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교통공학

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1. 개요

교통공학은 다양한 교통 수단과 시설을 계획, 설계, 운영 및 관리하는 학문 분야이다. 19세기 말 철도공학에서 시작되어, 도로 교통의 발달과 함께 발전해왔다. 현재는 교통 계획, 운영 및 관리, 설계, 행정 등 다양한 분야를 포괄하며, 지능형 교통 시스템(ITS) 도입을 통해 사고 감소, 교통 체증 완화, 환경 문제 해결을 목표로 한다. 교통공학은 토목, 정보, 전자, 기계 등 여러 공학 분야는 물론, 심리학, 경제학, 법학 등 인문·사회 분야와도 연계되어 발전하고 있다.

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교통공학
개요
분야공학, 기술
하위 분야교통 계획
도로 공학
철도 공학
공항 공학
항만 공학
교통 통제
교통 안전
보행자 교통
자전거 교통
대중교통
물류
지속 가능한 교통
설명
정의사람과 상품의 안전하고 효율적인 이동을 위한 시스템의 계획, 설계, 운영 및 관리를 다루는 공학 분야
목표안전성 향상
이동성 향상
효율성 향상
환경 보호
경제성 확보
관련 학문토목 공학
도시 계획
경제학
심리학
통계학
수학
컴퓨터 과학
주요 연구 분야
교통 계획미래의 교통 수요 예측 및 교통 시스템 개발 계획 수립
도로 공학도로의 설계, 건설, 유지보수
철도 공학철도의 설계, 건설, 유지보수
공항 공학공항의 설계, 건설, 운영
항만 공학항만의 설계, 건설, 운영
교통 통제교통 흐름의 효율적인 관리 및 제어
교통 안전교통 사고 예방 및 감소
대중교통대중교통 시스템의 계획, 설계, 운영
물류상품의 효율적인 이동 및 보관
지속 가능한 교통환경 친화적인 교통 시스템 개발
관련 직업
직업 종류교통 엔지니어
교통 계획가
교통 분석가
교통 컨설턴트
교통 정책 전문가
참고 자료
참고 자료CivilEngineeringBible.com
Tribhuvan University, Institute of Engineering, Pulchowk Campus

2. 교통공학의 역사

제국대학공과대학(현재의 도쿄 대학 공학부)에서 1893년 9월 강좌제가 확립되었을 때, 토목공학 제1강좌는 철도공학을 다루었다. (1963년에 교통공학 강좌로 개칭됨)

교통공학은 해상 교통과 육상 교통으로 나뉘었다. 해상 교통은 해양 과학·해사 과학 분야에서 유통을, 상선학에서 물류를 연구했다. 육상 교통공학(Traffic Engineering)은 고도 경제 성장에 따른 모터리제이션으로 도로 교통 문제를 주로 다루었다. 1960년대 후반부터 대중교통 문제도 다루면서, 미국에서는 Transportation engineering이라는 용어가 사용되기 시작했다. 최근 일본에서도 이 용어를 교통공학의 번역어로 사용하기도 한다. 일본에서는 쇼와 40년대(1965년~1974년)부터 교통 문제 연구가 지속되었다.

2. 1. 초기 발전

1926년 하버드 대학교에서 교통공학 강의가 시작되었다.[3] 초기 교통공학은 주로 도로와 철도공학에 초점을 맞추었다. 제국대학공과대학(현재의 도쿄 대학 공학부)에서는 1893년 9월부터 강좌제가 확립되었을 때 토목공학 교실은 토목공학 제1강좌의 교통공학 외 4강좌였지만, 제1강좌는 철도공학을 다루는 강좌였다.

역사를 거치면서 교통공학은 해상 교통과 육상 교통 분야로 나뉘었다. 해상 교통은 주로 해양 과학·해사 과학 분야에서 유통을, 상선학으로서 물류를 연구했다. 육상에서의 교통공학(Traffic Engineering)은 고도 경제 성장에 따른 모터리제이션의 진전 등의 영향으로, 거의 도로에 기인하는 문제 (=도로 교통공학)만을 다루었다. 1960년대 후반부터는 도로 정비뿐만 아니라, 대중교통 등이 안고 있는 문제에도 대처하게 되었다. 이러한 변화에 따라, 미국에서는 Transportation engineering이 사용되게 되었다.

