신호 교차로(Traffic Signalized Intersection)의 개념과 운영 방식

 

교통 흐름을 원활하게 관리하고 교차로의 안전성을 확보하는 핵심적인 수단 중 하나가 신호 교차로(Traffic Signalized Intersection)입니다. 신호 교차로는 차량과 보행자의 이동을 조정하여 교통사고를 예방하고 도로의 용량을 최대한 활용할 수 있도록 합니다. 이번 글에서는 신호 교차로의 개념, 장단점, 주요 용어, 그리고 신호 제어 방식에 대해 살펴보려 합니다.

 

1. 신호 교차로의 장점과 단점

장점 (Advantages)

• 질서 있는 차량 흐름 유지: 신호 체계를 통해 차량이 정해진 순서대로 이동할 수 있도록 하여 혼잡을 줄인다.
• 우회전 및 직각 충돌 감소: 신호 운영을 통해 90도 각도로 발생하는 사고를 줄일 수 있다.
• 교차로 용량 증가: 신호 최적화를 통해 동일한 교차로에서도 더 많은 차량을 처리할 수 있다.
• 보행자 및 철도 횡단 가능: 신호 주기를 설정함으로써 보행자 및 철도 횡단 시 충돌 위험을 감소시킨다.
• 신호 연동(Coordinated Signals) 가능: 여러 개의 신호 교차로를 연동하여 차량 흐름을 원활하게 만들 수 있다.
• 운전자 신뢰도 향상: 명확한 신호 체계를 통해 운전자의 예측 가능성을 높인다.
• 비용 대비 효과적: 신호 체계 개선은 상대적으로 낮은 비용으로 교통 효율성을 높일 수 있는 방법 중 하나이다.

단점 (Disadvantages)

• 대기 시간 증가: 신호 대기 시간이 발생하며, 신호 운영이 비효율적이면 불필요한 정체가 발생할 수 있다.
• 후미 추돌사고 증가: 갑작스러운 신호 변경 시 후미 추돌 사고의 가능성이 증가한다.
• 운전자의 신호 무시 가능성 증가: 신호 운영이 불합리하거나 오작동할 경우 운전자의 불신을 초래할 수 있다.
• 부적절한 신호 운영 시 운전자 불편 증가: 신호 타이밍이 잘못 설정되면 운전자들에게 불편을 초래하고 도로 이용 효율성을 저하시킬 수 있다.

 

참고로, 옛날에는 사진과 같이 수동으로 신호를 제어했다고 합니다.

 

2. 신호 운영 관련 주요 용어

신호 운영 기본 개념

• 사이클(Cycle): 신호의 한 번의 색상 변화 주기.
• 사이클 길이(Cycle Length): 한 주기가 완료되는 데 필요한 시간(초 단위).
• 페이즈(Phase): 특정 방향의 차량 흐름(직진, 좌회전 등)에 할당된 신호 시간.
• 유효 녹색시간(Effective Green, g): 실제 차량이 교차로를 통과할 수 있는 시간(녹색 + 일부 황색 포함).
• 유효 적색시간(Effective Red, r): 교차로를 통과할 수 없는 시간 (사이클 길이 - 유효 녹색시간).
• 손실 시간(Lost Time, LT): 신호 변경 시 차량이 움직이지 못하는 시간(모든 적색 시간 + 일부 녹색 및 황색 시간 포함).

신호 연동 및 타이밍 요소

• 변화 간격(Change Interval): 황색 + 전체 적색(All Red) 시간으로, 교차로를 완전히 비우는 역할을 함.
• 신호 연동(Coordinated Signals): 여러 신호 교차로의 신호 주기를 조정하여 차량 정지를 최소화하는 방법.
• 오프셋(Offset): 연속된 교차로 간 신호 시작 시간 차이.
• 포화 교통류율(Saturation Flow Rate): 차량이 신호 없이 지속적으로 흐를 수 있는 이상적인 흐름 속도(약 1900대/시간).

 

Signal Timing의 예시입니다.

 

3. 신호 제어 방식

고정식 신호 (Pretimed Signal)

• 미리 설정된 일정한 사이클을 따르는 신호.
• 교통량 변화와 무관하게 일정한 시간 간격으로 신호 변경.
• 예측 가능한 위치(예: 도심 지역)에 적합.

반응식 신호 (Semi-Actuated Signal)

• 주도로는 항상 녹색, 부도로의 차량이 감지되면 신호가 변경됨.
• 주요 도로는 지속적으로 신호를 유지하며, 부도로 차량이 감지될 때만 신호 변경.
• 소규모 교차로나 교통량이 적은 지역에서 주로 사용됨.

