[논문]철도이용수요에 따른 선로용량 변화 분석 연구

김익희; 김인철; 배영규; 왕연대

doi:10.7737/jkorms.2013.38.3.023

철도이용수요에 따른 선로용량 변화 분석 연구
A Study on Railroad Track Capacity According to Transit Railway Demand 원문보기

한국경영과학회지 = Journal of the Korean Operations Research and Management Science Society, v.38 no.3, 2013년, pp.23 - 35

김익희 (한국철도공사 연구원 경영연구처) , 김인철 (한국철도공사 연구원 경영연구처) , 배영규 (한국철도공사 연구원 경영연구처) , 왕연대 (한국철도공사 연구원 경영연구처)

Abstract ▼ AI-Helper

It is very important that the calculation of railroad track capacity in infrastructure investment analysis and train operation planning. The dwelling time is one of the factors that influence in railroad track capacity. Current research in dwelling time has been focusing on theoretical investigation, the state of the research in effective variable (dwelling time etc) is insufficient. In this paper, we clearly draw the concept of railroad track capacity and the estimate on modeling of relationship railway demand and dwelling time. Also, we compare and analyze the variation of railroad track capacity according to transit railway demand in Gyeongin Line (Guro~Inchon). This paper is expected to contribute for improving on the in-using equations and methods in train operation planning as well as for improving level of service on railway user.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 단순히 선로용량을 증대하여 열차운행횟수를 증가시키는 것이 효율적 열차운영대안이라 할 수는 없을 것이라 판단된다. 다만, 본 연구에서는 선로 용량 산정시 중요 변수인 정차시간을 이용수요에 의해 추정하는 방법을 제안하였으며 경인선을 대상으로 수요 변화에 따른 선로용량 차이를 분석 제시함으로써 향후 역세권 개발 및 열차운행 패턴 변화에 따른 장래 이용수요 변화시 운영자 측면에서의 추가 가능용량 수준을 검토하고자 하였다.
5분이며 구로～인천구간 사이에 19개역이 존재하고 전동차만 전용으로 운행되고 있다[2]. 본 연구에서는 구간거리 및 신호구간수 등 시설 특성이 동일하다는 전제하에서 정거장 정차시분 차이에 따른 선로용량 변화를 분석하였다.
본 연구에서는 선로용량 산정 모형의 종류와 특성을 검토하고 전동차 전용 운행구간인 경인선(구로～인천)을 대상으로 역별 승하차수요가 정차시분과 선로용량에 미치는 영향을 분석하여 산정 모형을 정립하였다.
본 연구에서는 정차시간 추정 모형 산정시 사당역에서의 실측자료를 근거로 하였으며 모형 대안별 통계적 검증 결과를 제시하였다. 단, 이용수요 이외의 열차운영 특성(열차길이, 신호구간수 등)영향은 고려하지 못한 면이 있다.
둘째, 역별 승하차수요는 역세권 규모 및 도시 특성(상업, 주거, 업무지역 등) 등에 의해 다르게 나타나며 정차시간에 영향을 미치는 것으로 판단되나 기존 선로용량 산정 모형에서는 이를 고려하지 않고 동일한 값을 적용하였다. 이에 본 연구에서는 정차시간이 선로용량 변화에 미치는 영향을 분석하여 추가 가능용량 수준을 검토하였다.
회귀분석을 이용하여 철도 이용수요에 따른 정차시분 추정 모형을 제시하고 이에 따른 선로용량 산정 결과를 비교하고자 하는 본 연구의 목적은 두 가지이다. 첫째, 선로용량 산정의 중요 변수인 정차시간의 경우 실측조사에 의해 자료가 수집되어 많은 시간과 비용이 소요되므로 시스템에 의해 비교적 자료 집계가 용이한 이용수요를 근거로 추정하는 방법을 제안하고자 하였다.
회귀분석을 이용하여 철도 이용수요에 따른 정차시분 추정 모형을 제시하고 이에 따른 선로용량 산정 결과를 비교하고자 하는 본 연구의 목적은 두 가지이다. 첫째, 선로용량 산정의 중요 변수인 정차시간의 경우 실측조사에 의해 자료가 수집되어 많은 시간과 비용이 소요되므로 시스템에 의해 비교적 자료 집계가 용이한 이용수요를 근거로 추정하는 방법을 제안하고자 하였다.

