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공학석사 학위논문
계층적의사결정법 및 퍼지이론을 이용한 교통약자 맞춤형
경로탐색기법
Pat h Fi ndi ng Met hodol ogy f ort hePeopl ewi t h ReducedMobi l i t y Usi ng
AHP andFuzzy Logi c
2016년 2월
서울대학교 대학원 건설환경공학부
문 미 경
계층적의사결정법 및 퍼지이론을 이용한 교통약자 맞춤형 경로탐색기법
Pat h Fi ndi ng Met hodol ogy f or t hePeopl ewi t h Reduced Mobi l i t y Usi ng
AHP andFuzzy Logi c
지도교수 유 기 윤
이 논문을 공학석사 학위논문으로 제출함
2015년 12월
서울대학교 대학원
건설환경공학부
문 미 경
문미경의 공학석사 학위논문을 인준함
2015년 12월
위 원 장 ( 인)
부위원장 ( 인)
위 원 ( 인)
국 문 초 록
최근 지속적으로 교통약자의 이동권에 대한 사회적 관심이 증가하고 있다.
이에 따라 교통약자의 이동 편의성을 향상시키기 위한 법안 제정 및 관련 연 구가 진행되고 있으나 아직 초기 단계로 미비한 상태이며 대부분 단순 제도 적 시설공급 측면에 치중되어 있다.이는 교통약자의 일시적 이동상의 불편 함을 해소할 뿐이며 실제 교통약자에게 향상된 이동편의를 제공하기 위해서 는 보다 합리적이고 현실적인 경로정보 제공에 관한 실질적 기술개발이 필요 하다.따라서 본 연구에서는 교통약자의 이동에 영향을 미치는 경사로,계단 과 같은 물리적 요소가 고려된 교통약자 유형별 맞춤형 경로를 탐색하는 기 법을 제안하고자 한다.선행연구 및 관련 연구를 분석하고 실험에서 이용할 데이터 속성을 참고하여 경로 탐색 시 고려할 교통약자의 보행에 방해가 되 는 ‘보행장애요소’를 선정하였다.계층적의사결정법(AHP)을 이용하여 최종 선정된 보행장애요소 간의 상대적 중요도를 산정하였으며 마지막으로 퍼지 시스템을 통하여 최종 산출된 보행장애요소의 가중치와 보행자 네트워크의 링크 속성값이 종합된 교통약자의 보행에 방해되는 정도를 나타내는 수치값
‘보행방해도’를 도출하였다.보행방해도를 바탕으로 거리 요소가 포함된 ‘보행 경로비용’을 계산하고 최단경로알고리듬 중 하나인 다익스트라 알고리듬을 이용하여 이 값이 최소가 되는 경로를 탐색함으로써 교통약자 유형별 이동 편의를 향상시킬 수 있는 맞춤형 경로를 제공한다.서울시 마천1동을 대상으 로 서로 다른 출발지와 목적지를 설정하여 교통약자 유형별 경로를 탐색하고 실제 현장 실험을 통하여 각 경로에 대한 만족도 설문조사를 통해 도출된 경 로가 실제 교통약자의 이동에 편의를 향상시키는 유의미한 경로임을 확인하 였다.본 연구에서 제안한 경로 탐색 기법을 이용하여 추후 교통약자 맞춤형 경로안내 서비스가 제공된다면 교통약자의 활발한 사회적‧경제적 참여를 돕 고 이동복지향상도 꾀할 수 있을 것으로 보인다.
주요용어 :교통약자,경로탐색,보행장애요소,AHP,퍼지이론
학번 :2011-23395
< 목 차 >
초 록
···ⅲ목 차
···ⅳ그림 차례
···ⅵ표 차례
···ⅶ1.서론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1
1.1.연구 배경 및 목적 ···1
1.2.연구 범위 및 방법 ···4
1.3.용어정리 ···6
2.이론적 고찰 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8
2.1.AHP···8
2.1.1.개념 및 특징 ···8
2.1.2.AHP를 이용한 보행문제해결 관련 연구 ···11
2.2.퍼지이론 ···13
2.2.1.개념 및 특징 ···13
2.2.2.퍼지이론을 이용한 교통 관련 연구 ···16
3.교통약자 맞춤형 경로탐색 기법 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 7
3.1.교통약자 유형별 보행장애요소 선정 ···173.1.1.선행연구 및 관련제도 ···17
3.1.2.최종 경로탐색 보행장애요소 정의 ···21
3.2.AHP를 이용한 가중치 산출 ···24
3.3.퍼지이론을 이용한 보행방해도 도출 ···31
3.3.1.퍼지화 ···31
3.3.2.퍼지 추론 시스템 설계 ···35
3.3.3.역퍼지화 ···37
3.4.교통약자 유형별 경로탐색 ···39
4.실험 적용 및 결과 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4 1
4.1.실험 환경 및 대상지역 ···41
4.1.1.대상지역 선정 ···41
4.1.2.실험 데이터 전처리 ···45
4.1.3.실험 환경 설정 ···49
4.2.실험 결과 및 검증 ···52
4.2.1.실험 결과 ···52
4.2.2.실험 검증 ···56
5.결 론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 63
참고문헌
···65부록
···69Abst r act
···103<그림 차례>
그림 1-1.본 연구의 교통약자 범위 ···4
그림 1-2.연구 흐름도 ···5
그림 2-1.AHP 계층구조 ···9
그림 2-2.퍼지이론의 단계별 흐름도 ···13
그림 2-3.무게 중심법 ···16
그림 3-1.보행방해도 산출과정 예시 ···37
그림 4-1.MATLAB FuzzyLogicToolbox시스템 구성 ···50
그림 4-2.보행경로비용 필드 ···51
그림 4-3.실험 대상 지역 및 O/D 포인트 ···52
그림 4-4.경로 16의 교통약자 유형별 경로탐색 ···53
그림 4-5.경로 17의 교통약자 유형별 경로탐색 ···54
그림 4-6.경로 18의 교통약자 유형별 경로탐색 ···54
그림 4-7.경로 19의 교통약자 유형별 경로탐색 ···55
그림 4-8.현장 실험 검증 ···57
그림 4-9.경로 16의 만족도 설문결과 ···57
그림 4-10.경로 17의 만족도 설문결과 ···58
그림 4-11.경로 18의 만족도 설문결과 ···59
그림 4-12.경로 19의 만족도 설문결과 ···60
<표 차례>
표 3-1.보행환경 요소 ···18
표 3-2.보행경로 선택 시 영향을 미치는 환경요소 ···19
표 3-3.교통약자의 보행 장애 요소 ···20
표 3-4.교통약자 보행 환경과 관련된 제도의 내용 ···20
표 3-5.보행요소의 분류 및 보행장애요소 1차후보군 ···21
표 3-6.보행 지원시설 및 장애 구간 속성 정의 ···22
표 3-7.교통약자 유형별 보행장애요소 ···23
표 3-8.쌍대비교 9점 척도 ···25
표 3-9.휠체어이용자 가중치 및 CI···26
표 3-10.타 교통약자 가중치 및 CI···27
표 3-11.교통약자 유형별 종합 가중치 ···28
표 3-12.교통약자 유형별 통행특성 ···30
표 3-13.보행장애요소별 소속 함수 ···33
표 3-14.경사로 퍼지 규칙 ···36
표 3-15.좁은 보도폭 퍼지 규칙 ···36
표 3-16.보도포장불량,보차 혼용 도로,보행장애물,계단 퍼지 규칙 ···37
표 4-1.기 구축된 데이터 지역별 보행장애요소를 포함한 링크의 개수 ···42
표 4-2.자치구별 사회복지시설 현황 ···42
표 4-3.서울시 지자체별 어린이 보행‧노인 보행 사상자 ···44
표 4-4.교통약자용 보행자 네트워크의 링크 테이블 ···45
표 4-5.AVAIL/LIMIT 필드/필드값 ···47
표 4-6.OBS 자릿수 정의 ···47
표 4-7.보행장애요소 참고 필드/필드값 ···48
표 4-8.휠체어 이용자의 최단/맞춤형 경로 정성적 평가 ···62
표 4-9.타 교통약자의 최단/맞춤형 경로 정성적 평가 ···62
1.서론
1. 1.연구 배경 및 목적
1948년 UN에서 제정한 인권헌장에 의하면 ‘이동’이란 인간의 가장 기본적 인 권리이며 이동이 자유로운 환경은 누구에게든 삶의 질을 보장하는데 기여 할 수 있다(조남건,2001).하지만 신체적 또는 사회적‧경제적 이유로 교통시 설의 이용에 제약이 따르는 교통약자1)는 이동에 어려움이 생기게 되고,이로 인해 사회 및 경제활동 참여에 제한을 받고 있다(조남건,2003).
