[논문]도시기본계획 단계에서 활용가능한 탄소배출 저감을 위한 공간배치 시뮬레이터 개발 : 토지이용계획도와 교통계획도를 이용한 이동거리 발생량 추정을 중심으로

이상현

doi:10.5762/kais.2011.12.11.5321

도시기본계획 단계에서 활용가능한 탄소배출 저감을 위한 공간배치 시뮬레이터 개발 : 토지이용계획도와 교통계획도를 이용한 이동거리 발생량 추정을 중심으로
Space Allocation Simulator in Early Urban Design Stage to Reduce Carbon Emissions : Focused on the Prediction of the Travel Distance Using Land Use and Transportation Plan 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.11, 2011년, pp.5321 - 5329

초록
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공간배치는 총 에너지 사용량의 20% 이상을 차지하는 교통 부분에서의 탄산가스 배출량을 결정하는 중요한 이슈이다. 교통 부분에서 사용하는 에너지 사용량을 줄이는 방법으로서 고효율의 교통수단 개발과 함께 도시에서의 이동량을 효과적으로 감소시킬수 있는 공간배치의 중요성이 더욱 증가하고 있는 실정이다. 이러한 맥락에서 본 연구에서는 도시계획 초기 단계에서 토지이용계획 및 교통계획을 기반으로 해당 도시에서의 이동 발생량을 추정할 수 있는 방법론을 제안한다. 본 연구에서는 토지이용계획 및 교통계획에서 획득할 수 있는 정보, 즉 단위 기능 용도 지역의 위치, 면적, 연면적, 도로체계와 같은 정보만을 이용하여 이동량을 추정할 수 있는 방법을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Space Layout has been an issue in the facet of reducing the co2 in that the transportation sector has been to represent almost more than 20% of the total energy consumption for decades. Beside the development of the more efficient transportation systems, an efficient space layout makes it possible to reduce the amount of energy consumption in the transportation sector through allocating the sub-spaces in such an arrangement of minimizing the travel distances. In line with this thinking, this research aims at implementing a simulator which can calculate the vehicle-based travel distance upon a certain space layout. Based on the findings that the vehicle-based travels take place between the two functionally related sub-spaces, this research addresses a method of calculating the vehicle-based travel distance by multiplying the traffic volume of each sub-spaces by the travel distance to the other connected sub-spaces.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 (a) 기본적인 도시설계안을 바탕으로 세밀한 수준에서 이동량을 추정할 수 있으며, (b) 호환성이 우수한 설계안 표현이 가능하며, (c) 도시 설계 지역 현황에 따라서 정보를 임의로 수정, 추가할 수 있는 공간 배치 시뮬레이터를 개발하고자 한다.
본 연구에서는 위와 같은 정보를 보유할 수 있는 특정한 공간배치 표현 방식을 제안하였다. 그것은 이동량(궁극적으로는 탄소배출량) 계산을 위해서 필요한 정보를 보유하고 있을 뿐만 아니라 전통적인 도시 설계 및 계획 표현 방법과 유사하며 이와 함께 기존의 도시 관련 정보들을 효과적으로 사용할 수 있는 형식이 되도록 하였다. 결과적으로 본 연구에서는 단위 기능 공간을 폴리곤으로 그리고 단위 기능 공간 간의 연결 관계를 표현하는 동선체계, 즉 도로망은 폴리라인으로 표현하는 방식을 제안하였다.