제안 방법

[그림 1]은 열차운영계획시스템의 전체 12개 독립 모듈에 대한 개략도를 나타낸 것이며 본 연구에서는 선로용량 산정 모듈의 기본적 이론을 근거로 검토하였다.
경인선 역별 일평균 승하차수요를 근거로 역별첨두율 및 열차운행횟수 등을 고려하여 첨두시간 열차당 승하차수요를 산정하였다.
기존에는 정거장 정차시분을 전체 노선구간의 역별 정차시간 총합으로 산정한 반면, 본 연구에서는 역별 승하차수요에 따른 정차시간을 추정 모형에 의해 산정하고 전체 역별 추정의 총합으로 산정하였다.
따라서 본 연구에서는 실정차시간과 상관계수가 가장 높은 승하차인원을 설명변수로 선정하였으며 변수간 상관분석 결과는 와 같다.
제 3장은 이용수요에 따른 정차시간 추정 모형을 산정하고 통계적으로 검증하였으며 제 4장은 경인선 구로～인천구간을 대상으로 역별 승하차수요를 분석하고 이에 따른 정차시간을 추정하였다. 또한 앞서 추정한 역별 정차시간을 근거로 선로용량을 산정하여 그 결과를 비교하였다.
이 중 열차장과 신호기 평균거리 등은 시간에 따른 변화가 비교적 적은 고정 변수라 할 수 있고, 구간운전시분은 대상 노선 전체 구간을 주행하는데 소요되는 시간으로 승하차수요 영향보다는 운행차종 및 선로 특성(구배, 곡선, 신호확인거리 등)에 의한 영향이 클 것이라 판단된다. 반면 정거장 정차시분의 경우 이용수요에 따른 영향이 크기 때문에 가변 변수로 설정하여 분석하였다.
본 연구에서는 경인선을 대상으로 선로용량 산정 사례를 분석하였으며 개략적 산정 절차는 과 같다.
본 연구에서는 승하차수요가 정차시간 및 선로 용량에 어떠한 영향을 미치는지를 분석하기 위해 경인선을 대상으로 사례 분석을 하였으며 경인선은 전동차 전용, 복선 자동폐색구간이므로 의선로용량 산정 모형 3을 적용하였다.
본 연구에서는 실정차시간과 승하차 인원 실측 자료를 근거로 정차시간 추정 모형을 산정하였다. 정차시간은 도착 열차의 출입문이 열리고 닫히는 개폐시간(기계운영시간)과 실질적으로 승객의 승하차를 위해 사용되는 시간으로 구성된다.
본 연구에서는 역별 승하차수요를 기준으로 선형 회귀모형 또는 복합모형(상수 및 비선형회귀모형) 을 구분 적용하였으며 모형 대안별 모형식과 통계적 검증 결과는 과 같다.
본 연구에서는 평균 절대오차율(MAPE)이 가장 낮은 모형 7을 기준으로 경인선의 역별 첨두시 정차시간을 추정하였다.
앞서 산정한 정차시간 추정 모형에 대해 관측치와 모형치를 비교하여 추정 결과를 검증하였다.
전체 운행노선에서의 모든 역별 정차시간 합계를 정차시분이라 하며 본 연구에서는 실제 정차시간만을 고려하여 승하차수요에 따른 정차시간 추정 모형을 산정하였다.
정차시간은 승하차인원의 대기공간(플랫폼 규모) 과 열차운행시격(서비스 공급), 철도이용자(수요) 등 다양한 요인에 의해 영향을 받으나, 본 연구에서는 시설 및 서비스 공급 측면은 고려하지 않았으며 철도 이용수요가 정차시간에 미치는 영향만을 반영하였다.
또한 Kreuger[18], Leilich[19]는 철도 선로용량 산정 모형의 주요 파라미터에 대해 민감도 연구를 수행 하였다. 철도시설 및 운영조건, 교통환경 변화에 따른 용량 변화를 시뮬레이션하여 결과를 제시하였다.
출입문 개폐시간의 경우 승하차수요에 영향을 받지 않는 고정시간이므로 본 연구에서는 정차시간 추정 모형을 산정함에 있어 이를 제외한 실제 정차 시간만을 고려하였으며 승하차수요와 정차시간과의 관계 분석을 통해 모형 대안을 설정하였다.

