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최근 수정 시각 : 2023-06-08 16:21:23

신호운영



1. 신호교차로
1.1. 신호교차로의 이상적인 조건1.2. 신호교차로 보정계수1.3. 용량에 영향을 주는 요소1.4. 보호좌회전의 순서
1.4.1. 선행좌회전1.4.2. 후행좌회전
2. 주기 산정
2.1. 최적주기2.2. 임계차로군 방법
3. 유효 녹색시간4. 적정 황색시간5. 옵셋6. 포화도
6.1. 임계차로군6.2. 임계V/C비
7. 지체8. 보행 신호9. 서비스 수준
9.1. 차량 신호9.2. 보행 신호


이 문서에서는 신호등의 운영방법에 대해서 공학적인 내용을 설명한다.
교통기사 시험 문제에도 나오는 내용이다.

1. 신호교차로

1.1. 신호교차로의 이상적인 조건

1.2. 신호교차로 보정계수

차로폭, 좌회전차로, 우회전차로, 경사(구배), 주차, 버스정류장 방해, 중차량비율, 차로수를 변수로 하는 보정계수가 있다.

1.3. 용량에 영향을 주는 요소

1.4. 보호좌회전의 순서

1.4.1. 선행좌회전

좌회전을 먼저 주고 그 다음 직진 신호를 주는 방법.

장점
단점

1.4.2. 후행좌회전

직진을 먼저 주고 그 다음 좌회전 신호를 주는 방법.

장점
단점

2. 주기 산정

2.1. 최적주기

[math(c_p=\displaystyle\dfrac {1.5l+5}{1-\displaystyle \sum_{i=1}^n y_i})]

통상적으로 웹스터 최적주기 공식을 사용한다. 이때 교차로가 v/c비 1.0이하의 과포화 상태가 아닌 교차로에 적용토록 해야 하며 과포화된 교차로에 적용할 경우 주기가 비정상적으로 높게 산출된다. 여기서 계산된 최적주기의 0.75배 이상 1.5배 이하의 주기는 차량의 지체에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 최적주기 값이 계산되더라도 범위 내에서 주변 여건을 고려하여 조정할 수 있다. 한편 인접한 교차로와 연계하여 운영되는 교차로의 주기는 연동되는 교차로군 내에서 가장 긴 주기를 따라야 한다.

우회전이 도류화된 교차로나 적신호시 우회전이 허용되는 교차로라면 우회전 교통량은 신호에 통제되지 않으므로 제외한다.

결과값은 90초 이하라면 5초 단위로, 90초 이상이라면 10초 단위로 올림하여 표현하며 120초 이상의 주기는 지양한다.

2.2. 임계차로군 방법

첨두 도착교통량을 처리할 수 있는 용량을 제공하기 위해 최소주기를 구하는 방법이다.
[math(C_{min}=\displaystyle\dfrac L{1-\displaystyle \sum y_i})]

3. 유효 녹색시간

신호교차로에서 차량이 실제로 진행할 수 있는 시간을 말한다. 녹색신호이 현시되더라도 차량의 인지반응시간이 발생하므로 녹색신호가 현시되자마자 출발하는 것은 불가능하다. 이를 출발손실시간이라고 한다. 또한 녹색시간이 종료되고 황색신호로 바뀌는 순간에 차량이 바로 멈추는 것도 불가능하다. 이렇게 황색신호의 일부를 녹색신호처럼 사용하는 시간을 진행연장시간이라고 한다.
유효녹색시간[math(g_i)] = 녹색시간 + 황색시간 - 출발손실시간 - 소거손실시간
유효녹색시간[math(g_i)] = 녹색시간 - 출발손실시간 + 진행연장시간

용량
[math(c_i = S_i \times \dfrac {g_i}C)]

4. 적정 황색시간

[math(y=t_b+\dfrac v{2a}+\dfrac {w+l}v-t_s)]

만약 정지선까지 정지하는데 필요한 거리[math(d)]를 알 수 있다면 다음 식을 사용하여도 무방하다.
[math(y=t_b+\dfrac dv+\dfrac {w+l}v-t_s)]

적정 황색시간은 정지선에 정지하는 경우와 정지선을 넘어 교차로를 완전히 빠져나가는데 걸리는 시간을 합한 것이다. 황색시간을 적정 황색시간보다 길게 줄 경우 옵션존이 발생하고, 짧게 줄 경우 딜레마존이 발생한다.

