[논문]다방향보행자모형(MDPM)을 이용한 편측보행 효과분석

이준; 조한선; 현경; 정진혁

다방향보행자모형(MDPM)을 이용한 편측보행 효과분석
The Effect Analysis of One-side Walking Behavior Using MDPM(Multi-directional Pedestrian Model) 원문보기

韓國ITS學會論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.8 no.5, 2009년, pp.151 - 159

이준 (한국교통연구원) , 조한선 (한국교통연구원) , 현경 (연세대학교 도시공학과) , 정진혁 (연세대학교 공과대학 도시공학과)

초록
AI-Helper

보행교통류의 네트워크 모형은 다양한 방법으로 연구되고 있지만 특히 그 적용성과 간결성 때문에 셀 기반의 CA 모형을 이용한 분석이 다수 진행되고 있다. 최근에는 CA 모형의 후속모형으로 제시된 가스입자(Gas Lattice)모형은 확산(dissemination)하는 물질의 행태를 편이된 임의보행(Biased Random Walker)으로 반영하여 보행자의 움직임을 가정하기도 하였다. 이와 같은 모형들은 Agent 기반으로 보행자의 다양한 특성과 보행행태를 쉽게 적용할 수 있기 때문에 복잡하고 영향요소가 많은 보행을 설명하는데 미시적인(microscopic) 분석방법론으로 활용되고 있다. 하지만 보행의 행태는 보행자의 목적지와 위치에 따라 쉽게 변할 수 있기 때문에 동일한 규칙으로의 설명되는 모형들은 보행자의 행태를 반영하는데 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 보행자의 행태가 유사한 동질구간(Homogeneous Section)을 정의하고 다방향보행자모형(MDPM: Multi-Directional Pedestrian Model)을 이용하여 현재까지 적용 및 평가되지 못하였던 임의보행과 좌/우측 통행 보행자의 보행특성을 설명할 수 있는 시뮬레이션 방법론을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Network models for pedestrian flows have been studied in various ways. However, because of the simplicity and application, a number of researchers prefer the CA Model to analyze pedestrian's complicated behavior. These kinds of models based on Agent are being used as a microscopic analyzing method since it can easily adapt individuals' various characters and movement types. However, because pedestrians' movement can be (easily) effected by where they are and where they head, some models using the same rules have limit when considering pedestrians' every different movement. In this research, homogeneous section is defined as a similar movement type of individuals. With MDPM, we suggest simulation method explaining one-way walk and side-walk which could not be done in past.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 다방향보행자모형을 이용하여 다방향 뿐만 아니라 보행동선의 변화에 대한 편 측 보 행 에 따른 효과를 분석하는 방법론을 제시하였다. 출입구의 위치와 보행방향에 따라 총 세 가지의 대안을 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였고 상충횟수, 속도, 밀도 등의 파라미터를 이용하여 모형을 분석하였다.

가설 설정

Benefit Cost cellular Model과 Magnetic Force Model과 유사한 원칙을 가지고 있으며 보행자가 자신을 유도하는 Social force를 갖는다고 가정하며, 이러한 힘들의 합이 보행자를 움직이는 가속도를 결정하게 된다. 이 모형의 장점은 사용된 변수가 측정될 수 있는 물리적인 의미를 가지고 있기 때문에 임의적이지 않고, 모형의 결과는 보행의 Self-organizing 현상을 잘 보여줄 수 있다는 것이다.
4m이다. 그리고 보행자의 속도는 1m/sec로 가정하여 총 3가지 경우의 시뮬레이션을 실시하였다. 가로 24m에 세로 8m 복도의 양방향에서 보행자가 발생하여 반대방향으로 이동하는 공간이다.
가로 24m에 세로 8m 복도의 양방향에서 보행자가 발생하여 반대방향으로 이동하는 공간이다. 단위시간(0.4sec) 동안 한 방향에서 0.05명의 보행자가 포아송 분포를 가정하여 발생하며, 이는 192m²공간에 시간당 약 900명의 보행자가 발생하는 것이다. 시뮬레이션은 총 300초 동안 진행되었다.
보행행태의 동질구간을 어떻게 정할 것인가에 대한 논의는 여러 가지 실험과 검증을 필요로 하므로 동질구간이 존재한다는 가정을 하였다. 동질구간에 대한 구간의 개수와 길이는 향후연구과제로 남겨두며 본 연구에서는 동질구간으로 나누어 졌다는 가정으로 시뮬레이션 방법론을 제시한다.
본 연구는 지하철 환승통로와 같이 양방향에서 서로 반대로 이동하는 보행자를 대상으로 하고 있으며, 출입구는 복도의 양 끝단에 존재하게 된다. 보행행태의 동질구간을 어떻게 정할 것인가에 대한 논의는 여러 가지 실험과 검증을 필요로 하므로 동질구간이 존재한다는 가정을 하였다. 동질구간에 대한 구간의 개수와 길이는 향후연구과제로 남겨두며 본 연구에서는 동질구간으로 나누어 졌다는 가정으로 시뮬레이션 방법론을 제시한다.

