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[지식정보] 자율주행 차량(AVs. Autonomous Vehicles)과 도시교통 미래

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AV(자율주행차랑)이 이래에 확대되면 지금보다 오히려 자동차 이용이 증가하고 교외화는 확대되며 도로 혼잡과 탄소배출이 증가할 것이라는 부정적 의견이 높아지고 있다. 하지만 AV 기술이 적용되는 3가지 운반수단인 자가용, 택시, ART(autonomous rapid transit. 자율고속환승)을 효율적으로 활용하면 획기적인 교통수단이 된다. AV 확대가 미치는 도시교통의 미래에 대해 사려보기로 한다.

 

자료: http://urbanland.uli.org/wp-content/uploads/sites/5/2017/01/shutterstock_482040637web.png

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http://www.delco.co.kr/knowledge/category/%EB%8F%84%EC%8B%9C%C2%B7%EC%A7%80%EC%97%AD%C2%B7%EB%B3%B5%ED%95%A9%EA%B0%9C%EB%B0%9C

 

 

 

AVs,(자율주행차량, Autonomous Vehicles) 과장과 잠재력

 

- 모든 신 교통기술은 지역사회의 지리와 사람들의 생활구조에 영향. 고속도로 시스템과 스트리트카 네트워크가 도시와 라이프스타일에 영향을 미친 것처럼, AVs도 대도시를 다시 한 번 변화시킬 것으로 전망. 그 결과는 의도하지 않은 결과가 나올 수 있지만, 대부분의 경우와 마찬가지로 그 결과는 기술사용 방법에 달려 있다.

 

- 많은 사람들은 AVs로 전환이 도로에서 자동차 감소, 다양한 혜택 제공, 교통흐름 개선, 교통사고 감소, 장애인/노인/어린이 이동성 개선에 기여할 것으로 믿고 있다. AVs와 함께 사람들은 주차문제, 교통 혼잡, 교통비용, 환경비용에서 자유로워질 수 있다. 그러나 불행하게도 이러한 결과까지 가는 길은 순탄하지 않다.

 

- 빈 차(zero-occupant vehicle)와 나홀로 차량은 AV 기술에도 불구하고 불편한 측면 존재. 즉 혼잡, 에너지 소모, 과도한 교외화 확산, 및 주행거리 당 더 많은 탄소배출 등을 유발. 3명이 탑승하는 AV 택시도 보다 먼 거리 이동에 이용될 가능성이 높다. 이유는 승객 픽업위해 먼 거리 이동은 불가피(항상 로밍 필요). 효율적 교통흐름과 에너지 절약은 자울 차량통행이 금지된 AVs 전용도로에서나 가능. 최고의 AV 기술은 공유 차량과 새로운 세대의 교통 옵션에서만 가능할 전먕. , AVs는 전용 도로 혹은 일반 자동차 진출입 없는 지역(auto-free zones)에서만 가능. 하지만 전제조건은 고객이 옵션을 인정하고 일정 숫자 이상의 고객수와 다양성이 있어야 성립.

 

- AV 부정적 사례: Urban Mobility 발표자료(System Upgrade, a 2014 study by the International Transit Forum)에 의하면, 오히려 더 먼 거리 운행이 오히려 35% 증가. 혼자만 이용하는 AV 택시 90%가 여기에 해당. 이유는 먼 출퇴근 사용, 새로운 승객 찾기 위해 빈 차 운행, 주차료 절감, 간단한 심부름에 이용 등으로 AV 이용거리 증가 때문. 1인 탑승보다 더 큰 문제는 빈 차(zero-occupant vehicle) 운행.

 

- 자가용에 AV가 확대되면 향후 30년 동안, 미국 차량이동 마일수(vehicle-miles traveled, VMT)2~3조마일이 증가할 것으로 예상. 이 수치는 과거 30년간 증가치의 5배 이상. 지금까지 VMT는 교외화, 여성노동력 사회 참여, 저렴한 기름값 등으로 증가. VMT 증가는 도로사용, 혼잡, 탄소배출 등이 증가한다는 의미.

 

- 하지만 AVs 사용방법에 따라 사전 예방이 가능.

 

- AV 기술 적용 3가지 운반수단: 자가용, 택시, 환승시스템. 이 수단들은 각각의 특색과 장점을 보유.

자가용 경우 많은 교통량과 탄소배출을 야기하지만, 편의성, 안전, 교외화 확대 등으로 새로운 리스방식이 등장할 수도 있다.

택시는 공유 사용과 전철 환승역에 가기 위해 사용되면, VMT 조건이 효과적으로 개선. 그러나 대중교통 환승이 아닌 나홀로 택시 사용은 VMT를 최고조로 증가시킬 것.

