개발지 확장에 따른 생태적 영향에 대한 예측 모델링 체계 구축(Ⅰ)

주용준,사공희,이후승 한국환경연구원 2021 사업보고서 Vol.2021 No.-

Ⅰ. 서 론 1. 연구의 배경 ○ 우리 주변의 환경 및 생태계에 영향을 주는 요인은 개발사업을 비롯한 다양한 인간 활동에서 비롯되고, 개발지 확장은 생태계 서식지와 기능의 훼손 등에 영향을 주며 이는 다시 감염성 질병의 확산에 따른 인간 생활환경에 영향을 주는 등 개발지 확장과 생태적 영향, 감염성 질병은 밀접한 관계가 있음 2. 연구의 목적 ○ 본 연구에서는 개발지가 확장되면서 발생하는 생태 서식지 및 생태적 기능의 훼손을 정량적으로 예측하고 거시적 패턴을 분석하기 위한 모델링 체계 구축을 목적으로 3년 동안 연구를 진행함 ○ 1차 연도에는 도시성장 관련 모델링(CA, ABM)의 이론적 고찰과 모델 적용의 국내외 사례 등을 분석하고 개발지 확장과 생태영향에 대한 모델링 방법론을 도출하고자 함 Ⅱ. 개발지 확장에 따른 생태적 영향 예측 모델의 분석 1. 도시 성장 모델의 진화 ○ 도시화는 사회적·환경적 영향을 수반하는 토지이용의 변화를 수반하기 때문에 이를 모의하는 도시성장 모델을 통하여 미래 시나리오를 예측하는 것은 정책결정에서 중요함. 공간 및 시간 차원에서 도시성장 모델은 거시적 스케일에서 미시적 스케일로 확장되고 있으며 정적 모의에서 동적 모의로 진화해 오고 있음 ○ 거시적 스케일에서 미시적 스케일로의 진화는 공간 차원에서 이질성과 국소 상호작용을 고려하는 것이 가능하며, 정적에서 동적으로의 진화는 시간에 따른 변화의 모의를 가능하게 함 ○ 도시는 인간과 자연적 상호작용이 있는 복잡한 계층적 시스템이 작동되기 때문에 복잡계 이론을 구현하는 모델로 CA 기반 모델링(cellular automatic based modeling)과 ABM(Agent-Based Modeling, 행위자기반 모델링)과 같은 도시의 토지이용 모델링이 필요함 2. CA(Cellular Automata) 모델 ○ 셀룰러 오토마타 모델, 즉 CA 모델은 2차원의 격자(grid)상에서 인접한 셀(cell) 간의 국지적 상호작용으로 공간 전체의 질서 또는 패턴이 생성되고 유지, 변화되는 과정을 확인할 수 있는 방법론임 ○ CA 모델은 셀 공간(cellular space), 상태(states), 네이버후드(neighborhood), 전이규칙(transition rule), 시간(time)으로 구성되며 2차원 그리드 셀이 기본단위임 ○ 셀 공간은 CA의 기초 단위인 동일 크기의 셀로 구성되는 물리적 공간이며 상태는 임의의 셀이 가지는 셀의 상태로서 셀의 값으로 셀의 변화를 설명함 ○ 네이버후드는 중심 셀 주위를 둘러싼 주변의 셀을 말하며 전이규칙은 CA의 가장 핵심적인 요소로서 인근 셀의 상태에 따라 해당 셀이 어떻게 변화되는지를 정의하는 일련의 규칙임 ○ CA 모델은 초기 상태, 변수(파라메타) 설정, 전이규칙 설정에 의해 각기 상이한 결과를 도출해 낼 수 있어 공간의 복합성(complex)을 모의할 수 있으며 상호작용 결과를 시각적으로 보여줄 수 있어 공간분석 시 유용함 3. ABM(Agent-Based Modelling) ○ ABM은 행위자(agent)로 불리는 다양한 객체의 행동을 모의하는 방법론의 하나이며 상호작용하는 많은 행위자로 이루어진 작은 가상세계임. ABM의 가상세계는 행위자, 행위자가 활동하고 상호작용하는 시스템 공간인 환경, 시스템에 영향을 미치는 외부 환경의 세 가지 요소로 구성됨 ○ 행위자는 특성(properties), 행동(action)을 갖고 가끔은 목표를 보유할 수도 있는 자율적인 개체 또는 객체로서 독립적으로 행동하고 외부세계와 상호작용함 ○ 환경은 행위자 공간으로 행위자들이 상호작용을 주고받으며 위치하는 공간을 의미하며, 외부 환경은 전체 시스템을 둘러싼 환경이라 할 수 있음 ○ ABM에서 행위자 간 상호작용은 매우 중요한 기작이며 행위자 간 상호작용은 크게 협조적, 조정/학습적, 인지적 상호작용으로 구분할 수 있음. 행위자 간 협조적 상호작용은 행위자들이 특정 목적을 달성하기 위해 서로 협력하는 상호작용 형태임 Ⅲ. 사례 조사 1. CA 모델 □ 세종시 비도시지역 성장관리를 위한 주택확산 모형의 개발 ○ 사례 조사 연구는 성장관리방안의 주요 규제와 관련 계획을 적용한 정책 시나리오를 설정하고, 시나리오에 따른 주택 등 개발확산 양상을 CA 모델을 이용하여 예측하고 그 영향력을 비교·측정한 것임 ○ 연구과정에서는 로지스틱 모형을 활용하여 세종시의 필지별 개발확률을 도출하고 CA 모델을 통해 정확도를 검증함. 또한 목표연도 주택입지 총면적을 상대생장모형을 통해 예측하고, CA 모델을 통해 목표연도 기준 개발확산을 예측함. 마지막으로 다양한 시나리오를 설정하고 시나리오별 개발확산을 예측함 2. ABM □ Generating Different Urban Land Configurations Based on Heterogeneous Decisions of Private Land Developers: An Agent-Based Approach in a Developing Country Context ○ 사례조사 연구는 토지 공급, 도시 개발 현실화 및 지가 설정 등에 관한 개발자의 역할 및 결정 과정을 반영한 여러 유형의 행위자들이 다양한 시나리오에서 어떻게 상호작용하고 공간적·시간적으로 구현되는지를 분석하는 것이 목적임 ○ 본 연구의 모델링 구성의 개념적 체계는 개발자가 도시 개발 프로세스의 주체가 되는 공급 측면의 관점에서 도시 공간 내에서 상호작용을 구현하도록 설계되었으며 모델에는 행위자 모듈, 환경 모듈 및 상호 작용 모듈의 세 가지 모듈이 있음 ○ ABM의 행위자 모듈은 도시 개발 과정에서 주거용 토지 개발자들을 대표하며 환경 모듈에 사용된 데이터는 토지 이용, 도시와의 근접성 등 지역의 물리적 특성과 유료 도로 등 기타 시설물을 모두 포함함 ○ 상호 작용 모듈은 개발자와 개발자가 상호작용하는 환경(즉, 셀 공간) 사이의 관계로 정의되며, 개발자들의 개발 결정은 토지 수색, 토지 평가, 토지 취득, 토지 개발 등 네 가지 단계를 순차적으로 시행하도록 설계함 3. CA 모델과 ABM 모델의 혼합 □ Development of integrated modeling framework of land use changes and ecosystem services in mountainous watersheds ○ 사례조사 연구에서는 산악 분수령에서 토지이용과 피복 변화(LUCC: Land-Use and Cover Changes)와 물 관련 생태계서비스(ES: Ecosystem Service)의 통합을 제안 하였으며 다양한 모델을 활용하여 통합모델링 체계를 개발하였음 ○ LUCC는 CA 모델을 활용하여 공간정보(강수량, 표고, 경사도, 습도, 도로 및 시골, 관공서로부터의 거리 등)와 네이버후드 정보를 토대로 10년 단위로 경험적으로 추정된 다항로직회계에 기초하여 시뮬레이션을 함 ○ 토지이용 변화로 인해 생태계 서비스가 어떻게 변화는지를 모델링하기 위해 LUCC의 공간 시뮬레이션을 위한 CA 모델과 수문학적 사이클과 관련된 ES 추정을 위한 토양 및 수질평가 방법(SWAT: Soil and Water Assessment Tool) 모델을 결합하였음 Ⅳ. 개발지 확장-생태영향 모델링 방법론 도출 1. 개발지 확장-생태영향 모델의 프레임워크 □ 사회생태 시스템적 접근 ○ 본 연구에서는 개발지 확장으로 인한 생태계 영향을 예측 분석할 수 있는 행위자 기반 모델 개발의 방법론을 도출하는 것을 목표로 하며, 사회 시스템과 생태 시스템이 서로 상호작용을 하고 결합을 하는 측면에서 하나의 사회생태 시스템의 예시가 될 수 있음 ○ 사회 시스템(social system)은 개인, 사회 집단, 사회 자본 등으로 구성되며, 각 개인들은 다른 자본, 직업, 선호 지역 등의 특성을 지니고 있고, 각자의 전략을 통해 생존함 ○ 생태 시스템(ecological system)은 다양한 생태 환경과 그 환경의 이용, 그리고 각 생태 환경 현황과 밀접한 관계가 있으며, 토지이용 및 여러 변수에 영향을 받아 시간에 따라 생태 환경 현황 또한 변화됨 ○ 사회 시스템과 생태 시스템은 각 시스템 내에서도 여러 상호작용으로 변화하지만, 상호양 방향적으로 의존하며 큰 영향을 끼치고, 하나의 피드백 루프(feedback loop)를 이루면서 예상하지 못한 결과를 만들어낼 수도 있음 □ 개발지 확장-생태영향 통합적 프레임워크 ○ 개발지 확장-생태영향 행위자 기반 모델링의 개념적 프레임워크는 사회 시스템과 생태 환경 시스템으로 구분됨. 사회 시스템은 여러 요소로 구성되어 있으며, 각 개인들은 항상 이웃들을 보고 현재 본인의 전략에 대한 효용(utility)과 이웃의 효용을 비교하게 됨 ○ 행위자로서 개인은 지역의 경사도, 표고, 식생보전등급, 지목 등에 따라 개발용이성을 평가하고 각 항목에 점수를 매겨 총점수가 가장 높은 지역으로 이동하여 개발함 ○ 생태 환경 시스템 또한 여러 요소들로 구성되며 사람들의 의사 결정 과정과 개발지 확장에 따라 LUCC가 발생하고 다양한 측면에서 생태적 영향을 야기함 2. 개발지 확장-생태영향 모델링 방법론 도출 □ 개발지 확장과 사회 시스템 모듈 ○ 본 연구에서 사회 시스템 모듈의 각 행위자들은 인간이며 공간을 구성하는 기본 단위인 패치 한 칸에 최대 한 명씩 위치하게 됨. 