연도사건
1955년제3회 일본 도로 회의에서 Traffic Engineering의 번역어로 교통공학을 사용하기로 결정
1961년일본대학 이공학부에 교통공학과(현재 명칭은 교통 시스템 공학과) 설립
1963년교토 대학 공학부에 교통 토목공학과(현재는, 여러 학과가 모여 지구공학과가 됨) 설립
1966년교통공학 연구회(Japan Society of Traffic Engineers) 설립
1978년Institute of Traffic Engineers(교통 기술자 협회)가 Institute of Transportation Engineers(교통 기술자 협회)로 개칭
1983년일본 최초의 카 내비게이션 시스템 발표


2. 2. 한국의 교통공학 도입

1955년 제3회 일본 도로 회의에서 Traffic Engineering의 번역어로 '교통공학'을 사용하기로 결정하였다.[1] 1961년 일본대학 이공학부에 교통공학과(현재 명칭은 교통 시스템 공학과)가 설립되었고, 1963년 교토 대학 공학부에 교통 토목공학과(현재는 지구공학과)가 설립되었다.[1] 1966년에는 교통공학 연구회(Japan Society of Traffic Engineers)가 설립되었다.[1]

2. 3. 현대 교통공학의 발전

1960년대 후반부터 도로 정비뿐만 아니라 대중교통 문제도 다루기 시작했다. 미국에서는 Transportation engineering이라는 용어가 사용되기 시작했으며, 최근에는 일본에서도 교통공학의 번역어로 이 용어를 사용하기도 한다. 일본에서는 쇼와 40년대부터 교통 문제에 대한 연구가 지속적으로 이루어졌다.

  • 1978년 Institute of Traffic Engineers(교통 기술자 협회)가 Institute of Transportation Engineers(교통 기술자 협회)로 개칭되었다.
  • 1983년 일본 최초의 카 내비게이션 시스템이 발표되었다.

3. 교통공학의 범위 및 분야

교통공학은 도로, 철도, 해운, 항공 등 다양한 교통수단과 시설을 다루는 광범위한 분야이다.[9] 일본 제국대학공과대학(현재의 도쿄 대학 공학부)에서는 1893년부터 철도공학을 다루는 교통공학 강좌가 개설되었으며, 1963년에는 교통공학 강좌로 명칭이 변경되었다.

역사적으로 교통공학은 해상 교통과 육상 교통으로 나뉘었으며, 해상 교통은 해양 과학·해사 과학 분야에서, 육상 교통은 도로 교통 문제를 중심으로 연구되었다. 1960년대 후반부터는 대중교통 문제도 다루게 되었고, 미국에서는 "Transportation engineering"이라는 용어가 사용되기 시작했다. 최근에는 일본에서도 이 용어를 사용하기도 한다.

교통공학은 다음과 같은 세부 분야로 나눌 수 있다.

분야설명
교통 계획장래 교통 수요를 예측하고 최적의 교통 체계를 구축하기 위한 계획 수립 (간략하게)
교통 운영 및 관리교통 시설의 효율적인 운영 및 관리를 통해 원활한 교통 흐름 확보 (간략하게)
교통 설계교통 시설의 적정 위치, 규모, 경로 등을 설계 (간략하게)
교통 행정교통 관련 법규, 제도, 재정 등을 관리[9]



일본에서는 쇼와 40년대(1965년~1974년)부터 교통 문제에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. 최근에는 지능형 교통 시스템(ITS)을 도입하여 사고, 교통 체증, 환경 문제 해결을 목표로 하고 있으며, 내비게이션 시스템의 VICS나 ETC 등이 그 예시이다.

또한, 대중교통 우선 시스템(PTPS), 교통 정온화 대책, 혼잡 통행료 등 자동차 이용을 억제하는 정책과 교통 수요 관리(TDM), 모빌리티 매니지먼트(MM) 등도 시행되고 있다.