제안 방법

본 연구에서는 보행자의 임의보행과 좌/우측통행 보행 특성을 설명하기 위해 보행자의 행태가 유사한 동질구간을 정의하고 다방향보행자모형(MDPM)을 이용해 시뮬레이션 하였다. 다방향의 보행교통류를 적용하기 위하여 기존의 CA모형을 개선하여 층(Layer)을 도입하였는데 이를 통해 보행자의 회전이나 움직임 등을 설명하고 입/출입이나 기하구조 등을 반영하였다. 또한 보행의 행태를 결정하는 다양한 기종점을 가지는 보행자의 특성을 설명하기위해 또한 보행행태의 동질구간을 설정하였다.
보행자는 한 시뮬레이션 단위 시간동안 한 칸만 이동할 수 있으며, 각 위치에는 오직 한 명의 보행자만 있을 수 있다. 또 다음 위치로 이동하기 위한 방향의 선택은 전진하려는 힘(Drift Strength)에 의해서 결정되어 클수록 직진방향에 대한 선택확률이 크도록 설계되었다.
다방향의 보행교통류를 적용하기 위하여 기존의 CA모형을 개선하여 층(Layer)을 도입하였는데 이를 통해 보행자의 회전이나 움직임 등을 설명하고 입/출입이나 기하구조 등을 반영하였다. 또한 보행의 행태를 결정하는 다양한 기종점을 가지는 보행자의 특성을 설명하기위해 또한 보행행태의 동질구간을 설정하였다. 보행방향이 다른 경우 유사한 행태를 유지할 것으로 판단되는 구간을 절단면으로 결정하고 위치별 이동 가능한 방향과 직진성향의 변화를 줌으로써 보행자의 위치 변화를 반영하였다.
본 연구에서는 보행자의 행태가 유사한 동질구간(Homogeneous Section)을 정의하고 다방향보행자모형(MDPM: Multi-Directional Pedestiran Model)을 이용하여 현재까지 적용 및 평가되지 못하였던 임의보행과 좌/우측 통행 보행자의 보행특성을 적용할 수 있는 시뮬레이션 방법론을 제시하였고 이를 통해 편측보행의 효과를 분석하였다.
본 연구에서는 총 3가지의 대안을 가지고 시뮬레이션 하였다. 대안1은 좌우 발생되는 보행자가 임의로 발생하여 임의로 이동하는 경우로 기존에 [8]이 제시한 모형과 일치한다.
NOMAD는 노드와 링크로 이루어져 있지 않으며 경로선택은 보행자 행태를 고려하여 확률적으로 구성된다. 세부 기능으로 사전에 갔던 경험과 불확실성에 대한 설정이 가능한 것으로 알려져 있는데, 실제 관측과 실험을 통하여 검정하였다. 하지만 비용등고선의 설정과 기하구조의 반영에 따라서 보행자의 행태 및 결과가 달라진다는 한계점이 있다.
이와 같은 모형들을 비교하면 다음 <표 1>과 같다. 이때 미시적 모형으로 Agent 기반의 다방향에 대한 설명이 가능한 모형으로 MDPM을 제시하였다.
[21]은 CTM(a modified cell transmission model)을 이용하여 보행자의 다방향의 교통류현상을 설명하기도 하였다. 정사각의 셀에 상하좌우와 대각방향을 포함한 셀 전이규칙을 정의하고 대각방향의 왜곡된 거리를 시뮬레이션 시간을 늘리는 방안을 통해 해결하였다. 또한 보행교통류의 교통류-밀도관계를 설정하여 셀의 이동을 하게 되는데 보행자의 이동경로(route)는 개인의 목적지와 사전정보에 의해서 결정되게 된다.
본 연구는 다방향보행자모형을 이용하여 다방향 뿐만 아니라 보행동선의 변화에 대한 편 측 보 행 에 따른 효과를 분석하는 방법론을 제시하였다. 출입구의 위치와 보행방향에 따라 총 세 가지의 대안을 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였고 상충횟수, 속도, 밀도 등의 파라미터를 이용하여 모형을 분석하였다. 통행이 임의로 발생되는 경우보다 출입구와 보행방향이 일치하는 편측보행의 경우 상충횟수가 가장 적고 보행자들의 속도도 감소되지 않는 결과를 나타내었다.

