[표지] 1
제출문 3
보고서 요약서 4
요약문 5
SUMMARY 7
Contents 9
목차 10
제1장 연구개발과제의 개요 19
제1절 연구개발 배경 및 필요성 19
1. 연구개발 배경 19
2. 연구개발 필요성 21
3. 정부정책/연구원 미션과의 연계성 23
제2절 연구개발 목표 및 내용 25
1. 연구개발의 최종목표 25
2. 연차별 연구목표 및 내용 26
제2장 국내외 기술개발 현황 33
제1절 선진국의 기술개발 동향 33
1. 중앙제어 방식 하에서의 열차 경합해소 모형 33
2. 지역 분산 기반 제어를 통한 방식 38
3. 열차 중심의 멀티 에이전트 시스템에서의 열차 경합해소 방법론 39
4. Queensland Rail Co. 41
5. DRC 알고리즘 관련 기술 동향 분석 43
제2절 국내 기술개발 동향 45
1. 스마트카드 데이터를 활용한 도시철도 서비스평가 (인천 1호선의 차내 혼잡과 정시성을 중심으로) 45
2. 대중교통카드 자료를 활용한 도시철도 승강장 혼잡도 추정 알고리즘 개발 45
3. 도시철도 승객경로 추적에 관한 연구: 서울지하철 9호선을 중심으로 46
4. 서울메트로 2호선 자동운전을 위한 열차 정차시간 산정에 관한 연구 47
5. 서울지하철 9호선 2단계 개통에 따른 급행열차 선택 및 혼잡도 변화분석 47
6. 교통카드자료 기반 도시철도 승강장의 동적 혼잡도 분석 48
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 51
제1절 자율협업기반 스케줄링 및 동적 경로설정 기술개발 51
1. 동적 경로설정(DRC) 개념 설계 51
2. 자율협업기반 열차 경합해소 알고리즘 56
3. 알고리즘 성능평가 시나리오 구성 79
4. 알고리즘 성능평가 결과 85
5. 자율협업기반 열차 경합해소 소프트웨어 116
제2절 혼잡상황인지 및 동적 열차군 제어 기술개발 147
1. 분석데이터 구축 147
2. 열차 혼잡도 산정 163
3. 열차 지연시간 예측 171
제4장 목표달성도 및 관련분야 기여도 195
제5장 연구개발 결과의 활용 계획 217
제1절 기대효과 217
1. 정량적 기대효과 217
2. 정성적 기대효과 217
제2절 성과활용 및 확산 계획 218
1. 성과활용 계획 218
2. 성과확산 계획 218
참고문헌 219
판권기 223
표 2-2-1. 승강장 CCTV 조사 결과 47
표 3-1-1. 수리모형 TRSi의 input, output, 제약조건[이미지참조] 68
표 3-1-2. 수리모형 TRSi의 집합, 파라미터, 결정변수[이미지참조] 69
표 3-1-3. 각 열차 운행 알고리즘 별로 대응하는 시나리오 81
표 3-1-4. 각 열차 운행 알고리즘 별로 가능한 운행행태 81
표 3-1-5. 실험에 사용된 네트워크 및 열차 정보 81
표 3-1-6. 실험 환경 83
표 3-1-7. 알고리즘 변경에 따른 스케줄 개선 86
표 3-1-8. 개선된 스케줄의 개선 비율 분포 87
표 3-1-9. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 여부 88
표 3-1-10. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 비율 89
표 3-1-11. 역별 평균 지연시간 90
표 3-1-12. 시격에 따른 지연 시간 개선 비율 91
표 3-1-13. 선로 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 91
표 3-1-14. 선로 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 개선 비율 92
표 3-1-15. 열차 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 93
표 3-1-16. 열차 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 개선 비율 94
표 3-1-17. 역에서의 지연 발생에 따른 알고리즘 별 평균 지연시간 95
표 3-1-18. 역에서의 지연 발생에 따른 알고리즘 별 평균 지연시간 개선 비율 95
표 3-1-19. 알고리즘 변경에 따른 스케줄 개선 96
표 3-1-20. 개선된 스케줄의 개선 비율 분포 97