3. 1. 교통 계획

장래 사회와 경제적 변화 여건에 따른 계획 대상 지역의 교통 이용 행태를 분석하여 교통 수요를 예측하고, 그 수요에 맞는 교통 체계의 적정 규모와 필요한 시설을 고려하여 최적의 대안을 도출한다. 투자 규모를 산정하고 계획을 집행하며, 이에 따른 사회, 경제, 환경에 미치는 영향을 분석 평가하여 수정하는 전 과정을 의미한다.[9]

교통 계획은 도시 계획의 요소와 관련이 있으며, 기술적 예측 결정과 정치적 요소를 포함한다. 여객 수송의 기술적 예측에는 일반적으로 도시 교통 계획 모델이 포함되며, 이는 통행 발생, 통행 분포, 수단 선택, 경로 배정의 추정을 필요로 한다. 더 정교한 예측에는 자동차 소유, 통행 연결(개별 통행을 투어로 연결하는 결정), 주거 또는 사업 위치 선택(토지 이용 예측)을 포함한 여행자 결정의 다른 측면이 포함될 수 있다. 여객 통행은 모든 교통 시스템에 대한 수요의 정점을 나타내는 경우가 많기 때문에 교통 공학의 초점이다.[3]

계획 시작에 앞서, 엔지니어는 해당 지역의 재고를 파악하거나, 적절한 경우 기존 시스템을 파악해야 한다. 이 재고 또는 데이터베이스에는 인구, 토지 이용, 경제 활동, 교통 시설 및 서비스, 통행 패턴 및 양, 법률 및 조례, 지역 재정 자원, 커뮤니티 가치 및 기대에 대한 정보가 포함되어야 한다. 이러한 재고는 엔지니어가 시스템의 미래 조건을 정확하게 예측하기 위한 비즈니스 모델을 만드는 데 도움이 된다.

3. 2. 교통 운영 및 관리

교통 시설의 효율적인 운영과 관리는 원활한 교통 흐름을 확보하는 데 중요한 역할을 한다. 이를 위해 교통 표지판, 신호등, 노면 표시, 유료 도로와 같은 전통적인 기술과 지능형 교통 시스템(ITS)을 활용한 첨단 기술이 함께 사용된다.[4]

첨단 기술에는 첨단 여행자 정보 시스템 (예: 가변 정보 표지판), 첨단 교통 제어 시스템 (예: 램프 미터), 차량 인프라 통합 등이 있다. 인간 요소는 교통 공학의 한 측면으로, 특히 운전자-차량 인터페이스와 도로 표지, 신호 및 표지판의 사용자 인터페이스와 관련이 있다.[4]

최근에는 사고, 교통 체증, 환경 문제 해결을 목표로 지능형 교통 시스템(ITS)이 도입되고 있으며, 내비게이션 시스템의 VICS나 ETC 등이 그 예시이다.

이 외에도 대중교통 우선 시스템(PTPS), 교통 정온화 대책, 혼잡 통행료 등 자동차 이용을 억제하기 위한 정책과, 기반 시설 정비가 아닌 수요 측면을 조절하는 교통 수요 관리(TDM) 등이 시행되고 있다. 또한, 사람에게 미치는 영향을 고려하여 교통 분산을 추진하는 모빌리티 매니지먼트(MM)도 활용된다.

3. 3. 교통 설계

교통공학에서 교통 설계는 교통 구성 요소들을 디자인하는 것을 의미한다. 여기에는 도로, 가로망, 철도, 궤도, 해로, 항로와 같은 연결 체계와 차량, 선박, 항공기 등의 운반 수단 체계가 포함된다. 또한, 사람과 화물이 출발하고 도착하며, 환승하고 주차하는 데 필요한 정류장 및 터미널 체계의 특성을 파악하여 설계한다.[9]

교통 설계는 교통수단 및 교통 시설의 적정 위치, 규모, 경로를 결정하고, 효율적인 교통 처리를 위한 교통 시설의 합리적인 운영 체계까지 고려한다. 구체적으로, 교통 시설의 규모(차선 수 또는 시설 용량), 포장 재료 및 두께, 도로(또는 궤도)의 기하학(수직 및 수평 정렬)을 설계한다.[9]

3. 4. 교통 행정

기존 교통 문제를 분석하고 검토하여 개선하려면 적절한 시설 규모 확충, 수요 관리 등 다양한 개선 대책이 필요하다. 이러한 과업을 합리적으로 계획, 수립, 운영 및 관리하기 위해서는 교통 행정이 체계적이고 효율적으로 수행되어야 한다.[9] 교통 행정은 교통 관련 법규, 제도, 재정 등을 관리한다.

