본 연구는 남 아프리카에 여행 수요 모델링 개선을 위한 아래와 같은 노력의 일환으로 진행되었으며 아래와 같은 작업을 통한 개선노력을 반영

 - 교통 이용자 행동 예측을 위한 기관의 모델링 역량 요구 개발
 - 신규 모형의 인증 및 보정, 그리고 여행 분석 개선에 사용되는 여행 행동에 관한 실증 자료 수집

 

다기관 교통모의 도구(MATSim:Multi-Agent Transport Simulation toolkit)는 대규모 교통 모의분석을 가능하게 하며 자가차량 및 상업용 차량에 대한 남아프리카 분석에 적용된 바 있음.
기관 기반의 접근방식인 MATSim은 기관의 효용극대화를 위해 구축한 연계 교통망에서 운행되는 차량 정보가 필요
유동성 모의분석을 통해 운송기관들은 보다 진화된 방식을 순환적으로 습득하고 관측된 교통량 여건에 대응 가능하게 됨.
각각의 반복절차 말기에 기관은 대안적 계획을 선택하고 활동시기 선택을 통해 현재의 운용계획을 변경하며, 또는 새로운 노선을 수립하기도 함.

MATSim 플랫폼의 주문과 인준 사항은 현재 활동의 보다 정확한 측정자료 제공을 위해 GPS 운행 자료를 광범위하게 사용
첫 번째로 자가 운전자의 일일 이동에 관한 세부 정보 제공을 위해 Gauteng 주에 대해 3일간의 운전자 GPS 샘플 자료조사 착수
위 정보는 MATSim에 의한 여정 계획 모의에 필요한 활동망 정보 추출에 활용
조사는 대중교통 및 비 자동차 사용자와 같은 부문으로 확장될 것임.
두 번째로 GPS 조사는 패널 조사로서 이행(즉, 동일한 표본을 대상으로 1년 이후 장기적 행동 변화에 대해 재 조사 - 차량 보유형태, 주거 및 직장 위치, 여행 습관 등) 및 탄력성 추정
세 번째는 상업용 차량 내부 GPS자료를 MATSim 모형 내 화물 차량에 대한 활동망 형성에 활용

남아프리카 국가 도로 기관회사(SANRAL: South African National Road Agency Limited)는 최근 Gauteng지역에 185km규모의 고속도로 인프라 업그레이드를 완료(그림 1 참조)
인구 11백만 규모로 요하네스버스(Johannesburg) 및 Pretoria의 상업 및 행정 중심지인 Gauteng은 남아프리카에서 가장 인구밀도가 높은 도심지역임.
Gauteng 자유도로 개선 사업은 지능형 교통 시스템 개시를 통해 통행량 관리 개선, 해당 주 고속도로망에서의 통행 안전도 개선 및 혼잡 방지를 목적으로 함.
사업 재원은 채권시장에서 조달하고 사용자 통행요금을 통해 갚는 방식으로 마련
동 사업은 세계에서 가장 큰 개방도로 유료화 사업으로 알려짐.
그러나 개방도로 유로화를 통한 고속도로 개선사업은 국가적 갈등을 초래하며 법원은 통행요금 수집 이행 정지를 지시
남아프리카 정부는 조달 재원을 대체하는 다른 방식을 모색
개발도상국 국가들은 대부분 빈부 격차가 크므로 과연 누가 이러한 재원을 부담해야 하는지에 대한 논쟁, 소득 불평등 논쟁이 가속화됨.
특히 도심지에서 연료세 추가인상 배분, 특정 도로망 사용에 대한 부과금을 할당을 어떻게 하는 것이 적절한 것인지에 대해 문제 제기
따라서 본 연구 또한 운전자 인구 간의 연료세 추가부담의 배분에 대해 중점을 두고 있음.

자료출처: Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.3.

대부분의 회사들은 차량 이동 관리 증진 및 화물 보안 등을 위해 상업용 차량에 위성 기반의 추적 장비 부착 운용
본 연구는 이렇게 GDP기록이 장착된 총 42,000대수의 상업용 차량에 대한 자료를 활용(자료수집은 2009년 1월 1일 ~ 6월 30일)
관측된 샘플 자료는 남아프리카에 등록된 상업용 차량 총 대수의 약 1.8% 수준임.

자가차량에 대한 기준 운전 패턴은 샘플 응답자 차량에 수반된 휴대용 수동 GPS 기록 장비에 의해 수집
기록 자료는 차량 기준으로 작성되어 고속도로 사용자에 대한 잠재적 운전 패턴을 감지하는데 중점
동 기록장비는 설치할 필요가 없으며 배터리 수명은 5-8일간 유지
장비는 차량이 움직일 경우 매초 단위로 GPS 정보를 기록
고속도로 이용자 샘플 자료의 기초 통계 특성은 표 1과 같음.

자료출처: Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.4.