교통약자의 이동성 확보와 균등한 기회를 제공하기 위하여 제정된 『교통 약자의 이동편의 증진법(2005)』은 지속적으로 증가하고 있는 교통약자의 이 동상 어려움을 해소하기 위해 최근 국가적 관심과 대응이 대두되고 있음을 보여준다.하지만 이는 제도적 시설공급에 치중되어 있어서 일시적 이동상의 불편함을 해소할 뿐이며 실제 교통약자에게 보다 향상된 이동편의를 제공하 기 위해서는 보다 합리적이고 현실적인 경로정보 제공이 필요한 실정이다(김 응철 등,2009).이와 관련하여 교통약자의 이동편의를 위한 연구가 진행되고 있다.
김태호 등(2008a)의 연구에서는 교통약자를 위한 대중교통정보와 이동지원 체계에 대한 만족도 조사와 면접 및 추적조사를 실시하여 교통약자 유형별 이동행태를 분석하고 이를 바탕으로 교통약자 유형 및 특성에 맞는 대중교통 정보 제공 방안을 마련함으로써 교통약자의 이동권과 편의를 보장하였다.권 지영 등(2013)의 연구에서는 교통약자를 위한 국내도시철도 이용시설 설치 현황과 문제점을 파악하고 국내 및 국외 사례를 통해 이를 개선함으로써 교 통약자의 이동편의를 향상시키기 위한 방안을 강구하였다.이신해(2009)의 연 구에서는 교통약자 만족도 조사결과와 교통약자 편의시설 설치률 자료와 비 교함으로써 설치률 수준에 비해 만족도 수준이 현저히 떨어진다는 문제점을 파악하고 이에 대한 정책을 제시함으로써 교통약자의 이동편의를 증진시키기
1)강현미 등(2009)의 연구에 따르면 신체적 또는 사회적‧경제적 이유로 교통시설의 이용에 제약이 따르는 이들을 지칭함.
위한 구체적인 정책을 제시하였다.
위 연구들은 교통약자의 이동 편의를 향상시키기 위하여 고려되어야 할 항 목들을 제시하거나 이동을 돕는 시설 및 제도 등을 제안하는 수준에 머무르 고 있으며,실질적으로 교통약자의 원활한 이동이 가능한 경로를 탐색하거나 안내하는 기술 개발에 관한 연구가 아니라는 한계를 갖는다.실제 이에 관련 한 기술 개발에 관한 국내 연구 사례는 찾아볼 수 없었고,국외의 경우 일부 선행 연구 사례만을 찾아볼 수 있었다.
MAGUS는 도심지에서 이동하는 휠체어 이용자를 위한 내비게이션 시스템 이다(Matthewsetal.,2003).이는 실제 휠체어 이용자를 대상으로 한 설문 조사와 현장조사 및 기존 연구를 참고하여 휠체어 이용자의 보행에 방해가 되는 요소들을 정의하고 각 요소들이 방해가 되는 정도를 계산하여 그 정도 가 최소가 되는 경로를 탐색함으로써 휠체어 이용자의 보행을 돕는다.
Karimanziraetal.(2006)은 통행이 불가능한 곳은 경로에서 완전 배제함으로 써 시각‧청각장애인의 이동을 돕는 도구를 개발하였다.이는 보행에 방해가 되는 장애물들을 극복하기 위해 소요되는 에너지를 계산하기 위하여 물리학 법칙을 이용한다.
이처럼 실제 물리적 환경요소를 고려하여 교통약자의 이동 편의를 향상시 킬 수 있는 경로를 안내해주는 기술에 대한 연구가 국외에서 조금씩 진행되 고 있으나,대개의 경우가 ‘휠체어 이용자’,‘시각 장애인’만을 연구 대상으로 함으로써 특정 교통약자만을 고려하고 있다.또한 장애물이 있는 경로는 완 전 배제하는 단순한 경로탐색 기법을 이용함으로써 불편함을 유발할지라도 실제 통행은 가능한 경우까지 배제하게 되어 출발지부터 목적지까지 경로 길 이가 너무 길어지는 경우가 발생하고 실질적으로 유의미한 경로를 제공하지 못하고 있다.
따라서 본 연구에서는 교통약자의 이동 편의를 증진시키기 위하여 교통약 자의 이동에 영향을 미치는 물리적 요소가 고려된 교통약자 유형별 맞춤형 경로를 탐색하는 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.‘휠체어 이용자’나 ‘시 각 장애인’만을 초점에 두고 이들을 대상으로 한 선행연구와 달리 본 연구에 서는 휠체어 이용자 뿐 아니라 고령자,목발을 짚은 사람 등 거동이 불편한 사람으로 연구의 대상을 확대한다.뿐만 아니라,보행에 방해가 되는 장애물
을 단순히 경로에서 완전 배제하는 것이 아니라 퍼지 로직을 이용하여 보행 에 방해가 되는 정도를 수치로 계량화함으로써 보다 실질적으로 이동 편의성 을 향상시키는 경로를 탐색한다.또한 기존 국외 선행연구의 기준을 적용하 는 것이 아니라,교통약자의 이동 편의성이 보장되는 보행환경 구축을 위한 국내 법규 및 선행 연구에서 제안한 기준을 적용함으로써 추후 실질적으로 교통약자를 대상으로 국내 실정에 맞는 적합한 경로 안내 서비스를 제공할 수 있을 것으로 보인다.
본 연구에서 제안한 경로 탐색 기법을 이용하여 추후 교통약자 맞춤형 경 로안내 서비스가 제공된다면 교통약자의 활발한 사회적‧경제적 참여를 돕고 이동복지향상도 꾀할 수 있을 것으로 기대한다.
그림 1-1.본 연구의 교통약자 범위
1. 2.연구 범위 및 방법
본 연구에서 다루고자 하는 ‘교통약자’는 경제적 제약,사회‧제도적 제약 및 신체적 제약에 의해 교통시설의 이용에 제약이 따르는 ‘이동제약자(the moibility handicapped)’의 개념으로(강현미 등,2009),『교통약자의 이동편의 증진법』에서 정의하는 신체적 이유에 의해 이동에 어려움을 겪는 사람들인
‘고령자‧유모차 사용자‧일시적 신체장애를 가진 자 등’으로 한정한다.본 연 구에서는 장애인의 경우 장애 유형의 특수성에 의해 시각 및 장애인 등은 모 두 제외하고 신체적 이유로 이동성에 제약을 갖는 휠체어이용자의 경우만 포 함한다.[그림 1-1]은 신연식(2002)의 연구에서 교통약자의 유형을 도식화한 것이며,음영으로 처리된 부분이 본 연구에서 다루고자 하는 교통약자의 범 위이다.
신체적 제약으로 인하여 이동에 어려움을 겪는 교통약자 중 휠체어 이용자 는 통행 특성이 타 교통약자2)와 상이하기 때문에 본 연구를 진행함에 있어 휠체어 이용자와 타 교통약자로 교통약자의 유형을 구분하여 각 유형별 맞춤 2)신체적 제약을 가진 교통약자 중에서 휠체어 이용자를 제외한 고령자,일시적 신 체장애를 가진 사람 등을 지칭함.
형 경로를 탐색하였다.
본 연구에서는 선행연구 및 관련 제도를 분석하고 실험에서 이용할 데이터 속성을 참고하여 경로 탐색 시 고려할 교통약자의 보행에 방해가 되는 ‘보행 장애요소’를 선정한다.최종 선정된 보행장애요소간의 상대적 중요도를 산정 하기 위하여 공간정보 및 교통 분야 전문가를 대상으로 한 쌍별 비교 설문을 바탕으로 계층적의사결정법(Analytic Hierarchy Process,AHP)을 이용한다.
마지막으로 퍼지 시스템을 통하여 최종 산출된 보행장애요소의 가중치와 보 행자 네트워크의 링크 속성값이 종합되어 교통약자의 보행에 방해되는 정도 를 나타내는 수치값 ‘보행방해도’를 도출하고 최단경로 알고리듬 중 하나인
‘다익스트라 알고리듬’을 이용하여 이 값에 거리요소가 포함된 ‘최종 보행경 로비용’값이 최소가 되는 교통약자 유형별 이동 편의를 향상시킬 수 있는 맞춤형 경로를 제공한다.전체적인 연구 흐름도는 [그림 1-2]와 같다.
그림 1-2.연구 흐름도
1. 3.용어정리
교통약자 맞춤형 경로탐색 기법을 설명하기에 앞서 정확한 의미를 전달하 고자 본 연구에서 사용하는 용어(terminology)에 대해 정리하였다.관련 용어 는 아래와 같다.
