The increasing rate of the occurrences of several memorable events, such as 9/11 attack in 2001, hurricane Katrina in 2005, and tsunami in 2011, shows the necessity of the concepts related to resilience, risk, and vulnerability in terms of minimizing the negative impact at the stage of post-disaster. Particularly in the field of transportation and infrastructure engineering, various ideas and methods of measuring road network vulnerability have been proposed, since the beginning of the new millennium. This study firstly reviews the definitions of the conceptualized terms that are related to vulnerability of road network system to understand the exact meanings of the terms. The study also reviews the previously proposed vulnerability measure methods to find out the limitations that ought to be concerned in this study. The literature review is continued to understand the concept of Macroscopic Fundamental Diagram (MFD), which is a monitoring tool that can predict the capability of a road network system. Then, the basic idea of relating the MFD concept with vulnerability measure is proposed, and such idea is validated through a simulation study. The simulation results are analyzed by comparing the MFD behavior in normal situation with the ones in extreme event situations, in which one or more road links are disabled. The results and analyses of the simulation have brought such an encouragement to suggest a new type of vulnerability measure for urban road network system. The MFD-based Vulnerability Index (MVI) is proposed at the end of this study, and the index presents a fine result in measuring the vulnerability of an urban road network system. The results and analyses of the simulation performed in this research have brought some valuable topics for further researches as well.
21세기에 들면서부터 국제적 갈등이나 기후변화 현상으로 인한 중대 사건들의 발생률이 높아졌다. 2001년의 9/11 테러, 2005년의 카트리나 폭풍, 2011년의 일본 대지진 등이 인류 사회에 커다란 영향을 끼친 중대 사건들의 대표적인 사례이다. 이러한 중대 사건들로 인한 부정적인 영향을 감소하기 위하여 회복력(Resilience), 위험(Risk), 취약성(Vulnerability) 등과 같은 관련 개념들에 대한 필요성과 관심도가 높아지게 되었다. 이에 따라 교통 및 인프라 공학 분야에서는 도로 네트워크의 취약성 측정에 대한 다양한 아이디어와 방법론들이 제시되었다.
본 연구에서는 첫 번째로 도로 네트워크 취약성의 의미를 이해를 위하여 취약성 및 관련 용어들에 대한 정의들을 조사하였다. 이어서 본 연구에서 고려되어야 될 점들을 확인하기 위하여, 현재까지 진행되어 온 도로 네트워크 취약성 측정의 다양한 방법론들에 대한 조사를 하였다.
사전 연구들에 대한 조사 후, 본 연구에서는 도로 네트워크 취약성 측정에 대한 새로운 관점과 방법론을 제시하였다. 이 새로운 방법론은 거시적 교통기본도(MFD: Macroscopic Fundamental Diagram)를 취약성 측정에 이용하는 것에 중점을 둔다. MFD는 공간 평균 교통류(Space-mean Traffic Flow)와 교통 밀도(Traffic Density) 간의 관계를 통하여 도로 네트워크의 역량(Capability)을 예측하는 방법론이다.
본 논문의 본론에서는 이 새로운 방법론에 대한 기본적인 아이디어를 제시하였으며, 그것을 교통 시뮬레이션에 적용함으로써 그 유효성을 입증하였다. 시뮬레이션의 결과는 정상인 상황에서의 MFD와 사건 발생 상황에서의 MFD 간의 비교를 통하여 분석되었다. 이러한 비교 분석의 결과는 새로운 유형의 취약성 측정지표(Index)가 제시될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 이에 따라 본론의 막바지에서는 MFD 기반의 취약성 측정지표(MVI: MFD-based Vulnerability Measure)를 제시하였다. 이 지표를 통하여 측정된 각 시뮬레이션 시나리오의 결과들은 도로 네트워크의 취약성을 측정함에 있어 긍정적인 면을 보여주었다.
본 연구를 통하여 제시된 MVI는 아직 초기 지표이며, 추가적인 관련 연구들을 통하여 발전될 필요가 있다. MVI를 더욱 발전시킨다면, 도로 네트워크에서의 위험 분석(Risk Analysis)이나 위험 관리(Risk Management)에 유용하게 사용될 수 있으며, 이를 통하여 교통 인프라의 회복력(Resilience)을 높일 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다.
