KR101214567B1 - 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 열차 운행 계획 수립 방법은 사용자로부터 열차 운행 계획에 필요한 시간간격 최소값, 시간간격 최대값, 회차 허용 범위, 가용 차량수 및 사용자가 원하는 열차운행횟수(사업수)에 관한 제한 조건들을 입력 받는 단계와, 사용자가 원하는 열차운행횟수를 만족하는 시간간격을 설정하고, 시간간격에 따라 복수개의 열차운행사업을 배정하는 단계와, 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위를 확장하는 단계와, 확장된 회차 허용 범위 및 회차 허용 범위를 제외한 제한 조건들을 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색하고, 적합한 열차 운행 계획을 구하는 단계와, 사용자의 입력에 따른 회차 허용 범위의 제한을 만족하지 않는 열차운행사업들에 대한 시간적 이동 연산 및 회차 입출고를 변경하는 연산 중 적어도 하나를 수행하는 단계와, 사용자가 입력한 제한 조건들을 만족하며, 차량 DIA수를 최소화하는 열차 운행 계획을 선택하여, 최적의 열차 운행 계획을 수립하는 단계를 포함한다.

Description

열차 운행 계획 수립 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTABLISHING AN OPERATION SCHEDULE OF TRAINS}
본 발명은 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열차 운행 계획에 필요한 여러가지 제한 조건들을 만족하는 최적의 열차 운행 계획을 수립할 수 있는 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 전국적으로 지하철이나 전철 등으로 불리기도 하는 도시철도의 각 호선별 열차 운행 형태를 보면 차량 기지에서 출고된 열차가 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 정해진 차량기지로 입고되는 방식을 취하는 것이 대부분이다.
매일 많은 수의 열차들이 소정의 시간 간격으로 투입되어 이런 방식으로 운행을 하게 되는데, 차량 기지가 복수로 존재할 경우 열차 운행계획 수립 시 어느 기지에서 출고한 어떤 차량이 어느 기지로 입고해야 하는지를 결정하는 문제가 매우 어렵고 복잡해진다.
매일 열차 운행이 개시되기 전 각 차량기지의 보유 열차 수는 전날과 동일해야 하는데 승객 수송을 위한 여러 가지 요구조건을 모두 만족시키면서 이 입출고 제한도 만족시키는 것은 쉬운 문제가 아니다.
단순히 생각해서 열차가 출고지로 항상 다시 돌아와 입고되도록 하기만 한다면 각 차량기지의 보유 차량 수를 매일 일정하게 유지할 수 있겠지만, 현실의 복잡한 상황 하에서는 그렇게 간단한 방법만으로는 해결이 되지 않는 것이 보통이다. 따라서, 현장에서는 오랜 기간 동안 경험을 쌓은 전문가들이 열차 운행계획을 수립하고 있다.
이와 같이, 종래 기술에 따르면, 전문가의 수작업을 통해 열차 운행 계획을 수립하는 방법 밖에 없어, 시격, 출입고 제한, 차량수, 운행 시간대 등 여러 가지 요구조건을 고려해야 함에 따라, 시간 소요가 많고, 계획 수립에 정확도가 떨어진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 열차 운행 계획에 필요한 여러가지 제한 조건들을 만족하여 최적의 열차 운행 계획을 수립할 수 있는 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 열차 운행 계획 수립 방법은 사용자로부터 열차 운행 계획에 필요한 시격 최소값, 시격 최대값, 회차 허용 범위, 가용 차량수 및 사용자가 원하는 사업수에 관한 제한 조건들을 입력 받는 단계와, 사용자가 원하는 사업수를 만족하는 시격을 설정하고, 시격에 따라 복수개의 사업을 배정하는 단계와, 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위를 확장하는 단계와, 확장된 회차 허용 범위 및 회차 허용 범위를 제외한 제한 조건들을 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색하고, 적합한 열차 운행 계획을 구하는 단계와, 사용자의 입력에 따른 회차 허용 범위의 제한을 만족하지 않는 사업들에 대한 시간적 이동 연산 및 회차 입출고를 변경하는 연산 중 적어도 하나를 수행하는 단계와, 사용자가 입력한 제한 조건들을 만족하며, 차량 DIA수를 최소화하는 열차 운행 계획을 선택하여, 최적의 열차 운행 계획을 수립하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 열차 운행 계획 수립 장치는 차량 기지에서 출고된 복수개의 열차들이 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 입고하거나, 회차를 한 번도 하지 않고 바로 입고하는데 따른 복수개의 사업들을 시격에 따라 배정하여 열차 운행 계획을 수립하는 열차 운행 계획부와, 열차 운행 계획에 있어서, 복수개의 사업들 중 적어도 하나의 사업에 대하여 시간적 이동 연산 및 회차 연결 연산 중 적어도 하나를 수행하여, 시격 최소값, 시격 최대값, 최소 회차 시간, 최대 회차 시간, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자의 입력에 따른 사용자가 원하는 사업수의 각 제한들을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색하는 탐색부와, 탐색부의 탐색 결과에 따른 열차 운행 계획의 경우의 수 중 차량 DIA수를 최소화하는 최적의 열차 운행 계획을 찾는 운행 계획 수정부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 시격 최소값, 시격 최대값, 최소 회차 시간, 최대 회차 시간, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자가 원하는 사업수의 제한을 모두 만족하는 최적의 열차 운행 계획을 수립할 수 있는 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 열차 운행 계획 수립 결과에 따른 열차 운행 계획표를 나타내는 도면.
