KR20110140057A - 동기화 기반 Ｃｉｔｙ-Ｗｉｄｅ ＰＲＴ의 최적 경로 설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 관한 것으로, City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 있어서, (a) 출발지와 목적지 간 모든 후보경로를 탐색하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 거리비용(TR_r)을 계산하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 (b)단계와 (c)단계에서 산출된 거리비용(TR_r)과 차량 투입 가능시점(TD_r)의 합이 최소가 되는 최적경로를 선택하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 출발지에서 목적지까지 목표차량이 최단시간에 도착하는 최적경로를 거리와 차량 투입가능 시점을 고려하여 산출함으로써 차량 운영의 비효율과 승객의 대기시간 증가로 인한 불편을 해소하여 친환경적 대중교통의 역할을 할 수 있다.

Description

동기화 기반 Ｃｉｔｙ-Ｗｉｄｅ ＰＲＴ의 최적 경로 설정방법{Optimum Path Setup Method of Synchronization based City-Wide PRT}

본 발명은 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복잡한 형태의 City-Wide PRT 시스템에서 최단시간경로를 산출하기 위한 것으로서, 목표 차량의 투입가능시점을 고려한 최적경로를 산출하여 PRT 시스템의 운영 효율을 높일 수 있는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 관한 것이다.

PRT시스템(PRT, Personal Rapid Transit)은 개별 승객의 요청에 의하여 운행하는 소형 차량을 구비한다. 역사와 궤도로 이루어진 교통망을 운행하는 PRT시스템과 같은 것을 말하며 방향성을 가지고 운행하면서 분기 및 합류를 실시한다. PRT시스템은 기존의 도시철도, 시가전차와 같은 교통 시스템에 비하여 그 운행궤도의 구조가 상대적으로 단순하며 경량으로 건설할 수 있다. 따라서 PRT시스템의 건설 비용은 기존의 대체 가능한 교통수단에 비해 저렴하다. PRT시스템은 도시경관을 해치는 시각적 영향이 적고, 저소음이며 공기오염을 줄일 수 있으므로 환경 친화적이다. 또한 PRT시스템의 역사는 기존에 이미 건설된 일반 건물 안에 설치할 수도 있다. 차량 사이의 운행간격, 안전거리를 짧게 유지할 수 있기 때문에 PRT시스템의 교통용량은 기존의 버스나 시가 전차와 같은 교통수단과 비슷한 교통용량을 유지할 수 있다.

그러나, 기존의 PRT 네트워크 시스템에서는 목표 차량의 투입시 타차량이 미치는 간섭이 미미하여 단순 최단경로를 탐색하여 차량을 투입하였으나, City-Wide 기반의 PRT 시스템에서는 경로가 복잡해지고 간섭을 미치는 타차량이 다수 존재하여 목표 차량의 투입 가능 시점이 영향을 많이 받는다.

따라서 기존의 방법은 거리상으로는 최단경로이나 투입시점으로 인하여 다른 후보 경로가 최단시간경로가 되어, 승객과 차량이 불필요하게 많은 대기시간이 요구되어 운영의 비효율이 발생한다.

본 발명은 상기의 종래 기술상의 제반 사정을 감안하여 이를 해결하기 위한 것으로, 복잡한 형태의 City-Wide PRT 시스템에서 최단시간경로를 산출하기 위한 것으로서, 목표 차량의 투입가능시점을 고려한 최적경로를 산출하여 PRT 시스템의 운영 효율을 높일 수 있는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법은, City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 있어서, (a) 출발지와 목적지 간 모든 후보경로를 탐색하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 거리비용(TR_r)을 계산하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계; 및 (d) 상기 (b)단계와 (c)단계에서 산출된 거리비용(TR_r)과 차량 투입 가능시점(TD_r)의 합이 최소가 되는 최적경로를 선택하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 있어서, (a) 네트워크가 복잡하여 다수의 후보경로가 가능한 경우 k-OPT 방법을 사용하여 상순위 k 개의 최단경로만을 고려하여 후보경로를 탐색 및 k 개 후보경로의 거리비용(TR)을 계산하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계; 및 (c) 상기 (a)단계와 (b)단계에서 산출된 후보경로의 거리비용(TR)과 후보경로 r의 차량 투입 가능시점(TD_r)의 합이 최소가 되는 최적경로를 선택하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b)단계의 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 거리비용(TR_r)은

TR_r = sum { C_N_rjN_{r (j+1)} }, j : 1,… ,(R_r 내 노드수-1)

