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[국내논문] 의사결정나무 기법을 적용한 DSRC 통행속도패턴 분류방안
Study on the Classification Methodology for DSRC Travel Speed Patterns Using Decision Trees 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.13 no.2, 2014년, pp.1 - 11  

이민하 (아주대학교 ERC 센터) ,  이상수 (아주대학교 교통공학과) ,  남궁성 (한국도로공사 도로교통연구원) ,  최기주 (아주대학교 교통공학과)

초록
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본 논문의 목적은 DSRC 기반 통행속도 이력데이터를 활용하여 IC-IC 구간 단위의 통행패턴을 도출하는 것이며, 이를 통해 방대한 이력정보 데이터의 활용도를 높이고, 단순하지만 정확성 높은 방법으로 도로의 통행패턴을 용이하게 파악할 수 있게 하는 것이다. 통행패턴 분류는 의사결정나무 기법을 적용하였고, 월 시간대 구간 단위로 분리된 통행패턴을 생성하여 시 공간이 변화되어도 이에 대응 가능하도록 하였다. 경부고속도로 서울TG~안성IC 구간을 대상으로 의사결정나무 기법을 적용한 결과, 요일 기준으로 (월)(화 수 목)(금)(토)(일) 5개 그룹으로 고정 통행패턴이 분류되었다. 분류 결과를 영동, 중부, 중부내륙 고속도로의 9개 구간에 적용하여 통계적 검증을 수행한 결과 약 93%의 적합도를 갖는 것으로 나타났다. 의사결정나무를 통한 통행패턴 오차를 개선하기 위하여 4개의 추가변수를 도입한 결과, "직전월의 소통상황"을 설명변수로 추가할 경우 통행속도 분산이 약 50% 감소함을 확인하였고, 실제 상황에 적용할 경우 소통 원활 시의 오차가 약 4% 감소되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, travel speed patterns were deducted based on historical DSRC travel speed data using Decision Tree technique to improve availability of the massive amount of historical data. These patterns were designed to reflect spatio-temporal vicissitudes in reality by generating pattern units cl...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 고속도로 구간 정보의 수집이 가능한 DSRC 기반 통행속도 이력데이터를 활용하여 IC-IC 구간 단위의 통행패턴을 도출하는 방안을 연구하였다. 주요 분석 구간인 경부고속도로 수도권 구간의 DSRC 통행속도 데이터를 의사결정나무 모형에 적용한 결과 요일을 기준으로 (월)(화·수·목)(금)(토)(일) 5개 그룹으로 통행패턴이 분류되었다.
  • 그러나 실제로는 이러한 시·공간적 요인뿐만 아니라 매우 다양한 요인들이 교통류에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 이러한 요인들에 따른 오차를 감소시키는 목적으로 추가변수를 적용한 모형을 검토하였다. 추가변수 도출은 요일별 패턴분류를 토대로 통행패턴 생성 최종 단계에서 새로운 외부 변수를 추가하여 의사결정나무 모형을 정립하여 이를 평가하는 형태로 진행되었다.
  • 본 연구에서는 현재 방대하게 수집되는 고속도로 DSRC 데이터를 이용하여 구간단위의 통행패턴의 분류 개수를 최소화하면서 일정 수준의 정확성(accuracy)이 보장되는 통행패턴을 도출하는 것을 목표로 하였다. 이는 현재 지속적으로 축적되는 DSRC 데이터가 유연성 있게 패턴에 반영될 수 있게 하기 위함이며, 향후 고속도로 관리자가 고속도로 운영관리 의사결정에 있어 단순하면서도 정확한 방법으로 도로의 통행패턴을 용이하게 파악할 수 있게 하기 위함이다.

