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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 지침 및 보고서의 공시된 지표를 활용하여 Impedance을 설정하고 이를 거리당 비용으로 화폐화하여, 기존 경로 탐색 알고리즘에 안전 및 환경관련 비용을 추가 고려한 경로를 도출하고자 한다.
- 본 연구는 저항값을 산정하여 경로탐색에서 안전, 환경을 고려한 경로를 도출하였다. 안전, 환경을 고려한 타 경로탐색 알고리즘 검증 시 활용이 가능하며, 향후 스마트폰 Application에 이용자 선호도에 따른 안전, 환경에 경로 탐색 알고리즘을 활용하여 이용자들에게 매우 유용한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 통해 이용자 친화적인 측면의 정보제공 질 향상을 도모할 수 있다.
- 본 연구에서는 Timetable-based assignment기법의 Branch & Bound 알고리즘을 활용하여 경로를 도출하고자 하며, 안전 및 환경관련 Impedance를 거리대비 비용으로 환산하여 경로탐색 알고리즘에서 요금 저항값을 추가로 부여하여 경로를 도출하고자 한다.
- 본 연구에서는 공시된 지침 및 연구보고서의 원단위를 활용하여 Impedance를 산정하고자 한다.
- 기존 경로선택 알고리즘은 통행거리, 통행시간, 비용 등의 계수로 최단경로를 탐색한다. 본 연구에서는 기존알고리즘에 이용자 선호에 따른 안전, 환경 계수를 추가 고려하여 경로를 탐색하고자 한다.
- 본 연구에서는 대전광역시를 대상으로 안전, 환경 Impedance에 따른 경로를 도출하였다. 공시된 자료의 한계로 안전 Impedance의 경우 도로유형별로 도출하였으며, 환경의 경우 수단별로 분석하였다.
제안 방법
- VISUM을 구축하여 경로탐색 분석을 시행하고자 한다. 대중교통 최적노선을 분석할 시 대상지의 네트워크(교통망)가 필요하며, KTDB 네트워크와 Navigation 네트워크, 국가 표준 Node/Link를 활용하여 네트워크를 구축하고 수정작업 시행하였다.
- 경로를 도출하기 위해 Macro Simulation(VISUM)에 대상지 Network와 대중교통현황을 구축하고 이를 통행 거리에 따른 사고, 환경 비용을 부과하여 안전, 환경을 고려한 최소화 비용에 따른 최적경로를 도출하고자 한다.
- 본 연구에서는 대전광역시를 대상으로 안전, 환경 Impedance에 따른 경로를 도출하였다. 공시된 자료의 한계로 안전 Impedance의 경우 도로유형별로 도출하였으며, 환경의 경우 수단별로 분석하였다. 따라서 안전 및 환경 Impedance의 기준이 달라 향후 안전적이면서 친환경적인 경로를 도출하기 위해 두 가지의 Impedance가 혼합된 적용방안에 대한 연구가 필요하다.
- 기존 지침 및 보고서에 공시된 교통사고 및 환경관련 원단위를 활용하여 사망자 수 및 오염물질 배출량 data를 Link 거리당 가중치로 정립한다. 정립된 가중치를 교통사고비용, 온실가스 배출 비용 원단위를 적용하여, 사고 비용 및 환경 비용으로 화폐화한다.
- (2011)은 단순히 최적경로를 찾는 것이 아니라 다양한 변수를 고려하여 속도의 저하를 최소로 막을 수 있는 유전 알고리즘 기반의 경로 탐색 알고리즘을 제안하였다. 노드를 기준으로 무작위로 경로를 설정하여 실험하였으며, 거리 이외에 고려 가능한 요인을 추가한 알고리즘을 설계하였다. 연구의 한계 및 향후 방안으로 기존 경로탐색과 개발알고리즘과의 비교분석이 필요하다 하였다.
- 대기오염 물질 비용 원단위 추정방법은 다양한 방법이 있으나, 도로 철도 부문사업의 예비타당성조사 지침에 제시된 원단위를 적용하였다.
- 대전광역시 내 대중교통수단에 대한 분석을 시행하였으며, 실제 대중교통의 Timetable에 기반한 분석으로 정확성은 높으나, 개인교통수단인 승용차의 수요가 고려되어있지 않아 실제 도로에서 승용차와 버스 혼용으로 인한 혼잡상황이 미반영 되어 있다. 향후 개인교통수단인 승용차와 대중교통인 버스, 도시철도 등 모든 수단의 분석이 필요하다.
- 대전광역시를 대상으로 교통사고 및 오염물질 배출량을 화폐화하고 거리대비 비용으로 환산하여 경로탐색을 실시하였다.
- VISUM을 구축하여 경로탐색 분석을 시행하고자 한다. 대중교통 최적노선을 분석할 시 대상지의 네트워크(교통망)가 필요하며, KTDB 네트워크와 Navigation 네트워크, 국가 표준 Node/Link를 활용하여 네트워크를 구축하고 수정작업 시행하였다.
