[논문]공간최적화 모델을 활용한 환경계획의 공간화 방안

윤은주; 이동근; 허한결; 성현찬

doi:10.13087/kosert.2018.21.2.27

공간최적화 모델을 활용한 환경계획의 공간화 방안
Suggestion for Spatialization of Environmental Planning Using Spatial Optimization Model 원문보기

環境復元綠化 = Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology, v.21 no.2, 2018년, pp.27 - 38

윤은주 (서울대학교 협동과정 조경학) , 이동근 (서울대학교 조경지역시스템공학부) , 허한결 (서울대학교 협동과정 조경학) , 성현찬 (고려대학교 환경 GIS)

Abstract ▼ AI-Helper

Environmental planning includes resource allocation and spatial planning process for the conservation and management of environment. Because the spatialization of the environmental planning is not specifically addressed in the relevant statutes, it actually depends on the qualitative methodology such as expert judgement. The results of the qualitative methodology have the advantage that the accumulated knowledge and intuition of the experts can be utilized. However, it is difficult to objectively judge whether it is enough to solve the original problem or whether it is the best of the possible scenarios. Therefore, this study proposed a methodology to quantitatively and objectively spatialize various environmental planning. At first, we suggested a quantitative spatial planning model based on an optimization algorithm. Secondly, we applied this model to two kinds of environmental planning and discussed about the model performance to present the applicability. Since the models were developed based on conceptual study site, there was a limitation in showing possibility of practical use. However, we expected that this study can contribute to the fields related to environmental planning by suggesting flexible and novel methodology.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그럼에도 현 시점에서 관련 방법론이 미흡한 실정이므로, 본 연구에서는 정량적·객관적으로 환경계획을 공간화 할 수 있는 계획모델을 제시하였다.
모델 시범적용 부분에서는 본 연구에서 제안한 정량적 계획모델의 모의 과정을 제시함으로써 문제해결의 과정을 비교적 쉽게 설명하고자 하였다. 이를 위해 그 개념과 모의 과정을 잘 설명할 수 있는 단순한 가상의 공간을 20×20 크기 (400개 격자)로 설정하였다.
환경계획 중 국가기후변화적응계획과 같이, 다양한 기후변화 영향을 최소화하고 이에 적응할 수 있는 공간의 구성을 결정하는 부분에 대해 모의하였다. 이를 위해 개발지, 농경지 각각에 특히 부정적인 영향을 미칠 수 있는 기후변화 영향 C, D의 공간분포도를 가상으로 작성하였다(Table 6).
환경계획은 경제성 논리 하에 훼손되었던 국토의 환경을 보전하고, 더 나아가 지속가능성을 실현하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 설정되었던 다양한 목표와 전략 등이 효과를 발휘할 수 있는가는 실제 공간을 어떻게 변화시켜 나가는가, 즉 환경계획의 공간화에 달려있다.

