수도권 지하철은 1974년, 서울 1호선 개통을 시작으로 현재 일일 7,289천 명을 수송하는 가장 중요한 교통수단 역할을 하고 있다. 이처럼 서울 지하철은 2011년 이후 지속적으로 증가하는 수송인원을 처리하고 있지만, 제한된 지하철 용량과 배차시간 때문에 지하철 내의 혼잡도는 계속 증가하고 있는 실정이다. 이에 서울시는 서울역, 시청역, 교대역 등 12개의 역사에 우회통로 건설 등의 혼잡역사 구조 개선사업을 시행하고 있다. 하지만 이러한 사업은 한 역사 당 평균 186억 원의 대규모 공사비에 비해 미미한 개선 효과를 보이면서 혼잡도 개선을 위한 차선책이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 효율적인 객차 및 역사 내 혼잡도 완화를 위해 IoT를 접목한 혼잡도 평준화 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템을 바탕으로 예상 효과 분석을 진행하였고, 분석 결과 한 객차에 승차하는 인원이 기존 34명에서 최대 20명으로 감소되는 효과가 나타났다. 이와 더불어 기존 첨두시 20대의 열차 운행대수가 24대로 증차될 수 있다고 분석되면서 운영 효율성 측면에서 효과가 있을 것으로 사료된다.
수도권 지하철은 1974년, 서울 1호선 개통을 시작으로 현재 일일 7,289천 명을 수송하는 가장 중요한 교통수단 역할을 하고 있다. 이처럼 서울 지하철은 2011년 이후 지속적으로 증가하는 수송인원을 처리하고 있지만, 제한된 지하철 용량과 배차시간 때문에 지하철 내의 혼잡도는 계속 증가하고 있는 실정이다. 이에 서울시는 서울역, 시청역, 교대역 등 12개의 역사에 우회통로 건설 등의 혼잡역사 구조 개선사업을 시행하고 있다. 하지만 이러한 사업은 한 역사 당 평균 186억 원의 대규모 공사비에 비해 미미한 개선 효과를 보이면서 혼잡도 개선을 위한 차선책이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 효율적인 객차 및 역사 내 혼잡도 완화를 위해 IoT를 접목한 혼잡도 평준화 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템을 바탕으로 예상 효과 분석을 진행하였고, 분석 결과 한 객차에 승차하는 인원이 기존 34명에서 최대 20명으로 감소되는 효과가 나타났다. 이와 더불어 기존 첨두시 20대의 열차 운행대수가 24대로 증차될 수 있다고 분석되면서 운영 효율성 측면에서 효과가 있을 것으로 사료된다.
The Seoul Metropolitan Subway, which started operating in 1974, plays a major role in transporting 7,289 thousands passengers daily. This trend of a steadily increase in passengers from 2012 has increased the congestion rate because of the limited capacity and time. To solve this problem, Seoul city...
The Seoul Metropolitan Subway, which started operating in 1974, plays a major role in transporting 7,289 thousands passengers daily. This trend of a steadily increase in passengers from 2012 has increased the congestion rate because of the limited capacity and time. To solve this problem, Seoul city is consistently working on improving the subway facilities, such as the construction of a detour path. This project, however, has only a slight effect on improving the congestion rate and is too expensive to construct the facilities. Hence, this study suggests The Congestion Standardization System based on the IoT for improving the subway congestion rate. Based on the system, the expected effect analysis was performed, which resulted in a decrease in ride passengers from 34 to 20. In addition, this expected effect analysis shows that the number of subway vehicles can increase from 20 to 24. The suggested system will have a significant effect on the efficiency of the management system.
The Seoul Metropolitan Subway, which started operating in 1974, plays a major role in transporting 7,289 thousands passengers daily. This trend of a steadily increase in passengers from 2012 has increased the congestion rate because of the limited capacity and time. To solve this problem, Seoul city is consistently working on improving the subway facilities, such as the construction of a detour path. This project, however, has only a slight effect on improving the congestion rate and is too expensive to construct the facilities. Hence, this study suggests The Congestion Standardization System based on the IoT for improving the subway congestion rate. Based on the system, the expected effect analysis was performed, which resulted in a decrease in ride passengers from 34 to 20. In addition, this expected effect analysis shows that the number of subway vehicles can increase from 20 to 24. The suggested system will have a significant effect on the efficiency of the management system.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 실제 지하철 환경에 적용할 수 있도록 오차율을 낮추고, 운영 효율은 향상시킬 수 있는 방안을 고려하여 하중센서에 IoT기술을 접목한 혼잡도 개선 시스템을 제시하였다.
