본 사업 보고서는 아래와 같음 목적을 가지고 설계됨.
 
 1) 교통 혼잡과 운송 가격 변화에 대한 과거 30년간 승객의 반응에 대한 연구 성과를 종합
 2) 가장 중요하고 잘 수립된 행동 가정 선정
 3) 미국에서 활용가능한 가장 적절한 자료를 이용해 위 선정 가정에 대한 통계적 테스트
 4) 발전된 기능은 운송 수요 및 네트워크 시뮬레이션 작동 모형에 포함하는 방법 인지

 

본 연구의 중점사항은 고속도로 혼잡 및 가격에 대해 개별 이용자의 민감도에 가장 중요하게 관계된 영향을 파악하고 그러한 영향의 상대적 크기에 대한 지침을 제공하는데 있음.
실제로 행동적 민감도는 탄력성(behavioral outcome)의 % 변화 / 운행 시간 또는 비용의 % 변화)으로 종종 표현됨.
예를 들면 가솔린 가격에 대한 차량 운행 거리(VMT: Vehicle Miles Traveled) 탄력성은 -0.2로 종종 측정되는데 그 의미는 연료가격이 10% 증가할 경우 VMT는 2% 감소한다는 것임.
비록 위와 같은 행동 대응은 단순한 측정방식을 이용해 예측될 수 있다고 하지만 현실적으로 훨씬 복잡성을 가짐.
예를 들면 가격에 대한 VMT 탄력성은 또한 탑승객의 소득수준, 좋은 대안 교통의 존재 또는 부재, 그리고 보다 효율적인 운송수단의 구매 또는 거주지에서 보다 가까운 일자리 획득과 같은 기회 등에 의해 영향을 받음.

본 연구 주제를 다루는 가장 공통된 접근방식은 승객이 특정 상황에서 주어진 운송수단에 대한 선택 예측을 위해 분리된 이산(discrete) 선택 모형을 사용
이산선택모형은 개별 선택 대안들이 개별 특정 승객에 대해 매력적이거나 효용을 가져다 줄 것임을 가정
승객이 특정 대안을 선택할 확률은 모든 다른 활용가능한 수단의 효용수준에 관하여 선택 대안의 효용의 함수가 됨.

고속도로 대안의 효용은 여행 시간과 비용의 선형함수로 다음과 같이 산정될 수 있음.

 

 U = delta+ a*TIME + b*COST + epsilon       (ES.1)

 delta: 상수
 a: 시간 모수
 b: 비용 모수
 epsilon: 모든 변수에 대해 명시적으로 고려되지 못한 잔차 효과를 반영

 

효용은 물리적 차원이 아니기때문에 추정 모수는 일반적으로 서로에 대한 비율로서 상대적으로 해석될 수 있음.
예를 들면, 만일 자동 운행시간(a)에 대한 추정 계수가 -0.02/minute이고 자동 비용(b)에 대한 추정 계수가 -0.1/1$ 이면 두 모수의 비율은 0.2$/minute 또는 12$/hour 와 같음.
이러한 특정 비율은 승객이 운행시간의 한계적 감소에 대해 기꺼이 지불하고자하는 추가 가격으로 해석될 수 있음.
감소된 운행 시간에 대한 지불의사액은 승객의 특성 및 여행 특성에 의존해 상당히 다양할 수 있음.
전형적인 US 모델링 분석은 여행 목적 및 소득 수준 등에 의해 이러한 변동성 차이를 설명하기도 함.

본 연구에서 이용한 여행 조사 자료 형태는 3가지로 분류

 

 1) RP(Revealed Preference)자료
 2) SP(Stated Preference) 자료
 3) ERP(Experimental Revealed Preference)자료

 

RP자료는 이용객에 의해 만들어진 실제 선택에 관한 관측 자료임.
비록 RP자료가 항상 선호되긴 많은 제약요인들이 존재(조사대상 응답자들이 모든 활용가능한 여행 대안 또는 모든 여행 시간 및 비용을 리포트하지 못함)
수십일간 이상에 대해 네트워크 모의가 가능한 보정된 지역 여행 수요 모델에서 이와 같은 RP자료 활용가능

SP자료는 가상적 여행 상황에 관한 질문에 대한 조사대상자의 응답임.
SP방식은 신규 유로 고속도로 시설과 같은 실제 존재하지 않은 선택 대안들에 대한 수요 연구에 활용 가능
다만 가상적이라는 가정에 의해 분석 결과에 대한 신뢰도가 떨어질 수 있음.
따라서 본 연구에서 SP자료는 RP조사에서 관측하지 못한 상황 개발을 돕는 보완적 자원으로 활용

ERP자료 방식은 실제 여행 네트워크 사에 작성된 경험적 결과로부터 실제 선택을 측정하는 방식으로 RP와 SP방식의 장점을 결합
예를 들면 일시적으로 도로 네트워크에 요금제 시스템을 도입하고 실험에 참여한 특정 운전자에게만 전자식 유료요금을 부과한 경우를 산정
시애틀에서의 최근 통행 선택 연구로부터의 경험적 RP자료가 본 연구에서 사용됨.

미국내에서 RP와 SP의 신중한 평가 이후 본 연구팀은 표 1과 같이 자료 군을 선정
특히 뉴욕과 시애들 도심 지역은  고속도로 운송 네트워크 공급 자료와 함께 가계 여행조사자료가 활용가능하고 세세히 분할된 모형 추정을 지원하므로 RP자료 분석을 위한 기본 지역으로 선정됨.