개인들은 다른 나이, 직업, 지역 선호도 등의 특성을 지니며 개인들은 각자 다른 효용 평가와 의사 결정을 함 ○ 의사 결정 과정은 다양한 사회학, 경제학, 심리학 등의 학문에서 정립된 기존의 이론을 바탕으로 모델링이 가능하며, 이론적 틀에 따라 사람들은 다른 이웃들과 상호작용을 하여 서로에게 영향을 미침 □ 생태환경과 생태환경 시스템 모듈 ○ 생태영향과 생태환경 시스템 모듈은 여러 생태환경 레이어로 나누어 모델링을 함. 첫번째 레이어는 거주지에서 주는 오염 영향으로 각 개안의 공간적 위치뿐만 아니라 행위자들의 오염 영역이 중첩될 경우, 두 배의 오염 효과를 보이고 인구 밀도가 높은 지역의 경우 좀 더 복잡한 공간상의 누적 오염도를 계산함 ○ 두 번째 레이어로는 하천생태 오염 레이어가 있으며 하천 변에 사는 행위자들은 각각 다른 양의 오염 물질을 하천으로 배출함. 하천은 흘러서 확산이 된다는 측면에서 평지 생태 오염과는 다른 모습을 보이기 때문에 거주자의 배출뿐만 아니라 상류에서 하류 방향으로 확산되는 오염수의 역학관계도 행위자 기반 모델링에 포함되어야 함 ○ 세 번째 레이어는 LUCC에 대한 레이어로서 각 패치는 다른 토지이용 및 피복으로 구분되고 이에 따라 생물 다양성과 생태 서비스가 다르게 나타남 ○ 행위자들의 결정에 영향을 받아 각 패치의 토지 이용 및 피복은 바뀔 수 있고, 토지 가치, 생물 및 식물 다양성, 생태 서식 환경 등의 다양한 생태환경 레이어가 가능하며, 여러 생태환경 레이어들이 합쳐져 통합적인 생태영향을 알 수 있음 □ 정책 시스템 모듈 ○ 개발지 확장과 생태영향에 부정적인 영향이 발생할 경우 정부 차원에서 상황을 분석해서 이에 대응하는 정책을 발표하여 피해를 최소화하려고 함. 개발지 확장에 따른 생태계 파괴를 방지하기 위한 여러 정책들이 행위자 기반 모델링을 통해 시험될 수 있으며 개인의 의사결정 과정에 대한 규제가 있을 수 있음 Ⅴ. 결론 및 제언 1. 결론 ○ 본 연구에서는 개발지 확장에 따른 생태적 영향 예측을 위한 방법론을 고찰하였음. 주요 내용으로는 자연 및 사회, 공학적 ABM의 이론적 고찰과 도시 확장 및 생태환경 관련 ABM의 국내외 사례를 조사·분석하였으며, ABM을 통한 개발지 확장-생태영향 모델링이 가능한지에 대한 분석과 실제 개발지 확장-생태영향 모델링 방법론을 도출하였음 ○ 기존의 개발지 확장과 관련된 모델은 변화된 토지이용에 따라 생태계 서비스가 어떻게 변화하는지를 보여준다면, 본 연구의 방법론은 ABM을 통해 시계열적으로 개발지 확장에 대한 시뮬레이션을 하고, 개발지 확장 과정에서 생태서식지 및 기능의 훼손, 연결성 단절 등에 대한 생태적 영향이 어떻게 연동되어 나타나는지를 보여줄 수 있음 2. 제언 ○ 본 연구는 도시 확장에 따른 생태적 영향을 정성적·정량적으로 평가할 수 있는 모델을 개발하기 위한 것으로, 생태학적 영향을 고려한 개발지 확장 관리를 위한 기초자료로 활용이 가능할 것임 ○ 개발지 확장에 따른 다양한 영향요인에 대한 분석과 시나리오를 설정하고 그 결과를 모델링하여 비교·분석할 경우 생태적 영향을 최소화할 수 있는 방안을 도출할 수 있을 것임. 또한 개발지 확장과 관련된 모델링은 생태적 영향뿐만 아니라 난개발 발생 우려지역의 예측 등 도시 및 환경분야에서도 활용가능성이 클 것으로 판단됨 Ⅰ. Introduction 1. Background of research ○ Factors that affect the environment and ecosystem around us stem from various human activities, including development projects. The expansion of development sites cause affects damage to ecosystem habitats and functions, which in turn affects the human living environment due to the spread of infectious diseases. As such, the expansion of development sites, ecological effects, and infectious diseases are closely related. 2. Purpose of research ○ This study was conducted for three years with the aim of establishing a modeling system to quantitatively predict damage to ecological habitats and ecological functions caused by the expansion of development sites. ○ In the first year, the theoretical review of urban growth-related modeling (CA, ABM) and domestic and foreign cases of model application were analyzed, and a modeling methodology for development site expansion and ecological impact was developed. Ⅱ. Analysis of the Ecological Impact Prediction Model According to the Expansion of Development Sites 1. Evolution of urban growth model ○ Since urbanization involves changes in land use accompanying social and environmental influences, it is important in policymaking to predict future scenarios through urban growth models that simulate this. In terms of space and time, urban growth models are expanding from macroscopic to microscopic scales and have evolved from static to dynamic simulations. ○ Evolution from macroscopic to microscopic scales enables us to consider the heterogeneity and local interaction at the spatial level, and static to dynamic evolution make possible the simulation of changes over time. ○ Complex hierarchical systems that involve interactions between humans and nature are implemented in cities, requiring land-use modeling of cities such as CA-based modeling and agent-based modeling (ABM) as models for complex systems. 2. CA(Cellular Automata) model ○ The CA model is a methodology that may confirm a process of generating, maintaining, and changing an order or pattern of an entire space due to interaction of adjacent cells on a two-dimensional grid. ○ The CA model consists of cellular space, states, neighborhood, transition rule, and time, and a two-dimensional grid cell is the default unit. ○ The cell space is a physical space composed of cells of the same size, which is a basic unit of CA, and a state is a state of any cell, and the change of the cell is explained by described as a value of the cell. ○ Neighborhood refers to the cells surrounding the central cell. The transition rule is the most important element of CA; it is a set of rules that define how the cell changes according to the state of the nearby cell. ○ The CA model can simulate space complexity and visually show interaction results by deriving different results by initial state, parameter setting, and transition rule setting. 