그림 2는 자가차량 샘플자료의 소득그룹별 평균 차량이동거리를 보여주고 있음.
여행자 행동 이론 및 기대했던 바, 가장 소득수준이 낮은 그룹에서 최소한의 여행활동 패턴이 나타남(평균 하루 이동 거리 20km).
소득수준이 중간그룹인 표본에서 가장 교통 활동이 많은 패턴이 나타났으며, 가장 고소득층은 이보다 약 20% 감소하게 나타남.

자료출처: Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.5.

그림 3은 여행수요가 존재하는 도로 유형 별 소득그룹의 이동거리 비율을 분류해 보여주고 있음.
전반적으로 Gauteng 주에서는 약 1/3의 자가차량이 고속도로망을 이용하고 있는 것으로 나타났으며 22%만이 일반도로를 이용
그림 3에서는 개별 소득수준과 이용 도로 유형의 관계가 보다 명확히 나타남.
즉, 고속도로 이용자는 소득수준이 높을 수록 높게 나타났으며 가장 저소득층보다 그 이용 비율이 2배 이상임.

자료출처: Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.5.

표 2는 하루 기준 자가 및 상업용 차량의 고속도로 차량주행거리 비율을 정리해 보여주고 있음.
이와 같은 하루 중 시간 패턴은 연비가 속도와 혼잡수준에 따라 달라지기 때문에 중요
고소득층 운전자는 피크시간 대에 자유도로 이용이 더 집중되는 경향이 있으며 저소득층 운전자는 피크시간 외 또는 이전에 더 이동하는 경향을 보임.
GPS추적기에서 산정한 평균 이동 속도는 피크시기에 한계적으로 더 감소하는 것으로 나타났으며 간선도로나 지방도로가 고속도로보다 더 낮게 나타남.

 자료출처: Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.5.

본 연구는 세분화된 연료 사용패턴 추정 방법론으로 기존 연구자료를 활용
GPS자료에서 구분가능한 차량 유형, 엔진크기, 연료형태 등의 자료와 남아프키가 차량 유형 별 평균 연료소비율 자료를 결합하여 각 차량의 기준소비율을 결정
표 3은 사용자 그룹 및 도로 유형별 연료 산정의 결과를 요약
연료소비율은 일반도로(street)에서 평균적으로 가장 높았으며, 그 다음으로 고속도로 및 간선도로 순으로 나타남.
즉, 간선도로가 평균적인 속도에서 가장 연료 효율적인 도로 네트워크임.
연비(Fuel Consumption rate)은 평균적으로 피크기 보다는 비 혼잡시간에 약간 더 높게 나타났으나 그 차이는 승용차 및 화물차 모두 무시할만한 수준(1% 미만)임.
혼잡은 속도 저하 및 피크기 연비 저하에 상당히 기여, 그러나 동 시간대에 대형 차량 및 트럭의 운행 비중 증가로 그 효과를 상쇄(표 2 참조)

자료출처:  Transportation Research record 2013 vol 1, TRB, Use of Multisource Global Positioning System Data to Characterize Multiday Driving Patterns and Fuel Usage in a Large Urban Region, p.7.

본 연구에서 GPS기반 자료는 다양한 차량 유형 및 사용자 소득 계층별 연료 소비 분포 등 매우 세분화된 수준에서 연비 추정에 활용, 분석
GPS 자료의 세부적 속성은 소득그룹 간 행동 차별을 인지하게 하고 교통 및 에너지 정책에 중요한 함의점을 제시

 

1) 선진국 일반적인 경향성과 반대로 중간 소득계층 차량 이용자들은 저소득 또는 고소득계층 보다 더 차량이용이 많음(특히 역사적으로 제한적인 주택 정책에서 기인한다고 언급).

2) 비록 연료세 측면에서 고소득 계층에 의해 중-저 소득계층의 운전자 보조 측면이 발생하더라도 저소득 운전자 계층은 특히 지방 도로 운행과 관련하여 불리함 존재

3) 피크기 여행 수요 이전을 목적으로 한 여행 수요관리 정책들은 평균 연료소비율이 비수기에도 떨어지지 않기 때문에 연료소비 저감에 어려움 존재

4) 고속도로 업그레이드 체계는 부적절한 재원 매커니즘 더욱 악화시킬 수 있는 잠재적으로 중요한 공평성 문제가 존재(연료세 보다는 현재 반대에 직면한 통행세에 대한 논의 문제)

 

향후 직접적인 연료비 할당 정책에 대한 비용-편익 문제 뿐 아니라 승수효과와 신뢰성 및 안전성과같은 무형의 편익도 도로 재원 메커니즘의 공정성과 정당성에 중요한 요인이 될 수 있는지에 관한 연구가 필요
GPS와 같은 발전된 자료수집 방법론은 이와 같은 연구노력에 상당한 역할을 할 것으로 기대됨.