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카운티 간의 연결로 연구 전후에 대한 메조스코픽 모델 개발
조회수2,314 다운로드수0 등록일2015-10-10
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글로벌리포트 정보 - 리포트 구분, 콘텐츠 구분, 출처, 원문 제목, 언어, 국가, 등록일, 발행일, 과학기술 분류, 저자, 전문가칼럼, 키워드, 첨부파일
리포트구분 기술리포트 콘텐츠구분 도로교통
출처 Maryland State Highway Administration
원문제목 Developing Mesoscopic Models for the Before and After Study of the Inter- County Connector원문보기
언어 - 국가 미국
등록일 2015-10-10 발행일 2013-03-00
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□  소개
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메릴랜드 주 고속도로청(Maryland State Highway Administration, SHA)은 최근에 교통 분석과 이동 예측을 위한 여러 효과적인 모델링 도구를 개발하는데 성공했음. 이러한 사례로는, I-270 회랑의 메조/마이크로스코픽(meso/microscopic) 교통 시뮬레이션 모델과 메릴랜드 주 전반의 교통 모델(Maryland Statewide Transportation Model, MSTM)이 포함됨. 

I-270 회랑의 교통 시뮬레이션 모델은 대도시 와싱턴 정부 협의회(Metropolitan Washington Council of Governments, MWCOG)와 프린스 조지 카운티 교통 분석구역 시스템(Prince George County traffic analysis zone systems)에 근거한 399개의 구역을 포함하고, I-270/MD 355 회랑을 따라 15분의 출발지-목적지(origin-destination, OD) 수요 간격으로 교통량의 이동을 시뮬레이션함. 

MSTM의 작동판은 최근에 개발자에 의해 SHA로 전달되었고, 주 전반의 이동 수요 모델은 현재 검정 및 검증되고 있음. MSTM은 곧 메릴랜드에서 토지 사용과 교통 의사결정과 관련된 다양한 교통 계획 및 정책 시나리오를 분석하는데 적용될 것임. 이러한 모델은 회랑, 지역 및 주 정부 차원에서 교통의 운영과 계획의 의사결정에 필요한 필수적인 정보를 제공함. 다양한 고속도로 회랑에 대해 여러 다른 교통 시뮬레이션 모델이 존재함 - 예를 들어, 교차로 분석을 위한 Synchro 모델, MD 200을 위한 VISSIM 모델, 메릴랜드에서 대도시 교통계획에 대한 이동 수요 모델로 사용되는 MWCOG 모델과 BMC 모델 등.

메릴랜드에서 교통의 운영과 계획 분석 니즈에 대한 최근의 보고서는 모델링 분석을 필요로 하는 여러 교통 관련 중요한 이슈를 파악하였음. 이러한 이슈들 중 일부에는 성능 모니터링, 혼잡 관리, 교통 운영, 다중 이송수단의 회랑 개선, 화물 이송, 토지 사용과 경제 개발 등이 포함됨. 이러한 이슈들에 대한 종합적인 분석은 회랑 및 주 전체 차원에서 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션 모델과 이동 수요 모델의 결합을 필요로 함. 예를 들어, 다양한 교통 관리 전략이 회랑 차원의 혼잡에 미치는 영향은 마이크로스코픽 교통 시뮬레이터(예를 들어, CORSIM, TRANSMODELER, VISSIM, AIMSUN 등)를 사용하여 최적으로 모델링될 수 있음. 동시에, 이러한 교통 관리 전략은 회랑 및 지역 차원에서 교통량의 분산, 이송수단의 전환과 같은 다양한 수요 반응을 만들 수 있는데, 이는 이동 수요 모델을 사용하여 최적으로 모델링될 수 있음. 다양한 운영과 계획 전략이 교통량과 수요에 미치는 영향을 종합적으로 분석하기 위해서, 메조스코픽 모델이 사용됨. 이러한 모델은 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션과 매크로스코픽(macroscopic) 이동 수요 모델 사이의 간극을 이어줌. 게다가, 상당한 지역적 영향을 가진 고속도로 및 다중 이송수단의 회랑 프로젝트를 분석할 필요성은 메조스코픽 모델의 가치와 필요성을 강조함. 이에 대한 사례로 카운티 간의 연결로(Inter-County Connector, ICC) 프로젝트에 대한 전후 연구(before-and-after study)임.

