[논문]수도권 대중교통 요금제의 다양화에 따른 철도 수요예측 방법론의 개선(수단분담을 중심으로)

최기주; 이규진; 류인곤

문제 정의

이에 본 연구는 최근 시행되고 있는 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 철도 수요예측 방법론, 특히 수단 분담에 대한 개선을 목적으로 한다.
기존에 적용하여 왔던 수단분담 방법론은 수단간 독립 요금제가 기반인 반면, 현재의 수도권 대중교통 요금제는 수단간 통합요금제 및 거리비례제가 기반이다. 따라서 본 연구에서는 현재의 수도권 대중교통 요금제가 모형화된 수단분담 방법론을 제시한다. 수단분담 과정에서는 수단 효용의 산정이 핵심이며, 수단 효용은 수단간 통행시간과 통행비용의 산정이 핵심이 된다.
이에 본 연구는 최근 시행되고 있는 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 철도 수요예측 방법론, 특히 수단 분담에 대한 개선을 목적으로 한다. 또 이와 같은 개선안에 따라 철도사업의 수요를 재 예측하고, 향후 추진될 철도사업에 적용 가능한 요금제 대안별로 철도 수요예측 방법론을 제시하는데 그 목적이 있다.
본 연구는 변화된 대중교통 요금제를 반영하기 위한 철도 수단효용의 산정방법론 개선에 대한 연구로써 연구 내용은 다음과 같다.
이에 따라 다양한 요금제를 적용하기 위한 철도 수요분석 기법을 제시한다. 이 또한 수단분담과정을 중심으로 제시하며, 각 요금제별 철도수요를 직접 추정하고 어떠한 차이를 보이는지에 대해 살펴본다.
마지막으로 기존에 추진한 대부분의 철도사업은 독립 요금제 중심으로 진행되어 왔지만, 향후 추진될 철도사업은 다양한 요금제의 적용이 시도될 것이다. 이에 따라 다양한 요금제를 적용하기 위한 철도 수요분석 기법을 제시한다. 이 또한 수단분담과정을 중심으로 제시하며, 각 요금제별 철도수요를 직접 추정하고 어떠한 차이를 보이는지에 대해 살펴본다.
수단분담 과정에서는 수단 효용의 산정이 핵심이며, 수단 효용은 수단간 통행시간과 통행비용의 산정이 핵심이 된다. 이에 따라 본 연구에서는 2006년 가구통행실태조사 자료를 비롯한 다양한 자료조사 및 통계분석을 통해 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 통행시간과 통행비용 산출방법을 제시한다.
이에 본 연구는 최근 시행되고 있는 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 철도 수요예측 방법론, 특히, 수단별 효용산정 기법을 제시하였으며, 2006년 가구통행실태조사 자료를 활용하여 통행시간과 통행비용 산정에 적용되는 계수를 현실화하였다. 이를 바탕으로 수단별 효용을 추정한 결과 보정더미 제곱합이 기존의 것보다 22.
그리고 최근 작성되어진 수도권 장래 수단 O/D의 경우 2006년 기준의 교통요금 체계로 작성되어 졌기 때문에 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 장래 수단 O/D를 재구축하여야 한다. 이에 본 연구에서는 장래 수단 O/D의 재구축절차를 제시하며, 재구축된 장래 수단 O/D가 기존 장래 수단 O/D와 어떠한 차이를 보이는지 살펴본다.

