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2020, 똑똑한 고속도로가 온다!(1)

어린이과학동아 2008.09.15 18호

잠깐만 기다려 봐! 지금 전파를 수신하는 중이거든. 오늘이 며칠이더라…. 아! 오늘은 2020년 9월 30일, 우리나라의 가장 큰 명절인 추석 연휴 첫날이네. 그렇다면 이 글을 읽는 ‘어린이과학동아’ 친구들은 친척들을 만나러 가는 길이겠구나!
인사가 늦었어. 내 이름은 스마트-R. 똑똑하다는 뜻의 ‘스마트’에 도로(Road)의 ‘R’이 더해진 이름이야. 합하면 ‘똑똑한 도로’쯤 될까? 이름 그대로 자동차가 고속도로를 빠르고 안전하게 달릴 수 있도록 돕고 있는 통합 정보 로봇이야. 그런데, 길을 잘 달리는 게 자동차가 발달해서지 왜 도로가 똑똑해서냐고? 후훗, 모르시는 말씀! 자동차의 성능이 아무리 좋아져도 길이 막혀 속도를 못 내거나 위험하다면 빠르게 달릴 수 없어. 도로가 똑똑해야 진짜 첨단교통이라고. 못 믿겠다고? 할 수 없지. 똑똑한 도로가 태어나기까지의 과정을 들려주는 수밖에.

2008
12년 전 추석, 고속도로 위에선…


“시청자 여러분 안녕하십니까? 2008년 9월 14일, 민족의 명절 추석, 9시 뉴스를 시작합니다. 오늘도 어김없이 성묘를 다녀오는 긴 행렬이 국도와 고속도로를 꽉 메우고 있습니다. 길이 막히지 않을 때 일찌감치 고향을 떠나 집으로 돌아가려는 사람들까지 도로로 몰려들어 올 추석도 도로는 만원입니다.”

휴~, 옛날 뉴스를 찾아서 틀어 줬는데 들어 보니 기분이 어때? 겨우 12년 전인데 저건 고속도로가 아니라 주차장이잖아? 길이 그렇게 부족했던 걸까? 차라리 내려서 걸어가는 것이 나을 것 같아! 2008년, 자동차 도로에는 어떤 문제점들이 있었기에 길이 막힌 걸까?

꽉 막힌 도로, 시간도 돈도 줄줄~


차가 막히면 어떤 손해가 생길까? 약속 시간을 지키지 못해서 애를 태우거나 반대로 늦는 상대방을 멍하게 기다리는 시간이 많아질 것이다. 그만큼 일을 못한다고 생각하면 도로 위에서 버리는 시간은 그대로 돈이다. 그런가 하면 연료비도 만만치 않다. 길이 막혀서 서 있더라도 자동차는 계속 연료를 소비하기 때문이다.

작년 한국교통연구원에서는 이 모든 비용을 합해서 연구 보고서를 냈다. 그 내용을 보면 우리나라에서 교통 혼잡으로 발생하는 손해는 무려 24조 원! 이 돈은 우리나라 국내총생산의 3%에 해당하는 큰 돈으로, 차가 막히는 것이 잠깐 참으면 되는 간단한 문제가 아니라는 것을 알려 준다.

막힌 도로는 환경에도 적!

교통 체증은 환경에도 적이다. 배기가스량을 늘리기 때문이다. 길이 막혀 차가 움직였다 멈췄다를 반복할 때 배기가스량이 어떻게 변할지를 재미있는 실험으로 알아 낸 과학자가 있다.

2003년 미국 캘리포니아대학교 기계공학과 앤드류 킨 교수는 오르막길과 내리막길에서 자동차를 몰 때 나오는 배기가스량을 측정했다. 측정 결과 가속 페달을 자주 밟는 오르막길을 오를 때 내리막길을 갈 때보다 일산화탄소(CO)와 질소산화물(NOx) 배출량이 최고 두 배까지 증가한다는 사실을 알아 냈다. 막힌 도로를 달릴 때 운전자는 가속 페달을 자주 밟게 마련인데 그러면 배기가스량이 늘어난다는 사실을 알 수 있다.

붐비는 만큼 사고 위험도 쑥쑥!