표 3-1-21. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 여부 98
표 3-1-22. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 비율 99
표 3-1-23. 역별 평균 지연시간 100
표 3-1-24. 시격에 따른 지연 시간 개선 비율 101
표 3-1-25. 선로 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 101
표 3-1-26. 선로 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 개선 비율 102
표 3-1-27. 열차 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 시간 103
표 3-1-28. 열차 고장 상황에 대한 알고리즘 별 평균 지연 개선 비율 104
표 3-1-29. 역에서의 지연 발생에 따른 알고리즘 별 평균 지연시간 105
표 3-1-30. 역에서의 지연 발생에 따른 알고리즘 별 평균 지연시간 개선 비율 105
표 3-1-31. 전방회차 기준 변경에 따른 평균 지연시간 106
표 3-1-32. 선로장애 상황에 따른 전방회차 기준 별 평균 지연 시간 107
표 3-1-33. 열차장애 상황에 따른 전방회차 기준 별 평균 지연 시간 107
표 3-1-34. 역에서의 지연 상황에 따른 전방회차 기준 별 평균 지연 시간 108
표 3-1-35. 고장 시 FIFO 및 TRSIJ의 세부 스케줄 및 TRSIJ의 경로 변경으로 인한 지연시간 개선 113
표 3-1-36. 환경설정 데이터 구조 122
표 3-1-37. 경로 데이터 구조 124
표 3-1-38. 역 데이터 구조 125
표 3-1-39. 선로 데이터 구조 126
표 3-1-40. 선로변환기 데이터 구조 127
표 3-1-41. TAG 데이터 구조 129
표 3-1-42. 스케줄 데이터 구조 131
표 3-1-43. 승객 혼잡도 데이터 구조 132
표 3-1-44. 도시철도 대상 노선 136
표 3-1-45. 시나리오 #1 프로세싱 상세 141
표 3-1-46. 시나리오 #2 프로세싱 상세 144
표 3-1-47. 시나리오 #3 프로세싱 상세 146
표 3-2-1. 스마트카드 데이터 정보 148
표 3-2-2. 환승태그정보를 포함해 정렬한 교통카드 데이터 예시 148
표 3-2-3. 신분당선 통행 데이터 추출 결과 149
표 3-2-4. 서울 9호선 통행 데이터 추출 결과 151
표 3-2-5. 통행 방향에 따른 9호선 통행 데이터 구성비 153
표 3-2-6. 보정된 서울 9호선 통행 데이터 추출 결과 153
표 3-2-7. 열차 운영정보 데이터 구성 154
표 3-2-8. 신분당선 및 9호선 역별 ID 155
표 3-2-9. 노선별 열차 운행 횟수 155
표 3-2-10. 서울 9호선 및 신분당선 열차별 시간 보정량 157
표 3-2-11. 신분당선 데이터 구축 결과 161
표 3-2-12. 서울 9호선 데이터 구축 결과 162
표 3-2-13. 노선별 열차 편성 정원(2017.10.31. 기준) 168
표 3-2-14. 신분당선 구간별 소요시간 기초통계량 172
표 3-2-15. 서울 9호선(일반열차) 역간 도착시각 차이 175
표 3-2-16. 서울 9호선(급행열차)의 역간 도착시각 차이 기초통계량 176
표 3-2-17. 영상 추출 데이터 기반 신분당선 역간 도착시각 차이 177
표 3-2-18. 영상 추출 데이터 기반 신분당선(강남방향) 역별 정차제동시간 178
표 3-2-19. 모형별 정차시간 예측 결과 비교 188
표 3-2-20. SVR 3변수 기본모형과 6변수 확장모형의 정차시간 예측 결과 비교 189
그림 1-1-1. 영국 RSSB의 연구개발 전략 보고서 19
그림 1-1-2. 열차경합해소 방법론 개발 변화 20
그림 1-1-3. 열차간 협업기반 이례상황 대응예시 21
그림 1-1-4. 기존과 열차간 협업기반 스케줄링/경로설정 차이점 21
그림 1-1-5. 고밀도 혼잡노선의 연쇄지연 발생 현황 22
그림 1-2-1. 열차 운행시간 예측 알고리즘 개념도 28
그림 1-2-2. 고밀도 혼잡노선의 연쇄지연 최소화 알고리즘 개념도 28
