(1) 모형 개요
□ 모형의 필요성
전국 규모의 지역간 교통수요모형 구축시 인접한 교통존(시‧군‧구 단위)간 통행은 도시부 통행의 중단거리 통행특성을 띠며, 멀리 떨어진 교통존 간의 통행은 지역간 통행의 중장거리 통행특성을 동시에 가진다. 따라서, 전국 단위분석에서 도시부 통행과 지역간 통행이 혼재 되어 있으므로 도시 교통수요예측모형과 지역간 교통수요 예측모형을 전국규모 분석에 적용하는 방법론을 명확하게 정립할 필요가 있다.
또한 교통수요 4단계 분석 모형인 통행발생, 통행분포, 교통수단선택, 통행배정 모형을 순차적으로 수행할 수 있는 통합프로그램을 구축할 필요가 있다. 그에 대한 효과로는 택지‧산업단지 개발 등 장래 여건변화 반영시 4단계 모형간의 일관성 유지와 분석자의 수작업에 따른 오류 및 분석시간 감소를 기대할 수 있으며, 각 분석 단계별 모형을 분석 의도에 맞게 변화시킬 수 있으므로 활동기반모형 등으로 확장을 위한 기반을 마련할 수 있다.
□ 국내외 도시/지역간 수요모형 검토
▮ 국내 도시/지역간 수요모형 검토
광역권 간 통행 및 광역권과 영향권 간 통행에 대해서는 도시 교통수요모형이 적용되며, 광역권 외 지역 (또는 영향권 외 지역)과의 통행은 지역간 교통수요모형이 적용되었다. 각 국내 연구진에 따라 도시/지역간 수요분석에 주로 사용한 전통적인 4단계 분석모형은 <표 3-14>에 기술한다.
구 분 통행발생 통행분포 수단선택 KTDB 존단위 집계
회귀모형 성장인자모형
(2중제약 Fratar) Multinomial Logit 모형 (존단위 비집계모형)
수도권 교통본부 존단위 집계
회귀모형 2중제약중력모형
(수정혼합)
가정기반 Nested Logit 모형 (존단위 비집계모형) 비가정기반 Multinomial Logit 모형
(존단위 비집계모형)
<표 3-14> 지역간 O/D 통행량 생성주체별 교통수요분석 단계별 주적용 모형
수도권 교통본부 도시/지역간 교통수요모형(2009) 적용범위
KTDB 도시/지역간 교통수요모형 적용범위(2011)
구분 광역권 2차
영향권 영향권 외 지역
광역권 도시교통
수요모형 도시교통
수요모형
지역간교통 수요모형
(KTDB) 2차 영향권 도시교통수요모형 도시교통
수요모형
지역간교통 수요모형
(KTDB) 영향권 외
지역
지역간교통 수요모형(KTDB)
지역간교통 수요모형(KTDB)
지역간교통 수요모형(KTDB)
구분 광역권 광역권 외 지역
광역권 광역권
도시교통수요모형
수요모형지역간
광역권 외 지역 지역간
수요모형 지역간
수요모형
<그림 3-23> 국내 도시/지역간 교통수요모형 적용범위 비교
• 통행발생모형
회귀분석을 이용하여 통행발생모형을 구축하며 지역간 교통수요모형의 경우 인구 만 변수로 사용하는 반면, 도시교통수요모형의 경우 인구, 종사자수, 대학교 등 그 지역의 특성을 반영할 수 있는 다양한 변수들을 포함한다.
• 통행분포모형
현재 통행패턴을 안정적으로 설명하기 위하여 성장인자모형인 2중제약 프라타 (Fratar) 모형이 일반적으로 적용되며, 지역간 교통수요모형에서는 교통환경의 영향 을 저항으로 설명하는 중력모형이 적용되기도 한다.
• 수단선택모형
도시/지역간 교통수요모형 모두 선택확률모형인 다항로짓(Multinomial Logit)
모형이 가장 많이 적용되며, 종속변수로 통행배정 된 네트워크의 통행시간과 통행요금 을 이용하여 모형을 구축한다.