• 보행장애요소
:교통약자 맞춤형 경로 탐색 시 고려되어야 할 물리적 요소들을 의 미하며,이는 교통약자의 보행을 방해하고 불편함을 야기함으로써 교통약자의 보행 편의성을 저해하는 요소
• 보행방해도
:본 연구에서 설계한 퍼지 추론 시스템을 거쳐 보행 네트워크가 갖 는 속성값과 그에 상응하는 보행장애요소의 가중치 값이 종합되어 산출되는 0∼5점 사이의 값
• 보행경로비용
:보행방해도에 ‘거리’요소까지 반영된 ‘0’보다 큰 값으로 경로 탐색 시 Cost로 설정되는 값
• 최단 경로
:출발지부터 목적지까지의 길이가 최소가 되는 경로
• 맞춤형 경로
:교통약자의 보행 편의성을 향상시키기 위한 목적으로 본 연구에서 제안한 기법을 이용하여 도출된 경로
• 휠체어 이용자
:질병이나 사고로 다리가 자유롭지 못하여 수동 및 전동 휠체어를 이용하는 사람을 의미하며 본 연구에서는 전동 휠체어를 이용하는 사람으로 국한함
• 타 교통약자3)
:‘이동제약자’의 개념으로 신체적 또는 사회적‧경제적 이유로 교통시 설의 이용에 제약이 따르는 이들을 지칭하는 ‘교통약자’의 범주 가 3)강현미 등(2009)의 연구를 참고함
운데 특별히 신체적 이유에 의해 어려움을 겪는 사람들인 ‘고령자, 임산부,무거운 짐을 가지고 있는 사람,유모차 사용자,일시적 장애 인(목발을 짚은 자 등)등으로 정의함
2.이론적 고찰
2. 1.AHP
2.1.1.개념 및 특징
AHP는 Saaty(1980)에 의해 개발된 다기준 의사 결정법으로 분석과정이 직 관적이고 쉽다는 장점을 가지고 있어 최근 많이 이용되고 있는 의사결정기법 중 하나이다(Saaty,1994).이는 두뇌가 단계적 또는 위계적 분석과정을 활용 한다는 사실에 착안하여 고안된 것으로 의사결정의 전 과정을 다단계로 나눈 후 이를 단계별로 분석 해결함으로써 최종적인 의사결정에 이르도록 한다.
AHP는 이론적 기초를 가진 경험 있는 전문가의 지도에 따라 적용될 경우 에는 바람직한 의사결정 기법이 될 수 있다(양인태 등,2002).기본적으로 의 사결정시에는 다수의 상충되는 기준에서 최적의 대안을 선정하게 되는데, AHP가 이러한 경우에 전문가의 의견을 바탕으로 보다 쉬운 의사결정을 위 한 분석의 틀을 제공해 준다.특히,의사 결정과정에서 여러 요소들을 한꺼번 에 고려하여 각 요소들이 의사결정에 미치는 중요도 또는 가중치를 구하는 것이 매우 어렵기 때문에,두 요소씩 쌍별 비교하여 각 요소들의 중요도 및 가중치를 구함으로써 의사결정자(전문가)가 보다 편하고 쉽게 판단할 수 있 도록 돕는다(은희봉,2001).이는 본 연구에서 여러 개의 보행장애요소가 교 통약자의 보행에 영향을 미치는 상대적인 중요도를 결정하는데 적합하다고 판단된다.
AHP기법을 이용하여 의사결정문제를 해결하는 경우 일반적으로 다음과 같은 4단계에 따라 수행된다.
1)의사결정요소의 결정 및 계층구조 구성
의사결정을 위해 고려되는 요소들은 보통 완전히 독립적이지 않으며 상호 연관되어 있는 경우가 많다.신뢰도 있는 의사결정 모델을 설계하기 위해서 는 의사결정요소들의 관계를 체계적으로 분류하고 정리하여야 한다.문제를 해결하기 위해 가장 핵심적인 요소들을 우선적으로 결정하고 이를 보완할 수 있는 세부 요소들을 고려한다.즉,의사결정 목표,의사결정 기준 등을 명확 히 한 후에 최종적으로 계층구조를 구성한다.양인태 등(2002)의 연구에서 정 리한 일반적인 AHP 계층구조는 [그림 2-1]과 같다.
그림 2-1.AHP 계층구조
2)의사결정요소의 쌍대비교
의사결정요소들의 상대적인 중요도를 나타내는 가중치를 구하기 위해 요소 들을 쌍별로 비교한다.두 개의 의사결정요소를 놓고 한 요소가 다른 요소에 비하여 얼마나 중요한지를 설문을 통해 답변을 얻고 이를 바탕으로 쌍대비교 행렬(수식 2-1)을 작성한다.
⋯
⋯
⋯
⋮ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮
⋯
(2-1)
이 때,행렬의 각 원소는 다음과 같다.
요소의 가중치
3)의사결정요소의 가중치 계산
쌍별 비교 후 각 계층에 대하여 의사결정요소가 갖는 상대적 가중치를 추 정한다.[수식 2-1]을 이용하여 가중치를 구하기 위해서 n개 요소의 가중치 행렬
⋯
을 곱하면 [수식 2-2]와 같다.
⋯
⋯
⋯
⋮ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮
⋯
⋮
⋮
(2-2)[수식 2-2]는
의 형태를 가진 특수방정식으로 이를 다시 표현하 면 [수식 2-3]과 같다.
(2-3)
가 고유치가 되기 위해서는 이 방정식이 0이 아닌 해를 가져야 한다.일 반적으로
가 n차 행렬인 경우에 n개의
값이 존재하고 n개의
값 중에서가장 큰
값인
max
이 되고 나머지는 0이 된다.쌍별비교행렬
의 성분
의 값들이 일관성을 갖춘 경우,
max
이 되는 성질을 이용하여
max
를 통해
를 계산한다.마지막으로 [수식 2-4]을 통해 총합 1 이 되는 최종 의사결정요소 가중치를 얻을 수 있다.
′
(2-4)
4)일관성 측정
가중치를 계산하기 위해서는 쌍대 비교에 일관성이 있어야 하는데,이를 판단하기 위해서 일관성 지수(ConsistencyIndex,CI)를 이용하며 [수식 2-5]
와 같이 계산된다.이 값이 0.1보다 작은 경우에 답변이 일관적이며 신뢰할 수 있는 결과라고 판단한다.
max
(2-5)
2.1.2.AHP를 이용한 보행문제해결 관련 연구
AHP를 이용하여 각 보행과 관련된 문제의 목적에 맞는 지표 및 각 지표 의 가중치를 도출하는 기존 연구로는 계층분석법을 이용하여 보행자 서비스 질에 영향을 주는 정량적인 지표 뿐 아니라 정성적인 지표까지 포함한 종합 적 평가 요소를 도출한 연구(김태호 등,2008b),AHP를 이용하여 보행환경 평가가 가능한 지표를 개발하고 이를 이용하여 도시 내 근린 주거 단위의 전 반적인 친 보행 환경 정도(쾌적성,미관)와 보행자의 이동 편의성을 측정하고 이를 시각화하는 웹 기반 GIS 시스템 개발에 관한 연구(주용진 등,2011),자
전거 도로를 선정하기 위하여 고려되는 인자의 가중치를 AHP를 이용하여 산정하고 이를 이용하여 노선을 도출한 연구(손유진 등,2009)등이 있다.경 로를 탐색하는데 AHP를 이용한 기존 연구로는 휠체어이용자가 보행 시 심 적으로 부담감을 느끼는 요소들의 가중치를 산정하고 이를 바탕으로 경로를 안내하는 방법에 관한 연구(Izumi,2007)등이 있다.
이와 같이 기존 AHP를 이용한 보행문제해결 관련 연구는 보행환경 및 보 행서비스 질을 측정하기 위한 요소를 산정하고 평가하는 연구가 대부분이므 로 경로 탐색이라는 공학적 기법에 AHP를 적용한 본 연구는 의미가 있다고 볼 수 있다.
2. 2.퍼지이론
2.2.1.개념 및 특징
Zadeh(1965)에 의해 고안된 퍼지이론은 분석기준에 대한 모호성을 인정하 고,그 정도를 수치화함으로써 유연성 있고 정밀한 의사결정을 돕는 수학 원 리로 인간이 사용하는 모호한 표현을 그대로 처리하고자 하는 과정에서 개발 되었다(구자훈 등,2001).이진논리(binary logic)처럼 소속을 분명히 하는 것 이 아니라 모든 정보를 0과 1사이의 소속도의 함수값을 부여함으로써 어느 정도 속하는지를 바탕으로 지식을 표현하는 것이며 이를 표현한 [수식 2-6]
에서
는 퍼지 이론에서 영역X에 속한 퍼지집합 A를 의미한다.이는 본 연구에서 교통약자가 인지하는 방해 정도라는 모호성이 강한 변수를 다루 는데 적합하다고 판단된다.