그림 1-2-3. 자율협업기반 스케줄링 및 동적 경로설정 알고리즘 차상장치 탑재 29
그림 2-1-1. Xu et al.(2017)의 실험 결과 34
그림 2-1-2. Fay(2000)에서 사용한 페트리 넷의 예시 35
그림 2-1-3. Vernazza and Zunino(1990)의 실험에서 사용한 네트워크 예시 36
그림 2-1-4. Rodriguez(2007)에서의 선로 점유권 부과 방식 37
그림 2-1-5. Törnquist and Persson(2007)의 실험에서 사용한 스웨덴 열차 네트워크 37
그림 2-1-6. Salido et al.(2007)에서 고려한 지역 분산 모형 38
그림 2-1-7. Corman et al.(2014)의 실험에서 고려한 네트워크 39
그림 2-1-8. Narayanaswami and Rangaraj(2015)의 시스템 구조 41
그림 2-1-9. ITOS 계통도 41
그림 2-1-10. ETCS로 인한 개선사항 42
그림 2-2-1. 승강장 혼잡도 추정 알고리즘 46
그림 3-1-1. 시나리오#1 : 선행 열차 고장 후속 열차 경로 재설정 51
그림 3-1-2. 시나리오#2 : 경로 경합 시 열차 우선순위 결정 52
그림 3-1-3. 시나리오#3 : 종착 회차역 지연 회복을 위한 전방 회차 52
그림 3-1-4. DRC 임베디드 알고리즘 개념 53
그림 3-1-5. DRC 알고리즘 개념설계에 대한 전체구성 전개 53
그림 3-1-6. 이례 상황 자동인식 알고리즘 53
그림 3-1-7. 연쇄 지연 파급효과 사전예측 알고리즘 54
그림 3-1-8. 진로자원 재설정 알고리즘 54
그림 3-1-9. DRC 구현을 위한 시스템 인터페이스 55
그림 3-1-10. 열차 네트워크 예시 57
그림 3-1-11. 열차 시각표의 예 58
그림 3-1-12. 새롭게 결정된 열차 주행 경로 및 이에 해당하는 주행 스케줄 59
그림 3-1-13. 열차 경합해소 예시 61
그림 3-1-14. 대표 시나리오 구성 62
그림 3-1-15. 우회 시나리오 예시 62
그림 3-1-16. 추월 시나리오 예시 63
그림 3-1-17. 회차 시나리오 예시 63
그림 3-1-18. DRC 알고리즘의 간략한 순서도 63
그림 3-1-19. 이웃 열차 정보 업데이트 알고리즘 64
그림 3-1-20. 열차중심 동적 경로 할당 알고리즘 66
그림 3-1-21. 구간 길이에 따른 최대 속도 프로필의 형태 71
그림 3-1-22. 조각 선형화를 통한 이동시간 상한 제약 반영 72
그림 3-1-23. 정상 회차 경로(검정) 및 전방 회차 경로(파랑) 76
그림 3-1-24. 전체 알고리즘 순서도 78
그림 3-1-25. 알고리즘 변경에 따른 스케줄 개선 여부 비율 86
그림 3-1-26. 개선된 스케줄의 개선 비율 분포 그래프 88
그림 3-1-27. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 여부 88
그림 3-1-28. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 비율 분포 89
그림 3-1-29. 역별 평균 지연시간 비교 90
그림 3-1-30. 알고리즘 변경에 따른 스케줄 개선 여부 비율 96
그림 3-1-31. 스케줄 개선율 분포 그래프 98
그림 3-1-32. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 여부 98
그림 3-1-33. 알고리즘 변경에 따른 실험 환경 별 개선 비율 분포 99
그림 3-1-34. 역별 평균 지연시간 비교 100
그림 3-1-35. 회차 시 기본 경로 108
그림 3-1-36. 회차 시 대안 경로 109
그림 3-1-37. 전방회차 대안 경로 109
그림 3-1-38. 열차 28의 경로 109
그림 3-1-39. 열차 29의 경로 109
그림 3-1-40. 열차 30의 경로 110
그림 3-1-41. 회차 시 FIFO 및 전체 시나리오 대응 알고리즘의 세부 스케줄 및 회차 시나리오 대응으로 인한 지연시간 개선 111
그림 3-1-42. 고장이 없는 경우 기본 경로 및 선로의 고장 발생 상황 112
그림 3-1-43. TRSIJ를 이용하여 고장 시 변경된 경로 112
그림 3-1-44. 외란 유무에 따른 알고리즘 계산시간 비교 115
