[논문]AHP 및 엔트로피 기법을 적용한 절리암반비탈면 상태평가항목의 가중치 연구

성주현; 변요셉

doi:10.14346/jkosos.2016.31.5.61

AHP 및 엔트로피 기법을 적용한 절리암반비탈면 상태평가항목의 가중치 연구
A Study on the Weights of the Condition Evaluation of Rock Slope used in Entropy and AHP Method 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.31 no.5, 2016년, pp.61 - 66

성주현 (한국시설안전공단 시설성능연구소) , 변요셉 (한국건설기술연구원 지반연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Many cut slopes are located along national roads, there were the collapse of cut slopes. In this study, the weights for condition evaluation of rock slopes was calculated using the entropy method and analytic hierachy process(AHP) method. The entropy analysis was performed using 95 cut slope data, and the AHP analysis was performed by a questionnaire to several expert. The weights based on analysis results were compared with evaluation weights of existing standard. As a result of this study, there was the difference of weights among the analytical methods. Later on, if this study's results is used to improvement current evaluation weights, it will be possible to perform the reliable condition evaluation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

각 평가항목별 합리적 가중치를 산정하고자 실무에 있는 전문가 집단을 선정하여 설문조사를 실시하였으며, 계층내 비교항목의 쌍대비교를 통해 항목간의 상대 중요도를 수치화하기 위해 통상적으로 사용하는 9점 척도를 이용하였다. 쌍대비교를 위한 계층구조는 Fig.
본 연구에서는 절리암반비탈면의 상태평가 항목에 대해 세부지침 가중치, 점검 및 진단 자료에 기반한 객관적 가중치, 전문가들의 경험적 근거에 기반한 주관적 가중치를 산정하여 상호간의 비교ㆍ분석을 수행하였고, 그 결론은 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 현재까지 실시된 점검 및 진단 결과를 바탕으로 절리암반비탈면의 상태평가 항목에 대해 세부지침 가중치, 점검 및 진단 자료에 기반한 객관적 가중치, 전문가들의 경험적 근거에 기반한 주관적 가중치를 산정하여 상호간의 비교ㆍ분석을 수행하였다. 이를 위해 의사결정 문제에 있어 결정권자의 주관에 좌지우지되지 않고 단지 의사결정에 사용되는 데이터에 의해서만 가중치를 도출해내므로 객관적 방법인 엔트로피 기법과 복잡한 의사결정문제에서 주요한 인자를 각 계층별로 분류하고 쌍대비교행렬을 작성해 가중치를 도출해내는 방법으로 실제 인간의 사고체계와 흡사한 방식으로 문제를 구조화할 수 있는 AHP 기법을 활용하였다.

대상 데이터

3과 같다. 이를 토대로 총 26명의 전문가 집단에게 설문조사를 실시하였으며 24명의 전문가에게 설문지를 회수 하였다. 이때 일관성 비율의 값이 0.
점검 및 진단 자료에 기반한 객관적 가중치를 산정 하기 위해 95개의 절리암반비탈면 점검자료를 활용하여 연구를 수행하였다. 95개의 현장별 상태평가 자료를 토대로 정규화 된 행렬을 구성한 후 정규화 된 값을 바탕으로 식(4)를 이용하여 각 속성별 엔트로피를 산정하였다.

