[논문]지형적 특성을 고려한 자전거 경로 선정에 관한 연구

양정란; 전철민

doi:10.7319/kogsis.2013.21.3.003

지형적 특성을 고려한 자전거 경로 선정에 관한 연구
A Study on Bicycle Route Selection Considering Topographical Characteristics 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.21 no.3, 2013년, pp.3 - 9

양정란 (서울시립대학교 공간정보공학과) , 전철민 (서울시립대학교 공간정보공학과)

초록
AI-Helper

녹색성장에 대한 관심이 높아지면서 친환경 교통수단인 자전거의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 이에 기반이 되는 자전거도로는 지형적 요소를 고려하지 않고 설계되고 있어 실제 많은 이용자가 자전거를 이용하는데 불편함을 겪고 있는 실정이다. 본 연구는 자전거 활용에 있어서 통학에서 경로선택을 할 때 지형적 요소를 고려한 최적 노선을 선택하는 경로기법을 제시한다. 이를 위해 최적경로의 연산에 있어서 경사도와 교차로를 고려한 식을 도출하였으며, 변형된 다익스트라 알고리즘(Dijkstra Algorithm)을 적용해 최적 노선을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다. 분석결과, 통학용 자전거도로는 목적지까지 신속하게 이동하기 위해, 목적지까지의 이동거리보다는 최단시간에 의해 선정되어야한다. 따라서 노선을 선정할 때 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의한 속도증감을 고려한 최단시간 노선을 기준으로 해야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As interest in green growth picks up, the importance of bicycles which are an environment friendly means of communication has been magnified. However, bicycle routes which are the base of bicycles are designed without considering topographic elements and thus many users are experiencing inconvenience in using bicycles. The present study presents a routing technique to select optimal routes when selecting routes in commuting to school utilizing bicycles. To this end, a formula for optimum route calculation considering slope and intersections was drawn and a method to select optimum routes by applying modified Dijkstra Algorithms was studied. According to the results, the bicycle routes for commuting to school should be selected by the shortest time rather than the shortest distances to the destination, because it required reach the destination faster. Therefore when selecting the routes, it must be based on the shortest time considering waiting time due to crosswalks or crossroads and speed variations due to slopes.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 지형적 요소를 고려한 최적의 노선으로 경로를 선택하는 것이다. 또한 자전거 이용에 있어서 생활교통으로의 접근이 활성화되도록 통학에 초점을 두었다.
본 연구에서는 자전거도로에 지형적 요소를 고려한 최적의 노선으로 경로를 선택하는 방법을 시도하였다. 또한 자전거 이용에 있어서 생활교통으로의 접근이 활성화 되도록 통학에 초점을 두고 실험하였다.
본 연구는 두 가지에 초점을 두었다. 첫째, 지형적 특성인 경사도와 교차로를 도입하고자 하였다. 둘째, 기존의 다익스트라를 변형시켜 적용하여 최적 노선을 선정하고자 하였다.

가설 설정

Martello(2009)가 사용한 속도모델 식의 기본 이동속도는 4.5m/sec로 가정하였으며, slope는 소수로 표현하였다. 오르막, 내리막의 자전거 속도가 다르기 때문에 다음 식 (2)와 같이 분리하여 언급하였다.
대로, 중로, 소로마다 횡단시간이 조금씩 차이가 있었지만 평균적으로 60초 내외로 하였다. 본 연구에서는 선행연구를 토대로 1교차로 당 통과시간을 평균 1분으로 가정하여 교차로 당 통과속도를 식 (4)와 같이 제시하였다.
본 연구에서는 통학을 목적으로 자전거를 이용할 경우, 출발지에서 목적지까지 가장 가까운 경로로 가고자 할 경우를 가정하여 이동거리 및 속도를 기준으로 최단경로를 선정하였다. Fig.
적용하기에 앞서 자전거도로 주행속도 설계에 있어서 다음과 같이 논리를 제시하고, 가정하였다. 행정안전부의 「자전거 이용시설 설치 및 관리 매뉴얼」을 보면 자전거의 속도는 자전거 유형과 조건, 자전거전용도로의 경사, 바람의 속도와 방향, 자전거전용도로 이용자의 유형과 수 등의 요소에 영향을 받는다.

