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대중교통 통행배정을 위한 링크기반 확률적 알고리즘 연구: 도시철도 통행배정을 대상으로 : A Link-based Stochastic Algorithm for Transit Assignment: Results from the Urban Railway System in Seoul

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Authors
정동재
Advisor
장수은
Major
환경대학원 환경계획학과
Issue Date
2012-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
대중교통 통행배정링크기반 결정적 통행배정링크기반 확률적 통행배정경로기반 확률적 통행배정Dial 알고리즘
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 환경대학원 : 환경계획학과, 2012. 8. 장수은.
Abstract
대중교통 통행배정 알고리즘은 전통적인 승용차 통행배정 알고리즘의 분류 방법과 마찬가지로 통행자의 인지오차 고려여부에 따라 결정적 통행배정 알고리즘과 확률적 통행배정 알고리즘으로 분류할 수 있다. 또한 분석단위가 링크인지 경로인지에 따라 다시 링크기반 통행배정 알고리즘과 경로기반 통행배정 알고리즘으로 나뉜다.
현재 표준적으로 사용하고 있는 대중교통 통행배정 알고리즘은 링크기반 결정적 통행배정 알고리즘과 경로기반 확률적 통행배정 알고리즘이다. 그런데 두 알고리즘은 각각 통행자의 경로선택에 대한 결정론적인 가정과 분석단위가 경로라는 측면에서 결함이 나타난다. 본 연구는 위의 두 알고리즘의 한계점을 극복하기 위한 대안으로 링크기반 확률적 통행배정 알고리즘을 제안한다. 특히 링크기반 확률적 통행배정 알고리즘 중에서도 가장 대표적인 Dial 알고리즘을 통해서 그 적합성을 살펴본다. 이에 앞서, 승용차 통행배정을 목적으로 고안된 Dial 알고리즘을 대중교통 통행배정에 적용하기 위하여 대중교통의 특징적인 통행특성인 환승통행을 반영할 수 있는 네트워크 표현방식을 구축한다. 또한 전통적 Dial 알고리즘은 개별 출발지-도착지 쌍 별로 경로분석을 함에 있어 취약점을 갖는데, 이러한 한계점을 해결하기 위하여 Dial 알고리즘을 수정 및 보완한다. 파라미터 의 정산은 Robillard(1974)의 정산 방법을 준용하여 실시한다.
링크기반 결정적 통행배정 알고리즘, 경로기반 확률적 통행배정 알고리즘, 링크기반 확률적 통행배정 알고리즘의 적합성을 살펴보기 위하여 각 유형별 대표적인 알고리즘인 최적전략 알고리즘, 로짓기반 알고리즘, 본 연구를 통해 수정 및 보완된 Dial 알고리즘을 예제 네트워크와 실제 수도권 도시철도 네트워크에 적용해 본다. 이를 통해 링크기반 확률적 통행배정 알고리즘 적용에 대한 당위성을 논의한다.
먼저, 링크기반 결정적 통행배정 알고리즘인 최적전략 알고리즘은 대중교통 이용자의 통행행태를 설명하기 위하여 승차시간, 대기시간 인자, 대기시간 가중치, 승차시간 가중치, 접근시간 가중치 등 이용자 중심적인 다수의 변수와 파라미터를 사용하고 있지만 전량배정방식이 전제하는 결정론적인 가정때문에 이용자의 통행행태를 설명하는데 한계가 있다. 특히 경로선택 확률이 노선의 운행빈도 비율의 함수로서 다른 서비스 수준은 고려하지 못하기 때문에 배차간격이 비슷하고, 이용자의 경로선택에 영향을 미치는 요소가 많은 복잡한 수도권 도시철도 네트워크 분석에 부적합한 것으로 판단된다.
경로기반 확률적 통행배정 알고리즘은 통행자들이 같은 경로를 사용하더라도 그 통행시간을 다르게 인지한다고 가정함으로써 링크기반 결정적 통행배정 알고리즘의 결정론적인 가정을 완화한다. 그러나 이용자의 경로선택에 영향을 미치는 속성변수가 상당히 많아서 효용함수의 추정은 시간 및 비용이 많이 소요되는 어려운 작업이며, 그 결과에 따라 통행배정 결과가 민감하게 달라지는 한계점을 살펴볼 수 있다. 아울러, 경로기반 확률적 통행배정 알고리즘은 분석단위가 경로이기 때문에 출발지-도착지 사이에 존재하는 모든 경로를 나열(enumeration)해야하는 문제가 발생한다. 많은 수의 링크와 노드로 구성된 대규모 네트워크에서는 출발지와 도착지 간에 무수히 많은 경로가 존재하기 때문에 모든 경로를 나열하는 것은 사실상 불가능하다. 또한 통행자들이 경로를 선택할 때 고려하지 않는 경로에도 선택확률을 배분함으로써 그만큼의 오차가 발생할 수 있다.