제안 방법

(1) 2006년 기준의 대중교통 요금체계를 기준으로 수단별 효용을 분석연도별로 산출하며, 이를 바탕으로 수단분담률을 산정한다.
(4) 산정된 수단별 효용을 바탕으로 수단분담률을 재추정하며, 총 여객 수단통행량에 곱하여 장래 수단 O/D를 재구축한다.
또한 기존 교통 시스템에 대해 수도권 통합요금제를 반영하여 장래 수단 O/D를 재산정하는 방법론을 제시하였다. 그리고 다양한 요금제의 적용에 따른 수단별 효용산정 기법을 제시하였으며, 해당 기법을 적용하여 실제 가상의 철도사업에 대한 수요를 예측하였다. 그 결과 통합요금제를 적용한 신규 철도사업의 예측수요는 독립요금제를 적용한 예측수요에 비해 약 12.
다양한 대중교통 요금제에 따른 신규 철도사업의 수요를 살펴보기 위해 앞서 본 연구에서 제시한 요금제별 철도 수요예측 방법론을 적용하여 각 요금제별로 수요를 예측하였다.
9% 낮아지는 것으로 분석되어, 보정더미의 사용에 따른 문제점을 감소시킨 점에서 본 연구에서 제시한 각종 계수와 분석기법이 우수한 것으로 나타났다. 또한 기존 교통 시스템에 대해 수도권 통합요금제를 반영하여 장래 수단 O/D를 재산정하는 방법론을 제시하였다. 그리고 다양한 요금제의 적용에 따른 수단별 효용산정 기법을 제시하였으며, 해당 기법을 적용하여 실제 가상의 철도사업에 대한 수요를 예측하였다.
본 연구에서 적용한 수단선택 효용함수의 파라미터 값은 와 같으며, 앞서 산출된 통행시간과 통행비용, 그리고 수단선택 효용함수의 파라미터를 적용하여 수단간 효용을 산정한다.
본 연구에서 제시한 수단별 효용산정 방법론을 적용하여 실제 철도수요를 추정하여 해당 방법론의 현실성과 적합성을 살펴보았다. 가상의 신규철도 사업은 분당선과 환승되며 판교지구와 서현동을 연계하는 연장 11.
둘째, 2007년 7월부터 시행중인 수도권 대중교통 통합 요금제가 반영된 장래 수단 O/D의 재구축 방법에 대해 제시하여 장래 수요예측 결과의 신뢰도 향상에 기여한다. 셋째, 다양한 철도 요금제에 따른 철도 수단효용 산출방법을 제시하여 다양한 요금제에 따른 철도 수요예측이 가능하도록 한다.
수단별 통행비용 산출방법은 <표 11>과 같이 정리된다. 여기서, 승용차 주차요금은 2006년 가구통행실태조사 자료를 기반으로 지역별 주차비 지불 비율 / 지역별 주차요금 / 공영주차장과 민영주차장 비율을 이용하여 산출하였다.
정액환승할인제의 경우 타 노선과 사업노선간 환승시 50%의 환승할인요금을 적용하되 직승시에는 기본요금을 모두 지불하도록 한다. 즉, 사업노선의 환승링크를 이용한 존간 통행과 철도역의 도보권역에서 벗어난 지역으로부터의 존간 통행에 대해서는 기본요금의 50%를 감해주는 방법을 적용하여 존간 통행요금 Matrix를 산출한다. 정액환승할인제를 적용한 노선의 통행시간과 통행비용을 산출하는 방법은 <그림 4>와 같다.
즉, 존간 통행을 시내간, 광역시↔인접시군, 인접시군 세 유형으로 분류하고 각 유형별 존간 승용차 통행시간과 버스 통행시간을 산출하여 승용차 통행시간 대비 버스통행시간의 상대비율을 산출하였다.
지하철 통행시간의 경우 차내시간과 차외시간을 각각 산출하며, 차외시간은 접근시간과 대기시간을 각각 산출하는 방식으로 제안하였다. 해당 방법론의 경우 존간 통행시간이 기본적으로 산출되지만, 차내시간은 지하철 노선망에 반영하고, 차외시간은 환승링크에 반영할 수 있기 때문에 링크 기반의 통행시간으로도 변환이 가능하다.
본 연구는 변화된 대중교통 요금제를 반영하기 위한 철도 수단효용의 산정방법론 개선에 대한 연구로써 연구 내용은 다음과 같다. 첫째, 대중교통 요금체계에 적합한 통행시간과 통행비용의 산출방법론을 현실적이면서 적용이 용이하도록 개선하며, 2006년 가구통행실태조사 자료를 활용하여 각종 산정계수를 객관적으로 제시한다. 둘째, 2007년 7월부터 시행중인 수도권 대중교통 통합 요금제가 반영된 장래 수단 O/D의 재구축 방법에 대해 제시하여 장래 수요예측 결과의 신뢰도 향상에 기여한다.
대기시간은 2006년 가구통행실태조사 자료를 활용하여 추정한 환승시간에서 앞서 산출한 접근시간을 감하여 산정한다. 환승시간의 분석을 위해 2006년 가구통행실태조사 자료에서 환승통행만을 추출하였으며, 환승통행자의 통행이력자료를 가공하여 1차 통행의 도착시간과 2차 통행의 출발시간 차이를 계산하는 방식으로 추정하였다. 산출된 시간에는 대기시간과 접근시간 그리고 업무시간 등이 포함되어 있기 때문에 60분 이상의 시간 차이가 나는 통행은 업무시간이 포함된 것으로 전제하고 분석 자료에서 제외하였다.

