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문제 정의
- 본 연구에서는 농촌마을의 정비 계획 지원을 위한 토지이용계획 모형 (land use planning model, LUPM)의 적용성을 평가하였다. 대상마을 공간계 획에 대한 응용 측면에서 모형을 적용한 것으로서 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구의 목적은 토지이용계획 모형 (LUPM)을 적용성을 실제 마을에 대하여 평가하고, 그 응용성 을 살펴보기 위한 것으로서, 항공사진으로부터 과 거의 토지이용상태를 나타내는 시계열 자료들을 추 출하고 지리정보시스템을 이용하여 모형의 입출력 자료들을 효율적으로 구성하도록 한다.
제안 방법
- 개발용지 확보를 위한 토지이용 변화 모델링에 필요한 시계열 토지이용도를 구축하기 위하여 임업연구원에서 1973년 7월, 1980년 9월, 1992년 9 월에 각각 촬영한 1:12,000 항공사진으로 부터 마 을의 토지이용도를 작성하였다. 각 항공사진을 1:5,000 지형도로 부터 구축한 토지이용도를 기준으로 ARC/INF0의 이미지 좌표 변환 기능을 가진 "RESISTER" 프로그램을 이용하여 트랜스폼 (transform) 하고 이로 부터 각 해당 년도의 토지 이용도를 구축하였다。Fig. 6, Fig.
- 1. 마을 공간계획을 위한 모형의 적용성 평가를 위하여 우항마을의 GIS 자료를 1:5,000 지형도로 부터 각각 등고선, 도로, 하천, 토지이용도 등의 수 치지도를 구죽하였다. 개발용지 확보를 위한 토지 이용 변화 모델링에 필요한 시계열적 자료를 구축 하기 위하여 임업연구원에서 1973년 7월, 1980년 9월, 1992년 9월에 각각 측량한 1:12,000 항공사 진으로 부터 마을의 토지이용현황을 지도화하였다.
- 2. LUPM의 보정 매개변수 6개를 단순시행착오 법에 의해 최적화하였다. 1973년에서 1980년까지 의 증가된 토지이용도의 주거지 면적을 모의 발생 치와 실측치를 비교하여 R2와 RMSE 값을 목적함 수로 최적한 결과 마을 중심점에서의 거리의 가중 치가 0.
- 매개변수 보정 방법은 시간이 오래 걸리지만 정확한 해를 얻을 수 있는 장점이 있어 널리 사용하는 단순시행착오법을 선택하였다. 매개변수 최적화 를 위한 비교 대상 물리량은 White and Engelen (1993), 5) Wu(1998), 6) Wu and Webster(1997), 7) Yeh and Li(1998)”가 사용한 바 있는 형태학적 비교방법의 개념을 도입하여, 본 연구에서는 거리- 면적 (distance-area relationship) 또는 면적-반 경 (area-radius relationship)값을 설정하였다. 이로 부터 본 연구에서는 마을 중심점에서의 거리 에 대한 주거지 면적 (residential area vs distance from center point, RADC) 과 주 간선도로(국도) 에서의 거리에 대한 주거지 면적 (residential area vs distance from road, RADR) 의 두가지를 선정 하였다.
- 마을 공간계획을 위한 모형의 적용성 평가를 위하여 우항마을의 GIS 자료를 1:5,000 지형도로 부터 각각 등고선, 도로, 하천, 토지이용도 등의 수 치지도를 구죽하였다. 개발용지 확보를 위한 토지 이용 변화 모델링에 필요한 시계열적 자료를 구축 하기 위하여 임업연구원에서 1973년 7월, 1980년 9월, 1992년 9월에 각각 측량한 1:12,000 항공사 진으로 부터 마을의 토지이용현황을 지도화하였다.
- 대상 마을을 통과하는 도로를 신규로 개발했을 경우의 마을 공간 변화 예측에 모형을 응용하였다. Fig.
