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시언 견
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 17, No. 5 pp , ISSN / eissn IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 김미례 1, 조인호 2* 1 과학기술연합대학원대학교교통물류시스템및 ITS 공학, 2 한국철도기술연구원추진시스템연구팀 Design of Congestion Standardization System Based on IoT Mi-Rye Kim 1, In-Ho Cho 2* 1 Transportation and Logistics System & ITS Engineering, University of Science and Technology 2 Propulsion System Research Team, Korea Railroad Research Institute 요약수도권지하철은 1974년, 서울 1호선개통을시작으로현재일일 7,289천명을수송하는가장중요한교통수단역할을하고있다. 이처럼서울지하철은 2011년이후지속적으로증가하는수송인원을처리하고있지만, 제한된지하철용량과배차시간때문에지하철내의혼잡도는계속증가하고있는실정이다. 이에서울시는서울역, 시청역, 교대역등 12개의역사에우회통로건설등의혼잡역사구조개선사업을시행하고있다. 하지만이러한사업은한역사당평균 186억원의대규모공사비에비해미미한개선효과를보이면서혼잡도개선을위한차선책이필요한실정이다. 따라서본연구는효율적인객차및역사내혼잡도완화를위해 IoT를접목한혼잡도평준화시스템을제안하였다. 제안한시스템을바탕으로예상효과분석을진행하였고, 분석결과한객차에승차하는인원이기존 34명에서최대 20명으로감소되는효과가나타났다. 이와더불어기존첨두시 20대의열차운행대수가 24대로증차될수있다고분석되면서운영효율성측면에서효과가있을것으로사료된다. Abstract The Seoul Metropolitan Subway, which started operating in 1974, plays a major role in transporting 7,289 thousands passengers daily. This trend of a steadily increase in passengers from 2012 has increased the congestion rate because of the limited capacity and time. To solve this problem, Seoul city is consistently working on improving the subway facilities, such as the construction of a detour path. This project, however, has only a slight effect on improving the congestion rate and is too expensive to construct the facilities. Hence, this study suggests The Congestion Standardization System based on the IoT for improving the subway congestion rate. Based on the system, the expected effect analysis was performed, which resulted in a decrease in ride passengers from 34 to 20. In addition, this expected effect analysis shows that the number of subway vehicles can increase from 20 to 24. The suggested system will have a significant effect on the efficiency of the management system. Keywords : Congestion Standardization System, Improvement of Congestion, IoT, Subway, Sadang Station 1. 서론지하철이란대도시에서교통의혼잡을완화하고, 빠른속도로운행하기위한지하철도를의미한다. 우리나라에는 1974년, 서울 1호선개통을시작으로 일일 7,289천명을수송하는가장중요한교통수단역할을하고있다. 이처럼서울지하철은 2011년이후로지속적으로증가하는수송인원을처리하고있지만, 제한된지하철용량과배차시간때문에지하철내의혼잡도는계속증가하고있는실정이다. 본연구는한국철도기술연구원주요사업의연구비지원으로수행되었습니다. * Corresponding Author : In-Ho Cho(Korea Railroad Research Institute) Tel: inhocho@krri.re.kr Received February 19, 2016 Accepted May 12, 2016 Revised (1st April 25, 2016, 2nd May 2, 2016) Published May 31,

