ICI 지표 기반 드론 배송 허브 배치 최적화 연구 : 송도국제도시 사례 분석 = Optimization of Drone Delivery Hub Placement Based on ICI Metrics: A Case Study of Songdo International City

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 송도국제도시를 대상으로 드론 배송 시스템의 최적 운영 조건을 도출하기 위한 시뮬레이션 기반 연구이다. 드론 물류 시스템의 상용화가 본격화됨에 따라, 도심 환경에서의 효율적인 드론 교통 관리 방안에 관한 연구 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 교차로 혼잡도 지표(Intersection Congestion Index, ICI)를 활용하여 드론 교통량을 평가하고, 최적의 드론 대수와 출발지 구성을 결정하였다. OSMnx를 활용하여 송도 2동의 도로 네트워크 데이터(교차점 736개, 도로 구간 2,031개)를 수집하고, DJI FlyCart 30 드론 사양을 기반으로 Python 시뮬레이션을 수행하였다. 연구는 2단계로 진행되었다. Step 1-A에서는 출발지 3개를 고정하고 드론 대수(100~300대)를 변화시켜 최적 드론 대수를 탐색하였다. Step 1-B에서는 드론 280대를 고정하고 출발지 개수(1~5개)를 변화시켜 최적 출발지 구성을 분석하였다. 연구 과정에서 단일 출발지 운영 시 최대 ICI 163.69%의 심각한 과포화 현상이 발생하였으며, 이를 통해 출발지 분산의 중요성을 실증적으로 확인하였다. 연구 결과, 280대의 드론을 3개의 전략적 출발지(센트럴파크, 트리플스트리트, 컨벤시아)에서 운영할 때 최대 ICI 84.26%로 목표 범위(80~90%)를 달성하였다. 이때 배송 성공률은 97.5%, 평균 배송 시간은 2.51분이었다. 본 연구는 ICI 지표를 드론 교통 관리에 적용하고, 계획도시의 격자형 네트워크가 드론 운영에 유리함을 실증적으로 확인하였다는 점에서 학술적 의의가 있다. 또한 출발지 분산 전략이 교차로 병목 현상 해소에 핵심적임을 밝혀, 향후 드론 배송 시스템 설계에 실무적 지침을 제공하였다. 주제어: 드론 배송, 교차로 혼잡도 지표(ICI), 송도국제도시, 시뮬레이션, 도심항공교통(UAM), 출발지 최적화

목차 (Table of Contents)

• 표 목 차 iii
• 그림목차 iv
• 국문초록 v
• I. 서론1
• 1.1 연구의 배경1
• 1.2 연구의 필요성 1
• 1.3 연구의 목적2
• 1.4 연구의 범위 5
• II. 이론적 배경6
• 2.1 드론 배송 시스템 6
• 2.2 드론 교통 관리 연구동향 7
• 2.3 도시 네트워크 분석 방법론 8
• 2.4 교차로 혼잡도 지표(ICI) 10
• III. 연구 방법12
• 3.1 연구 구성 12
• 3.2 데이터 수집12
• 3.3 드론 사양 13
• 3.4 고도 계층 시스템 15
• 3.5 시뮬레이션 환경 구축16
• 3.6 시뮬레이션 단계 설정17
• IV. 연구 결과20
• 4.1 드론 대수 최적화(Step 1-A) 20
• 4.2 출발지 개수 최적화(Step 1-B) 21
• 4.3 조건별 운영 효율성 편차 분석 23
• 4.4 최적 운영 조건 도출 24
• 4.5 시나리오 기반 최적 조건 검증 25
• 4.5.1 시나리오 구분 26
• 4.5.2 과포화 시나리오(C)의 위험 요인 26
• 4.5.3 저활용 시나리오(A)의 비효율성27
• 4.5.4 최적 시나리오(B)의 적합성27
• V. 결론 및 제언 29
• 5.1 연구의 범위 및 향후 연구 29
• 참고문헌32
• ABSTRACT 36
• 부록 38