국내 소규모 회전교차로 사고모형 개발

1. 연구의 배경 및 목적

회전교차로는 중앙의 교통섬을 중심으로 회전차량이 우선권을 가지며 교차로를 통과하는 방식으로 운영된다. 회전교차로를 설치하면 진입차량의 속도가 감소되어 안전성이 향상되며, 다양한 연구에서 회전교차로의 지체감소 효과를 입증한 바 있다. 특히 지체감소 효과는 교통량이 적은 교차로에서 큰 효율을 보인다. 유럽과 미국 등에서는 소규모 교차로의 교통사고를 감소시키고, 교통지체를 해소하기 위한 대안으로 회전교차로 설치를 적극 지향하고 있는 추세이다. 이에 맞춰 최근 국내에서도 다양한 유형의 회전교차로의 신규 설치 및 전환이 증가되고 있다. 하지만 기존 교차로와 차이가 있는 회전교차로의 기하구조와 운영방법으로 인해 교통사고가 발생하는 경우가 많다. 보다 안전한 회전교차로 운영을 위해서는 이와 관련된 사고대책 마련이 필요한 시점이다.

지금까지 회전교차로 교통사고와 관련하여 많은 연구가 진행되어왔지만, 대부분 기본(표준) 유형의 회전교차로를 대상으로 한 연구가 주를 이룬다.

한국교통연구원이 발표한 전국 주요 회전교차로 100개소 중, 소형 및 초소형 회전교차로에서 2008~2014년까지 발생한 교통사고는 387건으로 확인된다. 이는 전체 회전교차로 사고의 약 20%이상을 차지하며, 현재 소형회전교차로의 설치가 증가하고 있는 것을 고려한다면, 기본 회전교차로 이외 소형 및 초소형 회전교차로의 교통사고 관련 연구가 필히 요구되는 것으로 판단된다.

이 연구는 회전교차로 유형에 따라 교통사고에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위해 기본유형, 소형 및 초소형 회전교차로의 사고모형을 개발하며, 회전교차로 사고감소 대책을 수립하기 위한 대안을 제안하는데 그 목적이 있다.

2. 연구의 내용 및 방법

이 연구에서는 한국교통연구원에서 제시한 전국의 주요 회전교차로 100개소를 대상으로 하되 자료의 일관성을 위해 2008년 이전에 설치된 76개소 회전교차로가 우선 선정된다. 이후, 설계기준에 따라 소형(16개소) 및 초소형(20개소)가 선정되고, 비교분석을 위해 소형 및 초소형 회전교차로를 제외한 기본유형(24개소)가 임의로 선정된다. 종속변수인 사고자료는 도로교통공단의 교통사고분석시스템(TAAS : traffic accident analysis system)을 활용하여 2008~2014년 사이 발생한 교통사고이다. 독립변수로 활용된 기하구조 및 교통량은 현장조사와 다음로드뷰, 그리고 Auto CAD를 이용하여 구축된다. 분석에는 통계프로그램 SPSS24.0이 사용되며, 다양한 변수 사이의 관계를 구축하는 다중선형회귀와 가산자료 모형이 사용된다.

Fig 1.

Flowchart of study

1. 회전교차로 유형

‘도로용량편람(국토해양부, 2013)’에서는 회전교차로 유형을 기본유형과 특수유형으로 나누어 제시하고 있다. 기본유형은 설계기준자동차와 진입차로 수에 따라 소형, 1차로형 및 2차로형으로 구분되며, 특수유형은 설치형태에 따라 초소형, 평면형 그리고 입체형으로 분류된다.

기본유형에 포함되는 소형 회전교차로의 경우, 긴급자동차의 통행을 위하여 중앙교통섬을 노면표시로 설치하거나, 사면돋움하여 횡단을 가능하게 한다.

특수유형에 포함되는 초소형 회전교차로는 평균 주행속도가 50kph 미만의 도시지역에 최소한의 설계제원으로 설치할 수 있는 회전교차로를 말한다. 이 경우에는 중앙교통섬 전체를 노면표시로 설치하거나 사면돋움하여, 대형차의 통행이 가능하도록 한다.