대상 데이터

본 연구의 경우 선로용량 변화 분석 대상노선인 경인선 실측자료를 근거로 정차시간 추정 모형을 정산하는 것이 타당할 것으로 사료되나, 분석상의 제약으로 실측조사를 시행하지 못하였다. 단, 사당역의 경우 경인선과 동일한 수도권 도시철도이며 전동열차만 운행되는 전용구간, 주중 출퇴근시간 수요가 집중 되는 열차운행특성이 유사하다고 판단하여 추정 모형 산정시 근거자료로 활용하였다.
본 연구는 전체 제 5장으로 구성되어 있다. 제 1장은 서론으로 연구 배경 및 목적, 연구의 내용과 전체적인 연구 구성에 대해 기술하였고 제 2장은 본 연구에서 사용한 관련 용어의 정의 및 선로용량 산정 모형 등 기본적 이론을 제시하였으며 국내외 기존 연구를 고찰하였다.
본 연구에서는 선로용량을 산정하기 위해 정거장 정차시분¹⁾을 매개변수로 설정하였으며 철도이용수요와 정차시간과의 추정 모형 정립을 위해 김상역[5]의 첨두시간²⁾ 사당역 실측자료를 활용하였다. 본 연구의 경우 선로용량 변화 분석 대상노선인 경인선 실측자료를 근거로 정차시간 추정 모형을 정산하는 것이 타당할 것으로 사료되나, 분석상의 제약으로 실측조사를 시행하지 못하였다.

데이터처리

역별 정차시간 및 승차인원과 하차인원, 승하차 인원에 대해 추정 모형 변수로 적합한지를 판단하기 위해 상관분석을 시행하였으며 그 결과 승차 및 하차 특성을 지닌 변수간의 상관성이 높은 것으로 나타났다. 다중회귀분석의 경우 각 독립변수들간의 상관관계가 존재하여 상호 독립이 아닌 경우를 다중공선성(Multi-collinearity)이라고 하며 변수간 종속성이 있는 경우 적용이 불가능하다[1]

이론/모형

평균 오차(Mean Error) 및 평균 오차율(Mean Percent Error)의 경우 오차 크기에 비해 부호 +, -의 영향으로 상쇄되어 전체 검증지표 값이 감소될 수 있으므로 부호에 상관없이 오차 크기를 비교할 수 있는 절대오차율(Absolute Percent Error, APE) 또는 평균 절대오차율(Mean Absolute Percent Error, MAPE)을 검증지표로 적용하였다.

