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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 시내버스 노선을 간선-지선체계로 위계를 부여하여 운영하는 것이 효율성이 있는 지에 대해서 분석해 보고자 한다.
- 본 연구는 시내버스 노선망 위계구조의 효율성에 대하여 대도시 전체의 실증적인 사례를 수리적으로 접근하여 분석한 연구로서 해석적 또는 가상의 노선망을 대상으로 한 기존 연구의 현실적용의 한계를 보완하였다. 따라서 각 도시의 시내버스 노선망 조정 및 개편 단행시 방향을 설정함에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구는 시내버스 노선을 간선-지선체계로 위계를 부여하여 운영하는 것이 과연 효율성이 있는 지와 어느 수준에서 위계를 부여할 때 가장 효율적인지에 대해서 분석해 보았다.
- 본 연구는 위계구조를 가진 시내버스 노선망의 효율성을 분석하는 것으로 이용자비용과 운영자비용 중 운영자 비용은 제외하고 이용자비용만을 평가지표로 설정하였다.
제안 방법
- 이승재외(1999)는 네트워크차원의 최적화를 위한 노선계획 방법론에 대해 연구하였다. matrix 형태의 집합개념을 도입한 Set Covering 이론을 적용하여 노선공급수준을 축소하였으며, 환승을 활용하여 통행수요를 만족하는 최소규모의 노선망을 도출하는 방법론을 제시하였다.
- 결론적으로 본 연구에서는 시내버스 노선망 위계수준의 효율성을 평가하기 위한 평가지표로 대기비용(대기시간비용+환승시간비용), 차내통행시간비용, 환승페널티 비용을 설정하였다.
- 기종점 통행량 및 작성된 대안별 시내버스 네트워크를 토대로 emme2 프로그램(모형)을 이용하여 차내통행시간 등 효과척도를 산출하였고, 여기에 각각의 시간 가치를 부여하여 대안별 총통행시간을 산출하여 효율성을 분석하였다.
- 기종점 통행량 및 작성된 대안별 시내버스 네트워크를 토대로 emme2 프로그램(모형)을 이용하여 차내통행시간, 환승회수 등 효과척도를 산출하였으며, 시간가치를 부여하여 대안별 비교를 통하여 효율성을 분석하였다.
- 노선체계의 효율성을 분석하기 위해서는 평가지표의 설정이 중요하므로 먼저 시내버스 노선망 위계구조의 효율성 분석에 적합한 평가지표를 설정하였다.
- 다음으로 시내버스 이용자의 통행비용 등 평가지표를 산출하기 위해서는 대기시간, 환승시간, 환승률, 통행시간 등 효과척도 분석이 필수적으로 이를 위해 먼저 대전시 시내버스 이용객의 기종점(O/D) 통행량과 위계수준을 달리한 4개의 노선망 대안을 작성하였다.
- 먼저, 시내버스 노선 관련 기존연구와 노선의 위계구조 효율성 분석을 위한 관련 이론을 검토하였다. 다음으로 위계구조의 효율성 분석을 위한 방법론을 제시하였으며, 대전시를 사례로 위계수준을 달리한 노선망 대안을 작성하고 분석하였다.
- 대기비용(대기시간)은 노선의 배차간격과 매우 밀접한 관계가 있고, 시내버스 노선망의 위계수준에 따라 중복도 및 노선연장이 감소하게 되어 배차간격이 크게 변화되므로 평가지표로 설정하였다. 대기비용에는 출발지 또는 목적지 정류소에서 대기하는 비용과 환승정류소에서 대기하는 환승시간 비용을 함께 고려하였다.
- 대기비용(대기시간)은 노선의 배차간격과 매우 밀접한 관계가 있고, 시내버스 노선망의 위계수준에 따라 중복도 및 노선연장이 감소하게 되어 배차간격이 크게 변화되므로 평가지표로 설정하였다. 대기비용에는 출발지 또는 목적지 정류소에서 대기하는 비용과 환승정류소에서 대기하는 환승시간 비용을 함께 고려하였다.
- 대안 1은 노선의 기능이 부여되지 않은 위계가 없는 노선망으로 현재 대전시 노선망을 대안으로 설정하였다. 노선수는 65개, 총연장은 4,167km로 매우 긴 편이며, 이에 따라 배차간격은 18.