안전 사고가 많다는 점도 큰 문제점이다. 1996년부터 2005년까지 10년 동안 일어난 교통 사고는 모두 250만 건. 사고로 희생된 사람도 9만 3000명이고 다친 사람도 368만 명이나 된다. 이 중 철도나 비행기, 배에서 일어난 사고는 전체의 1%밖에 안 되고 나머지 99%가 도로에서 일어난 사고로 도로 교통의 중요성을 잘 알 수 있다.
특히 도로교통공단이 올해 발표한 통계를 보면, 2003년부터 2007년까지 추석 연휴동안 전국에서 발생한 교통 사고 수는 평소보다 줄었는데도 고속도로에서는 하루 평균 12% 늘었다. 붐비는 도로가 사고 위험도 높다는 사실을 잘 보여 준다.



2008
길은 왜 막힐까?


2008년에는 왜 이렇게 길이 막혔냐고? 당연히 자동차가 많고 도로가 좁기 때문이지. 하지만 똑같은 넓이의 도로에 똑같은 수의 자동차가 있더라도 모든 곳에서 똑같이 길이 막히는 것은 아니야. 잘 들여다보면 길이 막히는 원인이 따로 있어.

도로 용량의 한계
지름이 커서 단면적이 넓은 파이프에는 작은 파이프보다 같은 시간 동안 더 많은 물이 지나갈 수 있다. 마찬가지로 차선이 많은 넓은 도로에서 더 많은 차가 다닐 수 있다. 하지만 하나의 차선 위를 달릴 수 있는 차량의 수는 정해져 있다. 교통공학자들에 따르면 한 차선에서 안전하게 달릴 수 있는 자동차의 수는 시간당 1800대. 자동차가 2초에 1대 꼴로 지나가는 속도로, 최소 이 정도는 되어야 운전자가 앞 차의 움직임을 파악하면서 안전하게 운전할 수 있다. 이 이상 자동차가 많아지면 그 도로는 막히고 사고 위험도 높아진다.


도로 조사
교통량을 측정하는 모습. 주요 길목에서 정해진 시간 동안 지나가는 차량의 수를 센다. 1시간 동안 1800대 이상의 자동차가 지나가면 체증이 일어난다.

달렸다~, 멈췄다~ 성미 급한 운전자

운전자의 특성도 교통 체증을 심하게 만드는 원인이다. 2004년 서울대학교 물리학과 김두철 교수팀은 물리학 이론을 이용해 교통 체증 현상을 설명할 수 있는 모형을 개발했다. 도로에 차가 많더라도 앞과 뒤에 있는 차와 일정한 간격을 유지하면서 운전하기만 하면 느리지만 꾸준하게 움직일 수 있다. 이 상태를 ‘동기 흐름’이라고 한다. 하지만 실제 고속도로에서 자동차가 움직이는 모습은 그렇지 않다. 자동차는 마치 파도가 치듯이 일렁거리며 움직인다. 대부분의 운전자가 어느 순간 속도를 확 냈다가 다시 확 줄이며 불규칙하게 운전하기 때문이다. 그 결과 동기 흐름이 깨지면서 차가 막히게 된다.

자꾸만 심해지는 교통 체증
신호등이나 교차로도 없는 고속도로가 막히는 이유는 무엇일까? 자동차가 고속도로로 들어오는 합류부에서 발생하는 정체가 뒤로 전달되기 때문이다. 잘 흐르던 고속도로에 갑자기 자동차가 들어오면 뒤따라오던 자동차가 순간적으로 속도를 늦추게 된다. 예를 들어 시속 100㎞로 달리던 도로에 자동차가 계속 끼어들어 시속 40㎞로 줄어든 경우, 당장은 합류부 근처만 속도가 줄어든다. 그러나 뒤따라오던 차량이 연쇄적으로 속도를 줄이면서 순식간에 전체 도로의 속도가 시속 40㎞로 떨어지게 된다.

2012
도로가 똑똑해진다 - 지능형교통체계 ITS


자, 2008년 추석 풍경이 좀 답답하지? 하지만 너무 걱정하지 마. 20세기 후반부터 똑똑한 도로를 만들기 위한 연구가 계속돼 왔거든. 그 덕분에 2012년에는 꽤 영리한 길이 생겨서 체증이 줄어들었어. 바로 ‘지능형교통체계(ITS)’ 덕분이지.

지능형교통체계는 쉽게 말하면 ‘생각하는 도로’야. 도로의 교통량이나 속도와 같은 자료를 측정해 되도록 길이 덜 막히도록 신호를 조절하지. 그뿐 아니라 안전하고 편리한 여행이 되도록 정보도 제공해 주고, 도로가 얼거나 망가지지 않도록 관리까지 해 준단다.