- 모형의 보정을 위해 1973년에서 1980년까지 마 을 주거지의 변화 실측치와 모의 발생치를 비교하였으며, 매개변수의 최적화는 통계적 유의성 검정 을 위한 /의 최대화와 절대 오차의 정도 파악을 위한 RMSE의 최소화를 목적함수로하여 시도하였다. 마을 중심점에서의 거리에 대한 주거지 면적과 주 간선도로(국도)에서의 거리에 대한 주거지 면적 값에 대한 최적화는 RADC와 RADR에 대한 각각의 R2 평균 최대화로 하되 편차가 적은 것을 선택 하였으며, 두 개의 RMSE에 대해서는 평균을 최소 화하고 편차가 적은 값을 선택하여 최종 보정 매개 변수로 결정하였다.
- 모형을 대상마을 토지의 용도지역 지정을 변경한 경우에 대한 공간 변화의 모의에 응용하였다. 우항 마을에 대해 LUPM에 의해 모의 발생된 1992년 마을 토지이용도를 초기조건으로 하였으며, 모형의 매개변수는 보정된 값을 사용하였다.
- 모형의 보정을 위해 1973년에서 1980년까지 마 을 주거지의 변화 실측치와 모의 발생치를 비교하였으며, 매개변수의 최적화는 통계적 유의성 검정 을 위한 /의 최대화와 절대 오차의 정도 파악을 위한 RMSE의 최소화를 목적함수로하여 시도하였다. 마을 중심점에서의 거리에 대한 주거지 면적과 주 간선도로(국도)에서의 거리에 대한 주거지 면적 값에 대한 최적화는 RADC와 RADR에 대한 각각의 R2 평균 최대화로 하되 편차가 적은 것을 선택 하였으며, 두 개의 RMSE에 대해서는 평균을 최소 화하고 편차가 적은 값을 선택하여 최종 보정 매개 변수로 결정하였다.
- 모형의 적용성 평가를 위하여 우항마을에 대한 GIS 자료를 1985년 촬영 항공사진으로 부터 제작 된 국립지리원 1:5,000 지형도(1:5,000 국립지리 원 발행 지형도)로 부터 본 연구에서 설정한 마을 의 활동 범위 내에 대하여 각각 등고선, 도로, 하 천, 토지이용도, 토양도를 구축하였다. Fig.
- 보정된 매개변수를 1980년도에서 1985년까지 마을 주거지가 소규모 증가(10, 600m2)와 1985년 도에서 1992년도까지 문화마을 개발계획에 의해마을 주거지가 대규모로 증가(51, 3000?)된 경우에 대해 가각 검정을 실시하였다. 1980~1985년 사이에는 자연적 확산에 의한 것이며, 1985~ 1992년사이에는 문화마을 사업의 일환으로 인위적 으로 확산이 이루어졌다.
- 따라서 본 연구에서는 마을딘.위의 미시적인 과거의 토지이용 상태를 알기 위해서 과거 항공사진을 이용한 토지이용 추 출방법이 보다 효율적이라고 생각하여 이를 채택하였으며, 이로부터 획득한 토지이용도와 평가기준의 지 도자료들로부터 모형의 입력자료를 쉽게 가공하기 위해서 지리정보시스템의 분석 기능들을 사용하였다.
- 모형은 출력결과로서 확 산된 마을.의 개발 적지를 2차원 지도로 나타내는 더L 이를 위해 여섯가지의 평가기준 등을 도형자료 들로부터 지리정보시스템의 기능에 의해 분석하여 격자단위로 수치화하여 입 력받도록 구성하였다.
- 매개변수 최적화 를 위한 비교 대상 물리량은 White and Engelen (1993), 5) Wu(1998), 6) Wu and Webster(1997), 7) Yeh and Li(1998)”가 사용한 바 있는 형태학적 비교방법의 개념을 도입하여, 본 연구에서는 거리- 면적 (distance-area relationship) 또는 면적-반 경 (area-radius relationship)값을 설정하였다. 이로 부터 본 연구에서는 마을 중심점에서의 거리 에 대한 주거지 면적 (residential area vs distance from center point, RADC) 과 주 간선도로(국도) 에서의 거리에 대한 주거지 면적 (residential area vs distance from road, RADR) 의 두가지를 선정 하였다.