MD 200, ICC는 수십 년 전 기존의 주간 고속도로 시스템의 완료 이후로 메릴랜드에서 가장 중요한 고속도로 프로젝트임. ICC는 몽고메리 카운티(Montgomery County)의 중앙과 동부, 프린스 조지 카운티(Prince George's County)의 북서부 내에 있는 I-270/I-370과 I-95/US-1 사이의 지역을 연결함. 기존의 프로젝트 계획과 설계는 최신의 다중 이송수단의 동서 고속도로로 승객과 화물의 이송을 원활하게 하는 목적을 가지고 있었음. ICC의 예상되는 편익으로는: (1) 지역사회의 이동성과 안전의 증대; (2) 메릴랜드의 경제적 중심지로의 보다 효율적이고 신뢰성있는 상품 및 인원의 이송; (3) 지역의 토지 사용 계획의 목적을 반영하는 기존 및 미래의 개발 패턴을 지원하는 비용 대비 효과적인 교통 인프라; 그리고 (4) 프로젝트 지역에서 자연, 인간 및 문화 환경의 복원. 이러한 잠재적 편익을 종합적으로 평가하고 ICC가 I-95, I-270, 그리고 I-495와 같은 고속도로와 간선도로에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위해, 메조스코픽 모델이 필요함. 그렇게 함으로써, 지역의 교통 패턴과 앞에서 언급된 행동의 대응에서의 변화가 분석될 수 있음.

현장에서의 니즈와 현재의 모델링 도구의 역량 사이의 간극을 극복하기 위해, 이 연구는 대리인 기반의 이동 행동 모델(agent-based travel behavior models)과 대규모의 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션 모델을 통합하는 메조스코픽 모델링 프레임워크를 개발하였음. 시뮬레이션 모델과 행동 모델 모두 I-270/I-495/I-95에서 수집된 현장 데이타를 사용하여 검정되었음. 검정된 모델은 기본 년도(2010년)의 ICC 회랑에 있는 기존의 교통 네트워크와 ICC 이후의 시나리오를 평가하기 위해 적용되었음. ICC 이후의 시나리오에는 기존의 네트워크와 새로운 ICC 고속도로와 램프 시설이 포함됨. 최종 모델링 제품은 다양한 교통의 운영과 계획 시나리오 하에서 교통의 운영, 경로 전환, 교통량 분산, 그리고 다른 주요 수요의 전환을 분석할 수 있음.

다음 장은 전반적인 모델링 프레임워크를 제시하고, 통합적 모델의 각 요소가 상세하게 서술될 것임. 이 연구에서 사용된 데이타도 기술되고, 검정/검증 절차도 제시됨. 또한, 이 연구에서 제안된 통합적 모델의 여러 잠재적 적용대상도 논의됨. 마지막으로 미래의 연구에 대한 논의로 이 보고서가 마무리됨.
 
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□ 모델링 프레임워크 
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⊙ 소개 
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메조스코픽 교통 시뮬레이션 모델은 강점을 가지고 있음. 이 모델은 상세한 교통 역학(traffic dynamics)을 포착하는 것으로 알려져 있고, 회랑의 용량 확장과 교통의 운영 개선을 평가하는데 유용한 도구로 실제에서 증명되었음. 최근 이 모델의 적용은 더 폭넓은 교통 관련 이슈(예를 들어, 혼잡 관리, 다중 이송수단의 회랑 개선, 대피 계획, 토지 사용과 경제 개발 등)를 다루기 위해 확장되었음. 그러나, 이러한 이슈들에 대한 종합적인 분석은 다양한 교통 관리 전략에 대한 다양한 수요 반응을 분석할 수 있는 모델을 필요로 함. 여기에는 회랑 및 지역 차원에서 교통량 분산, 이송 수단의 전환 등이 포함되는데, 이들은 이전의 마이크로 시뮬레이션 모델에서는 주어진 것으로 가정되었음. 마이크로 시뮬레이션을 대규모 네트워크에 적용하는 또다른 어려움으로는, 신뢰할만한 이동 수요 데이타(보통, 시간에 따른 OD 매트릭스)의 획득이 어렵다는 것임.

계획 모델은 전통적으로 수요 측면의 문제를 해결하기 위해 사용되지만, 이들은 두 가지 이유로 비판을 받음: (1) 교통의 흐름을 용량에 따라 배분함; 그리고 (2) 더 나은 신호 타이밍과 같은 운영상의 개선을 포착할 수 없음. 게획 모델이 4단계의 모델에서 좀더 실제적인 개인 기반의 모델로 옮겨감에 따라, 이러한 모델이 실제에서 작동하도록 하기 위해 이동 경험에 대한 더 자세한 내용이 요구됨. 가설적 시나리오에 근거한 설문조사가 예산 및 인력의 제한으로 인한 제한적인 수의 OD쌍에 대한 분석을 지원할 수 있을 뿐임. 그러나, 이러한 입력요소는 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션 모델에서 쉽게 추출될 수 있음. 따라서, 양쪽 모두에서 강점을 이어받기 위한 통합적인 모델을 개발하는 것이 매력적임.

<그림 1>은 제안된 메조스코픽 모델링 프레임워크의 일반적 구조와 다양한 데이타 수집/통합/모델링/적용이 어떻게 연결되는지를 요약함.