- 대안 1은 위계가 없는 노선망으로 현재 시내버스 노선망을 대안으로 설정하였으며, 나머지 세 개의 대안은 먼저 현재 노선망에 초급수준의 위계를 부여하여 대안 2를 작성하였으며, 초급수준의 노선망을 토대로 노선의 중복도를 줄여, 노선 총연장을 감소시키고, 이로 인해 감소되는 차량소유대수는 타 노선의 배차간격을 줄이는 방식으로 중급수준의 노선망인 대안 3을 작성하였다. 다시 중급수준의 노선망을 토대로 같은 방법으로 상급수준의 노선망인 대안 4를 작성하였다.
- 대안 2는 위계가 없는 노선망에 기능을 부여하여, 간선-지선체계로 변화시킨 노선망이나, 위계수준은 매우 낮게 설정한 노선망이다. 노선수는 63개(간선 30, 지선 33), 총연장은 3,375km로 1안에 비해 크게 감소하였고, 이에 따라 배차간격은 12.
- 먼저 간선노선망은 전체 42,849쌍(207×207)의 기종점(O/D) 통행량 중 상위 통행량을 도로망에 부하시켜 통행수요 및 이동성 관점에서 도출하였고, 지선노선망은 나머지 기종점 통행량을 도로망에 부하시켜 형평성 및 접근성 관점에서 도출하였다3).
- 먼저, 시내버스 노선 관련 기존연구와 노선의 위계구조 효율성 분석을 위한 관련 이론을 검토하였다. 다음으로 위계구조의 효율성 분석을 위한 방법론을 제시하였으며, 대전시를 사례로 위계수준을 달리한 노선망 대안을 작성하고 분석하였다.
- 이를 위해 시내버스 노선 관련 선행연구 및 위계구조에 대해 살펴보았으며, 시내버스 노선의 효율성 분석을 위한 평가지표를 설정한 후, 위계수준을 달리한 4개의 노선망 대안(대안 1은 위계가 없는 노선망, 대안 2는 초급수준의 위계를 가진 노선망, 대안 3은 중급수준의 위계를 가진 노선망, 대안 4는 상급수준의 위계를 가진 노선망)을 작성하여 효율성 평가지표에 의하여 대안을 평가·해석하여 효율성을 분석하였다.
- 이상의 연구결과를 고려하여 본 연구에서는 정류소 대기시간(최초 이용과 환승으로 인해 정류소에서 기다리는 시간)에 대한 가치는 차내시간가치의 약 1.7배 수준인 3,995원을 적용하였다. 환승페널티 비용은 기존 연구의 경우 차내시간의 5.
- 교통카드 데이터를 이용하여 전수화하였다. 조사시에는 환승과 비환승을 구분하여 원 출발지 O/D 통행량을 구축하였다. 한편 교통죤은 1,876개 정류소를 그룹핑하여 207개 죤으로 설정하였다.
- 통행비용(통행시간)은 통행속도와 통행거리에 영향을 받으며, 통행속도는 시내버스 노선망과는 무관하나, 위계 수준에 따라 노선 굴곡도에 영향을 미치고, 굴곡도 변화에 따라 통행거리가 변화하기 때문에 평가지표로 설정하였다.
대상 데이터
- 이를 위해 대전시 시내버스 기종점(O/D) 통행량을 구축하기 위해 실제 시내버스 이용객을 대상으로 통행실태를 표본조사(22%)하여2) 교통카드 데이터를 이용하여 전수화하였다. 조사시에는 환승과 비환승을 구분하여 원 출발지 O/D 통행량을 구축하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 노선 위계구조의 효율성을 평가하기 위한 평가지표인 대기비용, 통행비용, 환승페널티 비용을 산출하기 위해 교통수요 예측시 많이 사용되고 있는 emme2 프로그램(모형)을 이용하였다.
성능/효과
- 지선형 노선체계의 간선구간시스템이 지선시스템과 동일할 경우에는 이용자 측면에서 가지형 노선체계가 보다 효율적인 것으로 분석되었다. 그러나, 간선구간의 시스템이 지선 구간의 시스템보다 상위 위계의 시스템일 경우에는 지선형 노선체계가 가지형 노선체계보다 효율적인 것으로 분석되었다.
- 그리고 기타 대중교통체계 분석에 사용되는 목적함수는 특별한 경우를 제외하고는 이용자 비용(접근비용, 대기비용, 통행비용)과 운영자 비용의 합으로 구성된 대중교통시스템의 총 비용이 목적함수로 사용되고 있는 것으로 나타났다. 기존연구에 사용된 연구유형별 목적함수는<표 1>과 같다1).