아울러 ‘생활도로형 회전교차로 설계지침(행정안전부, 2012)’에서는 생활권 행정구역 내부 도로를 대상으로 소형 회전교차로를 설치하여 과속에 의한 사고를 방지하는 생활도로형 회전교차로 설계기준을 제시하고 있다.

이 연구에서는 소규모 회전교차로 관련 문헌을 바탕으로 상세한 분석을 위해 소형 및 초소형 회전교차로를 구분한다. 유형 분류 기준은 다음 표와 같다.

Table 1.

Classification criteria(kph, m)

2. 국내·외 연구 검토

회전교차로의 교통사고와 관련하여 현재까지 진행된 논문을 검토한 결과, 기본유형의 회전교차로를 대상으로 사고 및 충돌 유형과 관련된 연구가 중점 진행되었다.

백태헌 등(2015)은 회전교차로에서 발생한 고령운전자의 교통사고를 바탕으로 ZIP(zero inflated Poisson) 및 음이항 모형을 개발하였다. 저자들은 고령 운전자의 사고가 일반적으로 교차로 내부에서 발생하는 상충으로 인해 빈번하게 발생하는 것으로 평가하였다.

나희 등(2012)은 국내 로터리 20곳의 사고자료를 바탕으로 교통사고에 영향을 주는 교통조건, 도로조건, 교통운영조건 등을 분석하였다. 그 결과, 통계적으로 유의한 음이항, 포아송 및 다중선형회귀모형이 개발되었다.

한수산 등(2011)은 국내 회전교차로 20개소에서 발생한 교통사고를 유형별로 나누어 포아송과 음이항 모형을 개발하였다. 저자들은 원형교차로 교통사고에서는 차대차 사고가 가장 많은 비중을 차지하고 있으며, 교통량, 우회전 전용차로수, 과속방지턱 등을 사고에 영향을 주는 요인으로 채택하였다.

김경환 등(2012)은 회전교차로에서 발생한 교통사고건수와 각 지점의 교통사고를 대물피해로 환산한 값인 EPDO(equivalent property damage only)와의 상관관계를 분석하기 위해 연립방정식을 사용하여 모형을 개발하였다. 저자들은 교통량, 상충비, 중차량 비율, 회전차로 폭 등을 사고에 영향을 주는 독립변수로 선정하였다.

백태헌 등(2011)은 국내 도시부에 설치된 회전교차로 82개소를 대상으로 교통사고에 영향을 미치는 도로환경, 기하구조, 운영조건 요인 등을 분석하였다. 저자들은 가산모형을 활용하여 사고요인을 분석하였으며, 일교통량과 중앙 교통섬의 유무가 사고에 유의한 영향을 주는 것으로 평가하였다.

박민규 등(2011)은 국내 원형교차로에서 발생한 측면직각 충돌사고에 영향을 미치는 교차로의 기하구조요인을 분석하였다. 저자들은 종속변수에 ‘0’값이 다수 존재할 때 사용하는 ZAM(zero-altered model)을 이용하였으며, 교통량, 조명시설의 유무 및 분리교통섬 수를 사고의 설명변수로 채택하였다.

Yongsheng Chen 등(2011)은 미국의 회전교차로 교통사고를 분석하기 위해 다중선형회귀모형을 이용하여 14개 대상 교차로의 진입부 속도와 기하구조와의 관계를 분석하였다.

Stijn Daniel 등(2010)은 회전교차로의 충돌위험요소와 상해정도에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위해 로지스틱 회귀모형을 이용해 사고 심각도를 분석하였다.

Guangnan Zhang 등(2016)은 사고에 영향을 주는 운전자 요인을 파악하기 위해 광동 21개 도시를 대상으로 운전자 특성, 도로 상태의 유형과 환경요인을 포함한 변수들을 분석하였다. 저자들은 로지스틱 회귀모형을 활용하여 분석하였으며, 남성보다 여성 운전자가 피로운전 사고 유발 확률이 높은 것으로 평가하였다.