표 2는 기본 자료집합 각각에 대응되는 선택 사항을 요약 제시
뉴욕지역 가계 여행조사 RP자료 집합은 가장 폭넓은 모델링 영역에 활용
특히 뉴욕지역은 유료 다리와 터널을 가진 지역으로 유로도로와 자유 도로 노선간의 선택 모형에 활용 용이
또한 출발시간 선택 모형은 혼잡수준의 함수로서 응답자가 하루 중 어떻게 여행 출발 일정을 고려하는지 분석에 활용
운송수단 선택은 혼자 자가 운전을 하는지, 차량 동행 탑승(carpool) 또는 버스나 철도 등 각기 다른 운송 수단별로 여행시간과 비용의 함수에 대한 운전자의 선택 모형임
뉴욕은 물론 혼잡수준이 최고이고 유료 시설이 잘 갖춰진 대중교통 우수지역으로 여행자의 시간과 비용 간의 상쇄효과를 나타내는 다양한 자료를 제공

 자료출처: TRB(2013), Improving Our Understanding of How Highway Congestion and Pricing Affect Travel Demand, p.6.

 자료출처: TRB(2013), Improving Our Understanding of How Highway Congestion and Pricing Affect Travel Demand, p.7.

고속도로 혼잡과 가격의 효과 모델링을 위한 가장 신뢰적이고 생산적인 방식을 모색하여 연구팀은 아래와 같은 접근방식으로 분석 모형 개선

 

 1) ES.1에 포함된 단순한 시간과 비용 변수를 이용해 각각의 선택 차원(노선과 운송수단 선택)과 자료 집합에 대한 가장 기본적인 항목들을 사용
 2) 추가적인 변수(소득수준 및 차량 소유에 대한 구간 변수 등)를 체계적으로 모형에 포함
 3) 모형 복잡성의 증가(출발시간 및 운송수단 공동 선택 모형 등)
 4) 최신 혼합 로짓(logit specification) 모형을 이용해 핵심 여행 시간 모수에 대한 확률분포 추정

시간 가치(VOT: Value of Time)는 소득 그룹, 차량 소유자 그룹, 그리고 여행 목적에 따라 5~50$로 다양하게 나타남.
이러한 결과는 어떤 사람들은 시간 절약에 대해 거의 지불의사가 없는 반면, 어떤 사람들은 시간 당 100$ 이상을 지불하고자 한다는 큰 상황 변동성 존재를 대변
이와 같은 넓은 시간에 대한 지불의사액 분포는 가격이 시장 차별과 수요관리에 있어서 중요한 기능으로 효과성을 가질 수 있음을 의미
즉, 대부분의 여행자들이 상대적으로 낮은 지불의사액을 가지므로 모든 고속도로 노선에 대한 유료화와 같은 모든 이용자에 영향을 주는 가격은 그 효과가 작을수 있음.
반변 높은 유료화 및 고속 노선 설치는 상대적으로 높은 시간절약 지불의사액을 가진 소수의 사람들에게만 매력적임.
따라서 가격 정책은 저소득 사용자에 대한 부정적 영향에 대해 신중한 분석을 거쳐 적용되어야 할 것임.

가계 및 개인의 소득은 VOT 및 지불의사액과 강한 상관성을 가지나 선형보다는 덜한 관계가 나타남.
소득효과는 가격 편익이 이용자에 의해 결정되며 저소득층 역시 교통 여건 개선뿐 아니라 만일 총 통행 용량이 증가할 경우 선택사항 증가로 인한 편익 창출
또한 저소득 통행자는 카풀 기회를 더 활용하고 따라서 고속득 통행자보다 통행비용을 더 공유해서 부담
대중교통 뿐 아니라 대형자량 및 대형차량 통행노선로 저소득 이용자에게 현실적인 선택안이 될 수 있음.

평균 또는 일상적인 여행 시간의 절약은 단거리 여정에 대해서라기 보다 장거리일 경우 더 높은 가치를 가짐.
VOR의 경우 장거리 여행에 대해서 상대적으로 제어 효과 발생
이러한 결과는 주요 병목현상을 다루기 위해 보다 높은 가격의 관리 도로 활용 및 보다 넓은 고속도로 네트워크에 대해서는 보다 단거리 기준의 가격 등이 유용함을 제시
통행 병목현상은 모든 통행수단에 대한 총 이동거리와 관련없이 변동성 증가 경향이 있음.
또한 그 결과는 모든 여행자가 시스템을 보다 신뢰적으로 만듬으로 상당한 편익이 도출될 것이라는 점을 암시
이와 대조적으로 상당한 신뢰성 개선 없는 여행 시간 저감 또는 평균 스피드 증가 등의 개선은 크게 가치를 갖지 못함
따라서 거리 기준의 유로화가 일반적으로 적절한 정책이며 다만 핵심지점의 병목현상을 다루는 데 있어서는 거리 기준이 아닌 더 높은 가격 책정을 통해 다루는 것이 보다 적절할 수 있음.

고속도로 효용함수에 적용된 모든 추정계수에 대한 가치는 완전한 지역 자료의 세부 분리가 이행될 경우에만 적용 가능할 것임.
만일 그렇지 않을 경우는 운용모델(Operational Model)에서 사용할 것이 권고되며, 동 모형에서의 여행 시간 신뢰도 접근방식은 표 3과 같이 정리됨.

 자료출처: 자료출처: TRB(2013), Improving Our Understanding of How Highway Congestion and Pricing Affect Travel Demand, p.20.