대상 데이터

가상의 신규철도 사업은 분당선과 환승되며 판교지구와 서현동을 연계하는 연장 11.2km의 노선으로 설정하였다.
2km의 노선으로 설정하였다. 본 가상노선은 신분당선 판교역과 환승 가능한 노선이며, 표정속도는 30km/h, 배차간격은 8분이다. 분석 목표연도는 2016년이며, 적용 요금제 시나리오는 독립요금제(2009년 기준: 900원), 정액환승할인제(환승시 50% 할인), 통합거리비례제(수도권 대중교통 통합요금제와 동일)로 설정하였다.
본 연구에서 활용한 수요분석 기초자료는 시정개발연구원(SDI)에서 2009년 제공한 수도권 수요분석 자료이며, 기준연도는 해당 자료의 기준연도인 2006년으로 설정하였다.
본 가상노선은 신분당선 판교역과 환승 가능한 노선이며, 표정속도는 30km/h, 배차간격은 8분이다. 분석 목표연도는 2016년이며, 적용 요금제 시나리오는 독립요금제(2009년 기준: 900원), 정액환승할인제(환승시 50% 할인), 통합거리비례제(수도권 대중교통 통합요금제와 동일)로 설정하였다.
서울시에 한하여 스마트카드 데이터를 이용 버스·지하철의 통행시간과 비용을 산출하였으며, 스마트카드 데이터가 없는 경우 EMME2에서 추정된 결과를 사용하였다.

이론/모형

SDI 방법론의 경우, 기준연도의 수단분담과 장래연도의 수단분담을 별개의 모형을 통해 분석하였다. 기준연도는 통행목적과 지역에 대한 구분을 바탕으로 수단별 효용함수를 구축하였으며, 모형으로는 네스티드 로짓모형을 적용하였다. 반면 장래연도는 통행목적 및 승용차 수단 이용가능성에 따른 효용함수를 구축하여, 점진적 로짓모형(Incremental Logit Model)을 적용하였다.
기준연도는 통행목적과 지역에 대한 구분을 바탕으로 수단별 효용함수를 구축하였으며, 모형으로는 네스티드 로짓모형을 적용하였다. 반면 장래연도는 통행목적 및 승용차 수단 이용가능성에 따른 효용함수를 구축하여, 점진적 로짓모형(Incremental Logit Model)을 적용하였다.

