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문제 정의
- Xiao [6]는 다양한 운전시격으로 운행하는 도시철도노선에서 반복회차선 제약 열차스케쥴링 알고리즘으로 Devide and conquer rule 채택하였다. 그 목적은 다른 시간주기의 여객수요, 선로용량, 차량수, 차량기지의 위치, 열차운용 및 반복회차 형태에 기반을 둔 실행 가능한 열차시각표를 작성하는 것이다. 샹하이 도시철도 2호선의 사례연구에서 업그레이드된 TPM 소프트웨어는 개발한 시뮬레이션 모델링 프레임워크 및 알고리즘을 적용하였다.
- 먼저 기존의 연구 중 운용계획과 열차스케줄링 제약에 관하여 고찰한다. Ji-Won Chung, 등 [1]은 한국철도의 열차시퀀싱 문제를 다루면서, 심야 주박과 차량유지보수 제약을 포함하여, 주행거리가 각 열차행로에서 균형을 유지하는 혼합정수프로그래밍모델을 제시하였다.
- 철도투자사업 계획 및 철도운영단계 모두에서 철도용량과 시설규모 및 차량소요량에 대한 합리적 판단이 중요한 요건이다.본 논문은 열차운영계획과 차량운용계획에 관련된 철도차량의 운영상 반복시간과 소요량 사이의 관계를 고찰한다. 운영상 반복시간(Operational turnaround Time)은 물리적 회차시간(Physical turnback time)과 대기시간(Waiting time)으로 구분할 수 있다.
- 본 논문의 목적은 불명확한 물리적 회차시간을 재산정하고 파라메터에 따라 변화하는 운영상 반복시간의 산정모형을 개발하여, 열차운영계획시 상·하행 열차스케쥴 작성의 어려움을 개선하는 데 도움을 주고자 한다.
- 본 연구는 전국의 도시 및 광역철도에 대한 사례조사를 수행하였다. Table 8은 그 중 일부 노선의 열차운영 실태와 개선 사항 및 효과를 제시한 자료이다.
- 본 연구는 현재까지 철도운영계획자 및 연구자들의 노하우와 관행에 의존하던 열차스케쥴링에 관여하는 운영상 반복시간의 개념을 명확히 정의하였다. 기존의 반복시간 설정문제에 대한 해법으로서 열차다이어그램 생성을 기반으로 새로운 휴리스틱 산정모형을 개발하고, 터미널 정거장의 차량편성별 물리적 회차시간과 비교를 수행하였다.
- 본 연구의 진행상 한계는 일반철도(예, 화물열차)에 대한 물리적 회차시간의 다양한 현업 상황을 광범위하게 다루지 못한 점이다(전국 철도망을 이루는 각 노선의 시종별 정거장의 구배 배선의 다양한 구조, 열차에 투입하는 여러 종류의 동력차에 대한물리적 회차시간의 다름 점, 기타 일반 여객열차 및 화물열차의 도착 후 반복회차를 위한 입환작업과 준비?정리시간의 차이점등에 대한 전수조사의 규모로 인한 한계). 이에 대한 후속연구와 함께 열차운영계획 업무의 효율화에 기여할 수 있는 운영상 반복시간 수학모형을 접목한 열차스케쥴링 범용 툴의 연구를 지속하고자 한다.
가설 설정
- ]에 따라 변화한다. (수식 3)의 조건을 충족하는 열차 스케줄링이 차량소요량을 최소화하는 방식이 될 것이다.
- 2. Concept of the operational turnaround time.
- Fig. 5는 구축한 산정모형의 예시이며, 상·하행 표정시간 16분, 운전시격 30분, 물리적 회차시간 5분으로 가정하여 작도하였다.
- i) 물리적 회차시간은 열차종별로 서로 다르게 설정한다.
- ii) 상행과 하행의 열차운행 표정시간이 각기 다를 수 있다(열차다이어그램에서 기울기차만 발생한다고 가정하여 0.5분씩 상행열차 기준 배치위치[0,H]를 변경하면서 반복시간 변화를 분석한다).
- iii) 노선에서 상행과 하행 열차의 운전시격은 서로 다를 수 있다.
- iv) 노선의 시발역과 종착역에서 운영상 반복시간은 서로 다를 수 있다.
- 그 다음은 고속철도와 일반철도에 대한 표정시간 조건 TRVup=TRVdn을 각각 130분, 165분, 210분으로, 운전시격 조건Hup=Hdn을 각각 16분, 10분, 30분으로 가정한 구조이다. 여기서 물리적 회차시간 20분과 40분에 대한 운영상 반복시간의 변화를 관찰하는 것이다.
- 반면에 운전시격 조건 Hup=Hdn이 각각 16분, 10분, 30분이지만, 표정시간이 다른 조건 TRVup(130분,165분, 210분)≠TRVdn(128분, 163분, 208분)으로 가정하여 운영상 반복시간의 변화를 관찰하는 구조이다.
- 본 연구는 물리적 회차시간 # 5분, 운전시격 3분 ~ 20분, 30분, 상·하행 표정시간 21분 ~ 40분이라고 가정하였다.
- 반면에 표정시간 조건 TRVup=TRVdn(35분)으로 고정하면서 운전시격 조건 Hup≠Hdn의 경우이다. 이 시나리오는 상행 운전시격 Hup(29분, 8분, 4분)과 하행 운전시격 Hdn(30분, 9분, 5분)을 가정하여 6량형을 표본으로 운영상 반복시간의 변화를 관찰하는 것이다.
- 반면에 운전시격 조건 Hup=Hdn(16분)으로 고정하면서 표정시간 조건 TRVup≠TRVdn의 경우이다. 이 시나리오는 상행 표정시간 TRVup(18분, 49분, 89분)과 하행 표정시간 TRVdn(19분, 50분, 90분)으로 가정하여, 6량형을 표본으로 운영상 반복시간의 변화를 추적하는 구조이다.
- 이러한 현상이 발생하는 이유는 물리적 회차시간이 상대적으로 큰 열차편성은 동일조건에서 후보열차에 매칭되는 경우가 줄어들어 차기 후보열차로 옮겨지기 때문이다. 한편 현실적으로 수요의 크기로 인하여 상행과 하행의 운전시격이 1분 정도 서로 다른 운영환경을 가정한 사례이다. 이 운전시격 조건 Hup≠Hdn은 동일 조건에 비해 운영상 반복시간이 약간 감소하고, 평균운전시격도 0.
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