제안 방법

1과 같이 서울시 송파구에 위치한 영동일 고등학교와 노원구에 위치한 미래산업 고등학교를 중심으로 반경 1km으로 설정하였다. 두 지역은 지형적 요소인 경사도를 고려했을 경우, 최적경로 탐색에 따른 결과 값을 비교하기 위해 적절한 대상지로 파악되어 연구를 실시하였다.
첫째, 지형적 특성인 경사도와 교차로를 도입하고자 하였다. 둘째, 기존의 다익스트라를 변형시켜 적용하여 최적 노선을 선정하고자 하였다.
이에 횡단보도에서의 평균 대기시간을 약 1분으로 계산할 경우 제안한 식과 거의 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 우리나라의 이동특성에 맞게 경사도에 대해 도출한 식 (3)을 적용하였다.
자전거 이용자들의 주행속도는 내리막 등에서 50km/h를 초과하기도 하지만 대체로 20~30km/h 사이의 속도로 주행한다. 따라서 본 연구에서는 이를 참조하여 보다 실제적인 결과 값을 나타내기 위해 설계속도를 최대 30km/h로 설정하였다. 이를 환산하게 되면 최대속도가 약 8.
이러한 연구들은 자전거도로를 설계함에 있어 접근성과 지형적 특성인 경사도를 고려해야 한다고 주장하고 있다. 또한 본 연구는 차별성을 두기위해 도로의 노선을 편도와 왕복 거리로 적용하였으며, 노선 선정에 있어서 교차로까지 고려해 식을 도출하고 이를 비교하였다.
4m/sec로 조금 더 빠르게 나타났다. 또한 본 연구에서는 기존의 연구들과 차별성을 두기위해 왕복 거리뿐만 아니라 편도를 고려하여 실험하였다.
경사도 데이터는 서울시 등고선 데이터를 활용하여 ArcGIS에서 TIN(Triangulated Irregular Network) 기법을 사용하여 등고선과 표고점을 TIN으로 생성하였다. 생성한 TIN 데이터를 이용해 DEM 데이터를 생성하였으며, 완성된 DEM 데이터로부터 경사각을 구하였다. DEM에 기초한 경사정보는 도시계획 및 도로설계 분야에서도 매우 유용하게 활용된다(Lee et al, 2006).
시범지역에서의 수평거리 및 수직거리를 측정하고 자전거를 이용한 이동시간을 측정하고 계산식에 의한 이동시간과 실제 이동시간을 비교·분석하였다.
또한 자전거 이용에 있어서 생활교통으로의 접근이 활성화 되도록 통학에 초점을 두고 실험하였다. 이를 위해 최적경로의 연산에 있어서 경사도와 교차로를 고려한 식을 도출하였으며, 변형된 다익스트라 알고리즘(Dijkstra Algorithm)을 적용해 최적노선을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다.
도심부 도로 네트워크의 경우 많은 교차로로 이루어져 있어 경로 상에서 여러 교차로를 경로하게 되고, 이에 따라 발생하는 추가적인 운행부하로 인해 경로 통행 시간에 많은 영향을 끼치게 된다. 이에 본 연구에서는 2009년도와 2012년도 서울시 한국교통연구원의 도로 데이터를 활용하여 구축한 도로 데이터를 활용하여 신호 교차로만을 구축하였다.
2km 구간이 가장 높게 나타났다. 이에 본 연구에서는 고등학교를 중심으로 1km 범위의 모든 주거지를 활용하여 구축하였다.
또한 자전거 이용에 있어서 생활교통으로의 접근이 활성화되도록 통학에 초점을 두었다. 이에 최적경로의 연산에 있어서 3차원적인 지형적 요소를 반영하기 위해 경사도와 교차로를 고려한 식을 도출하였다. 여기서 경사도는 자전거가 오르막과 내리막에 따라 속도가 달리지기 때문에 이 둘을 고려한 식을 구분하였다.
또한 Lee(1999)는 노드를 이용해 거리를 계산하고 방향성을 갖는 깊이우선탐색방법과 너비우선탐색방법을 사용하여 경로탐색 분석 시스템을 개발하였으며, Park(2011)은 Dijkstra 알고리즘에서 회전제한이나 회전금지 등을 입력 자료로 사용했던 부분을 개선하고, 교차로의 통행특성을 고려하여 지체속성을 적용할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 이처럼 본연구는 지형적 요소를 고려한 최적경로 연산을 위해 일반적인 Dijkstra 알고리즘에 경사도와 교차로 요소를 부여하여 변형하였다.
자전거도로는 경사도뿐만 아니라 연결성을 고려하기 위해 교차로 요소를 함께 적용하였다. Son et al(2007)은 자전거에 대한 연구에서 자전거 이용자의 특성에 따른 횡단시간을 고려한 신호운영이 필요하며, 특히 교차로의 경우 자전거 횡단시간을 고려한 최소녹색시간 계획이 이루어져야 한다고 하였다.
최적의 경로를 탐색함에 있어서 기존 연구들과 차별성을 두기위해 등·하교를 분리한 편도일 때와 왕복거리로 실험하였으며 이를 일반적인 최적경로와 비교하였다.