- 주요시설의 정비에 의해 마을의 중심점이 이동되 면서 장래 야기 될 수 있는 마을의 공간 변화를 모 의하는데 모형을 응용하였다. 대상마을의 기존 중 심점을 Fig.
- 토지이용 변화를 모의하고 이에 따라 개발용지의 필요 면적을 확보하는 절차에 모형을 적용하였다. 적용대상은 1985년 토지이용 상태에서 개발계획이요구하는 1992년도 개발용지의 확보를 위한 토지 공급대책을 수립하는 것으로 하였으며, 적용 결과는 1992년 현황의 마을 주거지 면적과 비교하여 Fig.
- 토지이용계획 모형 (LUPM)은 격자자동변환기법 (Cellular Automata, CA) 에 의해 농촌마을의 확 장 개발에 필요한 적지를 자동으로 확보할 수 있도록 구성되었는데, 적지평가를 위해서 다기준 평가 법 (Multi-Criteria Evaluation method) 을 적용하여 경사, 토양배수, 경사향, 도로에서 거리, 마을 중심점에서 거리, 하천에서 거리 등 여섯가지의 평 가기준을 채택하였으며, 각 평가기준들의 가중치들 은 모형의 보정 매개변수로서 과거 자료에 의해 최 적화할 수 있도록 하였을 뿐만 아니라 평가자가 임 의로 지정 또는 AHP(Analytic Hierarchy Process) 법의 기준들간의 상대적 비교에 의해 결정 할 수 있도록 구성하였다. 모형은 출력결과로서 확 산된 마을.
- 항공사진으로 부터 구축한 토지이용도의 정확성 을 분석하기 위하여 문화마을 사업 시행 결과로 증 가된 마을 면적과 본 연구에서 항공사진을 이용하여 구한 마을 면적을 비교하였다. 이 두 자료를 비 교할 수 있는 것은 1992년 9월 항공사진은 우천면 문화마을 사업이 시행되어 마을 개발용지 확보 공 사가 마무리 된 후의 것이므로 개발 계획 이전의 마을 면적과 개발 후의 면적의 차이는 문화마을 조 성사업의 결과라고 판단하였기 때문이다.
대상 데이터
- 개발용지 확보를 위한 토지이용 변화 모델링에 필요한 시계열 토지이용도를 구축하기 위하여 임업연구원에서 1973년 7월, 1980년 9월, 1992년 9 월에 각각 촬영한 1:12,000 항공사진으로 부터 마 을의 토지이용도를 작성하였다. 각 항공사진을 1:5,000 지형도로 부터 구축한 토지이용도를 기준으로 ARC/INF0의 이미지 좌표 변환 기능을 가진 "RESISTER" 프로그램을 이용하여 트랜스폼 (transform) 하고 이로 부터 각 해당 년도의 토지 이용도를 구축하였다。Fig.
- 모형의 적용 대상 마을은 강원도 횡성군 우천면 의 면소재지인 우항마을로 선정하였다. 우천면은 전형적인 농촌지역에 해당되는 곳으로 내륙 농업지 대, 평야지대로 분류된 바 있으며, 1991년에 착수 한 문화(집단)마을 조성지구이고, 1990년에 착수 한 정주권 개발의 9개 시범지구 중의 하나로서 면 단위 농촌 개발의 대표적인 표본이 되어온 지역이다.
- 모형을 대상마을 토지의 용도지역 지정을 변경한 경우에 대한 공간 변화의 모의에 응용하였다. 우항 마을에 대해 LUPM에 의해 모의 발생된 1992년 마을 토지이용도를 초기조건으로 하였으며, 모형의 매개변수는 보정된 값을 사용하였다. 새로운 공간 변화 예측을 위하여 마을 주위의 경지정리지역을 준농림지로 변경한 후에 개발 수요 면적을 50, 000 m2 확보하였는데, 이의 결과는 Fig.
