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교통카드 데이터를 이용한 버스 승객 대기시간 최소화 알고리즘 개발
Development of an Algorithm for Minimization of Passengers' Waiting Time Using Smart Card Data 원문보기

한국공간정보학회지 = Journal of Korea Spatial Information Society, v.22 no.5, 2014년, pp.65 - 75  

전상우 (Dept. of GeoInformatics, University of Seoul) ,  이정우 (The Institute of Urban Science, University of Seoul) ,  전철민 (Dept. of GeoInformatics, University of Seoul)

초록
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버스 배차간격은 승객의 대기시간 및 차내 혼잡도 등 서비스 수준에 직접적인 영향을 미치고 간접적으로는 버스 운행비용 및 이용자의 교통수단 선택에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 대부분의 선행연구에서 버스 배차간격은 첨두시와 비첨두시 구간 통행량을 기반으로 시간대별 수요의 차이만을 반영하고 있다. 이러한 방식의 배차계획하에서는 세분화된 시간적 수요의 차이까지 고려하지 못하므로 승객들의 대기시간 비용이 증가하게 되는 요인이 될 수 있다. 또한, 승객의 승차패턴은 노선, 도로, 정류장의 공간적 배치 특성에 따라 다를 수 있으므로 버스 승객들의 시공간적 수요분포 특성과 변화를 고려한 배차간격 조절에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 교통카드 데이터에서 획득한 승객 탑승정보를 바탕으로 정책적 대기시간 제약과 운행 대수 제약조건 및 노선 특성을 반영하여 승객들의 대기시간을 최소화하는 방향으로 배차간격을 조절하는 알고리즘을 제안하였다. 개발 알고리즘의 활용성 검증을 위해 서울시 간선노선 중 143번 노선에 적용한 결과, 승객 대기시간 감축비용을 계산하였을 때 비용절감 효과는 일일 기준 약 600,000원에 이르는 것으로 나타났다. 따라서 개발 알고리즘의 적용 노선을 확장할 경우 버스 승객의 편익 증진에 이바지할 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Bus headway plays an important role not only in determining the passenger waiting time and bus service quality, but also in influencing the bus operation cost and passenger demand. Previous research on headway control has considered only an hourly difference in the distribution of ridership between ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존연구의 이러한 한계점을 극복하기 위해 본 연구에서는 교통카드 데이터를 통해 획득한 승객들의 승하차 정보를 바탕으로 시공간적인 승객수요 패턴과 교통상황을 고려하고 정책적 대기시간 제약과 운행 대수 제약조건 반영하여 승객들의 대기시간을 최소화하는 방향으로 배차간격을 조절하는 알고리즘을 제안한다.
  • 본 연구에서는 별도의 비용 투입 없이 버스 배차간격 조절을 통해 버스 서비스 수준을 개선하는 방안을 제시하였다. 또한, 본 연구는 승객들의 시공간적 수요 분포 패턴의 특성과 변화를 고려할 수 있는 배차간격 조절방안을 제시하고 있다는 점에서 의미를 가진다. 국내에서 각 차량은 단일 노선을 운행하는 경우가 일반적이며 1시간 단위에 몇 대의 차량을 운행할지까지만 결정한다.
  • 본 연구에서는 별도의 비용 투입 없이 버스 배차간격 조절을 통해 버스 서비스 수준을 개선하는 방안을 제시하였다. 또한, 본 연구는 승객들의 시공간적 수요 분포 패턴의 특성과 변화를 고려할 수 있는 배차간격 조절방안을 제시하고 있다는 점에서 의미를 가진다.
  • 본 연구에서는 승객들의 통행수요를 시간 분할 없이 정류소 단위에서 회차별로 파악하고 이를 바탕으로 다양한 제약조건을 반영하여 승객들의 대기시간을 감소시킬 수 있는 배차간격 조절 알고리즘을 제안하였다. 개발 알고리즘의 활용성 검증을 위해 143번 노선에 적용한 결과, 버스 대기시간 가치를 금전적으로 환산하는 방법을 적용하여 대기시간 감축비용을 계산하였을 때 비용절감 효과는 일일 기준 약 600,000원에 이르는 것으로 나타났다.
  • 이에 본 연구에서는 승객들의 통행수요를 시간 분할 없이 정류소 단위에서 파악하고 이를 바탕으로 승객들의 시공간적 도착 분포와 운행노선의 현실적 제약조건을 반영하여 운행횟수의 증감 없이 승객들의 대기시간을 감소시키는 배차간격 조절 알고리즘을 제안하고자 한다. 개발 알고리즘을 검증하기 위해 실제 운영 중인 서울시 143번 노선의 교통카드 데이터를 사용하여 대기시간과 비용 감축 효과를 분석하였다.
  • 이에 본 연구에서는 한국스마트카드에서 제공한 2011년 교통카드 자료를 이용하여 승객들의 통행수요를 바탕으로 대기시간 최소화 알고리즘을 개발하기 위해 별도의 데이터 오류 및 결측 보정, 데이터베이스 구축작업을 수행하였다. 분석 데이터의 시간적 범위는 일반적인 결과를 도출하기 위하여 주중인 2011년 10월 19일 수요일의 교통카드 데이터를 사용하였다.