→ 가 완전히
에 속한 경우
→ 가 완전히 에 속하지 않는 경우
≺
≺ →
가 부분적으로
에 속한 경우(2-6)
일반적으로 퍼지이론은 입력/출력 변수의 퍼지화,퍼지 추론 시스템의 설 계,역퍼지화의 3단계로 진행되며(Mamdanietal.,1975),이에 대해 정리하여 나타낸 전체적인 흐름은 [그림 2-2]와 같다(Kasemsuppakornetal.,2009).
그림 2-2.퍼지이론의 단계별 흐름도
1)입력/출력 변수의 퍼지화
본 단계의 목적은 입력 및 출력 변수 값을 소속 함수를 이용하여 퍼지 집 합4)의 소속 값인 퍼지 변수의 값으로 표현하는 것이다.퍼지 변수란 언어 변 수와 같은 의미이며 예를 들어,‘키’가 언어 변수라면 이에 대한 논의 영역은 0m〜200m까지이고,‘매우 작다’,‘작다’,‘보통이다’,‘크다’,‘매우 크다’와 같은 퍼지 언어 값으로 표현될 수 있다.
이 과정에서 각 변수에 적합한 소속 함수가 정의되어야 한다.소속 함수란 가능성이라고 생각할 수 있으며,이는 입력 및 출력 변수를 0과 1사이의 값 으로 대체하여 표현해준다(이희연,1999).S형,J형,선형 등 함수의 유형은 매우 다양하며,각 퍼지변수의 특성에 적합한 함수를 선택한다.소속 함수를 결정하는 방법에는 입력 데이터의 최소,최대 값을 이용하는 최소-최대 방법 및 클러스터 중심을 이용하는 C-Means 클러스터링 방법(박건준 등,2011), 이미 개발된 다양한 속성을 다룰 수 있는 유연성을 가진 바람직한 함수들 중 에서 여러 기준을 고려하여 알맞은 함수를 합리적으로 선택하는 방법(이희연 등,1999)등이 있다.또한,매우 실용적인 접근법 중 하나로 전문가 한 사람 의 지식에 의존하는 방법이 있다.
본 연구에서는 보행장애요소와 각 보행장애요소의 가중치가 입력 퍼지 변 수가 되며 보행방해도가 출력 퍼지 변수가 된다.
2)퍼지 추론 시스템 설계
퍼지 추론 시스템은 퍼지변수로 이루어진 퍼지규칙을 구성하고 도출함으로 써 설계되며 이를 바탕으로 퍼지화된 입력/출력 변수들이 조합된다.
Zadeh(1975)의 연구에서 인간의 지식을 퍼지 규칙으로 포착할 것을 제안하 였는데,[수식 2-7]과 같은 형태로 된 조건문으로 정의될 수 있다.
4)기존 집합을 퍼지 이론 개념을 사용해 확장한 것으로 각 원소는 그 집합에 속하 는 정도(소속도)를 가지며 이때 소속도는 0과 1사이의 실수로 표현됨.
가
는
(2-7)여기서 x,y는 퍼지변수이고,A와 B는 퍼지 집합에서 결정된 퍼지 언어 값 이다.퍼지 규칙의 IF 부분을 나타내는 전건과 THEN 부분을 말하는 후건은 모두 여러 개일 수 있으며 AND,OR와 같은 연산자로 연결된다.
3)역퍼지화
역퍼지화란 여러 개의 규칙에서 나온 출력 값들이 융합되어 최종적으로 수 치화된 분명한 하나의 퍼지 값으로 얻어지는 과정을 말한다(MathWorks 2000).즉,모든 출력 퍼지 집합을 분명한 ‘해’하나를 얻기 위하여 단일 출력 퍼지 집합으로 통일하는 것이다.이 과정에서 입력은 통합된 출력 퍼지 집합 이며 출력은 숫자 하나이다.
역퍼지화 방법에는 최대-최소 추론,대수곱 추론,최대값 평균,중심값 등 여러 가지가 있으나 가장 정확한 결과값을 산출하는 무게중심법이 가장 많이 쓰인다(Kasemsuppakornetal.,2009).무게중심법이란 수직선이 통합된 집합 을 무게가 같은 두 부분으로 가르는 지점을 찾는 방법을 말하며 수학적으로 [수식 2-8]과 같이 나타낼 수 있다.여기서
는 퍼지 변수의 값,
와
는 퍼 지 변수의 범위를 나타내며,
는 소속 함수를 의미한다.
(2-8)
무게 중심법을 그림으로 표현하면 [그림 2-3]과 같고,퍼지 집합의 무게 중 심을 나타내는 점 A를 구간 [
]에서 찾는다.그림 2-3.무게 중심법 2.2.2.퍼지이론을 이용한 교통 관련 연구
퍼지 이론을 이용하여 교통공학문제를 해결하는 기존 연구로는 출발지부터 목적지까지 2개의 경로를 대상으로 운전자의 인지적 통행 시간이라는 모호한 변수를 고려한 경로선택에 관한 연구(Teodorovicetal.,1990),교통량 배정 및 교통수단 분배 등 여러 교통관련 문제에 퍼지이론을 적용한 선행 연구에 대한 분석을 통해 교통문제 솔루션 모델링 개발 시 퍼지이론의 적용 가능성 을 확인한 연구(Teodorovic,1999),경로 선택 시 행태를 고려한 심리적인 요 소가 가미된 교통 시스템 설계에 관한 연구(Arslanetal.,2005)등이 있다.
이와 같이 기존 퍼지이론을 이용한 교통 관련 연구는 다양한 교통문제 해 결에 퍼지이론 적용의 가능성 여부 확인,또는 설계 수준에 머물러 있다.또 한 차량 운전자를 대상으로 한 연구는 많으나 보행자를 대상으로 한 교통문 제 해결에 관한 연구는 찾아볼 수 없었다.
3.교통약자 맞춤형 경로탐색 기법
3. 1.교통약자 유형별 보행장애요소 선정
3.1절에서는 기존 선행연구 및 제도를 참고하고 본 연구에서 사용할 데이 터의 속성을 고려하여 교통약자를 위한 경로탐색 시 고려되어야 할 보행장애 요소들을 정의하였다.
3.1.1.선행연구 및 관련제도
보행과 경로 선택의 행위는 보행자의 심리,환경의 물리적 및 사회적 조건 에 의해 많은 영향을 받기 때문에 차량교통에 비하여 매우 불규칙하다.따라 서 보행 및 경로 선택의 연구에 있어서 각 보행자가 체험하는 보행환경을 분 석하고 경로선택 요인을 추출하는 일은 매우 어렵다(이인성,2000).
따라서 본 연구에서는 일반 보행자 및 교통약자가 보행경로를 선택하는 경 우에 고려하는 경로선택 요인을 추출하기 위하여 기존 선행연구 및 관련 제 도를 참고하였다.
1)보행환경요소 관련 연구
지우석 등(2008)은 향후 보도의 개선과 확충 시 유용한 자료의 활용을 위 해 보행만족도에 영향을 주는 요소와 그 영향력을 파악하기 위하여 보행환경 의 외부 영향인자를 [표 3-1]과 같이 제시하였다.