Tove Hels 등(2007)은 회전교차로의 설치년도, 진입교통량 및 기하구조에 따른 자전거 사고를 분석하였다. 저자들은 포아송 및 로지스틱 모형을 이용해 사고모형을 개발한 결과, 주행곡선, 진입차로폭 및 자전거 대 자동차 상충비율이 사고에 유의한 영향을 주는 것으로 분석하였다.

3. 연구의 차별성

지금까지 회전교차로에서 발생한 사고모형과 관련되어 진행된 연구는 교통사고 유형과 교차로의 설치 위치와 관련된 연구가 대부분이다. 이 연구는 소규모 회전교차로를 대상으로 교통사고에 미치는 요인을 분석하며, 연구의 차별성은 다음과 같다.

첫째, 이 연구는 비교적 교통량이 적은 지역에 설치되는 회전교차로의 특성을 감안한 소규모 회전교차로를 중점 분석한다. 아울러 도로용량편람과 생활도로형 회전교차로 설계지침을 바탕으로 소형 회전교차로와 초소형 회전교차로를 구분하여 사고모형이 개발되며, 기본유형의 회전교차로 사고모형과 비교 분석된다.

둘째, 종속변수를 교통사고건수와 교통사고밀도로 구분하여 개발한 후 이를 비교분석하여 사고감소대책 수립방안을 제안한다. 교차로의 교통량은 사고건수에 영향을 주기 때문에 이를 표준화하기 위해 사고건수를 1,000대당 사고건수로 환산한 교통사고 밀도모형을 개발한다. 가산자료인 교통사고건수분석에는 음이항 및 포아송 모형을 사용하며, 교통사고밀도분석은 다중선형회귀분석을 활용한다.

Table 2.

Differences with Previous Studies

1. 자료의 수집

모형개발을 위한 회전교차로 대상지점은 전술한 국내 주요 회전교차로 60개소이다. 도로용량편람을 참고하여 전술한 분류기준에 따라 도시지역(특별시, 광역시 및 시)의 소형회전교차로 16개소, 초소형회전교차로 20개소 및 기본유형 24개소로 분류한다.

종속변수인 사고건수는 2008~2014년까지 발생한 총 2,020건의 자료이다. 이 중, 소형회전교차로에서 발생한 사고건수는 92건이며, 초소형 회전교차로에서 발생한 사고건수는 320건이다. 사고밀도는 수집된 사고건수를 바탕으로 진입교통량 1,000대당 사고건수로 환산하여 분석한다.

독립변수는 현장조사 및 다음로드뷰를 활용하여 수집되며, 상관관계 및 다중공선성 분석을 통해 교통량과 기하구조를 포함한 15개의 변수가 최종 선정된다.

2. 상관관계 및 다중공선성 분석

독립변수들 간의 상관분석 결과, 유입차로수, 회전차로수, 분리교통섬, 유입교통량 등이 사고건수와 밀접한 관련을 가지는 것으로 평가되었다.

선정된 독립변수들의 평균과 표준편차를 분석한 결과, 평균 사고건수는 약 34건이며 일평균 유입교통량은 약 1,651대로 분석되었다. 변수들 간의 독립성을 확인하기 위해 VIF (variation inflation factor) 값을 비교한 결과, 연구에서 제시한 모든 독립변수들의 VIF 값이 2미만으로 다중공선성 문제가 없는 것으로 평가되었다.

1. 가설검증

상세한 모형개발에 앞서, 교차로 유형과 사고건수와의 관계에 대한 가설검증이 실시된다. 귀무가설은 ‘회전교차로의 유형은 교통사고건수와 관련이 없다’이며, 대립가설은 ‘회전교차로의 유형은 교통사고건수와 관련이 있다’이다. F-검정을 사용하여 일원배치분석을 실시한 결과, 유의확률 0.05 이하로 귀무가설이 기각된다.

Table 3.

Correlation analysis

Table 4.

Definition of variables

Table 5.

Result of variance analysis (Number of accident)

다음으로, 교차로 유형과 사고밀도와의 관계에 대한 가설검증이 실시된다. 귀무가설은 ‘회전교차로의 유형은 교통사고밀도와 관련이 없다’이며, 대립가설은 ‘회전교차로의 유형은 교통사고밀도와 관련이 있다’이다.F-검정을 사용하여 일원배치분석을 실시한 결과, 유의확률 0.05 이하로 귀무가설이 기각된다.

