[논문 리뷰] Potentials and Implications of Dedicated Highway Lanes for Autonomous Vehicles

Jordan Ivanchev, Alois Knoll외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 22.

Traffic control and management참고 문헌 23인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 싱가포르에서 고속도로의 전용 자율주행차(AV) 차선을 분석적 모델링과 거시적 시뮬레이션을 통해 평가하며, 초기 단계에서는 AV 차선이 AV의 이동 시간을 약 25% 감소시키지만, 기존 차량의 지연을 증가시키고 교통을 대체 도로로 이탈시킨다는 것을 발견한다. AV 침투율이 포화점에 도달한 후에는 혜택이 감소하여 사용자 균형 조건 하에서는 전반적으로 AV 차선이 효과가 없어진다.

ABSTRACT

The introduction of autonomous vehicles (AVs) will have far-reaching effects on road traffic in cities and on highways.The implementation of automated highway system (AHS), possibly with a dedicated lane only for AVs, is believed to be a requirement to maximise the benefit from the advantages of AVs. We study the ramifications of an increasing percentage of AVs on the traffic system with and without the introduction of a dedicated AV lane on highways. We conduct an analytical evaluation of a simplified scenario and a macroscopic simulation of the city of Singapore under user equilibrium conditions with a realistic traffic demand. We present findings regarding average travel time, fuel consumption, throughput and road usage. Instead of only considering the highways, we also focus on the effects on the remaining road network. Our results show a reduction of average travel time and fuel consumption as a result of increasing the portion of AVs in the system. We show that the introduction of an AV lane is not beneficial in terms of average commute time. Examining the effects of the AV population only, however, the AV lane provides a considerable reduction of travel time (approx. 25%) at the price of delaying conventional vehicles (approx. 7%). Furthermore a notable shift of travel demand away from the highways towards major and small roads is noticed in early stages of AV penetration of the system. Finally, our findings show that after a certain threshold percentage of AVs the differences between AV and no AV lane scenarios become negligible.

연구 동기 및 목표

• 싱가포르의 고속도로 및 도시 전역의 교통 성능에 대한 전용 AV 차선의 영향을 평가하기 위해.
• 다양한 AV 침투율이 이동 시간, 연료 소비, 통과량 및 도로 이용에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 사용자 균형 조건 하에서 전용 AV 차선 유무에 따라 시나리오를 비교하기 위해.
• 전용 AV 차선이 비고속도로 도로망에 미치는 부작용을 검토하기 위해.
• 전용 AV 차선의 포화점(혜택이 더 이상 의미가 없어지는 지점)을 특정하기 위해.

제안 방법

• 단순화된 교통 상황을 분석하여 AV 차선의 혜택을 모델링하기 위한 분석 평가를 수행하기 위해.
• 실제 이동 수요를 반영한 싱가포르의 거시적 교통 시뮬레이션을 사용하여 사용자 균형을 모델링하기 위해.
• AV 차선 유무 시나리오 간의 교통 배정 이동을 정량화하기 위해 수요 차이 지표(ΔD,k)를 적용하기 위해.
• 고속도로, 주요 도로, 보조 도로 전역에서 이동 시간, 연료 소비 및 통과량을 모델링하기 위해.
• 다양한 AV 침투율 수준에서 AV 차선 시나리오와 기준 시나리오 간의 시스템 전반의 성능 지표를 비교하기 위해.
• AV 차선 용량이 완전히 활용되는 지점, 즉 포화점(포화 이후 혜택이 감소하는 지점)을 정의하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 혼합 교통 환경에서 전용 AV 차선을 도입하면 모든 차량의 평균 이동 시간이 감소하는가?
• RQ2 전용 AV 차선 도입이 고속도로 및 다양한 도로 유형 간의 교통 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전용 AV 차선이 있는지 여부에 따라 AV 침투율이 연료 소비 및 도로 통과량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 전용 AV 차선의 혜택이 더 이상 의미가 없어지는 AV 침투율 수준은 어느 정도인가?
• RQ5 기존 차량은 전용 AV 차선로 인한 고속도로 차선 제거로 인한 용량 감소에 어떻게 반응하는가?

주요 결과

• 전용 AV 차선 도입으로 인해 초기 단계에서 AV의 이동 시간은 약 25% 감소하지만, 기존 차량의 이동 시간은 약 7% 증가한다.
• 특히 저수준의 AV 침투율에서 전용 AV 차선 도입 시 고속도로에서 주요 도로 및 보조 도로로의 이동 수요 이탈 현상이 뚜렷하게 발생한다.
• AV 차선의 포화점에 도달한 후에는 AV 차선 유무에 따른 이동 시간 및 통과량의 차이가 거의 없어진다.
• 모든 AV 침투율 수준에서 전용 AV 차선이 없는 기준 시나리오가 전용 AV 차선 시나리오를 능가하며, 특히 AV 차선 포화 이전에 그 격차가 가장 크다.
• 고속도로에서 차선이 제외됨에 따라 고속도로 용량이 감소하여 기존 차량이 고속도로를 피하고 주요 도로로 유입되며, 이로 인해 주요 도로의 혼잡도가 증가한다.
• 시뮬레이션 결과, 더 높은 AV 침투율은 전용 AV 차선이 구현되었는지 여부에 관계없이 모든 차량의 평균 이동 시간과 연료 소비를 감소시킨다.