그림 3-1-45. 과업 범위 116
그림 3-1-46. ATCS 시스템 구성도 118
그림 3-1-47. ATCS 차상장치 소프트웨어 구성 119
그림 3-1-48. 도시철도 노선도 137
그림 3-1-49. 현장시험 노선도 137
그림 3-1-50. 시나리오 #1 열차 진입 138
그림 3-1-51. 시나리오 #1 계획 경로 설정 138
그림 3-1-52. 시나리오 #1 선행열차 고장 확인 139
그림 3-1-53. 시나리오 #1 우회경로 설정 139
그림 3-1-54. 시나리오 #1 변경된 승강장에 정차 139
그림 3-1-55. 시나리오 #1 본선 합류 경로 설정 140
그림 3-1-56. 본선 진입 140
그림 3-1-57. 시나리오 #1 수행 순서도 141
그림 3-1-58. 시나리오 #2 경로 경합 발생 142
그림 3-1-59. 시나리오 #2 우선순위 협의 142
그림 3-1-60. 시나리오 #2 우선순위 변경 설정 143
그림 3-1-61. 시나리오 #2 우선순위 변경 후 정상 주행 143
그림 3-1-62. 시나리오 #2 수행 순서도 144
그림 3-1-63. 시나리오 #3 수행 순서도 145
그림 3-2-1. 신분당선 통행 데이터 추출(예) 149
그림 3-2-2. 서울 9호선 통행 데이터 추출(예) 150
그림 3-2-3. 공항철도 → 9호선 통행 데이터의 통행패턴 151
그림 3-2-4. 공항철도 → 9호선 통행 데이터의 분리(예) 151
그림 3-2-5. 9호선 → 공항철도 통행 데이터의 통행패턴 152
그림 3-2-6. 9호선 → 공항철도 통행 데이터의 분리(예) 152
그림 3-2-7. 역 구내 지상자 154
그림 3-2-8. 승·하차맵(예) 156
그림 3-2-9. 신분당선(정자-양재) 통행 데이터 매칭 결과 161
그림 3-2-10. 9호선(가양-여의도) 통행 데이터 매칭 결과 162
그림 3-2-11. 신분당선 강남방면 승·하차량 및 구간별 재차인원 164
그림 3-2-12. 서울 9호선 종합운동장 방면 급행열차의 승·하차량 및 구간별 재차인원 166
그림 3-2-13. 서울 9호선 종합운동장 방면 일반열차의 승·하차량 및 구간별 재차인원 167
그림 3-2-14. 신분당선(강남 방면) 구간별 차내 혼잡도 분석결과 169
그림 3-2-15. 서울 9호선(종합운동장 방면) 급행열차 구간별 차내 혼잡도 분석결과 170
그림 3-2-16. 서울 9호선(종합운동장 방면) 일반열차 구간별 차내 혼잡도 분석결과 170
그림 3-2-17. 역간 도착시각 차이 구성요소 171
그림 3-2-18. 신분당선 구간별 역간 도착시각 차이 172
그림 3-2-19. 서울 9호선(일반열차)의 구간별 역간 도착시각 차이 173
그림 3-2-20. 서울 9호선(일반열차) 선유도~당산, 동작~구반포 구간 통행시간 분포(RH시간대) 174
그림 3-2-21. 서울 9호선(일반열차)의 구간별 역간 도착시각 차이(급행열차 2회 대피 열차 제외) 174
그림 3-2-22. 서울 9호선(급행열차) 역간 도착시각 차이 176
그림 3-2-23. 열차운행실적 및 영상 추출 데이터 간 역간 도착시각 차이 비교 177
그림 3-2-24. 신분당선 정차제동시간 분석에 활용한 구조물 그림 178
그림 3-2-25. 신분당선(강남방면) 승·하차량에 따른 정차시간 관계도 179
그림 3-2-26. 신분당선(강남방면) 재차인원에 따른 정차시간 관계도 180
그림 3-2-27. 서울 9호선 급행열차(종합운동장 방면) 승·하차량에 따른 정차시간 관계도 181
그림 3-2-28. 서울 9호선 급행열차(종합운동장 방면) 재차인원에 따른 정차시간 관계도 182
그림 3-2-29. 서울 9호선 일반열차(종합운동장 방면) 승·하차량에 따른 정차시간 관계도 183
그림 3-2-30. 서울 9호선 일반열차(종합운동장 방면) 재차인원에 따른 정차시간 관계도 184
그림 3-2-31. SVR의 사상공간 분할 개념도 185
그림 3-2-32. RF 기법 개념도 186
그림 3-2-33. 다중선형 회귀분석 개념도 187
그림 3-2-34. 모형별 정차시간 예측 결과 비교 188
그림 3-2-35. 기본모형과 확장모형의 예측정확도 비교 190
그림 3-2-36. 열차운행실적과 도착시각 예측값 비교 192