인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계는 (e) 간섭을 미치는 타차량이 후보경로에 영향을 미치는 시점을 추정하기 위하여 출발지 이전의 가상 섹터경로를 포함한 가상 후보경로를 생성하는 단계; (f) 상기 가상 후보경로에 영향을 미치는 차량 선별로 후보경로의 출발지부터 목적지까지의 섹터 중 타차량의 경로가 공유하는 섹터가 하나 이상일 때 합류예정 차량으로 선별하는 단계; (g) 상기 합류예정 차량을 가상 후보경로에 투영하는 단계; 및 (h) 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 산출하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (h) 단계의 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)은 차량의 점유상태(RO_rd) = 0 을 만족하는 가장 작은 거리(d)값이 되도록

for d = TR_r to ∞

if RO_rd = 0 then TD_r = d exit for

next d

을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 의하면 출발지에서 목적지까지 목표차량이 최단시간에 도착하는 최적경로를 거리와 차량 투입가능 시점을 고려하여 산출함으로써 차량 운영의 비효율과 승객의 대기시간 증가로 인한 불편을 해소하여 친환경적 대중교통의 역할을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 최적경로산출 순서도.
도 2는 본 발명의 합류예정 차량을 후보경로에 투영한 예시도.
도 3은 본 발명의 합류예정 차량들을 후보경로에 반복적으로 투영한 예시도.
도 4는 본 발명의 TR_r 값 만큼 전진 후의 상태도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법의 기본 운영 전제는 다음과 같다.

1)경로에 투입된 차량은 정차하거나 지체되지 않는다.

2)차량의 이동 속도는 동일하며 거리와 시간이 비례한다.

3)이동중인 모든 차량(공차 포함)은 목적지가 정해져 있다.

4)이동중인 모든 차량은 목적지까지 경로가 확정되면 이후에 변경되지 않는다.

5)출발이 확정된 차량은 목적지까지 경로가 확정되어 이후에 변경되지 않는다.

6)도착지에서는 항상 역에 진입/정차할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 알고리즘의 약어는 다음과 같다.

N : 역, 분기/합류점 등 노드집합 , A : 모든 이웃 노드간의 아크집합

ST : 아크를 구성하는 가상폐색 섹터집합 ,

R : 특정 출발/목적지간의 후보경로 집합 ,

C_ij : 노드 사이의 아크비용 , TR_r: 후보경로 r 의 거리비용

N_rj : 후보경로 r 에 포함된 j 번째 노드 ,

TD_r : 후보경로 r 의 차량 투입가능시점 ,

GST_r : 후보경로 r의 섹터집합 , GST_v : 타차량 경로 v의 섹터집합

RST_ri : 투입차량 경로의 차량기준 i 번째 섹터

VST_vj : 타차량 경로의 차량기준 j 번째 섹터

RO_rd : 후보경로 r에서 목적지 기준 거리가 d 인 섹터의 차량 점유상태

도 1은 본 발명의 최적경로산출 순서도이고, 도 2는 본 발명의 합류예정 차량을 후보경로에 투영한 예시도이고, 도 3은 본 발명의 합류예정 차량들을 후보경로에 반복적으로 투영한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 TR_r 값 만큼 전진 후의 상태도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에서 최적경로산출은 출발지/목적지 간 후보경로를 탐색(제 1 단계), 후보경로별 TR_r 계산 (제 2 단계), 후보경로별 TD_r 계산 (제 3 단계), min(TD_r + TR_r)인 최적경로 선택 (제 4 단계) 의 총 4단계를 거친다.

제 1 단계는 출발지/목적지를 입력(S10)한 후, 출발지/목적지 간 후보경로를 탐색하는 것이다. 제한된 노드(역)와 방향성을 가지는 아크(노선)로 인해 출발지에서 목적지까지의 경로의 수가 제한되지만 City-Wide 형태 혹은 격자형 구조인 PRT 노선의 경우 후보경로의 수가 다수 존재할 수 있다.

후보 경로 : R1, R2, … ,Rr , 단 Rr = {N_rj}, j : Rr 에 포함된 노드수.

네트워크가 복잡한지 검사한 후(S11), 만약 단순 네트워크 구조인 경우에는 경우의 수가 많지 않으므로 단순 나열법에 의해 후보경로를 모두 탐색하면 되며(S12), 네트워크가 복잡하여 다수의 후보경로가 가능한 경우에는 시간제약을 고려하여 k-OPT와 같은 상순위 k 개의 TR 최단경로만을 고려하는 방안도 가능하다.(S13)

제 2 단계는 후보경로별 TR_r 계산하는 것이다. 제 1 단계에서 복잡한 네트워크여서 k-OPT 방법을 사용한 경우 본 단계를 생략하고 다음 단계로 넘어간다. 그렇지 않을 경우 TR 값을 산출하기 위하여 모든 후보경로별로 다음 계산을 수행한다. (S14)

TR_r = sum { C_N_rjN_{r (j+1)} } , j : 1, ... , (R_r내 노드수-1)

제 3 단계는 후보경로별 TD_r 계산하는 것이다. 먼저 r = 1로 초기화를 수행한다.(S15) 제 3-1 단계로 출발지에서의 실제 거리는 TR_r 이지만 간섭을 미치는 타차량이 후보경로에 영향을 미치는 시점을 추정하기 위하여 출발지 이전의 가상 섹터경로를 포함한 후보경로를 생성한다.(S16)

제 3-2 단계로 가상후보경로에 영향을 미치는 차량 선별로 후보경로(투입차량)의 출발지부터 목적지까지의 섹터 중 타차량의 경로가 공유하는 섹터가 하나 이상일 때 합류예정차량으로 선별한다. 이를 위해 후보경로의 섹터집합 GST_r = {RST_ri}과 타차량 경로의 섹터집합 GST_v = {VST_vj}을 비교하여 판단한다.

if GST_r ∋ VST_vj then GST_v 는 영향을 미치는 타차량 경로

else GST_v 는 영향을 미치지 않는 타차량경로

제 3-3 단계에서는 합류예정 차량을 후보경로에 투영한다.(S17) 도 2는 합류예정차량을 가상 후보경로에 투영한 것이다.