<그림 1> 통합적 메조스코픽 모델의 전반적 구조

 
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⊙ 메조스코픽 모델링 프레임워크 
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마이크로스코픽 교통 시뮬레이터는 마이크로 시뮬레이션을 위한 상업용 소프트웨어 팩키지 중의 하나인 TransModeler로 구축되었음. 지역의 계획 모델로부터 수요 데이타에 근거하여 시뮬레이터를 위한 OD 매트릭스를 구축하기 위해 모델이 만들어졌음. 마이크로 시뮬레이션 모델을 위한 동적인 OD 매트릭스와 인자들은 현장의 교통 건수 측정을 통해 검정되었음. 대리인 기반의 출발시간 선택 모델은 따로 개발되어, 네트워크의 변화에 대한 행동의 대응을 포착하기 위해 통합되었음. 통합된 모델은 어떤 이동객도 이동 결정을 조정할 수 없을 때까지 혹은 안정적인 네트워크 상황에 도달할 때까지 반복적으로 운영됨.
 
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□ 결론과 추후 연구 
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이 연구는 ICC의 전후 연구를 위한 메조스코픽 모델을 개발함. 이는 교통량 분석과 이동 예측을 위한 효과적인 모델링 도구를 개발하는데 있어 SHA의 최근 노력과 보조를 맞춤. 이러한 사례로는 I-270 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션 모델과 MSTM을 들 수 있음. 회랑 및 주 전체의 차원에서 교통의 운영과 계획에서 여러 부상하는 이슈들에 대한 종합적인 분석은 마이크로스코픽 시뮬레이션 모델과 매크로스코픽 이동 수요 모델의 결합을 필요로 함. 이 연구는 두 모델의 강점을 취하는 메조스코픽 모델을 개발함으로써 그러한 간극을 극복함.


통합적 모델은 상세한 교통 역학과 교통 운영의 개선이 미치는 영향을 포착할 수 있음. 동시에, 통합적 모델의 규모는 모든 지역적 영향을 포착하기에 충분히 큼. 네트워크의 변화에 대한 개별 행동의 반응을 예측하기 위해 경로 전환 모델(route diversion model)과 대리인 기반의 출발 시간 선택 모델(agent-based departure time choice model)이 개발되고 통합됨. 이는 통합적 모델로 하여금 공간적, 시간적 교통 수요의 조정과 지역의 교통 역학을 반영할 수 있도록 함.


이 연구는 SHA와 연구팀 모두에 의한 데이타 수집 노력에서 이익을 얻을 수 있음. 개별 이동 행동 모델과 동적인 네트워크 공급 모델 모두가 와싱턴(Washington) DC 대도시 지역에서 수집된 지역의 데이타에 대하여 검정됨. 검정된 모델은 ICC가 요금부과 시설로 개통되기 전과 후의 네트워크 성능을 평가하기 위해 적용됨. 그 결과에 의하면, ICC 개통 이후에 새로운 ICC는 오전의 피크 타임에 약 9,000명의 사용자를 끌어들일 것이고, 이는 연구 지역에서 지체 및 정체 시간을 감소시키는데 도움이 될 것임.


보다 견고한 예측과 정책 평가를 위해서, 더 많은 연구가 필요함. 신호 시간 계획은 지역의 교통 역학과 네트워크 성능에 상당한 영향을 미침. 현재의 모델에 있는 466개의 신호 제어 교차로 중에서 80개만이 실제의 신호 시간 계획(real signal-timing plans)을 시행하였음. 모든 신호 제어 교차로에서 실제의 시간 계획이 시행될 수 있다면 이 모델은 상당히 개선될 것임.


이 연구에서 보여주는 것처럼, 대규모의 마이크로스코픽 교통 시뮬레이션 모델을 검정하는 것은 어려움. 실제에서, 검정 절차는 보통 여러 단계로 나누어짐. 연구자들은 보통 고속도로와 주요 간선도로 상의 교통량의 양호한 매칭을 목표로 한 후 작은 규모의 도로로 이동함. 이는 보통 반복적인 절차를 포함함. 연구자들은 또한 교통량과 속도 패턴의 검정 결과를 개선하기 위해 앞뒤로 왔다 갔다 해야함. 이 연구에서의 결과는 주어진 현재의 시간과 데이타 가용성에서 연구팀이 할 수 있는 최선의 결과를 반영함. 주어진 네트워크의 크기와 모르는 것들의 수를 고려할 때, 추후 연구를 위해서는 더 진보한 검정 알고리즘이 필요함. 게다가, 효율적인 검정은 우수한 휴리스틱(heuristics)과 공학적 판단이 포함됨. 현재의 연구로부터의 결과는 추후 연구에 더 나은 지식을 제공할 것임.


통합적 메조스코픽 모델의 적용은 새로운 네트워크 인프라의 전후 연구를 넘어섬. 네트워크 상태와 이동 수요의 전환 모두에서의 변화에 대한 민감도를 고려할 때, 이 모델은 교통 관련 폭넓은 문제 ? 예를 들어 교통 운영의 개선, 동적인 요금 부과 전략, 새로운 이동 수요 관리 정책과 사고 관리 정책 ? 를 연구하는데 적용될 수 있음.
 

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