현재 도시철도의 열차운행계획 수립과정은 열차 운용에 필요한 철로의 구조, 역사 내 철로 구조, 차량 정비시간 등 다양한 제약조건을 고려하여 이루어 지기 때문에, 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여 다양한 열차운행 시간표(Time-Table)에 대한 비교 분석에 큰 어려움이 있다. 본 연구는 도시철도 운행계획 수립의 효율성 및 체계성을 제고하기 위하여, 철도 운행계획 수립 과정 중 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 기대효과를 열차다이아 작성 이전에 비교분석하여 가장 효과적인 차량 투입계획 및 운행일정을 선정할 수 있도록 하는 방법론을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 열차 운행 시간표(Time-Table)을 분석하기 위하여 Line-Blocking 이론을 활용하였으며 광역철도 4호선중 사당~안산 구간을 대상으로 사례 분석하였다.
현재 도시철도의 열차운행계획 수립과정은 열차 운용에 필요한 철로의 구조, 역사 내 철로 구조, 차량 정비시간 등 다양한 제약조건을 고려하여 이루어 지기 때문에, 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여 다양한 열차운행 시간표(Time-Table)에 대한 비교 분석에 큰 어려움이 있다. 본 연구는 도시철도 운행계획 수립의 효율성 및 체계성을 제고하기 위하여, 철도 운행계획 수립 과정 중 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 기대효과를 열차다이아 작성 이전에 비교분석하여 가장 효과적인 차량 투입계획 및 운행일정을 선정할 수 있도록 하는 방법론을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 열차 운행 시간표(Time-Table)을 분석하기 위하여 Line-Blocking 이론을 활용하였으며 광역철도 4호선중 사당~안산 구간을 대상으로 사례 분석하였다.
Presently, because making process of train service plan consist of various constraint condition, for example structure of track, structure of track in station, train maintenance time and others for considering to be necessary of train management, it has been had extremely complex structure problems....
Presently, because making process of train service plan consist of various constraint condition, for example structure of track, structure of track in station, train maintenance time and others for considering to be necessary of train management, it has been had extremely complex structure problems. For these reasons, it has big problems to compare analysis for various train service time-table. A study suggest methodology to choice service the most effective schedule and plan of train put before comparative analysis on making train diamond picture's expected effect of established possible various train time-table in making process of train service schedule for improving effectiveness and organization of train service schedule establishment. A study uses Line-Blocking theory for analyzing train service time-table and analyze example for regional train Sadang to Ansan section in 4line.
Presently, because making process of train service plan consist of various constraint condition, for example structure of track, structure of track in station, train maintenance time and others for considering to be necessary of train management, it has been had extremely complex structure problems. For these reasons, it has big problems to compare analysis for various train service time-table. A study suggest methodology to choice service the most effective schedule and plan of train put before comparative analysis on making train diamond picture's expected effect of established possible various train time-table in making process of train service schedule for improving effectiveness and organization of train service schedule establishment. A study uses Line-Blocking theory for analyzing train service time-table and analyze example for regional train Sadang to Ansan section in 4line.
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문제 정의
김경민은 열차 차량 운용계획수립에 있어 역에서의 선회(Turnaround)시간과 주기적인 검수 조건(Maintenance requirement)을 고려하여 최대차량소요량을 최소화 하는 것을 목적으로 차량운용계획 수립 방법에 대하여 연구하였다.
앞에서 설명한대로 기존 열차다이아 기법과 같은 시공도를 통한 차량 운행일정 분석에는 차량별 세부일정에 대한 분석이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 개별 차량의 운행일정을 표형식과 블록 다이아그램으로 표현하여 이용자가 활용 및 이해가 용이 할 수 있도록 분석 결과를 제시하였다.
따라서 운행계획을 실제 운영에 적용하기 앞서 운행계획에 필요한 차량 수를 분석하여 운행계획을 사전에 시뮬레이션 할 수 있는 Tool 및 분석 방법론을 연구하고자 한다.
본 연구는 열차의 운행일정 분석 및 소요 비용과 예상운임수익 등을 사전에 시뮬레이션 할 수 있는 철도 운행계획 시뮬레이션 시스템 구축 및 분석 방법론을제시함으로써, 철도의 서비스향상이라는 목표를 위하여 기존 열차운행계획 수립과정의 효율성 및 체계성을 제고하고자 하였다.
본 연구는 열차의 운행일정을 사전에 시뮬레이션 할 수 있는 철도 운행계획 시뮬레이션 시스템 구축 및 분석 방법론을 제시함으로써, 철도의 서비스향상이라는 큰 목표를 위한 열차 다이아분석기법의 문제점 해결 및 철도 운행계획 수립의 효율성 및 체계성을 제고하고자 한다.