선행연구 보행환경 요소
국토연구원(2006)
가로환경(보도길이,경사도,횡단보도간격,조명시 설,불법주차대수 등),네트워크환경(교차로 밀도, 전철역까지의 거리,단지출입구의 간격 등),지역 환경(보행권내 생활가로수,보행권내 학교 개수, 인구밀도,세대수 밀도,근린공원 유무 등)
조준범(2007)
안전성(보도설치,볼라드 간격,가드레일,과속방 지턱),편리성(유효보도폭,보행장애시설,보행연 속성장애시설, 횡단보도, 약자편의시설), 쾌적성 (보도포장상태,조명시설,가로수,노상적재물,휴 게시설)
MaricopaAssociationof Governments(2005)
보도(보도유무,보도 연속성,보도선명성,관리상 태),횡단안정성(횡단보도 설치율,보행신호주기, 보행신호기 설치율),UniversalAccess(도로협착, 보도폭,램프 설치율 등),쾌적성(녹지,조명,주변 차량통행량,차량속도,접근성),대중교통시설(보 행로상의 정류장 유무,접근성,벤치유무,안전성, 환승편리성),Amenities(보행자 안내시설,보행로 안내표식 유무,야간조명시설 유무)
지우석 등(2008)
안전성(보도 유효보도폭,단절구간 횟수,횡단보도 수,불법주차수,불법적치물 수(면적),보도 수평 경사도,입간판수,볼라드 수,자전거도로 유무,과 속방지턱수),편리성(보도 재질,벤치수,쓰레기통 수,자동수직이동시설 수,안내도 유무,대중교통 시설 종류와 개소수,주변 토지이용 유형,보도 수직경사도),쾌적성(가로수 유무,보행가로등 수, 버퍼시설,주변 경관,보행인수,인접 차로수,차도 의 통행량,차도의 차량속도,차도의 차량구성,건 물 및 가로시설물의 scale,노점상수,visionary leader
표 3-1.보행환경 요소
2)보행경로 선택 관련 연구
이인성 등(1998)은 GIS를 이용하여 도시 주거지의 보행환경 및 통행실태를 정밀 분석하여 보행에 관련된 환경요소를 파악하고,보행자들이 보행경로를 선택 시,이들 환경요소가 어떻게 영향을 미치는지를 분석하여 보행환경 만 족도 모형을 구축하고자 하였다.이 연구에서 고려한 환경요소는 [표 3-2]와 같다.
분 류 소 분 류
거리/시간 이동거리,이동시간
안전 교통사고위험,횡단보도 수,보행빈도
보행편의 보도유형,보도폭,포장상태,계단/경사,길 꺾 임
보행시설 조명,가로시설물
주변환경 상가연접길이,녹지연접길이, 교목 수, 경관, 가로 행태
표 3-2.보행경로 선택 시 영향을 미치는 환경요소
3)교통약자를 위한 보행 장애 요소 관련 연구
강현미 등(2009)은 교통약자의 이동에 영향을 미치는 보행환경의 물리적 요소를 밝히는데 초점을 두었다.그리고 이를 바탕으로 보행환경 분석항목을 작성하고 실제 대상지에 적용하여 현장조사 및 지도 분석을 함으로써 보행환 경의 특성 및 단지 계획요소와의 관계를 도출하였다.선행연구 분석 및 인터 뷰를 통해 보완하여 작성한 교통약자 유형별 보행 장애 요소는 [표 3-3]과 같다.
교통약자 유형 보행 장애 요소
휠체어 장애인
보도와 차도의 턱,건물출입구 단차,계단, 육교,보차 혼용 도로,불량한 노면상태,협 소한 보도폭,경사면
목발 장애인 계단,경사면,불량한 노면상태,보차 혼용 도로,협소한 보도폭
고령자
단이 높거나 디딤판 폭이 좁은 계단,청결 상태가 불량한 계단,경사면,보차 혼용 도 로,불량한 노면상태
임산부,어린이 및 무거운
짐을 든 보행자 협소한 보도폭,보차 혼용 도로
유모차‧보행보조기 사용자 계단,경사면,단차,보도와 차도의 턱,협소 한 보도폭
표 3-3.교통약자의 보행 장애 요소
4)교통약자를 위한 보행 환경 관련 제도
강현미 등(2009)은 교통약자의 접근가능성을 지원하기 위한 보행환경의 대 표적인 제도의 내용을 다음 [표 3-4]와 같이 정리하였다.
법 률 내 용
장애인·노인·임산부 등의 편의증진보장에 관한 법률
접근로의 유효폭,활동 공간,기울기, 경계,재질,마감,보행장애물 등
도로의 구조‧시설기준에 관한 규칙 보도의 폭,횡단경사,연석,차도의 종 단경사
도시계획시설의 결정‧구조 및
설치기준에 관한 규칙 보도의 폭
주택건설기준 등에 관한 규정 공동주택단지 내의 도로 폭 및 보도 폭
표 3-4.교통약자 보행 환경과 관련된 제도의 내용
기준 요소
이동‧안전성
횡단보도(길이,간격 등),보행자 방해물 수,보행거리,보도 폭,보도포장상태,경사도,길의 꺾임,보행전용도로 유무,보 행로 연결성(반경 1km 안의 총 보행로 길이),차량 속도,차 선수,주변차량통행량,접근성,교차로밀도,입간판 수,노점 상 수 등
쾌적‧환경성
가로수 유무,녹음량,공공벤치 여부,건물의 외관,보도청결 상태,공사지역 유무,보행관련 표지판의 시안성,조명(가로 등 유무),주변 토지이용 유형 등
보행장애요소 1차 후보군
횡단보도 간격 및 길이,보행자 방해물 수,보행거리,보도 폭,보도포장상태,경사도,길의 꺾임,보행전용도로 유무,주 변차량통행량,계단
표 3-5.보행요소의 분류 및 보행장애요소 1차후보군 3.1.2.최종 경로탐색 보행장애요소 정의
본 장에서는 앞 장의 선행연구 및 관련 제도에서 제시된 항목들로부터 본 연구의 목적에 맞는 요소들을 정리하고자 한다.
본 연구에서 선정하는 보행장애요소는 신체적 자유에 의해 이동에 어려움 을 겪는 교통약자의 통행에 관련된 항목에 한정한다.또한 구체적이며 객관 적이고 수치화할 수 있는 물리적 요소들로 구성하며 기본적으로 본 연구에서 이용할 데이터의 속성을 바탕으로 GIS분석이 가능한 항목이어야 한다.
3.1.1.에서 살펴 본 선행연구 및 제도를 참고하여 정리한 여러 요소들은 이 동‧안전성,쾌적‧환경성을 기준으로 분류할 수 있었다.이를 바탕으로 본 연 구의 목적과 더 부합된다고 판단되는 교통약자의 이동‧안전성에 직접적으로 영향을 주는 요소들 중 다수의 연구에서 여러 번 언급된 요소들을 추려내어 보행장애요소 1차후보군으로 선정하였고,이를 정리한 것은 [표 3-5]와 같다.
보행 지원 시설 종류 장애 구간 속성 구분
보행자길
휠체어 이동
가능 불가능 포장 상태
양호 불량 턱
유 무 폭이 좁은 구간
유 무 급경사
유 무 표 3-6.보행 지원시설 및 장애 구간 속성 정의
본 연구는 김지영(2014)의 연구를 통해 기 구축된 보행자 네트워크를 기반 으로 교통약자의 보행 지원 시설 및 장애 구간 속성을 포함시킨 박슬아의 연 구(2015)에서 기 구축된 네트워크 데이터5)를 이용한다.이용할 네트워크 데 이터의 보행 지원 시설 및 장애 구간 속성에 대한 정의는 [표 3-6]과 같으며, 본 연구에서 대상으로 하는 ‘보행자길’에 대한 장애 구간 속성만 정리하였다.
보행장애요소 1차 후보군 중 [표 3-6]에 정리된 네트워크 속성을 이용하여 GIS 분석이 가능한 교통약자의 통행에 장애를 주는 항목,즉 교통약자 유형 별 경로 탐색 시 고려될 최종 보행장애요소는 [표 3-7]과 같다.여기서 보행 장애물이란 보도턱과 진입억제봉을 의미한다.
5)실제 뒷장의 경로탐색 실험에서 이용되는 데이터는 박슬아의 연구(2015)에서 구 축된 교통약자용 보행자 네트워크를 일부 가공하였으며,이에 관한 내용은 뒷장에서 더 자세히 서술함
보행장애요소
휠체어 이용자 타 교통약자
경사로 경사로
좁은 보도폭 좁은 보도폭
보도 포장 불량 보도 포장 불량
총 경로 길이 총 경로 길이
보차 혼용 도로 보차 혼용 도로
보행 장애물 보행 장애물
계단 표 3-7.교통약자 유형별 보행장애요소
휠체어 이용자의 경우 ‘계단’은 통행이 불가하여 경로 탐색 시 배제되기 때 문에 타 교통약자의 경우와 달리 보행장애요소로 따로 정의하지 않았으며, 모든 보행장애요소는 보행에 방해를 주는 정도의 방해물로서 보행이 불가능 하지는 않음을 전제로 한다.상세한 기준은 <부록 A>의 보행장애요소에 대 한 기준에 작성되어 있다.