도 2는 차량 DIA(diagram)를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 시격 설정을 나타내는 도면.
도 6은 열차 운행 계획 수립에 필요한 회차 허용 범위의 제한을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 열차 운행 계획 수립 결과를 나타낸 것으로 흔히 '열차 DIA'('diagram'의 약어)라고 불리는 열차 운행 계획표 내지 열차 운행 계획 그래프이다. 도 1의 가로축인 열차 DIA의 가로축은 시간을 의미하고, 세로축은 역을 나나낸다. '열차 DIA'는 열차의 입고 및 출고가 표시되며, 호의 형태인 선으로 두 개의 사업을 연결하여 회차를 표시한다. 한편, 출고하거나 회차한 열차가 운행을 시작해서 입고하거나 회차를 시작하기 직전까지의 운행을 하나의 '사업'('운행' 또는 '열차운행' 또는 '열차운행사업'으로 혼용사용됨)이라고 한다. 즉, '열차 DIA'(또는 차량 DIA)에서 하나의 사업은 하나의 대각선으로 표기된다. 그리고 모든 사업은 고유의 사업번호를 가진다.
예를 들어, 기점에서 출발하는 첫차는 5시 10분에 출고해서 6시 15분에 종점에 도착하는 1001번 사업을 운행했다가 회차하여 6시 27분에 종점에서 기점 방향으로 출발하는 2014번 사업을 운행할 수 있다.
한편, 출고된 열차가 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 입고되기까지의 사업을 일렬로 나열하여 표기한 것을 차량 DIA라 부른다. 또한, 회차를 한 번도 하지 않고 바로 입고하여도 차량이 입고하여 출고하기까지의 사업을 하나의 차량 DIA로 표기할 수 있다. 각 차량 DIA는 고유의 차량 DIA번호를 가진다.
다시말해, 전체 열차 운행계획 중 출발역에서 도착역까지의 1회 운행을 (1회) '사업'(열차운행, 열차운행사업)이라 칭하며, 여러 사업이 모여 전체 열차 운행계획을 이루게 된다. '사업수'는 '열차운행횟수'를 의미하며, 차량 DIA(diagram)는 열차가 운행을 위해 출고하여 운행후 입고까지를 의미하며, '차량 DIA 수'는 전체 열차 운행에서 총 몇 대의 열차가 출고 후 입고하는냐를 의미하는 데, 즉, 전체 열차 운행(사업)을 실행하는 데 필요한 차량의 개수를 '차량 DIA 수'라 한다.
도 2는 차량 DIA를 나타내는 도면이다. 도 2에서, 세로축은 차량DIA 번호이고 가로축은 시간을 나타낸다. 이 차량 DIA를 보면 5시 20분에 종점(신평)을 출발한 세번째 열차는 회차와 운행을 반복하다가 8시 51분에 기점(노포동)으로 입고한다는 것을 확인 할 수 있다.
작성된 열차 DIA 및 차량 DIA에 따라 열차를 실제로 운행하려면 여러 가지 제한을 만족시켜야 하고 최소화해야 하는 항목 또한 존재한다.
이하, 열차 DIA 및 차량 DIA에 따라 열차가 운행되기 위한 제한들을 설명한다.
첫 번째 제한은 사업 수에 관한 제한이다. 열차 DIA는 꼭 사용자가 원하는 수의 사업을 생성해야 한다. 그 이유는 투입 가능한 승무원, 유동 인구 등을 고려한 지하철 운행 시간이 정해져 있는데, 이는 사업의 수와 매우 밀접한 관계가 있다. 따라서 열차계획은 필요로 하는 사업수를 항상 만족해야 한다.
두 번째 제한은 모든 시간대 혹은 특정 시간대에서의 시격은 최소 시격값 이상 이어야 하며, 최대 시격값 이하 이어야 한다는 제한이다.
최소 시격 제한이 존재하는 이유는 지하철을 탑승하는 고객에게 좋은 질의 서비스를 제공하기 위해서 이다. 예를 들어서 제안된 사업량으로 계획을 생성하는데 특징 구간의 시격이 너무 좁은 계획을 생성 하여 운행 한다면, 지하철을 이용하는 고객입장은 불필요한 시간에 지하철이 필요 이상으로 자주오고, 필요한 시간에 지하철이 늦게 오기 때문에 불만을 가질 것이다. 그리고 최대 시격제한이 존재하는 이유 또한 지하철을 이용하는 고객에게 좋은 질의 서비스를 제공하기 위해서이다. 직관적으로 생각해 봐도 시격이 너무 넓으면 지하철을 이용하는 고객입장은 매우 오래 기다려야 할 것이다.
