신호연동

왜 배우는가: 신호연동은 도시부 간선도로의 지체와 정지 횟수를 줄이는 대표적인 신호운영 방법이다. 실무에서는 신호 계획의 기본 틀이 되고, 시험에서는 고려 요소와 연동 방법을 묻는 형태로 자주 나온다.

출제 이력: 제137회 4교시 4번, 제135회 2교시 4번, 제123회 4교시 6번, 제108회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

신호연동은 인접 신호교차로의 주기와 옵셋을 맞추어 차량군이 정지 없이 연속 녹색을 받도록 하는 신호운영 기법이다.

답안 첫 줄에는 위 정의를 쓰고, 이어서 아래 키워드를 함께 떠올린다.

• 신호연동(Signal Coordination): 연속된 신호교차로의 신호시간을 하나의 계획으로 묶는 일
• 차량군(Platoon): 상류 신호에서 함께 출발해 무리 지어 이동하는 차량 집단
• 옵셋(Offset): 기준 신호의 녹색 시작 시점에 대한 인접 신호의 녹색 시작 시점 차이
• 공통 주기: 연동 구간 신호기가 모두 같은 주기길이를 쓰는 조건
• 연동폭(Bandwidth): 차량군이 끊기지 않고 통과하는 녹색 시간의 폭
• 녹색파(Green Wave): 연동 결과 차량군이 녹색 신호를 이어 받아 진행하는 현상

2. 개념 풀이

신호연동은 쉽게 말해 옆 신호등과 시간을 맞추는 일이다. 신호가 교차로마다 따로 바뀌면 차량은 빨간불에 걸려 멈췄다가 다시 출발하기를 되풀이한다. 연동을 하면 한 번 출발한 차량군이 다음 교차로에서도 녹색을 만나 멈추지 않고 달릴 수 있다.

정식 정의는 다음과 같다. 신호연동은 간선도로 상의 연속된 신호교차로에 공통 주기를 적용하고, 교차로 사이의 옵셋을 조정하여 주된 방향 차량군의 정지 횟수와 지체를 줄이는 신호제어 방식이다. 기준이 되는 것은 차량군의 도착 시점이다. 상류 교차로에서 나온 차량군이 하류 교차로에 도착하는 순간 녹색이 켜져 있어야 효과가 가장 크다.

이 관계를 식으로 보면 이상 옵셋은 두 교차로 사이 거리를 차량군의 평균 속도로 나눈 값이다.

$t_o = \frac{d}{v}$

여기서 t_o는 이상 옵셋(s), d는 인접 신호교차로 간 거리(m), v는 차량군 평균 속도(m/s)이다. 식이 말하는 것은 간격이 넓을수록, 속도가 느릴수록 옵셋이 커진다는 점이다. 이것을 이상 옵셋 = 거리 ÷ 차량군 평균 속도로 답안에 쓴다.

이상 옵셋은 가정이 깨지면 보정해야 한다. 상류 신호의 녹색이 끝난 뒤에도 빠져나가지 못한 낙오 차량이 있으면 하류 교차로의 대기행렬과 부딪힌다. 또 교차로 사이 측면 도로에서 차량이 유입되면 차량군의 밀도와 속도가 달라진다. 그래서 실제 옵셋은 대기 차량 수와 방전 차두시간을 반영해 조정한다.

연동계획은 세 요소로 구성된다. 첫째는 공통 주기, 둘째는 현시별 녹색 시간 배분(스플릿), 셋째는 옵셋이다. 주기와 스플릿은 교차로별 교통량으로 정하고, 옵셋은 거리와 속도로 맞춘다. 세 요소가 한 계획 안에서 서로 맞물려야 연동이 성립한다.

연동 방식은 대개 일방향과 양방향으로 나뉜다. 일방향 연동은 주된 방향 하나를 골라 그 방향 차량군을 통과시키는 방식이다. 양방향 연동은 두 방향 모두에 맞는 옵셋을 찾아야 하므로 교차로 간격이 일정하지 않으면 동시에 만족시키기 어렵다. 실무에서는 교통 수요가 큰 방향을 우선하는 것이 일반적이다.

3. 등장 배경과 필요성

도시부 간선도로는 교차로가 많고 직진 교통량이 집중된다. 간선도로의 주된 기능은 직진 교통류를 원활히 처리하는 것이다. 그런데 교차로마다 신호가 독립적으로 운영되면 차량 흐름이 번번이 끊기고, 차량은 정지와 출발을 되풀이하면서 지체가 누적된다.

이 문제는 교통량이 많은 시간대에 특히 두드러진다. 정지 후 재출발은 연료 소모와 배출가스를 늘리고, 운전자가 체감하는 지체도 커진다. 신호연동은 신호 시간을 조정하는 것만으로 이 손실을 줄이는 방법이어서, 설비를 크게 늘리지 않고도 효과를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

연동이 특히 필요해지는 상황은 다음과 같다.

• 신호교차로가 연속 배치되어 차량군이 흩어지기 전에 다음 신호에 도달하는 구간
• 주된 방향 교통량이 많아 한 방향의 흐름을 우선 처리해야 하는 도로
• 교차로 간격이 멀어 차량군이 분산되는 구간이면 중간에 신호를 추가하여 연동 효과를 살려야 하는 경우