대상 데이터

또한 자전거 이용을 가장 안전하고 많이 이용하는 고등학교를 대상으로 실험하였다. Fig. 1과 같이 서울시 송파구에 위치한 영동일 고등학교와 노원구에 위치한 미래산업 고등학교를 중심으로 반경 1km으로 설정하였다. 두 지역은 지형적 요소인 경사도를 고려했을 경우, 최적경로 탐색에 따른 결과 값을 비교하기 위해 적절한 대상지로 파악되어 연구를 실시하였다.
통학을 목적으로 고등학교와 주거지간의 origin-destination(O-D)를 설정하는데 있어서 사용된 주거 데이터는 2009년도 서울시 건축물대장 데이터를 활용하였다. 건축물에서 주거지에 해당하는 속성 데이터를 사용하였다. Park(2011)는 자전거 이용자 밀도 설문조사를 실시한 결과 1km~1.
대·중·소도로를 모두 포함한 도로망 데이터를 활용하며 연구지역인 송파구의 영동일고와 노원구의 미래산업고의 반경 1km 이내 지역의 도로 데이터를 추출하여 구축하였다.
도로 데이터의 경우 2009년도와 2012년도 서울시 한국교통연구원의 도로 데이터를 활용하였다. 대·중·소도로를 모두 포함한 도로망 데이터를 활용하며 연구지역인 송파구의 영동일고와 노원구의 미래산업고의 반경 1km 이내 지역의 도로 데이터를 추출하여 구축하였다.
본 연구에서 사용한 데이터는 2012년을 기준으로 조사된 송파구와 노원구 자전거도로 현황자료를 참고하여 수집하였다. 또한 경사도와 건축물대장 등 그 외의 데이터들은 2009년도 서울시에서 제공하는 데이터를 사용하였다.
본 연구는 자전거 이용에 있어서 생활교통으로의 접근이 활성화되도록 통학에 초점을 두었다. 또한 자전거 이용을 가장 안전하고 많이 이용하는 고등학교를 대상으로 실험하였다. Fig.
본 연구에서 사용한 데이터는 2012년을 기준으로 조사된 송파구와 노원구 자전거도로 현황자료를 참고하여 수집하였다. 또한 경사도와 건축물대장 등 그 외의 데이터들은 2009년도 서울시에서 제공하는 데이터를 사용하였다.
본 연구의 대상지역은 자전거도로 이용이 가장 활발하며 지형적 특성인 경사도가 대체적으로 고르게 분포되어있는 서울시 송파구와 이에 반해 경사도의 분포차가 비교적 큰 노원구에 위치한 고등학교로 정하였다. 송파구는 자전거도로·보관대·대여소 등의 인프라가 서울시 전체의 25%정도로 주민과 함께 자전거 이용활성화에 노력하였고 꾸준히 프로그램을 개발하고 있다.
통학을 목적으로 고등학교와 주거지간의 origin-destination(O-D)를 설정하는데 있어서 사용된 주거 데이터는 2009년도 서울시 건축물대장 데이터를 활용하였다. 건축물에서 주거지에 해당하는 속성 데이터를 사용하였다.

이론/모형

경사도 데이터는 서울시 등고선 데이터를 활용하여 ArcGIS에서 TIN(Triangulated Irregular Network) 기법을 사용하여 등고선과 표고점을 TIN으로 생성하였다. 생성한 TIN 데이터를 이용해 DEM 데이터를 생성하였으며, 완성된 DEM 데이터로부터 경사각을 구하였다.

