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향후연구과제

문서에서 요 약 (페이지 86-108)

본 모형에서 내부 입력된 여러 파라메타등의 입력자료에 대한 보다 면밀한 단 계별 검증과 최근 연도로의 갱신 및 유지관리등을 위해서는 실증적인 자료조사 연구가 필요하며 결과해석의 신뢰성을 제고하기 위한 보다 구체적인 논리개발이 필요하다.

아울러 총사회비용의 최소화 문제를 해결하는 최적화 알고리즘에서 도로와 철 도간의 수단분담율의 설정에 있어서 보다 정확한 모형 작성 및 이에 따른 결과변 화의 적정성 여부에 대한 보다 면밀한 검토 및 추후연구가 필요하다.

본 모형에서 개발된 사용자 인터페이스(GUI) 프로그램이 더욱 다양한 기능과 모듈들을 장착하여 보다 사용자 중심의 S/W로서 그 활용도를 제고할 수 있는 모형으로의 개발이 필요하다.

참고문헌

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SUMMARY

Development of an Evaluation Model for Infrastructure Investment(Phase Ⅲ) Focused on the Road and Rail System

-Sang-Keon Lee, Yong-Seok Ko, Tae-Hyung Park

This research concludes three-year research efforts by KRIHS on developing econometrics and optimization models evaluating socioeconomic and user effects of transportation infrastructure investment projects in Korea.

The first year's research focused on formulation of a combined land-use and transportation model that analyzes region-wide macroeconomic changes inhibited by new transportation infrastructure investment. During the second year, the first year's model was applied to Seohaean Expressway investment project. However, the model still had the limitations on evaluating national infrastructure development plan, so it was necessary to upgrade the model to consider the

supply(government) and demand sides simultaneously.

In this regard, this year's research combines macroeconomic analysis of the previous two years' researches with a bilevel optimization model that seeks the best configuration of the road and rail network minimizing the user- and system-wide cost measures such as vehicle operating costs, travel time costs, accidents costs, environment costs, and maintenance costs. A computer software prototype containing both models with a graphical user interface was developed as a final product of this year's research.

The proposed bilevel optimization model selects the best combinations of the projects based on user- and system-wide cost measures (denoted as the total social cost, TSC) by efficiently enumerating feasible combinations satisfying a budget constraint. The best combinations found during the bilevel optimization module are next pairwise compared by the combined land-use and transportation model. These two-step procedure provides a quantitative analysis on alternative traffic corridors and modes development plan that minimizes the total social cost under budget constraint. This procedure can be used as a socioeconomic evaluation tool for macroscopic national physical plans such as national highway system development plan and national arterial transportation networks development plan, etc. As a byproduct of the two-step procedure, a detailed analysis of the status of the proposed network links carrying various transportation modes and information on the minimum travel time between individual origin-destination pairs are provided. Also, the ideal distribution of passenger and cargo demands among available transportation modes can be estimated by the proposed bilevel optimization module. The computer

software prototype showcases essential elements of an advanced tool for transportation infrastructure evaluation that provides users with an easy-to-use analysis software for evaluating transportation investment projects.

We suggest that validity of the proposed two-step procedure should be started with the verification and sensitivity analysis of various exogenous parameters in the model. Also, this model should be tested on different empirical data set. Modeling of general mode split functions considering air and other surface transportation modes is left as a future research topic.

부 록

1. 국가기간교통망계획 2. 주프로그램 code 3. 프로그램 결과값 예시

4. 총사회비용 함수의 산출식 및 각 계수

<부록 1> 국가기간교통망계획

1) 간선도로 투자소요

(단위 ; 억원)

구 분 2000∼2009 2010∼2019

간선도로 936,907 925,610 1,862,517

- 고속도로 465,627 368,966 834,593

- 일반국도 등 471,280 556,644 1,027,924

ㅇ 전반기 계획기간(2010-2019년)

(단위 : 억원)

구 분 연장(㎞) 총사업비 ’99까지 2000-2009

남북1축 서해안(인천∼목포) 353.0 49,716 33,968 15,748

남북1축 서울외곽∼강화 29.5 6,048 0 6,048

남북2축 천안∼논산 80.0 16,243 1,636 14,607

남북2축 서울외곽∼문산 22.0 4,510 0 4,510

남북 2축 남원∼전주 45.0 9,225 0 9,225

남북2축 남원∼순천 44.0 9,020 0 9,020

남북3축 대전∼진주∼통영 209.8 33,266 1,6041 17,225

남북4축 화도(하남)∼여주 60.6 12,423 0 12,423

남북4축 중부내륙(여주∼구미) 151.6 28,592 5,169 23,423

남북4축 구미∼옥포 62.0 12,710 384 12,326

남북5축 중앙(대구∼춘천) 280.0 36,329 28,955 7,374

남북5축 부산∼대구 100.4 19,299 7,299 12,000

남북7축 부산∼포항 106.2 11,682 0 11,682

동서1축 인천국제공항연결 40.2 20,175 14,829 5,346

동서2축 서울∼춘천∼양양 159.7 26,917 0 26,917

동서4축 안중∼평택∼제천 118.8 24,354 651 23,703

(단위 : 억원)