성능/효과

경인선 대상구간 특성이 과 같을 경우 기 산정시에는 역별 정차시간을 평균값인 30초로 동일하게 적용하여 정거장 정차시분이 9.5분으로 산정되었으며 그 결과 열차간 운전시격(h)은 2.7분, 1일선로용량은 317회/일로 분석되었다.
8분으로 분석되었다. 그 결과 열차간 운전시격은 2.6분, 1일 선로용량은 337회/일로 산정되어 기 산정시에 비해 1일 20회 정도 큰 것으로 나타났다.
둘째, 역별 승하차수요는 역세권 규모 및 도시 특성(상업, 주거, 업무지역 등) 등에 의해 다르게 나타나며 정차시간에 영향을 미치는 것으로 판단되나 기존 선로용량 산정 모형에서는 이를 고려하지 않고 동일한 값을 적용하였다. 이에 본 연구에서는 정차시간이 선로용량 변화에 미치는 영향을 분석하여 추가 가능용량 수준을 검토하였다.
사당역의 실측조사자료를 분석한 결과, 첨두 3시간 동안 열차운행횟수는 62회였으며 평균운행시격은 2.9분/회로 조사되었다.
역별 승하차수요 분석 결과, 부천, 송내, 부평 3개역에서 전체 승하차수요의 35.8%를 차지하는 것으로 나타났으며 시간대별 승하차수요 분석 결과 인천을 제외한 대부분의 역에서 오전, 오후 첨두시간 이용수요가 높아 일반적 출퇴근 통행특성을 보이고 있다.

후속연구

김상역 등[5]은 지하철 4호선 사당역을 대상으로, 서선덕 등[6]은 천안아산역을 대상으로 승하차 수요 및 정차시간을 조사하여 추정 모형 및 오차율을 제시하였다. 단, 추정 모형에 대한 충분한 검증이 검토되지 않아 정차시간 추정 결과 및 변화 분석에 대한 보완이 필요하다고 판단된다.
단, 이용수요 이외의 열차운영 특성(열차길이, 신호구간수 등)영향은 고려하지 못한 면이 있다. 또한 본 연구에서 사례 분석한 경인선의 경우 전동차 전용 운행구간이므로 운행차종이 다양한 혼용구간의 선로용량 분석을 위해서는 보완 연구가 필요하다고 판단된다.
또한, 본 연구를 통해 얻은 결과에 의하면 이용 수요에 따른 정차시간 및 선로용량을 산정할 경우 추가 가능용량으로 인해 열차운행 증대 방안이 가능할 것으로 검토되나, 이는 운영비용 증가라는 측면에서 민감한 문제라고 판단되며 이에 따른 경제적 효과 분석에 대해 향후 추가 검토가 필요할 것으로 사료된다.
사당역 실측자료를 활용하였다. 본 연구의 경우 선로용량 변화 분석 대상노선인 경인선 실측자료를 근거로 정차시간 추정 모형을 정산하는 것이 타당할 것으로 사료되나, 분석상의 제약으로 실측조사를 시행하지 못하였다. 단, 사당역의 경우 경인선과 동일한 수도권 도시철도이며 전동열차만 운행되는 전용구간, 주중 출퇴근시간 수요가 집중 되는 열차운행특성이 유사하다고 판단하여 추정 모형 산정시 근거자료로 활용하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철도란?	철도는 사람과 화물을 운송하기 위해 건설, 운영되며 시설, 차량 및 신호 등 다양한 구성 요소들이 체계적, 복합적으로 결합된 운송서비스 시스템으로 주어진 시설 조건하에서의 최적 운영을 위한 계획의 수립이 요구된다.
	철도는 무엇이 요구되는가?	철도는 사람과 화물을 운송하기 위해 건설, 운영되며 시설, 차량 및 신호 등 다양한 구성 요소들이 체계적, 복합적으로 결합된 운송서비스 시스템으로 주어진 시설 조건하에서의 최적 운영을 위한 계획의 수립이 요구된다.
	열차운영계획의 신뢰성이 미흡하고 복잡한 작업공정에 의해 많은 시간이 소요되어 열차 운영의 적시성 확보가 곤란하며 열차 서비스 수준의 향상을 저하시키고 있는 원인은?	현재 열차운영계획은 열차운영을 위한 계획단계에서 체계적 비교 및 검증없이 작성되고 있으며, 일부 열차계획 담당자의 수작업에 의존하고 있어 인적오류에 대한 검증 및 리스크관리가 불가능하다. 이로 인해 열차운영계획의 신뢰성이 미흡하고 복잡한 작업공정에 의해 많은 시간이 소요되어 열차 운영의 적시성 확보가 곤란하며 열차 서비스 수준의 향상을 저하시키고 있다[2]