4. 교통공학의 세부 전문 분야

교통공학은 다음과 같은 세부 전문 분야로 나뉜다.


  • '''도로 공학''': 고속도로, 도로 등 차량 시설과 자전거 및 보행자 관련 시설을 계획, 설계, 건설 및 운영한다. 교통 수요를 추정하고, 교통량이 많거나 사고가 잦은 곳을 분석하여 교통 시스템을 개선한다.
  • '''철도 공학''': 경전철, 모노레일 등 철도 및 대중교통 시스템을 설계, 건설, 운영한다. 철도 정렬, 역 위치 결정, 역 기능 설계, 건설 비용 추정 등의 업무를 수행하며, 열차 운행 관제 분야로 진출할 수도 있다.[5]
  • '''항만 및 항만 공학''': 항만, 운하 등 해양 시설을 설계, 건설, 운영한다.[1]
  • '''공항 공학''': 공항을 설계하고 건설한다. 항공기의 영향과 요구 사항을 고려하여 활주로 방향, 경계 및 안전 구역 크기, 게이트 간 간격 등을 결정한다.

4. 1. 도로 공학

도로 공학 엔지니어는 다음과 같은 역할을 수행한다.

  • 고속도로, 도로 및 기타 차량 시설의 계획, 설계, 건설 및 운영과 관련된 자전거 및 보행자 관련 분야를 처리한다.
  • 대중의 교통 수요를 추정하고 프로젝트 자금을 확보한다.
  • 안전 및 용량을 위해 교통량이 많고 사고가 많이 발생하는 위치를 분석한다.
  • 엔지니어링 원리를 사용하여 교통 시스템을 개선한다.
  • 운전자, 차량 및 도로 자체의 세 가지 설계 제어를 활용한다.


도로의 일반적인 단면도

4. 2. 철도 공학

철도 기술자는 고정된 궤도를 사용하는 경전철 또는 모노레일과 같은 철도 및 대중 교통 시스템의 설계, 건설, 운영을 담당한다.[5]

철도 기술자의 일반적인 작업은 다음과 같다.

  • 철도의 수평 및 수직 정렬 결정
  • 역 위치 결정
  • 노선, 플랫폼 등 역의 기능적 부분 설계
  • 건설 비용 추정


철도 기술자는 미래의 수요를 충족하기 위해 철도 시스템에 재투자하고 활력을 불어넣어 더 깨끗하고 안전한 운송 네트워크를 구축하기 위해 노력한다. 미국에서 철도 기술자는 철도 시스템이 국가의 운송 요구 사항을 충족하도록 하기 위해 워싱턴 D.C.의 선출된 관리들과 철도 운송 문제에 대해 협력한다.[5]

철도 기술자는 또한 열차 운행 통제에 초점을 맞춘 열차 운행 관제라는 전문 분야로 이동할 수도 있다.

4. 3. 항만 및 항만 공학

항만 및 항만 기술자는 항만, 운하 등 해양 시설의 설계, 건설, 운영을 담당한다.[1]

4. 4. 공항 공학

공항 기술자는 공항을 설계하고 건설한다. 공항 기술자는 공항 시설 설계 시 항공기의 영향과 요구 사항을 고려해야 한다. 이 엔지니어는 활주로 방향을 결정하기 위해 주 풍향 분석을 사용하고, 활주로 경계 및 안전 구역의 크기를 결정하며, 모든 게이트에 대해 날개 끝에서 날개 끝까지의 간격을 다르게 하고, 전체 공항 내에 명확한 구역을 지정해야 한다. 토목 및 구조 엔지니어로 구성된 토목공학과에서는 여객 터미널, 화물 터미널, 항공기 격납고(상업용, 개인용 및 정부 항공기 주차), 활주로 및 기타 포장, 공항 지상 지원 장비 설치를 위한 기술 건물 등의 구조 설계를 공항 자체 요구 사항 및 컨설팅 프로젝트에 대해 수행한다. 또한, 이들은 작업이 허가된 공항의 마스터 플랜을 담당하기도 한다.