3. ABM (Agent-Based Modeling) ○ ABM is one of the methodologies for simulating the behavior of various objects called agents and is a small virtual world of many interacting agents. The virtual world of ABM consists of three elements: the agent, environment in which the agents and the agent act and interact, and the external environment that affects the system. ○ Agents act independently and interact with the outside world as autonomous individuals or objects that have properties and actions and may sometimes have goals. ○ The environment is the agent’s space where they are located interacting with each other, and it can be said that the external environment is the environment surrounding the entire system. ○ In ABM, agent interaction is a very important mechanism, and interaction between agents can be largely divided into cooperative, coordinated/learning, and cognitive interaction. The agent's cooperative interaction is an interaction in which agents cooperate with each other to achieve a specific purpose. Ⅲ. Case Study 1. CA model □ Housing diffusion modeling for managing growth of non-urban area in Sejong City ○ The CA model case study established a policy scenario by applying the main plan of the growth management area, and predicted the development and spread of housing according to the scenario using the CA model. ○ In the research process, the probability of development by lot in Sejong City was derived using a logistic model, and the accuracy was verified through the CA model. In addition, the total area of the housing location for the target year was predicted through the relative growth model, and the development spread based on the target year was predicted through the CA model. Finally, we set up various scenarios and predicted the spread of development by scenario. 2. ABM model □ Generating Different Urban Land Configurations Based on Heterogeneous Decisions of Private Land Developers: An Agent-Based Approach in a Developing Country Context ○ A case study of the ABM model analyzed how various types of agents reflecting the role and decision process of developers in the urban development process interact and are implemented spatially and temporally. ○ The modeling system is designed to implement interactions within an urban space from the perspective of supply by developers who are the subject of urban development processes, and the model has three modules, an agent module, an environmental module, and an interaction module. ○ ABM's agent module represents residential land developers in the process of urban development, and the data used in the environmental module include both local physical characteristics such as land use and proximity to the city and other facilities such as toll roads. ○ The interaction module is defined as the relationship between the developer and the environment in which the developers interact, and the developers’ development decisions are designed to sequentially implement four steps: land search, land evaluation, land acquisition, and land development. 3. A mixture of CA and ABM models □ Development of an integrated modeling framework of land use changes and ecosystem services in mountainous watersheds ○ The case study proposed the integration of LUCC (Land Use and Cover Changes) and water-related ES (Ecosystem Service) in the mountain watershed, and developed an integrated modeling system using various models. ○ To simulate LUCC, the CA model was used based on multi-channel logic calculations empirically estimated every ten years using spatial information (precipitation, elevation, slope, humidity, road and countryside, distance from government offices, etc.). ○ To model how ecosystem services change due to land use changes, the CA model for spatial simulation of LUCC and the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model for estimating ecosystem services related to hydrological cycles are combined. Ⅳ. Expanding the Development Site and Seriving the Ecological Impact Modeling Methodology. 1. Model framework □ Socio-ecosystem approach ○ The goal of this study is to derive a methodology for establishing an agent-based model that can predict and analyze the impact of the ecosystem due to the expansion of development sites. A combination of social and ecological systems interacting with each other can be an example of a social ecological system. ○ The social system consists of individuals, social groups, and social capital, and each individual has different capital, jobs, preferred areas, and more, and survives through their own strategies. ○ The ecological system is closely related to various ecological environments and their use, and the status of each ecological environment, and the ecological environment status also changes over time due to land use and various variables. ○ Social systems and ecological systems change with multiple interactions within each system, but they are