- 토지이용 변화를 모의하고 이에 따라 개발용지의 필요 면적을 확보하는 절차에 모형을 적용하였다. 적용대상은 1985년 토지이용 상태에서 개발계획이요구하는 1992년도 개발용지의 확보를 위한 토지 공급대책을 수립하는 것으로 하였으며, 적용 결과는 1992년 현황의 마을 주거지 면적과 비교하여 Fig. 22에 나타내었다. 실측된 주거지 형태와 신규 개발용지를 확보한 모의 발생 결과 주거지의 형태 가 거의 일치함을 알 수 있다.
- 1980~1985년 사이에는 자연적 확산에 의한 것이며, 1985~ 1992년사이에는 문화마을 사업의 일환으로 인위적 으로 확산이 이루어졌다. 후자의 경우에는 전술한 바와 같이 개발계획에 의해 52, 714m2가 확장되었 는데, 본 연구에서는 당시 개발계획 보고서를 고려 하여2)이러한 확장패턴이 과거의 마을확산을 고려 하는 등 개발자, 평가자 및 주민 등에 의해 어느정도 다양한 분석과 평가에 의해 최적화 된 것으로 간주하여 모형의 검정대상으로 선정하였다.
이론/모형
- 매개변수 보정 방법은 시간이 오래 걸리지만 정확한 해를 얻을 수 있는 장점이 있어 널리 사용하는 단순시행착오법을 선택하였다. 매개변수 최적화 를 위한 비교 대상 물리량은 White and Engelen (1993), 5) Wu(1998), 6) Wu and Webster(1997), 7) Yeh and Li(1998)”가 사용한 바 있는 형태학적 비교방법의 개념을 도입하여, 본 연구에서는 거리- 면적 (distance-area relationship) 또는 면적-반 경 (area-radius relationship)값을 설정하였다.
성능/효과
- LUPM의 보정 매개변수 6개를 단순시행착오 법에 의해 최적화하였다. 1973년에서 1980년까지 의 증가된 토지이용도의 주거지 면적을 모의 발생 치와 실측치를 비교하여 R2와 RMSE 값을 목적함 수로 최적한 결과 마을 중심점에서의 거리의 가중 치가 0.284, 주 간선도로에서의 거리의 가중치가 0.261의 순으로 높게 나타났으며, 토양배수의 가중 치가 0.065로 제일 낮은 값을 나타내었다.
- 3. LUPM의 보정된 매개변수를 1980년도에서 1985년까지의 10, 600m2의 소규모 증가와 1985년 도에서 1992년도까지의 문화마을 사업에 의해 51, 300b?으로 대규모 증가된 경우에 각각 검정을 실시한 결과가 모두 0.95 이상으로 잘 맞는 것으로 나타나 모형의 유용성을 확인할 수 있었다.
- 4. LUPM을 토지이용계획 수립에 적용한 결과 실측된 토지이용도와 모형의 결과가 거의 일치하게 나타났다. 또한 토지수요 면적을 확보하는 과정에서 주거지가 점점 확장되어가는 과정을 재현할 수 있었으며, 이로 부터 마을의 확장에 대한 토지이용 변화의 모의에도 응용이 가능할 것으로 판단하였다.
- 5. LUPM을 토지 용도 변경에 의한 공간 변화, 도로 신규 개발에 의한 공간 변화, 마을 중심점 이 동에 의한 공간 변화의 세가지 임의의 계획에 적용한 결과 모형이 합리적인 결과를 도출하여 개발계 획의 평가에도 응용성이 있는 것으로 판단되었다.
- 검정결과 1980~1985년사이 RADC 의 는 0.95, RADR의 는 0.96으로 나타났으며, 198 5~1992년사이 RADC의 R”는 0.98, RADR의 R2는 0.96으로 나타났다. 이 결과들을 각각 Fig.