구 분 연장(㎞) 총사업비 ’99까지 2000-2009

동서6축 청주∼상주∼안동 130.5 26,753 250 26,503

동서6축 대전∼당진 94.3 12,083 519 11,564

동서7축 대구∼포항 70.0 20,339 1,848 18,491

동서7축 군산∼전주∼함양 109.5 22,448 250 22,198

동서 9축 목포(무안)∼순천(광양) 105.0 19,874 0 19,874

기타 공주∼서천 59.0 6,532 250 6,282

서울외곽순환 92.0 27,449 22,941 4,508

대전남부순환 20.8 4,365 3,732 633

광주시우회 27.3 6,000 350 5,650

무안∼광주 34.0 6,970 0 6,970

고창∼장성 35.5 7,278 0 7,278

인천국제공항제2연육교

(송도∼영종도) 14.6 15,200 0 15,200

ㅇ 후반기 계획기간(2010-2019년)

구 분 연장(km) 사업비(억원) 비 고

남북 2축 광주∼완도 116.2 23,821

남북 2축 순천∼여수 37.0 7,585

남북 3축 연천∼퇴계원 60.2 12,341

남북 4축 포천∼화도(하남) 81.0 16,605

남북 5축 춘천∼철원 61.4 12,587

남북 7축 포항∼간성 314.8 64,534

동서 4축 제천∼태백∼삼척 103.4 21,197

동서 5축 당진(대산)∼천안∼영주 204.5 41,923

동서 5축 영주∼울진 84.7 17,364

동서 6축 안동∼영덕 112.0 22,960

동서 7축 무주∼대구 86.2 17,671

보령-공주 보령∼공주 45.0 9,225

2) 철도투자 소요

(단위 : 억원)

구 분 2000∼2009 2010∼2019

간선철도 508,266 431,982 940,248

- 고속철도 167,206 81,202 248,408

- 일반철도 341,060 350,780 691,840

ㅇ고속철도 투자내역

(단위 : 억원)

사업명 연장(㎞) 총사업비 ‘99까지 ‘00∼’09 ‘10∼’19

경부고속철도

(서울∼부산) 412 184,358 56,785 125,529 2,044

호남고속철도

(서울∼목포) 330 120,872 37 41,677 79,158

742 305,230 56,822 167,206 81,202

ㅇ 일반철도 투자내역

(단위 : 억원)

사 업 명 구 간 연장(㎞) 총사업비 ’99까지 ‘00-’09

경부선 2복선화 수원∼천안 55.6 8,674 3,955 4,719

경부선 전철화 천안∼동대구 230.0 4,960 20 4,940

경부선 전철화 동대구∼부산 117.4 5,173 440 4,733

충북선 전철화 조치원∼봉양 115.0 2,636 296 2,340

호남선 복선화 송정리∼목포 70.6 6,034 3,237 2,797

호남선 전철화 대전∼목포 256.3 6,663 0 6,663

전라선 개량 신리∼동순천 122.6 10,881 5,837 5,044

장항선복선전철화 천안∼온양 16.5 4,264 52 4,212

장항선 개량 온양∼군산 93.4 18,097 316 17,781

경전선복선전철화 마산∼삼랑진 23.8 4,447 0 4,447

대구선복선전철화 동대구∼경주 70.2 12,982 0 12,982

(단위 : 억원)