완전 반응식 신호 (Fully-Actuated Signal)

• 교통량에 따라 신호 시간이 유동적으로 변하는 방식.
• 모든 접근로에 차량 감지기가 설치되어 있어 차량이 많으면 신호 시간이 연장됨.
• 변화하는 교통 패턴에 적응 가능하여 효율적인 신호 운영 가능.

 

Detectors 예시

반응형

 

4. 신호 타이밍 계획 (Signal Timing Plan)

2-페이즈 신호 (Simple 2-Phase Timing Plan)

• 기본적인 교차로 신호 운영 방식으로, 한 방향의 차량이 통과한 후 다른 방향의 차량이 통과하도록 설계됨.
• 단순한 T자형 교차로나 교통량이 적은 교차로에서 유용함.

3-페이즈 신호 (3-Phase Timing Plan)

• 직진 및 좌회전 신호를 분리하여 운영하는 방식.
• 특정 방향에서 동시 좌회전을 허용하는 경우 적용 가능.

4-페이즈 신호 (4-Phase Timing Plan)

• 보다 복잡한 교차로에서 사용되며, 직진, 좌회전, 보행자 신호 등을 독립적으로 운영.
• 차량 및 보행자 흐름을 최적화할 수 있는 구조.

 

 

참고로, 과거에는 대부분의 나라가 좌측통행 신호 후 직진 신호를 사용했다고 합니다. 2010년부터 우리나라만 직진 신호 후 좌측통행 신호로 바꿨다고 합니다. 그 이유는, 여러가지가 있겠지만 대한민국 국민들이 신호가 바뀌기 전에 예측을 해서 먼저 출발해버리는 상황이 많아서 그렇다는 소문도 있습니다.

 

결론

신호 교차로는 교통 흐름을 조정하고 사고를 예방하는 중요한 요소입니다. 하지만 신호 운영이 적절하지 않으면 오히려 교통 정체와 사고를 유발할 수 있습니다. 따라서 교통량을 고려한 신호 타이밍 설계와 연동 신호 운영이 필수적입니다. 신호 교차로 운영의 원리를 이해하고 최적화하면 보다 효율적이고 안전한 교통 환경을 조성할 수 있을 것입니다.

 

 

 

 

 

(참고)

 

작동 신호(Actuated Signal) 교차로의 운영 원리

 

교차로에서 신호를 운영하는 방식은 크게 고정 신호(Pre-Timed Signal) 와 작동 신호(Actuated Signal) 로 나뉩니다.

 

 

1. Actuated Signal이란?

Actuated Signal은 차량 감지기를 활용해 교통량에 따라 신호 시간을 자동으로 조절하는 방식입니다. 신호가 미리 설정된 고정 주기로 바뀌는 Pre-Timed Signal과 달리, Actuated Signal은 교차로의 실시간 교통 흐름을 반영하여 필요한 만큼만 신호를 제공하고, 차량이 없으면 신호를 조기 종료합니다.

 

 

2. Actuated Signal의 주요 개념

 

- 감지기(Detector): 도로에 설치된 감지기가 차량을 인식하여 신호 연장을 결정합니다.
- 연장 구간(Extension Period): 차량이 지속적으로 감지되면 녹색 신호(Green)가 연장됩니다.
- 최대 녹색 시간(Maximum Period): 연장 시간이 계속되어도 설정된 최대 시간 이상으로 신호가 유지될 수 없음. 최대 녹색 시간이 지나면 무조건 신호가 바뀜.
- Max Out Operation: 감지기로 인해 신호가 연장되다가, 최대 시간에 도달하면 신호가 강제 종료됨.
- 다른 방향의 신호 전환: 교차로의 다른 방향 차량이 감지되지 않으면 현재 신호가 계속 유지됨. 하지만 최대 대기 시간(Max Waiting Time) 이 지나면 신호가 자동으로 전환됨.

 

 

3. Actuated Signal과 신호 연동(Coordination)

Actuated Signal은 인접 교차로와 신호를 맞추는 신호 연동(Coordination) 기능이 없습니다. 즉, 각 교차로가 독립적으로 작동하기 때문에 신호 체계가 일정하지 않고, 교통량이 많은 곳에서는 불규칙한 흐름을 초래할 수 있습니다.

 

 

4. Actuated Signal의 한계점: 고교통량 환경에서는 비효율적

 

- 교통량이 많아 신호가 자주 바뀌어야 하는 곳에서는 Actuated Signal이 적합하지 않을 수 있습니다.
- 이런 경우 고정 신호(Pre-Timed Signal) 을 사용하여 일정한 신호 주기를 설정하는 것이 더 효과적입니다.

 

 

Actuated Signal은 실시간 교통 흐름을 반영하여 신호를 조절하는 유연한 방식이지만, 교통량이 많거나 신호 연동이 필요한 지역에서는 Pre-Timed Signal이 더 적합할 수 있습니다.