서울대팀 물리학으로 풀어낸 교통흐름 발표

획기적인 교통 모델을 개발해 세계적으로 주목받고 있는 서울대 김두철 교수(오른쪽)와 이현근 박사과정생.

주말 나들이나 여름휴가를 다녀오는 차량들은 가다 서다를 반복하거나 어떤 때는 빠르진 않아도 계속 나아간다. 또 자유롭게 달릴 수 있는 흐름에서도 의외로 차들이 몰려다니는 현상이 나타난다. 이런 교통현상을 모두 설명할 수 있는 모델이 탄생했다.

서울대 물리학부 김두철 교수와 이현근 박사과정생이 교통 흐름을 실제에 가깝게 구현할 수 있는 혁신적인 모델을 만들어 국제 물리학계의 권위지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 11일자에 발표했다. 또 이들의 연구논문은 주요 논문으로 선정돼 ‘피지컬 리뷰 포커스’ 18일자에 실리는 영광을 안기도 했다.

교통 흐름에는 세 종류가 있다. 기체 입자들처럼 차량들이 빠르고 자유롭게 달릴 수 있는 ‘자유 흐름’, 고체 입자들처럼 꼼짝달싹하지 못하는 ‘정체상태’, 그리고 액체 입자들처럼 움직이는 이 두 흐름의 중간 상태에 해당하는 ‘동기 흐름’이다.

동기 흐름은 도로에 차량이 다소 많은 경우임에도 불구하고 속도는 느리지만 ‘물이 졸졸 흐르듯이’ 꾸준하게 달릴 수 있는 경우를 말한다. 그동안 기존 교통 모델의 문제는 자유 흐름이나 정체상태는 잘 설명했지만 동기 흐름을 제대로 구현할 수 없었던 것.

김 교수는 “돌발적인 상황에 사람이 대처하는 데는 시간이 필요하고 자동차도 바로 반응할 수 없다”고 말했다. 예를 들어 브레이크를 밟는다고 자동차가 바로 서는 게 아니다. 연구팀은 새로운 교통 모델에 이런 효과를 포함시켜 동기 흐름을 성공적으로 재현했다.

이번 연구를 주도했던 이현근씨는 “많은 사람이 정체를 피해 빠르게 목적지에 도달할 수 있는 경우가 바로 동기 흐름”이라며 “앞차에 너무 바짝 붙거나 무리하게 끼어드는 운전 습관은 동기 흐름을 깨 체증을 일으킬 수 있다”고 설명했다.

또 연구팀은 과감하게 운전자의 인간적 요소를 새 모델에 포함시켰다. 김 교수는 “운전자는 교통 흐름이 좋을 때 상황을 낙관하거나 나쁠 때 비관하는 과민반응을 보이는 점이 특징”이라고 말했다. 한 예로 자유흐름의 운전자는 빠른 속도로 앞차에 다가가는 경향이 있다.

이씨는 “운전자의 과민반응 효과를 새 모델에 집어넣어 자유 흐름에서 차들이 몰려다니는 현상을 구현할 수 있었다”며 “이 현상은 앞차와의 간격이 충분치 않아 자칫 대형사고로 이어질 수 있다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 독일 두이스부르크-에센대학 쉬레켄베르크 교수팀과 공동으로 이뤄졌다. 새로 개발된 교통 모델은 독일에서 현재 쓰이는 실시간 교통상황 예측시스템의 성능을 향상시키는 데도 적용될 것으로 보인다.

이충환 동아사이언스기자 cosmos@donga.com