고속도로 내 차로 운영 전략을 위한 군집주행 기반 최적화 방법론

Abstract

통신 및 자동화 기술이 빠르게 발전하면서 커넥티드 자율주행 차량, CAV(Connected and Autonomous Vehicle)은 교통 혼잡 문제의 해결 방안으로 새롭게 주목을 받고 있다. 특히 CAV의 군집주행은 기존 사람이 운전하는 차량, HDV(Human-Driven Vehicle) 시스템보다 교통용량을 증대시킬 수 있다. 그러나 고속도로의 모든 차량을 CAV로 대체하는 데 오랜 시간이 걸릴 것으로 전망되며, CAV와 HDV가 도로를 공유하는 혼합 교통류 특성을 이해하고 효율성 높은 운영 방안을 모색하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 HDV 또는 CAV 전용차로 운영 방안을 새롭게 제시하여 다중차로 고속도로 구간 교통용량의 최대화에 초점을 맞춘다. 이를 위해 교통 기본도 개념을 활용하여 차간 거리와 CAV 혼입률을 고려한 수학적 모델과 최적화 프레임워크를 제안한다. 제시된 프레임워크를 이중 차로 고속도로 수치 예제에 적용하여 최적의 CAV 도입 시나리오를 분석하였으며, 전체 CAV 혼입률과 동일하게 차로별 CAV 혼입률을 결정하는 디폴트 시나리오와 최적 시나리오를 비교하여 교통용량의 차이를 확인하였다. 그 결과, 전체 CAV 혼입률이 증가할 때 특정 차로부터 CAV가 순차적으로 도입되는 새로운 운영 방식이 교통용량을 더 향상시키는 것으로 나타났다. 이를 통해 전체 CAV 혼입률에 따라 차로별 CAV 혼입률을 제어하고 그에 맞는 HDV 또는 CAV 전용차로를 도입하는 최적 운영 방안을 제시하였다.