본 연구의 범위는 철도 운행계획 수립 과정 중 필요차량 대수 및 운행일정분석을 통하여 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 효과를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하는 방법을 제시하고자 한다.
본 연구의 범위는 철도 운행계획 수립 과정 중 필요차량 대수 및 운행일정분석을 통하여 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 효과를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석하는 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
광역철도 운행체계 개선 및 급행화 방안을 위해 현재 운행되고 있는 4호선 운행계획의 첫차와 막차시간을 참고하여 4개의 분석 시나리오를 도출하였다
사례 분석시 구축된 모형은 실제 수요에 대응하는 여러 노선이 경쟁하는 구조로 구축되어 있지 않아 최적해에 대한 내용이 없으며. 다만, 입력된 시간표와 열차의 속도, 역간 거리 등을 토대로 Line Blocking을 활용하여 가장 최단 운행거리로 운행 할 경우 필요 차량 대수와 운행거리 및 운행시간 등을 분석하여, 결과를 제시하였다.
철도 운행계획의 시뮬레이션 분석의 필요성은 앞에서 설명한 바와 같이 다양한 운행계획(Time-Table)을 단시간에 비교분석 할 수 있다는 측면에서 검토되었다. 따라서 기존의 열차 다이아의 다양한 제약조건 및 다른 시뮬레이션 프로그램에서 필요한 입력 변수 중 차량의 시간표 분석 및 차량 대수 분석에 필요한 최소의 입력 변수만을 활용하여 시뮬레이션이 가능한 분석 모형을 제시하였다.
모형구축단계에서는 분석 대상인 지하철 4호선(과천선-안산선의 급행화 방안 대상 구간)을 대상으로 본 연구의 분석 시스템에 필요한 현황 및 자료를 조사하여, 수요모형, Network 모형을 구축하였다. 운행일정 분석에서는 분석 시스템의 운행일정 Model을 통하여 분석되는 차량별 운행일정 시공도 분석, 주요지표분석을 통해 각 시나리오를 비교 분석하였다.
전구간 복선으로 이루어져 있으며, 최고 속도는 80km/h 편성량수는 10량으로 구성되어 있다. 모형구축은 시뮬레이션 프로그램인 VISUM을 활용하여 각 정차역을 Node로 구성하고 Node안에 Stop을 설정하여 방향별 구분을 하였으며, 차량은 최대 승차인원, 운행속도 등을 입력하였다.
본 연구에서 제시한 차량 운행 계획 수립 분석안을 현재 계획 단계에 있는 지하철 4호선 과천선에 적용하기 위하여 4호선의 지하철 모형을 구축하여 필요 차량 대수 분석 및 차량 투입계획 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 Fig. 11과 같이 개별 차량에 초점을 맞춘 차량별 Block Diagram을 활용하여 개별 차량에 대한 세부 운행일정 분석 방법을 이용하였다.
시나리오별 시공도 분석에서는 각 시나리오별 차량 운행일정을 시공도와 함께 분석하였으며, 차량별 세부 일정 분석에서는 차량별 Block Diagram을 바탕으로 세부적인 운행일정에 대한 분석하였으며, 주요 지표 분석에서는 시나리오별로 분석된 각종 주요 지표를 바탕으로 시나리오에 대한 분석을 실시하였다.
모형구축단계에서는 분석 대상인 지하철 4호선(과천선-안산선의 급행화 방안 대상 구간)을 대상으로 본 연구의 분석 시스템에 필요한 현황 및 자료를 조사하여, 수요모형, Network 모형을 구축하였다. 운행일정 분석에서는 분석 시스템의 운행일정 Model을 통하여 분석되는 차량별 운행일정 시공도 분석, 주요지표분석을 통해 각 시나리오를 비교 분석하였다.
이 연구에서는 다품종 흐름모형에 차량 운용시 최소 검수 주기(3days, 3500km)를 제약 조건으로 설정하여 네트워크모형 및 수리모형을 제시하였다.
이 프로그램을 사용하여 다이아 작성 시 역간 운행시간, 급행열차 추월 시 완행열차 대피시간, 최소 운전시격 등을 확인하여 최적의 다이아를 작성하였다.
차량 운행일정 분석 Model을 활용하여 시나리오별 차량 운행일정과 지하철의 운영 주요 지표를 분석하였다.
차량 투입 시간표(Time-Table)에 따라 최적화된 차량 투입계획 및 운행계획을 도출하기 위하여 Line-Blocking 기법을 활용한 운행계획 시뮬레이션 기법 및 이를 통한 개별차량의 운행일정 수립방법과 최소 필요 차량 편성수를 분석할 수 있는 방법론을 제시하였다.