가설 설정

  • 대립가설(H1) : 요일간통행속도에는차이가있다.
  • 의사결정나무 모형을 통해 도출된 통행패턴과 개별 일자 데이터의 오차를 이용하여 통행패턴의 정확성을 확인한다. 이 때 개별 일자 속도 데이터를 참값으로 가정하였으며, 정확성 지표는 식 (3)과 같이 MAPE(Mean Absolute Percentage Error, 절대 백분 율 오차의 평균)을 적용하였다. MAPE는 MAE(Mean Absolute Error, 오차의 절대값 평균)를 백분율로 나타낸 값으로써 시계열 데이터의 정확성 측정을 위해 주로 사용되는 통계적 수치이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
의사결정나무 알고리 즘은 무엇으로 분류되는가? 의사결정나무는 의사결정규칙을 도표화하여 관 심대상이 되는 집단을 몇 개의 소집단으로 분류하 거나 예측하는 분석방법이다. 의사결정나무 알고리 즘은 CHAID, CART, QUEST, C4.5 등으로 분류되며 이들은 분리기준, 정지규칙 및 가지치기 등에서 서 로 다른 형성과정을 가지고 있다.
통행패턴이란 무엇인가? Yoshikazu 외[3] 는 통행시간 패턴을 ‘이상치를 발생 유형별로 제거 한 후 여러 일자의 유사값을 나타내는 실제 통행시 간 시계열 데이터의 평균을 적용한 것’으로 정의하 였다. 본 연구에서의 통행패턴은 ‘고속도로 구간별 로 동일한 시간대에 반복적으로 발생하는 통행속도 추이’로 정의한다.
요일 간 유사성이 검증된 요일은 동일한 그룹으로 분류하며 통행패턴의 생성을 각 구간별 월 단위로 수행하는 이유는 무엇인가? 요일 간 유사성이 검증된 요일 은 동일한 그룹으로 분류하며, 통행패턴의 생성은 각 구간별 월(月)단위로 수행한다. 이는 구간의 지 역적 통행특성에 따라 다양한 변동이 발생하므로 이를 반영한 대푯값 산출이 필요하기 때문이다. 또 한 단순히 요일로만 구분된 패턴을 1년 전체에 적 용할 경우 월별, 계절별 및 각종 이벤트에 대한 변 동성을 고려할 수 없기 때문에 월 단위로 대푯값을 생성한다. 데이터 가공은 특수상황 발생과 일반상황의 분류를 한 후에 통행패턴을 생성하게 되는데, 가공절차는 <그림 2>와 같다.
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참고문헌 (17)

  1. M. K. Huh, C. No, W. Kim, and B. S. Son, "Development of an incident detection algorithm by using traffic flow pattern," Journal of Korean Society of Transportation,, vol. 28, pp.7-15, Dec. 2010. 

  2. S. G. Song, Development of Long Distance Expressway Travel Time Prediction Models during Holiday Seasons, Graduate School of Ajou Univ., Suwon, 2010. 

  3. Y. Ohba. "Travel time information calculation method for expressway using toll collection system data," in Proc. ITS int. Conf. Commun. 1999, pp.476-477, Tokyo, Japan, Oct. 1999. 

  4. P. Y. Song, A Study on Structural Behavior Analysis and Maintenance Models of Long-span Bridges Considering Traffic Patterns, Graduate School of Ajou Univ., Suwon, 2011. 

  5. J. H. Cho, B. S. Kim, S. H. Kim, and W. E. Kang, "Development of a daily pattern clustering algorithm using historical profiles", Journal of the Korea Institute of ITS, vol. 10, pp.11-23, Aug. 2011. 

  6. J. W. Choi and Y. G. Yang, "An efficient filtering technique of GPS traffic data using historical data," Journal of Korea Spatial Information Society, vol. 10, pp.55-65, Sep. 2008. 

  7. P. Lingras, "Statistical and genetic algorithms classification of highways," Journal of Transportation Engineering, vol. 127, No.3, pp. 237-243, June, 2001 

  8. KECRI, Improvement of Traffic Data Collection, Analysis and Utilization from Vehicle Detection System on Freeway, 2006 

  9. K. Ozbay and P. Kachroo, Incident Management in Intelligent Transportation Systems, Boston, MA: Artech House, 1999 

  10. C. H. Shin and J. H. Kim, "Development of freeway incident duration prediction models," Journal of Korean Society of Transportation, vol. 20, pp.17-30, Jun. 2002. 

  11. O. K. Ha, D. J. Park, J. Won, and C. Jung, "The prediction models for clearance times for the unexpected incidences according to traffic accident classifications in highway", Journal of the Korea Institute of ITS, vol. 9, pp.101-110, Feb. 2010. 

  12. H. S. Kim, D. J. Park, C. Kim, C. Choi, and K. Kim, "An analysis of choice behavior for tour type of commercial vehicle using decision tree," Journal of Korean Society of Transportation, vol. 28, pp.43-54, Dec. 2010. 

  13. J. W. Kang, K. J. Kum, and S. N. Son, "Drivers detour decision factor analysis with combined method of decision tree and neural network algorithm," Journal of the Korean Society of Road Engineers, vol.13, pp. 167-176, Sep. 2011. 

  14. T. A. Arentze and H. J. P. Timmermans, Incorporating parametric action decision trees in computational process models of activity-travel behavior:Theory and illustration, Advanced OR and AI Methods in Transportation, pp. 567-572, 2005. 

  15. S. Y. Sohn and H. W. Shin, "Pattern recognition for road traffic accident severity in Korea", Journal of Ergonomics, Vol 44, pp.107-117, 2001. 

  16. KECRI, Core Technique Development and Development Plan Report of Hi-pass Transportation Information Systems, 2011. 

  17. J. K. Kang, "Regional traffic information acquisition by non-intrusive automatic vehicle identification", Journal of Korea Institute of ITS, vol. 1, pp.22-32, Oct. 2002. 

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