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고속도로 구간별 통행속도의 패턴과 영향에 따른 군집분석
Cluster analysis for highway speed according to patterns and effects 원문보기

응용통계연구 = The Korean journal of applied statistics, v.29 no.5, 2016년, pp.949 - 960  

김병수 (인제대학교 통계학과) ,  안소영 (인제대학교 통계학과) ,  손정민 (인제대학교 통계학과) ,  박혜미 (인제대학교 통계학과)

초록
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본 논문은 고속도로 전 구간에 대해 2년간(2014년 1월-2015년 12월) 15분 단위로 관측한 고속도로 통행속도 데이터(VDS)를 사용하였다. 본 연구의 첫 번째 목적은 월 요일 시간대의 시간변수에 따라 반복적으로 나타나는 패턴이 비슷한 구간들의 군집을 구하는 것이다. 115개의 시간변수를 주성분분석으로 축약한 후 군집분석을 한 결과 시간변수에 따라 다양한 패턴을 보이는 군집들을 얻었으며, 이 결과는 실시간이 아닌 미래의 통행속도 예측을 위한 모형을 만드는데 활용될 수 있다. 두 번째 목적은 통행속도에 있어서 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 주고받는 등 밀접한 관계가 있는 같은 영향권에 있는 구간들을 묶기 위해 군집분석을 하는 것이다. 구간끼리의 순수한 영향 정도를 보기 위해 각 구간별로 통행속도에 대한 백색화한 후 계산한 교차상관함수를 이용하여 군집분석을 하였다. 군집분석 결과 지리적으로 가까운 군집들이 다수 도출되었으며, 이 결과는 실시간 예측에 도움이 될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper uses all sections of highway data (VDS) for two years (Jan. 2014-Dec. 2015), with 15 minute units. The first purpose of this study is to find clusters with similar patterns that appear repeatedly with time variables of month, week and hour. The cluster analysis results indicate a variety ...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 두 번째 목적은 통행속도에 있어서 직접적으로 또는 간접적으로 영향을 주고받는 등 밀접한 관계가 있는 같은 영향권에 있는 구간들을 묶기 위해 군집분석을 하는 것이다. 구간끼리의 순수한 영향 정도를 보기 위해 통행속도에 대한 1차 차분으로 사전 백색화를 하였고 시차 k에 대해 ±4의 범위 내에서 계산한 교차상관함수의 최댓값과 그 때의 시차인 최대시차를 도출하였다.
  • 본 논문은 고속도로 통행속도 예측을 위한 사전작업으로 통행속도에 따라 구간들을 묶기 위해 군집분석을 하였다. 연구를 위해 사용한 자료는 한국도로공사에서 제공하는 15분 단위로 관측된 고속도로 통행속도(VDS) 자료 중에서 2년간(2014년 1월–2015년 12월)의 자료이다.
  • 대규모의 전국 고속도로 통행속도 자료를 이용하여 고속도로 통행속도 패턴과 영향 정도를 이용하여 군집분석을 한 것이 본 논문의 가장 큰 성과이다. 본 논문은 미래의 특정한 일시 또는 실시간의 통행시간 예측을 위한 기반을 마련하기 위한 것이고 예측 그 자체에 초점이 맞춰져 있지는 않다. 따라서 명절이나 사고와 같은 특이한 상황 또는 이상치에 대한 고려를 하지 않았다.
  • 각 구간의 통행속도는 구간마다 다른 통행속도의 수준, 월·요일·시간대와 같은 시간변수에 따라 반복적으로 나타나는 패턴, 휴가와 명절과 같이 특정한 일시에 나타나는 효과, 사고나 작업과 같이 실시간으로 일어나는 사건에 의한 효과 등 다양한 요인에 의해서 결정된다. 본 논문의 목적은 평상시의 통행속도를 분석하는 것이므로 시간변수에 따른 패턴의 효과만 고려하였다. 구간마다 다른 통행속도의 수준은 고려 대상이 아니며 구간 자료들을 통합하여 분석하기 위해 이후의 분석에서는 각 구간별로 평균속도를 뺀 자료를 사용하였다.
  • 본 연구의 목적은 전국의 고속도로 자료를 이용하여 월·요일·시간대의 시간변수에 따라 반복적으로 나타나는 패턴이 비슷한 구간들의 군집을 구하는 것과, 통행속도에 있어서 직접 또는 간접적으로 영향을 주고받는 등 밀접한 관계가 있는 같은 영향권에 있는 구간들을 묶기 위해 군집분석을 하는 것이다.
  • 첫 번째 목적은 월·요일·시간대의 시간변수에 따라 반복적으로 나타나는 패턴이 비슷한 구간들의 군집을 구하는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고속국도법 제2조에 따른 고속도로란 무엇인가? 고속국도법 제2조(용어의 정의)에 의하면 고속도로는 중요한 도시를 연결하는 자동차 전용의 고속교통에 속하는 도로이며 1968년에 경인고속도로가 개통된 이래로 2015년 12월 기준으로 42개 노선에 1,066개 구간이 있다. 고속도로 통행량은 꾸준히 증가하고 있으며(2010년 13.
교통 정보의 필요성이 대두되는 이유는 무엇인가? 고속국도법 제2조(용어의 정의)에 의하면 고속도로는 중요한 도시를 연결하는 자동차 전용의 고속교통에 속하는 도로이며 1968년에 경인고속도로가 개통된 이래로 2015년 12월 기준으로 42개 노선에 1,066개 구간이 있다. 고속도로 통행량은 꾸준히 증가하고 있으며(2010년 13.77억대, 2014년 15.46억대; Korea Expressway Corporation, 2015), 이에 맞춰 고속도로도 신설 및 확장이 지속적으로 진행되고 있으나 늘어나는 고속도로 이용 수요를 충족시키기에는 역부족이기 때문에 정확하고 풍부한 교통정보의 필요성이 대두되고 있다. 이런 필요에 따라 TV, 라디오, 인터넷, 스마트폰, 도로전광표지(variable message sign; VMS) 등의 많은 도로관련 정보 매체들이 실시간으로 교통 정보를 제공하고 있으며, 컴퓨터 기술의 발달로 차량검지기시스템(vehicle detection system; VDS), 고속도로 통행료 수납 시스템(toll collection system; TCS), 단거리무선통신(dedicated short range communication; DSRC) 등을 이용하여 많은 교통 관련 데이터들이 수집되고 있다.
교통 관련 데이터는 어떠한 방식으로 수집 되고 있는가? 46억대; Korea Expressway Corporation, 2015), 이에 맞춰 고속도로도 신설 및 확장이 지속적으로 진행되고 있으나 늘어나는 고속도로 이용 수요를 충족시키기에는 역부족이기 때문에 정확하고 풍부한 교통정보의 필요성이 대두되고 있다. 이런 필요에 따라 TV, 라디오, 인터넷, 스마트폰, 도로전광표지(variable message sign; VMS) 등의 많은 도로관련 정보 매체들이 실시간으로 교통 정보를 제공하고 있으며, 컴퓨터 기술의 발달로 차량검지기시스템(vehicle detection system; VDS), 고속도로 통행료 수납 시스템(toll collection system; TCS), 단거리무선통신(dedicated short range communication; DSRC) 등을 이용하여 많은 교통 관련 데이터들이 수집되고 있다. 또한 차량의 내비게이션(navigation)과 스마트폰의 앱 등은 길을 안내하는 기능 뿐 아니라 속도를 예측하는 정보를 제공하고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. AASHTO (1994). A Policy on Geometric Design of Highway and Streets, Washington, D.C. 