본 연구에서는 개발하고자 하는 공간배치 시뮬레이터의 실용성을 제고하기 위하여 도시계획 초기 단계에서 사용이 가능하도록 하고자 한다. 이 단계에서 공간배치와 관련된 정보는 토지이용계획도와 교통계획도에 의해서 표현되는데, 이들에 포함된 정보만으로 이동량을 산출할 수 있어야 한다.
제안되는 특정한 방법이 얼마나 효과적인지를 판단하기 위해서는 그러한 방법에 의해서 배출되는 탄소량과 실제 탄소배출량을 비교함으로써 알 수 있다. 본 연구에서는 도시 공간 배치 대안 별로 이동량, 특히 차량을 이용한 이동거리를 계산할 수 있는 컴퓨터 애플리케이션을 개발함으로써 가장 최적의 대안을 찾아낼 수 있는 방법을 제공하고자 하였다.
도시계획과 관련된 부분에서 탄소배출량 감축은 도시 내 개별 단위기능공간 간의 이동량을 최소화할 수 있는 공간배치에 의해서 가능해진다. 본 연구에서는 도시에 요구되는 일반적인 기준을 준수하면서 이동량을 최소화할 수 있는 공간배치를 가능하게 해주는 시뮬레이터를 개발하고자 한다.[1] 본 연구에서 개발하고자 하는 시뮬레이터는 특정 지역에 대한 도시계획 대안 - 토지이용계획도와 교통계획도로 표현되는 - 별로 이동발생량을 평가함으로써 최적의 대안을 찾을 수 있도록 기능할 것이다.
본 연구에서는 도시에서의 이동은 상품 및 서비스 공급자 공간과 사용자 공간 사이에서 발생한다는 점에 착안하여 전체 도시 공간을 다 수의 단위기능공간으로 분할하여 표현하고 이들 간에 발생하는 이동량을 계산하는 방법을 제시하였다. 계산은 다음과 같은 과정을 통해 이루어졌다.
그러한 특정한 방식이라 함은 특정 공간의 성격(즉 공급자 공간인가 또는 소비자 공간인가)을 알 수 있고 공급자 공간의 용량을 파악할 수 있으며 또한 특정 단위 공간과 또 다른 단위공간 간의 거리를 계산하는데 필요한 정보를 포함하고 있는 방식을 의미한다. 본 연구에서는 위와 같은 정보를 보유할 수 있는 특정한 공간배치 표현 방식을 제안하였다. 그것은 이동량(궁극적으로는 탄소배출량) 계산을 위해서 필요한 정보를 보유하고 있을 뿐만 아니라 전통적인 도시 설계 및 계획 표현 방법과 유사하며 이와 함께 기존의 도시 관련 정보들을 효과적으로 사용할 수 있는 형식이 되도록 하였다.
공간배치 시뮬레이션을 위해 필요한 데이터의 구조는 위에서 논의한 것처럼 라인(혹은 폴리라인)과 폴리곤으로 표현된 화상정보와 이 화상정보에 연계된 문자정보이다. 본 연구에서는 이러한 구조를 가지고 있는 기존의 데이터 구조를 사용함으로써 호환성을 제고하고자 한다. 기존의 파일 형식(데이터 구조) 중에서 SHP 파일을 사용할 경우 본 연구에서 개발하고자 하는 공간배치 시뮬레이터에서 필요로 하는 정보를 효과적으로 표현할 수 있다.
이와 같은 정보를 이용하여 도시 공간 배치 대안 별로 탄산 가스 배출량을 계산할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 컴퓨터 애플리케이션을 특정한 테스트 케이스들에 적용하여 1일 유류 소비량 계산이 기대한 바대로 가능함을 보였다. 여기서 특별하게 강조할 부분은 테스트 케이스에서는 단위기능공간을 주거지역, 상업지역, 공업지역, 녹지지역으로만 분류하였지만 필요에 따라 얼마든지 더욱 세밀한 분류가 가능하며 이에 따라 더욱 정밀한 이동량(유류소비량 및 탄산가스 배출량) 추정이 가능해진다는 점이다.
다른 한편에서 진행되는 연구는 기 개발된 도시모델을 특정한 도시에 적용하는 연구이다. 이들 연구의 주된 내용은 특정한 도시모델이 특정한 도시에 얼마나 잘 적용될 수 있는가를 보여주거나, 특정 도시모델을 특정 도시에 효과적으로 적용하기 위한 세부적인 방법론을 제안하고 있다. 전자에 해당하는 연구로는 이희연[7]이 대표적이라고 할 수 있으며, 후자에 해당하는 대표적인 사례로는 김규일[8]이 있다.
탄소배출량 감축이 매우 중요한 과제로 부상하고 있는현 시점에서 전체 탄소배출량에서 매우 많은 비율을 차지하고 있는 교통 부문의 에너지 사용량을 축소할 수 있는 효과적인 방법 중의 하나로 효율적인 도시공간배치에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 주요 경향은 전체 도시 공간을 구성하는 단위 공간간의 이동거리를 감소시킬 수 있는 방법을 모색하고 있다는 것이다. 제안되는 특정한 방법이 얼마나 효과적인지를 판단하기 위해서는 그러한 방법에 의해서 배출되는 탄소량과 실제 탄소배출량을 비교함으로써 알 수 있다.