대상 데이터
운전다이아 프로그램은 독일 RMCIN사의 Railsys 3.0을 사용하였으며, 입력데이터로는 구간, 연장, 정거장, 차량기지 등의 노선현황에 정보를 입력하며 열차운행계획을 수립하기 위해 운행구간, 정차방법, 대피역, 정차시간 등의 정보를 입력 데이터로 활용하였다.
성능/효과
이는 형식적인 면에서 간단해지며, 이해가 쉬울 뿐 아니라 휴리스틱의 선택도 직관적으로 이루어 질 수 있다. 둘째, 비록 단순한 수준의 CSP알고리즘을 사용한다 하더라도 때로는 정수형 프로그래밍 방법보다 더욱 빨리 해를 찾기 때문이다.
시나리오별 분석결과를 종합 비교 분석하여 각 대안(시나리오)별 특징을 살펴본 결과 각 시나리오별 필요 차량대수는 12대에서 35대로 현재 과천선 운영 차량 수 인 47대를 넘지 않는 것으로 분석되어 현재의 계획을 시행하여도 차량 운용에는 큰 문제점이 발생하지 않을 것으로 판단된다.
주요 운행지표 분석결과 총 운행시간은 시나리오III이 약 189시간으로 가장 짧게 분석되었으며, 시나리오IV의 경우 가장 짧은 간격으로 운행을 하기 때문에 차량 및 운행시간 등이 가장 크게 분석 되었다.
지하철 4호선을 대상으로 사례분석을 실시한 결과 기존 계획 된 47대의 열차보다 적은 35대의 차량으로도 운영이 가능한 것으로 분석이 되었으며, 차량의 운행거리 및 운행일정 표 산출 결과를 바탕으로 현실성 있는 결과가 도출되었음을 알 수 있었다.
필요차량 대수 분석 결과 운행시격이 가장 긴 시나리오III이 가장 적은 12대를 필요로 하고, 운행시격이 가장 짧은 시나리오IV이 35대로 가장 많은 차량을 필요로 하는 것으로 분석되었다. 현재 과천선의 운영 차량 대수가 47대인 것을 감안하였을 때 급행화 방안이 큰 무리가 없을 것으로 판단된다.
후속연구
하지만 본 연구에서 제시하는 시뮬레이션 모델은 실제 열차다이아를 작성하는데 만족해야 할 각종 검수조건을 분석하지 않기 때문에 실제 다이아 작성 프로그램 및 전문가와 협의를 통하여 다이아 작성시 하나의 사전 분석 툴로써 활용해야 하는 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서 제시되는 모형은 서론에 언급하였듯이 열차 운행계획 수립과정 중 열차다이아 작성 전에 열차의 수요에 대응하는 다수의 대안을 작성 후 이를 최소 차량대수 및 열차의 운행일정분석을 통해 비교 분석하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
또한 지하철 9호선에 대한 분석을 실시하여 기존 연구와의 비교하는 방안도 향후 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
열차 다이아의 문제점은 무엇인가?
열차 다이아는 열차 운용에 필요한 철로의 구조, 역사내 철로 구조, 차량 정비시간 등 다양한 제약조건을 고려하여 작성되며, 여러 개의 차량을 각 열차 다이아에 적용시키기 때문에 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여 스케줄링 전문가가 실제 운행계획 수립시 많은 시간이 소요되고 있으며, 수립된 운행계획을 변경하는데 큰 어려움이 있다.
열차 다이아는 무엇으로 구성되어 있는가?
현재 국내 철도 및 전철 등 열차를 운영하기 위한 차량 운용 스케줄링은 열차 시간표(Time Table)를 바탕으로 열차의 출발시간, 도착시간, 출발장소, 도착장소 등으로 구성된 열차 다이아(Train Diagram)를 활용하고 있다.
도시철도의 열차운행계획 수립과정이 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점으로 인해 어떤 어려움이 있는가?
현재 도시철도의 열차운행계획 수립과정은 열차 운용에 필요한 철로의 구조, 역사 내 철로 구조, 차량 정비시간 등 다양한 제약조건을 고려하여 이루어 지기 때문에, 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여 다양한 열차운행 시간표(Time-Table)에 대한 비교 분석에 큰 어려움이 있다. 본 연구는 도시철도 운행계획 수립의 효율성 및 체계성을 제고하기 위하여, 철도 운행계획 수립 과정 중 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 기대효과를 열차다이아 작성 이전에 비교분석하여 가장 효과적인 차량 투입계획 및 운행일정을 선정할 수 있도록 하는 방법론을 제시하고자 한다.
참고문헌 (8)
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