5. 현대 교통공학의 동향

최근 교통공학은 첨단 기술을 활용하여 교통 문제 해결에 주력하고 있다.

5. 1. 지능형 교통 시스템 (ITS)

교통공학 분야에서는 최첨단 기술을 활용하여 사고, 교통 체증, 환경 문제 해결을 목표로 하는 지능형 교통 시스템 (ITS)이 도입되고 있다. 내비게이션 시스템의 VICS나 ETC 등이 그 예시이다.

대중교통 우선 시스템 (PTPS)이나 교통 정온화 대책, 혼잡 통행료 등 자동차 억제를 위한 정책, 인프라 정비가 아닌 수요 측면을 조정하는 교통 수요 관리 (TDM) 등도 도입 실적이 있다. 또한, 사람에게 미치는 영향을 고려하여 교통 분산을 추진하는 모빌리티 매니지먼트 (MM)도 시행되고 있다.

5. 2. 지속 가능한 교통 시스템 구축

대중교통 우선 시스템 (PTPS), 교통 정온화 대책, 혼잡 통행료 등 자동차 억제를 위한 정책과 인프라 정비가 아닌 수요 측면을 조정하는 교통 수요 관리 (TDM) 등이 도입 실적이 있다.[3] 또한, 사람에게 미치는 영향을 고려하여 교통 분산을 추진하는 모빌리티 매니지먼트 (MM)도 시행되고 있다.[3]

6. 타 학문 분야와의 연계

토목 공학뿐만 아니라 정보 공학, 전자 공학, 전기 공학, 기계 공학 등 다양한 공학 분야와 밀접하게 연관되어 있다. 이들 분야는 서로 분리된 것처럼 보이지만, 실제로는 상호 연관성이 매우 높다. 특히 교통 공학은 다른 공학 분야와 횡단적으로 관련되어 있으며, 각 분야의 대학 연구실에서도 교통 현상 분석, 교통류 분석 등을 연구하고 있다. 이는 방재 공학과 같이 여러 공학 분야에 걸쳐 연구가 진행되는 경향을 보여준다.

최근에는 종합 정책 학부 등에서도 지방교통에 관한 연구로서 교통 공학이 활용되고 있다.

6. 1. 공학 분야

정보 공학, 전자 공학, 전기 공학, 기계 공학 등과 협력하여 교통 시스템을 개발하고 운영한다. ITS, 교통 제어 시스템, 이미지 인식 기술 등 다양한 분야에서 협력이 이루어진다.[6] [7]

  • 기계 공학: 자동차, 철도 차량, 항공기 등 승용 기계와 원동기, 추진 기구 등 요소 기술 개발에 협력한다. 자동차 공학을 기반으로 ITS 연구, 자동차 및 보행자 교통 제어 방법 개발 등이 이루어진다.
  • 전기 공학·전자 공학·정보 공학: 교통 시스템 공학 및 정보 응용 공학으로서 시스템 안전성 공학, 실패 방지 시스템, 교통량 제어, 열차 제어 시스템, 교통 체증 완화 제어, 이미지 인식 기술, 고신뢰화 시스템, 사회 시스템의 고도 안전화, 신도시 교통 시스템, ITS, 대 열차 전송 시스템 개발에 협력한다.
  • 시스템 공학: 차량군 추종 주행의 안전성 메커니즘 해명, 여행 시간 예측 연구, 기능 공학 및 인간 공학 분야에서 교통 사고 방지 시스템, 조작 부담이 적은 교통 수단 개발 및 평가 연구를 수행한다.
  • 교차로 일시 정지 행위 개선, 자동차 운전 사고 방지를 위한 운전자 훈련 시스템, 안전 운전 교육 시뮬레이터 개발 연구도 진행된다.
  • 자동차 공학 분야와 연계하여 도로 및 물류·교통 계획, 안전, 환경 보전, 한랭지 교통 문제 등 폭넓은 분야를 횡단적으로 연구한다.
  • 생물학, 심리학 등 다양한 전문가들이 협력하여 포괄적인 대중교통망 안전 대책을 연구한다. (사고 대책 연구 접근법)
  • 환경 공학: 교통 정책이 환경에 미치는 영향 평가 기법 개발, 교통의 라이프 사이클 평가(LCA), 도시 생존 방법론, 도시 교통 전략 추진 방법 등을 연구한다.
  • 수리 공학·응용 수학: 교통 문제를 물리학, 수학 분야까지 확장하여 학제적으로 연구하고, 교통 상황을 수리 모델로 모델링하여 정책에 반영한다.
  • 홋카이도 대학 대학원 공공 정책 학부: 법학, 경제학 외에 공학 전공에서 교통 공학 연구를 다룬다.
  • 자동차 관련 제조업: 수리 공학 분야를 응용하여 운전자 특성을 고려한 교통류 추종 모델 및 시뮬레이션 기법을 개발하고, LED 시인성 연구 등을 통해 사고 방지, 도로 교통 안전·환경 개선에 활용한다.
  • 건축학: 사람의 이동 관련 시설(자동차, 철도, 항공, 선박) 설계에 교통 공학을 활용하고, 배리어 프리 신법에 따라 상업 시설, 도로·역 등 교통 시설의 종합화·일체화에 교통 공학적 접근을 시도한다. 도시 교통 시설 정비가 도시 발전에 미치는 영향, 교통 추정 모델 등을 연구한다.