{BIMG_r10}1단계
교통 자료 수집


‘똑똑한 도로’를 만들고 싶다면 원인부터 찾는 게 먼저! 어떤 도로가 얼마나 막히는지, 속도를 제대로 내고 있는지 조사한다.

정확도에서 최고!-마그네틱루프 검지기

2008년 우리나라 도로에서도 볼 수 있는 마그네틱루프 검지기. 아스팔트 바닥을 8각형 모양으로 잘라 내고 그 안에 전기가 흐르는 전선을 둥글게 감아 깔아 놓는다. 전선 주위에는 자기장이 만들어지는데, 자동차가 지나가면 자기장이 변하면서 신호를 발생시킨다. 이 신호로 지나가는 자동차의 수(교통량)와 속도를 측정할 수 있다. 신호등 근처를 지날 때 도로에 있는 8각형 모양의 흔적을 찾아보자.

미래형 카메라!-스캐닝 검지기

전파나 레이저, 초음파를 이용해 교통량과 속도를 측정할 수 있는 스캐닝 검지기. 아직은 마그네틱루프 검지기만큼 정밀하지 않지만 계속 성능을 개선한 기기가 나오고 있다. 레이저를 이용한 검지기는 이미 2008년에도 서울 자유로 등지에서 시험 운영되고 있다.

2단계
지능형 신호 체계


검지기를 통해 도로의 상황을 알았으면 그에 맞게 교통 흐름을 관리해야 한다. 여기에는 체증을 줄여 주는 똑똑한 신호등이 필수!

교통 체증 뚝!-스스로 생각하는 신호등

신호등의 녹색 불은 언제 켜질까? 정답은 ‘신호등밖에 모른다.’ 사람이 미리 입력한 시간에 맞춰 신호등을 켜는 것이 아니라 신호등이 스스로 판단해 신호를 결정하기 때문이다. 검지기를 통해 측정한 속도와 통행량 자료로 계산하면 길이 얼마나 막히는지, 신호에 걸려 기다리는 차는 몇 대나 있는지 알 수 있다. 이 자료를 바탕으로 기다리는 차의 수가 최소가 되도록 신호를 조절한다. 2008년 기준으로 우리나라에 있는 2만 5000대의 신호등 중 9600개의 신호등이 이렇게 스스로 신호를 판단하고 있다.

{BIMG_r11}3단계
차량 인식 기술


한 걸음 더! 이전까지 쓰이던 검지기와 신호등은 자동차 한 대 한 대를 구분하지 못한다는 단점이 있다. 하지만 지능형교통체계의 발달로 자동차의 종류에 따라서도 신호를 바꿀 수도 있게 됐다.

긴급 차량 먼저!-대화하는 신호등

{BIMG_r12}차량을 구분하기 위해서는 검지기의 성능만 높여서는 안 된다. 그래서 생각해 낸 것이 차량 안에 신호를 발생시키는 장치(비콘)를 넣는 방식. 교차로로 자동차가 다가오면 검지기가 차량의 비콘 신호를 인식해 신호등의 색을 결정한다. 자동차에 따라 비콘 신호를 다르게 할 수 있기 때문에 자동차의 종류별로 교통 정리를 할 수 있게 된다. 예를 들어 앰뷸런스와 같은 긴급 차량이 들어올 때 특별히 녹색 신호가 들어오게 해서 다른 차량보다 먼저 통과시킬 수 있다.

긴급 차량 대신 대중교통 차량(버스)이 지나갈 때 녹색 신호를 켜 줄 수도 있다. 이러한 ‘버스 우선 신호’가 2008년 경기도 고양시에서 시험 운행됐다.

4단계
첨단 정보 시스템


도로 운영 기술의 마지막 단계는 자동차가 정보센터와 자유롭게 교통 정보를 주고 받는 단계. 차 안에서 도로 상태와 여행지 정보를 제공받을 수 있기 때문에 편안하고 빠르게 길을 찾아갈 수 있다.

{BIMG_c13}
전국의 도로가 한 눈에-도시교통정보시스템(UTIS)

{BIMG_R14}자동차에 실린 ‘차량탑재장비(OBE)’는 신호만 발생시키는 비콘과 달리 중앙교통정보센터로 정보를 보내거나 받을 수 있다. 도로변에 설치된 기지국에서 이 정보를 교통정보센터로 보내고 다시 받는 역할을 맡는다.