황색시간의 부여 단위는 소숫점 이하 한 자리까지 표시한다. 황색신호는 최소 3초에서 최대 5초의 범위 내에서 적용하고 그 이상의 시간이 필요한 경우 신호여건을 재검토하거나 남은 시간을 모든 교차로에서 적색신호를 현시하는 전적색신호를 활용한다.

5. 옵셋

연속된 두 신호교차로에서 한 교차로의 녹색신호가 켜진 순간부터 다음 신호교차로에서 녹색신호가 켜지는 순간까지의 신호를 말한다. 간단히 말하면 교차로 간격(l)에서 차량 통행속도(v)를 나눈 값이다.
[math(t=\dfrac lv)]

다만 다음 신호교차로의 하류부에 대기차량이 있을 경우에는 다음 신호교차로에서 대기하는 차량이 교차로를 빠져나가는데 소요되는 시간을 빼줘야 한다.
[math(t=\dfrac lv-(n×h-d))]

6. 포화도

Degree of Satuartion
교통류율 대 용량의 비 (V/C)를 말한다. 포화도는 교통량비(V/S)에서 주기당녹색시간비(g/C)를 나눠 구할 수 있다.

6.1. 임계차로군

주어진 현시동안 가장 큰 교통량비(V/S) 값을 갖는 차로군

6.2. 임계V/C비

교차로 전체를 대상으로 임계차로군의 V/C비를 종합한 값을 말한다.
[math(X_c=\dfrac C{C-L}{\displaystyle \sum y_i})]

7. 지체

8. 보행 신호

보행자지체는 보행자가 차로를 횡단하기 위해 신호 횡단보도에서 적색 보행신호에 의해 정지되어 있을 때의 평균지체를 말한다.
[math(d_p = \dfrac {(C-g)^2}{2C})] (초)

총 횡단보도 점유 시간 결정
[math(T = (V_i + V_o) \times t)](초)
* [math(V_i)] : 횡단보도 진입 보행량
* [math(V_o)] : 횡단보도 진출 보행량

한 주기당 보행자 수는 아래 식으로 구한다.
[math(N = \dfrac {V_o(C-G_c)}{C})](인/주기)
* [math(G_c)] : 보행자 녹색시간(초)
* [math(V_o)] : 횡단보도 진출 보행량

총 횡단 시간은 아래와 같이 정한다.
[math(t = 3.2 + \dfrac{L}{S_p} + (0.81 \times \dfrac {N_{ped}}{W_E}))] (초)
* 3.2 : 보행자 Start Up Time (초)
선행보행군의 선두보행자와 마지막 보행자가 횡단보도에 완전히 진입할 때까지의 시간
* [math(L)] : 횡단보도 길이(m)
* [math(S_p)] : 보행자의 평균속도(㎧)
* [math(N_{ped})] : 한 주기동안 횡단한 보행자(인)
* [math(W_E)] : 유효 횡단보도 폭(m) (4.0미터 이상)

시-공간 면적
[math(TS = L \times W_E \times ((WALK + FDW) - \dfrac L{2S_p}))]

신호교차로 횡단보도 점유공간 결정
[math(M = \dfrac {TS}T)]

보행 신호 결정
최소 보행자 신호시간([math(G_p)]) = 보행자 횡단방향과 같은 방향의 최소 차량용 녹색시간
최소 보행자 신호시간([math(G_p)]) = 최소 초기 녹색시간 + 점멸 녹색시간
점멸녹색시간 = 보행자 횡단시간 - 차량용 황색시간

9. 서비스 수준

9.1. 차량 신호

수준 차량당 제어지체(초)
A 15 이하
B 30 이하
C 50 이하
D 70 이하
E 100 이하
F 220 이하
FF 340 이하
FFF 340 초과

E수준을 도로의 용량으로 보고 F부터 FFF까지는 도로 용량을 초과하는 심각한 상태의 교통정체가 발생하는 수준을 말한다.

9.2. 보행 신호

수준 보행교통류율(인/분/m) 점유공간(㎡/인) 밀도(인/㎡) 속도(m/분)
A 20 이하 3.3 이상 0.3 이하 75 이상
B 32 이하 2.0 이상 0.5 이하 72 이상
C 46 이하 1.4 이상 0.7 이하 69 이상
D 70 이하 0.9 이상 1.1 이하 62 이상
E 106 이하 0.38 이상 2.6 이하 40 이상
F - 0.38 미만 2.6 초과 40 미만

분류