가설 설정

  • i 차량의 차고지 출발시각과 i+1, i-1번째 차량 사이의 차고지 출발시각과의 비율 차이가 각 정류소에 도착할 때도 일정하다고 가정하고 Ti,j를 결정한 것이다. 직전 차량과 직후 차량의 정류소 도착시각은 알고리즘이 최초로 실행될 때 교통카드 데이터를 통해 추정된 시각을 사용하며 이후에는 알고리즘으로 변경된 차고지 출발시각을 사용한다.
  • )의 계산을 위한 다양한 방법들이 존재한다. 대부분의 연구에서 대기시간 가치는 승객의 편익 관점이 아닌 비생산 시간의 증가 개념으로 접근하며 이에 따라서 대기시간 가치를 선형적인 형태의 단일 변수로 가정하고 계산한다[3,8,15]. 대기시간 가치는 우선 통행시간을 기준으로 차내 통행시간과 차외 소요시간을 각각 다른 가중치를 설정하여 적용하는 방법 [3,15]과 차내·외를 동일한 가중치로 계산하는 방법이 있다[8].
  • 운행횟수의 증가를 통해 버스 운행비용을 조절하면 승객들의 대기시간이 감소하는 경향을 보인다. 본 연구에서는 버스 운행횟수를 증감 없이 유지하므로 운행횟수 조절을 통한 버스 운행비용의 변화는 고려하지 않는다. 따라서 본 연구에서는 대기시간 비용에 초점을 맞춰 총 교통비용을 계산한다.
  • 승객들의 도착분포와 차량별 정류소 도착시각을 이용하여 개인별 대기시간을 계산할 수 있으며 이를 수행하기에 앞서 승객들의 승차분포를 도착분포로 변환해주는 방법이 필요하다. 이를 위한 가정으로 차량과 차량 사이에 도착한 승객들은 균일한 분포로 도착하였다고 가정하였다. 즉, 승객들의 차량 승차시각은 교통카드 데이터를 이용하여 파악할 수 있으며, 승객들의 정류소 도착시각은 기 추정된 버스 도착시각으로 부터 그 분포를 예측할 수 있다.
  • Newell[10]은 승객의 대기시간을 최소화하는 방법으로 배차간격을 결정하였고 이를 승객들의 누적 도착분포를 이용하여 계산하였다. 즉, 승객들이 균일하게 정류소에 도착한다고 가정하여 승객들의 대기시간은 평균 배차간격의 1/2과 같다고 제시하였다. 이외의 많은 연구에서 승객들의 대기시간 분포를 균일분포로 가정하여 사용하고 있다[4,6,9,14].
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참고문헌 (15)

  1. Ceder, A. 2002, Urban transit scheduling: framework, review and examples, Journal of urban planning and development, 128(4):225-244. 

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  3. Lee, B. K. 2008, Analysis on Efficiency for a Bus Network System, Daejeon Development Institute. 

  4. Haghani; Ali; Banihashemi, M. 2002, Heuristic approaches for solving large-scale bus transit vehicle scheduling problem with route time constraints, Transportation Research Part AlPolicy and Practice 36(4):309-333. 

  5. Kim J. E. 2012, (A) study on the effect of adjusting bus headways using Seoul's traffic card data, Thesis of Seoul National University. 

  6. Kim, J. E; Cheon, S. H; Lee, Y. I. 2011, A Development For Bus Interval Decision Model Considering Congestion Ratio, Journal of Korean society of Transportation, 2011(1):292-296. 

  7. Kim, S. K; Park, J. H; Jo J. S. 2007, The Estimation and Application of Origin-Destination Tables by Using Smart Card Data, Seoul Development Institute. 

  8. Kim, W. I; Son, B. S; Chung, J. H; Kim, E. C. 2011, Development of Real-Time Optimal Bus Scheduling and Headway Control Models, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2111(2):33-41. 

  9. Ko, S. Y; Ko, J. S. 1998, A Development of Optimal Bus Headway and Fleet Size Model, Journal of Korean Society of Transportation, 16(2): 169-176. 

  10. Newell, G. F. 1979, Some Issues Relating to the Optimal Design of Bus Routes, Transportation Science, 13(1):20-35. 

  11. Osuna, E. E; Newell, G. F. 1972, Control Strategies for an Idealized Public Transportation System, Transportation Science, 6:52-72. 

  12. Park, J. S; Ko, S. Y; Kim, J. S; Kwon, Y. S. 2007, Determining Transit Vehicle Dispatching Time, Journal of Korean Society of Transportation, 25(3):137-144. 

  13. Son, S. H; Choi, K. J; Yoo, J. H. 2007, An Estimation of Generalized Cost for Transit Assignment, Journal of Korean society of Transportation, 25(2): 121-132. 

  14. Wren, A; Wren, D. O. 1995, A genetic algorithm for public transport driver scheduling, Computers & Operations Research 22(1):101-110. 

  15. Yun, H. L; Kim, S. J; Sin, S. I; Lee, S. H; An, K. J. 2011, Proposals to Improve the Seoul City Bus Quasi-Public Operating System, The Seoul Institute. 

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