 

- 반대로 ART(autonomous rapid transit. 자율고속환승) 기술은 소형 고속버스나 미니 밴에 적용하여 전용도로와 일반차량 진출입 금지 지역에서 운행하면 효율적. 이는 저비용과 24/7 서비스 제공이 가능. 이유는 빈 차 운행으로 인한 거리손실이 줄고, 한 도로에서 자동차/버스/트럭/자전거가 함께 붐비는 비효율적 교통흐름을 줄이기 때문. ART가 보편화되면 VMT 37% 감소하여, 교통 혼잡과 대중이용 주차장 95% 축소가 가능. (관련 자료 Shared Mobility‘Innovation for Livable Cities, a 2016 ITF/CPB study’) 결국 3가지 형태의 교통수단은 연계성/환경/사용 비율에 의해 변화할 가능성.

 

 

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자가용 자율주행 차량 Personal Autonomous Vehicles

 

- 자가용에 적용되는 AV 기술 수준은 여러 단계로 구분되며, 각 수준별로 상이한 능력과 잠재력을 보유. 미국 National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA. 국립 고속도로 교통안전청)은 향후 늘어날 차량자율에 대해 5가지 등급수준으로 정의. 각 등급수준별로 환경이 다르기에 환경에 맞는 특화 능력을 요구. 레벨 3 AV 경우 운전자는 자동운전 장치를 사용(사례: 고속도로에서 Tesla 차량)할 수 있지만, 도시 내 믹스도로에서는 쉽지 않다. 레벨 5 AV(전체 자율)1단계로 먼저 전철 환승역과 연결된 전용도로에서나 가능하고, 그 이후 사정을 보아가며 일반도로 교통에 적용될 전망. 그리하여 AV활용 시기는 기술내용 발전에 의존.

 

- 다른 변수는 교통 믹스. AV 시스템은 안전성과 효율성 개선을 위해 반듯이 전용도로가 필요. 전용도로에서 대열을 맞춰 상호 근접운행 하면 도로 공간 절약, 상호소통으로 협조적인 교차로 통과 등 교통흐름을 개선하는 장점. 이는 차량 상호간 근접 운행과 협력 같은 거대한 타협이 있어야 가능.

 

- 이러한 복잡성으로 인해 AV 기술 채택률 상승은 순탄하지 않을 듯. 전문가들은 도로상에서 운전자 없는 차량이 지배하는 시기를 2040년 혹은 2060년을 예측. 그동안은 전통적 차량과 믹스된 단계가 지속되면서 실용화 도전이 계속될 전망.

 

- VMT는 개별 AVs와 전통적 차량이 절반씩 믹스된 도시에서 20% 증가, AVs가 지배적일 경우 35% 증가할 전망(발표: 2014 Fehr & Peers report Effects of Next-Generation Vehicles on Travel Demand and Highway Capacity).

 

- 자가용 자율주행 차량으로 VMT 증가하는 이유:

저렴한 주차장을 찾기 위한 자가용 빈 차의 이동거리 증가

사람들이 직접 운전하는 피곤함이 없기에 장거리 여행 증가

심부름이나 사람을 픽업하기 위해 차량을 보내는 기회 증가(사례: McDonaldsAV drive-through 가능성)

 

- VMT 증가에 대한 대안:

고속도로 상에서 AVs75% 차지하면 전통적 차량과 믹스 운행되더라도 대열에 따라 운행(platooning)하기에 25~35% 교통흐름 향상.

고속도로가 일상화된 교외지역에는 편리하게 활용

여유 있는 간선도로에서도 VMT 증가를 충분히 감당

결국 장거리 출퇴근에 일상적 사용이 증가할 전망.

 

- 자가용 자율주행 차량 요약:

자가용 AVs郊外化 확산

장거리 출퇴근이 덜 귀찮아지고 탑승자의 생산적인 시간 증가 전망

VMT 수치 증가, 에너지 사용과 탄소 배출 증가(전기차와 대열 운행으로 일부 상쇄에도 불구하고)

가까운 장래에 오래된 도시센터(교통 환경이 대개 복잡하게 믹스)VMT 증가와 AV효과가 제대로 작동하기 힘들어 교통혼잡 확대 가능성

 

 

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자율주행 택시: 1인용 혹은 공유 Autonomous Taxis: Single or Shared

 

- AV기술을 나홀로 택시(혹은 Uber 시스템에 적용) 문제점:

AV 자가용 문제와 동일

교통수단 믹스된 교통흐름 속에서는 장점이 거의 전무

심지어 VMT 증가만 야기. 이유는 AV 택시가 승객 픽업위해 도로상에서 위치 재설정 (repositioning), 먼 거리 픽업 등으로 빈차 운행 증가 때문.

단거리 보행/자전거 이용이 값싼 AV 택시(주차 번잡이 없다)로 인해 감소.

자동차 소유 감소로 주차장 감소하면서 노인/장애인/어린이 이동이 불편

 

*도시환경상 복잡한 상황 야기할 가능성 연구사례(Urban Mobility 연구: 미국 Lisbon)

- 연구 결과:

도시 중심지에서 자가용 완전 운행 중단을 가정 시, 차량 이동은 기존 자동차의 1/4만 필요.

그러나 전체 이동운행 거리가 2배로 증가하는 문제 발생. 이유는 위치 재설정 운행, 순환 운행(circling), 장거리 픽업 등 빈차 운행 증가 때문.

- 대안:

탑승 공유 실행. 이로 인해 운행거리 22% 정도만 증가.

