[공학저널 전찬민 기자] 버스 수단분담율은 지능형교통체계(ITS)의 도입, 환승할인, One Card All Pass, 간선급행버스체계(BRT) 확대 등으로 2004년 이후 전반적으로 증가됐지만 2011년 이후 정체 상태이다. 이를 극복하기 위해 수요응답형 대중교통버스의 자율주행기술 구현으로 대중교통의 활성화를 앞당기고 있다.
버스는 철도와 함께 대중교통체계의 양대 축으로서 상호 끊김없는 연계·통합과 환승서비스가 필수임에도 철도가 배타적 노선과 자동화된 네트워크 구축·운영이 가능한 반면, 버스는 다양한 노선버스와 승용차, 택시와 함께 도로교통환경에서 혼재돼 안전하고 안정적인 운영이 어렵다.
이러한 대중교통시스템의 운영효율성, 안전성, 서비스수준 등의 한계 극복과 스마트 대중교통 모빌리티 서비스 제공을 위해 차세대 ITS인 C-ITS 기반의 Connectivity(연계성), Automation(자동화, 자율주행), Sharing(수요대응형 공유서비스) 등을 연계·융합한 자율협력주행기반 대중교통시스템의 개발·실증을 통한 한국형 대중교통체계의 혁신이 필요하다.
현재 자율주행차는 사람(운전자)의 인지와 판단을 자동차의 자율주행시스템(ADS)이 자동으로 수행하고 있지만, ADS의 자체 센서가 시간적·공간적으로 모든 상황은 정확하게 인지해 판단하기에는 S/W와 H/W 한계는 상존할 수밖에 없다.
이를 지원 또는 극복하기 위해 자율주행에서 자율협력주행으로 전환이 필요하다. 특히, 버스와 같은 도시 내 특정 노선이나 구역에서 운영할 경우에는 이러한 자율협력주행기술을 통해 자율주행버스가 도시 내 사각지대, 신호교차로, 도로공사, 돌발상황 관련 디지털 정보를 사전에 받아서 안전하게 주행, 통과할 수 있게 된다.
이에 따라 자율협력주행 기반 육상용 친환경 스마트 대중교통시스템 기술을 개발하고, 지능형 인프라 연계 운영/검증 기술 개발·실증을 통해 대중교통시스템의 혁신(CAPTAIN)을 목표로 지난 2018년 ‘자율주행기반 대중교통시스템 실증 연구’ 사업을 착수해 연구성과를 바탕으로 실증에 나서고 있다.
현재 세종시 실증구간에 운행되고 있는 버스 대중교통은 대부분 대형(45인승)버스로서 BRT 노선과 지선노선 등 고정된 구간을 운행하고 있다. 특히, BRT 순환구간은 B0~B5까지 총 5개 노선버스가 정해진 시간과 구간을 운행하면서 서비스를 제공하고 있다.
대형버스와 중소형셔틀은 모두 자율주행시스템기반의 자동모드가 가능하며, 돌발상황 등 비상 시 운전자 판단이나 센터정보를 바탕으로 제어권 전환이 가능한 레벨 3 차량이다. 또한, 차대차(V2V), 차대인프라(V2I) 간 정보연계기반의 자율협력주행이 가능하기 때문에 도로교통환경을 모니터링, 사전 대응이 가능해 안전하고 안정적인 자율주행을 지원하고 있다.
특히, 중소형셔틀(지선교통)은 운행구간에서 실시간 수요대응 서비스를 제공하게 되며, 대형버스(간선교통)와 연계환승서비스를 제공함으로써 해당 운행구간에서 발생하는 비혼잡 시간대의 수요에 대응해 기존 지선버스의 운행효율성을 개선할 수 있는 것이 특징이다.
또한 C-ITS 기반의 디지털 도로인프라는 주변 디지털검지기를 통해 도로교통상황을 실시간으로 모니터링이 가능하고, 신호교차로/횡단보도의 신호정보, 돌발정보, 공사정보 등 도로교통의 안전정보는 현장에서 V2X 기반 실시간 송수신이 가능하므로 즉각적인 대응과 사전예방이 가능하다는 것이 장점으로 손꼽힌다.
