A study on toll cost policy for optimizing travel time of multi-routed highway section

Abstract

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.