성능/효과

(3) 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 (Ttime)ijm 과 (TCost)ijm 을 재산출하며 수단별 효용함수에 해당 통행시간과 통행비용, 그리고 (2)에서 계산된 존간 보정더미를 반영하여 수단별 효용을 재산정 한다.
55분으로 나타났다. 경기도가 서울시와 인천시보다 환승시간이 다소 많이 소요되는 것으로 분석되었으나, 지역별 환승시간에 대한 분산분석 결과 F값이 0.545로서 F기각치인 2.997보다 작아 지역별 환승시간은 통계적으로 차이가 없는 것으로 분석되었다. 이와 같은 분석결과에 근거하여 대기시간은 2006년 가구통행실태조사를 통해 추정된 환승시간인 8.
그리고 다양한 요금제의 적용에 따른 수단별 효용산정 기법을 제시하였으며, 해당 기법을 적용하여 실제 가상의 철도사업에 대한 수요를 예측하였다. 그 결과 통합요금제를 적용한 신규 철도사업의 예측수요는 독립요금제를 적용한 예측수요에 비해 약 12.5% 증가하는 것으로 나타났으며, 수단간 정액환승할인제를 적용한 예측수요는 독립요금제를 적용한 예측수요에 비해 약 4.1% 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같은 예측결과는 서울시의 통합요금제 시행 전후의 철도 이용객 증가율인 6%⁽²⁾~11%⁸⁾와 유사한 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 요금제별 철도 수요예측 방법이 비교적 현실적인 결과를 도출하는 것으로 판단된다.
시내간 통행의 상대비율이 가장 높게 나타났으며, 그 이유는 정류장수가 많은 일반·지선버스가 시내간 통행에 주로 운행되기 때문으로 분석되었다(상대적으로 광역시↔인접시군의 경우 정류장수가 적은 광역버스 등이 운행). 그러나 세 유형간 버스통행시간의 보정계수의 차이에 대한 통계적 유의성 검정결과, F값은 0.821로서 F기각치인 3.027보다 작은 것으로 나타나 버스통행시간 보정계수를 유형별로 구분하는 것은 통계적으로 의미가 없는 것으로 나타났다. 따라서 기존 연구 결과와 달리 본 연구에서는 단일화된 상대 비율계수인 1.
기존 통행시간과 통행비용 산정방법론에 준용하여 산정된 수단별 보정더미 제곱값은 47,870,116이며, 본 연구에서 제안한 통행시간과 통행비용 산정방법론에 의해 산정된 수단별 보정더미 제곱값은 36,907,859로 나타났다. 즉, 본 연구에서 제안한 방법론에 의해 보정더미의 제곱값을 22.
대중교통 이용자는 통합요금제를 시행할 경우의 통행요금이 독립요금제일 경우의 통행요금에 비해 낮아지기 때문에 사업노선의 수요는 일정부분 증가하는 것으로 분석되었다. 수단간 정액환승할인제의 경우도 수단간 환승수요에 대해서는 통행요금이 독립요금제와 비교해 낮기 때문에 그만큼의 수요가 증가하는 것으로 나타났다.
027보다 작은 것으로 나타나 버스통행시간 보정계수를 유형별로 구분하는 것은 통계적으로 의미가 없는 것으로 나타났다. 따라서 기존 연구 결과와 달리 본 연구에서는 단일화된 상대 비율계수인 1.43의 적용을 제안하였으며, 이는 분석의 용이성 측면에서도 의미를 가진다.
제공 되어지는 대중교통 네트워크에서는 도로망 지체를 반영한 버스 통행시간의 산출이 어려울 뿐 아니라, 시물레이션시 처리시간이 과다하게 소요되는 문제가 있기 때문이다. 따라서 실제 분석 가능한 수준에서 방법론이 정립되어야 한다는 점과 독립수단의 버스 통행시간이 가로망에서의 승용차 통행시간 기반으로 산출하였기 때문에 환승수단의 버스 통행시간 또한 가로망에서 산출하는 것이 상호간 통행시간 추정결과의 유사성 측면에서 본 연구에서 제안한 방법이 적합한 것으로 판단하였다.