뿐만 아니라, 도로의 정밀전자지도(HM map)를 구축해 노선의 차로, 정차면, 정지선, 노면표시, 교통표지, 신호등 등 도로교통정보를 정확하게 알 수 있으며, 무엇보다 도시 내 차로정보는 차로별 주행방법, 돌발·공사정보를 포함하기 때문에 안전성과 효율성 측면에서 혁신을 가져다 줄 것으로 기대되고 있다.
이러한 디지털 도로인프라에서 수집·제공할 수 있는 다양한 정보와 서비스의 효과를 극대화하기 위해서는 현재의 교통센터의 기능과 역할도 혁신을 이뤄야 한다. 즉, 현장에서 운전자를 통한 제어가 필요할 수도 있지만, 교통정보센터가 아닌 교통관제센터(TCC)가 필요하다.
CAPTAIN 시스템에서 TCC는 자율주행버스는 차량군 기반으로 운영·관리가 필요하기 때문에 버스-도로-센터 간의 실시간 연계를 통한 운영·제어가 가능하다. 무엇보다, 주변 버스의 주행상태를 모니터링해 V2X 통신반경을 벗어난 지점·구간에서 발생하는 저속/정지/돌발상황 시 안전권장속도를 제공하고, 보행자의 무단횡단이나 교차로 우회전차량 검지 시 경고정보를 제공함으로써 자율주행시스템이 안전한 주행서비스를 제공하도록 지원하고 있다.
또한 TCC는 도로교통관리를 담당하는 타 센터와 연계돼 기존 버스운행정보와 통합 운영하며, 현재 BIS 정보에 CAPTAIN 자율주행버스의 운행정보를 제공 가능하다. 이와 더불어 도로공사 등 도로관리정보와도 연계돼 HD map기반 정확한 공사정보를 바탕으로 차로기반의 실시간 주행정보를 제공할 수 있다.
한국교통연구원 자율협력주행연구센터 강경표 센터장(사진, CAPTAIN 연구단장)은 “CAPTAIN 연구단은 2019년(2차년도)부터 매년 연구성과물을 서비스 시연을 통해 실증했고, 2021년(4차년도)까지 총 12개 서비스를 개발, 시연·실증을 완료했다”며 “운영효율성과 주행의 안전성 측면에서 기존 대중교통시스템과 차별성을 가지고 있다”고 말했다.
그는 이어 “CAPTAIN 시스템 실증을 통해 예측시간 기준 기존 서비스(34분)에서 CAPTAIN 서비스(19분)이며, 실제 통행시간 기준 기존 서비스(30분)에서 CAPTAIN 서비스(27분)으로 단축되는 효과가 나타났다”며 “CAPTAIN 버스는 일반버스에 비해 자율협력주행기반의 안전적/안정적 주행을 지원할 수 있으며, 통합 실증에서 세종시 체험단의 설문조사를 수행해 12개 서비스 대부분이 ‘우수’ 또는 ‘매우 우수’로서 전체적으로 90% 이상이 상용화 수준에 근접한 만족도를 보여주고 있다”고 덧붙였다.
‘제1차 자율주행 교통물류 기본계획‘과 ’간선급행버스체계(BRT) 종합계획 수정계획‘ 등 정부정책에서도 알 수 있듯이, 대중교통분야의 자율주행 상용화를 위한 정부의 추진의지는 분명하다. 무엇보다 CAPTAIN 시스템의 특징은 기존 대중교통시스템의 구축·운영의 유무와 상관없이 적용할 수 있도록 개발·설계됐고, 실제 구축과 실증을 마쳤다는 것이다. 이에 따라 정부와 지자체의 자율주행 또는 대중교통관련 정책과 사업에서 CAPTAIN 기술과 시스템, 나아가 스마트 모빌리티 서비스의 시범 적용·운영을 계획하고 있다.
특히 대표적인 자율주행차 시범운행지구인 세종시는 BRT 순환도로(B0 노선), 오송역까지 BRT 구간에 지정돼 유상서비스를 준비 중에 있다. BRT 순환도로는 CAPTAIN 시스템의 통합·실증 구간으로서 한정운수면허 발급 등 사전 요건을 거쳐 시범적으로 유상서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