가설 설정

본 연구에서는 도시에 요구되는 일반적인 기준을 준수하면서 이동량을 최소화할 수 있는 공간배치를 가능하게 해주는 시뮬레이터를 개발하고자 한다.[1] 본 연구에서 개발하고자 하는 시뮬레이터는 특정 지역에 대한 도시계획 대안 - 토지이용계획도와 교통계획도로 표현되는 - 별로 이동발생량을 평가함으로써 최적의 대안을 찾을 수 있도록 기능할 것이다.
기존의 다수의 연구에서 공급자별 이동량 유발 원단위를 제시하고 있다.[9] 일정 시간 및 일정 면적 단위로 발생하는 이동량을 원단위를 이용할 수 있을 것이다. 이런경우 원단위는 인/1일.

제안 방법

위와 같은 연구 방법 및 과정을 통해서 개발된 (a) 도시 공간 배치 표현 방법과 (b) 도시 공간 배치에 따른 이동량 계산 방법을 기반으로 컴퓨터 애플리케이션을 개발하였다. 이 컴퓨터 애플리케이션은 (a) 도시 공간 배치안, (b) 단위 기능 공간의 분류, (c) 개별 단위 공간 간의 사용 비율, (d) 개별 단위 공간이 상품 및 서비스 공급자 공간으로서 유발하는 이동 발생 원단위를 필요로 한다.
그것은 이동량(궁극적으로는 탄소배출량) 계산을 위해서 필요한 정보를 보유하고 있을 뿐만 아니라 전통적인 도시 설계 및 계획 표현 방법과 유사하며 이와 함께 기존의 도시 관련 정보들을 효과적으로 사용할 수 있는 형식이 되도록 하였다. 결과적으로 본 연구에서는 단위 기능 공간을 폴리곤으로 그리고 단위 기능 공간 간의 연결 관계를 표현하는 동선체계, 즉 도로망은 폴리라인으로 표현하는 방식을 제안하였다.
기존 도시 현황은2)의 구조에 부합하는 ‘수치지형도’나 ‘새주소기반전자지도’를 사용하고 도시 계획 지역은 폴리라인과 폴리곤을 이용하여 추가하는 방법으로 도시 구성 단위기능공간 배치 표현모델을 구축하는 방법을 제안한다.
본 연구에서는 두 번째 방식을 택한다. 기존의 소프트웨어를 검토하여 플랫폼으로 사용하기 가장 적절한 소프트웨어를 선정하고 그것을 기반으로 공간배치 시뮬레이터를 개발하도록 한다.
하나는 도시를 구성하는 단위기능공간의 배치에 따른 이동량 추정에 필요한 정보를 보유하여야 한다는 것이고, 두 번째는 일반적인 도시계획 표현 방법론과 부합하여야 한다는 것이다. 따라서 공간배치 표현모델은 도시를 구성하는 단위기능공간의 배치에 따른 이동량 추정에 필요한 정보 분석과 기존 도시계획 표현 방법론 분석을 통해 실시된다.
본 연구에서 제안하는 단위기능공간 배치 표현모델이1), 2)와 같은 조건을 만족시킴으로써 기존의 ‘수치지형도’나 ‘새주소기반전자지도’ 등을 도시 현황 표현에 사용 할 수 있게 된다.
앞의 논의를 통해서 신규 도시 개발 시 총 이동량을 추정할 수 있는 프로세스를 개발하였다. 다음 단계에서 필요한 것은 이러한 프로세스 적용이 가능한 도시계획안 표현방법론을 개발하는 것이다.
이러한 연구의 주요 경향은 전체 도시 공간을 구성하는 단위 공간간의 이동거리를 감소시킬 수 있는 방법을 모색하고 있다는 것이다. 제안되는 특정한 방법이 얼마나 효과적인지를 판단하기 위해서는 그러한 방법에 의해서 배출되는 탄소량과 실제 탄소배출량을 비교함으로써 알 수 있다. 본 연구에서는 도시 공간 배치 대안 별로 이동량, 특히 차량을 이용한 이동거리를 계산할 수 있는 컴퓨터 애플리케이션을 개발함으로써 가장 최적의 대안을 찾아낼 수 있는 방법을 제공하고자 하였다.
계산은 다음과 같은 과정을 통해 이루어졌다. 첫 번째 도시공간을 공급자 공간과 소비자 공간으로 나누고 공급자 공간의 교통유발 원단위(인 / m2 * 1일)와 용량을 파악한다. 이 정보로부터 공급자 공간이 유발하는 이동발생 빈도(인 / 1일)을 추산할 수 있다.

