2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A307 영상분석기법을활용한도시철도환승통로의 LOS 등급별보행특성분석 The Characteristics of Pedestrians LOS by Motion Analysis Method of the Metro Transfer Passage 신민정 *, 허진호 *, 김희규 *, 문영삼 *, 김진호 **, 이나현 ** Minjung Shin *, Jinho Hur *, Heekyu Kim *, Youngsam Moon *, Jinho Kim **, Nahyun Lee ** Abstract In the case of some stations in the metropolitan area by increasing of metro passengers, it is more than 200,000 the number of daily passengers. Especially serious congestion of transfer passage is repeated. In this study, it was conducted field experiments using the motion sensing camera capable of walking characteristics observed for the verification of the walking speed and the patterns of behavior in accordance with the LOS graded density. Experiment location is a metro Daerim Station. The transfer passage in the most crowded section was selected. Hourly the density, walking speed, time and the behavior patterns were measured for one weekday. The average speed in metro area estimates is 1m/s. The results of the experiment were analyzed to LOS D in 0.8m/s and LOS E in 0.58m/s. The LOS of metro passengers were effectively predicted and evaluated from the derived results. The results of this study utilized as a basic data to calculate an appropriate area when the improvement or construction of the station. Keywords : Motion Analysis, Flow Coefficient, Walking Speed, Patterns of Behavior, Level of Service(LOS) 초록도시철도이용객의증가로수도권일부정거장의경우일일이용객수가 20 만명이상이며, 특히환승통로의극심한혼잡상황이반복되고있다. 이에본연구에서는 LOS 등급별밀도에따른속도및보행패턴검증을위해보행특성관찰이가능한모션인식카메라를이용한현장실험을수행하였다. 실험장소는도시철도대림역으로역사내환승인원이가장밀집한구간을선정하여평일 1 일간시간대별밀도, 속도, 시간및행동패턴을측정하였다. 도시철도면적산정시평균속도는 1m/s 이나실험결과 LOS D 등급은 0.8m/s, E 등급은 0.58m/s 로분석되었다. 도출된결과로부터도시철도이용객 LOS 수준을효과적으로예측및평가하고, 정거장의개선또는신설시경제적, 효율적면적산정을위한기초자료로활용하고자한다. 주요어 : 영상분석, 유동계수, 보행속도, 행동패턴, 서비스수준 1. 서론 도시철도이용객의증가로수도권일부정거장의경우일일이용객수가 20만명이상이며, 특히환승통로의극심한혼잡상황이반복되고있다. 이에본연구에서는이용객이편리하고 교신저자 : 모어엔지니어링건축사사무소 (pietrokim@naver.com) * 모어엔지니어링건축사사무소 ** 한국철도기술연구원스마트역사연구팀
안전하게이용할수있도록도시철도환승통로에대한서비스수준 LOS(Level of Service) 을파악함으로써효과적인관리가이루어질수있는방안을마련하기위해 LOS 등급별밀도에따른속도및보행패턴측정현장시험을수행하고, 그결과를활용하여도시철도이용객 LOS 수준을효과적으로예측및평가하고자한다. 2. 환승통로의 LOS 등급별보행특성실험 2.1 LOS 보행특성실험개요 2.1.1 실험장소선정환승통로의서비스수준및혼잡도를평가하기위해연계환승역간거리가긴역사중카메라설치가용이한대림역을선정하였다. Fig. 1과같이대림역은 2호선 ( 지상 3층 ) 과 7호선 ( 지하 2층 ) L-Type 연계환승역으로환승통로가긴구조이다. 승강장, 이동통로, 계단앞등이동하는승객들이집중적으로모이는곳을검토한후모션센서인식카메라의설치가용이하고, 환승객들의병목집중현상구간을선정하였다. 역사내실험대상장소는환승인원병목지점으로 7호선에서가까운 2호선환승통로에스컬레이터앞복도이며전체대림역구간에서출 퇴근시간대별가장병목현상이심한구간으로실험관찰개요는 Fig. 1과같다 [1]. Fig. 1 Test site section in Daerim station 2.1.2 실험장비 LOS 등급별밀도에따른속도및보행패턴검증을위해보행특성관찰이가능한모션인식카메라인 Raptor-E Digital Camera를사용하였으며, 모션센서및센서대와피실험자에게모션센서를부착한모습은 Fig. 2와같다. 관찰대상구간높이 2m 이상위치에카메라 6대를설치하였고, 카메라감지가능공간은 6.5m 21m 2.8m이며, 혼잡도측정가능예상공간은 4m 7m 2.3m이다. 카메라설치후 L-Calibration이좌표축을생성하고, Wand Calibration 이렌즈왜곡률을보정하고, 각측정대상에대한개체를생성한후데이터측정및보정을통해데이터를분석하였다 [1].