대상 데이터

본 연구는 지하철 환승통로와 같이 양방향에서 서로 반대로 이동하는 보행자를 대상으로 하고 있으며, 출입구는 복도의 양 끝단에 존재하게 된다. 보행행태의 동질구간을 어떻게 정할 것인가에 대한 논의는 여러 가지 실험과 검증을 필요로 하므로 동질구간이 존재한다는 가정을 하였다.

이론/모형

긴급상황에서의 대피를 목적으로 만들어진 시뮬레이션 모형으로 Monte Carlo simulation 접근방법을 사용하였다. 각 방은 노드로, 방을 연결하는 문은 링크로 표현된다.
본 연구에서는 보행자의 임의보행과 좌/우측통행 보행 특성을 설명하기 위해 보행자의 행태가 유사한 동질구간을 정의하고 다방향보행자모형(MDPM)을 이용해 시뮬레이션 하였다. 다방향의 보행교통류를 적용하기 위하여 기존의 CA모형을 개선하여 층(Layer)을 도입하였는데 이를 통해 보행자의 회전이나 움직임 등을 설명하고 입/출입이나 기하구조 등을 반영하였다.

성능/효과

하지만 일정시간 이후에는 전역에서 상충이 발생하는 대안1의 상충횟수가 급격히 증가하게 된다. 우측시설을 이용하여 보행자의 공간의 입출입구가 구성된 경우 임의통행(대안1)과 좌측통행(대안2)은 우측통행(대안3)보다 매우 높은 보행자 상충이 발생하는 것으로 분석되었다.
이러한 결과를 바탕으로 편측보행이 보행자들의 보행환경을 개선시키는데 영향을 줄 수 있음을 알게 되었다. 하지만 속도나 인체타원과 같은 개인적 성향의 차이도 반영할 뿐 아니라 편측보행이 발생되는 공간이나 통행목적에 따라 보행의 특성을 각기 다르게 적용하여 향후연구가 진행되어야 할 것이다.
첫째, 모든 절단면에서 같은 행태를 가지게 된다면, 기존에 분석한 CA모형과 같은 한 가지 규칙으로 보행공간을 이동하는 보행을 설명할 수 있을 것이다. 하지만 절단면 4, 1, 2, 3, 6과 절단면 3, 6, 5, 4, 1을 이동하는 보행자의 행태는 우측 출입구로 진입하여 좌측통행을 하는 보행자를 설명할 수 있는 것이며, 마지막으로 절단면 3, 2, 1과 절단면 4, 5, 6을 순서대로 이동하는 보행자는 우측의 출입구로부터 진입하여 우측통행을 하는 보행행태를 반영할 수 있는 것이다.
출입구의 위치와 보행방향에 따라 총 세 가지의 대안을 바탕으로 시뮬레이션을 수행하였고 상충횟수, 속도, 밀도 등의 파라미터를 이용하여 모형을 분석하였다. 통행이 임의로 발생되는 경우보다 출입구와 보행방향이 일치하는 편측보행의 경우 상충횟수가 가장 적고 보행자들의 속도도 감소되지 않는 결과를 나타내었다.