3. 2.AHP를 이용한 가중치 산출
교통약자 유형별로 신체적 장애유형 및 인지적 특징이 상이하여 같은 보행 장애요소라 할지라도 교통약자의 보행에 미치는 중요도,즉 상대적 우선순위 가 다르다.예를 들어,평지에서의 이동은 용이하나 단차가 있는 곳을 올라가 기 힘든 휠체어 이용자의 경우에는 보도 및 차도의 턱이 보행에 방해를 주는 정도가 보차 혼용 도로가 주는 보행 방해의 정도에 비해 클 수 있다.반면, 경음기나 뒤에서 오는 차량의 접근에 큰 주의를 기울이지 않는 고령자의 경 우에는 보도 및 차도의 턱보다 보차 혼용 도로의 경우가 보행에 방해되는 정 도가 더 크다고 할 수 있다.따라서 교통약자 맞춤형 경로 탐색 시 3.1.2.에서 정의된 여러 가지 보행장애요소들이 복합적으로 고려되어야 하는데,이 경우 에 각 보행장애요소들이 독립적이지 못하고 서로 간에 상관관계를 가지기 때 문에 이를 모두 고려한 적절한 가중치를 산정해야 할 필요가 있다.
이에 본 장에서는 직관적이고 쉬운 분석과정 및 정량적‧정성적 기준의 측 정이 가능하다는 장점을 가지고 있어 최근에 가장 많이 이용되고 있는 의사 결정기법 중 하나인 AHP(은희봉,2001)를 이용하여 교통약자 유형별 보행장 애요소의 상대적 우선순위,가중치를 산출하고자 한다.본 연구에서는 보행장 애요소들의 상대적인 가중치를 산정하기 위하여 Satty(1980)가 권장하는 9점 척도를 바탕으로 한 쌍대비교 방식을 적용한다.여러 가지 많은 요소들을 한 꺼번에 고려하여 각 요소들의 가중치를 구하는 것은 의사결정자에게 혼란을 야기할 수 있기 때문에,각 요소들을 두 개씩 선정하여 쌍별로 비교함으로써 의사결정자의 판단을 돕고 정확도를 높인다.3.1.2.에서 정의된 휠체어 이용자 의 보행장애요소 6개 및 타 교통약자의 보행장애요소 7개에 대하여 쌍대비교 방식의 설문지를 작성하였으며,적용된 쌍대비교 9점 척도는 [표 3-8]과 같 다.
척 도 정 의 설 명
1 동등 두 요소가 동등하게 중요함
3 약간 더 중요 한 요소가 약간 더 중요함 5 상당히 중요 한 요소가 상당히 중요함
7 매우 중요 한 요소가 매우 중요함
9 절대 중요 한 요소가 절대적으로 중요함 표 3-8.쌍대비교 9점 척도
각 보행장애요소 쌍에 대하여 1/9점에서 9점까지의 점수로 상대적 중요도 를 답변하도록 설문지가 구성되었다.1점은 두 개의 보행장애요소가 교통약 자의 보행에 방해되는 정도가 같음을 의미하고 1/9점은 보행에 방해되는 정 도가 작다는 것을,9점은 보행에 방해되는 정도가 매우 크다는 것을 의미한 다.구체적인 설문 내용은 <부록 A>를 참고한다.
작성된 설문조사를 가지고 총 45명의 공간정보 및 교통 분야 전문가를 대 상으로 설문조사를 실시하였고,총 44개의 답안을 받았다.회수한 답안 중에 서 일관성 지수(Consistency Index,CI)6)가 0.1이상인 설문지를 제외시키고 CI가 0.1미만인 답변이 일관성 있다고 판단되어지는 것만을 분리하였다.일 관성 있는 답변이라고 구분된 답변은 휠체어 이용자의 경우 34개이고,타 교 통약자의 경우에는 31개로 이는 [표 3-9],[표 3-10]에 정리되어 있다.
6)CI는 가중치나 기여도의 크기와 순서에 대한 일관성 정보를 제공하는 지표로써 일반적으로 0.1미만을 임계값으로 사용한다.
연번 경사로 좁은 보도폭
보도 포장 불량
보차 혼용 도로
보행 장애물
총 경로
길이 CI 1 0.053 0.310 0.062 0.125 0.426 0.025 0.0790 2 0.082 0.295 0.091 0.201 0.295 0.035 0.0937 3 0.051 0.115 0.238 0.492 0.064 0.040 0.0989 4 0.107 0.247 0.058 0.333 0.221 0.034 0.0999 5 0.094 0.025 0.204 0.427 0.204 0.046 0.0514 6 0.454 0.037 0.146 0.268 0.073 0.022 0.0997 7 0.333 0.157 0.216 0.063 0.193 0.039 0.0964 8 0.474 0.031 0.066 0.263 0.135 0.031 0.0574 9 0.109 0.026 0.109 0.246 0.460 0.049 0.0521 10 0.267 0.030 0.125 0.362 0.158 0.058 0.0566 11 0.173 0.089 0.195 0.396 0.102 0.044 0.0686 12 0.449 0.047 0.130 0.240 0.103 0.032 0.0853 13 0.446 0.025 0.137 0.238 0.106 0.047 0.0998 14 0.446 0.027 0.190 0.071 0.141 0.124 0.0911 15 0.052 0.059 0.216 0.127 0.492 0.054 0.0887 16 0.040 0.112 0.125 0.515 0.169 0.040 0.0752 17 0.050 0.129 0.619 0.031 0.127 0.044 0.0995 18 0.050 0.184 0.115 0.421 0.178 0.051 0.0823 19 0.381 0.042 0.106 0.375 0.072 0.024 0.0376 20 0.379 0.078 0.229 0.078 0.197 0.040 0.0605 21 0.310 0.181 0.125 0.120 0.199 0.064 0.0634 22 0.069 0.052 0.205 0.362 0.275 0.038 0.0960 23 0.042 0.048 0.125 0.054 0.605 0.126 0.0853 24 0.119 0.119 0.153 0.044 0.521 0.044 0.0424 25 0.045 0.087 0.495 0.096 0.235 0.042 0.0795 26 0.155 0.031 0.146 0.483 0.155 0.030 0.0811 27 0.075 0.030 0.280 0.206 0.375 0.034 0.0824 28 0.027 0.103 0.347 0.150 0.318 0.055 0.0987 29 0.100 0.029 0.135 0.371 0.336 0.028 0.0924 30 0.146 0.023 0.302 0.157 0.317 0.055 0.0918 31 0.189 0.032 0.110 0.206 0.428 0.034 0.0877 32 0.103 0.045 0.148 0.418 0.262 0.024 0.0748 33 0.283 0.133 0.044 0.086 0.415 0.039 0.0907 34 0.035 0.204 0.084 0.425 0.227 0.024 0.0987
표 3-9.휠체어이용자 가중치 및 CI
연번 경사로 좁은 보도폭
보도 포장 불량
보차 혼용 도로
보행
장애물 계단 총 경로
길이 CI 1 0.154 0.053 0.036 0.056 0.036 0.357 0.309 0.0707 2 0.360 0.065 0.054 0.100 0.054 0.183 0.183 0.0445 3 0.164 0.076 0.224 0.284 0.075 0.127 0.050 0.0647 4 0.210 0.050 0.035 0.342 0.078 0.069 0.216 0.0892 5 0.165 0.030 0.051 0.188 0.080 0.282 0.205 0.0511 6 0.226 0.022 0.056 0.092 0.037 0.197 0.371 0.0871 7 0.074 0.034 0.034 0.144 0.019 0.435 0.260 0.0826 8 0.046 0.024 0.110 0.427 0.110 0.046 0.237 0.0476 9 0.317 0.020 0.035 0.074 0.074 0.317 0.162 0.0527 10 0.253 0.036 0.081 0.289 0.083 0.195 0.064 0.0880 11 0.200 0.022 0.043 0.396 0.043 0.200 0.096 0.0480 12 0.185 0.028 0.059 0.122 0.032 0.367 0.208 0.0638 13 0.313 0.039 0.092 0.141 0.047 0.300 0.068 0.0998 14 0.202 0.045 0.073 0.046 0.065 0.534 0.034 0.0999 15 0.161 0.047 0.068 0.048 0.072 0.325 0.279 0.0237 16 0.208 0.031 0.069 0.045 0.043 0.255 0.348 0.0899 17 0.062 0.044 0.071 0.145 0.179 0.426 0.074 0.0954 18 0.135 0.047 0.057 0.372 0.044 0.218 0.126 0.0446 19 0.152 0.133 0.068 0.200 0.072 0.175 0.200 0.0989 20 0.233 0.020 0.050 0.426 0.065 0.185 0.022 0.0859 21 0.219 0.023 0.058 0.151 0.026 0.205 0.317 0.0577 22 0.251 0.069 0.063 0.041 0.113 0.386 0.077 0.0859 23 0.199 0.068 0.048 0.260 0.038 0.235 0.153 0.0877 24 0.021 0.028 0.193 0.057 0.030 0.581 0.091 0.0954 25 0.270 0.070 0.087 0.062 0.028 0.455 0.029 0.0591 26 0.168 0.035 0.392 0.055 0.122 0.209 0.019 0.0973 27 0.244 0.041 0.098 0.039 0.025 0.240 0.313 0.0949 28 0.285 0.028 0.052 0.111 0.071 0.217 0.236 0.0950 29 0.149 0.020 0.356 0.042 0.232 0.155 0.045 0.0848 30 0.295 0.025 0.026 0.160 0.089 0.242 0.163 0.0965 31 0.127 0.047 0.044 0.391 0.064 0.189 0.138 0.0916
표 3-10.타 교통약자 가중치 및 CI
보행장애요소
종합 가중치
휠체어 이용자 타 교통약자
경사로 0.182 0.195
좁은 보도폭 0.094 0.042
보도 포장 불량 0.179 0.090 보차 혼용 도로 0.249 0.171
보행장애물 0.253 0.069
총 경로 길이 0.045 0.164
계단 0.268
표 3-11.교통약자 유형별 종합 가중치
AHP에서는 다수 전문가들의 의견을 모두 참고하기 위하여 여러 개의 의 견을 종합하기 위한 크게 2가지의 수리적 방법이 있다(김형준,1996).첫 번 째 방법은 각 의사결정자가 작성한 쌍별 비교행렬로부터 동일 요소 값을 기 하 평균하여 얻어진 값으로 새로운 종합행렬을 만들고,이로부터 가중치를 계산하는 방법이고(Hannan,1983),두 번째는 각 의사결정자들의 쌍별 비교 행렬로부터 도출한 가중치들을 산술평균하는 것이다.보통 이러한 두 가지 방법 중에서 첫 번째로 언급된 기하평균법이 더 보편적으로 사용되고 있으나 어떤 방법이 더 우수하거나 바람직한 결과를 나타내는가에 대한 연구는 아직 없다(김형준,1996).따라서 본 연구에서는 두 번째로 언급된 산술평균법을 이용하여 다수 전문가들의 의견을 종합하였다.CI가 0.1 미만으로 신뢰도가 있다고 판단되어지는 가중치들을 교통약자 유형별로 정리하여 산술평균한 최 종 보행장애요소 가중치는 [표 3-11]과 같다.