단계 내용 수식
통 행 발 생
회귀 분석법
예측년도 통행발생량은 다음의 회귀식에 의해서 추정됨
∙∙∙
여기서, = 예측연도 통행발생량
= 통행발생량에 영향을 주는 독립변수k의 i번째 관측치 = 독립변수 k의 통행발생 원단위(회귀계수)
= 상수항으로서 독립변수로 설명할 수 없는 요인
통 행 분 포
성장 인자 모형 (Fratar
모형)
성장인자 모형(growth factor model)의 일종으로, 모형의 기본개념은 존 i와 존 j 사이의 통행량 예측은 기준년도의 O/D 패턴이 그대로 반영되면서 통행생성량과 통행유인량의 성장률에 비례하여 증가한다는 개념임.
× × ×
×
,
×
여기서, = 예측연도의 존 i로부터 존 j로의 통행량
= ( 회차 계산에서의 기준연도의 존 i로부터 존 j로의 통행량 = ( 회차 계산에서의 존 i의 성장인자
= ( 회차 계산에서의 존 j의 성장인자
중력 모형
두 존 간 통행량은 두 장소의 토지이용에 의한 활동량의 곱에 비례하고 한 장소에서 다른 장소로 이동할 때 교통 불편성(통행거리, 통행시간, 통행비용)에 반비례한다는 것이 기본적인 원리임.
×× ××
,
여기서, = 예측연도의 존 i로부터 존 j로의 통행량 = 출발지 존별 조정계수
= 목적지 존별 조정계수
= 예측연도 존의 통행생성량 =
= 예측연도 존의 통행유인량 =
= 와 간의 통행비용
= 통행비용함수로 기준연도의 통행조사 자료를 이용하여 추정됨
<표 3-15> 국내 지역간 교통수요모형에 적용되는 통행발생, 통행분포모형
▮ 국외 도시/지역간 수요모형 검토
국외 도시/지역간 수요모형을 검토한 결과 수요모형은 전통적인 교통수요분석 4단계(통행발생, 통행분포, 수단선택, 통행배정)의 각 단계를 개별적으로 추정하는 모형과 2단계 이상을 동시에 고려하는 결합모형으로 구분할 수 있다.
개별 단계를 각각 추정하는 모형은 주로 비집계자료를 활용한 수단선택모형에 대한 연구가 많았으며, 결합모형은 선택확률모형인 로짓(Logit)모형을 이용한 네스티 드(Nested) 형태로 교통수요 4단계 중 통행발생, 통행분포, 수단선택 단계를 결합하여 분석하는 연구가 주류를 이룬다.
논문 적용모형 자료형태 입력변수 특이점
Mattson et al.(2010)
Multinomial Logit
(수단선택) SP/RP 비집계자료 요금, 속도, 환승 등
통행거리와 유가, 사회경제지표를
이용한 지역간 수단선택모형
Gong (2010)
인공신경망+시계열 회귀분석 (통행발생)
집계자료
베이징~상하이 간 시계열통행자료,
사회경제지표
시계열분석에서 선형성을 예측하고
인공신경망에서 비선형예측
Yao (2005)
Nested Logit (통행발생,목적지 선택, 수단/경로선택
결합모형)
SP/RP 비집계자료
기존수단과 초고속열차에 대한
통행특성별 선호
접근성을 이용한 유발수요 반영
KaTo (2011)
Nested Logit (통행발생, 통행분포, 수단선택
결합모형)
존단위 집계자료
사회경제지표, 요금, 통행시간, 존사이즈,
서비스 빈도
P/A 기반의 분석으로 존 크기를 고려하고 있으며 통행목적
세분화
<표 3-16> 국외 지역간 수요모형 검토
국내외 도시/지역간 수요모형 검토에서 시사하는 점은, KTDB의 지역간 수요모형 은 O/D(통행유출/유입) 기반으로 구축되었으나, 향후 목적에 따른 통행행태를 보다 잘 모사할 수 있는 P/A(통행생성/유인) 통행량 기반으로 지역간 수요모형을 구축할 필요가 있다.
