충격파이론을 이용한 고속도로 공사구간의 혼잡상태 분석

고속도로 공사구간은 차로의 축소로 인한 병목구간이 존재하며, 공사작업의 영향으로 도로의 처리용량을 감소시켜 교통 혼잡을 야기한다. 공사구간으로 인해 발생하는 혼잡을 최소화하기 위해서는 공사구간의 교통관리가 매우 중요하며, 교통관리를 위한 전략을 수립하기 위해서는 공사구간에서의 혼잡상태를 분석하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 고속도로 공사구간에서 발생할 수 있는 다양한 조건의 혼잡상태를 구분하고 충격파이론을 통해 분석하고자 한다. 본 연구에서 분석한 공사구간은 편도 2차로 중에서 1개 차로를 차단한 형태로 구성하였고, 그림 1과 같이 공사구간을 4가지 구역으로 분류하여, 이 중에서 충격파가 발생할 수 있는 구간인 Transition area와 Work space의 용량에 따라 충격파를 분석하였다. 용량과 수요의 관계에 따라 다양한 조건으로 구분할 수 있으나, 본 연구에서는 가장 주요한 조건 2가지에 대해 중점적으로 다루었다. 첫 번째는 수요가   (Transition area의 용량)보다는 작고  (Work space의 용량)보다는 큰 조건으로 Work space에서만 충격파가 발생하는 조건이고, 두 번째는 수요가  , 보다 큰 조건으로 두 구간에서 모두 병목현상이 발생하여 대기행렬이 쌓이게 되는 조건이다. 충격파이론을 직접 적용하기 위해 Bongsoo Son, A Study of G.F. Newell's "simplified theory of kinematic waves in highway traffic"(1996)에서 예제로 활용한 교통류-밀도 관계곡선을 활용하였으며, 두 조건에 대하여 충격파이론을 적용하였을 때의 충격파는 그림2와 그림3과 같다.