[논문 리뷰] Bi-National Delay Pattern Analysis For Commercial and Passenger Vehicles at Niagara Frontier Border

Zhenhua Zhang, Lei Lin외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 13.

Vehicle emissions and performance참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 2016년 8월부터 2017년 6월까지의 역사적 대기 시간, 시간대 및 기상 데이터를 바탕으로 니아가라 프론티어의 세 개의 국경 통과구역(평화교, 무지개교, 루이스턴-퀸스턴 국경교)에서 상용차량 및 승용차량의 양국 간 대기 패턴을 분석한다. 의사결정나무를 사용하여, 모든 차량 유형에서 하루 중 시간대와 주말이 가장 중요한 요소로 나타났으며, LQ와 PB는 공휴일 동안 캐나다 방향 승용차량의 혼잡도가 높고, RB는 미국 뉴어크포일스 관광으로 인해 여름에 더 혼잡한 반면, PB는 미국 방향 상용화물 트럭의 대기 시간이 항상 더 길다.

ABSTRACT

Border crossing delays between New York State and Southern Ontario cause problems like enormous economic loss and massive environmental pollutions. In this area, there are three border-crossing ports: Peace Bridge (PB), Rainbow Bridge (RB) and Lewiston-Queenston Bridge (LQ) at Niagara Frontier border. The goals of this paper are to figure out whether the distributions of bi-national wait times for commercial and passenger vehicles are evenly distributed among the three ports and uncover the hidden significant influential factors that result in the possible insufficient utilization. The historical border wait time data from 7:00 to 21:00 between 08/22/2016 and 06/20/2017 are archived, as well as the corresponding temporal and weather data. For each vehicle type towards each direction, a Decision Tree is built to identify the various border delay patterns over the three bridges. We find that for the passenger vehicles to the USA, the convenient connections between the Canada freeways with USA I-190 by LQ and PB may cause these two bridges more congested than RB, especially when it is a holiday in Canada. For the passenger vehicles in the other bound, RB is much more congested than LQ and PB in some cases, and the visitors to Niagara Falls in the USA in summer may be a reason. For the commercial trucks to the USA, the various delay patterns show PB is always more congested than LQ. Hour interval and weekend are the most significant factors appearing in all the four Decision Trees. These Decision Trees can help the authorities to make specific routing suggestions when the corresponding conditions are satisfied.

연구 동기 및 목표

• 니아가라 프론티어의 세 개 국경통과구역에서 상용차량 및 승용차량의 양국 간 대기 시간이 균등하게 분포되어 있는지 조사하기 위해.
• 세 개 국경통과구역에서의 비균형 이용과 혼잡을 유발하는 주요 요인을 특정하기 위해.
• 시간대, 주말, 공휴일, 계절적 관광과 같은 숨겨진 영향 변수가 대기 패턴에 미치는 영향을 밝혀내기 위해.
• 식별된 대기 패턴을 바탕으로 기초 데이터 기반의 라우팅 권고안을 관계자들에게 제공하기 위해.

제안 방법

• 2016년 8월 22일부터 2017년 6월 20일까지의 세 국경통과구역 전역에 대해 오전 7시에서 저녁 9시 사이의 역사적 국경 대기 시간 데이터를 확보하였다.
• 분석의 맥락을 풍부하게 하기 위해 시간대 및 기상 데이터를 대기 시간 데이터와 통합하였다.
• 승용차량에 대해 두 개의 의사결정나무(각 방향별로 하나씩), 상용화물 트럭에 대해 두 개의 의사결정나무(각 방향별로 하나씩)를 별도로 구축하여 대기 패턴을 모델링하였다.
• 의사결정나무는 주로 시간대 간격과 주말 여부 지표를 주요 분할 기준으로 사용하여 주요 대기 원인을 식별하였다.
• 모델 출력 결과를 해석하여 특정 조건 하에서 실행 가능한 라우팅 제안을 도출하였다.
• 의사결정나무 결과의 탄탄함을 확보하기 위해 통계적 검증을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 니아가라 프론티어의 세 국경통과구역에서 상용차량 및 승용차량의 양국 간 대기 시간 분포는 균등한가?
• RQ2 세 국경통과구역에서 대기 패턴에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 무엇인가?
• RQ3 캐나다의 공휴일과 니아가라 폭포로의 계절적 관광은 승용차량의 국경 혼잡에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 왜 평화교는 항상 루이스턴-퀸스턴 국경교보다 상용화물 트럭의 대기 시간이 더 길까?
• RQ5 의사결정나무 모델은 운영 라우팅 결정을 지원하기 위해 대기 패턴을 효과적으로 식별하고 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 캐나다 방향 승용차량의 경우, LQ와 PB는 미국 I-190과의 편리한 고속도로 연결 덕분에 캐나다 공휴일 동안 무지개교(RB)보다 더 혼잡한 편이다.
• 미국 방향 승용차량의 경우, 무지개교(RB)는 특정 기간 동안 루이스턴-퀸스턴 국경교(LQ)와 평화교(PB)보다 더 혼잡한 편이며, 이는 미국 측 니아가라 폭포 관광으로 인한 여름 관광 증가 때문일 가능성이 높다.
• 평화교(PB)는 미국 방향 상용화물 트럭의 대기 시간이 항상 루이스턴-퀸스턴 국경교(LQ)보다 더 길다.
• 시간대 간격과 주말 여부 지표는 차량 유형이나 방향에 관계없이 모든 의사결정나무에서 가장 중요한 요소로 나타났다.
• 의사결정나무 모델은 조건 기반의 대기 패턴을 성공적으로 식별하여 타겟팅된 라우팅 권고안을 가능하게 하였다.
• 기상 및 시간대 요소는 고려되었지만, 시간대와 주말 여부에 비해 대기 결과에 미치는 영향은 더 낮게 나타났다.