대중교통 노선 신설을 위한 수단, 경로 및 빈도 결정 모형

Abstract

신규 대중교통 노선을 계획할 때에는 이로 인한 사회전체의 비용 변화는 물론, 이에 영향을 주는 이용자의 행태 변화를 동시에 고려해야 한다. 기존 지침 에서는 기종점이나 수단 등을 임의로 결정하고 이에 따른 최적 노선 경로 및 빈도 등을 순차적으로 결정하도록 하여, 지역해에 빠지는 경우가 많다. 또한, 기존 연구들에서는 수단분담을 전혀 반영하지 않거나, 일부만 반영하여 이용자 행태를 적절히 모사하지 못하고 있다. 이용자 행태 및 이로 인한 사회적 비용 변화를 모두 고려하기 위하여, 이용자 행태에 영향을 주는 주요 변수인 대중교통 노선의 수단, 경로, 빈도 등의 결정변수들을 동시에 결정하는 방법론 개발이 필요하다. 본 연구에서는 먼저 대중교통 수단의 노선, 수단, 빈도를 설계변수로 설정하고, 이에 따른 통행시간비용 및 각 수단특성에 따른 운영비용, 건설비용을 산출하여 총 비용을 최소화할 수 있는 설계모형을 구축하였다. 이 때 노선 및 수단 성능이 변화함에 따른 수요의 변화를 고려하기 위하여 수단분담을 포함한 통행배정모형을 하위모형으로 구축하였다. 또한 본 이산형 대중교통망 설계문제를 풀이하기 적합한 메타휴리스틱 방법론을 제시하고, 수행시간을 단축하면서도 근사해를 산출할 수 있도록 하는 알고리즘 개선방법을 개발하였다. 이를 예제 네트워크에 적용하여, 노선, 수단, 빈도는 모두 이용자의 통행행태 결정에 영향을 주는 요소들로서 단독적으로 결정하는 것 보다는 복합적으로 고려할 경우에 보다 나은 해를 산출할 수 있음을 보였다. 또한 승용차 통행수요와 함께 고려하며, 특히 수단분담을 통해 수요가 달라지는 바를 정확히 반영해야 합리적이면서도 현실적인 해를 도출할 수 있음을 보였다.

When planning a new transit line, two things should be considered at the same time. One is how much social costs can be reduced by constructing the line. Social costs can be total travel time, auto and transit operating cost, and construction cost. Another is how people's behavior will be changed. When a man decides his travel path, he needs information about travel costs of all possible paths. Travel cost information about auto trip includes travel time, gas toll and so on. Transit travel information includes in-vehicle travel time, access time and fee, and this is decided by mode, route, frequency of transit lines. The purpose of this dessertation is to design mode-route-frequency decision model for a new transit line. To consider system optimum and users' behavior together, a bi-level model is designed. Upper model is system optimum model, bottom model is user equilibrium model. Decision variables of upper model are mode, route, and frequency, and decision variables of bottom model are OD flow of each mode and link flow. This model is a discrete network design problem(DNDP). It is hard to solve this model mathematically, a meta-heuristic algorithm is proposed. Modified simulated-annealing(SA) algorithm developed in this dessertation is a method preventing falls in local solution. Results show that the proposed model and algorithm performs better than existing guidelines of transit line construction. This model can imitate people's behavior realistically when a new transit line is added, because it decides the mode, route and frequency of a transit line simultaneously. And the solution can be calculated in reasonable time using modified SA algorithm.