  2. Cho, J., Kim, B., Kim, S., and Kang, W. (2011). Development of a daily pattern clustering algorithm using historical profiles, Journal of the Korea Institute of ITS, 10, 11-23. 

  3. Choi, B., Kang, H., Lee, S., and Han, S. (2009). A study for traffic forecasting using traffic statistic information, The Korean Journal of Applied Statistics, 22, 1177-1190. 

  4. Flaherty, J. (1993). Cluster analysis of Arizona automatic traffic record data, Transportation Research Record, 1410, 93-99. 

  5. Kim, S. and Cho, J. (2008). A comparative study on a hierarchical clustering method for road classification by traffic characteristics, Journal of Engineering & Technology, 17, 49-58. 

  6. Korea Expressway Corporation (2015). 2014 highway traffic statistics. 

  7. Lee, J., Do, M., Kim, S., and Ryu, S. (2003). Real-time adjustment of traffic volume-based on the national highway route 3, The Korean Journal of Applied Statistics, 16, 203-215. 

  8. Lee, M., Lee, S., Namkoong, S., and Choi, K. (2014). Study on the classification methodology for DSRC travel speed patterns using decision trees, Journal of the Korea Institute of ITS, 13, 1-11. 

  9. Wei, W. W. (2006). Time Series Analysis (2nd Ed.), Addison-Wesley, Redwood City, California. 

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