이는 승강장 및 객차 내 혼잡도로 인해 승차지연이 운행지연으로 이어진 것으로 추정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 혼잡도로 인해 운행지연이 가장 빈번히 이루어지는 8:00부터 9:00시까지의 데이터를 분석하여 혼잡도를 개선해보고자 한다.
본 논문은 지하철의 객차 및 승강장 내 혼잡도를 완화하기 위해 IoT를 접목한 혼잡도 평준화 시스템을 제안하였다. 또한, 제안한 시스템에 대하여 지하철의 운행현황 및 배차시간, 객차 하중분포 등의 Raw Data를 활용한 예상 효과 분석을 진행하였다.
본 연구에서는 기존 설비를 최대한 활용하여 객차 내 혼잡을 완화할 수 있는 시스템을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 혼잡도 평준화 시스템은 기존 방안들과 달리 객차 내 인원 조절뿐만 아니라 하중센서-게이트 간 연동 기능을 함께 적용함으로써, 게이트부터 승객들 조절할 수 있는 원거리 혼잡도 완화를 위한 대안을 제시하였다.
이 연구에서는 스크린 도어의 적외선 센서로 승·하차 인원을 산정하여 객차 내 혼잡도를 알려주는 대안을 제시하였다.
이에 따라 본 연구에서는 4호선 사당역을 대상으로 지하철의 혼잡도 평준화를 실현하기 위해 저비용, 단기간, 높은 운영효율성 등을 고려한 시스템을 제안하고자 한다.
이지선 등[1]에 의하면 승객들이 특정 객차에 집중되면서 승·하차 지연문제를 야기하고, 이로 인해 열차 운행 지연되면서 지하철 혼잡도 문제가 발생한다고 기술되어 있다. 이와 관련하여 위 연구에서는 열차를 기다리는 승객들에게 전 역의 객차별 혼잡도 정보를 제공하여 승객의 분포를 분산시키는 대안을 제시하였다. 하지만 위 연구는 여러 가지 대안으로 개략적인 연구를 진행함으로서 대안들의 구체적인 활용방법 제시가 부족하다는 점에서 한계가 있다.
가설 설정
구성 시스템은 Fig 3와 같이 (a)블루투스 4.2를 활용한 근거리 무선통신 장치, (b)응하중 제어장치, 기존 설비인 (c)승강장 내 전광판과 출입게이트 등이다.
산출한 결과를 토대로 Table 9에 나타나 있는 것과 같이 사당역의 출입 게이트 개수를 줄였을 때의 승차인원을 감소율을 추정하여 객차별 승차 인원을 도출해 보았다. 감소율은 1개의 출입 게이트 축소시 25%의 승객이 감소할 것이라고 가정하여 최대 40%까지의 승차인원이 감소할 것이라고 가정하여 분석하였다.
통계 데이터는 서울시 2015년 1월~10월 첨두시 평균 승차인원 데이터를 활용하였다. 기본 가정은 전광판 혼잡 안내 표시로 승객들이 승강장 내에 동일하게 분포되어 있는 것으로 한다. 분석 기준시간은 8:00～9:00이며, Table 6과 같이 기존 열차 운행 시간표에 따라 20대의 열차를 효과분석에 적용하였다.
제안 방법
4호선 사당역의 하중분포 연구 자료와 서울시의 Raw Data를 활용하여 예상 효과 분석을 진행하였다. 통계 데이터는 서울시 2015년 1월~10월 첨두시 평균 승차인원 데이터를 활용하였다.
본 논문은 지하철의 객차 및 승강장 내 혼잡도를 완화하기 위해 IoT를 접목한 혼잡도 평준화 시스템을 제안하였다. 또한, 제안한 시스템에 대하여 지하철의 운행현황 및 배차시간, 객차 하중분포 등의 Raw Data를 활용한 예상 효과 분석을 진행하였다.
본 연구에서는 기존 설비를 최대한 활용하여 객차 내 혼잡을 완화할 수 있는 시스템을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 혼잡도 평준화 시스템은 기존 방안들과 달리 객차 내 인원 조절뿐만 아니라 하중센서-게이트 간 연동 기능을 함께 적용함으로써, 게이트부터 승객들 조절할 수 있는 원거리 혼잡도 완화를 위한 대안을 제시하였다. 제안하는 시스템을 사당역에 적용하여 효과분석을 진행함으로써 향후 객차 및 승강장 내의 혼잡도 개선사업 추진 시 적용 가능한 대안으로 활용하고자 한다.