사업명 구간 연장(㎞) 총사업비 ’99까지 ‘00-’09

중앙선복선전철화 청량리∼덕소 17.8 4,961 982 3,979

중앙선복선전철화 덕소∼원주 76.8 16,869 112 16,757

중앙선복선전철화 제천∼도담 16.4 2,315 0 2,315

영동선 전철화 동해∼강릉 45.1 719 0 719

경춘선복선전철화 청량리∼춘천 86.2 23,173 406 22,767

경인선 2복선화 구로∼인천 27.0 5,993 4,712 1,281

분당선 수서∼선릉 6.6 6,609 3,294 3,315

경원선복선전철화 의정부∼동두천 18.9 4,559 485 4,074

경의선복선전철화 용산∼문산 46.4 13,031 475 12,556

부산광역전철 부전∼사상 7.2 1,450 0 1,450

대전 광역전철 대전∼서대전 5.7 1,892 0 1,892

인천국제공항철도 서울∼영종도 61.5 32,400 4,660 27,740

분당선 선릉∼왕십리 6.6 5,297 0 5,297

분당선 연장 오리∼수원 18.2 10,280 0 10,280

동해남부선 복선전철화 부산∼울산 74.9 17,265 175 17,090

성남∼이천간 복선전철 성남∼이천 35.8 9,581 0 9,581

수인선복선전철화 수원∼인천 53.1 16,704 46 16,658

경원선 연결 신탄리∼군사분계선 16.2 571 31 540

경의선 연결 문산∼장단 12.0 463 33 430

금강산선 연결 철원∼군사분계선 24.5 854 14 840

광양항인입선 황길∼부두 2.5 79 69 10

가덕선 철도건설 삼랑진∼가덕 38.5 5,466 20 5,446

서남권 산업선 일로∼목포신외항 17.6 2,428 914 1,514

(단위 : 억원)

사 업 명 구 간 연장

(㎞) 총사업비 ’99까지 ‘00-’09 ‘10-19

장항선 복선전철화 온양∼군산 126.6 11,741 0 1,761 9,980

전라선 복선전철화 익산∼여수 194.9 16,405 0 11,283 5,122

중앙선 복선전철화 원주∼제천 41.1 7,931 0 4,917 3,014

중앙선 복선전철화 도담∼영천 164.0 25,588 0 5,000 20,588

원주∼강릉복선전철 원주∼강릉 149.3 32,168 0 5,000 27,168

경전선 직복선화 사상∼보성 217.2 39,127 0 14,000 25,127

경전선 직복선화 송정리∼보성 60.6 9,601 0 1,440 8,161

경전선 단선철도 목포∼보성 72.3 11,020 4,379 6,641

동해선 복선전철화 삼척∼강릉 57.5 8,966 0 1,000 7,966

동해선 복선전철 강릉∼속초 57.2 9,814 0 9,323 491

동해선 복선전철 속초∼고성 67.0 7,491 0 0 7,491

동해남부선복선전철화 울산∼포항 70.3 12,277 0 10,576 1,701

군산선 복선전철화 군산∼익산 23.1 4,115 0 3,128 987

태백선 복선전철화 제천∼백산 96.8 19,696 0 5,909 13,787

영동선 복선전철화 백산∼동해 53.8 14,301 0 4,759 9,542

충주∼문경 단선전철 충주∼문경 39.0 4,369 0 69 4,300

이천∼충주단선전철 충주∼이천 61.0 9,100 0 100 9,000

춘천∼속초 복선전철 춘천∼속초 108.0 25,527 0 1,021 24,506

광주광역 전철 광주∼송정리 14.0 4,648 0 3,314 1,334

경의선 2복선전철화 서울∼수색 8.2 3,396 0 170 3,226

경원선 2복선전철화 용산∼청량리 12.6 7,494 0 225 7,269

남서부 내곽순환전철 능곡∼한양대 41.7 11,041 0 331 10,710

아산만산업철도 포승∼평택 27.0 3,506 0 2,664 842

김천∼진주 단선전철 김천∼진주 115.6 12,673 0 0 12,673

경북선 복선전철화 김천∼점촌 60.2 9,123 0 0 7,632

<부록 2> 주프로그램 code

1) Branch-and-Bound search algorithm의 main( ) function

int main() {

char *probname = NULL;

int k;

double *obj = NULL;

double *rhs = NULL;

char *sense = NULL;

int *matbeg = NULL;

int *matcnt = NULL;

int *matind = NULL;

double *matval = NULL;

double *lb = NULL;

double *ub = NULL;

char *ctype = NULL;

int solstat;

double objval;

int stop = 1;

int status;

int numcols;

int j;

bbnode *root, *current, *bbnode, *incumbentNode;

arc *arp;

node *ndp;

int n, m;

double sum_d = 0;

od *matrix;

long *b;

long budget;

int numOrigin, numOD;

int varIndex;

int *incumbentSol;

int *incumbent;

ofp = fopen("branch.log" , "w");

debug = fopen("debug.log", "w");

initRootNode(&root, &n, &m, &numOD, &numOrigin, &ndp, &arp, &matrix, &projNum, &b, &budget);

numcols = projNum;

incumbentSol = (int *) calloc(projNum, sizeof(int));

incumbent = (int *) calloc(projNum, sizeof(int));