- 도로교통공단 교통사고분석시스템에서 제공하는 도로유형별 교통사고 발생비율 원단위를 적용하였다. 교통사고 원단위는 차량의 대수와 거리당 사망자 및 부상자수로 환산되어 있다.
- 따라서 안전에 따른 저항값은 도로유형별로 화폐화하였고, 환경은 수단별 온실가스배출량을 화폐화하였으며, 기존 분석알고리즘에 안전, 환경 Impedance Fare(요금)을 가중하여 경로를 도출하였다.
- 따라서, 자료의 한계로 인해 시·군도의 경우 직접 접속되는 도로의 유형을 적용하여 교통사고 발생비율을 임의적으로 산정하였다.
- 또한, 대중교통을 분석하기 위해 노선, 정류장, 수단(지하철, 버스 등), 운행스케줄을 입력하여 대전광역시 대중교통 Network를 구축하였다.
- 또한, 안전 저항값을 평가하기 위한 도로구분이 고속국도, 일반국도, 지방도로 광역단위로만 구분되어있다는 자료상의 한계가 있어, 본 연구에서는 광역단위 도로에 인접한 도로를 기준으로 임의로 시·군도의 가중치를 설정하였다.
- 또한, 위험지역을 종류별로 서로 다른 휴리스틱 가중치를 적용하였다.
- 또한, 저항값이 클수록 보행하여 통행하려는 경향이 있었으며, 이를 보완하고자 보행 최대시간은 20분으로 설정하였다.
- 또한, 환경 Impedance를 고려한 경로의 경우 수단별 온실가스 배출량에 따른 비용을 환산하여 거리당 비용을 가중한 경로를 탐색하였다.
- 사고 저항값을 고려한 경로를 도출하기 위해 도로유형별로 구축된 Link에 교통사고 Impedance을 입력하고 수단별 거리당 요금을 측정할 때, 화폐화한 사고 비용 가중치를 도로유형에 따라 누적하여 사고 Impedance를 고려한 경로를 탐색하였다.
- 시나리오1은 최단경로를 기준으로 환승을 하지 않는 출발지에서 목적지까지의 경로를 도출하였다.
- 시나리오2의 경우 최단경로와 환경에서는 차이가 없었으나, 환경보다 상대적으로 저항값이 높은 사고경로는 저항값을 최소화하기 위해 지하철을 이용하려는 경향이 있으며, 안전경로 시 혼잡하지 않아 저항값이 낮은 도로로 돌아가는 경로를 택하여 요금을 최소화하는 방안으로 경로를 탐색한다.
- 안전 Impedance를 비용으로 환산하기 위해 도로와 철도 Network의 Link당 사상자를 추출하였으며, 이를 도로, 철도 사고비용으로 환산하여 도로, 철도에 따른 사고 저항 값을 산출하였다.
- 선행연구에 따르면, 기존 경로 탐색 알고리즘에 변수를 추가 설정하여 안전한 경로를 도출하였으며, 지역 및 구역에 따라 안전 가중치를 구분하였다. 연구방법으로 선호도 및 안전도에 따른 가중치를 비용으로 전환하여 누적비용에 따라 경로를 탐색하는 방식으로 연구를 진행하였다.
- 이를 구축된 철도 Link의 km당 사고건수 발생 비율을 적용하여 철도 안전 Impedance를 분석한다.
- 교통사고 원단위는 차량의 대수와 거리당 사망자 및 부상자수로 환산되어 있다. 이를 활용하여 Network내 Link 당 통과하는 차량대수 및 Link 거리에 따른 원단위를 적용하여 최종적으로 Network내 도로 유형별 안전 Impedance를 도출한다.
- (2010)은 개미군집 최적화 및 A＊휴리스틱 알고리즘이 융합된 더 안전하고 특정 경로를 선호하는 운전자를 위한 최적경로 탐색 알고리즘을 제안하였다. 주어진 맵의 링크 속성정보를 이용하여 선호도가 높은 링크들로 이루어진 경로는 최소비용 경로라 추정하는 방식으로 각 링크의 사용자 선호도에 따른 경로를 도출하였다.
- 출발지에서 목적지까지 기존경로탐색 알고리즘으로 도출한 최단경로를 기준으로, 최단경로 시의 환승횟수 및 수단에 따라 3가지의 시나리오로 구분하였다.
- 통행발생 주요지역(정류장)의 위치에 따라 Traffic Zone으로 전환하였으며, Zone과 Zone 내 주 출입구와의 Connector를 연결하여 기초 네트워크 작업을 시행하였다.
- 환경 Impedance 수단별 거리대비 발생량을 산정하고 이를 비용으로 환산하여 적용하였다.
대상 데이터
- 교통수단별 온실가스 배출량은 연구에 따라 차이가 발생하여 본 연구에서는 기후 변화대응 철도분야 온실가스 저감방안 연구에서 분석한 수단별 CO2 배출량 자료를 활용하였다.
- 도시철도의 경우 국토교통부 공시자료를 활용하였으며, 철도는 km당 사망자 및 부상자수의 단위로 발생 비율이 산정되어 있다.