기본 가정은 전광판 혼잡 안내 표시로 승객들이 승강장 내에 동일하게 분포되어 있는 것으로 한다. 분석 기준시간은 8:00～9:00이며, Table 6과 같이 기존 열차 운행 시간표에 따라 20대의 열차를 효과분석에 적용하였다.
[1] 객차별 평균 하중분포를 나타내는 Table 7에서 보면 일반적으로 3호차, 6호차에 승객이 집중하는 형태로 나타났고, 이 비율을 기준으로 첨두시 사당역 4호선에서 승차하는 인원을 Table 8 표와 같이 산출해 보았다. 산출한 결과를 토대로 Table 9에 나타나 있는 것과 같이 사당역의 출입 게이트 개수를 줄였을 때의 승차인원을 감소율을 추정하여 객차별 승차 인원을 도출해 보았다. 감소율은 1개의 출입 게이트 축소시 25%의 승객이 감소할 것이라고 가정하여 최대 40%까지의 승차인원이 감소할 것이라고 가정하여 분석하였다.
제안하는 기술은 IoT 기술을 접목한 하중센서 측정시스템이다. Fig 2에서와 같이 지하철이 전 역에 도착하게 되면 응하중 센서로 무게를 측정한 뒤 탑승 인원수를 계산한다.
Fig 2에서와 같이 지하철이 전 역에 도착하게 되면 응하중 센서로 무게를 측정한 뒤 탑승 인원수를 계산한다. 측정된 탑승인원수는 해당 역에 열차가 도착하기 전 전광판 및 게이트로 전송하여 객차 및 승강장 내의 승객수를 조절하는 방안이다. 구성 시스템은 Fig 3와 같이 (a)블루투스 4.
대상 데이터
4호선 사당역 게이트는 Fig 1과 같이 총 10개이며 외부에서 승강장내로 진입하는 승차게이트가 총 4개, 승강장 내에서 외부로 나가는 하차 게이트가 총 6개로 구성되어 있다.
하지만 이는 실제로 승객이 줄어드는 것이 아니라 한 열차 당의 탑승인원이 감소함으로써 혼잡율을 감소시키는 것으로 판단해야 한다. 또한, Table 10의 시간표에서 추가할 수 있는 차량 수를 산정해 보았을 때 제안된 시스템이 열차 지연을 없애면서 총 4대의 차량을 추가 투입할 수 있을 것으로 분석되었다. 결론적으로, 열차의 추가 투입으로 평균 배차간격을 3.
4호선 사당역의 하중분포 연구 자료와 서울시의 Raw Data를 활용하여 예상 효과 분석을 진행하였다. 통계 데이터는 서울시 2015년 1월~10월 첨두시 평균 승차인원 데이터를 활용하였다. 기본 가정은 전광판 혼잡 안내 표시로 승객들이 승강장 내에 동일하게 분포되어 있는 것으로 한다.
성능/효과
또한, Table 10의 시간표에서 추가할 수 있는 차량 수를 산정해 보았을 때 제안된 시스템이 열차 지연을 없애면서 총 4대의 차량을 추가 투입할 수 있을 것으로 분석되었다. 결론적으로, 열차의 추가 투입으로 평균 배차간격을 3.5분에서 2분으로 좁힐 수 있는 것으로 나타났고, 이는 더 많은 승객을 더 낮은 혼잡도로 운송할 수 있다는 결과로 이어지면서 승객들의 편의를 향상시킬 수 있는 것으로 사료된다.
또한 승·하차 인원 간의 최대차는 73,546명으로 게이트 조절을 통한 혼잡도 평준화 시스템을 적용했을 시 혼잡도 개선에서 큰 효과를 보일 것으로 사료된다.
효과 분석 결과 지하철 객차의 가장 혼잡한 6번 칸에 승차하는 인원이 기존 34명에서 최대 20명으로 감소되는 효과가 나타났다. 이와 더불어 기존 첨두시 20대의 열차 운행대수가 24대로 증차될 수 있다고 분석되면서 시스템 도입시 운영 효율성면에서 효과가 있을 것으로 사료된다. 이는 기존 혼잡도 완화 사업으로 승강장 확장, 우회통로 건설 등 고비용, 건설기간의 장기화를 일으키는 대안들과는 달리 IoT를 접목한 하중센서를 도입함으로써 비용 절감 및 간단한 설치 방법으로 실제 도입 가능성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.
