The modeling and simulation of urban traffic systems (UTS) have been widely used for solving traffic congestion problems. In this paper, we suggest a new approach for modeling UTS using the state graph, which is a state-based modeling formalism of discrete event systems (DES). We show the formal procedure to de-velop a mesoscopic traffic simulation model in the following order, which is based on the integrated proce-dure for DES modeling: source traffic system, reference model, formal model, and simulation model. The modeling scope in this paper is limited to UTS including signalized intersections, left and right turn pockets, split and merge points of lanes, traffic signals for left, right, and through movements.
We illustrated the validity of the modeling procedure by modeling a real traffic system in Daejeon, South Korea, and implemented the simulation model using $State Graph Simulator^®$ ($SGS^®$). We verified the traffic model by comparing with the real data collected from the source traffic system. We also modeled the same traffic system using $SGS^®$ and VISSIM, and compared the models.
We expect that researchers who are interested in mesoscopic traffic simulation can simulate a real traffic system including signalized intersections by following the suggested procedures and applying given state graph models.
도시 교통 시스템의 모델링 및 시뮬레이션은 도시의 교통 혼잡 문제를 비롯한 각종 교통 문제들을 해결하기 위해 널리 쓰여왔다. 본 논문에서는, 상태 기반의 모델링 형식론인 state graph를 이용하여 메조 레벨의 도시 교통 시스템을 모델링하는 방법을 제안하고자 한다.
모델링 절차는 이산사건 시스템 모델링 절차를 기반으로 하며, 대상 교통 시스템 단계 (Source traffic system phase), 참조 모델 단계 (Reference model phase), 형식적 모델 단계 (Formal model phase), 그리고 시뮬레이션 모델 단계 (Simulation model phase)를 포함하고 있다. 모델링 대상 도시 교통 시스템은 4지 이하의 신호교차로를 포함한 구간으로 한정되며, 좌회전 및 우회전 전용 차선, 도로 구간 내에서의 분기 및 합류 지점, 그리고 직진, 좌회전 및 우회전 신호를 포함하고 있다.
제안된 교통 시스템 모델링 절차를 검증하기 위해 대전 유성구 내에 위치한 실제 교통 시스템을 제안된 모델링 절차에 따라 모델링하였으며, C# 기반의 $State Graph Simulator^®$ ($SGS^®$)를 사용하여 시뮬레이션 모델을 구현하였다. 시뮬레이션 모델에 적용된 State graph 모델들을 검증하기 위해, 실제 교통 시스템에서 교통 데이터를 수집하여 시뮬레이션 하고, 그 결과와 비교하였다. 또한, 같은 교통 시스템을 대상으로 SGS® 및 상용 교통 시뮬레이터인 VISSIM을 사용하여 시뮬레이션 모델을 구현하고, 두 모델을 비교하였다.
본 논문에서 제안된 교통 시스템 모델링 절차 및 State graph 모델들을 이용하여 다양한 실제 교통 시스템을 메조 레벨로 모델링하고 시뮬레이션 함으로써, 교통 시스템에서의 다양한 의사 결정을 도울 수 있을 것으로 기대된다.
