본 연구는 도시철도 이용자의 급행열차와 완행열차 선택특성을 분석하였다. 확률분포모형을 이용한 모형추정 결과 과분산이 존재하는 것으로 나타나 음이항 회귀모형을 이용하여 모형을 추정하였다. 모형의 독립변수로는 완행열차와 급행열차의 역간 총소요시간 차이, 완행열차와 급행열차의 출발역 혼잡도 차이를 고려하였다. 모형추정결과 ‘총소요시간 차이’ 변수의 계수는 0.0289로 역간 급행열차와 완행열차의 총소요시간의 차이가 클수록 급행열차를 이용하는 확률이 높은 것으로 분석되었으며, 99%의 신뢰수준에서도 유의한 것으로 나타났다. ‘혼잡도 차이’ 변수의 계수는 0.0031로 혼잡도가 클수록 급행열차 이용확률이 높은 것으로 분석되었으나, 변수의 유의수준이 높지 않은 것으로 나타났다. 음이항 회귀분석으로 추정한 결과를 대중교통 노선선택에 일반적으로 적용되고 있는 최적전략모형의 추정결과와 비교하였다. 최적전략모형으로 분석결과 오차율이 음이항 회귀모형에 비해 예측의 정확도가 낮은 것으로 나타났다. 특히, 역간거리가 6.1㎞ 이상인 경우에는 급행열차 이용확률을 100%로 예측하는 등 현실을 모사하는 데에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 확률분포모형은 도시철도 이용자의 열차선택 행태에 대한 이해도 제고와 함께 향후 기존 또는 신규 철도노선에 다양한 열차서비스 제공 시 사업의 효과를 사전에 분석하는데 활용될 수 있다는 점에서 연구의 의의가 있다. 또한, 교통수요 추정과정에서 일반적으로 적용하고 있는 최적전략모형이 갖는 한계를 분석·제시한 점도 본 연구의 의의로 볼 수 있다. 
총소요시간의 차이가 클수록 급행열차를 이용하는 확률이 높은 것으로 분석되었다. 대중교통 노선선택에 적용되고 있는 최적전략모형의 추정결과와 비교하였다. 분석결과 오차율이 음이항 회귀모형에 비해 예측의 정확도가 낮은 것으로 나타났다.