mutually dependent and have great influence on each other, and make feedback loops, which can lead to unexpected consequences. □ Integrated framework ○ The conceptual framework of agent-based modeling of ecological impact from expansion of development sites is divided into social system and ecological environment system. The social system consists of several elements, and each individual always looks at their neighbors and compares their utility of their current strategies and their utility. ○ Agent scores each item in consideration of the slope, elevation, vegetation preservation grade, and designation of the region, and moves to the region with the highest total score to develop it. ○ The ecological environment system is also composed of several factors, and land-use changes occur according to people's decision-making process and expansion of development sites, causing ecological effects in various aspects. 2. Developing a modeling methodology □ Expansion of development sites and social system modules ○ In this study, each agent in the social system module is human and is located up to one per patch, which is the basic unit that constitutes space. Individuals have different characteristics in terms of age, job, and preferred areas, and individuals make different utility evaluations and decisions. ○ The decision-making process can be modeled based on existing theories established in various disciplines such as sociology, economics, and psychology. According to this theoretical framework, people interact with other neighbors and influence each other. □ Ecological environment and ecological environment system module ○ Ecological impact and eco-environmental systems are modeled by classifying them into several eco-environmental layers. The first layer includes the pollution in residential areas; as well as the spatial location of each individual, it has twice the pollution effect when the contamination areas of agents overlap. ○ The second layer includes a river pollution layer, and agents living along the river discharge different amounts of pollutants into the river. It is different from the land ecological pollution in that the river flows and spreads, and the downstream is more polluted than the upstream. ○ The third layer is for LUCC (land use and cover change), and each patch is divided into different land uses and covers, and biodiversity and ecological services appear differently. ○ Influenced by the agents' decisions, the land use and covering of each patch can be changed, and various layers of ecological environment such as land value, biodiversity and plant diversity, and ecological habitat environment are possible. Various layers of ecological environment can be combined to determine the integrated ecological impact. □ Policy system module ○ In the event of a negative impact on the expansion of development sites and ecological impact, the government will analyze the situation and announce policies to respond to it to minimize damage. Several policies to prevent ecosystem destruction due to expansion of development sites can be tested through agent-based modeling, and there may be regulations on individual decision-making processes. Ⅴ. Conclusion and Suggestion 1. Conclusion ○ In this study, the methodology for predicting the ecological impact of the expansion of the development site was considered. The main content included a theoretical review of natural, social, and engineering ABMs, and domestic and foreign cases of ABMs related to urban expansion and ecological environment. In addition, a methodology for modeling ecological impacts due to expanded development sites through ABM was developed. ○ The methodology of this study can simulate the expansion of development sites in time series through ABM and show how the ecological effects such as damage to ecological habitats/functions and disconnection of connectivity jointly occur in the process of development site expansion. 2. Suggestion ○ If the ecological impact of urban expansion can be evaluated qualitatively (at a minimum level) or quantitatively based on this study, it can be used as basic data for managing the expansion of development sites taking ecological effects into account. ○ If we analyze the results of modeling scenarios on various influencing factors according to the expansion of development sites, it will be possible to derive measures to minimize ecological effects. In addition, modeling related to the expansion of development sites is expected to be highly likely to be used not only for ecological effects but also in urban and environmental fields such as prediction of areas where reckless development may take place.