휠체어 이용자의 경우,보도 턱을 포함한 보행장애물이 보행에 방해되는 정도가 가장 크다는 결과가 나왔는데,이는 강현미 등(2009)이 제안한 교통약 자의 통행특성을 정리한 [표 3-12]에서 평지에서의 이동은 용이하나 단차가 있는 곳을 올라가기 힘들다는 휠체어 이용자의 통행 특성이 잘 반영된 것으 로 보인다.[표 3-12]의 계단 및 경사면에서 불편을 느끼고 이동이 힘든 통행
특성을 가진 목발 장애인,고령자,유모차 사용자를 포함한 타 교통약자의 경 우에는 계단,경사로 순으로 높은 중요도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
또한 타 교통약자의 경우 ‘보차 혼용 도로’가 세 번째로 높은 가중치가 산출 되었는데 이는 뒤에서 오는 차량의 접근과 경음기에 주의하지 않는 통행특성 을 가진 고령자와 인지력 및 대처 능력이 떨어지고 잘 넘어지는 임산부,무 거운 짐을 든 보행자,어린이의 통행특성이 잘 반영된 결과로 보인다.
교통약자 유형 통행특성
휠체어 장애인
-평지에서의 이동은 용이하나 단차가 있는 곳을 올라 가기 힘듦
-어느 정도 이상의 가파른 경사면을 오르지 못함 -도랑에 caster(휠체어의 작은 바퀴)가 빠지면 움직이
지 못함
-노면의 요철,자갈길은 이동이 곤란하고,진흙길은 통 행불능
-이동과 회전하는데 많은 공간이 필요하고,이동거리 가 제한됨
목발 장애인
-계단 및 경사면에서 이동이 힘듦 -넘어지기 쉽고 보행능력이 약함 -보행속도가 느림
-노면이 미끄러운 재질인 경우 이용하기가 곤란하고 위험
고령자
-보폭의 축소와 단위 시간당 보행 수 저하로 장시간 보행이 어려움
-경사면과 계단에서 불편을 느낌
-뒤에서 오는 차량의 접근에 주의하지 않음 -경음기에 주의하지 않음
임산부,어린이 및 무거운 짐을 든 보행자
-혼잡한 상황에서의 이동이 곤란하고,무거운 화물을 들지 못함
-눈의 위치가 낮음 -장시간 보행이 어려움
-어린이는 위험 인지력 및 대처능력이 떨어지고 잘 넘 어짐
유모차‧보행보조기 사용자
-계단 등의 수직이동이 힘듦 -심한 경계면에서 불편함을 느낌 -단차 있는 곳을 올라가기 힘듦
-노면의 요철,자갈길은 이동이 곤란하고,진흙길은 통 행불능
-장시간 보행이 어려움 표 3-12.교통약자 유형별 통행특성
3. 3.퍼지이론을 이용한 보행방해도 도출
본 장에서는 3.2.에서 산출된 각 교통약자 유형별 보행장애요소 중요도를 바 탕으로 보행 네트워크의 링크별 보행방해도를 수치화하는 것을 목적으로 한 다.이 단계에서는 Zadeh(1965)에 의해 연구된 인간의 인지과정에서 오는 불 확실성과 모호함을 간단한 방법으로 수치화 및 모델화하는 수학적 이론인 퍼 지이론을 이용하였다.
본 연구에서 퍼지이론을 이용한 이유는 각 교통약자 유형별로 보행에 영향 을 미치는 보행 네트워크 속성에 대해 교통약자가 인지하는 방해 정도라는 모호성이 강한 변수를 다루기 위함이다.예를 들어,‘경사로이며 좁은 보도폭 이라는 속성을 가진 링크는 휠체어 이용자의 경우 0.45만큼 보행에 방해를 준다’라는 정량적인 정의가 아니라,‘이 링크는 휠체어 이용자가 보행하기에 매우 편하다’,‘보통이다’,‘불편하다’와 같이 보다 정성적인 정보로 제공할 수 있을 것이며,이와 같은 정보를 표현하기 위하여 퍼지 이론을 이용할 수 있 다.
보행방해도는 퍼지 추론 시스템 안에서 보행 네트워크가 갖는 속성 값과 그 에 상응하는 보행장애요소의 가중치 값이 모두 종합되어 0점에서 5점 사이의 값으로 산출된다.각 링크별로 산출된 보행방해도가 0점에 가까울수록 보행 에 편리한 링크이며,5점에 가까울수록 보행하기에 불편한 링크임을 의미한 다.교통약자 유형별로 보행장애요소 가중치 값이 다르기 때문에,각 링크가 갖는 보행방해도는 교통약자 유형별로 다른 값을 갖게 된다.퍼지 로직을 이 용한 보행방해도 산출과정은 크게 퍼지화,퍼지 추론 시스템 설계,역퍼지화 과정으로 진행된다.
3.3.1.퍼지화
퍼지 추론 시스템을 설계 시,보행장애요소 특성에 가장 적합한 함수의 형 태를 결정하고 또한 함수의 변곡점을 결정하는 것은 매우 중요하다(이희연 등,1999).본 연구에서는 이미 개발된 함수들 중 각 보행장애요소를 고려하 여 각각에 알맞은 함수를 합리적으로 선택하는 방법을 택하였으나 현재까지
퍼지이론을 이용한 교통약자의 경로안내와 관련된 기존의 연구나 문헌에서 뚜렷하게 제시된 기준이 많지 않다. 그 중 가장 완성도 있게 연구된 Kasemsuppakorn etal.(2009)가 휠체어 이용자를 위한 경로안내와 관련하여 제시한 소속 함수 중 본 연구에서 선정한 보행장애요소별 적합한 함수를 선 택하고 기존 연구와 문헌 및 국토교통부에서 제정한 『교통약자의 이동편의 증진법』을 참고하여 보행장애요소별 소속 함수의 변곡점의 값을 결정하였 다.
퍼지 추론 시스템의 입력 변수는 보행 네트워크 속성과 3.2.에서 선정된 보 행장애요소별 가중치이다.각 보행장애요소 가중치는 매우 낮음(VL),낮음 (L),보통(M),높음(H),매우 높음(VH)으로 퍼지화되며,퍼지 추론 시스템의 출력 변수인 보행방해도는 매우 편함(VC),편함(C),보통(N),불편함(UC),매 우 불편함(VUC)으로 퍼지화된다.
각 보행장애요소별로 정의된 소속 함수는 [표 3-13]과 같다.