Fig. 2 Experimental equipment 2.1.3 실험실시실험은 2014년 5월 26일 ( 월 ) 02:00에서 5월 27일 02:00까지수행되었으며, 측정시간은첫차운행시간 (05:40) 에서막차운행시간 ( 익일01:00) 까지약 20시간이다. 실험자는시간대별 4 point 마커부착자총 16명 ( 오전, 오후각 8명 ) 이상행선팀과하행선팀으로구분하여진행되었으며 point 마커위치에따라피실험자를구분하였다. 지하철운행시간을고려하여쌍방향도보로이동하였다. 열차도착시각조별첫번째실험자가이동하고, 두번째실험자가대기하였으며, 각실험자는각호선 (2호선, 7호선 ) 승강장 (4-4, 8량기준중간지점 ) 에대기해있다가열차도착과함께 3~5초후환승구간으로이동하는승객들과함께이동하여환승이동시간을체크하였다. 데이터측정속도는 15 frame/sec, 측정대상은 8개이고, 획득
데이터는각대상의 3차원상의속도 (mm/sec), 각대상의 X, Y 위치궤적 (mm), 각대상의각도 (deg.) 이다. 밀도측정은실험시실험구간내인원을측정하였고, 캠코더를활용하여전체실험시간영상을촬영하였다. 데이터측정및분석시구분된피실험자의속도, 궤적, 회전을모션카메라동기화를통해하나의값으로측정하였다. 실험영역통과시간, 통과시속도와회전 (15 samples/sec), 그리고궤적에대한데이터가수집되었다 [1]. 2.2 실험결과및분석 2.2.1 LOS 등급별실험결과대림역선정된공간에서의밀도산정을위해캠코더를통해실험현장영상확보후 1분마다인원수를측정하여실험범위내시간대별밀도를산정하였다. 설정된시간대를각각 15분간격으로나누어이동인원을산정하고, 15분간의이동인원의누적계를 1분당, 1m당이동인원으로환산하여흐름계수를산정하였다. 여기서이동인원의이동폭은 3.4m로산정하였으며, 15 분간의이동인원의 20% 를할증한값이다. Motion Analysis기법을이용한행동패턴산정결과속도및어깨회전각 data를 15 sample/sec 산출하였으며, 센서부착실험자의순간속도가산출되었다. Table 1은각시간대별유동계수 ( 인 /m 분 ) 와 LOS를산정한결과이다 [1,2]. Time Flow Coefficient (person/m min) Table 1 LOS calculating results LOS Time Flow Coefficient (person/m min) 07:02-07:17 27 B 17:53-18:08 40 C 07:17-07:32 38 C 18:08-18:23 56 D 07:32-07:47 50 D 18:23-18:38 69 E 07:47-08:02 69 E 18:38-18:53 70 E 08:02 08:17 76 E 18:53-19:08 70 E 08:17 08:33 89 F 19:08-19:23 62 E 08:33 08:48 66 E 19:23-19:38 57 D 08:48 09:03 50 D 19:38-19:53 44 C 09:03 09:18 50 D 19:53-19:54 30 C LOS 2.2.2 실험결과분석밀도별행동패턴 DATA를분석한결과 LOS D 등급의경우, 보행자가주변보행자로인해각자의보행속도유지가힘들며, 이동시반대편의보행자와의충돌위험이빈번하며추월시상대편으로부터이동의방해를받는다. 캠코더영상을통해서환승인원이동시나타나는행동특성을관찰한결과에따르면, 속도제한이발생하고주변보행자들과빈번히접촉하며반대편이동자로부터이동경로의결정의방해를받고, 추월시속도제한및충돌이발생한다. 이동인원행동특성은 Fig. 3과같이 1.5초까지는속도값이감소하며이후속도값의폭도감소