대규모 인구동태 시뮬레이션을 통한 에이전트 기반 고성능 시뮬레이터의 구현에 관한 연구

김민수,이지환,김영진 한국전자거래학회 2023 한국전자거래학회지 Vol.28 No.1

Agent-based simulation models the interaction of agents acting autonomously within a system in order to deeply understand the behavior and status of the target system. Agent-based simulation has the advantage that it is relatively easy to understand the detailed process of agent activity and the reason for its action, since the individual agent's decision-making can be reviewed in detail. However, since a large number of agents and complex interactions significantly degrade the execution performance of agent-based simulations, the number of agents and interactions are often reduced or simplified for actual simulations. Recently, as access to high-performance computing resources has become popular through continuous technological advancement, there is a growing demand for agent-based simulations to be executed on a real scale without model reduction. However, in order to effectively run large-scale agent-based simulations, significant modifications and development of related technologies are required in the implementation of agents and their interaction with the engine. In this study, by implementing and experimenting with a large-scale population dynamics simulation using the MASON open source solution, authors have examined which technical elements should be included in the development of a high-performance agent-based simulation engine in the future. In the process of speeding up the 120-year population dynamics simulation for the entire population of Korea from 2020, elements to be further developed or supplemented are summarized. It is expected that the results of this study will be of practical help in the implementation of high-performance agent-based simulation engines and the execution of large-scale models in the future. 에이전트 기반 시뮬레이션은 대상 시스템의 동작과 상태를 세부적으로 이해하기 위하여 시스템 내에서 자율적으로 행동하는 에이전트들의 상호작용을 모델링한다. 에이전트 기반의 시뮬레이션에서는 개별 에이전트의 의사 결정을 자세히 검토할 수 있으므로, 에이전트 활동의 세부 과정과 동작 이유를 이해하기가 상대적으로 쉽다는 장점이 있다. 하지만 많은 수의 에이전트와 복잡한 상호작용은 에이전트 기반 시뮬레이션의 실행 성능을 크게 떨어뜨리기 때문에, 실제 시뮬레이션의 수행을 위해서는 에이전트의 수와 상호작용을 축소하거나 단순화하는 경우가 많았다. 최근에는 지속적인 기술 발전을 통해 고성능 컴퓨팅 자원에 대한 접근이 대중화되면서 에이전트 기반 시뮬레이션을 모델의 축소 없이 실제 규모로 실행하고자 하는 요구가 커지고 있다. 그러나 막대한 규모의 에이전트 기반 시뮬레이션을 효과적으로 실행시키기 위해서는 에이전트의 구현 방식과 엔진과의 상호작용에서 상당한 수정 작업과 관련 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 MASON 오픈소스 솔루션을 활용하여 대규모 인구동태 시뮬레이션을 구현하고 실험해 봄으로써, 어떠한 기술 요소가 향후 고성능 에이전트 기반 시뮬레이션 엔진의 개발에 포함되어야 할 것인지를 살펴보았다. 2020년 대한민국 전체 인구에 대한 120년간의 인구동태 시뮬레이션을 고속화하는 과정을 통해 추가 개발되거나 보완되어야 할 요소들을 정리하였다. 본 연구의 결과가 향후 고성능 에이전트 기반 시뮬레이션 엔진의 구현과 대규모 모델의 실행에 실질적인 도움이 될 것으로 기대한다.

