복합대중교통체계에서의 마을버스 노선 설계와 정책

Abstract

대중교통의 연계성 향상은 대중교통 활성화를 유도하는데 큰 요인으로 작용하며 그 중심에서 마을버스의 역할이 중요하다. 마을버스는 승객을 픽업하여 상위 대중교통 수단으로 연계시키는 대중교통이다. 그러나 과거 마을버스 네트워크 설계에 관한 이론적인 연구가 다양하게 이뤄졌으나 복합대중교통 네트워크와 같은 현실요소 반영이 부재한 점이 있었다. 또한 현재 마을버스의 체계적인 노선 설계 가이드라인이 부재하여 여러 이해당사자 간 의견 협의 결과 및 경험적인 방법으로 노선이 결정된다. 장래에 신설되는 마을버스는 자율주행셔틀버스가 운행될 것으로 전망되며 체계적이고 효율적인 네트워크는 필수적이다. 그 중 가장 기본이 되는 사항은 노선을 어떻게 설계한 것인가에 대한 문제로 이와 관련된 연구는 필요하다. 따라서 객관적이고 과학적인 접근방법으로 노선을 구상 및 설계하는 연구가 필요하다.

본 연구의 목적은 네 가지로 구분하여 제시한다. 첫 번째, 복합대중교통체계에서의 마을버스 네트워크 설계 모형을 제시한다. 두 번째, 모형의 해를 탐색하는 유전알고리즘을 제시한다. 세 번째, 사례연구를 통해 다양한 입력조건에 의한 분석결과를 살펴보고 현실적인 노선설계의 가능성을 논한다. 네 번째, 마을버스의 다양한 정책의 적용 가능성을 살펴본다.

본 연구에서는 실제 복합대중교통 네트워크를 대상으로 현실OD패턴을 고려할 수 있는 마을버스 노선 설계 모형을 제시한다. 복합대중교통 네트워크는 전철, 일반노선버스(간선, 광역, 급행 등)가 구축된 네트워크이다. 모형의 해는 네트워크비용이 최소화가 되는 마을버스의 노선과 노선 별 버스 운영대수이다. 모형의 구조는 바이레벨(bi-level)구조로 상위모형에서는 노선의 형태를 결정하는 결정변수와 이를 포함된 목적함수로 구성되며 하위모형에서 대중교통 확률적 통행배정을 하는 함수로 구성된다. 모형의 최적화범위는 분석하려는 지역의 네트워크와 네트워크 내 모든 OD통행을 대상으로 한다. 모형은 조합최적화 및 비선형 혼합정수문제 형태로 NP-hard로 분류되며 해 탐색은 메타휴리스틱기법 중 가장 대표적인 유전알고리즘을 이용하였다.

사례연구는 3기 신도시에서의 자율주행셔틀도입을 가정으로 네트워크를 구상하였다. 네트워크 및 입력OD를 구축하였으며 자율주행셔틀의 운송원가 수준을 추정하였다. 다양한 조건에서의 네트워크 도출 가능성을 살펴보기 위해 일반노선버스 반영여부, 운영비용 수준, 배차간격 수준에 따라 여러case로 설정하였으며 각 case별로 네트워크 형태 및 속성이 상이하게 도출되었다. 구상 결과는 최종 네트워크 설계 시 여러 이해관계자들이 참고할 수 있는 자료로 활용될 수 있다. 또한 대중교통 연계성 향상 방안과 자율주행셔틀 운행 계통 관련 신규 조례 설정 시 참고 자료로 활용될 수 있다.

또한 자율주행 마을버스 정책 및 기존 마을버스 정책 적용에 관하여 논하였다. 본 연구의 결과는 자율주행 마을버스네트워크 도입 시 노선설계 또는 운행계통 설정 시 참고자료 및 기초자료로 활용할 수 있다. 기존 마을버스 정책 적용에 있어 마을버스 노선 조정, 신규 수요지역의 노선, 운행계통 검토, 생활권단위 노선설정, 심야마을버스 도입 등 여러 가지 사안에 대하여 본 연구가 활용될 수 있다.|Improving public transportation connectivity is a major factor in inducing the activation of public transportation, and the role of the feeder bus is important. The feeder bus is public transportation that picks up passengers and links them to the main trunk line mode. However, various theoretical studies on the feeder bus network design were conducted, but there was no reflection of reality factors such as the multi-level transit system. Also, there are currently no systematic route design guidelines for feeder buses. Therefore, the route is decided based on the result of consultation between various stakeholders and an empirical method. The autonomous shuttle bus is expected to be operated as a new feeder bus in the future, and a systematic and efficient network is essential. Among them, the most basic issue is the problem of how to feeder bus route design. Therefore, it is necessary to design routes in an objective and scientific approach. The purpose of this study is divided into four categories. First, a feeder bus network design model in the multi-level transit system is presented. Second, a genetic algorithm to search the model solution is presented. Third, through case studies, analysis results by various input conditions are examined and the possibility of realistic route design is discussed. Fourth, the applicability of various feeder bus policies based on the route design result is examined. This study presents a feeder bus network design model that can consider the actual OD pattern and multi-level transit system. The multi-level transit system is a network in which rail and city bus routes(or express bus, BRT, etc.) are given. The model solution is the feeder bus routes that minimize the network cost and the number of buses operated by the route. The structure of the model is bi-level programming. The Upper model consists of a decision variable that determines the shape of a route and an objective function. The Lower model is composed of a stochastic transit assignment model. The optimization scope of the model targets the analysis network and all OD pairs within the network. The model is classified as NP-hard in the form of combinatorial optimization and nonlinear mixed-integer problems. Therefore, the most representative genetic algorithm among metaheuristics was used for solution search. In the case study, the network was conceived assuming the introduction of autonomous shuttle buses in the 3rd new town. The network and input OD were established, and the autonomous shuttle operation cost was estimated. Several cases were set according to whether city buses were reflected, operating cost level, and dispatch interval level to examine the possibility of feeder bus network derivation under various conditions. The network form and properties were derived differently for each case. The conception result can be used as reference material for various stakeholders when designing the final feeder bus network. In addition, it can be used as reference data when Improving the connectivity of public transportation and setting up new acts related to autonomous shuttle operation systems. In addition, the application of the autonomous shuttle bus policy and the existing feeder bus policy were discussed. The results of this study can be used as a reference and basic data when designing routes or setting up operation systems when introducing autonomous shuttle bus networks. In applying the existing feeder bus policy, this study can be used for various issues such as adjustment of feeder bus routes, routes design in new demand areas, operation system review, routes setting for neighborhood units, and introduction of night feeder buses.