globalBound = INFINITY;

current = root;

while(stop) {

bbnode = selectNodeByFirstLive(current);

if(!bbnode) break;

solstat = calcNodeBounds(b, budget, bbnode, &objval, n, m, numOrigin, ndp, arp, matrix, incumbent);

fprintf(ofp,"bbnode %4d\tbranch var x%d\tat value %12.4lf\tsolstat %4d\tobjval

%12.4lf\n",bbnode->nodeNum, bbnode->index+1, bbnode->val, solstat, objval);

fflush(ofp);

if (solstat == CPX_OPTIMAL) { bbnode->objVal = objval;

bbnode->objComputed = 'Y';

fprintf(ofp,"\n---\n");

fprintf(ofp,"at bbnode %4d\tobjval %12.4lf\n",bbnode->nodeNum, objval);

for(k=0;k<projNum;k++) fprintf(ofp,"z[%2d]=%2d ",k+1,incumbent[k]);

fprintf(ofp,"\n---\n\n");

printf("---at bbnode %4d\tobjval

%12.4lf\n",bbnode->nodeNum, objval);

fflush(stdout);

if(objval < globalBound) { globalBound = objval;

incumbentNode = bbnode;

for(k=0;k<projNum;k++) incumbentSol[k] = incumbent[k];

}

if( ( varIndex = findBranchVar(bbnode) ) != -1)

status = createTwoChildren(&bbnode, varIndex);

else {

bbnode->live = FATHOMED;

bbnode->objComputed = 'Y';

bbnode->objVal = INFINITY;

}

/* pruneByValueDominance(root, globalBound);

printf("========global bound is %lf========\n",globalBound); */

/* sprintf(name, "bbnode%d.lp", bbnode->nodeNum);

status = CPXwriteprob(env, lp, name, NULL); */

/* else {

if(objval <= globalBound) bbnode->live = FATHOMED;

else {

varIndex = findBranchVar(env, lp, bbnode);

status = createTwoChildren(env, lp, &bbnode, varIndex);

} } */

}

else if (solstat == CPX_INFEASIBLE) { /* prune by infeasibility */

bbnode->live = FATHOMED;

bbnode->objComputed = 'Y';

bbnode->objVal = INFINITY;

}

else if (solstat == CPX_UNBOUNDED) { bbnode->objVal = -INFINITY;

bbnode->live = FATHOMED;

bbnode->objComputed = 'Y';

} }

fprintf(ofp, "\noptimal solution found with objval %12.4lf\n\n", globalBound);

fprintf(ofp,"---\n");

for(j=0;j<numcols;j++) fprintf(ofp,"x[%4d]: %12.4lf\n",j+1, incumbentSol[j]);

free(incumbent);

free(incumbentSol);

fclose(ofp);

return 0;

}

2) 하위문제 최적화 함수(lower level optimize 함수) - Frank-Wolf Algorithm

double lowerLevelOptimize(int *z, int n, int m, int numOD, node *ndp, arc *arp, od *matrix) {

int numArc, numNode;

arc *aa;

node *v;

double sum_d = 0;

info1 info;

double stepLength=0;

int stop=1, iter;

double avgTripTimeOnSP, avgTripTimeCurrentlyOnNetwork;

double gap, socTotal;

for(aa=arp;aa<arp+m;aa++) { aa->prevFlow = 0;

aa->newFlow = 0;

}

numArc = m;

numNode = n;

iter = 1;

while(stop == 1 && iter < ITERLIMIT) { sum_GPQVEHAI = 0;

sum_GPQVEHAI_UPAUI = 0;

totalPersons = 0;

totalAutomobiles = 0;

updateArcCost3(z, m, arp);

fprintf(ofp,"iter %d ---\n",iter);

for(v=ndp;v<ndp+numNode && v->nodeType != 'r';v++) { dikh(n, ndp, v, &info);

allOrNothingLoading(numOD, v, matrix);

}

gap = computeGap(m, arp);

avgTripTimeOnSP = sum_GPQVEHAI_UPAUI / sum_GPQVEHAI;

if(iter == 1) {

stop = updateIteration(m, arp, 1.0);

}

if(iter > 1) {

stepLength = lineSearch(m, arp);

stop = updateIteration(m, arp, stepLength);

