열차운영계획은 수송수요 산정, 운행노선계획, 열차시간표 작성 기관차 및 인원의 할당 등 광범위한 내용을 포괄하고 있으나, 본 논문에서는 계획의 초기단계에서 결정 가능한 운행노선계획을 대상으로 범위를 설정하였다. 운영목표에 따른 전략은 사용자, 운영자, 사회전체의 입장에서 고려될 수 있는데, 이러한 전략에 의해 운행 될 수 있는 열차운행패턴을 운영비용의 최소화, 통행시간의 최소화. 운영자 수익의 최대화 모형으로 해결하고자 하였다. 2004년 이후에 운행이 예상되는 고속철도/기존철도는 운영계획의 변경이 예상되는 바, 상기의 목표에 따라 열차운영패턴을 작성하여 개발된 효과척도의 적용을 통해 정책적인 적용가능성을 평가하였으며 기존 계획된 철도청의 운영계획과도 아울러 비교, 최적대안을 선정하였다. 본 고에서는 수리계획모형인 비선형정수계획모형(MINLP)으로서 국내 철도망에 부합하는 운영계획을 작성하였으며, 이에 따른 열차-km는 수익최대화 모형, 인-km는 철도청의 열차운영계획이 가장 많은 것으로 나타났다. 인-hour는 수익 최대화 모형과 통행시간 최소화 모형이 가장 적은 것으로 나타났는데, 이는 장거리 노선의 편성이 증가된 것으로 사료된다. 이러한 결과를 산출함에 있어. 어려운 점은 각 구간의 기하급수적 증가, 결정변수의 초기값 선정 등이 있으나, 그동안 연구된 각종 경험적 기법의 적용과 실제 편성 가능한 변수의 적용을 통해 이를 해결하였다. 추후 설정된 모형의 비교에 적합한 효과척도의 개발과 전국적으로 사례구간의 확장 및 모형의 최적대안 선택 시 효과척도의 가중치에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
현재 도시철도의 열차운행계획 수립과정은 열차 운용에 필요한 철로의 구조, 역사 내 철로 구조, 차량 정비시간 등 다양한 제약조건을 고려하여 이루어 지기 때문에, 매우 복잡한 구조를 가지게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점들로 인하여 다양한 열차운행 시간표(Time-Table)에 대한 비교 분석에 큰 어려움이 있다. 본 연구는 도시철도 운행계획 수립의 효율성 및 체계성을 제고하기 위하여, 철도 운행계획 수립 과정 중 수립 가능한 다양한 차량 시간표(Time-Table)의 기대효과를 열차다이아 작성 이전에 비교분석하여 가장 효과적인 차량 투입계획 및 운행일정을 선정할 수 있도록 하는 방법론을 제시하고자 한다. 본 연구에서는 열차 운행 시간표(Time-Table)을 분석하기 위하여 Line-Blocking 이론을 활용하였으며 광역철도 4호선중 사당~안산 구간을 대상으로 사례 분석하였다.
현재 전국적으로 도시 철도의 각 호선별 열차 운행은 차량기지에서 출고된 열차가 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 정해진 차량기지로 입고방식을 취하는 것이 대부분이다. 그리고 매일 열차 운행이 개시되기 전 각 차량기지의 보유 열차 수는 전날과 동일해야 하는데 차량 기지가 복수로 존재할 경우 열차 운행계획 수립 시 어느 기지에서 출고한 어떤 차량이 어느 기지로 입고해야 하는지를 결정하는 문제가 더욱 어려워진다. 승객 수송을 위한 여러 가지 요구조건 또한 모두 만족시키면서 이 입출고 제약도 만족시키는 것은 쉬운 문제가 아니다. 하지만 열차 운행 계획 수립을 자동으로 생성하는 방법에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 차량기지가 복수로 존재하는 상황에서의 현실 제약을 모두 만족하는 도시철도 운행 계획을 자동으로 생성하는 방법을 제시한다. 본 논문에서 제시하는 방법으로 실험 한 결과 기존의 방법으로 해결이 어려운 차량기지가 복수로 존재하는 상황에서의 현실제약을 모두 만족하는 계획을 빠른 시간 내에 수립 할 수 있음을 확인 하였다.
도시철도 주요구간에서는 상습적인 지연 및 후행열차로의 지연파급확산으로 구간운행시분 증대 및 정시운행 불가, 나아가 혼잡증대로 인해 이용승객이 불편이 가중되고 있다. 운행계획은 승객과의 약속이자 타 자원운영계획과 연계하여 신뢰성이 확보되어야 한다. 고밀도 운행 도시철도의 경우 정차시분이 운행시격에 미치는 영향이 가장 크며, 효율적 서비스계획 수립 시 정차시분의 관리는 매우 중요하다. 본 논문에서는 도시철도 분야의 정차시분 관련 선행연구동향을 살펴보고, 국내 운영기관 환경에서 실용적으로 활용할 수 있는 최소소요 정차시분 추정모델과 실제 현장데이터를 활용하여 수치사례를 함께 제시한다.