대상 데이터

공간배치 시뮬레이션을 위해 필요한 데이터의 구조는 위에서 논의한 것처럼 라인(혹은 폴리라인)과 폴리곤으로 표현된 화상정보와 이 화상정보에 연계된 문자정보이다. 본 연구에서는 이러한 구조를 가지고 있는 기존의 데이터 구조를 사용함으로써 호환성을 제고하고자 한다.
원주, 진주, 남원, 광명, 춘천시를 대상으로 이동량 평가를 실시하였다. 이들 5개 도시는 규모가 유사하며 다른 도시와 인접하지 않아서 도시 외 교통량 발생량이 작다.

성능/효과

1인/m2*1일로 설정한다.[9] 상업지역의 용적율은 600%, 공업지역은 100%, 녹지지역은 100%로 설정하였다.[10] 단위기능공간 간의 공급자-사용자 관계 및 사용 비율은 표 1과 같이 설정한다.
본 연구에서는 이러한 구조를 가지고 있는 기존의 데이터 구조를 사용함으로써 호환성을 제고하고자 한다. 기존의 파일 형식(데이터 구조) 중에서 SHP 파일을 사용할 경우 본 연구에서 개발하고자 하는 공간배치 시뮬레이터에서 필요로 하는 정보를 효과적으로 표현할 수 있다. SHP파일은 형상 표현 수단으로 점, 선(라인 혹은 폴리라인), 폴리곤, 면을 제공하며 이들 형상정보는 별도의 테이블 형식으로 표현되는 문자정보와 연계된다.
두 번째로 하나의 물품 혹은 서비스가 공급자와 소비자 간에 전달될 때 이들 양자 간의 이동거리 추정이 필요한데, 이것은 공간배치 상태를 특정한 형식으로 도면화하고 이를 바탕으로 한 ‘네트워크’ 분석을 실시하는 것으로 가능해진다.
이 정보로부터 공급자 공간이 유발하는 이동발생 빈도(인 / 1일)을 추산할 수 있다. 두번째로 특정 공급자 공간을 사용하는 소비자 공간과 해당 특정 공급자 공간 간의 평균거리를 구하고 첫 번째 단계에서 구한 공급자 공간이 유발하는 이동 원단위에 이 값을 연면적과 함께 곱해줌으로써 이동량(원단위 * 연면적 * 이동거리 / 1일)을 구할 수 있다. 이 이동량에 개인/대중 교통 분담율, 교통수단별 평균 탑승 인원, 교통기관 별 연비들을 고려함으로써 에너지 사용량을 추산할 수있으며, 이로부터 탄소배출량을 계산할 수 있다.
본 연구에서 개발한 시스템을 이용하여 이동량을 평가한 결과 도시별 총 이동거리는 원주 7296431.63km/1일, 춘천 3975978.51km/1일, 진주 5239069.63km/1일, 남원 1833841.17km/1일, 광명 3448478.47km/1일 로 나타났다.
이 값들을 각 표 2에서 보이는 것과 같은 도시별 실제 유류 소비량[13]과 비교해본 결과 실제 유류 소비량 대비 추정 소비량이 원주95.61% , 춘천 65.92%, 진주 82.58%, 남원 72.22%, 광명 72.71%로 나타남을 알 수 있었다. 이러한 결과는 평가의 전제 조건, 즉 사용비율, 원단위, 용적율, 개인/대중 교통 분담율, 평균탑승인원, 연비 등을 도시 별로 적절하게 조정(Calibration)한다면 더욱 정확한 유류소비량을 추정할 수 있음을 의미한다.
이러한 총 이동거리에 도시 별 교통분담율(개인교통대 대중교통 비율 = 0.7 : 0.3), 교통수단별 평균 탑승 인원(개인교통 1.2인, 대중교통 15인), 교통기관 별 연비(개인교통 10km/l, 대중교통 8km/l)를 적용한 결과 각 도시 별 1일 유류소비량은 원주 443866.26 리터, 춘천 241872.03 리터, 진주 318710.07 리터, 남원 111558.67 리터, 광명 209782.44 리터로 나타났다.