후보경로에서의 전체섹터에 대하여 점유상태를 비점유상태(RO_rd = 0)로 초기화하고, 타차량 투영시 점유상태(RO_rd = 1)로 기록한다. 목적지를 기준으로 후보경로 섹터와 타차량경로가 공유하는 섹터 직후의 구간이 타차량의 합류구간이 된다. 즉, RST_ri = VST_vj 와 RST_{r (i+1)} ≠ VST_{v (j+1)} 를 동시에 만족할 때 VST_{v (j+1)} 가 합류지점이 된다. 따라서 타차량은 목적지 기준으로 후보경로의 (TR_r-i)+(j+1)의 위치에 투영된다. 차량의 투입가능시점 이전에 투영된 타차량은 투입차량에 영향을 미치지 못하기 때문에 투영된 전체 차량을 TR_r 만큼 전진시키고, 목적지에서 j-i+i 거리의 섹터가 점유되어 있는 상태(RO_{r (j-i+1)} = 1)로 바뀌게 된다.

위의 과정을 제 3-2 단계에서 선별된 차량 경로에 대하여 반복적으로 수행하면, 도 3과 같이 투영되고, 최종적으로 도 4와 같은 형태가 된다.

제 3-4 단계에서 후보경로의 TD_r 산출하기 위해서(S18), r = rmax 가 될 때까지 반복적으로 수행한다.(S19) 차량 투입시점인 TD_r 는 RO_rd 에서 RO_rd = 0 을 만족하는 가장 작은 d 값이 TD_r 가 된다. TD_r 값을 산출할 때마다 아래의 for 문을 반복 수행한다.

for d = TR_r to ∞

if RO_rd = 0 then TD_r = d exit for

next d

제 4 단계에서는 min(TD_r + TR_r)인 최적경로 선택한다.(S20) 제 2, 3 단계에서 산출된 TR_r 와 TD_r 의 합이 최소가 되는 경로 r이 최적경로가 된다. 또한 목적차량이 목적지까지 도달하는데 걸리는 최적경로시간은 min(TD_r + TR_r)값이다

본 발명에 의하면 복잡한 형태의 City-Wide PRT 시스템에서 목표 차량의 투입가능시점을 고려하여 최적경로를 산출함으로써, 차량을 효율적으로 운영할 수 있고, 승객의 대기시간 증가로 인한 불편을 해소할 수 있다.

본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.

Claims (5)

1. City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 있어서,
   (a) 출발지와 목적지 간 모든 후보경로를 탐색하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 거리비용(TR_r)을 계산하는 단계;
   (c) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계; 및
   (d) 상기 (b)단계와 (c)단계에서 산출된 거리비용(TR_r)과 차량 투입 가능시점(TD_r)의 합이 최소가 되는 최적경로를 선택하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법.
   
2. City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법에 있어서,
   (a) 네트워크가 복잡하여 다수의 후보경로가 가능한 경우 k-OPT 방법을 사용하여 상순위 k 개의 최단경로만을 고려하여 후보경로를 탐색 및 k 개 후보경로의 거리비용(TR)을 계산하는 단계;
   (b) 상기 (a)단계에서 탐색된 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계; 및
   (c) 상기 (a)단계와 (b)단계에서 산출된 후보경로의 거리비용(TR)과 후보경로 r의 차량 투입 가능시점(TD_r)의 합이 최소가 되는 최적경로를 선택하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 (b)단계의 모든 후보경로에 대하여 후보경로 r 의 거리비용(TR_r)은
   TR_r = sum { C_N_rjN_{r (j+1)} }, j : 1,… ,(R_r 내 노드수-1)
   인 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법.
   
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 계산하는 단계는
   (e) 간섭을 미치는 타차량이 후보경로에 영향을 미치는 시점을 추정하기 위하여 출발지 이전의 가상 섹터경로를 포함한 가상 후보경로를 생성하는 단계;
   (f) 상기 가상 후보경로에 영향을 미치는 차량 선별로 후보경로의 출발지부터 목적지까지의 섹터 중 타차량의 경로가 공유하는 섹터가 하나 이상일 때 합류예정 차량으로 선별하는 단계;
   (g) 상기 합류예정 차량을 가상 후보경로에 투영하는 단계; 및
   (h) 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)을 산출하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 (h) 단계의 후보경로 r 의 차량 투입 가능시점(TD_r)은 차량의 점유상태(RO_rd) = 0 을 만족하는 가장 작은 거리(d)값이 되도록
   
   for d = TR_r to ∞
   if RO_rd = 0 then TD_r = d exit for
   next d
   
   을 이용하는 것을 특징으로 하는 동기화 기반 City-Wide PRT의 최적 경로 설정방법.
   
   

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