본 논문에서는 승객 수송수요 반영 단계에서는 역별 승하차인원, 시간대별 재차인원 등 수송수요에 반영할 기준을 설정하여 수송력과 승차인원의 기준을 판단하고, 열차운행계획 수립 단계에서는 운행구간, 선로용량, 선로조건 등 제약조건과 적정수송력에 맞는 운행계획을 수립하고, 마지막 단계에서 경제성, 능률성, 합리성 등을 감안한 운용효율 향상을 위한 열차 DIA를 작성하고자 한다. 또한 통계적 분석절차에 따라 재차인원과 운행횟수를 각각의 독립변수와 종속변수로 산정하여 두 변수간의 상관관계를 확인한 후 회귀분석을 통해 얻은 회귀식을 실제열차운행 횟수와 비교하여 최적의 열차운행횟수를 산정하였으며 회귀식의 유효성 검증을 통해 열차운행 환경변화에 신속하게 대응할 수 있는 유연한 시스템을 구축한 후 서울도시철도공사 실용 Dia에 적용하여 유효성을 검토하였다.
철도 운행선 변경작업은 정해진 시간 내에 많은 자원이 투입되기 때문에 구체적인 작업계획과 안전관리가 중요하다. 이러한 이유로 작업일정을 사전에 공유하여 궤도, 전차선, 신호 등 철도시스템이 동시에 병행 작업을 하고 있다. 그러나 절체공사의 특성상 철도 운행이 종료되는 야간시간에 공사가 진행되고, 운행선의 한정된 구간에 많은 자원이 투입되기 때문에 안전사고의 발생 및 운행선 변경의 실패에 대한 리스크(Risk)가 높은 것으로 인식되고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 운행선 변경 공사와 관련하여 국내에 충분한 연구가 이루어져 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 운행선 변경작업에 대해 실무자를 대상으로 설문조사를 실시하였고, 설문의 결과를 분석하여 운행선 변경작업의 리스크 저감을 위한 표준작업 프로세스를 도출하였다.
철도운영기관은 수송수요예측과 열차차량의 수송능력을 토대로 수송계획을 세우고 이에 따른 열차운행계획을 수립한다. 열차운행계획을 통해 열차 운행간격이 조정되어 열차운행시간표(열차다이아)가 작성되고, 열차운행에 사용되는 열차의 차량운영계획이 수립된다. 열차운영기관에서는 열차 운영관리의 효율성을 높이기 위해 다이아에 편성되어진 열차들의 승무인원을 판단하고 배치하는 승무일정계획을 수립해야 한다. 본 연구에서는 승무일정계획 문제인 승무다이아 작성단계에 제약조건을 만족하는 이웃해 탐색기법을 적용하여 승무 계획의 효율적 관리가 가능하도록 하는 방법론을 제시한다. 연구에서 제시한 방법론에 의해 생성된 승무 다이아는 실제 운영하는 열차시간표를 대상으로 기존 승무다이아와 결과 값을 비교하여 제시된 방법론의 효율성을 검증하였다.
노선 계획이란 수요를 만족시키면서 열차 운행 비용(operation cost)을 최소화하는 시종착별 열차 운행횟수를 결정하는 과정을 말한다. 그러나 화물 수송의 경우 화물 취급역에서 발생하는 화물의 연결 혹은 해방 작업은 상당한 시간을 필요로 하여, 잦은 중간 화물역에서의 연결 해방 작업은 수송 서비스의 품질을 저하시킬 수 있으므로, 여객 열차의 노선 계획과 달리, 화물 열차 노선 계획에서는 각 열차의 도중 입환역을 어떻게 설정할 것인가가 매우 중요한 문제이다. 본 연구는 열차의 운행 경로, 운행 횟수뿐만 아니라 열차별 도중 입환역를 포함하는 노선계획을 작성하기 위한 최적화 모형을 제시하고, 이 모형에 대한 열생성 기반 해법 및 실험결과를 제시할 것이다.
최근 복수의 철도 운송 사업자를 고려한 효율적인 선로 용량 할당 체계에 대한 관심이 증대하고 있다. 선로 용량 배분 체계란 제한된 선로 용량을 복수의 철도 운송 사업자들에게 그들이 원하는 열차를 배분하는 일련의 절차 및 방법론을 말하는데, 본 논문은 철도 운송 사업자가 제안한 열차들의 출발시간, 정차 시간 등을 조정하여 시설 관리자가 추구하는 목적에 가장 부합하는 조정된 스케줄을 생성해내는 최적화 모형 및 해법을 다룬다. 이 모형과 관련한 기존 연구들은, 열차간의 경합 조건만을 제약식으로 설정하여, 특정 노선에 투입되는 열차들이 경합 조건 때문에 기존에 계획된 노선별 열차 운행 횟수를 보장할 수 없는 한계를 갖고 있다. 본 연구에서는 노선별 열차 운행 횟수를 고려함과 동시에 열차간 경합 조건을 반영한 새로운 최적화 모형 및 이에 대한 해법을 제시한다. 이 해법을 이용하여, 수서발 고속열차와 기존 고속열차 운행 전 구간에 대한 최적의 선로 용량 할당 계획을 제시한다.
노선 계획이란 열차종별 수요를 만족하는 최적의 열차 운행 횟수를 결정하는 단계를 말한다. 이러한 노선계획의 주요 입력자료는 통행배정 모형으로부터 산출된 열차종별 구간 통행량이다. 그러나 대부분의 통행배정 모형 또한 노선계획을 통해 구한 열차 운행 횟수 혹은 시격을 입력요소로 요구하므로, 수요예측(통행배정)-노선계획의 단계적 접근은 두 계획간의 상호 모순을 초래하여 부정확한 열차종별 수요 및 노선계획을 도출할 수 있다. 본 연구는 이 두 가지 문제를 통합적으로 고려할 수 있는 최적화 모형과 이에 대한 선형 근사해법을 제시하고, 전체 한국 철도 네트워크에 적용한 실험결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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