제안 방법

모든 격자에 대해 이러한 과정이 반복된 후 계획안이 한번 업데이트되며, 해당 업데이트 과정 역시 더 이상 좋은 계획안이 도출되지 않을 때까지 반복되었다. 다만, A와 B종의 서식지 포함면적, 비용을 합산할 때 각 측면에 대한 가중치는 의사결정자에 의해 조정될 수 있으므로 의사결정자의 피드백을 반영하고, 선호도를 공간화하는 과정으로도 해석하였다.
이러한 조건을 충족하는 공간계획의 과정을 이하 정량적 계획모델로 지칭하였다. 다음에서는 최적화 이론(optimization theory)과 그 필요성을 소개한 다음, 이를 기반으로 한 정량적 계획모델 체계를 제안하였다.
그럼에도 현 시점에서 관련 방법론이 미흡한 실정이므로, 본 연구에서는 정량적·객관적으로 환경계획을 공간화 할 수 있는 계획모델을 제시하였다. 또한 해당 모델의 이해를 돕기 위하여 두 가지 구체적인 사례를 선정하여 적용결과를 도출하였다. 제안된 정량적 계획모델은 Figure 2에 제시된 구조도 중 목표, 평가 부분을 수정함으로써 사례적용에서 다루지 않은 다양한 환경계획의 공간화에 역시 적용될 수 있다.
이것은 최적화 알고리즘을 적용할 수 있는 최소 단위이기도 하다. 모델 시범적용의 주제는 환경계획의 다양한 주제 중 보호지역이라는 특정 용도를 배분하는 종보전계획과, 다양한 용도를 동시에 고려하고 미래에 대한 불확실성으로 다양한 선택지가 필요한 기후변화 대응 용도계획의 두 가지를 선택하였다. 이 두 가지 문제는 “선택(selection)”과 “변화(variation)를 반복하는 구조는 동일하나, 정량적 계획모델의 활용가능성을 보여주기 위해 계획의 목적, 계획의 범위, 이용 가능한 데이터 목록, 정량적 모델의 용도, 출력자료의 형태 등은 상이하게 설정하였다(Table 3).
, 2015). 본 연구에서는 이와 관련하여 첫째, 기존의 다양한 환경계획을 분석하고 이를 보완하기 위한 정량적 계획모델 개념을 제시하였고 둘째, 환경계획 중 종 보전계획, 기후변화 영향에 대응한 용도계획을 선정하여 개념적으로 구성된 가상의 공간에 정량적 계획모델을 시범 적용함으로써 해당 모델의 활용 가능성을 제시하였다.
이를 위해 그 개념과 모의 과정을 잘 설명할 수 있는 단순한 가상의 공간을 20×20 크기 (400개 격자)로 설정하였다.
이상의 자료를 토대로 A와 B종 각각의 잠재적 서식면적을 최대한 많이 보전하는 동시에 비용을 최소화하기 위한 보전지역의 위치(정해진 면적을 할당한다면)는 어디인지를 정량적 계획모델을 이용하여 해결해 보았다. 격자별로 보전지역을 할당했을 때 A와 B종의 서식지포함 면적과 비용이 계산되며, 각 총합이 이전보다 개선될 때 할당이 확정되었다.
, 2014), 이를 통해 도출되는 결과와 유사하게 설정하였다. 정량적 계획모델의 문제해결 능력을 보기위해 A와 B의 잠재적 서식지역이 일정면적 비율 이상 겹치지 않도록 설정하였다. 또한 지가 부분은 근거법에서 다루고 있지는 않으나, 실제 공간에서 보호지역 선정이 개발규제 등 다양한 비용과 맞물려 있다는 사실을 감안하여 추가하였다.

대상 데이터

1회 모의로 100개의 토지이용시나리오가 작성되었으며 그 중 대표적인 시나리오 세 가지를 선정하였다(Table 9). 각 시나리오는 개발지, 농업지, 자연지로 구성되며 각 면적은 동일하다.
본 연구에서는 정량적 계획모델에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 복잡한 실제 공간보다는, 구동원리와 결과를 명확하게 보여줄 수 있는 단순한 가상의 공간을 대상으로 시범적용 하였다. 그러나 이것은 실제 의사결정자가 정량적 계획모델의 결과를 다양한 측면에서 분석하고 그 의견을 피드백하는 과정을 보여주기 어렵다는 한계가 있다.
환경계획 중 국가기후변화적응계획과 같이, 다양한 기후변화 영향을 최소화하고 이에 적응할 수 있는 공간의 구성을 결정하는 부분에 대해 모의하였다. 이를 위해 개발지, 농경지 각각에 특히 부정적인 영향을 미칠 수 있는 기후변화 영향 C, D의 공간분포도를 가상으로 작성하였다(Table 6). 또한 각 기후변화 영향이 발생했을 때 토지이용 유형에 따라 발생할 수 있는 피해비용 역시 가상으로 작성하였다(Table 7 and 8).
시범적용1에서는 환경계획 중 야생동식물보호기본계획과 같이, 종에 대한 다양한 평가 자료를 수집하여 보호지역을 선정하는 부분에 대해 모의하였다. 이를 위해 종A, B의 서식지 분포도와 지가 분포도를 가상으로 작성하였다(Table 4). 학술분야에서는 종 보호에 중요한 지역을 공간화하기 위하여 MaxEnt 등으로 잠재적 서식확률을 모의하고 임계값을 활용하여 서식/비서식 지역으로 구분하는 경우가 많은데 (Cho et al.

성능/효과

1 하향조정할 수 있다. 결과적으로 모의3에서는 종A의 보전비율이 모의2에 비해 16.6% 증가하여 의사결정자가 만족할 것으로 예상할 수 있다.