- 본 연구는 대전광역시를 대상지로 선정하여 분석을 시행하였다. 대전광역시는 경부고속도로, 호남고속도로, 김천도시고속도로가 외부를 순환하고 있으며, 17번, 4번, 32번 지방도가 내부를 통과하고 있다.
이론/모형
- 경로를 탐색하기 위한 알고리즘은 Shortest-Path 경로탐색 알고리즘과 Branch & Bound 알고리즘을 사용한다.
- 본 연구에서는 Macro Simulation(VISUM)의 대중통분석기법인 Transport-system-based Assignment, Headway-based Assignment, Timetable-based Assignment 기법 중 모든 노선의 운행스케줄을 입력하여 분석을 실시하는 Timetable-based assignment을 활용하여 분석을 시행하였다.
성능/효과
- 대전광역시는 경부고속도로, 호남고속도로, 김천도시고속도로가 외부를 순환하고 있으며, 17번, 4번, 32번 지방도가 내부를 통과하고 있다. 또한, 대전 도시철도 1호선이 도시중앙을 통과하고 있어 다양한 수단(버스, 도시철도) 및 도로유형으로 최적경로탐색 알고리즘 분석에 적합하다 판단된다.
- 최단경로는 최소시간을 기반한 경로로 가장 짧은 통행시간을 보인다. 또한, 저항값을 고려한 안전, 환경 경로에서는 상대적으로 저항값이 작은 지하철 이용하는 시간이 최단경로보다 많았다.
- 사고 및 환경을 고려하였을 때, 저항값이 높은 도로보다 저항값이 적은 지하철를 이용한 통행이 발생되었으며, 더 안전하거나 친환경적으로 가기 위해 우회하더라도 지하철을 이용한 경로로 도출이 되었다. 또한, 환경대비 저항값이 큰 안전의 경우 저항값이 강력하게 적용되어 경로탐색의 경우의 수가 더 작게 추출되는 것으로 분석되었으며, 저항값에 영향을 받지 않는 보행을 활용하여 이동하는 경향을 보였다.
- 사고 및 환경 저항값이 가중된 다양한 경로 중 각 최단경로, 사고, 환경 별 VISUM 분석 시 I-J간 O/D Trips이 가장 높은 경로를 추출하였다.
- 사고 및 환경을 고려하였을 때, 저항값이 높은 도로보다 저항값이 적은 지하철를 이용한 통행이 발생되었으며, 더 안전하거나 친환경적으로 가기 위해 우회하더라도 지하철을 이용한 경로로 도출이 되었다. 또한, 환경대비 저항값이 큰 안전의 경우 저항값이 강력하게 적용되어 경로탐색의 경우의 수가 더 작게 추출되는 것으로 분석되었으며, 저항값에 영향을 받지 않는 보행을 활용하여 이동하는 경향을 보였다.
- 시나리오별 분석을 시행하였을 때, 기존 버스를 이용한 경로에서 저항값이 작은 지하철로 환승 및 수단이 전환되는 것으로 분석되었으며, 환경에 비해 안전의 저항값 단위가 크기 때문에 안전에 의한 영향을 많이 받는 것으로 보인다.
후속연구
- 본 연구에서는 자료 상의 한계점과 분석 방법론 측면에서 다음과 같은 한계를 갖는다. 따라서 이를 보완한 추가적인 연구를 통해 한계점을 극복하고 보다 정확한 분석 결과를 이끌어 낼 수 있을 것이다.
- 셋째, 개인교통수단을 추가 구축하여 실제 대상지내 혼잡 및 도로 내 혼잡 및 지체 등 실제 상황과 유사한 상황을 구축시킨 후 연구하는 방안이 필요하다.
- 본 연구는 저항값을 산정하여 경로탐색에서 안전, 환경을 고려한 경로를 도출하였다. 안전, 환경을 고려한 타 경로탐색 알고리즘 검증 시 활용이 가능하며, 향후 스마트폰 Application에 이용자 선호도에 따른 안전, 환경에 경로 탐색 알고리즘을 활용하여 이용자들에게 매우 유용한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 통해 이용자 친화적인 측면의 정보제공 질 향상을 도모할 수 있다.
- 첫째, 안전지표와 환경지표의 기준을 통일시켜 혼용분석 가능한 연구 방안이 필요하다.
- 대전광역시 내 대중교통수단에 대한 분석을 시행하였으며, 실제 대중교통의 Timetable에 기반한 분석으로 정확성은 높으나, 개인교통수단인 승용차의 수요가 고려되어있지 않아 실제 도로에서 승용차와 버스 혼용으로 인한 혼잡상황이 미반영 되어 있다. 향후 개인교통수단인 승용차와 대중교통인 버스, 도시철도 등 모든 수단의 분석이 필요하다.
- 향후 스마트폰 Application에 이용자 선호에 따른 경로탐색 알고리즘을 도입할 시 안전, 환경에 대한 경로를 선택하여 이용자들에게 매우 유용한 정보를 제공할 수 있으며, 이를 통해 이용자 친화적인 측면의 정보제공 질 향상을 도모할 수 있다.
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