2 IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 이를해결하기위한방안으로서울시는서울역, 시청역, 교대역등 12개의승강장에우회통로건설등의혼잡승강장구조개선사업을시행하고있다. 하지만이러한사업은한승강장당평균 186억원의대규모공사비에비해미미한개선효과를보이면서혼잡도개선을위한차선책이필요한실정이다. 본연구에서는기존설비를최대한활용하여객차내혼잡을완화할수있는시스템을제안하였다. 본연구에서제안하는혼잡도평준화시스템은기존방안들과달리객차내인원조절뿐만아니라하중센서-게이트간연동기능을함께적용함으로써, 게이트부터승객들조절할수있는원거리혼잡도완화를위한대안을제시하였다. 제안하는시스템을사당역에적용하여효과분석을진행함으로써향후객차및승강장내의혼잡도개선사업추진시적용가능한대안으로활용하고자한다. 2. 이론적고찰 2.1 혼잡도개선연구현재까지지하철의혼잡도개선을위해다양한연구가진행되어왔으며, 이러한연구들에는 도시철도신호체계개선및운영효율화에관한연구, 지하철객차내혼잡도개선을위한다중회귀분석적용연구, 지하철혼잡승강장구조개선사업연구 등이있다. 기존연구들은각각혼잡도개선을위한다양한접근방법들을제시하였지만, 비용이나기술적인한계때문에실제적용가능한개선책은되지못하고있다. 이지선등 [1] 에의하면승객들이특정객차에집중되면서승 하차지연문제를야기하고, 이로인해열차운행지연되면서지하철혼잡도문제가발생한다고기술되어있다. 이와관련하여위연구에서는열차를기다리는승객들에게전역의객차별혼잡도정보를제공하여승객의분포를분산시키는대안을제시하였다. 하지만위연구는여러가지대안으로개략적인연구를진행함으로서대안들의구체적인활용방법제시가부족하다는점에서한계가있다. 김동욱등 [2] 에서는다중회귀분석을통해지하철객차내혼잡도완화를위한최적화설계연구를진행하였다. 이연구에서는스크린도어의적외선센서로승 하차인원을산정하여객차내혼잡도를알려주는대안을제 시하였다. 하지만스크린도어의적외선센서로승 하차인원을측정하는방법은객차및승강장내의혼잡상황에서의오차율이크다는한계점을지니고있다. 조성근등 [3] 은지하철혼잡도해소방법으로 ATO 열차의연속배차및커트맨의도입을제시하였다. 이러한접근방법은 ATO열차를도입비용및각역별커트맨의인건비등으로막대한비용이발생한다는점에서한계를가지고있다. 김동희 [4] 의연구에서는수도권지하철 7개역의계획정차시분과실제정차시분을자체개발한소프트웨어를활용하여비교 분석하였다. 지하철의혼잡상황때문에계획과실제정차시분의차이가크다는결론을제시하고있지만, 구체적인승객통제대안이없다는한계가있다. 정구인 [5] 의연구에서는지하철객차내의혼잡도개선을위해전동차량의대차에응하중압력센서를부착하여승객하중을측정하는연구를진행하였다. 위연구는실제지하철환경에서의기술적, 환경적요구사항을분석하여하중센서의오차범위를줄이고신뢰성을확보할수있는방안을제시하였다. 하지만객차내혼잡도정보를알려주는범위까지만연구가진행되었기때문에실제적인혼잡도개선을위한해결책은되지못하고있다. 따라서본연구에서는실제지하철환경에적용할수있도록오차율을낮추고, 운영효율은향상시킬수있는방안을고려하여하중센서에 IoT기술을접목한혼잡도개선시스템을제시하였다. 3. 수도권지하철운행현황 3.1 운행현황 1~9호선의지하철이용객은일일평균약 729만명이다. 서울인구의약 70% 가지하철을이용하는만큼 1~9 호선의평균혼잡도는 155% 를보이고있다. 이때, 혼잡도는차량정원에대한승차인원의비율이며승객의편의성및열차의안전과정시운행을고려하여설정한다. Table 2와같이기준이되는혼잡도는승차인원 160명이며이를 100% 로정의하고있다.[7] 75