- 노선망 대안의 효율성 분석은 각 대안별 통행비용을 비교분석하여 통행비용이 최소화되는 대안이 효율성이 높은 것으로 해석하였다.
- 대안 2는 위계가 없는 노선망에 기능을 부여하여, 간선-지선체계로 변화시킨 노선망이나, 위계수준은 매우 낮게 설정한 노선망이다. 노선수는 63개(간선 30, 지선 33), 총연장은 3,375km로 1안에 비해 크게 감소하였고, 이에 따라 배차간격은 12.8분으로 크게 단축되었으며, 노선의 굴곡도 또한 1.35로 감소되었다. 노선의 분포도를 보면, 집중도가 높은 구간이 1안 보다는 크게 감소하였으나, 여전히 원도심 방향으로 집중도가 높게 나타나고 있다.
- 분석결과 차내통행시간비용은 위계가 없는 노선망인 대안 1이 가장 높게 나타났으며, 위계가 높은 대안일수록 감소하다가 위계가 매우 높아지면 다시 증가하는 것으로 나타났다. 대기시간비용은 위계가 높은 대안일수록 감소하며, 환승 페널티 비용은 위계가 높은 대안일수록 증가하는 것으로 나타났다.
- 대안별 대기시간(최초 정류소 대기시간+중간 환승대기시간)을 분석해본 결과, 위계가 없는 노선망인 대안 1이 가장 높게 나타났으며, 위계가 높은 대안일수록 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타났다.
- 대안별 차내통행시간비용, 대기시간비용, 환승페널티 비용 등 총통행비용은 위계가 없는 노선망인 대안 1이 위계가 있는 노선망에 비하여 높은 것으로 나타났다. 따라서 노선망의 위계를 부여하면, 굴곡도 감소, 배차간격 단축 등에 따라 이용자의 통행비용이 감소하는 것으로 나타났다.
- 대안별 차내통행시간비용을 분석해본 결과, 위계가 없는 노선망인 대안 1이 가장 높게 나타났으며, 위계가 높은 대안일수록 감소하다가 가장 위계가 높은 노선망인 대안 4에 가서는 다시 높아지는 것으로 나타났다.
- 대안별 환승으로 인한 페널티 비용을 분석해본 결과, 위계가 없는 노선망인 대안 1이 가장 낮게 나타났으며, 위계가 높은 대안일수록 큰 폭으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 대안별 차내통행시간비용, 대기시간비용, 환승페널티 비용 등 총통행비용은 위계가 없는 노선망인 대안 1이 위계가 있는 노선망에 비하여 높은 것으로 나타났다. 따라서 노선망의 위계를 부여하면, 굴곡도 감소, 배차간격 단축 등에 따라 이용자의 통행비용이 감소하는 것으로 나타났다.
- 위계를 가진 시내버스 노선망의 가장 두드러진 특징은 노선 총연장의 변화로 위계가 높을수록 짧아진다. 따라서 대안의 지표 구분은 위계가 없는 노선망은 도로연장 대비 230% 수준, 위계를 가진 노선망 중 초급수준의 노선망은 200% 수준, 중급수준의 노선망은 175% 수준, 상급수준의 노선망은 150% 수준으로 설정하였다.
- 위계가 있는 노선망 중에서는 위계가 높을수록 총통행비용이 감소하다가 위계가 지나치게 높아지게 되면 오히려 증가하는 특성을 보임으로써 중급수준의 위계를 가진 노선망에서 가장 효율성이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 시내버스 노선망은 중급수준의 위계구조에서 가장 효율성이 높은 것으로 분석되었다.
- 분석결과 차내통행시간비용은 위계가 없는 노선망인 대안 1이 가장 높게 나타났으며, 위계가 높은 대안일수록 감소하다가 위계가 매우 높아지면 다시 증가하는 것으로 나타났다. 대기시간비용은 위계가 높은 대안일수록 감소하며, 환승 페널티 비용은 위계가 높은 대안일수록 증가하는 것으로 나타났다.
- 종합적으로 볼 때 총통행비용은 위계가 있는 노선망이 위계가 없는 노선망에 비하여 낮은 것으로 나타나 위계구조를 가진 노선망의 효율성이 높은 것으로 나타났다. 위계가 있는 노선망 중에서는 위계가 높을수록 총통행비용이 감소하다가 위계가 지나치게 높아지게 되면 오히려 증가하는 특성을 보임으로써 중급수준의 위계를 가진 노선망에서 가장 효율성이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 시내버스 노선망은 중급수준의 위계구조에서 가장 효율성이 높은 것으로 분석되었다.