에이전트 기반 모델(Agent-Based Model)과 그 정치학적 적용

김영준(Young Joon Kim) 고려대학교 평화와민주주의연구소 2015 평화연구 Vol.23 No.1

에이전트 기반 모델링 (agent-based model)은 컴퓨터 모델링의 한 종류이며 최근 들어 사회과학 연구에서 쓰임새가 점차 늘어나고 있는 컴퓨터 시뮬레이션 연구 방법 중 하나이다. 최근 사회과학 연구의 동향은 개별적 행위자들을 대상으로 한 연구에서 다수의 행위자들의 개별적 행동뿐만 아니라 그들 간 상호작용, 그리고 상호작용으로 인해 파생되는 현상까지로 그 연구 범위를 넓혀가는 추세이다. 이처럼 다양한 행위자들로 구성된 대규모(large-scale)의 연구대상이 동시적으로 벌이는 다차원의 동태적 사회현상을 연구하는 데 기존의 정태적인 연구 방법들은 한계를 노출하였다. 이에 따라 사회과학 연구자들은 새로운 연구 기법을 모색하였고, 에이전트 기반 모델이 주목을 받기 시작한 것이다. 본 논문은 점차 사회과학 영역에서 활용도와 범위가 확산되고 있는 에이전트 기반 모델을 소개하고, 그 활용 방법을 모색하고자 한다. The social sciences seek to understand not only how individual actors behave but also how the interaction of many individual actors leads to large-scale outcomes. Understanding a social system requires more than an understanding of the individual actors that comprise the system. It also requires understanding how the individuals interact with each other, and how the results can be more than the sum of the parts. Agent-based model is a method for studying systems exhibiting the following two properties: (1) the system is composed of interacting agents; and (2) the system exhibits emergent properties, that is, properties arising from the interactions of the agents that cannot be deduced simply by aggregating the properties of the agents. In this paper, I assess the structure and the procedure of agent-based model and review recent contributions of agent-based model to the study of politics.

에이전트 기반 모델(Agent-Based Model)과 그 정치학적 적용

김영준 고려대학교 평화와 민주주의연구소 2015 평화연구 Vol.21 No.1

The social sciences seek to understand not only how individual actors behave but also how the interaction of many individual actors leads to large-scale outcomes. Understanding a social system requires more than an understanding of the individual actors that comprise the system. It also requires understanding how the individuals interact with each other, and how the results can be more than the sum of the parts. Agent-based model is a method for studying systems exhibiting the following two properties: (1) the system is composed of interacting agents; and (2) the system exhibits emergent properties, that is, properties arising from the interactions of the agents that cannot be deduced simply by aggregating the properties of the agents. In this paper, I assess the structure and the procedure of agent-based model and review recent contributions of agent-based model to the study of politics. 에이전트 기반 모델링 (agent-based model)은 컴퓨터 모델링의 한 종류이며 최근 들어 사회과학 연구에서 쓰임새가 점차 늘어나고 있는 컴퓨터 시뮬레이션 연구 방법 중 하나이다. 최근 사회과학 연구의 동향은 개별적 행위자들을 대상으로 한 연구에서 다수의 행위자들의 개별적 행동뿐만 아니라 그들 간 상호작용, 그리고 상호작용으로 인해 파생되는 현상까지로 그 연구 범위를 넓혀가는 추세이다. 이처럼 다양한 행위자들로 구성된 대규모(large-scale)의 연구대상이 동시적으로 벌이는 다차원의 동태적 사회현상을 연구하는 데 기존의 정태적인 연구 방법들은 한계를 노출하였다. 이에 따라 사회과학 연구자들은 새로운 연구 기법을 모색하였고, 에이전트 기반 모델이 주목을 받기 시작한 것이다. 본 논문은 점차 사회과학 영역에서 활용도와 범위가 확산되고 있는 에이전트 기반 모델을 소개하고, 그 활용 방법을 모색하고자 한다.