- 20, 21과 같이 산포도로 나타내었다. 결과에서 보는 바와 같이, 시간에 따른 실제 마을 주거지의 확장 패 턴과 토지 적성 값을 기저로 모의 발생한 주거지의 확장 패턴이 유사한 것으로 나타나 모형의 유용성 이 있음을 확인할 수 있었다.
- 19 ®에 RADC, 에 RADR의 산포도로 나타내었다. 보정결과 마을 중심점에서의 거리의 가중치가 0.284로 제일 높게 나타났고, 주 간선도로에서의 거리의 가중치가 0.261 로 두번째로 높게 나타났으며, 토양배수의 가중치가 0.065로 제일 낮게 나타 났는데, 이것은 주거영역의 확장에 마을 중심점에 서의 거리, 주 간선도로에서의 거리, 경사, 경사방 향의 순으로 큰 영향을 미치고 있음을 나타내고 있다. 이에 대하여 RADC는 IT가 0.
- 이 두 자료를 비 교할 수 있는 것은 1992년 9월 항공사진은 우천면 문화마을 사업이 시행되어 마을 개발용지 확보 공 사가 마무리 된 후의 것이므로 개발 계획 이전의 마을 면적과 개발 후의 면적의 차이는 문화마을 조 성사업의 결과라고 판단하였기 때문이다. 비교 결과 문화마을 조성사업에서 확장한 마을 면적은 52, 714m2이며, 2)본 연구에서 항공사진으로부터구축한 토지이용도에서 계산한 마을 증가 면적은 51, 300m2로 두 값의 상대오차가 2.7%로 거의 일 치하였다.
- 22에 나타내었다. 실측된 주거지 형태와 신규 개발용지를 확보한 모의 발생 결과 주거지의 형태 가 거의 일치함을 알 수 있다.
- 연구결과로 부터 개발용지 적성분석을 통하여 개 발계획을 수립할 수 있는 토지를 확보할 수 있는 가능성을 확인하였다.
- 연구결과로부터 비계량적인 요소들을 많이 포함 하고 있는 농촌마을 정비계획 수립에 결정론적 모 형의 적용이 가능함을 알 수 있었다. 본 연구는 이러한 계획분야에 공학적 기반의 모형화가 가능함을 보여준 것으로서 앞으로 다양한 정보와 보다 정교 한 의사결정과정을 가미한다면 실제 계획 수립에 이 용할 수 있는 실용화가 가능할 것으로 사료되었다.
- 3. LUPM의 보정된 매개변수를 1980년도에서 1985년까지의 10, 600m2의 소규모 증가와 1985년 도에서 1992년도까지의 문화마을 사업에 의해 51, 300b?으로 대규모 증가된 경우에 각각 검정을 실시한 결과가 모두 0.95 이상으로 잘 맞는 것으로 나타나 모형의 유용성을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 27 ©와 같이 확보할 수 있음을 알 수 있다. 결과에서 마을 주거 영역의 우측하단에 있는 마을 중심점을 기저로 하여 새로운 마을 주거영역이 확보되었음을 알 수 있어 마을 의 주요 거점인 중심점의 위치 변경에 의한 공간 변화의 모의에도 응용이 가능하다.
- LUPM을 토지이용계획 수립에 적용한 결과 실측된 토지이용도와 모형의 결과가 거의 일치하게 나타났다. 또한 토지수요 면적을 확보하는 과정에서 주거지가 점점 확장되어가는 과정을 재현할 수 있었으며, 이로 부터 마을의 확장에 대한 토지이용 변화의 모의에도 응용이 가능할 것으로 판단하였다.
- 연구결과로부터 비계량적인 요소들을 많이 포함 하고 있는 농촌마을 정비계획 수립에 결정론적 모 형의 적용이 가능함을 알 수 있었다. 본 연구는 이러한 계획분야에 공학적 기반의 모형화가 가능함을 보여준 것으로서 앞으로 다양한 정보와 보다 정교 한 의사결정과정을 가미한다면 실제 계획 수립에 이 용할 수 있는 실용화가 가능할 것으로 사료되었다.
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