공유 택시를 최종 목적지가 아닌 전철 환승역까지만 활용. 이로 인해 VMT 6% 정도만 증가.

AV기술 최고 단계 개발, 대열 운행, 스마트 교차로 협력 시스템 작용하면, VMT 단축. 도로 주차를 없애기

추가적인 도로는 자전거와 보행공간으로 확대 오픈을 통해 가능

남는 주차공간은 infill development(빈 땅 개발) 사업에 활용하여 교외화 방지.

 

- 자율주행 택시 요약:

공유 AV 택시는 자가용 통행금지하고 고능력 환승서비스를 유지하는 지역에서 그 기술적용 효과가 크다. 비록 VMT, 에너지 소비, 탄소배출 등을 의미 있게 줄이지 못할 수는 있다.

보다 효과를 올리기 위해, AV 택시는 공유 활용, 교통 믹스된 도로 회피, 단거리 이용, 환승전철역 까지 이용 등이 필요

완전한 AV 환경으로의 전환은 장기간 필요하기에 향후 수 십 년간 절충형태가 필요

자가용을 완전히 없애지 못하기에, 자율주행 택시가 최선의 잇점을 제공하지 못하는 한계가 존재.

 

ART(Autonomous Rapid Transit, 자율주행 고속 대중교통 환승)

 

- ART 정의: 공유차량에 AV 기술을 적용하여 전용 환승도로에서 BRT(Bus Rapid Transit) 시스템처럼 사용되는 것을 말함. 이는 AV를 통한 교통흐름 효율성을 달성하는 것으로 도시의 도로에서 자가용 운행금지 없이 실행하는 방법.

 

- ART장점:

운전자가 필요 없기에 BRT 운영비용을 최소화하는 효과

시간 장소를 수요에 맞추기에 의미 있는 VMT 감소

직접적인 고속 서비스를 목적지까지 제공하기에 승객의 교통시간 단축

사업성이 높다

기존 조건과 오너쉽에서 부드럽게 전환 가능

전용도로이기에 완전한 AV 공유 환경이 가능(자가용 등 다른 차량 모두 운행금지)

 

*공유 이동(Shared Mobility)에 관한 연구 결과(ITF/CPB 2014년 세미나. 미국 Lisbon):

- 현황: 리스본의 교통수단 분담률(현재 약 55%가 대중교통 환승, 걷기, 자전거)은 대부분의 미국 도시들과는 상이.

- 연구방법: 공유개념의 6인승 8인승 16인승 미니버스와 밴을 기존 환승교통/도시내 보행과 협력하는 실험. 이 연구는 ART 최종 실행상태를 연구.

- 연구결과:

도시지역에서 자가용 이용을 금지하면, 공유 AV를 활용한 다양한 미니버스와 밴이 등장하여 사실상 교통 혼잡과 주차장을 줄이고 VMT37% 감축.

역설적으로 VMT 감축은 차량 활용도를 높이는데 직접적으로 영향.

공유 AVs는 유비쿼터스로 작동되기에, 전통적 버스 노선/정류장은 복합 네트워크 서비스(모든 출발지와 목적지 요청을 효율적으로 수렴)에 맞춰 재배치 필요

최종적으로 전용도로는 AV지역으로 전환 필요

 

*최근 샌프란시스코 실험 연구결과

- 연구방법: 4인용 AV 버스로 3인 탑승하여 BRT 도로에서 목적지까지 논스톱 운영하는 실험

- 연구결과:

일반 BRT보다 35% 교통시간 단축, 일반 도로 자동차 보다는 50% 단축 효과.

ART 시스템이 장착된 20인승 미니버스와 4인승 AVs 효과는 출퇴근 피크시 BRT 시스템과 동일한 효과 발생(시간당 2,800~4,000명 수송). 일반도로 자가용 수송능력 보다 5배 이상 효과.

ART 차량은 피크타임 시 특별 서비스 요청에 대응 가능하여 다른 비효율적 저활용 서비스를 절약하는 효과, 에너지와 운영유지비 절감, 및 밤샘 운영 등 장점.

결국 대형과 소형 차량을 잘 믹스하면 ART24/7 운영과 빈 차 운영 최소화 가능.

- ART는 사람들이 선호하는 탑승 수단이 될 가능성.

새로운 환승시스템은 항상 다른 환승 시스템 이용자를 유인.

자가용 이용 감소. 개별 목적성을 존중하는 목적지 직행 서비스, 이동시간 단축 등을 통해 ART는 자가용 운전 포기하도록 유혹. 물론 습관적인 자가용 운전자는 항상 존재.

낮은 운영비를 통해 환승회사는 더 많은 서비스 제공 가능.

AV 이동 효율성을 혼합교통 도로(mixed-flow street. 여러 교통수단이 함께 이용하는 도로) 상에 있는 전용도로에도 적용하면 장점이 향상. (예 버스전용도로)

체계적 실행이 반복 수정되면서 대상 범위가 ART 전용도로ART 도로 네트워크ART 지역궁극적으로 ART 도시로 확대 가능.

 

 

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