6. 2. 인문 사회 분야

시스템 공학, 기능 공학, 인간 공학 등과 연계하여 교통 사고 방지, 사용자 친화적인 교통 시스템 개발 등을 연구한다.[6] [7] 환경 공학과 연계하여 교통 정책이 환경에 미치는 영향을 평가하고, 지속 가능한 교통 시스템을 구축하기 위한 연구를 수행한다. 심리학, 생물학 등 다양한 분야의 전문가들과 협력하여 교통 안전 대책을 마련한다. 경제학, 법학 등과 연계하여 교통 정책의 효과를 분석하고, 정책 개선 방안을 모색한다.

6. 3. 도시 계획 및 건축 분야

토목 공학의 핵심 분야인 교통공학은 도시 계획 및 건축 분야와도 밀접하게 관련되어 있다. 특히 도시 교통 시설 정비와 토지 이용 계획은 도시의 물리적 공간 구조를 구성하는 중요한 요소이므로, 교통공학은 이 두 가지 요소를 통합적으로 고려한다.

교통 시설과 건축물 입지, 토지 이용은 서로 영향을 주고받기 때문에, 교통 추정 모델을 활용하여 이들의 상호 작용을 분석하고, 이를 바탕으로 동적인 도시 교통 계획 기법을 연구한다. 예를 들어, 상업 시설 등의 건축물과 도로, 역 등의 교통 시설을 종합적이고 일체화하여 설계하는 데 교통공학적 접근이 시도되고 있다.[6] [7]

또한, 배리어 프리 디자인과 같이 사람 중심의 교통 환경을 조성하기 위한 노력도 이루어지고 있다. 이는 모든 사람이 편리하고 안전하게 교통 시설을 이용할 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 한다.

참조

[1] 웹사이트 Course Outline (Draft) M. Sc. in Transportation Engineering https://civil.pcampu[...] Tribhuvan University, Institute of Engineering, Pulchowk Campus
[2] 웹사이트 What is Transportation Engineering? https://civilenginee[...] 2023-11-16
[3] 웹사이트 Transportation Engineering https://www.mcgill.c[...] 2023-11-16
[4] 웹사이트 What Is Transportation Engineering? (With Common Duties) | Indeed.com https://www.indeed.c[...]
[5] 웹사이트 Association of American Railroads http://www.aar.org/A[...] 2011-06-30
[6] 웹사이트 ミリ波列車無線システム https://www.rtri.or.[...] 鉄道総合技術研究所 2023-11-13
[7] 웹사이트 90GHz帯ミリ波による対列車通信システム https://www.rtri.or.[...] 鉄道総合技術研究所 2023-11-13
[8] 두피디아 교통공학 https://terms.naver.[...]
[9] 서적 교통공학개론 영지문화사 2000



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