하였으며, 평균속도는 0.8m/s이고, 실험자순간속도는 1초대에서감소하다다시증가하지만 1초이후다시속도는점점감소하며 2초가넘어가서는속도의폭이급격히감소하였다. 속도의선택이자유롭지못하며, 정상보행이부분적으로힘든상태이다. LOS D에서는속도의제한과함께순간회전각이 5 이상변화가빈번히발생하였다. 이동중상대편에의한속도및어깨회전이발생한결과이다. 반대편방향에서이동하는환승객을피하기위해순간어깨회전을 15 까지틀며속도를낮추어이동하거나충돌을피하기위해순간 10 의어깨회전각이발생하였다. 이동중반대편인원과진행방향의상태의상대편과충돌을피하기위해어깨회전및속도감소결과이다. LOS E 등급의경우, 보행자가주변보행자로인해일정한보행속도유지가힘들며, 이동시반대편의보행자와의충돌위험이크며, 추월이거의불가능하다. 캠코더영상을통해서환승인원이동시나타나는행동특성에대한관찰결과에따르면, 속도제한및타인의의해보행속도를선택하고주변보행자들과의접촉및충돌위험이크다. 또한반대편이동자로부터이동경로결정의심한방해를받고, 추월시상대편과의접촉을통해가능하며, 모든보행자는대기열에의한방해를받는다. 이동인원행동특성은 Fig. 3과같이속도가불규칙하며어깨회전이빈번히발생하고, 실험자순간속도값은 1.2m/s에서부터지속적으로감소와증가가발생하였으며, 평균속도는 0.58m/s이고, 속도값의폭또한불규칙하여보행이자유롭지못함을관찰하였다. 속도의제한과함께순간회전각이 10 ~15 이상자주발생하므로주변이동인원과의충돌이빈번함을알수있다. 이동중상대편에의한속도증감이불규칙하며및충돌및추월을위한어깨회전이빈번하게발생한다 [1,3]. ( Speed, Rotation angle) (a) LOS D Level (b) LOS E Level Fig. 3 Speed and rotation angle
3. 결론도시철도이용객 LOS 수준을효과적으로예측및평가하기위하여영상분석기법을활용한대림역환승통로현장실험을실시하여 LOS 등급별밀도에따른속도및보행패턴을분석함으로써다음과같은결과를도출하였다. 1) 밀도가증가할수록속도는감소하며, 어깨폭은실제큰변화량이없었다. 영상에서혼잡상황에서는어깨를움츠리는동작보다팔움직임을제한하거나속도를줄이며어깨를회전하는동작을취한다. 영상분석과 Motion Analysis에의해보행중충돌, 추월에의한어깨회전각의변화를살필수있었으며, 서비스수준이 F등급과같이극혼잡상태를제외하고는밀도가높을수록어깨움직임이증가하였다. 2) 도시철도면적산정시평균속도는 1m/s이나실험결과 LOS D 등급의평균속도는 0.8m/s, 순간최대회전각은 15 이고, 보행속도제한, 빈번한이동방향전환, 충돌위험이자주발생하였다. LOS E 등급의평균속도는 0.58m/s, 순간최대회전각은 10~15 이고, 보행속도제한 ( 속도선택불가 ), 이동방향전환힘듦, 충돌이잦으며충돌을피하기위한빈번한움직임 ( 충돌을피하기위해어깨를회전한상태에서이동 ), 군집보행의행동패턴을나타냈다. 3) 이를통하여정거장면적산출시가장큰영향요소인 LOS(Level of Service) 의보행류및밀도에대해한국인의표준체형, 정거장에서보행자의행동특성, 첨두시간수요산정등을고려하여현재도시철도설계지침에적용되는환승통로 LOS D등급및 E등급의적용기준값에대한검토가필요한것으로사료된다. 감사의글 본연구는국토교통부철도기술연구사업의연구비지원 (16RTRP-B067918-04) 에의해수행되었습니다. 참고문헌 [1] Korea Railroad Research Institute (2015) Movement pattern measurement and analysis according to the Metro station pedestrian density. [2] Ministry of Land, Infrastructure & Transportation (2013) Korea Metropolitan Railway Station Planning Guideline. [3] Kim KwangMo, Kim Jinho, Shin Minjung, Kim Heekyu, Park Yonggul (2015) A Study on the Estimation for Width of Passageway for Improvement in the Safety and the Convenience of the Metro Stations and the Transfer Facilities, Journal of the Korean Soc. Hazard Mitig., 15(2), pp. 63-70.