협력적 게임을 이용한 다수단 연속형 교통망 설계 모형

A Multi-modal Continuous Network Design Model by Using Cooperative Game Approach

  • 김병관 (한국건설기술연구원 첨단교통연구실) ;
  • 이영인 (서울대학교 환경대학원) ;
  • 임용택 (전남대학교 교통물류학부) ;
  • 임강원 (서울대학교 환경대학원)
  • 투고 : 2010.04.08
  • 심사 : 2011.02.15
  • 발행 : 2011.02.28

초록

본 연구는 다수단 교통망에서 교통시설 운영자와 이용자의 상호 의사결정과정을 고려하여 교통시설의 건설 및 운영 정책 문제를 해결하기 위한 다수단 연속형 교통망 설계문제를 다룬다. 특히, 교통시설에 대한 정책변화에 따라 교통수단간 통행이 어떻게 변화하는가를 고려하기 위하여 승용차 교통망과 대중교통 교통망을 함께 고려하고자한다. 이러한 교통망 설계 모형을 개발함에 있어서 일반적인 Nash 균형(비협력 게임)의 접근법이 아닌 좀 더 합리적이라고 연구되어진 Stackelberg 균형(협력적 게임)의 접근법을 이용하고 그러한 방법으로 다수단 교통망의 교통수단 선택을 고려한 민감도 분석 방법을 적용한다. 본 연구의 다수단 연속형 교통망 설계 모형은 교통정책 결정에 대한 임의의 연속형 교통망 설계변수(${\epsilon},\hat{\epsilon},p$)에 대해서 개발되어진다. 또한 모형의 적용 및 평가를 위하여 1)도로 정책에 대한 최적 도로용량 산정과 2)대중교통 정책에 대한 최적 대중교통 노선빈도 산정 그리고 3)교통체계의 수단분담 정책에 대한 현 교통체계의 최적 목표 수단분담율 산정 문제에 모형을 적용하여 본다.

This research deals with the multi-modal continuous network design problem to resolve the transportation policy problems for constructing and operating transportation facilities with considering the mutual decision-making process between transportation operator and user in the multi-modal network. Particularly, in the consideration of changes in travel pattern between transport modes due to the changes in transportation policy, road network for passenger car and transit network for public transportation are considered together. In the development of network design model, more rational Stackelberg equilibrium(cooperative game) rather than more general Nash equilibrium(non-cooperative game) approach is used and sensitivity analysis considering transport mode is used. A multi-modal continuous network design model in this study is developed for the arbitrary continuous network design parameters(${\epsilon},\hat{\epsilon},p$) of transportation policy decisions. As examples of application and evaluation for these design parameters, the developed model is applied to calculate 1)the optimal capacity of road link in the road transport policy, 2)the optimal frequency of transit line in public transport policy and 3)the optimal modal split in transport modal share policy.

키워드

참고문헌

  1. 김병관.임용택.임강원(2004), "민감도 분석을 이용한 도로 혼잡통행료 산정 모형 개발", 대한교통학회지, 제22권 제5호, 대한교통학회, pp.139-149.
  2. 김병관.임용택(2010), "다수단 확률적 사용자 균형의 민감도 분석", 대한교통학회지, 제28권 제5호, 대한교통학회, pp.117-129.
  3. 박경철(2006), "대중교통 네트워크 통합 설계 모형 개발", 서울대학교 공학박사학위논문.
  4. 유경상.김동규.전경수(2009), "환승지체 및 가변수요를 고려한 대중교통 운행빈도 모형 개발", 대한교통학회지, 제27권 제6호, 대한교통학회, pp.147-156.
  5. 임용택(2004), "민감도 분석을 이용한 연속형 교통망설계모형의 개발", 대한교통학회지, 제22권 제2호, 대한교통학회, pp.65-76.
  6. Abdulaal, M., Leblanc, L.J.(1979), "Continuos equilibrium network design models", Transportation Research, 13B, pp.19-32.
  7. Asakura, Y., Sasaki, T.(1990), "Formulation and feasibility test of optimal road network design model with endogenously determined travel demand", Proceedings of the 5th World Conference on Transportation Research, Yokohama, Japan, July, pp.351-365.
  8. Beckmann, M.J., C.B. Mcquire, and C.B. Winsten.(1956), "Studies in the Economics of Transportation", Yale University Press.
  9. Daganzo, C. F.(1982), "Unconstrained formulation of some transportation equilibrium problems", Transportation Science, Vol. 16, pp.332-360. https://doi.org/10.1287/trsc.16.3.332
  10. Fisk, C. S.(1984), "Game theory and transportation systems modelling", Transportation Research 18B, pp.301-313.
  11. Hai Yang(1997), "Sensitivity analysis for the elastic-demand network equilibrium problem with applications", Transportation Research 31B, pp.55-70.
  12. Jing Zhou, William H. K. Lam (2000), "A bi-level programming approach-optimal transit fare under line capacity constraints", Journal of advanced transportation, Vol. 34, No. 2, pp.105-124.
  13. Kenetsu Uchida et al. (2007), "A Study on Network Design Problems for Multi-modal Networks by Probit-based Stochastic User Equilibrium", Networks and Spatial Economics, Vol. 7, No. 3, pp.213-240. https://doi.org/10.1007/s11067-006-9010-7
  14. Kim, Byung, Kim, Wonkyu (2006), "An equilibrium network design model with a social cost function for multimodal networks", The Annals of Regional Science Vol. 40, No. 3, pp.473-491. https://doi.org/10.1007/s00168-005-0053-3
  15. Leblanc, L. J. (1975), "An algorithm for the discrete network design problem", Transportation Science, Vol. 9, pp.183-199. https://doi.org/10.1287/trsc.9.3.183
  16. Magnanti, T. L., Wong, R. T. (1984), "Network design and transportation planning: model and algorithms", Transportation Science, Vol. 18, pp.1-55. https://doi.org/10.1287/trsc.18.1.1
  17. Mei Chen, David H. Bernstein (2004), "Solving the toll design problem with multiple user groups", Transportation Research Part 38 B, pp.61-79.
  18. Mei Chen, David H. Bernstein (2004), "Solving the toll design problem with multiple user groups", Transportation Research Part 38 B, pp.61-79.
  19. Sheffi, Y.(1985), "Urban Transportaion Network", Prentice-Hall, Incorporated, Englewood Cliffs, N.J.
  20. Suwansirikul, C., Friesz, T. L., Tobin, R. L.(1987), "Equilibrium decomposed optimization: a heuristic for the continuous equilibrium network design problem" Transportation Science, Vol. 21, pp.254-263. https://doi.org/10.1287/trsc.21.4.254
  21. Ziyou Gao, Huijun Sun, Lian Long Shan (2004), "A continuous equilibrium network design model and algorithm for transit systems", Transportation Research 38B, pp.235-250.
  22. Ziyou Gao, Jianjun Wu, Huijun Sun(2005), "Solution algorithm for the bi-level discrete network design problem", Transportation Research 39B, pp.479-495.