이하, 도 6을 참조하여, 열차 운행 계획에 있어서, 회차와 관련된 제한을 설명한다. 회차시간은 최소 회차 시간 이상 그리고 최대 회차 시간 이하 여야 하고, 그 계획을 실제로 실행 했을 때 열차가 충돌하는 현상이 없어야 하고, 현존하는 철도로 운행을 할 수 있는 회차 이어야 한다. 열차의 충돌은 감싸는 형태의 회차가 되었을 때 발생하기 때문에 이러한 형태의 계획은 피해야 한다. 그리고 회차를 시작하는 역과 회차가 끝나는 역이 다르면 현존하는 철도로 회차가 불가능하기 때문에 이러한 형태의 계획의 생성은 피해야 한다.
도 6은 현실적으로 실행이 가능한 회차와 불가능한 회차의 예를 표현 한 도면이다. 도 6의 가로축은 시간이고 세로축은 역이다, 가장 첫 대각선(붉은선)으로 표기한 사업은 회차를 시도하는 사업이며, (61), (63) 및 (65)는 불가능한 회차이고 (67)은 가능한 회차이다. (61)은 회차 시간 최소값 보다 회차 범위가 좁기 때문에 불가능하며, (63)은 회차를 시작하는 역과 회차가 끝나는 역이 다르기 때문에 불가능하다. (65)는 감싸는 형태의 회차이거나 회차 허용 범위 최대값을 초과하여 불가능하다.
네번째는, 물리적 차량수와 관련된 제한이다. 각 역마다 사용할 수 있는 물리적 차량 수는 한정이 되어 있기 때문에, 사용할 수 있는 차량 이상이 필요한 계획은 운행이 불가능하다.
다섯번째는, 차량 기지가 복수로 존재할 경우 열차 운행계획 수립 시 어느 기지에서 출고한 어떤 차량이 어느 기지로 입고해야 하는지를 제어하기 위한 제한이다.
그리고, 마지막 제한으로 차량DIA 수가 적을수록 더 선호한다. 차량DIA의 수가 많은 것은 입고와 출고가 많다는 것을 의미하는데, 입고와 출고를 할 때는 승무원의 추가적인 근무시간을 필요하다. 따라서 같은 량의 사업을 운행하더라도 차량DIA의 수가 많은 계획은 입고 출고를 위한 추가적인 근무 시간 때문에 더 많은 인건비를 필요로 한다. 인건비는 적을수록 좋기 때문에 사용자는 자연스럽게 차량DIA수가 적은 계획을 더 선호한다.
상기 모든 제한을 모두 만족시키는 계획을 만드는 것은 매우 어렵다. 숙련된 전문가도 모든 제한을 만족시키는 계획을 작성하는 것을 매우 어려워하고, 계획을 작성 하는데 많은 시간을 필요로 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치는 전술한 제한들을 고려하여 최적의 열차 운행 계획을 수립한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저, 사용자로부터 열차 운행 계획에 필요한 제한 조건들을 입력 받는다(S101).
여기서, 제한 조건들은 열차 운행 계획을 수립하기 위한 것으로서, 운행 시간대, 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대 중 적어도 하나에 대한 시간대에 있어서의 시격, 연이은 두 사업 간의 시간 간격의 시격 최소값 및 시격 최대값과, 차량 기지에서의 열차 입고 및 출고에 따른 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간과, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자가 원하는 사업수에 대한 제한을 포함할 수 있다.
한편, '사업'은 출고하거나 회차한 열차가 운행을 시작해서 입고하거나 회차를 시작하기 직전까지의 운행을 의미하며, '사업수'는 열차 운행 계획에 따른 복수개 열차들의 사업의 수를 의미한다. 또한, '시격'은 연이은 두 사업 간의 시간 간격을 의미한다.
이후, 사용자의 입력에 따른 시격을 바탕으로 사용자가 원하는 사업수를 만족하는 시격을 설정하고, 설정된 시격에 따라 복수개의 사업을 배정한다(S103).
이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 사용자가 입력한 시간대의 시격 이외의 시격을 인접한 시간대의 시격에서 선형 감소 혹은 증가하는 형태로 설정하고, 시간대가 종료되는 구간에서는 시격은 일정시간 선형 감소하는 형태로 설정하여, 전체 운행 시간대에 대한 (정형화된) 시격을 설정할 수 있다(S103).