후속연구

향후 위에서 언급한 입력 정보들 중에서 (b) 단위 기능 공간의 분류, (c) 개별 단위 공간 간의 사용 비율, (d) 개별 단위 공간이 상품 및 서비스 공급자 공간으로서 유발하는 교통 원단위, (e) 개인/대중 교통 분담율, (f) 차량 1대 당 평균 탑승인원, (g) 차량의 평균연비, (h) 에너지 사용량 당 탄산가스 배출량과 같은 부분들에 대한 연구를 추가적으로 진행함으로써 더욱 정밀한 탄소배출량 계산이 가능해 질 수 있다.
이런 양상을 좀 더 일반화해서 보자면 물품 및 서비스의 이동이 필요한 서로 다른 단위기능공간 간에 이동이 발생하는 것으로 이해할 수 있다. 도시의 공간을 대별하자면 물품 및 서비스 공급자 공간과 소비자 공간으로 분류할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	교통 부분에서 공간배치에 대한 중요성 변화 추세는?	공간배치는 총 에너지 사용량의 20% 이상을 차지하는 교통 부분에서의 탄산가스 배출량을 결정하는 중요한 이슈이다. 교통 부분에서 사용하는 에너지 사용량을 줄이는 방법으로서 고효율의 교통수단 개발과 함께 도시에서의 이동량을 효과적으로 감소시킬수 있는 공간배치의 중요성이 더욱 증가하고 있는 실정이다. 이러한 맥락에서 본 연구에서는 도시계획 초기 단계에서 토지이용계획 및 교통계획을 기반으로 해당 도시에서의 이동 발생량을 추정할 수 있는 방법론을 제안한다.
	교통부분에서의 탄산가스 배출량을 결정하는 중요한 이슈는?	공간배치는 총 에너지 사용량의 20% 이상을 차지하는 교통 부분에서의 탄산가스 배출량을 결정하는 중요한 이슈이다. 교통 부분에서 사용하는 에너지 사용량을 줄이는 방법으로서 고효율의 교통수단 개발과 함께 도시에서의 이동량을 효과적으로 감소시킬수 있는 공간배치의 중요성이 더욱 증가하고 있는 실정이다.
	도시 공간 배치에 따른 이동량 계산 방법은 기반으로한 컴퓨터 애플리케이션이 도시 공간 배치 대안별 탄산 가스 배출량을 계산하기 위해 필요한 것은?	위와 같은 연구 방법 및 과정을 통해서 개발된 (a) 도시 공간 배치 표현 방법과 (b) 도시 공간 배치에 따른 이동량 계산 방법을 기반으로 컴퓨터 애플리케이션을 개발하였다. 이 컴퓨터 애플리케이션은 (a) 도시 공간 배치안, (b) 단위 기능 공간의 분류, (c) 개별 단위 공간 간의 사용 비율, (d) 개별 단위 공간이 상품 및 서비스 공급자 공간으로서 유발하는 이동 발생 원단위를 필요로 한다. 이 값을 근거로 탄산가스 배출량을 추산하기 위해서는 (e) 개인/대중 교통 분담율 (f) 차량 1 대 당 평균 탑승 인원, (g) 차량의 평균 연비, (h) 에너지 사용량 당 탄산가스 배출량과 같은 입력 정보가 필요하다. 이와 같은 정보를 이용하여 도시 공간 배치 대안 별로 탄산 가스 배출량을 계산할 수 있다.

참고문헌 (13)

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Hak Yong Kim, The Relationship between Urban Form and Energy Consumption, Hanyang University, Master's Thesis, 2001.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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