후속연구

하지만 속도나 인체타원과 같은 개인적 성향의 차이도 반영할 뿐 아니라 편측보행이 발생되는 공간이나 통행목적에 따라 보행의 특성을 각기 다르게 적용하여 향후연구가 진행되어야 할 것이다. 또한 보행의 특성을 결정짓는 동질구간에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.
이러한 결과를 바탕으로 편측보행이 보행자들의 보행환경을 개선시키는데 영향을 줄 수 있음을 알게 되었다. 하지만 속도나 인체타원과 같은 개인적 성향의 차이도 반영할 뿐 아니라 편측보행이 발생되는 공간이나 통행목적에 따라 보행의 특성을 각기 다르게 적용하여 향후연구가 진행되어야 할 것이다. 또한 보행의 특성을 결정짓는 동질구간에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CTM에서 보행자의 이동경로는 무엇에 의해 결정되는가?	정사각의 셀에 상하좌우와 대각방향을 포함한 셀 전이규칙을 정의하고 대각방향의 왜곡된 거리를 시뮬레이션 시간을 늘리는 방안을 통해 해결하였다. 또한 보행교통류의 교통류-밀도관계를 설정하여 셀의 이동을 하게 되는데 보행자의 이동경로(route)는 개인의 목적지와 사전정보에 의해서 결정되게 된다.
	Social force 모델의 장점은 무엇인가?	Benefit Cost cellular Model과 Magnetic Force Model 과 유사한 원칙을 가지고 있으며 보행자가 자신을 유도하는 Social force를 갖는다고 가정하며, 이러한 힘들의 합이 보행자를 움직이는 가속도를 결정하게 된다. 이 모형의 장점은 사용된 변수가 측정될 수 있는 물리적인 의미를 가지고 있기 때문에 임의적이지 않고, 모형의 결과는 보행의 Self-organizing 현상을 잘 보여줄 수 있다는 것이다. 하지만 단점은 보행자 간의 상충이 발생하지 않는다는 것을 보장하지 못하기 때문에 보행자의 밀도가 높을 때는 비현실적인 모습을 보여주게 되는데, magnetic force model과 같이 충돌을 피하는 힘이 추가되어야 한다.
	NOMAD는 어떤 모형의 대표적인 프로그램인가?	잠재모형(Potential Model)의 대표적인 상용프로그램인 NOMAD는 TU-Dleft공대에서 개발되었다. [13]은 보행공간에 임의의 통행비용등고선(Contour of Travel Cost)을 생성시키고 각각의 위치에서 통행비용이 최소가 되는 등고선을 찾아가면서 목적지를 향하도록 정의되었는데, 비용함수는 진입하는 보행자의 수와 혼잡에 의하여 결정되게 된다.

참고문헌 (27)

T. Jin and T. Yamada, "Irritating effects of fire smoke on visibility," Fire Science and Technology, vol. 5, no. 1, pp. 79-80, 1985.

상세보기
T. Jin, "Studies on human behavior and tenability in fire smoke," Proc. Int. Symp., pp. 3-21, 1997.
T. Jin, Visibility Through Fire Smoke, Report of the Fire Institute of Japan, no. 42, 1976.
H. Muir, C. Marrison, and A. Evans, "Aircraft evacuation: The effect of passenger motivation and cabin configuration adjacent to the exit," Civil Aviation Authority Paper 89019, 1996.
S. Gwynne, E. R. Galea, M. Owen, and P. J.Lawrence, "An investigation of the aspects ofoccupant behaviour required for evacuation modelling," J. Applied Fire Science, vol. 8, pp.19-59, 1998.
R. Futian, Psychology of Traffic Engineering, Beijing University of Technology Publishing House, pp. 201-204, 1993.
G. Ho, C. T. Scialfa, J. K. Caird, and T. Graw, "Visual search for traffic signs: The effects of clutter, luminance, and aging," Human Factors,vol. 43, pp. 194-207, 2001.