행위자기반 분석모형을 적용한 건강검진센터의 효율적인 공간배치에 관한 연구

오성진,김광현 한국지역사회건강관리협회 대한건강과학학회 2016 대한건강과학학회지 Vol.13 No.1

Purpose : In the modern society, the social structure is getting more complex due to the development of science and the increase of information, and the relatio n between user and space is also being expressed more diversely. This characte ristic of space as a complex system came to require the methodology to review the functional efficiency from the stage of planning with the objective and quantitative method. Methods : The vision-based analysis method has a limit in analyzing the characteristics of complex system rather than the physical analysis of space. This study proposes a method to analyze the space structure by using the interaction between space and agent based on the agent-based modeling theory that reflects the characteristics of complex system. The study was carried out in the following way. First, through the experiment of proposed model, the vision analysis theory and the agent-based analysis theory were compare d to evaluate the validity and effectiveness of agent-based analysis model. And then, it proposed the possibility of new analysis method by measuring the space sharing rate according to the adjustment of time and space control variables. Results : The results of this study are: 1) Even in the same space structure, the space occupying time of agent has influence on the relativity change of spac e structure; 2) In the spaces with the same topological route, the size change of space also has great influence on the relation of space structure. Conclusion : With this, we can expect the fairly practical effect of the agent -based analysis model when it is applied to the preliminary simulation for the space traffic analysis and the set-up of effective route, as a tool to analyze the emergence phenomena occurred by the interaction between agent and space as the complex system characteristic of space.

공간조절변수를 적용한 행위자기반 분석모형에 관한 연구

이경훈,오성진 한국문화공간건축학회 2015 한국문화공간건축학회논문집 Vol.- No.51

The concept of space syntax, a typical methodology for the spatial analysis, puts its basis on two factors that are important for the spatial use behavior. The characteristic in analyzing the space syntax is, to some extent, different with the users’ space using behavior that takes advantage of actual space, thereby bringing about restrictions and limitations in the following aspects. (1) The unit space is of a value-neutral representation system, which is defined as homogeneous space that excludes the relevant factors influential to the structure, except spatial connections. (2) The spatial connection is based on spatial depth. (3) The prerequisite in all spatial structures is two-way traffic. (4) The closed structure is the prerequisite in which no space exists except the spatial subject to analysis. Given that such restrictive limitations involving the space syntax fail to reflect the actual situations of the spatial structure, agent-based modeling was incorporated as a possible means for the spatial structure analysis by coping with those limitations; for this purpose, the experiment of the proposed model was made to evaluate the validity and the effectiveness of the agent-based model by first of all comparing with space syntax, an analysis based on spatial interactions, whereby the similarity and difference between the level of integration that is a variable of spatial syntax and space sharing rate that is an index for agent-based analysis were verified to propose possibility of the new methodology. The results of this study are: 1) In the spaces with the same topological route, the modeling was analyzed with respect to its validity for use as a spatial analysis methodology through the analysis by applying spatial control variables. 2) Indexes for the agent-based modeling were applied to make possible the spatial analysis considering the user characteristic which supplements the limitations in methodologies.

Agent Based Modeling 기법을 활용한 시스템다이내믹스 모델링

전소연 ( So Yun Jeon ),이혜준 ( Hye Jun Lee ),곽상만 ( Sang Man Kwak ) 한국시스템다이내믹스학회 2006 한국시스템다이내믹스 연구 Vol.7 No.1

A system dynamics model is developed to investigate the applicability of the agent based modeling concept in the system dynamics model. The assumed problem is to forecast the size and structure of the organization with the developing market environment. The agent based modeling concept is applied to the organization part, and the other parts of the model such as market, facilities, etc. are developed with the traditional system dynamics technique. The simulation results show the agent based modeling part can be combined with the traditional system dynamics modeling with more precisions. However, the complexity increases and the simulation times are longer than those of the traditional method.

GIS와 행위자 기반의 비상 대피 모형 개발

유순영 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

Agent-based emergency evacuation modeling has been developed using NetLogo which is a multi-agent programmable modeling environment, and applied for a small area in Yangpyeong, Seoul. Geographic information on buildings and emergency shelters were loaded and used for agents to decide an optimal route to the nearest shelter. Agents were categorized into adults,children, seniors and the disabled based on the speed to evacuate. Evacuation patterns were assumed as follows: 1) Agents head for the nearest shelter. 2) If there are buildings on the way, they rotate until they find a way to the nearest shelter through buildings or the direction is against the shelter or against the direction which they headed for in the previous step. 3) Adults take care of a child within a certain radius and the adults accompanied with a child are slowed down. 4) All agents are retarded in a crowed place in proportion to the number of agents. The simulation results show that the GIS and agent-based modeling well represents the evacuation patterns of the agents assumed for this study. Once the evacuation patterns are provided, the GIS and agent-based modeling will be useful to plan evacuation routes and to create evacuation maps in vulnerable zones. NetLogo를 이용하여 GIS와 행위자 기반의 비상 대피 모형을 개발하고, 소규모 연구 지역에 적용하여 보았다. 서울시 양천동의 공간 정보를 활용하여 비상대피소의 위치 및 행위자의 이동 통로가 구성되었으며, 대피 속도를 고려하여 행위자는 청장년,아동, 노인, 장애인의 4가지 유형으로 구분하였다. 행위자의 행동 패턴은 다음과 같이 가정하였다. 1) 비상대피시 행위자는 가장 가까운 대피소로 향한다. 2) 만약 대피소로의 최단 경로가 건물에 의해 막히면 우회하나, 기존 이동 방향과의 역방향 또는대피소와의 역방향은 택하지 않는다. 3) 청장년은 일정 거리 이내의 아동 대피를 돕고자 하며, 이 경우 청장년의 대피 속도가감소할 수 있다. 4) 모든 행위자는 혼잡한 구간에서 행위자의 수에 비례하여 대피 속도가 감소한다. 모의 결과는 본 연구에서개발된 행위자 기반 모형이 본 논문에서 가정한 행위자의 대피 성향을 잘 모의하고 있음을 보여준다. 재난 유형 및 지역 특성에 따라 비상시 행위자가 취하는 대피 성향 정보가 구축될 경우, 행위자기반모형을 통해 재해 취약자을 중심으로 대피 시뮬레이션이 평가되어, 과학적인 대피로 지정 및 대피지도 작성이 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.