Table 6.

Result of variance analysis (Density of accident)

Table 7.

Descriptive Statistics

2. 교통사고건수모형 개발

회전교차로 유형에 따라 교통사고건수에 영향을 미치는 요인을 분석하기 위해 소형, 초소형 및 기본유형의 회전교차로 사고모형이 개발된다. 사고건수가 가산자료임을 감안하여 교통사고건수모형에서는 포아송(Poisson) 및 음이항(negative binomial) 모형이 활용된다.

포아송 모형은 평균과 분산이 동일하다고 가정되며, 분산이 평균보다 큰 경우 자료가 과분산된(overdispersed) 것으로 판단된다. 과분산 계수(α)의 t값이 높아 귀무가설(H₀ : α = 0)이 기각될 경우 음이항 모형이 적합한 것으로 평가된다.

1) 기본유형 회전교차로 사고모형

기본 유형의 회전교차로 교통사고에 대한 모형을 개발한 결과, 과분산계수(α)의 t 값이 4.260으로 음이항 모형이 적합한 것으로 판단된다.

교통사고에 영향을 미치는 설명변수로는 유입차로수, 우회전차로, 회전차로수, 인도설치, 횡단보도 및 노상주차장이 선정된다. 모형의 우도비(ρ²)는 0.397로 통계적으로 설명력 높은 것으로 평가된다.

Table 8.

Result of accident model (standard)

2) 소형 회전교차로 사고모형

소형 회전교차로의 모형을 개발한 결과, 과분산계수(α)의 t값이 0.500로 귀무가설이 채택되어 포아송 모형이 적합한 것으로 평가된다.

모형의 우도비(ρ²)는 0.329로 통계적으로 유의하며, 설명변수로는 유입차로수, 유입교통량, 우회전전용차로, 우회전전용차로폭, 분리교통섬 및 횡단보도가 채택된다.

Table 9.

Result of accident model (small)

3) 초소형 회전교차로 사고모형

초소형 회전교차로의 모형을 개발한 결과, 과분산계수(α) t값은 1.227로 귀무가설이 채택되어 포아송 모형이 적합한 것으로 평가된다. 모형의 우도비(ρ²)는 0.371로 통계적으로 유의한 것으로 평가되며, 설명변수로는 유입차로수, 유입교통량, 분리교통섬, 횡단보도 및 인도설치가 선정된다.

Table 10.

Result of accident model (mini)

4) 모형 논의

회전교차로 유형에 따라 교통사고모형을 개발한 결과는 다음과 같다.

첫째, 모든 유형의 회전교차로에서 사고건수에 공통적으로 미치는 요인으로는 진입차로수, 차로분리섬 및 횡단보도가 채택된다.

둘째, 기본유형의 회전교차로에서는 회전차로수 및 노상주차장이 특이변수로 분석된다. 이에, 회전교차로를 설치할 경우, 진입교통량 및 차로수에 따른 적정 회전차로수에 대한 검토가 요구되는 것으로 판단된다. 아울러 진입부의 노상주차장에 주·정차 중인 차량과 회전부로 진입 차량의 상충을 감소시키기 위해 회전교차로 인근 노상주차장의 적정 이격거리도 필요한 것으로 평가된다.

셋째, 초소형 회전교차로인 경우, 인도설치의 유무가 특이변수로 채택된다. 일반적으로 초소형 회전교차로가 주거단지와 같은 생활권에 설치되어 지역주민의 보행 중 사고가 빈번하게 발생하는 것으로 평가된다. 보행자의 안전을 위해서는 인도설치가 반드시 필요한 것으로 분석된다.

Table 11.

Common and specific variables (accident model)

3. 교통사고밀도모형 개발

교통사고밀도에 영향을 미치는 요인은 회전교차로 유형, 즉 소형, 초소형 및 기본유형에 따라 분석된다. 종속변수인 교통사고밀도는 가산자료가 아닌 연속형 변수이므로 포아송이나 음이항과 같은 가산자료모형보다는 다중선형회귀모형(multiple linear regression model)이 적합하다.