도 5에 있어서, 가로축은 시간이고, 세로축은 시격이다. 새벽 시간대의 시격, 저녁 시간대의 시격, 출퇴근 시간대(RUSH HOUR, RH)의 시격은 사용자가 입력한 시격을 꼭 지켜야한다. 그 외의 시간대인 (51), (53), (55)의 시격은 알고리즘에 따라 결정되어야한다. 따라서, 시간대 (51), (55)에서의 시격은 양옆에 인접한 시간대의 시격에서 선형 감소 혹은 증가하는 형태로 설정한다. 또한, (53) 시간대에서의 시격은 시간대가 시작하는 구간에서는 시격은 일정시간 선형증가하는 형태로 설정하고, 시간대가 종료되는 구간에서는 시격은 일정시간 선형 감소하는 형태로 설정한다. 그리고, (53)의 시간대에서 시격이 일정한 구간의 시격은 사용자가 원하는 사업수를 모두 운행할 수 있는 시격으로 설정한다(S103).
이후, 사용자가 입력한 회차 허용 범위를 더 넓은 회차도 허용 하도록 변경하여 회차 허용 범위 제한을 느슨하게 한다. 즉, 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위를 확장한다(S105).
이후, 확장된 회차 허용 범위 및 사용자의 입력에 따른 회차 허용 범위를 제외한 다른 제한 조건들을 만족하는 해(열차 운행 계획)를 탐색한다(S107).
즉, 시격 최소값, 시격 최대값, 확장된 회차 허용 범위, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자가 원하는 사업수의 제한을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾고, 적합한 열차 운행 계획을 구한다(S107).
한편, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수는 각 차량 기지에서 입고 및 출고가 가능한 시간에 대한 제한을 만족하도록 하는 것일 수 있다.
탐색된 열차운행계획 중에서 차량 DIA수를 최소화하는 열차 운행 계획을 생성한다(S109).
여기서, 차량 DIA는 출고된 열차가 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 입고되기까지의 사업을 일렬로 나열한 것을 의미한다.
이후, 생성된 열차 운행 계획에 있어서, 사용자의 입력에 따른 회차 허용 범위 제한을 만족하지 않는 사업들에 대한 시간적 이동 연산, 회차 입출고를 변경하는 연산을 수행한다(S111).
여기서, 시간적 이동 연산은 하나의 사업을 속성(대기 시간, 회차 여부, 사업 번호 등)은 유지한 채로 시간만 당기거나 미는 연산이다. 사업을 이동한 결과를 열차DIA로 출력 하면 사업이 기울어진 정도는 변함이 없고 위치만 좌측 혹은 우측으로 이동한 형태가 된다.
한편, 회차 입출고를 변경하는 연산은 회차 연결 연산 및 회차 끊기 연산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 회차 연결 연산은 입고 사업과 출고 사업을 회차로 변경하는 연산이며, 회차 끊기 연산은 회차로 연결된 두 사업을 입고, 출고로 변경 시키는 연산이다.
한편, 시간적 이동 연산은 사업의 시간적 이동으로 수정 가능량을 계산을 통해 수행될 수 있다. 여기서, 사업의 시간적 이동으로 수정 가능량은 열차의 운행에 따른 사업들이, 차량 기지에서의 회차 허용 범위를 만족하는지를 검토하여, 회차 허용 범위가 지켜지지 않는 사업들의 수를 누적하여 계산될 수 있다.
한편, 탐색 수행에 따른 평가는 하기 수학식 1에 따라 이루어질 수 있다.
(수학식 1)
여기서, OBJ는 평가값이고, W(WLOV, WAVD, WPAT, WNVD)는 가중치이다.
OBJLOV는 부족한 차량수, OBJAVD는 출입고 제한을 어기는 열차 DIA의 수, OBJPAT는 현재 표현하는 계획에서 후처리를 수행 했을 때 회차 허용범위에 대한 제한을 만족시킬 수 있는지를 평가하는 변수, OBJNVD는 열차 DIA의 수에 대한 평가값을 나타낸다.
OBJLOV는 부족한 차량수를 계산하면 되고, OBJAVD는 차량 DIA의 출고와 입고를 확인하여 차량의 출입고 제한을 어기는 열차DIA의 개수 세어 보면 된다. 그리고 OBJNVD는 차량DIA의 수를 세는 방식으로 계산이 가능하다. OBJPAT의 계산을 정확하게 하는 것은 어렵기 때문에 열차DIA의 모든 회차중 회차 허용 범위를 어기는 회차에 대해서만 각각의 평가값을 계산하고, 최종 평가값은 계산된 평가값 들의 합으로 한다.
각 평가값은 회차 허용범위에 대한 제한을 어긴 정도에서 사업의 시간적 이동으로 수정 가능한 량을 빼야 하므로, 사업의 시간적 이동으로 수정 가능한 량을 계산해야 한다. 사업의 시간적 이동으로 수정 가능한 량을 계산할 때 회차에 직접 관여한 2개의 사업만 이동한다고 가정하여 계산 하는 것은 올바르지 않다.