참고문헌 (24)

강성룡, 손기형, 경영통계, 무역경영사, 1996.
한국철도공사 연구원, 열차운영계획시스템 (TOPS) 개발 최종보고서(1차 년도), 2012.
한국철도시설공단, 효율적인 철도시설 인프라 활용을 위한 선로용량 산정 및 관리 연구 최종 보고서, 2010.
김 훈, 김찬성, 김연규, 지역간철도 선로용량 관리를 위한 지표 개발 연구, 한국교통연구원, 2006.
김상역, 서울시 지하철 정차시간 관계식의 개발과 용량에의 영향분석, 석사학위논문, 한양대학교 대학원, 2002.
서선덕, 신영호, 심현진, 김환수, "고속철도(KTX) 수요에 따른 dwelling time 예측 모형 개발", 2008년 한국철도학회 춘계학술대회, 한양대학교, (2008), pp.1612-1627.
오석문, 노학래, 김영훈, 홍순흠, "철도 선로용량 산정방법 비교 연구", 한국철도학회논문집 , 제15권, 제6호(2012), pp.670-681.

원문보기 상세보기
김동희, 홍순흠, 김영훈, "선로용량 분석체계와 용량모수 평가", 2002년 한국철도학회 학술대회, 한국철도기술연구원, 2002.
김연규, "UIC 방식을 이용한 경부선 선로용량 산정 연구", 2010년 한국철도학회 춘계학술대회, 한국교통연구원, (2010), pp.397-402.
박정수, 신동희, 원제무, "도시철도 정차시간 분석을 통한 모형식 개발에 관한 연구(서울시 도시철도 4호선을 중심으로)", 대한교통학회지, 제24권, 제2호(2006), pp.147-156.

원문보기 상세보기
김명규, 서선덕, 이재훈, 양근율, "한국의 지역 간 철도 용량 및 서비스수준 산정을 위한 UIC 406방법의 적용방안 연구", 2000년 한국철도학회 학술대회, pp.1845-1854.
김무룡, 김한신, 이창호, 김봉선, 김동희, 홍순흠, "선로용량 산정과 민감도 분석의 신뢰성 향상에 관한 연구", 대한안전경영과학회지, 제7권, 제4호(2005), pp.207-217.

원문보기 상세보기
이병권, 김학식, 이창호, 김봉선, 김동희, "철도 선로용량 계산을 위한 모수 평가모형 개발", 2003년 안전경영과학회 추계학술대회, 한국철도기술연구원, (2003), pp.407-412.
김동희, 김봉선, "철도에서의 선로용량 산정에 관한 연구", 2002년 안전경영과학회 춘계학술대회, 한국철도기술연구원, (2002), pp.257-262.
김익희, 윤동희, 금기정, 이상명, "전동열차 편성량수 설계를 위한 최적화 시뮬레이션", 대한교통학회지, 제30권, 제3호(2012), pp.95-106.

원문보기 상세보기
선구별 열차운행횟수 및 선로용량, 한국철도공사, 2012.
철도통합정보시스템(IRIS) 열차별 수송실적, 한국철도공사, 각 년도.
Kreuger, H., "Parametric Factors Affecting Rail Line Capacity," Proceedings of the 1999 Winter conference for World Bank, Washington, D.C., 1999.
Leilich, R.H., "Application of Simulation Models in Capacity Constrained Rail Corridors," Proceedings of the 1998 Winter Simulation Conference, 1998.
IAN FISHER, TOM PARKINSON., "Rail Transit Capacity," TCRP Report 13, 1996.
Banverket, Banverket Annual Report 2005, 2006.
IMPROVERAIL, Method for Capacity and Resource Management, 2003.
UIC. UIC Code 406, 2004.
TCRP. TCRP Report 13, TRB, 1998.

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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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