상세보기
Y. Guoli, Application of Eye Move Analysis Method, Psychological Research, Tianjin Education Publishing Houses, pp. 340-355, 2004.
J. J. Tecce, Psychology: Physiology and Experimental,McGraw-Hill Yearbook of Science and Technology, New York, McGraw-Hill, pp. 375-377,1992.
S. P. Hoogendoorn and P. H. L. Bovy,"Simulation of pedestrian flows by optimal control and differential games," Optimal Control Applications and Methods, vol. 24, pp. 153-172, 2003.

상세보기
S. P. Hoogendoorn and W. Daamen, "Pedestrian behavior at bottleneck," Transportation Science, vol. 39, pp. 147-159, May 2005.

상세보기
D. Helbing, J. J. Farkas, and T. Vicsek, "Simulating dynamical features of escape panic," Nature, vol. 407, pp. 487-490, Sept. 2000.

상세보기
S. P. Hoogendoorn, W. Daamen, and R. Landman, Microscopic calibration and validation of pedestrianmodels-cross-conparison of models using experimental data, Transport & Planning Department,Delft University of Technology, 2004.
M. Muramatsu, T. Irie, and T. Nagatani, "Jamming transition in pedestrian counter flow," Physica A : Statistical Mechanics And Its Applications, vol. 267, pp. 487-498, 1999.

상세보기
S. Maniccam, "Traffic jamming on hexagonal lattice," Physica A, vol. 321, pp. 653-664, Apr.2003.

상세보기
이준, 허민국, 정진혁, "보행교통류를 위한 회전육각격자모형 개발," 대한교통학회지, 제27권,제1호, pp. 169-177, 2009. 2.

원문보기 상세보기
V. J. Blue and J. L. Adler, "Cellular automata microsimulation for modeling bi-directional pedestrian walkways," Transportation Research Part B, vol. 35, pp. 293-312, Mar. 2001.

상세보기
K. Teknomo, Microscopic Pedestrian Flow Characteristics: Development of an Image Processing Data Collection and Simulation Model, Ph. D. Dissertation, Tohoku University, 2002.
K. Teknomo, Y. Takeyama, and H. Inamura"Microscopic pedestrian simulation model to evaluate 'lane-like segregation' of pedestrian crossing," Proc. Infrastructure Planning Conf., vol. 24, pp. 1-5, Nov 2001.
D. Helbing and P. Molnar, "Social force model for pedestrian dynamics," Physical Review, vol. 51, pp. 4282-4286, Jan. 1995.
M. Asano, A. Sumalee, M. Kuwahara, and S.Tanaka, "Dynamic cell transmission-based pedestrian model with multidirectional flows and strategic route choices," Transportation Research Board, vol. 2039, pp. 42-49, 2007.
D. Helbing, "A fluid dynamic model for the movement of pedestrians," Complex Systems, vol. 6, pp. 391-415, 1992.

상세보기
D. Helbing and P. Molnar, "Self-organization phenomena in pedestrian crowds," Self-Organization of Complex Structure, pp. 569-577, 1997.
G. C. Lovas, "Modeling and simulation of pedestrian traffic flow," Transportation Research B, vol. 28,no. 6, pp. 429-443, Dec. 1994.

상세보기
M. Masakuni, I. Tunemasa, and N. Takashi,"Jamming transition in pedestrian counter flow," Physica A, vol. 267, pp. 487-498, Jan. 1999.

상세보기
이준, 박일섭, 정진혁, "CA기반의 다방향 보행자 시뮬레이션 모형개발," 대한교통학회 학술발표회논문집, pp. 502-507, 2009. 2.
이준, 허민국, 정진혁, "정방격자모델을 이용한 양방향 보행 교통류의 특성연구," 대한교통학회학술발표회논문집, pp. 977-985, 2008. 10.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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