행위자 기반 도시모형의 장점 및 한계 분석에 관한 연구

김동한 국토연구원 2012 국토연구 Vol.75 No.-

Various types of urban models have been developed and used to support planning decision making since the 1960’s. In general, urban models have evolved from early static and aggregate models to recent dynamic and disaggregate ones. Particularly, agent based modelling approach is gaining popularity as a new way to study urban systems from such dynamic and disaggregate perspectives. The purpose of this study is to provide a framework to understand the characteristics of agent based urban models and their uses. To do so, this research starts with reviewing overall trends of urban modelling and explains the notions of agent based models. Then it analyses the cases of agent based urban models in the light of ontological and methodological view points. Based on such classifications, it examines the methodological characteristics of individual agent based modelling research. In the concluding section, the research discusses the strength and limitation of this new modelling approach for the study of urban systems and planning policy support. 1960년대 이후 도시의 변화를 설명하고 도시계획 의사결정을 지원하기 위해 다양한 도시모형들이 개발되고 활용되어 왔다. 이와 같은 도시모형은 다양한 이론과 방법론에 기반을 두고 발전하였는데, 최근에는 도시를 구성하는 개별 행위주체의 의사결정행위에 중점을 두고 도시공간의 변화를 파악하고자 하는 행위자 기반 도시모형에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 다양한 관점에서 연구되고 있는 행위자 기반 도시모형들의 특성과 한계를 파악할 수 있는 분석은 아직 미흡하다. 이에 본 연구는 행위자 기반 도시모형의 특성을 파악할 수 있는 논리적 틀을 정립하고 이를 통해 행위자 기반 도시모형의 연구동향을 분석하고 행위자 기반 도시모형의 장점과 한계를 도출하고자 한다. 이를 위해 먼저 도시모형의 전반적인 발전동향을 살펴봄으로써 행위자 기반도시모형의 위상과 일반적인 특성을 파악한 후, 모형의 존재론적 관점과 방법론점 관점으로 구분하여 분석틀을 정립하고, 이에 기반하여 각 개별 연구사례의 주요 특징을 분석하였다. 그리고 결론으로 도시공간의 변화를 연구하는 새로운 방법론으로서의 행위자 기반 도시모형의 장점과 한계를 제시하였다.

공간 이용자의 이동빈도를 이용한 행위자 기반 공간 네트워크 분석모델 연구

권지훈(Kweon, Jihoon) 한국디지털디자인협의회 2015 디지털디자인학연구 Vol.15 No.2

본 연구는 이용자의 이동빈도를 고려하여 행위자 기반 공간 네트워크 분석모델을 제안하기 위해 수행되었다. 현재까지 공간 구문론이나 가시성 그래프 분석 이론에 기반을 둔 공간분석 모델은 개별 공간 간의 균질적인 상호 가시성을 기술하는 이원적 링크를 고려하는 한계를 보여 왔다. 행위자 기반 모델을 사용하는 선행 분석모델의 연구들은 공간 네트워크의 개념을 고려하지 않는 또 다른 한계를 가져 결과적으로 이들이 부적합한 행위자의 이동을 허용하였고, 물리적 공간에서 이용자의 이동을 수용하지 않는 결과의 생산을 야기하였다. 본 연구에서 제시된 공간 네트워크의 분석을 위한 행위자 기반 모델은 공간 네트워크와 행위자 기반 모델을 그 구현함에 있어 개념 및 분석방법에서 병합하였다. 이 연구는 요소 공간들 간의 구성적 관계를 재현하는 공간 네크워크 모델과 그 모델 상에서 구현된 이용자의 행위자 기반 모델을 사용하였다. 결과적으로 이들 두 모델의 병합은 제안된 분석모델이 건축공간에서 이용자의 이동에 대한 시공간적 특성을 고려하게 하였다. 제시된 모델이 공간에서 다중 사용자의 이동을 고려하는 분석적 연구에 이용되기를 기대한다. This study aimed to suggest an agent-based model for spatial network analysis considering user"s movement frequency. The existing space analysis models based on Space Syntax theory and Visibility Graph Analysis theory have shown limits which considered binal links representing homogeneous inter-visibility between individual spaces. The precedent studies using agent-based models had also another limit neglecting the concept of spatial network so that they allowed inappropriate movements of agents and caused the production of analysis results not affording user"s movements in physical spaces. The proposed agent-based model for spatial network analysis combined the spatial network and agent-based model in concept and analysis method for its implementation. This study used a spatial network model representing configurational conditions between component spaces and an agent-based user model implemented on the spatial network model. As a result, the combination of these two models make the proposed analysis model consider spatio-temporal property of user"s movement in architectural space. The suggest analysis model is expected to be used for the analytic studies considering multiple users" movements in spaces.