제안 배경
2025년 UAM 상용화를 위해 국토교통부는 모빌리티국을 신설하고, 도심항공정책과를 정식직제로 국가적인 차원에서 민관이 합동하여 추진 중이며,
민간에서는 현대자동차, LG, 한화, 롯데 등 대기업들이 Consortium을 구성하여 기체개발, Verti Port, 항공관제, 통신, 운영 플랫폼 등에 대하여 사업을 추진 중에 있음
그러나 앞에서 언급된 사업 내용들과 함께 UAM이 구현되려면 무엇보다도 교통 측면에서
• 민간사업자 입장에서는 국토교통부와 지자체에서 제안하고 있는 UAM 노선들에 대한 운영 시나리오에 따른 사업성 분석이 필요
•도로교통에서 운행하는 차량 통행량의 일정 비율이 UAM 공역으로 올라와 운행하게 되면, 항공관제와는 다른차원의 현재 도로교통관리 체계와 유사한 공역 설정 및 UAM 운행원리와 흐름관리 방안이 선제적으로 마련되어야 함
UAM에 관한 질문들···
A. UAM은 육상 교통량의 몇 %나 대체를 할 것인가? ▶ UAM Demand
B. UAM 사업은 수익성이 있는가? 어떻게 하면 수익이 창출 될까? ▶ UAM Feasibility study
C. UAM 운행노선은 어떻게 구축하면 좋을까? 노선 별로 몇 대의 UAM이 필요한가? ▶ UAM Network
D. UAM 운행계획(요금수익, Block Diagram, 배차간격)은 어떻게 수립할까?▶ UAM Fleet Management
E. 운행지표 분석, UAM의 운행지표들은 어떨까? ▶ UAM Simulation
F. UAM은 어떻게 Verti port를 이륙해서 어떤 경로로 다른 UAM과 같이 운항할까?
▶ UAM VISSIM Micro Simulation(Car following, Lane changing, Lateral behavior, Signal control)
G. UAM 운행관리는 Center 또는 V2V로 어떻게 관제하는 것이 바람직한가? ▶ 차량 관제 통신 방식에 의한 UAM 운행관리
(V2C or V2V control, Route&Navi.는 정해짐. Following/Lane change/Lateral만 VISSIM으로 운행)
UAM Platform Architecture
수도권 UAM Network
● 수도권 교통수요 모델에서 구축된 교통망 기반, 도로위계에 따라 Law, Middle, High 공역으로 구분하여, 도시고속도로와 자동차 전용도로 등은 높은 공역에서 장거리 운행 UAM, 도착 Verti Port에 도착하면서 위계가 낮은 공역 도로로 하강하면서 접근
● 모든 Verti Port-Verti Port를 Visum에서 연결하고, 일정 거리(UAM으로 통행하는 것이 합리적인 거리, 예를 들어 15Km 이상 등) 이상만 노선으로 설정, UAM 운행노선을 노선 별로 구축하고, Headway를 배정
UAM Flying Network
● UAM 통행은 도로등급에 따른 설계기준(설계속도, 도로폭원, 중앙분리대, 도로시설 등)이 정해진 것과 유사한 개념으로 장거리 통행일 수록 고고도, 단거리 통행은 저고도로 운행되도록 공역을 설정함
➢ 도시고속도로의 경우 고속으로 주행하는 장거리 통행이 위주이며 목적지 도달 시 위계가 낮은 도로를 이용하여 접근하는 것과 유사하게, UAM이 고고도에서 저고도로 고도를 낮추며 Verti Port에 접근함 → 도로등급 별 설계기준 표를 참고로 하여 UAM 공역 별 설계기준을 제안
➢ 고도 변경 시는고속도로 엇갈림 구간 설계와 유사한 개념으로 진행됨 (엇갈림 구간 도면 제시)
UAM Verti Port 구축
● 수도권 도시철도 정류장 중 환승이 많은 역들을 집계하여, 통과 노선 수가 많은 순서로 Verti Port를 설정