그 이유를 예를 들어서 설명 하면, 사업 A와 사업 B 가 회차로 연결이 되어 있는데 회차 간격이 너무 좁다고 가정을 하자. 그리고 사업 A는 사업 C와 회차로 연결되어 있다고 가정하자. 사업 A와 사업 B의 회차가 너무 좁기 때문에 사업 A를 좌측으로 이동하거나 사업 B를 우측으로 이동하는 연산을 수행 하면 회차 허용 범위 제한을 만족 시킬 수 있다. 하지만 사업 A를 사업C와의 회차 허용 범위 제한 때문에 사업 A를 좌측으로 이동할 수 없다고 가정하자. 하지만, 사업 C는 좌측으로 이동이 가능하다고 가정을 하면, 사업 A만 이동 할 경우 좌측으로 이동하는 것은 불가능 하지만, 사업 A와 C를 동시에 이동하는 것은 가능하다는 결론이 나온다.
따라서, 회차에 직접 관여한 사업뿐만 아니라 회차로 연결된 모든 사업에 대해서 이동이 가능한지 확인해야 한다.
한편, 시간적 이동 연산, 회차 입출고를 변경하는 연산을 수행하는 단계에 있어서, 연산 속도를 빠르게 하고 사업이 이동된 수가 적을수록 선호하는 사용자의 요구를 만족시키기 위해서 회차에 직접 관여하는 사업, 그리고 이 사업들과 회차로 연결된 사업 1개씩들만 수정하여 제한을 만족 시킬 수 있다.
이후, 사용자가 입력한 제한 조건들을 만족하며, 차량 DIA수를 최소화하는 열차 운행 계획를 선택하여, 최적의 열차 운행 계획을 수립한다(S113).
한편, 최적의 열차 운행 계획을 수립하는 단계에 있어서, 차량 DIA수를 감소시키기 위해 후 탐색이 수행될 수 있다. 후 탐색은 사용자의 입력에 따른 회차 허용 범위 제한을 유지하되, 열차운행계획을 표현할 때 이미 회차 처리가 된 열차운행사업에 대해서는 열차운행계획을 표현을 하지 않는다. 또한, 평가 값 중 사업 이동으로 수정 가능량은 계산하지 않는다.
전술한 과정에 따라 열차 운행 계획을 수립하기 위한 모든 제한을 만족하고 최소화 항목을 최대한으로 감소시킨 최적의 열차 운행 계획을 수립할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 장치(10)는 차량 관리부(110), 사업 관리부(120), 역 관리부(130), 차량 출입고 관리부(140), 시간대 설정부(210), 시격 설정부(220, 시간간격 설정부), 차량 기지 설정부(230), 차량수 설정부(240), 회차 시간 설정부(250), 열차 운행 계획부(300), 탐색부(400) 및 운행 계획 수정부(500)를 포함한다.
차량 관리부(110)는 열차 운행 계획에 따라 운행될 수 있는 복수개의 열차에 대하여, 각 열차에 대응되는 열차 번호(차량 DIA에 대응)를 부여한다.
사업 관리부(120)는 출고하거나 회차한 열차가 운행을 시작해서 입고하거나 회차를 시작하기 직전까지의 운행을 하나의 사업으로 하여, 복수개의 열차의 운행에 따른 사업 정보를 생성하고, 사업 정보를 유지 또는 갱신하여 관리한다. 또한, 사업 관리부(120)는 열차 운행 계획에 따라 필요한 사업의 수를 계산하여 필요 사업수를 산출한다.
역 관리부(130)는 열차의 운행에 따른 순행 또는 역행 방향의 복수개의 역에 대한 역명, 역간 거리 및 열차의 운행에 따른 역간 시간을 관리한다.
차량 기지 설정부(230)는 복수개의 역들 중 적어도 2의 역을 사용자의 입력에 따라 열차의 입고 및 출고가 발생하는 차량 기지로 설정한다. 한편, 차량 기지 설정부(230)는 차량 기지 설정에 있어서, 순행 방향 및 역행 방향을 정할 수 있도록 적어도 2개의 차량 기지를 기점과 종점으로 분류되도록 설정할 수 있다.
차량 출입고 관리부(140)는 각 차량 기지에서의 입고 및 출고 되는 열차의 수를 계산하여, 차량 출입고 상태 정보를 생성하고, 각 차량 기지에 있어서, 운행에 필요한 열차의 수를 산출한다.
시간대 설정부(210)는 열차의 운행이 개시되어 종료되기까지의 운행 시간대을 설정하며, 운행 시간 중에서 일부 시간을 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대 중 적어도 하나의 시간대를 설정한다.
사업수 설정부(215)는 사용자의 입력에 따라, 사용자가 원하는 사업수를 설정한다.