- 위계가 있는 노선망의 경우에는 중급수준의 위계를 가진 노선망인 대안 3에서 총통행비용이 최소화되는 것으로 나타났는데, 이는 위계가 높을수록 굴곡도 감소, 배차간격 단축 등으로 총통행시간비용이 감소하다가, 일정 수준을 넘어서면 노선직결성 감소에 따른 통행거리 증가, 환승률의 증가에 따른 환승대기시간 및 환승페널티 비용이 증가하여 결국 총통행비용이 증가하는 것으로 해석된다.
- 8%룰 차지하고 있다. 이러한 결과로 수송부문의 온실가스 배출량은 98.2백만CO2톤으로 전체 부문의 19.7%를 차지하고 있으며, 향후 2020년까지 연평균 2.2%씩 증가할 것으로 전망되고 있다. 또한 수송 부문의 대기오염물질 배출량 비중은 전체 오염원중 일산화탄소(CO) 80.
- 종합적으로 볼 때 총통행비용은 위계가 있는 노선망이 위계가 없는 노선망에 비하여 낮은 것으로 나타나 위계구조를 가진 노선망의 효율성이 높은 것으로 나타났다. 위계가 있는 노선망 중에서는 위계가 높을수록 총통행비용이 감소하다가 위계가 지나치게 높아지게 되면 오히려 증가하는 특성을 보임으로써 중급수준의 위계를 가진 노선망에서 가장 효율성이 높은 것으로 분석되었다.
- 박준식외(2008)은 장거리 대중교통노선에 대하여 가지형과 지선형 노선체계의 효율성을 분석하였다. 지선형 노선체계의 간선구간시스템이 지선시스템과 동일할 경우에는 이용자 측면에서 가지형 노선체계가 보다 효율적인 것으로 분석되었다. 그러나, 간선구간의 시스템이 지선 구간의 시스템보다 상위 위계의 시스템일 경우에는 지선형 노선체계가 가지형 노선체계보다 효율적인 것으로 분석되었다.
- 이상용외(2003)는 도시내 버스노선체계의 평가를 위한 정량적 지표 분석에 대하여 연구하였다. 평가기준은 버스이용의 편의성, 운행의 생산성, 사회적 비용 최소화 관점에서 접근성, 승차안락성, 환승률, 노선직결도, 운행 생산성, 형평성, 차량소유대수의 7개 지표를 설정하여 사례분석을 해 본 결과 전반적으로 버스노선체계의 구조와 특성을 잘 반영하고 있는 것으로 제시하였다.
- 한편, 대기시간 및 환승페널티의 시간가치에 대한 공식적인 조사결과가 없어 ±40% 범위내에서 민감도 분석을 수행한 결과 대안별 총통행비용의 순위는 차이가 없는 것으로 나타났다.
후속연구
- 본 연구는 시내버스 노선망 위계구조의 효율성에 대하여 대도시 전체의 실증적인 사례를 수리적으로 접근하여 분석한 연구로서 해석적 또는 가상의 노선망을 대상으로 한 기존 연구의 현실적용의 한계를 보완하였다. 따라서 각 도시의 시내버스 노선망 조정 및 개편 단행시 방향을 설정함에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구에서는 대전시를 사례로 시내버스 노선의 위계구조 효율성을 분석하였기 때문에 대전시와 여건이 다른 도시에서도 같은 결과가 도출될 수 있는 지에 대해서는 고려하지 못하였다. 따라서 향후에는 어떤 도시에든 적용이 가능할 수 있도록 일반화 시킬 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 보다 다양한 측면의 효율성 평가지표를 개발하여 분석에 적용할 필요성이 있을 것으로 사료된다.
- 따라서 향후에는 어떤 도시에든 적용이 가능할 수 있도록 일반화 시킬 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 보다 다양한 측면의 효율성 평가지표를 개발하여 분석에 적용할 필요성이 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 대전시를 사례로 시내버스 노선의 위계구조 효율성을 분석하였기 때문에 대전시와 여건이 다른 도시에서도 같은 결과가 도출될 수 있는 지에 대해서는 고려하지 못하였다. 따라서 향후에는 어떤 도시에든 적용이 가능할 수 있도록 일반화 시킬 수 있는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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