반면에, 링크기반 확률적 통행배정 알고리즘인 Dial 알고리즘은 링크기반 결정적 통행배정 알고리즘과 경로기반 확률적 통행배정 알고리즘의 내재적 결함을 극복한다. 파라미터 를 통해 인지오차를 반영하고 단일 경로에 전량배정하는 문제점을 완화한다. 또한 비합리적인 경로를 효율적 경로의 정의를 통해 사전에 제거하고, 링크와 노드 정보만을 이용하여 링크의 이용확률을 계산함으로써 경로나열 문제를 해결한다. 게다가 많은 변수를 요구하지 않으면서도 실제 대중교통 통행특성을 유연하게 묘사하고 이례적인 통행특성이 나타나는 구간에서도 범용적으로 적용할 수 있는 장점을 갖는다.
Transit assignment algorithm, as in the case of conventional vehicle traffic assignment algorithm classification, can be classified into deterministic assignment algorithm and stochastic assignment algorithm depending to variations in individual perceptions of passengers. In addition, it can be further classified into link-based assignment algorithm and path-based assignment algorithm depending on link or path unit of analysis.
The link-based deterministic algorithm and the path-based stochastic algorithm are standard transit assignment algorithms currently being used. However, these two algorithms have flaws in their respective aspects of the 'deterministic' supposition on the route choice of passengers and the path-based unit of analysis. This study proposes link-based stochastic algorithm as an alternative for overcoming the limitation of the two algorithms above. Dial's algorithm, which is the main representative link-based stochastic algorithm, will be applied to transit network to examine appropriateness of link-based stochastic algorithm. Prior to this, network representation will be proposed that can consider transfer, which is a particular characteristic of public transportation, since Dial's algorithm has been design for the purpose of vehicle traffic assignment. In addition, a revised algorithm will be developed that can solve the limitation of the conventional Dial's algorithm that has the vulnerability in the path analysis according to a single-origin-destination pair. It will be conducted by applying the calibration method of Robillard(1974) for the calibration of parameter .
For the purpose of examining the feasibility of link-based deterministic algorithm, path-based stochastic algorithm and link-based stochastic algorithm, their respective representative algorithms - optimal strategy algorithm, logit-based algorithm and the revised Dial's algorithm of this study - will be applied example network and actual urban railway network in Seoul through which appropriateness of the application of link-based stochastic algorithm will be discussed.
First off, optimal strategy algorithm, which is a link-based deterministic algorithm, is using multiple passenger-oriented variables and parameters, such as boarding time, wait time factor, wait time weight, boarding time weight and auxiliary time weight, to explain the trip behavior of passengers, but it has a limitation in explaining the trip behavior of passengers because of its deterministic supposition all-or-nothing assignment premise. It was revealed to be unfit for analyzing complex urban railway network with optimal strategy algorithm that calculates path selection probability by function of service frequency because urban railways headway is similar and it cannot consider other level of service. But there are many factors that affect the passengers path selection.
Path-based stochastic algorithm alleviated the 'deterministic' supposition of link-based deterministic algorithm through its supposition that assumes that passengers perceive trip time differently even if they use the same path. However, estimation of utility function is a very difficult task that requires much time and cost because of many variables that affect passengers path selection, and its limitation of the assignment result responding sensitively and changing according to the result was estimated. In addition, the issue of having to enumerate every path that exists between origin and destination arises in path-based stochastic algorithm since its unit of analysis is 'path'. Since countless paths exist between origin and destination in large network that consist of many links and nods, it is, in fact, impossible to enumerate every path. Additionally, allocating probability also in paths that passengers do not consider when selecting path can cause errors.
On the other hand, Dial's algorithm, which is a link-based stochastic algorithm, overcomes the intrinsic flaw of link-based deterministic algorithm and path-based stochastic algorithm. It alleviated the issue of all-or-nothing assignment and reflecting variability in perceptions through parameter . In addition, it solved the path enumeration issue since it is a link-based algorithm that eliminates irrational paths through the definition of efficient paths and calculates the probability of use of link by using exclusively link and node information. Furthermore, its advantages were found in being able to flexibly describe trip behavior of public transportation while not requiring many variables, as well as being able to extensively apply it also in the O-D pairs where unusual trip characteristics appear.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/129807
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Appears in Collections:
Graduate School of Environmental Studies (환경대학원)Dept. of Environmental Planning (환경계획학과)Theses (Master's Degree_환경계획학과)
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