}

fprintf(ofp,"Iter %4d obj: %15.4lf stepLength %10.4lf\n", iter, sum_GPQVEHAI, stepLength);

fprintf(ofp,"totalPersons %lf\ntotal Automobiles %lf\n",totalPersons, totalAutomobiles);

fprintf(ofp,"currently on network %lf\n",sum_volau_timau/sum_GPQVEHAI);

fprintf(ofp,"gap is %lf\tnormalized gap %lf\n", gap, gap/sum_GPQVEHAI);

fprintf(ofp,"average trip time on shortest path %15.4lf\n\n",avgTripTimeOnSP);

fflush(ofp);

printf("Iter %4d obj: %15.4lf stepLength %10.4lf\n", iter, sum_GPQVEHAI, stepLength);

printf("totalPersons %lf\ntotal Automobiles %lf\n",totalPersons, totalAutomobiles);

printf("currently on network %lf\n",sum_volau_timau/sum_GPQVEHAI);

printf("gap is %lf\tnormalized gap %lf\n", gap, gap/sum_GPQVEHAI);

printf("average trip time on shortest path %15.4lf\n\n",avgTripTimeOnSP);

fflush(stdout);

++iter;

}

fprintf(ofp,"---\n");

socTotal = computeSOC(m, arp);

fprintf(ofp,"total SOC cost %lf\n",socTotal);

/* fprintf(ofp,"---\n");

fprintf(ofp,"Auto Times and Volumes\n\n");

fprintf(ofp,"---\n\n");

for(aa=arp;aa<arp+m;aa++) {

fprintf(ofp,"%5d %5d %20.4lf %20.4lf\n",aa->aNode, aa->bNode, aa->arcCost, aa->prevFlow);

} */

return socTotal;

}

<부록 3> 프로그램 결과값 예시

********************************************************************************

z[1]=0, z[2]=0, z[3]=0, z[4]=0, z[5]=0, z[6]=0, z[7]=0, z[8]=0, z[9]=0, z[10]=0, budget 566400

********************************************************************************

Phase 0: SOC road 1003649.03 rail 42790.99 total SOC cost 1046440.02 CPUtime 119.00 totalVehOnRoad 7402450.19 totalRoad 14724262.00 totalRail 728780.00

Road: VOC 368271.58 TC 523259.74 AC 56937.91 EC 24092.80 MC 31087.01 Rail: VOC 9349.13 TC 31901.04 AC 267.94 EC 1272.89 MC 0.00

---minDiffVol 0.18 minDiffSpeed 0.00

maxDiffVol 113469.45 at arc 4780 ( 1764, 1763)

maxDiffSpeed 61.67 at arc 3051 ( 1108, 1859)

avg vol diff 7366.05 avg speed diff 5.70 ---Phase 1: SOC road 730431.96 rail 33179.89 total SOC cost 763611.84 CPUtime 118.00 totalVehOnRoad 7721356.59 totalRoad 14761410.74 totalRail 691631.26 Road: VOC 293320.42 TC 340315.47 AC 39973.87 EC 25735.19 MC 31087.01 Rail: VOC 9257.76 TC 21523.17 AC 582.07 EC 1816.88 MC 0.00 ---******************************************************************************** z[1]=1, z[2]=1, z[3]=1, z[4]=1, z[5]=1, z[6]=1, z[7]=1, z[8]=0, z[9]=1, z[10]=0, budget 566400 ******************************************************************************** Phase 0: SOC road 933533.84 rail 42256.37 total SOC cost 975790.21 CPUtime 120.00 totalVehOnRoad 7402450.19 totalRoad 14724262.00 totalRail 728780.00 Road: VOC 333594.11 TC 499356.91 AC 48832.68 EC 20663.14 MC 31087.01 Rail: VOC 9344.99 TC 31371.28 AC 267.80 EC 1272.29 MC 0.00 ---minDiffVol 0.22 minDiffSpeed 0.00 maxDiffVol 107647.37 at arc 4724 ( 1744, 1743)

maxDiffSpeed 69.74 at arc 4982 ( 1836, 1760)

avg vol diff 6960.19 avg speed diff 4.50 ---Phase 1: SOC road 706427.02 rail 26504.85 total SOC cost 732931.87 CPUtime 118.00 totalVehOnRoad 7954015.83 totalRoad 14884375.95 totalRail 568666.05 Road: VOC 269699.27 TC 346909.99 AC 36386.80 EC 22343.96 MC 31087.01 Rail: VOC 7378.31 TC 17251.72 AC 450.44 EC 1424.38 MC 0.00 ---***************************************************************** 교통부분 사회간접자본 투자평가모형 결과 ***************************************************************** ***********기준년도************ 1. 총괄 총비용 = 1868339

총통행비용= 1492

중간투입재 비용= 893911

토지, 자본 투입비용= 972936

토지투입비용= 5385

자본투입비용= 967551

문서에서 요 약 (페이지 86-108)

관련 문서