후속연구

, 2017), 또는 환경계획의 목표를 실현가능한 범위 내로 조정하기 위한 도구로서 이해할 필요가 있다. 계획가는 해당 초안을 기반으로 다양한 지식, 추가적 분석과 결합함으로써 보다 구체적이고 합리적인 환경계획을 수립할 수 있을 것으로 기대된다.
실제 기후변화 취약성평가에서는 기후변화 시나리오가 진행되었을 때, 현재의 토지이용을 기준으로 발생할 수 있는 피해비용을 평가하며(MOE, 2017), 이를 종합하여 대상지의 토지이용별, 기후변화영향별 피해비용 표를 작성할 수 있다. 그러나 본 연구에서는 가상의 공간을 대상으로 하기 때문에 피해비용을 산정하는 구체적 과정을 생략하였으며 가상의 값을 적용하였다는 한계가 있다. 실제의 대상지에 정량적 계획모델을 적용하는 경우에는 현재의 토지이용을 입력자료로 활용함으로써 전환의 최소화를 별도의 목적으로 설정하는 예가 많다.
그러나 이것은 실제 의사결정자가 정량적 계획모델의 결과를 다양한 측면에서 분석하고 그 의견을 피드백하는 과정을 보여주기 어렵다는 한계가 있다. 따라서 향후 연구에서는 실제 대상지에 정량적 계획모델을 적용하고, 관련 의사결정자와 함께 대상지의 현안을 해결하는 과정을 제시함으로써 이해를 도울 필요가 있다(Janssen and Herwijnen, 2008). 또한 2010년 이후부터는 컴퓨터 연산능력의 고도화로 인해, 관련 선행연구에서는 30m에서 1km에 이르는 다양한 해상도와, 지역적 수준에서 도시 수준에 이르는 다양한 공간범위에서 최적화 모델을 적용하고 있으므로(Yoon et al.
따라서 향후 연구에서는 실제 대상지에 정량적 계획모델을 적용하고, 관련 의사결정자와 함께 대상지의 현안을 해결하는 과정을 제시함으로써 이해를 도울 필요가 있다(Janssen and Herwijnen, 2008). 또한 2010년 이후부터는 컴퓨터 연산능력의 고도화로 인해, 관련 선행연구에서는 30m에서 1km에 이르는 다양한 해상도와, 지역적 수준에서 도시 수준에 이르는 다양한 공간범위에서 최적화 모델을 적용하고 있으므로(Yoon et al., 2017; Eikeboom et al., 2015; Zhang and Huang, 2015; Porta et al., 2013), 이를 뒷받침 할 수 있을 것으로 기대된다.
해당 과정을 통해 출력된 대안은 계획가/이해관계자가 협의하기 위한 기초시나리오로서 활용될 수 있으며, 계획가는 이를 토대로 추가적인 분석 등을 이용하여 구체적인 공간계획을 확정할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	환경계획이란?	환경계획은 환경의 보전과 관리를 목적으로 공간 및 다양한 환경자원을 대상으로 계획하는 것을 의미한다(Korean Environment Institute, 2017). 환경계획의 범위는 환경일반에서부터 대기, 수질, 토양, 자연환경 등 매우 폭넓기 때문에 이를 뒷받침하기 위한 다양한 주제도와 실측기반 데이터베이스가 객관적․정량적으로 구축되고 있다.
	환경계획의 범위를 뒷받침하기 위한 데이터베이스의 구축의 예시에는 무엇이 있는가?	환경계획의 범위는 환경일반에서부터 대기, 수질, 토양, 자연환경 등 매우 폭넓기 때문에 이를 뒷받침하기 위한 다양한 주제도와 실측기반 데이터베이스가 객관적․정량적으로 구축되고 있다. 국가차원에서 종합적인 환경적 가치를 평가한 국토환경성평가지도(ECVAM), 생태자연도, 전국을 대상으로 구축되는 자연환경조사 자료 등이 그 대표적 예이며(Kim et al., 2012), 그 외에 학술 분야에서 역시 기 검증된 정량적 모델패키지를 이용하여 잠재적인 종 서식처 평가, 홍수 및 산사태와 같은 재해의 발생가능성 평가, 잠재적인 생산량 평가 등을 수행하고 있다(Kim and Park, 2017; Kim et al.
	환경계획은 어떻게 구성되는가?	환경계획은 환경일반, 기후․대기, 수질․상하수도, 토양, 자연환경, 자원순환과 관련된 환경계획을 포함하는 것으로서, 환경부에서 직접 수립하는「국가환경종합계획」과「환경보전중기종합계획」등의 53개 분야별 환경계획과 광역 및 기초자치 단위에서 계획하는 환경보전계획으로 구성된다. 이중 공간화에 대한 부분을 포함하고, 국토·도시계획의 수준에서 반영 가능한 계획은 16개로 아래의 Table 1과 같다(Korean Environment Institute, 2017, revised).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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