열차 지연 예측을 위한 DEVS 기반 시뮬레이션 모델 개발

Development of a DEVS-Based Simulation Model for Predicting Train Delays

열차는 고속성과 수송 효율을 바탕으로 현대 교통체계에서 핵심적인 역할을 수행하고 있다. 하지만 기술적, 인적 문제나 자연재해와 같은 이례상황으로 인해 열차 운행에 차질이 발생할 수 있으며, 이는 지연 확산과 서비스 신뢰도 저하, 경제적 손실로 이어질 수 있다. 이에 본 연구에서는 이례상황 발생 시 지연의 원인을 분석하고, CTC(Centralized Traffic Control)를 통해 열차 운행을 통제했을 때 열차의 지연 양상을 미시적 수준에서 파악하였다. 이를 위해 열차의 운행과 상호작용을 표현할 수 있는 DEVS(Discrete Event Systems Specifications) 형식론 기반의 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 시뮬레이션 결과, 열차의 스케줄 상 도착 예정 시각과 비교한 MAPE(Mean Absolute Percentage Error)는 0.36%를 보였으며, 단선 불통 시나리오를 적용하여 열차 운행 과정을 파악하고 지연 원인을 분류할 수 있을 뿐만 아니라 지연을 예측하고 열차별 운행 시간의 변화를 확인할 수 있었다. 본 연구 결과는 향후 철도 관제의 열차 통제 전략 수립 및 이례상황 대응 정책 마련에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Trains play a pivotal role in modern transportation systems due to their high speed and transport efficiency. However, train operations can be disrupted by unusual events such as technical failures, human errors, and natural disasters, which may lead to the propagation of delays, reduced service reliability, and significant economic losses. This study analyzes the causes of train delays during such unusual events and investigates how CTC (Centralized Traffic Control) affects delay patterns at a microscopic level. To this end, a simulation model was developed based on the DEVS(Discrete Event Systems Specifications) formalism, which enables the representation of train operations and interactions. The simulation results showed that the MAPE(Mean Absolute Percentage Error) between the scheduled and simulated arrival times was 0.36%. By applying the single-track blockage scenario, the model was able to analyze train operations, classify the causes of delays, predict delays, and identify changes in operation times for each train. The outcomes of this study are expected to serve as a practical foundation for devising train control strategies and formulating policy measures for managing unusual events.