지하철을 이용하는 승객 수의 변화는 역의 주변이나 교통에 따라 역별로 상당한 차이를 보이고 있지만, 이러한 변화에 대해 역에서 운용중인 게이트 수는 비용이나 시간적인 문제 때문에 신속하게 대응할 수 없다.
역이 설립될 당시에는 게이트 설계지침에 나온대로 역사 이용 승객의 통행량을 기준으로 게이트 설치 수량을 산정하여 설치하였지만, 시간이 지나면서 늘어난 승객의 수로 인해 현재 상태에서의 설치기준 게이트 수와 운용중인 게이트 수의 편자가 발생한다.
본 연구에서는 서울도시철도 1~8호선 이용 승객 태그 데이터를 분석하여 승객의 원활한 통행을 위한 최적의 게이트 운용 방안을 제시하고자 대기행렬 이론을 적용한 시뮬레이션을 개발하여 연구에 활용하였다.
개발된 시뮬레이션은 실제 현장에서 기록된 카드 태그 데이터를 입력시키고 발생되는 대기시간을 계산한다. 승객의 흐름을 최적화하는 one-way와 two-way 게이트 비율을 시뮬레이션 하기 위해 현장에서 운용중인 게이트와 유사한 기능으로 동작하는 알고리즘을 개발하여 시뮬레이션에 적용하였다.
시뮬레이션 동작의 안정성과 신뢰성을 검증하기 위해 대기행렬 이론을 활용하여 계산된 대기시간 값과 시뮬레이션 값을 비교하는 과정을 거쳐 검증을 완료하였다.
1단계 시뮬레이션에서는 각 역에서 수집된 승차 및 하차 태그 데이터를 one-way 게이트 비율 변경해가면서 대기시간이 최소가 되는 비율을 찾아낸다. 2단계에서는 1단계에서 산출된 one-way 게이트 비율을 고정한 상태에서 two-way 게이트를 추가해가며 승객의 대기시간이 최소가 되는 최적의 게이트 비율을 결정한다.
2단계 시뮬레이션에서 결과의 효과분석을 위해 현재 운용중인 게이트 비율 상태에서의 대기시간과 2단계 시뮬레이션에서 얻어진 최적의 게이트 비율이 적용된 상태에서의 대기시간을 비교하였다.
연구 결과 현장에서 설정된 게이트의 비율은 최적화가 되어 있지 않고, 2번째 단계에서 얻어진 최적화 비율을 적용 시 승객의 대기시간이 짧아지는 것을 확인하였다.
본 연구는 현재 역에서 운용중인 게이트의 비율을 조절하여 가장 효율이 높은 게이트 비율을 시뮬레이션으로 찾아내는 연구로, 시뮬레이션 결과로 산출된 역사별 게이트 운용의 최적 비율을 적용 시, 지하철 이용 승객의 대기시간이 짧아져 원활한 이동이 가능해 질것으로 판단된다.