3 한국산학기술학회논문지제 17 권제 5 호, 2016 Table 1. Operation Status of Metro Line 1~9 Number of Weekday Operation Annual Total PASGR (thousands) Congestion Rate (%) Line , Line , Line , Line , Line , Line , Line , Line , Line , Total 4, , Seoul Statistics Information System, 2015 Table 2. Congestion Rate No. Passenger (Person) Congestion Rate No. Passenger (Person) Congestion Rate(%) % % % % % % % (Standard) % % % % % 1호선부터 9호선까지의탑승객수및혼잡도를나타내는 Table 1의운행현황에따르면수도권노선의혼잡도는한국철도공사에서정하는기준혼잡도 (100%) 보다모두높게나타났으며 2호선, 4호선이가장높은혼잡도를보이고있다. 이러한높은혼잡도를보이는이유는환승역을통하여집중되는승객들이주요원인으로제기되었고, 이에따라서울시에서는혼잡도완화대책으로환승통로를늘리는혼잡승강장구조개선사업을진행하였다.[7] 하지만 4호선사당역을포함한일부승강장들은예산부족및긴공사기간으로인해구조개선사업이지연되어이를보완할수있는차선책이필요한실정이다. 이에따라본연구에서는 4호선사당역을대상으로지하철의혼잡도평준화를실현하기위해저비용, 단기간, 높은운영효율성등을고려한시스템을제안하고자한다. 3.2 사당역운행현황 4호선운행현황을보여주는 Table 3과같이 4호선은당고개역에서남태령역까지총 26개구간을운행하고있으며배차간격은첨두시 (RH) 3분, 비첨두시 (NH) 5분을보이고있다. 이러한운행환경에서 4호선의혼잡도는 189% 이며 4호선중에서도사당역의혼잡도가가장높은것으로나타났다.[7] 이러한이유로사당역은정차지연이빈번히발생하면서 Table 4와같이열차운행횟수가계획대비 4대감축운행되고있는실정이다. 이는승강장및객차내혼잡도로인해승차지연이운행지연으로이어진것으로추정할수있다. 따라서본연구에서는혼잡도로인해운행지연이가장빈번히이루어지는 8:00 부터 9:00시까지의데이터를분석하여혼잡도를개선해보고자한다. 2015년 1월부터 11월까지의승 하차인원을보여주는 Table 5와같이승 하차인원간의차이는평균 2배이상인 66,673명의차이를보이고있다. 또한승 하차인원간의최대차는 73,546명으로게이트조절을통한혼잡도평준화시스템을적용했을시혼잡도개선에서큰효과를보일것으로사료된다. 4호선사당역게이트는 Fig 1과같이총 10개이며외부에서승강장내로진입하는승차게이트가총 4개, 승강장내에서외부로나가는하차게이트가총 6개로구성되어있다. Table 3. Operation Status Table of Metro Line 4 L in e 4 Section Danggogae~ Namtaeryeong Number Travel Interval Congestion of Time (min.) Rate Station (min.) RH NH % Table 4. Service Delay Time and Scheduling Average Service Delay Time (min.) Subway Scheduling (Number) Plan Service Table 5. Ride and Alight Passenger of Sadang Station Time Time 8:00~9:00 Month Ride PASGR Alight PASGR ,890 52, ,932 53, ,119 49, ,209 41, ,326 44, ,345 49, ,774 54, ,462 58, ,481 59, ,408 36, ,516 44,229 76

IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 (a) 1~3 Gate (b) 4~6 Gate Fig. 2. Structure of The System (c) 7~8 Gate (d) 9~10 Gate Fig. 1. Gate Status of Sadang Station 4. IoT를접목한혼잡도평준화시스템 4.

2를활용한근거리무선통신장치, (b) 응하중제어장치, 기존설비인 (c) 승강장내전광판과출입게이트등이다. (a)nfc device (b)load pressure measurement device Fig. 3. Components of The System (c)electronic display & Entrance gate 4.