시격 설정부(220, 시간간격 설정부)는 운행 시간대, 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대 중 적어도 하나에 대한 시간대의 시격과, 연이은 두 사업 간의 시간 간격의 시격 최소값 및 시격 최대값을 사용자의 입력에 따라 설정한다.
또한, 시격 설정부(220, 시간간격 설정부)는 사용자가 입력한 시간대의 시격 이외의 시격을 인접한 시간대의 시격에서 선형 감소 혹은 증가하는 형태로 설정 하고, 시간대가 종료되는 구간에서는 시격은 일정시간 선형 감소하는 형태로 설정하여, 전체 운행 시간대에 대한 정형화된(미리 정해진) 시격을 설정한다.
한편, 시격 설정부(220, 시간간격 설정부)는 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대를 제외한 운행 시간대의 시격을 사용자가 원하는 사업수를 모두 운행할 수 있는 시격으로 설정할 수 있다.
시격 설정부(220, 시간간격 설정부)는 시격 최소값, 시격 최대값 및 시간대별 시격들에 관한 시격 정보를 생성한다. 시격 정보는 특정 시간대, 그리고 그 시간대에 유지해야 하는 시격의 세트로 생성될 수 있다.
차량수 설정부(240)는 사용자의 입력에 따라, 가용 차량수를 설정하며, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수(열차수)를 설정한다.
회차 시간 설정부(250)는 차량 기지에 있어서, 열차의 회차 범위를 제한 하기 위한 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간을 설정한다.
열차 운행 계획부(300)는 차량 기지에서 출고된 복수개의 열차가 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 입고되기까지의 사업을 시격에 따라 배정하여 열차 운행 계획을 수립한다. 한편, 열차 운행 계획부(300)는 회차를 한 번도 하지 않고 바로 입고하여도 차량이 입고하여 출고하기까지의 사업을 시격에 따라 배정하여 열차 운행 계획을 수립할 수 있다.
탐색부(400)는 시격 최소값, 시격 최대값, 최소 회차 시간, 최대 회차 시간, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자가 원하는 사업수의 제한을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾고, 적합한 열차 운행 계획을 구한다.
한편, 탐색부(400)는 각 차량 기지에서 입고 및 출고가 가능한 시간범위를 설정하여, 입고 및 출고가 가능한 시간범위 이내에서 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수의 제한을 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾고, 적합한 열차 운행 계획을 구하는 것일 수 있다.
탐색부(400)는 적합한 열차 운행 계획을 구하기 위하여, 열차 운행 계획부(300)에서 수립된 열차 운행 계획에 있어서, 사업의 시간적 이동 연산, 회차 연결 연산 및 회차 끊기 연산 중 적어도 하나를 수행한 후, 시격 최소값, 시격 최대값, 최소 회차 시간, 최대 회차 시간, 가용 차량수, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 차량 기지에서 출고하여, 같은 차량 기지로 입고되는 차량수 및 다른 차량 기지로 입고되는 차량수, 사용자가 원하는 사업수의 제한을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾을 수 있다.
여기서, 사업의 시간적 이동 연산은 하나의 사업을 속성(대기 시간, 회차 여부, 사업 번호 등)은 유지한 채로 시간만 당기거나 미는 연산이다. 사업을 이동한 결과를 열차DIA로 출력 하면 사업이 기울어진 정도는 변함이 없고 위치만 좌측 혹은 우측으로 이동한 형태가 된다. 한편, 회차 연결 연산은 입고 사업과 출고 사업을 회차로 변경하는 연산이며, 회차 끊기 연산은 회차로 연결된 두 사업을 입고, 출고로 변경 시키는 연산이다.
운행 계획부(300)에서 수립된 열차 운행 계획에 있어서, 회차를 허용해주는 범위가 충분히 넓다면 회차 연결 연산만으로 전술한 제한들을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾는 것이 가능할 것이다.
하지만, 회차 허용 범위가 충분히 넓지 않은 경우는, 사업의 시간적 이동 연산과 회차 연결 연산을 함께 수행하여, 전술한 제한을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 찾는 것이 가능할 것이다.
따라서, 탐색부(400)는 회차 연결로 가능한 모든 경우의 수를 해(solution)로 표현하여 탐색을 진행하고, 제한이 만족되지 않으면 약간의 사업의 시간적 이동을 한 다음 다시 탐색을 진행하고, 이러한 일련의 과정을 제한이 만족 될 때까지 전술한 과정을 반복 수행 할 수 있다.
한편, 탐색부(400)는 탐색을 수행하는 횟수를 최소화하기 위해, 회차 허용 범위를 느슨하게 한 다음 탐색을 진행할 수 있다. 즉, 탐색부(400)는 최소 회차 시간 및 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위가 확장 되도록 수정하고, 확장된 회차 허용 범위를 이용하여, 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색할 수 있다.