기존 교통시스템의 요금제를 2006년 기준의 요금체계인 수단간 독립요금제(서울시의 경우 통합요금제 적용)로 적용하여 신규철도사업의 수요(S1)를 추정한 결과 2016년 기준 54,457(인/일)로 나타났다. 반면, 본 연구에서 제안한 수도권 대중교통 통합요금제의 반영 방법론을 적용하여 기존 교통시스템의 요금제를 대중교통 통합요금제로 반영하여 신규 철도사업에 대한 수요(S2)를 추정한 결과 2016년 기준 50,120 (인/일)로 나타났다.
대중교통 이용자는 통합요금제를 시행할 경우의 통행요금이 독립요금제일 경우의 통행요금에 비해 낮아지기 때문에 사업노선의 수요는 일정부분 증가하는 것으로 분석되었다. 수단간 정액환승할인제의 경우도 수단간 환승수요에 대해서는 통행요금이 독립요금제와 비교해 낮기 때문에 그만큼의 수요가 증가하는 것으로 나타났다.
시내간 통행의 상대비율이 가장 높게 나타났으며, 그 이유는 정류장수가 많은 일반·지선버스가 시내간 통행에 주로 운행되기 때문으로 분석되었다(상대적으로 광역시↔인접시군의 경우 정류장수가 적은 광역버스 등이 운행).
이에 본 연구는 최근 시행되고 있는 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 철도 수요예측 방법론, 특히, 수단별 효용산정 기법을 제시하였으며, 2006년 가구통행실태조사 자료를 활용하여 통행시간과 통행비용 산정에 적용되는 계수를 현실화하였다. 이를 바탕으로 수단별 효용을 추정한 결과 보정더미 제곱합이 기존의 것보다 22.9% 낮아지는 것으로 분석되어, 보정더미의 사용에 따른 문제점을 감소시킨 점에서 본 연구에서 제시한 각종 계수와 분석기법이 우수한 것으로 나타났다. 또한 기존 교통 시스템에 대해 수도권 통합요금제를 반영하여 장래 수단 O/D를 재산정하는 방법론을 제시하였다.
이와 같은 예측결과는 서울시의 통합요금제 시행 전후의 철도 이용객 증가율인 6%⁽²⁾ ^~11%⁸⁾와 유사한 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 요금제별 철도 수요예측 방법이 비교적 현실적인 결과를 도출하는 것으로 판단된다.
이와 같은 예측결과는 서울시의 통합요금제 시행 전후의 철도 이용객 증가율인 6%⁽²⁾ ^~11%⁸⁾와 유사한 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 요금제별 철도 수요예측 방법이 비교적 현실적인 결과를 도출하는 것으로 판단된다.
이와 같이 기존 교통시스템의 요금제를 통합요금제가 아닌 독립요금제 기반으로 신규 철도사업의 수요를 추정할 경우 해당 수요는 약 8.6%까지 높게 추정될 수 있는 것으로 나타났다.(물론 수요차이의 증감정도는 기존 교통시스템과 신규철도사업노선의 여건에 따라 차이가 발생한다.
이와 같이 수도권 대중교통 통합요금제를 반영하여 수단분담률을 재산정하여 수단 O/D를 산정한 결과, 2016년 지하철 통행량은 11,110(천통행/일)로 수도권 대중교통 통합요금제를 반영하기 이전의 지하철 통행량 대비 803(천통행/일), 7.8% 증가하는 것으로 나타났다.
기존 통행시간과 통행비용 산정방법론에 준용하여 산정된 수단별 보정더미 제곱값은 47,870,116이며, 본 연구에서 제안한 통행시간과 통행비용 산정방법론에 의해 산정된 수단별 보정더미 제곱값은 36,907,859로 나타났다. 즉, 본 연구에서 제안한 방법론에 의해 보정더미의 제곱값을 22.9% 감소시킨 점은 수단별 보정더미 사용에 따른 문제점을 줄일 수 있다는 측면에서 의의가 있는 것으로 사료된다.
통합요금제를 적용한 신규 철도사업의 예측수요(F2)는 독립요금제를 적용한 신규 철도사업의 예측수요(F1)에 비해 약 12.5% 증가하는 것으로 나타났으며, 수단간 정액환승할인제를 적용한 예측수요(F3)는 독립요금제를 적용한 신규 철도사업의 예측수요에 비해 약 4.1% 증가하는 것으로 나타났다.

