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[국내논문] 시뮬레이션을 활용한 편도 카쉐어링 시스템의 최적 운영 조건 및 차량 재배치 알고리즘에 대한 연구
Simulation of One-way Carsharing Systems : Operating Parameters and Relocation Policy Analysis 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.42 no.3, 2019년, pp.61 - 69  

박세준 (강원대학교 에너지자원.산업공학부) ,  유우연 (명지대학교 산업경영공학과) ,  박윤선 (명지대학교 산업경영공학과)

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The concept of carsharing involves sharing a small number of reserved cars to be used individually by a larger number of people as required. This study examines the operating parameters of one-way carsharing systems in order to determine the appropriate operating conditions that minimizes the lost s...

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문제 정의

  • 카쉐어링 시스템에서 높은 서비스 수준을 제공함과 동시에 운영의 효율성을 향상시키기 위해서는 카쉐어링 시스템의 운영 요인들에 대한 적절한 수준이 설정되어야 한다. 본 연구의 목적은 편도 카쉐어링 시스템의 판매손실률을 최소화하기 위한 운영 요인들의 최적 수준을 결정하는 것이다. 시스템을 효율적으로 운영하기 위한 다양한 운영 요인들의 영향을 파악하기 위해서 시뮬레이션 모델이 개발되었다.
  • 본 연구에서는 카쉐어링 시스템에 대한 모의실험을 수행하기 위해서 비주얼 베이직 프로그램을 활용한 이산 사건 시뮬레이션 모델이 개발되었다. 시뮬레이션 모델에서 각 대여소에 도착하는 고객의 도착률과 차량의 대여 기간은 확률적 분포를 가진다고 가정하였다.
  • 본 연구는 편도 카쉐어링 시스템의 판매손실률을 최소화하기 위한 최적의 운영 조건의 조합을 결정하기 위해서 다섯 가지의 운영 요인들이 시스템의 성과에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 검토한 운영 요인은 차량 대여소의 수, 대여소 당 평균 차량 수, 편도 대여 비율, 대여소 당 평균 차량 재배치 직원 수, 그리고 차량 재배치 전략이다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 편도 카쉐어링 시스템이 고려된다. 카쉐어링 대여소는 지리적으로 분포되어 있으며, 모든 대여소는 동일한 수의 차량을 보유하고 있다고 가정한다. 고객은 예약 없이 대여소에 도착하여 대여를 하며, 만약 고객 도착 시 이용 가능한 차량이 없으면 대기하지 않고 대여를 하지 않는다고 가정한다.
  • 카쉐어링 대여소는 지리적으로 분포되어 있으며, 모든 대여소는 동일한 수의 차량을 보유하고 있다고 가정한다. 고객은 예약 없이 대여소에 도착하여 대여를 하며, 만약 고객 도착 시 이용 가능한 차량이 없으면 대기하지 않고 대여를 하지 않는다고 가정한다. 그러므로, 고객이 도착했을 때 이용 가능한 차량이 없는 경우는 판매 손실이 발생한 것으로 고려된다.
  • 2. 일일 카쉐어링 수요는 동일하다고 가정한다.
  • 3. 차량의 유지보수와 청소 작업은 고려하지 않는다.
  • 4. 고객은 항상 대여 시간 종료 전에 그들이 지정한 반납장소에 반납한다.
  • 이와 같은 경우를 ‘차량 추가를 위한 재배치’라 표현하였다. 차량 추가를 위해서 다른 대여소로부터 차량을 가져올 경우에 차량을 보내는 대여소의 차량의 수가 차량을 보낸 이후에도 여전히 하한 한계선 이상인 경우에만 차량을 보내는 것을 허용하는 것으로 설정하였다.
  • 본 연구에서는 카쉐어링 시스템에 대한 모의실험을 수행하기 위해서 비주얼 베이직 프로그램을 활용한 이산 사건 시뮬레이션 모델이 개발되었다. 시뮬레이션 모델에서 각 대여소에 도착하는 고객의 도착률과 차량의 대여 기간은 확률적 분포를 가진다고 가정하였다. 고객의 도착 간격 시간은 지수적으로 분포한다고 가정하였다.
  • 시뮬레이션 모델에서 각 대여소에 도착하는 고객의 도착률과 차량의 대여 기간은 확률적 분포를 가진다고 가정하였다. 고객의 도착 간격 시간은 지수적으로 분포한다고 가정하였다. 각 대여소의 고객 도착률은 시간 당 U(2/3, 4/3) 고객의 균일 분포를 따른다고 가정하였다.
  • 고객의 도착 간격 시간은 지수적으로 분포한다고 가정하였다. 각 대여소의 고객 도착률은 시간 당 U(2/3, 4/3) 고객의 균일 분포를 따른다고 가정하였다. 따라서, 평균 고객의 도착률은 시간 당 1명이다.
  • 한편, 고객의 차량 대여 시간은 최소 2시간의 대여 시간과 최대 6시간의 대여 시간을 가지는 N(4, (2/1.96)^2) 시간의 절미 정규 분포를 따른다고 가정하였다. 여기서,2/1.
  • 첫 번째 고려하는 요인은 카쉐어링 시스템의 차량 대여소의 수이다. 본 시뮬레이션에서 고려하는 최대 대여소의 수는 25개로 이는 서울시의 각 구 별로 하나의 편도 차량대여소를 운영한다는 가정하에서 설정되었다. 대여소는 각 구의 중앙에 위치한 것으로 가정하였다.
  • 본 시뮬레이션에서 고려하는 최대 대여소의 수는 25개로 이는 서울시의 각 구 별로 하나의 편도 차량대여소를 운영한다는 가정하에서 설정되었다. 대여소는 각 구의 중앙에 위치한 것으로 가정하였다. 차량 대여소의 수가 운영 효율성에 미치는 영향을 고려하기 위해서 대여소의 수는 5개, 10개, 15개, 20개, 25개의 다섯 수준을 고려하였다.
  • 대여소 간에 차량을 재배치하기 위해 소요되는 시간은 서울 시내의 평균적인 교통 상황을 가정하여 설정되었다. 두 대여소 간의 최소, 평균, 그리고 최대 재배치 시간은 각각 11분, 41.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
카쉐어링 시스템은 차량의 반납 형태에 따라서 어떻게 구분할 수 있는가? 카쉐어링 시스템은 차량의 반납 형태에 따라서 왕복 카쉐어링 시스템과 편도 카쉐어링 시스템으로 구분할 수 있다. 전통적인 카쉐어링 시스템은 대여한 동일한 장소에 반납을 하는 왕복 카쉐어링 시스템으로 운영되었다.
카쉐어링의 장점은 무엇인가? 카쉐어링 시스템은 일반적으로 단거리의 짧은 시간의 이용을 위해서 차량을 대여한다는 점에서 전통적인 렌터카 시스템과 차이를 보인다. 카쉐어링의 장점으로는 개인적으로 차량을 소유하는 것과 관련된 비용을 줄이고 차량 정체를 감소시키며 도시의 공기를 좋게 하고 주차공간을 줄일 수 있다는 것을 들 수 있다.
차량 재배치 전략은 어떻게 분류할 수 있는가? 이와 같은 차량 재배치 전략은 세 가지 카테고리로 분류할 수 있다. 첫 번째는 사용자 기반 차량 재배치전략으로 차량 재배치를 위한 가격 보상 등의 인센티브 제도를 통해 사용자 스스로가 차량을 재배치하도록 유도하는 방법이다[4, 6]. 두 번째 전략은 카쉐어링 회사에서 차량 재배치를 위한 직원을 고용하여 이들 직원들이 재배치를 하는 방법이다[2, 11, 12, 13]. 마지막 전략은 자율 주행 기술의 발달에 기인하여 최근 문헌에 나타난 전략으로 자율 주행 차량이 스스로 재배치를 하는 전략이다[3].
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참고문헌 (15)

