열차 운용 스케줄링 전문가시스템의 설계 및 구현

초록

경제 성장에 따라 여객과 화물의 수송량이 급증하면서 대표적인 대량 수송수단으로써 철도수송의 중요도는 더해지고 있다. 철도는 안전성 확보, 운행 신뢰성의 확보가 기본적인 과제이다. 그 중에서도 한정된 자원 하에서 수송의 질적인 면, 즉, 열차운용에 있어서의 경제성 확보가 무엇보다 중요한 과제라고 할 수 있다. 열차운용이라 함은 열차의 출발과 도착 시간을 나타내는 열차번호들에 여러 객차들로 구성된 하나의 열차를 일컫는 열차 다이아(train DIAgram)들을 여러 제약조건을 고려하여 배정함으로 열차번호가 열차 다이아에 의해 운행될 수 있도록 열차운용 다이아를 작성하는 작업이다. 먼저, 본 연구에서는 열차운용 시스템을 구성하기 위해서 현재 철도청에서 사용하는 시스템을 분석하여, 열차운용 스케줄링 시스템을 모델링 하였다. 이에 모델링한 시스템을 바탕으로, 탐색공간을 제약조건만족을 통하여 축소시키는 CSP(Constraint Satisfaction Problems: 제약조건 만족 문제)를 적용하여 계산시간 및 계산 복잡성 면에서 효율성을 증대시키는 열차운용 스케줄링 전문가시스템을 구현하였다. 또한, 실험에 있어서 신뢰성을 더해주고자, 과거 운용되었던 새마을호 열차시간표와 해당되는 각 차량 사무소의 열차 데이터를 사용하였다. 열차운용 스케줄링에 있어서, 다수의 인간 스케줄링 전문가들이 열차 운용 스케줄을 하기 위해서는 많은 시간과 노력을 감수해야만 하며, 전문가의 실수로 인해 오류가 발생할 가능성이 있다. 뿐만 아니라, 복잡한 스케줄의 특성상 경제적으로 비용이 적게 드는 스케줄 결과를 이끌어 내기가 어렵고, 스케줄 결과의 복잡함으로 인해 열차운용 DIA표를 구성하기가 어렵다. 그러나, 본 연구에서는 컴퓨터의 사용으로 오류 발생 가능성이 거의 없으며, 최적 함수를 적용함으로써 가장 적은 열차 DIA 개수로 주어진 열차번호들을 모두 운용하였으며, 비용이 최소가 되도록 운용 스케줄링 하였다. 또한, CSP를 적용한 언어를 사용하였기 때문에 해를 구하는 시간이 수초 밖에 걸리지 않았고, 간트차트라는 적절한 GUI로 나타냄으로 사용자가 쉽게 열차운용 스케줄링 결과를 인식하도록 하였다.