기 진입 교차로 방향을 제외하고, 복수의 주변 교차로들과 직접 연결되고, 상기 진출 교차로는 상기 복수의 주변 교차로 중 상기 진입 교차로에서 상기 현재 교차로로 진입하는 차량들이 가장 많이 진출하는 교차로인 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 진출 도로의 개수가 상기 확장될 진입 도로의 차선의 개수 이상인 경우, 상기 타깃 차선을 상기 진입 도로에 편입하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 반대 도로의 차선의 개수가 2 이상인 경우, 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만이라고 판단하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 현재 교차로에서 모든 방향에 대한 전체 차량 흐름이 최대가 되는 경우에, 상기 진입 도로의 차선을 확장하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 진입 도로의 방향을 기준으로, 상기 현재 교차로에서 좌측으로 회전하는 차선은 직진 차선의 좌측에 위치하고, 상기 현재 교차로에서 우측으로 회전하는 차선을 직진 차선의 우측에 위치하도록 상기 진입 도로에 대한 차로 방향을 설정하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는

   

   을 만족하도록 상기 타깃 차선의 개수를 결정하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
   (여기서, F_du는 상기 현재 교차로에서의 차량 흐름을 나타내고, 상기 수학식은 아래 조건을 만족함
   

   

   
   i_x는 상기 현재 교차로, i_x ^d는 상기 진입 교차로, i_x ^u는 상기 진출 교차로, S(i_x ^d,i_x)는 상기 진입 도로, Len()는 차선의 길이, NLt()는 시간 t에서 차선의 개수, n_du는 상기 진입 교차로에서 상기 현재 교차로를 통하여 상기 진출 교차로로 향하고자 하는 차량의 양)
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는 일정한 주기마다 상기 가변 차선의 진행 방향 변경 여부를 결정하는 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법.
8. 주변 교차로들의 교통 상황 정보를 수신하는 통신장치;
   주변 교차로들 중 진입 교차로에서 현재 교차로로 진입하는 진입 도로에 대한 가변 차로 추가 여부를 결정하는 프로그램을 저장하는 저장장치; 및
   상기 교통 상황 정보 및 상기 프로그램을 이용하여 상기 진입 도로에 대한 가변 차로 추가에 대한 명령을 생성하는 연산장치를 포함하되,
   상기 연산장치는 상기 진입 도로에 대한 차량 혼잡도가 기준값 이상인 경우, 확장될 상기 진입 도로의 차선의 개수와 상기 주변 교차로들 중 진출 교차로로 향하는 진출 도로의 개수의 차이를 비교하고,
   상기 반대 도로의 차선 개수를 기준으로 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인지 확인하고,
   상기 진입 도로의 상기 차량 혼잡도가 기준값 이상이고, 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만인 경우, 상기 반대 도로 중 상기 진입 도로에 직접 인접한 한 개의 차선인 타깃 차선에 차량이 위치하지 않도록 제어하고,
   상기 타깃 차선이 편입되어 증가된 진입 도로의 차선 별 진행 방향을 재설정하되,
   상기 현재 교차로는 상기 진입 교차로 방향을 제외하고, 복수의 주변 교차로들과 직접 연결되고, 상기 진출 교차로는 상기 복수의 주변 교차로 중 상기 진입 교차로에서 상기 현재 교차로로 진입하는 차량들이 가장 많이 진출하는 교차로인 적응적 가변차선을 제어하는 제어장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 연산장치는 상기 진출 도로의 개수가 상기 확장될 진입 도로의 차선의 개수 이상인 경우, 상기 타깃 차선을 상기 진입 도로에 편입하는 적응적 가변차선을 제어하는 제어장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 연산장치는 상기 반대 도로의 차선의 개수가 2 이상인 경우, 상기 반대 도로의 차량 혼잡도가 기준값 미만이라고 판단하는 적응적 가변차선을 제어하는 제어장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 연산장치는 상기 현재 교차로에서 모든 방향에 대한 전체 차량 흐름이 최대가 되는 경우에, 상기 진입 도로의 차선을 확장하는 적응적 가변차선을 제어하는 제어장치.
12. 컴퓨터에서 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 적응적 가변차선을 이용한 교통량 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.

Images