고속도로 통행 소요시간 예측정보 신뢰도에 대한 연구 :A study on the reliability of the forecast about the time required of the traffic on the expressway

한대철

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한대철 (연세대학교, 연세대학교 공학대학원)

지도교수: 오경주

발행연도: 2018

저작권: 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

고속도로 통행 소요시간 예측정보 신뢰도에 대한 연구

한대철 2018.01 학위논문

DSRC 기반 고속도로 통행 소요시간 예측정보 신뢰성 평가

한대철 , 김준현 , 김승범 한국ITS학회 논문지 2018.01 학술저널

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매년 증가하는 교통 혼잡을 해결하기 위해서는 교통상황을 예측하여 교통량을 분산시키는 선제적인 방법이 효과적일 수 있다. 특히 통행 소요시간 예측정보는 고속도로 이용자들의 합리적인 노선 결정을 지원하여 정체상황을 최소화하는 매우 중요한 교통정보로 꼽을 수 있다. 이러한 통행 소요시간 예측정보는 전 국민이 이용 가능한 공공데이터로서 적절한 신뢰도가 보장되어야 하며 지속적인 품질관리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 한국도로공사에서 운영하고 있는 노선을 대상으로 고속도로 통행 소요시간 예측정보에 대한 정확도 및 신뢰구간을 정량적으로 평가하고 특정 노선 또는 특정 기간에 지속적으로 발생하는 오류정보의 유무를 점검하고 해당 오류의 특성을 면밀히 검토하였다.

분석대상은 2014년 10월부터 2017년 10월까지 수집된 통행 소요시간 예측정보와 이력정보를 바탕으로 MAPE 분석, 통계적 신뢰구간 분석, 상자 그림 분석을 실시하였다. 먼저 미국 연방교통국 산하기관인 NTOC에서 제시하고 있는 MAPE 신뢰도 10%를 기준으로 한국도로공사에서 운영 중인 45개 노선을 대상으로 분석을 실시한 결과, NTOC 기준을 충족하지 못하는 노선은 총 상행 5개(서울외곽선, 중앙선, 제2남해선, 제2경인선, 경인선), 하행 3개(제2남해선, 제2경인선, 경인선) 노선이었다. MAPE 분석의 경우 운영자에게 직관적 지표로 널리 이용되고 있지만 노선의 연장에 대해 민감하지 않으며 무엇보다 예측정보 오차에 대하여 면밀한 분석이 어렵다는 한계점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 예측정보와 이력정보간의 오차에 대한 분포를 상자 그림 분석과 신뢰구간 분석을 통해 추가적으로 수행하였다. 그 결과 일부 노선에서 과대 또는 과소 추정이 있음을 확인하였으며 특히 경부선과 영동선의 경우 지속적인 예측정보의 과대 추정이 확인되었다.

특정 노선의 통행 소요시간 예측정보가 지속적으로 과대 추정된다면 데이터 품질에 큰 문제를 야기하므로 문제 노선들의 개별 구간을 대상으로 예측정보와 이력정보간의 오차에 대해 추가 분석을 진행하였다. 그 결과 다수의 구간으로 구성된 장대 노선에서 일부 소수 구간으로부터 과대 또는 과소 추정이 발생하는 경우 노선 전체의 예측정보 신뢰도에 영향을 줄 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 연구의 분석 결과를 바탕으로 통행 소요시간 예측정보에 대한 품질관리 프레임워크를 제시하였다. 그에 따라 지속적인 품질관리 체계를 구축하여 주기적인 문제 구간 도출 및 신속한 해당 구간 유지관리로 고속도로 통행 소요시간 예측 정확도 향상에 기여하기를 기대한다.

In order to solve the traffic jam on the expressway increasing every year, it may well be effective to predict the traffic condition on the expressway and thereby, pre-emptively distribute the traffic volume to other traffic routes. In particular, the forecast of the time required of the traffic on the expressway is a very important information available by the whole users to help them decide on the reasonable driving routes and thus, minimize the traffic jam. Such information predicting the time required of the traffic is a public data referred to by the whole people, and therefore, its reliability should be guaranteed, while its quality should be managed continuously. Hence, this study quantitatively assessed the precision and reliability of the traffic time on the expressway predicted by the Korea Expressway Corporation and checked the erroneous information about certain intervals or during certain periods and analyzed the conditions of the error precisely.
The sample was the forecast and background informations collected from Oct. 2014 to Oct. 2017, and these information were processed for MAPE analysis, statistical confidence interval analysis and boxplot analysis. First of all, 45 expressways operated by Korea Expressway Corporation were analyzed in reference to 10% reliability of MAPE suggested by NTOC under the US Federal Transport, and as a result, a total 8 routes - 5 uplines and 3 downlines - did not meet the NTOC criteria. On the other hand, the MAPE analysis is widely used as intuitional indicatives by the expressway operators, but it is not sensitive to the extended expressway lines, and above all, it can hardly analyze the error of the predicted information in details. Hence, this study used the boxplot analysis and confidence interval analysis for the error distribution of the predicted information and the experiential one additionally. As a result, overestimation or underestimation was found on some interval of the expressway, and particularly in case of Seoul-Busan line and Youngdong-line, the traffic time was overestimated continuously.
If the estimated traffic information should continue to be overestimated, the traffic data quality would be very problematic, and thus, this study conducted an additional analysis for the errors between predicted and experiential information. As a result, it could be confirmed that if partial intervals of a long line consisting of multiple intervals were over- or under-estimated, the reliability of the entire line information would be affected negatively.
Based on the results of the above analysis, this study suggested a framework of quality control for the estimated information of the traffic time on the expressway. Lastly, it is hoped that a sustained quality control system would be constructed to identify and manage the problematic intervals to enhance the estimation of the traffic time on the expressway.

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