이론/모형

이에 본 연구에서는 현재까지 실시된 점검 및 진단 결과를 바탕으로 절리암반비탈면의 상태평가 항목에 대해 세부지침 가중치, 점검 및 진단 자료에 기반한 객관적 가중치, 전문가들의 경험적 근거에 기반한 주관적 가중치를 산정하여 상호간의 비교ㆍ분석을 수행하였다. 이를 위해 의사결정 문제에 있어 결정권자의 주관에 좌지우지되지 않고 단지 의사결정에 사용되는 데이터에 의해서만 가중치를 도출해내므로 객관적 방법인 엔트로피 기법과 복잡한 의사결정문제에서 주요한 인자를 각 계층별로 분류하고 쌍대비교행렬을 작성해 가중치를 도출해내는 방법으로 실제 인간의 사고체계와 흡사한 방식으로 문제를 구조화할 수 있는 AHP 기법을 활용하였다. 이와 같은 엔트로피 기법과 AHP 기법을 토목분야에 이용한 대표적인 연구를 살펴보면 엔트로피 기법 적용 연구는 자연재해의 복합위험지수에 대한 가중치 산정을 위해 인천시의 8개 지역에 대해서 엔트로피 기법, 델파이 기법, 주성분 분석을 이용하여 가중치를 비교 및 분석한 연구²⁾, 상수관망의 계측기 위치를 기존의 경험적 판단에 의해 결정하던 문제점을 보완하기 위해 엔트로피 기법을 이용하여 객관적이고 정량화된 계측기 위치 결정 방안 연구³⁾, 하천 종단면에엔트로피 이론을 적용하여 하천평균경사, 하천경사 및 하천종단고도 결정 방법을 제시한 연구⁴⁾들이 있고, AHP 기법 적용 연구는 안성시를 대상으로 AHP 및 로지스틱 회귀분석을 이용하여 GIS와 RS자료를 활용한 산사태 위험지를 분석한 연구⁵⁾, 도로시설 자산관리정보시스템을 개발하고 운영하기 위한 방향을 모색하고자 AHP기법을 이용하여 자산관리정보시스템이 객관적이고 정량화된 평가를 위한 연구 모형을 제시한 연구⁶⁾, 교량상부구조형식 선정 시 고려되는 경제성 및 기타 교량의 제반 특성에 대한 다속성 의사결정과정을 제시하기 위해 AHP기법을 이용하여 최적의 대안을 선정하는 방법에 관한 사례연구⁷⁾ 등이 있다.

성능/효과

1) 주요 의사결정문제에서 널리 사용되고 있는 AHP 기법을 적용하여 가중치를 산정한 결과, 인장균열은 세부지침에서와 같이 가장 높은 가중치를 갖는 것으로 나타났으며, 세부지침에서 비교적 높은 가중치를 갖는 절취상태는 AHP 결과에서 가장 낮은 가중치를 갖는 것으로 나타났다.
2) 엔트로피 기법을 적용하여 95개의 절리암반비탈면 점검자료에 기반한 객관적 가중치를 산정한 결과, 보호 및 보강상태, 인장균열, 절리주향 등이 세부지침 에서와 같이 가중치가 높은 것으로 나타났으나 타 항목들은 다소 차이가 있는 것으로 나타났다.
3) AHP 결과에서 상위 50%에 속하는 6개 항목 중인장균열, 지반변형, 구조물변형, 보호 및 보강상태, 절리주향이 엔트로피 결과에서도 상위 50%에 속하는 것으로 나타났는데, 이것은 세부지침에서도 가중치 높은 항목들로써 이러한 결과는 대체적으로 합리적인 결과라 판단된다.
4) 세부지침, AHP 기법, 엔트로피 기법의 가중치를 평균하여 종합 가중치를 산정한 결과, 인장균열, 보호및 보강상태, 지반변형, 구조물 변형, 절리주향, 절리경사-비탈면경사, 강우 및 지하수, 절취상태, 절리상태, 발생규모, 비탈면경사, 배수조건 순으로 나타났다.
AHP 분석 결과 Table 4에서 보는 바와 같이, 인장균열(0.156)은 가장 높은 가중치를 갖는 것으로 나타났고, 그 다음은 지반변형(0.136), 구조물 변형(0.126), 보호 및 보강상태(0.103) 순으로 나타났으며, 발생규모(0.074), 절리주향(0.073), 절리경사-비탈면경사(0.071)의 가중치는 유사하게 나타났다. 절취상태(0.
AHP 분석 결과와 세부지침의 가중치를 비교해 보면 가중치가 다소 차이가 있는 것으로 나타났으나 인장균열의 경우에는 세부지침과 AHP 분석 결과에서 가중치가 가장 높은 것으로 나타났다. 한편 절취상태의 경우에는 세부지침에서 비교적 높은 가중치를 갖고 있으나 AHP 결과에서 가장 낮은 가중치를 갖는 것으로 나타났다.
엔트로피 분석 결과와 세부지침 가중치를 비교해 보면 세부지침에서 가중치가 높은 편에 속하는 인장균열, 절리주향, 보호 및 보강상태 등이 엔트로피 기법 결과에서도 높은 편으로 나타났으나 이외의 항목들은 가중치가 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. AHP 분석 결과와 엔트로피 분석 결과를 비교해 보면 AHP 결과에서 상위 50%에 속하는 6개 항목 중 발생규모를 제외한 인장균열, 지반변형, 구조물변형, 보호 및 보강 상태, 절리주향이 엔트로피 결과에서도 상위 50%에 속하는 것으로 나타났고, 이외의 항목들은 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 각 분석 기법별 알고리즘 차이로 인해 가중치 순위가 다소 상이한 것으로 판단된다.
한편 절취상태의 경우에는 세부지침에서 비교적 높은 가중치를 갖고 있으나 AHP 결과에서 가장 낮은 가중치를 갖는 것으로 나타났다. 엔트로피 분석 결과와 세부지침 가중치를 비교해 보면 세부지침에서 가중치가 높은 편에 속하는 인장균열, 절리주향, 보호 및 보강상태 등이 엔트로피 기법 결과에서도 높은 편으로 나타났으나 이외의 항목들은 가중치가 다소 차이가 있는 것으로 나타났다. AHP 분석 결과와 엔트로피 분석 결과를 비교해 보면 AHP 결과에서 상위 50%에 속하는 6개 항목 중 발생규모를 제외한 인장균열, 지반변형, 구조물변형, 보호 및 보강 상태, 절리주향이 엔트로피 결과에서도 상위 50%에 속하는 것으로 나타났고, 이외의 항목들은 다소 차이가 있는 것으로 나타났다.
071)의 가중치는 유사하게 나타났다. 절취상태(0.034)는 12개의 평가항목 중에서 가중치가 가장 낮은 것으로 나타나 전문가 집단은 다른 항목에 비해 절취상태가 크게 중요하지 않다고 판단하는 것으로 나타났다.
한편, 세부지침, AHP 기법, 엔트로피 기법의 가중치를 평균하여 종합 가중치를 산정한 결과, 인장균열, 보호 및 보강상태, 지반변형, 구조물 변형, 절리주향, 절리 경사-비탈면경사, 강우 및 지하수, 절취상태, 절리상태, 발생규모, 비탈면경사, 배수조건 순으로 나타났으며, 종합 가중치에서 가중치가 높게 나타난 인장균열, 보호 및 보강상태, 절리주향, 절리경사-비탈면경사 등의 항목들이 세부지침에서도 높은 가중치를 가지고 있어 이러한 결과는 대체적으로 합리적인 결과라 판단된다.