4 IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 (a) 1~3 Gate (b) 4~6 Gate Fig. 2. Structure of The System (c) 7~8 Gate (d) 9~10 Gate Fig. 1. Gate Status of Sadang Station 4. IoT를접목한혼잡도평준화시스템 4.1 시스템정의및구성제안하는기술은 IoT 기술을접목한하중센서측정시스템이다. Fig 2에서와같이지하철이전역에도착하게되면응하중센서로무게를측정한뒤탑승인원수를계산한다. 측정된탑승인원수는해당역에열차가도착하기전전광판및게이트로전송하여객차및승강장내의승객수를조절하는방안이다. 구성시스템은 Fig 3와같이 (a) 블루투스 4.2를활용한근거리무선통신장치, (b) 응하중제어장치, 기존설비인 (c) 승강장내전광판과출입게이트등이다. (a)nfc device (b)load pressure measurement device Fig. 3. Components of The System (c)electronic display & Entrance gate 4.2 시스템동작원리 Fig 2에서보여주는혼잡도평준화시스템의동작원리는열차가이전역에서정지하였을때응하중센서가공기스프링의압력을측정하여승객하중을계산하고, 이를승객수로변환하여탑승인원을산정한다. 산정된승객수는 Fig 4의그림과같이무선원거리통신으로다음역의전광판에 매우혼잡 은빨간색, 혼잡 은주황색, 보통 은노란색, 여유 는녹색등의신호로표시된다. 또한산정된승객수가혼잡할시에는혼잡도에따라게이트수를줄여승강장내로유입하는승객을조절하게된다. Fig. 4. Congestion Rate Notifying System 4.3 예상효과분석및결과 4호선사당역의하중분포연구자료와서울시의 Raw Data를활용하여예상효과분석을진행하였다. 통계데이터는서울시 2015년 1월 ~10월첨두시평균승차인원데이터를활용하였다. 기본가정은전광판혼잡안내표시로승객들이승강장내에동일하게분포되어있는것으로한다. 분석기준시간은 8:00~9:00이며, Table 6과같이기존열차운행시간표에따라 20대의열차를효과 77

5 한국산학기술학회논문지제 17 권제 5 호, 2016 분석에적용하였다. 기존하중분포연구에서는 TGIS에서실측된자료에근거하여각객차별승 하차승객의분산도를추정하였다.[1] 객차별평균하중분포를나타내는 Table 7에서보면일반적으로 3호차, 6호차에승객이집중하는형태로나타났고, 이비율을기준으로첨두시사당역 4호선에서승차하는인원을 Table 8 표와같이산출해보았다. 산출한결과를토대로 Table 9에나타나있는것과같이사당역의출입게이트개수를줄였을때의승차인원을감소율을추정하여객차별승차인원을도출해보았다. 감소율은 1개의출입게이트축소시 25% 의승객이감소할것이라고가정하여최대 40% 까지의승차인원이감소할것이라고가정하여분석하였다. 분석결과를나타내는 Table 9의 Total을보면출입게이트를감소시킴으로써전체탑승인원도함께줄고있는것으로나타나고있다. 하지만이는실제로승객이줄어드는것이아니라한열차당의탑승인원이감소함으로써혼잡율을감소시키는것으로판단해야한다. 또한, Table 10의시간표에서추가할수있는차량수를산정해보았을때제안된시스템이열차지연을없애면서총 4 대의차량을추가투입할수있을것으로분석되었다. 결론적으로, 열차의추가투입으로평균배차간격을 3.5 분에서 2분으로좁힐수있는것으로나타났고, 이는더많은승객을더낮은혼잡도로운송할수있다는결과로이어지면서승객들의편의를향상시킬수있는것으로사료된다. Table 6. Metro Line 4 Timetable on RH hours Number Time Number Time 1 8: :31 2 8: :34 3 8: :37 4 8: :40 5 8: :43 6 8: :46 7 8: :49 8 8: :53 9 8: : : :00 Table 7. Ride Passenger on RH hours (unit: %) Total Table 8. Ride Passenger on RH hours (unit: person) 9 Total ,576 Table 9. Ride Passenger After Controlling The Gate (unit: person) 8 9 Total 25% % % % Table 10. Metro Line 4 Timetable on RH hours Numb`er Time Number Time 1 8: :31 2 8: :34 3 8:06 (+) 15 8:37 4 8: :40 5 8: :43 6 8: :46 7 8:15 (+) 19 8:49 8 8: :51 (+) 9 8: : : :55 (+) 11 8: : : :00 5. 결론및향후연구과제 본논문은지하철의객차및승강장내혼잡도를완화하기위해 IoT를접목한혼잡도평준화시스템을제안하였다. 또한, 제안한시스템에대하여지하철의운행현황및배차시간, 객차하중분포등의 Raw Data를활용한예상효과분석을진행하였다. 효과분석결과지하철객차의가장혼잡한 6번칸에승차하는인원이기존 34명에서최대 20명으로감소되는효과가나타났다. 이와더불어기존첨두시 20대의열차운행대수가 24대로증차될수있다고분석되면서시스템도입시운영효율성면에서효과가있을것으로사료된다. 이는기존혼잡도완화사업으로승강장확장, 우회통로건설등고비용, 건설기간의장기화를일으키는대안들과는달리 IoT를접목한하중센서를도입함으로써비용절감및간단한설치방법으로실제도입가능성을높일수있을것으로예상된다. 78

IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 향후연구에서는제안한시스템의실증분석방법으로 ABMS(Agent-Based Modeling and Simulation) 기법을활용하여승객들의동선분포를파악한혼잡도개선효과에대한연구를진행하여실제지하철이용승객의편의향상과혼잡도개선을위한대안제시에크게기여하고자한다.

6 IoT 를접목한지하철객차내혼잡도평준화시스템설계 향후연구에서는제안한시스템의실증분석방법으로 ABMS(Agent-Based Modeling and Simulation) 기법을활용하여승객들의동선분포를파악한혼잡도개선효과에대한연구를진행하여실제지하철이용승객의편의향상과혼잡도개선을위한대안제시에크게기여하고자한다. 김미례 (Mi-Rye Kim) [ 정회원 ] 2014 년 2 월 : UST( 교통물류시스템석사 ) 2015 년 8 월 ~ 2016 년 2 월 : 한국철도기술연구원석사후연수연구원 2016 년 3 월 ~ 현재 : UST( 교통물류시스템및 ITS 공학박사과정 ) References [1] J. S. Lee, H. S. Cho, C. B. Bae, J, J, Lee. A Study on the Improvement of Railway Signal System and Operating Efficiency, pp , The Korea Transport Institute, November, [2] D. W. Kim, W. Y. Kim, J. W. Lee, A Study on Application of Multiple Regression Analysis and Optimization Design for Improving the Subway Congestion Rate, Korean Institute of Industrial Engineers Fall Conference, Korean Institute of Industrial Engineers, November, [3] S. K. Cho, I. B. Chung, A Study on the Solution of Train Delay and Congestion on Seoul Subway Line 2, Seoul City Research, pp , Mar [4] D. H. Kim, An Estimation Model of the Minimum Required Dwell Time for Urban Railway, Korean Society for Railway Journal, pp , Dec [5] K. I. Jung, Urban Rail pressure sensor response requirements analysis and system design methods required to measure the load pressure measurement study, Korean Society for Railway, Spring Conference, 2014 [6] Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, R&D Report on Improvement of Subway Station Utilization Efficiency, pp.1-205, Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement, June, [7] Seoul Metropolitan City, A Review of the Congestion Relief Plan on Current Subway Lines, Chapter 14, Integrated Development Plan for the Seoul Subway Master Plan for 10 Years, Seoul Metropolitan City, June, [8] R. H. Jung, J. H. Chung, Analysis of Route Choice Behavior in Subway Stations, Seoul City Research, pp , June 2015 [9] J. H. Park, S. H. Oh, J. H. Rhee, A Study on the Analysis of Walking Behavior in Transfer Stations after the Improvement of Walking Environment, Korean Society of Civil Engineers Journal, pp May, 2012 < 관심분야 > 철도물류, 교통공학, 철도토목 조인호 (In-Ho Cho) [ 정회원 ] 2009 년 2 월 : 카이스트 ( 전기및전자공학석사 ) 2013 년 2 월 : 카이스트 ( 전기및전자공학박사 ) 2013 년 1 월 ~ 2014 년 9 월 : LG 전자선임연구원 2014 년 10 월 ~ 현재 : 한국철도기술연구원선임연구원 < 관심분야 > 철도추진시스템, 전기자동차충전기술, 철도물류 79

1. KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발.hwp

1. KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발.hwp Journal of Next-generation Convergence Information Services Technology Vol.4, No.1, June (2015), pp. 1-8 차세대컨버전스정보서비스기술논문지 KT 올레스퀘어 미디어파사드 콘텐츠 개발 Media Fasade Contents Development of KT Olleh Square 김동조