이 경우, 회차 허용 범위를 느슨하게 한 이후에 회차 연결로 수행 가능한 모든 경우의 수를 탐색하여 회차 허용 범위에 대한 제한을 제외한 모든 제한이 만족하는 해(열차운행계획)를 찾고, 후처리 과정에서 사업의 시간적 이동 연산과 회차 끊기 연산을 이용하여 유일하게 만족 시키지 못한 회차 허용 범위에 대한 제한을 만족 시킬 수 있다.
한편, 탐색부(400)는 사업의 시간적 이동 연산 이후에 회차 허용 범위에 대한 제한을 어기는 회차가 존재하는 경우에 있어서, 회차 허용범위를 만족시키지 못하는 회차에 대해서 회차 끊기 연산이 수행될 수 있다. 이 때, 회차 끊기 연산은 열차 출입고 제한을 만족하는 조건 하에서만 수행되도록 할 수 있다.
탐색부(400)는 회차 허용 범위 제한을 만족시키는 회차 끊기 연산을 수행하는데 있어서, 회차 허용 범위 제한을 어기는 회차를 직접 끊거나, 회차에 직접 관여하는 사업의 이동을 방해하는 회차를 끊은 다음, 사업의 시간적 이동 연산을 수행하여, 회차 허용범위 제한을 만족시키는 회차 끊기 연산을 수행할 수 있다.
한편, 열차DIA에서는 꼭 사용자가 원하는 수의 사업이 생성되어야 한다. 그 이유는 투입 가능한 승무원, 유동 인구 등을 고려한 지하철 운행 시간이 정해져 있는데, 이는 사업의 수와 매우 밀접한 관계가 있다. 따라서, 최적의 열차 운행 계획은 사용자가 필요로 하는 열차운행사업수를 항상 만족해야 한다.
따라서, 탐색부(400)는 사업 관리부(120)에서 산출된 필요 사업수와, 사업수 설정부(215)에서 설정된 사용자가 원하는 사업수를 비교하여, 필요 사업수가 사용자가 원하는 사업수를 초과하지 않을 때의 열차운행계획을 구한다.
전술한 바에 따라, 탐색부(400)는 사업의 시간적 이동 연산, 회차 연결 연산 및 회차 끊기 연산 중 적어도 하나를 수행하여, 탐색 수행 횟수를 최소화하면서도, 전술한 제한들을 모두 만족하는 열차 운행 계획의 경우의 수를 효과적으로 찾을 수 있다.
운행 계획 수정부(500)는 탐색부(400)의 탐색 결과에 따른 열차 운행 계획의 경우의 수 중 열차 번호(차량 DIA)수를 최소화하는 최적의 열차 운행 계획을 찾아, 열차 운행 계획부(300)에서 수립된 열차 운행 계획을 최적의 열차 운행 계획에 따라 수정한다.
전술한 바에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열차 운행 계획 수립 방법 및 장치는 열차 운행 계획에 필요한 여러가지 제한 조건들을 만족하는 최적의 열차 운행 계획을 빠른 시간 내에 효과적으로 수립할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 사용자로부터 열차 운행 계획에 필요한 시간간격 최소값, 시간간격 최대값, 회차 허용 범위, 가용 차량수 및 사용자가 원하는 열차운행횟수(사업수)에 관한 제한 조건들을 입력받는 단계;
    상기 사용자가 원하는 열차운행횟수를 만족하는 시간간격을 설정하고, 상기 시간간격에 따라 복수개의 열차운행사업을 배정하는 단계;
    상기 최소 회차 시간 및 상기 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위를 확장하는 단계;
    상기 확장된 회차 허용 범위 및 상기 회차 허용 범위를 제외한 상기 제한 조건들을 만족하는 상기 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색한 후, 적합한 열차 운행 계획을 구하는 단계;
    상기 사용자의 입력에 따른 상기 회차 허용 범위의 제한을 만족하지 않는 상기 열차운행사업에 대한 시간적 이동 연산 및 회차 입출고를 변경하는 연산 중 적어도 하나를 수행하는 단계; 및
    상기 사용자가 입력한 제한 조건들을 만족하며, '차량 DIA(diagram) 수'를 최소화하는 상기 열차 운행 계획을 선택하여, 최적의 열차 운행 계획을 수립하는 단계
    를 포함하는 열차 운행 계획 수립 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열차운행사업을 배정하는 단계는,
    상기 열차의 운행에 따른 운행 시간대의 일부 시간에 대응되는, 새벽 시간대의 시간간격, 저녁 시간대의 시간간격, 출퇴근 시간대의 시간간격은 사용자로부터 입력을 받되, 상기 사용자가 입력한 상기 시간대의 시간간격과는 다른 시간대의 시간간격은 인접한 상기 시간대의 시간간격에서 선형 감소 혹은 증가하는 형태로 설정하고, 상기 다른 시간대가 종료되는 구간에서는 상기 다른 시간대의 시간간격은 일정시간 선형 감소하는 형태로 설정하여, 시간간격을 설정하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간적 이동 연산은 열차운행사업이 상기 차량 기지에서의 상기 회차 허용 범위를 만족하는지를 검토하여, 상기 회차 허용 범위가 지켜지지 않는 열차운행사업의 수를 누적하여 수정 가능량을 계산하는 것을 포함하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 방법.