후속연구

5) 향후 붕괴 가능성을 내포하고 있는 시설물들에 대한 분석을 통해 안전성에 직접적인 영향을 미치는 인자에 대한 가중치 분석이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AHP 기법이란 무엇인가?	AHP(Analytic Hierarchy Process)기법은 Thomas Saaty 가 개발한 기법으로서 전문가들의 집단 의사결정을 체계화할 수 있는 방법이며 요소들의 상대적 중요도를 쌍대 비교에 의해 측정한다9).
	현재 절토비탈면 유지관리의 실정은 어떠한가?	이처럼 현재는 절토비탈면의 유지관리가 체계적으로 시행되고 있어 점검 및 진단을 통한 수많은 정량적 자료들이 축적되어왔으나, 아직까지 이 자료의 환류가 수행되고 있지 않는 실정이다.
	한국시설안전공단(2010)에서 제안한 상태평가 기법이 일률적인 암반비탈면에 대한 평가와 다른 차이점은 무엇인가?	한국시설안전공단(2010)에서 제안한 상태평가 기법은 토층 심도율에 의해 토사비탈면과 암반비탈면으로 구분할 수 있고, 암반비탈면은 다시 지반강도와 암반의 블록크기 비에 따라 연약암반비탈면, 파쇄암반비탈면, 절리암반비탈면으로 각각 분리하여 평가하도록 제시하고 있다. 이것은 타 기관의 기준들과 다르게 암반 비탈면별 특성을 고려하여 절리 발달정도, 암반 파쇄 정도, 암반 강도 특성에 따라 평가기준을 작성한 점은 일률적인 암반비탈면에 대한 평가에서 차이점이 있다.

참고문헌 (12)

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상세보기
T. L. Saaty, "The Analytic Hierarchy Process", McGraw-Hill, New York, 1980.
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저자의 다른 논문 :

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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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