1) 기본유형 회전교차로 사고모형

기본유형의 회전교차로 교통사고밀도를 대상으로 다중선형회귀모형을 개발한 결과, 모형의 보정(adjusted) R²값이 0.679인 설명력 있는 모형이 개발된다.

설명변수 중 사고밀도에 영향을 주는 요인으로 유입차로수, 우회전전용차로폭, 회전차로수 그리고 노상주차장이 채택된다. 우회전전용차로폭은 사고밀도와 음(-)의 상관관계를 가지며, 이외 변수들은 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 분석된다.

Table 12.

Result of accident density model (standard)

2) 소형 회전교차로 사고모형

소형 회전교차로 사고모형을 개발한 결과, 모형의 보정 R²값이 0.677인 통계적으로 유의한 다중선형회귀모형이 개발된다.

종속변수인 사고밀도에 영향을 주는 변수로 유입차로수, 분리교통섬, 회전차로수 및 진입차 회전반경이 채택된다. 선정된 설명변수 중 유입차로수와 회전차로수는 사고밀도와 양(+)의 상관관계를 가지며, 분리교통섬과 진입차 회전반경은 음(-)의 상관관계를 가지는 것으로 평가된다.

Table 13.

Result of accident density model (small)

3) 초소형 회전교차로 사고모형

초소형 회전교차로의 사고모형의 보정 R²은 0.872로 통계적으로 설명력 높은 다중선형회귀모형이 개발된다.

Table 14.

Result of accident density model (mini)

사고밀도에 영향을 주는 설명변수로는 회전차로수, 분리교통섬, 유입차로수, 그리고 자전거 도로가 선정된다. 설명변수 중 분리교통섬은 사고밀도와 음(-)의 상관관계를 가지며, 이외 변수는 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 평가된다.

4) 모형 논의

회전교차로 유형에 따라 다중선형회귀 모형을 이용해 교통사고밀도모형을 개발한 결과는 다음과 같다.

첫째, 사고밀도모형에서는 회전 및 진입차로수가 공통변수로 선정되며, 사고밀도와 양(+)의 상관관계를 가지는 것으로 분석된다. 따라서 소형 및 초소형을 포함한 회전교차로를 신규로 설치하거나 신호교차로에서 회전교차로로 전환할 경우, 해당 교차로의 교통여건을 고려한 적정 회전 및 진입 차로수에 대한 검토가 요구되는 것으로 판단된다.

둘째, 기본유형의 사고밀도모형에서는 진입교통량과 우회전전용차로폭이 특이변수로 채택되며, 사고밀도와 음(-)의 상관관계를 가지는 것으로 분석된다. 이는 우회전전용차로폭이 넓을수록 사고가 감소한다는 의미이다. 따라서 회전교차로 설계시 너무 좁지 않은 적절한 우회전 차로폭이 필요한 것으로 판단된다. 아울러 특이변수로 선정된 노상주차장은 사고밀도와 양(+)의 상관관계를 가진다. 이는 도로 가장자리에 주·정차 중인 차량과 교차로 진입 차량과의 상충으로 인한 결과로 판단된다. 따라서 회전교차로 인근 노상주차장은 적정 이격거리를 가지고 설치되어야 할 것으로 평가된다.

셋째, 소형 회전교차로의 사고밀도모형에서는 진입차 회전반경이 특이변수로 선정된다. 상대적으로 중앙교통섬이 작은 소형 회전교차로에서 안전한 교차로 진입을 위해서는 충분한 진입차회전반경이 요구되는 것으로 평가된다.

마지막으로 초소형 회전교차로의 경우엔 자전거도로가 특이변수로 선정된다. 사고건수와 양(+)의 상관관계를 가지는 자전거도로는 대상 교차로의 대부분이 보행자겸용도로이며 상대적으로 높은 자전거 통행량에 비해 좁은 자전거도로폭을 가지는 것으로 평가된다. 차로의 가장자리에서 주행하는 자전거와 차량의 상충을 줄이기 위해서는 회전부를 포함하여 진입 및 진출부에 안전한 자전거전용도로 설치가 필요한 것으로 분석된다.

Table 15.

Common and specific variables (accident density model)