  4. 차량 기지에서 출고된 복수개의 열차들이 기점과 종점의 두 지점 사이를 여러 차례 왕복한 후 입고하거나, 회차를 한 번도 하지 않고 바로 입고하는데 따른 복수개의 열차운행사업을 시간간격에 따라 배정하여 열차 운행 계획을 수립하는 열차 운행 계획부;
    상기 열차 운행 계획에 있어서, 상기 복수개의 열차운행사업 중 적어도 하나의 열차운행사업에 대하여 시간적 이동 연산 및 회차 연결 연산 중 적어도 하나를 수행하여, 시간간격 최소값, 시간간격 최대값, 최소 회차 시간, 최대 회차 시간, 가용 차량수 사용자의 입력에 따른 상기 사용자가 원하는 열차운행횟수의 각 제한들을 모두 만족하는 상기 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색하는 탐색부; 및
    상기 탐색부의 탐색 결과에 따른 상기 열차 운행 계획의 경우의 수 중 '차량 DIA 수'를 최소화하는 최적의 열차 운행 계획을 찾는 운행 계획 수정부;
    를 포함하는 열차 운행 계획 수립 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 탐색부는,
    상기 최소 회차 시간 및 상기 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 회차 시간을 각각 감소 또는 증가시켜 회차 허용 범위가 확장 되도록 수정하고, 상기 수정에 따른 확장된 회차 허용 범위를 이용하여, 상기 열차 운행 계획의 경우의 수를 탐색하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 탐색부는,
    상기 시간적 이동 연산 이후에 상기 최소 회차 시간 및 상기 최대 회차 시간 중 적어도 하나의 제한을 어기는 회차가 존재하는 경우에 있어서, 상기 제한을 만족시키지 못하는 상기 회차에 대해서 2이상의 상기 차량 기지 중 어느 하나의 상기 차량 기지에서 출고하여, 상기 차량 기지로 입고되는 차량수 및 상기 차량 기지와는 다른 차량 기지로 입고되는 차량수 중 어느 하나의 제한을 만족하도록 회차 끊기 연산을 수행하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탐색부는,
    상기 회차 끊기 연산을 수행하는데 있어서, 상기 회차에 직접 관여하는 열차운행사업의 이동을 방해하는 상기 회차와는 다른 회차를 끊은 다음 상기 열차운행사업의 시간적 이동 연산을 수행하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 열차의 운행에 따른 운행 시간대의 일부 시간에 대응되는, 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대 중 적어도 하나의 시간대에 관한 상기 시간간격을 사용자의 입력에 따라 설정하되,
    상기 사용자가 입력한 상기 시간대의 시간간격과는 다른 시간대의 시간간격을 인접한 상기 시간대의 시간간격에서 선형 감소 혹은 증가하는 형태로 설정하고, 상기 다른 시간대가 종료되는 구간에서는 상기 다른 시간대의 시간간격은 일정시간 선형 감소하도록 설정하여, 상기 운행 시간대에 대한 시간간격을 설정하는 시간간격 설정부를 더 포함하며,
    상기 열차 운행 계획부는 상기 시간간격에 따라 상기 복수개의 열차운행사업들을 배정하여, 상기 열차 운행 계획을 수립하는 것
    인 열차 운행 계획 수립 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    복수개의 역들 중 적어도 2의 상기 역을 상기 사용자의 입력에 따라 상기 열차의 입고 및 출고가 발생하는 차량 기지로 설정하는 차량 기지 설정부;
    상기 열차의 운행이 개시되어 종료되기까지의 운행 시간대을 설정하며, 상기 운행 시간대 중에서 일부 시간을 새벽 시간대, 저녁 시간대 및 출퇴근 시간대 중 적어도 하나의 시간대로 설정하는 시간대 설정부;
    상기 사용자의 입력에 따라, 상기 사용자가 원하는 열차운행사업의 열차운행횟수를 설정하는 사업수 설정부;
    상기 사용자의 입력에 따라, 상기 가용 차량수를 설정하며, 2이상의 차량 기지 중 어느 하나의 상기 차량 기지에서 출고하여, 상기 차량 기지로 입고되는 차량수 및 상기 차량 기지와는 다른 차량 기지로 입고되는 차량수 중 어느 하나를 설정하는 차량수 설정부; 및
    상기 각 차량 기지에 있어서, 상기 열차의 회차 범위를 제한 하기 위한 상기 최소 회차 시간 및 상기 최대 회차 시간을 설정하는 회차 시간 설정부
    를 더 포함하는 열차 운행 계획 수립 장치.
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