● 수도권 주요 고층건물, Land Mark(Lotte Tower, KOEX, 63Bd.,한강공원 등등)를 대상으로 설정
● Verti Port를 공역 운항 제한을 고려하여 직결하는 노선을 구축
● FGSV Guideline 참고
UAM Demand
● UAM 사업은 높은 운임, 적은 노선, 사업비 등을 고려할 때 민간사업자의 사업성 검토가 필수
➢대중교통으로서 UAM 수요(총수요, 노선별수요 등)를 가 예측하고, 이에 필요한 UAM 소요대수를 추정하고, 이를 기반으로 UAM 사업자가 UAM 기체비용, Verti Port 비용 등과 요금수익 등을 감안하여 사업성을 분석함
● UAM 수요 추정방법론
➢ UAM 수요는 교통수요 4단계 모델에 기반하며, 새로운 대중교통 시스템으로 정의하여 수단분담 모델로 부터 수요 추정
➢ 교통수단 분담모델은 “통행시간, 통행비용, 접근시간, 수단 간 적정거리” 등을 효용함수에 반영하여 수단간 분담율을 산정하는 것으로, UAM의 설계속도, Verti Port로의 접근시간, 요금등의 특성을 반영
➢ 수도권 UAM 수요는 기 구축된 TOMMs-수도권 수요모델을 활용하여 UAM의 Network(노선, 정류장, 운행시간표 등)를 추가하여 구축하고, 수단별 OD를 분석하여 추정함
UAM Demand : Seoul Metro Area, 3 Lines
수도권 UAM, Line & 수요분석
수도권 A/B/C Line UAM 수요분석
UAM Flow
● UAM이 Verti Port에서 이륙하여 공역을 변경하며 운행하고 다시 Verti Port로 착륙하는 과정에서 운행원리를 정의하여야 함
● UAM은 도로의 차량운행이 2D(앞 차를 따라가는 종방향과 차선변경의 횡방향)로 이루어짐에 비하여 높이를 더한 3D(종방향, 횡방향, 높이변경) 로 운행되나, 이 때 2D 의 횡방향이 3D의 높이 변경(공역변경)으로 볼 수 있음
● UAM 3D 운행원리
➢ 종방향: Car following theory에 의해 앞 UAM과의 간격, 상대속도, 안전거리 등을 고려하여 운행하며, UAM이 자율주행으로 운행된다고 가정할 때 Car following theory를 운행 모드에 반영하여 통행하게 됨
➢ 횡방향: 추후 UAM 수요 증가 시 공역 별로 다차로로 운행될수 있으나 안전을 고려하여 (항공기 운항과 유사하게) 공역별로 한 차로로 운행한다고 가정하여 횡방향 변경은 없음
➢ 높이 변경: Verti Port를 이륙하여 점차 고도를 올려가는 과정은 도로 차량의 Lane Change model을 활용하여 옆 차로(다른 고도)의 UAM 간격이 고도 변경이 가능하도록 Headway의 “Count Open”을 파악하여 고도를 변경함
Driving states in the UAM flow model
UAM의 추종모델은 도로교통의 운전자의 4개 운행행태에 기반한 Wiedemann의 교통흐름 모델을 준용
①Free driving: 선행 UAM의 영향이 없음. UAM은 제한속도에 도달하고 유지
②Approaching: 저속으로 운행하는 선행 UAM에 자체 속도를 조정함. 접근하는 동안 UAM은 안전거리에 도달하여 속도 차이가 없을 때 까지 감속
③Following: UAM은 가감속 없이 선행 UAM을 추종함(안전거리를 일정하게 유지)
④Braking: UAM은 선행 UAM과의 안전거리 미만일 경우 감속함. 이는 선행 UAM이 급감속 또는 제3의 UAM이 두 UAM간에 공역변경으로 끼어들 경우에 발생
UAM Simulation
UAM Air Traffic Management
강릉시 ITS World Congress 홍보영상
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