성능/효과

4%로 오르막 거리에 비해 2% 이상의 차이로 낮게 나타났다. 경사도가 큰 미래산업고의 이동거리가 가장 긴 것으로 나타났는데, 이는 송파구 지역에 비해 경사도 변화가 크다는 것을 알 수 있다.
분석결과, 지형적 요소를 고려하지 않은 경우와 고려한 경우간의 거리와 속도가 차이 있는 것을 알 수 있었으며, 자전거도로의 최적노선을 선정하기 위해서는 출발지와 목적지를 연속적으로 연결할 수 있는 교차로와 같은 연결성과 접근성이 확보된 도로의 구성이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 자전거도로를 선정함에 있어서 단순하게 이동 거리를 기준으로 노선을 선정하기보다는 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의해 속도 증감을 고려한 최단시간을 기준으로 노선이 선정되어야 함을 알 수 있었다. 본 연구는 향후 지속적으로 증가하고 있는 자전거도로의 개선 및 확충하는데 효과적으로 수행하기 위한 기초근거로 활용될 수 있을 것이다.
5m 짧은 것을 나타냈다. 또한 속도는 왕복 거리에 비해 오르막 거리가 약 1.9m/sec 느렸으며, 내리막 거리의 경우는 약 1.6m/sec 속도가 빠른 것을 알 수 있었다. 이처럼 같은 지형적 요소를 적용하더라도 거리가 편도일 경우와 왕복 거리일 경우 서로 다른 경로와 서로 다른 결과 값을 나타낸다.
분석결과, 나타난 평균 경사도는 오르막 거리 보다는 낮으며, 내리막 거리 보다는 높은 경사도를 나타냈다. 거리 또한 영동일고의 경우 오르막 거리는 왕복 거리 보다 약 6.
분석결과, 지형적 요소를 고려하지 않은 경우와 고려한 경우간의 거리와 속도가 차이 있는 것을 알 수 있었으며, 자전거도로의 최적노선을 선정하기 위해서는 출발지와 목적지를 연속적으로 연결할 수 있는 교차로와 같은 연결성과 접근성이 확보된 도로의 구성이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 자전거도로를 선정함에 있어서 단순하게 이동 거리를 기준으로 노선을 선정하기보다는 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의해 속도 증감을 고려한 최단시간을 기준으로 노선이 선정되어야 함을 알 수 있었다.
분석결과를 살펴보면 평균 경사도는 영동일고 3.0%, 미래산업고 15.0%로 노원구보다 송파구가 비교적 낮은 경사를 나타냈다. 영동일고의 경우 거리 약 89.
5의 경로와 동일한 루트인 것을 볼 수 있다. 비교해 보면, 영동일고의 경우 경사도와 교차로를 모두 적용한 경우가 경사도만을 고려한 경우보다 거리는 110.3m 더 긴 것으로 나타났지만, 속도는 1.8m/sec 만큼 더 느린 것으로 나타났다. 이는 경사도만을 고려했을 때 보다 경사도와 교차로를 함께 고려함으로써 큰 차이를 보이게 되는 것이다.
시범지역에서의 수평거리 및 수직거리를 측정하고 자전거를 이용한 이동시간을 측정하고 계산식에 의한 이동시간과 실제 이동시간을 비교·분석하였다. 실험결과 평지에 서는 실제속도가 약 4.72m/sec로 도출 식에 의한 속도 4.98m/sec와 약 0.26m/sec의 차이로 느린 것을 보였다. 오르막 경사에서는 실제속도가 2.
이는 횡단보도에서의 대기시간이 약 1분에서 길게는 3분까지로 이동하지 않고 대기하였기 때문인 것으로 판단하였다. 이에 횡단보도에서의 평균 대기시간을 약 1분으로 계산할 경우 제안한 식과 거의 일치하는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 우리나라의 이동특성에 맞게 경사도에 대해 도출한 식 (3)을 적용하였다.
2m/sec 만큼 더 빠르게 나타났다. 평균 경사도는 영동일고 2.1%, 미래산업고 9.4%로 오르막 거리에 비해 2% 이상의 차이로 낮게 나타났다. 경사도가 큰 미래산업고의 이동거리가 가장 긴 것으로 나타났는데, 이는 송파구 지역에 비해 경사도 변화가 크다는 것을 알 수 있다.