효과 분석 결과 지하철 객차의 가장 혼잡한 6번 칸에 승차하는 인원이 기존 34명에서 최대 20명으로 감소되는 효과가 나타났다. 이와 더불어 기존 첨두시 20대의 열차 운행대수가 24대로 증차될 수 있다고 분석되면서 시스템 도입시 운영 효율성면에서 효과가 있을 것으로 사료된다.
후속연구
이와 더불어 기존 첨두시 20대의 열차 운행대수가 24대로 증차될 수 있다고 분석되면서 시스템 도입시 운영 효율성면에서 효과가 있을 것으로 사료된다. 이는 기존 혼잡도 완화 사업으로 승강장 확장, 우회통로 건설 등 고비용, 건설기간의 장기화를 일으키는 대안들과는 달리 IoT를 접목한 하중센서를 도입함으로써 비용 절감 및 간단한 설치 방법으로 실제 도입 가능성을 높일 수 있을 것으로 예상된다.
본 연구에서 제안하는 혼잡도 평준화 시스템은 기존 방안들과 달리 객차 내 인원 조절뿐만 아니라 하중센서-게이트 간 연동 기능을 함께 적용함으로써, 게이트부터 승객들 조절할 수 있는 원거리 혼잡도 완화를 위한 대안을 제시하였다. 제안하는 시스템을 사당역에 적용하여 효과분석을 진행함으로써 향후 객차 및 승강장 내의 혼잡도 개선사업 추진 시 적용 가능한 대안으로 활용하고자 한다.
이와 관련하여 위 연구에서는 열차를 기다리는 승객들에게 전 역의 객차별 혼잡도 정보를 제공하여 승객의 분포를 분산시키는 대안을 제시하였다. 하지만 위 연구는 여러 가지 대안으로 개략적인 연구를 진행함으로서 대안들의 구체적인 활용방법 제시가 부족하다는 점에서 한계가 있다.
향후 연구에서는 제안한 시스템의 실증 분석 방법으로 ABMS(Agent-Based Modeling and Simulation)기법을 활용하여 승객들의 동선 분포를 파악한 혼잡도 개선 효과에 대한 연구를 진행하여 실제 지하철 이용승객의 편의 향상과 혼잡도 개선을 위한 대안 제시에 크게 기여하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하철이란 무엇인가?
지하철이란 대도시에서 교통의 혼잡을 완화하고, 빠른 속도로 운행하기 위한 지하철도를 의미한다.
지하철 내의 혼잡도가 계속 증가하고 있는 이유는 무엇인가?
우리나라에는 1974년, 서울 1호선 개통을 시작으로일일 7,289천 명을 수송하는 가장 중요한 교통수단 역할을 하고 있다. 이처럼 서울 지하철은 2011년 이후로 지속적으로 증가하는 수송인원을 처리하고 있지만, 제한된 지하철 용량과 배차시간 때문에 지하철 내의 혼잡도는 계속 증가하고 있는 실정이다.
지하철 내의 혼잡도를 해결하기 위해 서울시는 어떤 개선사업을 시행하였는가?
이를 해결하기 위한 방안으로 서울시는 서울역, 시청역, 교대역 등 12개의 승강장에 우회통로 건설 등의 혼잡승강장 구조 개선사업을 시행하고 있다. 하지만 이러한 사업은 한 승강장 당 평균 186억 원의 대규모 공사비에 비해 미미한 개선 효과를 보이면서 혼잡도 개선을 위한 차선책이 필요한 실정이다.
참고문헌 (9)
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Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, "R&D Report on Improvement of Subway Station Utilization Efficiency", pp.1-205, Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, June, 2012.
Seoul Metropolitan City, "A Review of the Congestion Relief Plan on Current Subway Lines", Chapter 14, Integrated Development Plan for the Seoul Subway Master Plan for 10 Years, Seoul Metropolitan City, June, 2013.
R. H. Jung, J. H. Chung, "Analysis of Route Choice Behavior in Subway Stations", Seoul City Research, pp. 203-214, June 2015
J. H. Park, S. H. Oh, J. H. Rhee, "A Study on the Analysis of Walking Behavior in Transfer Stations after the Improvement of Walking Environment", Korean Society of Civil Engineers Journal, pp. 189-196 May, 2012
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