Re-Balancing Re-Balancing
[ Re-Balancing: Tactical Strategy for Efficient UAM Operation ] |
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오늘은 UAM Operation과 관련된 주제에 대해 이야기 해보고자 한다. 운영계획(Operation)을 설명하기 전에, 운항 형태에 대해 먼저 알아보았다. |
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<운항형태>
UAM의 운항형태는 초기엔 스케쥴(Schedule) 형식, 미래에는 수요기반(On demand)으로 이루어질 것으로 예측한다. 스케쥴 형식의 기존 항공사업과는사뭇 다른 모습이다.
On demand란, 수요에 따라 부정기적으로 운항하는 방식이다. 쉽게 예를 들면, 기존 교통수단 중에서는 택시가 수요기반으로 운행한다. 수요기반의 운항은 버티포트 간 수요의 차이가 클 때 문제가 발생한다.
case 1. 특정 버티포트 수요 > 버티포트의 수용량
주기장 부족과 공중 대기지연 문제 발생
case 2. 수요가 없는 버티포트
주기된 기체 부족, 승객 탑승 시간 지연 발생
(기체가 수요가 많은 vertiport에 집중 되었기 때문)
즉, 전체적으로 UAM 운영의 비효율성을 초래한다. |
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<UAM Operation>
이러한 문제를 해결가능한 UAM Operation에 고려되는 요인들은 크게 2가지로 구분한다.
-전략적 요인: 버티포트 개수 및 처리용량 등
-전술적 요인: Re-Balancing(기체 재배치)
실시간에 가까운 전술적 교통관리가 부정기적 운항특성을 가진 수요기반 운항형태에서 더욱 중요하다고 생각한다. 따라서, 대표적인 전술적 요인으로 거론되는 Re-Balancing에 대해 알아보았다.
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<Re-Balancing>
Re-Balancing은 버티포트 간 수요 불균형이 발생했을 때, 기체를 적절히 재배치하는 방법이다.
이는 크게 2가지 방식으로 분류한다.
1) 공간 기반 Re-Balancing
공간 기반 Re-Balancing은 다음 과정을 통해
기체를 재배치한다.
먼저 각 버티포트의 최대 기체 수를 정의한다.
그리고 '주기 중인 기체 > 최대 기체 수' 인 경우,
기체를 재배치한다.
ex) 주기 중 기체 수: 5대, 최대 기체 수 : 3대
-> 2대를 타 버티포트로 기체 재배치
이 방법은 수요가 많은 버티포트에서 매우 유용하게 쓰일 것이다. 주기 중인 기체 수가 적은 버티포트로 Re-Balancing을 통해 주기공간 확보가 가능하여 잠재적으로 버티포트 수용량 초과 문제를 사전에 방지할 수 있다.
<그림> 공간 기반 Re-Balancing |
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2) 수요 기반 Re-Balancing
수요 기반 Re-Balancing은 UAM Network 내 수요 예상치에 따라 기체를 재배치하는 방법이다.
버티포트 기체 수가 특정 값 이하라면, 많은 기체를 주기하고 있는 버티포트로부터 기체를 재배치한다.
이 방법은 특정 버티포트에 대기상태로 주기 중인 기체가 없는 버티포트에서 매우 유용하게 쓰일 것이다.
대기 중인 기체 수가 없는 버티포트에 승객이 탑승요청을 하면, UAM Network를 통해 현 상황을 공유함으로써 기체를 재배치하여 승객의 대기시간을 감소시킬 수 있다.
<그림> 수요 기반 Re-Balancing |
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이번 paper는 효율적인 UAM Operation을 위한 방법 중 하나인 Re-Balancing에 대해 알아보았다.
여담이지만, 필자는 결과론적인 측면에서 공간 기반
Re-Balancing과 수요 기반 Re-Balancing의 차이가 있는지 궁금했었다. 그래서 혹시나 독자들도 헷갈릴 수 있는 부분에 대해 짚고넘어가고자 한다.
공간 기반 Re-Balancing과 수요 기반 Re-Balancing은 같은 logic이지만, 입장 차이가 있다.
기체 수가 많은 곳에서 부족한 곳으로 재배치하는 논리는 두 방법 모두 동일하다. 그러나 공간 기반 Re-Balancing의 경우, 주기 중인 기체수가 최대기체 수보다 많은 버티포트의 입장에서 부족한 곳으로 기체 재배치를 하는 반면, 수요 기반 Re-Balancing은 대기 중인 기체 수가 특정 값 이하 혹은 없는 버티포트의 입장에서 기체 수가 특정 값 이상인 곳으로부터 기체를 재배치 받는 것이다. 여기서 특정 값은 모든 버티포트에 동일한 값으로적용된다.
마지막으로,
Re-Balancing 시에 발생하는 비용(ex. 배터리 소모),공역의 혼잡도 증가 등에 대해서는 Re-Balancing을 하지 않을 때와 비교연구를 해야한다고생각한다.
또한, Re-Balancing 비용을 어느 버티포트에서 부담할지에 대해서도 앞으로 풀어갈 문제라고 생각한다.
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출처
윤태경, 김상현.(2022).효율적인 UAM 운영계획 수립을 위한 리밸런싱 전략.한국항공우주학회 학술발표회 초록집,(),134-135
더 읽어보기
1) Kim, S. H. ,"Receding Horizon Scheduling of On-Demand Urban Air Mobility With Heterogeneous Fleet." IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 56, Np. 4, 2019, pp. 2751-2761
2) Li, S., Egorov, M., and Kochenderfer. M. J, "Analysis of Fleet Management and Infrastructure Constraints in On-Demand Urban Air Mobility Operations." AIAA AVIATION 2020 FORUM. 2020, pp. 2907
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발행 KUTAM
작성 강준구
검수 AAM Open Space |
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