후속연구

따라서 자전거도로를 선정함에 있어서 단순하게 이동 거리를 기준으로 노선을 선정하기보다는 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의해 속도 증감을 고려한 최단시간을 기준으로 노선이 선정되어야 함을 알 수 있었다. 본 연구는 향후 지속적으로 증가하고 있는 자전거도로의 개선 및 확충하는데 효과적으로 수행하기 위한 기초근거로 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자전거도로를 이용하는 이용자가 불편함을 겪고 있는 이유는?	녹색성장에 대한 관심이 높아지면서 친환경 교통수단인 자전거의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 이에 기반이 되는 자전거도로는 지형적 요소를 고려하지 않고 설계되고 있어 실제 많은 이용자가 자전거를 이용하는데 불편함을 겪고 있는 실정이다. 본 연구는 자전거 활용에 있어서 통학에서 경로선택을 할 때 지형적 요소를 고려한 최적 노선을 선택하는 경로기법을 제시한다.
	자전거의 중요성이 증대된 배경은?	녹색성장에 대한 관심이 높아지면서 친환경 교통수단인 자전거의 중요성이 증대되고 있다. 그러나 이에 기반이 되는 자전거도로는 지형적 요소를 고려하지 않고 설계되고 있어 실제 많은 이용자가 자전거를 이용하는데 불편함을 겪고 있는 실정이다.
	자전거도로 노선 선정 시 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의한 속도증감을 고려한 최단시간 노선을 기준으로 해야하는 이유는?	이를 위해 최적경로의 연산에 있어서 경사도와 교차로를 고려한 식을 도출하였으며, 변형된 다익스트라 알고리즘(Dijkstra Algorithm)을 적용해 최적 노선을 선정하는 방법에 대하여 연구하였다. 분석결과, 통학용 자전거도로는 목적지까지 신속하게 이동하기 위해, 목적지까지의 이동거리보다는 최단시간에 의해 선정되어야한다. 따라서 노선을 선정할 때 횡단보도나 교차로에 의한 대기시간과 경사에 의한 속도증감을 고려한 최단시간 노선을 기준으로 해야 한다.

참고문헌 (16)

Ahn, Gye-Hyeong, Kim Eun-Jung, Lee Yong-Il, Jung Jun-Ha, Kim Young-Chan, 2006, A study on the estimation of pedestrian signal timing, Journal of Korean Society of Transportation, Vol.24 No.5, pp. 57-66.
Back, Seung-Heon, 2012, A study on bicycle route selection using optimal path search, Master's Degree Thesis, Chonnam National University.
Ha, Eun-Ji, 2012, Assessing pedestrian networks using weighted accessibility based on road slope, Master's Degree Thesis, University of Seoul.
Kim, Jong-ho, 2011, The service quality evaluation of community bicycle road on a view of user, Master's Degree Thesis, Hanyang University.
Lee, Kwang-won, 2011, Bike route selection methods considering user characteristics using GIS, Doctoral Thesis, University of Incheon.
Lee, Geun-Sang, Choi Yun-Woong, Cho Gi-Sung, 2006, Suggestion of slope evaluation by DEM-based aggregation method, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.26 No.6D, pp.1019-1023.
Lee, Shin-Jun, 1999, Efficient path search algorithms on a network in GIS, Master's Degree Thesis, Yonsei University.
Mike Martello, 2009, Alternative impedances for shortest path network analysis for cycling, AASHTO GIS-T Conference.
Ministry of Public Administration and Security, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010, Korea cycling design standards.
Park, Ha-na, 2011, A study on the utilization of bicycle for commuting to school, Master's Degree Thesis, University of Seoul.
Park, Hye-Sook, 2011, An improvement of a heuristic path search technique based on traffic characteristics at the intersection, Master's Degree Thesis, Sogang University.
Song, Chang-Yong, Chang Myung-Soon, Ha Dong-Ik, 1994, Guideline for vertical length by grade for bikeway, Journal of Korean Society of Transportation, Vol.12 No.4, pp. 21-33.
Son, Young-Tae, Lee Jin-Kak, Lee Sang-Hwa, Kim Hong-Sang, 2007, Analysis of bicycle crossing times at signalized intersections for providing safer right of bicycle users, International journal of highway engineering, Vol.9 No.3, pp.83-89.
Yang, Jung-Lan, Kim Hye-Young, Jun Chul-Min, 2012, Bicycle optimal path finding considering moving loads, Journal of the Korean Society for GeoSpatial Information System, Vol.20 No.4, pp.89-95.

원문보기 상세보기
Yang, Jung-Lan, 2013, Bicycle optimal path finding incorporating topographical characteristics, Master's Degree Thesis, University of Seoul.
Yoo, Hwan-Hee, Woo Hae-In, Lee Tae-Soo, 2002, Development of optimal routes guidance system based on GIS, Journal of the Korean society for geospatial information system, Vol.10 No.1, pp.59-66.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증