이 시스템을 이용하면 운전자는 자동차 안에서 근처 어느 길에 사고가 났는지, 막히지 않는 도로는 어디인지 등 운전에 필요한 정보를 전국 어디서든 즉시 알 수 있다. ‘도시교통정보시스템(UTIS)’이라고 불리는 이 시스템은 우리나라에서 2008년 후반 세계 최초로 시범 실시해 2012년 상용화할 예정이다. (기사 계속)

댓글16

  • gun2001 2010-02-02 15:45

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    똑똑한 고속도로가 빨리나와서 길이 막히는 고속도로와 많은사람이 다치는 일이 없어지면 좋겠습니다.그리고 길이 막히면 환경에는 않좋기 때문에 이런일이 없도록 빨리 똑똑한 고속도로가 왔으면 좋겠습니다.

  • awakesh 2008-09-28 20:10

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    똑똑한 고속도로가 빨리 나왔으면 좋겠네요.ㅎ

  • dldmstjq96 2008-09-27 12:10

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    무엇보다도 일단 안전이 최고잖아요. 그래서 안전을 더 많이 고려하는 똑똑한 고속도로가 나왔으면 좋겠어요.

  • audtjs25 2008-09-26 18:25

    0 0

    정말 우리나라 도로;; 현재 심각하군요. 하루라도 빨리 길 안막히고 갈수잇는 최첨단 지능형 도로가 나오길 빌어요~

  • dudfla1 2008-09-23 12:30

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    점점 발전하는 우리나라^^자랑스러워요^^

  • tjdudwlsdu 2008-09-22 15:40

    0 0

    똑똑한 고속도로! 빨리 나왔으면 좋겠어요. 그러면 이제 모두 안전 운행할 수 있겠네요? 과학자들 더욱더 똑똑한도로 만들어주세요!!

  • cv402 2008-09-21 13:38

    0 0

    정말 대단해요.
    사람보다도 더 똑똑한 것 같아요~
    어서 편리한 고속도로가 나왔으면 좋겠어요.
    교통사고도 줄이고, 우리에게도 편리하니, 1석2조겠네요!

  • momo226 2008-09-20 15:10

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    우리가 빨리커서 여기에 있는 내용을 참고해서 고속도로를 만든다면 길을 갈때마다 기분이 뿌듯하고 사람들이 편리해 질것같아요~~
    어서 빨리 커야 겠어요~~

  • kyn03184 2008-09-19 19:17

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    똑똑한 고속도로가 나오면 에너지 절약, 교통사고 감소등 여러가지가 좋겠네요.
    이런게 해결되면 어디든 슝슝가겠네요! 노벨상감이에요!

  • hjg123 2008-09-18 12:19

    0 0

    ㅉㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㅇㄹㄹㄹㄹㄹㄴㄷㄷㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸㄸ

  • hjg123 2008-09-18 12:19

    0 0

    ≠あ똑똑한 목소리 예요

  • wlgus2585 2008-09-17 18:07

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    저는 그냥 고속도로를 달리니까 차가 빨라서 좋다는 생각밖에 안했어요.그런데 도로가 이렇게 안전한 고속도로가 있었다는게 정말 놀라웠어요.빨리 안전한 고속도로가 나와서 안전하세 지켜주면 좋겠네요*♡.♡*

  • katia0310 2008-09-17 11:06

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    자동차도 고속열차처럼 도로에서 부력으로 떠서 움직이게 하면 어떨까요? 그래서 공중에서도 달릴 수 있다면 막히지도 않고 기름보다는 전기나 태양광에너지등으로 달릴 수 있어서 자원 절약도 될거에요.

  • xian619 2008-09-16 14:19

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    이렇게 편리한 고속도로가 나온다면 사고로 인해 시간도 아끼고 소중한 목숨을 잃는 인명피해가 일어나지 않을 것 같네요.
    또 하이패스처럼 요금자동징수기가 실용화 되면 톨게이트에서 매연을 맡으며 고생하시는 분의 고통도 없어지겠네요. 세계의 과학자님들, 파이팅

  • kanu001 2008-09-15 14:03

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    똑똑한 고속도로가 빨리나와 교통사고등으로 소중한 목숨을 잃지 않길 바랍니다.

  • qkrrudgn2444 2008-09-13 21:48

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    똑똑한 고속도로가 빨리 나왔으면 좋겠어요. 그리고 해리포터에 나오는 계단처럼 움직이는 고속도로가 나오면 편리할 것 같아요.

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