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  2. 10.1016/j.sbspro.2014.01.034 Bruglieri, M., Colorni, A., and Lue, A., The vehicle relocation problem for the one-way electric vehicle sharing : an application to the Milan case, Procedia-Social and Behavioral Sciences , 2014, Vol. 111, pp. 18-27. 

  3. 10.1007/s12544-013-0118-9 Cepolina, E.M. and Farina, A., A methodology for planning a new urban car sharing system with fully automated personal vehicles, European Transport Research Review , 2014, Vol. 6, No. 2, pp. 191-204. 

  4. 10.1007/978-3-642-38697-8_14 Clemente, M., Fanti, M.P., Mangini, A.M., and Ukovich, W., The vehicle relocation problem in car sharing system : modeling and simulation in a petri net framework, International Conference on Applications and Theory of Petri Nets and Concurrency , Springer Berlin Heidelberg, 2013, pp. 250-269. 

  5. 10.1016/j.tre.2011.06.003 Correia, G.H.A. and Antunes, A.P., Optimization approach to depot location and trip selection in one-way carsharing systems, Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review , 2012, Vol. 48, No. 1, pp. 233-247. 

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  7. 10.1016/j.scs.2017.09.020 Ferrero, F., Perboli, G., Rosano, M., and Vesco, A., Carsharing services : An annotated review, Sustainable Cities and Society , 2018, Vol. 37, pp. 501-518. 

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  9. 10.18757/EJTIR.2013.13.3.2999 Jorge, D. and Correia, G., Carsharing systems demand estimation and defined operations : a literature review, European Journal of Transport and Infrastructure Research , 2013, Vol. 13, No. 3, pp. 201-220. 

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  12. 10.1016/j.tre.2008.02.008 Kek, A.G.H., Cheu, R.L., Meng, Q., and Fung, C.H., A decision support system for vehicle relocation operations in carsharing systems, Transportation Research Part E , 2009, Vol. 45, No. 1, pp. 149-158. 

  13. 10.1007/978-3-319-09147-1_46 Lee, J. and Park, G., Design of a relocation staff assignment scheme for clustered electric vehicle sharing systems, International Conference on Computational Science and Its Applications , Springer International Publishing, 2014, pp. 639-651. 

  14. 10.11627/jkise.2016.39.2.028 Lee, K.-Y., Lee, H.-S., Hong, W.-H., and Ko, S.-S., The optimization of one-way car-sharing service by dynamic relocation : Based on PSO algorithm, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering , 2016, Vol. 39, No. 2, pp. 28-36. 

  15. 10.5038/2375-0901.17.1.6 Rhee, J., Alfian, G., and Yoon, B., Application of simulation method and regression analysis to optimize car operations in carsharing service : a case study in South Korea, Journal of Public Transportation , 2014, Vol. 17, No. 1, pp. 121-160. 

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