보행장애요소 소속함수
경사로 ‘교통약자의이동편의증진법’에 따르면 교통약자가 통행할 수 있는 보도의 최대기울기 종단경사는 1/12이하가 되어야 한다.
또한 노약자 및 휠체어 이용자의 통행안전을 위해 1/50이하가 바람직하다고 권고하고 있다.경사로의 경우 좋음(good),보통 (fair),나쁨(poor) 세 가지의 퍼지집합으로 나뉘며,경사로가 1/50인 경우 좋음과 보통이라는 퍼지변수에 각각 0.5소속함수 값을 가지며,1/12인 경우 보통과 나쁨이라는 퍼지변수에 0.5의 소속함수 값을 갖는다.축의 경우,0을 기준으로 양수 값은 오르막 기울기,음수 값은 내리막 기울기를 의미한다.
좁은 보도폭
‘교통약자의이동편의증진법’에 따르면 보도의 최소 유효폭은 2.0m를 확보해야 하나 지형 상 불가능하거나 기존 도로의 증‧
개축 시 불가피하다고 인정되는 경우에는 1.2m이상으로 그 기 준이 완화된다.본 연구에서는 1.2m를 임계점으로 결정하였다.
보도폭이 1.2m이상은 좋음(good),미만은 나쁨(poor)에 속하며, 보도폭이 1.2m의 경우 나쁨(poor)과 좋음(good)이라는 퍼지변 수에 각각 0.25의 소속 함수값을 갖는다.
표 3-13.보행장애요소별 소속 함수
보행장애요소 소속함수
보도포장불량, 보차 혼용
도로, 보행장애물,
계단
보도포장불량,보차 혼용 도로,보행장애물,계단의 경우는 선 행연구에 정의되어 있지 않아 각 보행장애요소인지 아닌지의 여부를 이분법으로 구분하여 좋음(good),나쁨(poor) 2가지로 퍼지화 된다.이 경우,x축의 숫자는 아무 의미가 없으며 보행 장애요소인 경우 1이상의 값,아닌 경우 0의 x값을 부여한다.
보행장애요소 가중치
보행장애요소 가중치의 값에 따라 매우 낮음(VL),낮음(L), 보통(M),높음(H),매우 높음(VH)으로 퍼지화된다.
보행방해도
퍼지추론시스템을 통한 결과값을 0부터 5까지의 값을 갖는 보 행방해도로 설정하였다.보행하는데 있어서 매우 편함(VC),편 함(C),보통(N),불편(UC),매우 불편(VUC)5가지의 퍼지 집합 으로 분류된다.
3.3.2.퍼지 추론 시스템 설계
퍼지 추론 시스템은 3.3.1.에서 정의한 퍼지변수로 이루어진 퍼지규칙으로 구성된다.퍼지규칙의 전건은 보행 네트워크의 속성과 보행장애요소 가중치 의 퍼지변수로 구성되어 있으며,후건은 각 링크별 교통약자의 보행에 방해 되는 정도를 나타낸 보행방해도 퍼지변수로 이루어진다.그 예는 [수식 3-1]
과 같다.
퍼지 규칙 1 :IF좁은 보도폭이 나쁨(poor)이고 좁은 보도 폭 가중치가 매우 높음(VH)이다.THEN 보행방해도는 매우 불편(VUC)이다.
퍼지 규칙 2 :IF 경사로가 좋음(good)이고 경사로 가중치 가 낮음(L)이다.THEN 보행방해도는 편함(C)이다.
(3-1)
본 연구에서는 인터뷰와 기존 연구를 참고하여 휠체어 이용자를 위한 경로 안내를 위해 Kasemsuppakornetal.(2009)이 제시한 퍼지 규칙 중에서 본 연 구에서 선정한 보행장애요소별로 적합한 규칙을 적용하였다.각 보행장애요 소별 퍼지규칙은 [표 3-14]∼ [표 3-16]과 같다.
소속도 보행장애요소
가중치
좋음(good) 보통(fair) 나쁨(poor)
매우낮음(VL) 보통(N) 보통(N) 보통(N) 낮음(L) 편함(C) 보통(N) 보통(N) 보통(M) 편함(C) 편함(C) 불편(UC) 높음(H) 매우편함(VC) 편함(C) 매우불편(VUC) 매우높음(VH) 매우편함(VC) 편함(C) 매우불편(VUC)
표 3-14.경사로 퍼지 규칙
소속도 보행장애요소
가중치
좋음(good) 나쁨(poor)
매우낮음(VL) 매우편함(VC) 불편(UC) 낮음(L) 매우편함(VC) 불편(UC) 보통(M) 매우편함(VC) 불편(UC) 높음(H) 매우편함(VC) 매우불편(VUC) 매우높음(VH) 매우편함(VC) 매우불편(VUC)
표 3-15.좁은 보도폭 퍼지 규칙
소속도 보행장애요소
가중치
좋음(good) 나쁨(poor)
매우낮음(VL) 매우편함(VC) 불편(UC) 낮음(L) 매우편함(VC) 불편(UC) 보통(M) 매우편함(VC) 불편(UC) 높음(H) 매우편함(VC) 매우불편(VUC) 매우높음(VH) 매우편함(VC) 매우불편(VUC) 표 3-16.보도포장불량,보차 혼용 도로,보행장애물,계단 퍼지 규칙
3.3.3.역퍼지화
이 과정에서는 3.3.2.에서 퍼지규칙을 통해 얻은 각 보행장애요소별 보행 방해도가 모두 반영된 최종 통합 보행방해도 수치 값을 얻게 된다.
그림 3-1.보행방해도 산출과정 예시
3.3.2.에서 설계한 퍼지추론시스템의 입력값은 보행 네트워크의 링크 속성 과 보행장애요소별 가중치이며 출력 변수는 0에서 5사이의 수치로 표현되는
보행방해도이다.‘총 경로 길이’를 제외한 휠체어 이용자의 보행장애요소 5개, 타 교통약자의 보행장애요소 6개 각각에 대하여 링크 속성을 바탕으로 각 경 우에 해당하는 퍼지 규칙이 적용되고,각 보행장애요소의 퍼지규칙을 거쳐 출력된 값들이 모두 통합되어 최종 하나의 수치값인 링크별 보행방해도를 얻 게 된다.
[그림 3-1]을 예로 들어 설명하자면,링크의 보행장애요소에 관련된 속성값 을 바탕으로 경사로는 ‘좋음’,좁은 보도폭과 보도포장불량은 ‘나쁨’,계단은
‘좋음’이라는 퍼지변수로 표현되고,3.2.를 통해 얻은 가중치 값을 토대로 경 사로 가중치는 ‘보통’,좁은 보도폭 가중치의 경우 ‘낮음’,보도 포장 불량 가 중치 ‘보통’,계단의 가중치는 ‘매우낮음’으로 퍼지화된다.퍼지화된 각 입력 변수들은 3.3.2.에서 정의된 퍼지규칙들 중에서 각 보행장애요소에 해당하는 퍼지규칙을 통해 조합되어 ‘매우편함’,‘편함’등으로 표현되는 보행방해도로 표현된다.입‧출력 변수 각각의 경우에 해당하는 소속 함수의 소속도로 나타 낸 것이 [그림 3-1]이다.각 보행장애요소별로 도출된 보행방해도가 모두 합 쳐진 퍼지 집합의 무게 중심을 나타내는 수치를 역퍼지화 과정을 통해 산출 하고 이 값이 모든 보행장애요소가 반영된 링크별 최종 보행방해도가 된다.
3. 4.교통약자 유형별 경로탐색
본 절에서는 3.3.에서 산출된 각 링크의 보행방해도를 바탕으로 휠체어 이 용자 및 타 교통약자를 위한 맞춤형 경로를 탐색한다.보행방해도가 반영된 보행 네트워크와 출발지 및 목적지 좌표가 본 절의 입력 데이터이며 교통약 자 유형별로 탐색된 맞춤형 경로가 본 절의 출력값이다.
우선,[수식 3-2]를 이용하여 각 링크별로 산출된 보행방해도가 반영된 링 크별 보행경로비용을 구한다.
×
×
여기서, :i번째 링크의 보행경로비용,
:i번째 링크의 보행방해도,
:i번째 링크의 길이,
:교통약자 유형별 ‘총 경로 길이’의 가중치 (휠체어 이용자 :0.045,타 교통약자 :0.164)
(3-2)
링크별로 부여된 보행경로비용은 모두 ‘0’보다 큰 값을 가지며,통행할 수 없는 링크7)의 경우에는 ‘무한대’값을 부여한다.보행경로비용 값이 클수록 보행에 방해되는 정도가 큰 링크임을 의미하고 이는 곧 해당 링크
