도로 통행지체함수의 파라미터 추정 연구 : 고속국도와 일반국도를 대상으로 = A Volume-Delay Function Parameter Estimation for Traffic Assignment : In the case of a National Expressway and Highway

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

(Abstract)
A Volume-Delay Function (VDF) has been used to describe the relation
between traffic volumes and delay experienced by travelers on the roads
traveling from origin to destination, which has been usually adopted in traffic
assignment. The purpose of this study is to estimate and to validate parameters
of VDF that plays an important role in more precise description of traffic
patterns. To estimate the parameters, this paper presents two methods: the first
is an efficient solution algorithm based on Hooke-Jeeves technique, which has
been known to be useful for this kind of problem without derivative information,
and the other is a combined method with enumeration searching and a golden
section method.
Since a numerical example, however, shows that the former has possibility of
multiple solutions in condition of varying initial values, it is not appropriate for
the problem. Thereby, latter method is used for estimating the parameters of
VDF.
The estimated parameters are validated by using some criteria such as
absolute relative error, Theil's Inequality Coefficient, and statistical tests. For
estimating the parameters more precisely, this paper classifies the roads into
congested and non-congested ones.
Korean Transport Data Base(KTDB, 2006) is used for estimation and validation
of the parameters. Compared to existing values of the parameters, newly
estimated values are found to be closer to real world.

국문 초록 (Abstract)

(국문초록)
기종점 통행자료를 구축하는 과정에서 통행지체함수(VDF : Volume-Delay Function)는 통행배정단계에서 교통량에 따른 통행시간변화를 계산하여 통행자의 경로선택을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
현재, 전국단위 분석시에는 통행지체함수를 미국 공로국에서 개발한 "BPR(Bureau of Public Roads)"을 사용하고 있으며, 파라미터값은 통상적으로 α=0.15, β=4를 사용하고 있다.
각 도로조건(도로위계, 용량 등)에 따라 신뢰성 있는 통행지체함수의 파라미터값을 선정하여 사용해야 하는데, 현재 사용되고 있는 통행지체함수의 파라미터값은 이를 제대로 반영하지 못하고 있는 실정이다. 고속국도를 제외한 나머지 도로(일반국도, 시ㆍ군도, 광역시도 등)는 아직도 α=0.15, β=4를 사용하고 있어 정산(Calibration)시 관측교통량과 배정교통량을 비교하여 오차율을 살펴보면 일반국도는 고속국도 비해 오차율이 크게 나온다.
본 연구에서는 고속국도와 일반국도의 차로당 용량을 검토하고 용량 검토결과, 국도 3차로 차로당 용량을 기존 1,000(pcu/차로)에서 1,200(pcu/차로)로 증가시킨 상태에서, 고속국도와 일반국도의 파라미터값을 모두 새롭게 추정하였다. 분석범위는 전국대상과 더불어 서비스수준 D, E의 혼잡구간으로 구분하여 추정하였다.
추정방법은 BPR식을 변형하여 목적함수를 적용시킨 Hooke-Jeeves방법과 열거법을 제시하였으나, Hooke-Jeeves방법은 초기값에 따라 다중해가 발생하는 현상이 나타나 최종적으로, 전구간을 탐색하는 열거법에 황금분할법(Golden section method)을 결합한 방식을 선택하였다. 기존 연구를 통하여 탐색 최대범위를 선정한 결과, α=0~4, β=0~6구간이 나왔으며, 가능 영역내에서 황금분할법(Goden section method)을 방식을 적용하여 고속국도와 일반국도의 최적의 파라미터 값을 추정하였다.
전국대상 추정결과 현 VDF 파라미터와 비교할 때, 고속국도의 경우, 전 차로의 α, β값은 크게 추정되었으나, 2차로의 β값만 작게 추정되었다. 일반국도의 경우, 이와 반대로 전 차로의 β값은 작게 추정되었다. 본 연구에서 추정한 전국대상 파라미터를 검증한 결과, 대체로 현 VDF 파라미터를 사용한 결과보다는 개선된 것으로 나타났다.
서비스수준 D, E 파라미터 추정결과 현 VDF 편도 2차로 및 3차로 이상의 α, β값이 크게 나왔으며, 전국대상의 추정된 파라미터 α, β값보다는 작게 추정되었다. 검증결과는 현 VDF와 전국대상의 추정된 파라미터보다는 대체로 개선된 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• 2. 연구의 범위 및 방법 2
• Ⅱ. 관련문헌 고찰 4
• 1. 통행지체함수 4
• 2. 위계별 도로용량 10
• 3. 기존 연구사례 20
• Ⅲ. 파라미터 추정 방법론 정립 26
• 1. 수리 최적화문제 26
• 2. 열거법(구간 축소법) 34
• Ⅳ. 파라미터 추정 및 검증 36
• 1. 파라미터 추정 37
• 2. 파라미터 검증 50
• 3. V/C에 따른 통행시간 비교 61
• Ⅴ. 결 론 63
• 참 고 문 헌 65
• Abstract 67