후속연구

그러나 철도 수요추정은 본 연구에서 제시한 수단분담과정 외에 통행배정과정도 중요한 부분을 차지하기 때문에 향후 이에 대한 균형적 연구가 필요하다. 무엇보다도 대중교통 통합요금제 기반의 철도 수요 예측 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해서는 대중교통 통합 네트워크와 O/D의 구축이 중요하기 때문에 이에 대한 연구가 특히 필요할 것으로 보인다.
첫째, 대중교통 요금체계에 적합한 통행시간과 통행비용의 산출방법론을 현실적이면서 적용이 용이하도록 개선하며, 2006년 가구통행실태조사 자료를 활용하여 각종 산정계수를 객관적으로 제시한다. 둘째, 2007년 7월부터 시행중인 수도권 대중교통 통합 요금제가 반영된 장래 수단 O/D의 재구축 방법에 대해 제시하여 장래 수요예측 결과의 신뢰도 향상에 기여한다. 셋째, 다양한 철도 요금제에 따른 철도 수단효용 산출방법을 제시하여 다양한 요금제에 따른 철도 수요예측이 가능하도록 한다.
마지막으로 기존에 추진한 대부분의 철도사업은 독립 요금제 중심으로 진행되어 왔지만, 향후 추진될 철도사업은 다양한 요금제의 적용이 시도될 것이다. 이에 따라 다양한 요금제를 적용하기 위한 철도 수요분석 기법을 제시한다.
그러나 철도 수요추정은 본 연구에서 제시한 수단분담과정 외에 통행배정과정도 중요한 부분을 차지하기 때문에 향후 이에 대한 균형적 연구가 필요하다. 무엇보다도 대중교통 통합요금제 기반의 철도 수요 예측 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해서는 대중교통 통합 네트워크와 O/D의 구축이 중요하기 때문에 이에 대한 연구가 특히 필요할 것으로 보인다.
즉, 기존 교통시스템의 요금제 반영 방법에 따른 수단별 효용은 예측수요에 큰 영향을 미치는 것으로 나타나기 때문에 현실에 부합한 수단별 효용의 산정은 중요한 부분을 차지한다. 본 연구에서 제안한 대중교통 통합요금제 기반의 수단간 효용 산정 방법론은 이와 같은 부분을 비교적 현실적으로 반영하기 때문에 철도 수요추정 결과의 신뢰도 향상에 기여할 것으로 판단된다.
이와 같은 예측결과는 서울시의 통합요금제 시행 전후의 철도 이용객 증가율인 6%⁽²⁾~11%⁸⁾와 유사한 것으로 나타나 본 연구에서 제시한 요금제별 철도 수요예측 방법이 비교적 현실적인 결과를 도출하는 것으로 판단된다. 이와 같은 본 연구는 철도 수요예측의 정확성과 유용성을 향상시키는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	SDI 방법론의 경우 어떻게 분석하였나?	SDI 방법론의 경우, 기준연도의 수단분담과 장래연도의 수단분담을 별개의 모형을 통해 분석하였다. 기준연도는 통행목적과 지역에 대한 구분을 바탕으로 수단별 효용함수를 구축하였으며, 모형으로는 네스티드 로짓모형을 적용하였다.
	기존에 적용하여 왔던 수단분담 방법론의 기반은?	기존에 적용하여 왔던 수단분담 방법론은 수단간 독립 요금제가 기반인 반면, 현재의 수도권 대중교통 요금제는 수단간 통합요금제 및 거리비례제가 기반이다. 따라서 본 연구에서는 현재의 수도권 대중교통 요금제가 모형화된 수단분담 방법론을 제시한다.
	수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 장래 수단 O/D의 재구축 절차는?	(1) 2006년 기준의 대중교통 요금체계를 기준으로 수단별 효용을 분석연도별로 산출하며, 이를 바탕으로 수단분담률을 산정한다. (2) (1)에서 산출된 수단분담률과 장래 O/D의 수단분담률이 같아지도록 존간 보정더미를 계산한다. (3) 수도권 대중교통 통합요금제를 반영한 (Ttime)ijm과 (TCost)ijm을 재산출하며 수단별 효용함수에 해당 통행시간과 통행비용, 그리고 (2)에서 계산된 존간 보정더미를 반영하여 수단별 효용을 재산정 한다.

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