O/D와 P/A의 가장 큰 차이는 O/D 접근방법은 통행의 방향에 따라 통행이 유출되 고 유입한다고 보지만, P/A 접근방법은 통행의 출발이 가정인지 아닌지에 따라
통행발생을 달리 보고 있으며, 비가정기반은 O/D 접근방법과 동일하게 통행발생량을 산정하지만 가정기반의 경우 통행이 나가고 들어오는 방향과 상관 없이 모두 가정에서 발생한 통행량으로 보는 것이 가장 큰 차이점이다.
국내의 경우 행정구역과 더불어 가구통행실태조사가 이루어지는 경계를 기준으로 도시/지역간 교통수요모형을 구분하여 적용하였으며, 국외에서는 장거리 교통수요 (철도, 항공 등)에 대해서 지역간 교통수요모형을 구축한다.
국내․외 관련 연구 검토결과 도시교통수요모형과 지역간 교통수요모형을 융합하려 는 논의가 활발히 이루어지고 있지만 현재까지 도시교통과 지역 간 교통이 융합된 방법론은 정립되어 있지 않다.
▮ 국내외 직접수요모형 검토
국내 직접수요모형 검토내용은, 21세기 국가철도망 구축 기본계획 수립, 교통개발 연구원(1999, 현 한국교통연구원)에서 직접수요모형을 이용하여 여객 교통수요를 추정하였다.
여객 수요 추정모형은 통행량이 출발 존의 인구와 도착 존의 일인당 GRP에 비례하 고 주행시간에 반비례한다는 가정하에 구성되었다. 따라서 도시화 되지 않은 지역 간 통행은 거리가 멀어질수록 적어지고 도시화 된 지역 간 통행은 거리에 크게 관계하지 않도록 두 도시 간 통행과 두 도시 간 사회경제지표에 대한 관계를 반영하도 록 모형을 구성하였다.
통행발생 및 통행분포에 대해 사회경제지표 및 평균 통행시간변수를 사용하여 Kraft-SARC 직접수요모형과 유사하게 승수식으로 통행발생과 통행분포가 결합하 여 모형화 했으며, 도시화율과 통행거리의 속성을 반영하기 위해 인구가 50만, 통행거 리 150km 이상을 구분하여 더미변수로 처리하였다.
: t년도의 교통존 i와 j간의 교통량
: t년도의 교통존 i의 인구
: t년도의 교통존 j의 1인당 GRP
: t년도의 교통존 i와 j간 평균수단통행시간
: 교통 존 i의 인구에 대한 더미, 50만 이상은 1, 그 외는 0
: i, j간 통행거리 더미, 150km 이상은 1, 그 외는 0
: 계수
구 분
수도권 내 통행 0.017 0.634 0.658 -0.093 0.34 0
비수도권내 통행 0.001 0.723 0.714 0 0 -1.593
수도권-비수도권 간 통행 0.0002 0.874 0.877 -1.234 0 0
<표 3-17> 국내 직접수요모형(21세기 국가철도망 구축 기본계획, 교통연구원, 1999)
국외 직접수요모형의 경우, 기종점 간 각 수단의 수요를 독립적으로 가정하는지 여부 또는 수단 간 경쟁이 존재한다고 보는지에 따라 전도성모형과 수단경쟁모형으로 구분할 수 있다. 전도성모형에는 Abstract 모형과 Mclynn 모형을 들 수 있으며, 수단경쟁모형에는 Kraft-SARC 모형을 들 수 있다.
국외 직접수요모형은 주로 지역 간 교통수요예측에 적용되었으며, 도시교통에 적용된 사례는 Charles River Associates(1967)에서 적용한 직접수요모형이 있다.
통행생성 존의 가구소득, 자동차 보유대수, 가구규모와 같은 가구의 사회경제지표와 통행유출 존의 인구, 고용, 건물연면적과 같은 사회경제 및 토지이용변수를 이용하여 Kraft-SARC와 유사한 모형형태로 구성하였으며, 집계자료를 이용하는 다른 모형과 는 달리 개별자료를 이용하여 개인의 통행목적을 고려하는 점이 다른 국외 직접수요모 형과 주목할 점이다.