After development age in Korea, there are various routes to destination as the highway system is set-tled. The utility function which influences traffic flow in highway is determined by travel length, travel time, toll cost and etc. If we figure out driver’s utility function of each route, we can determine the route assignment. As controlling these variables we can control traffic flow in highway system. This study is Stackelberg game one of bi-level program.
In this study, the most influential section in Eastern-Southern area in Korea for study, Daegu-Busan highway and Gyeongbu highway which connect Daegu and Busan is selected. Travel time and toll cost is the most important variables for controlling inflow traffic flow at Dongdaegu JC. Route assignment is based on the logistic regression, and it is produced by using travel time for each IC in TCS OD data. This result could be adapted as lower level program.
CTM is settled for simulation that figure out optimal solution of toll cost policy. On ramp and off ramp flow refinement module is developed in this study because of absence of on ramp and off ramp VDS data in Korea highway system. Model is validated by using RMSE and MAPE.
Making objective functions is based on toll cost policy for system equilibrium. Objective function is to minimize the total travel time of multi-routed highway section. And it could be adapted as upper level program. Optimal value of toll cost is verified and local minima is determined by genetic algorithm. Toll cost policy for each period is suggested based on local minima. This study shows that the effec-tiveness of toll cost policy is 9.117% when dynamic toll cost control would be adapted.
This study verified the concept that traffic flow would be changed according to the toll cost policy in highway system. The meaning of this study is to gives a methodology that suggested toll cost policy decision criteria as engineering basis.
개발연대의 발전 이후 국내 고속도로 체계가 정착되면서 목적지로의 이동 시 경로선택의 폭은 다양해졌다. 특정 경로에 대한 통행량은 통행거리, 통행시간, 통행료 등의 일련의 요소들로 결정되며 이를 나타내는 지표인 효용함수 또한 언급된 요소들로 구성된다. 따라서 두 경로에 대한 사용자들의 효용함수를 구할 수 있다면 경로선택모형을 결정할 수 있으며, 위 변수들을 조절한다면 고속도로 상의 여러 경로에 대해 통행량 조절이 가능하다.
본 연구에서는 영남권에서 가장 영향력 있는 구간인 대구와 부산을 연결하는 민자고속도로와 경부고속도로를 사례 구간으로 선정해 연구를 진행했다. 동대구 JC로 들어오는 차량의 두 경로 상으로의 분배 비율은 통행시간과 통행료라는 변수에 의해 결정된다. 3장에서는 각 IC에서 출발하여 목적지로 도착한 TCS데이터를 수집해 회귀분석을 시행하여 본 구간에 대한 경로선택모형을 도출하였다. 여기서 구한 경로선택모델은 통행료 정책 결정을 위한 바이레벨 프로그램에서의 하위문제에 해당된다.
4장에서는 사례 연구 구간에 대한VDS 및 TCS 데이터를 이용해CTM을 제작하여 시뮬레이션 모델을 제작하였다. 국내 램프 상 VDS 데이터의 부재로 TCS데이터를 이용해 진입 및 진출 교통량을 계산하는 모듈과 VDS 상태가 좋은 날을 선별해 데이터를 정제하는 모듈을 개발했다. CTM 각 셀의 속도 값과 실제 VDS데이터의 속도 값을 비교해 RMSE 및 MAPE를 측정해 사용된 모델을 평가했으며, 합리적으로 사용 가능한 범위에 있는 모델임을 확인하였다.
5장에서는 시스템 최적화를 위한 가격 정책을 결정 방안을 제시했다. 시뮬레이션 시 전체 차량의 통행시간을 최소화하는 방향으로 정책 기조로 삼아 목적함수로 설정했다. 여기서 설정한 목적함수는 통행료 정책 결정을 위한 바이레벨 프로그램에서의 상위문제에 해당된다. 그 결과 특정 가격에 있어 시스템이 최적화됨을 확인했으며, 유전알고리즘(GA)을 이용해 국소 최저치를 구할 수 있었다. 이를 토대로 혼잡 발생 시 각각의 시기별로 가격 책정을 어떻게 하여야 할지에 대한 방법론을 언급하였으며, 통행시간 최소화 시 9.117%의 실효성이 있음을 확인하였다.
본 연구는 정부의 고속도로 통행료 정책 기조에 따라 경로별 통행량이 변화할 수 있음을 규명했으며, 더불어 정부의 고속도로 통행료 결정의 정책적 근거를 공학적으로 접근했다는 점에서 의의가 있는 연구라 할 수 있다. 효용 함수를 더욱 정확히 도출할 수 있는 데이터를 생성해 이를 근본으로 한 통행량 제어모델을 제작한다면 정책 기조에 따른 가격정책 결정 시 유용한 평가 지표로써 이용될 수 있다.
고속도로 통행료 책정 문제는 국민의 국가 기반시설 이용에 관한 문제부터 국가 재정에 관한 문제, 그리고 관련 법령의 제정까지 얽혀있는 아주 민감한 사항이다. 본 연구에서는 통행료 조절을 통한 통행량 조절이 고속도로 시스템의 최적화라는 측면에서 볼 때 그 효과가 상당함을 밝혔다. 그러나 이러한 책정한 통행량 정책으로 인해 도로 이용자 개개인들의 효용을 최대로 할 수는 없기에, 정책 결정자는 이러한 양면성을 항상 상기하여야 함을 밝히는 바다.
