GIS에서의 수요 데이터 이용과 공간 단위 설정 문제 연구 : 입지-배분 모형을 중심으로 = Study on The use of demand data and The zoning problem

국문 초록 (Abstract)

GIS(geographic information system), 지리정보체계는 컴퓨터 시스템을 기반으로 하여 다양한 지리 정보를 수집 ․ 구축 ․ 유지 ․ 관리 ․ 편집 ․ 분석하고 고부가가치의 정보를 추출한 뒤 이를 표현할 수 있게 고안된 종합적인 정보처리시스템이다. 그러나 지금까지의 GIS 관련 연구는 이를 공간 분석에 어떻게 이용하여 무엇을 얻을 수 있는지에 대한 논의를 중심으로 주로 기술지향적인 방향으로 이루어져 왔다. 그러나 비공간적 정보를 대상으로 하는 기타 정보처리시스템과 달리 지리적 공간(geographic space)상에서 발생 ․ 수집 ․ 관리되는 지리 정보를 바탕으로 한다는 점에서 단순한 기술(technic)로서 GIS에 접근하는 것은 한계가 있다. 즉, 아무리 훌륭한 분석 기법이라고 할지라도 복잡한 현실 세계의 지리 정보들이 GIS환경에서 적절하게 지리정보화 되지 못한다면 그 의미는 줄어들 수 밖에 없다.
본 연구는 분석 모형을 적용하여 공간 문제의 대안을 얻고자 했던 기존 연구와는 달리 GIS환경에서 이용되는 공간 정보의 특성에 관심을 갖는다. 이를 위해 입지-배분 분석(location-allocation analysis)을 사례로 이에 필요한 수요에 관한 데이터(demand data)의 공간(spatial) 및 속성(attribute) 정보를 현실과 유사한 조건으로 구축하였다. 이 때 개별 수요에 관한 정확한 정보를 획득하여 이를 바탕으로 데이터를 구축하는 것이 가장 바람직한 방법이지만 이에 관한 정보의 획득이 어려울 뿐만 아니라 정보를 획득한다고 할지라도 데이터의 양이 방대하여 분석의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서 분석에 이용되는 데이터는 개별 데이터를 적정 수준으로 통합(aggregation)하여 이용할 수 밖에 없으며, 처음에 통합된 형태로 제공된 데이터를 이용해야 하는 경우도 있다. 여기서 주어진 개별 데이터의 정보 손실을 최소화하는 데이터 통합을 위해 어떤 형태, 어느 정도 크기의 통합을 위한 공간 단위를 이용할 것인가의 문제가 발생한다.
본 연구에서는 실제 인구의 분포 및 밀집 상태를 반영할 수 있는 인구 중심점(population centroid)으로 수요 데이터를 구축하였다. 이를 위해 먼저 1:25,000 수치지도에서 주택 폴리곤을 추출한 뒤 이를 개별 수요의 위치로 간주하였다. 다음으로 개별 수요지인 주택에는 각 주택별 거주 세대수의 비율에 따라 가중치를 부여함으로써 더 많은 수요가 분포하는 지역에서 수요의 위치나 규모를 대표하는 점형(point)의 인구 중심점이 수요점(demand point)으로 나타날 수 있도록 하였다. 특히 점형의 수요 데이터 이용 방식은 수요지와 공급지간의 거리 측정이 쉽게 때문에 분석의 효율을 꾀할 수 있으며, 간단한 지도화를 통해 주어진 지역의 수요 분포 상태 및 규모 현황 등을 파악할 수 있으므로 그 자체가 분석 기법이 될 수 있다.
다음으로 통합된 데이터의 손실률을 최소화하는 적정 크기의 공간 단위 설정을 위해 주어진 연구 지역을 적정 크기의 방형격자망으로 분할(partitioning)하여 개별 데이터 통합을 위한 통합 공간 단위(aggregated spatial unit)로 이용하고자 하였다. 방형격자망은 비교적 간단한 방법으로 지역을 분할할 수 있는 방법인 동시에 연구 지역인 경상남도 창원시의 경우 도로망을 중심으로 도시가 격자형(grid)의 패턴으로 구성되어 있기 때문에 방형격자망 이용 방식이 적합한 것으로 보인다. 하나의 격자에 여러 개의 행정구역이 포함될 경우에는 행정구역의 개수만큼 격자를 분할함으로써 서로 다른 행정구역에 포함되는 데이터가 동일한 것으로 간주되어 통합되지 않도록 하였다. 또한 방형격자망의 크기에 따라서 구축되는 데이터의 특성과 그에 따라 분석의 결과가 달라질 수 있기 때문에 이를 살펴보기 위해 창원시 주택필지 구획 기준에 따라 최소 50m에서부터 최대 1000m 크기로 50m 단위로 격자의 크기를 증가시키면서 데이터를 구축하고 입지-배분 분석을 실시하였다. 방형격자망 이용 방식은 행정동 ․ 읍 ․ 면과 같은 행정구역을 바탕으로 수요 데이터를 구축하여 이용했던 기존 방식에 비해 미시적인 수준의 데이터 구축이 가능하기 때문에 분석 결과의 질(quality)에서 향상을 기대할 수 있다.
그러나 방형격자망 이용 방식은 인구의 밀집 여부와 관계없이 연구 지역 전체를 동일한 크기의 공간 단위로 분할하게 되는 한계를 지니며, 격자의 크기가 작아질수록 현실과 유사한 수준의 데이터 구축이 가능하기는 하지만, 그에 따라 데이터의 양이 증가하므로 분석의 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 이를 보완하기 위해 인접거리 제약(contiguity constraint)을 이용하여 방형격자망으로 1차 분할된 연구 지역의 2차 통합을 시도하여 새로운 통합 공간 단위를 생성한 다음 수요 데이터를 구축하였다. 특히, 이 과정에서 분석에 이용되는 통합 공간 단위의 형태나 크기 등은 구축되는 수요 데이터 및 분석의 결과에도 직접적인 영향을 미칠 수 있으며, 본 연구에서는 이 문제를 ‘공간 단위 설정의 문제(zoning problem)'로 정의하였다.
마지막으로 공간 단위의 설정이 공간 분석의 결과에 미치는 영향을 검증하기 위해 인접거리 제약을 통해 통합 공간 단위를 50, 100, 200, 400, 800개의 5수준에서 서로 다른 형태를 가진 통합 공간 단위를 각 20개씩 생성하였다. 각 통합 수준 및 형태별로 수요 데이터를 구축한 후 입지-배분 분석을 실시한 결과 목적함수 및 입지-배분 결과는 서로 상이하게 나타나고 있기 때문에 분석의 결과가 공간 단위의 특성에 민감하게 반응하고 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 목적함수의 통계값 중심으로 공간 단위 설정의 문제를 살펴보려고 했던 기존 연구와는 달리 본 연구에서는 D-value 측정을 통해 최적 입지의 결과가 공간 단위 설정에 따라 어떻게 반응하는지를 살펴보았다.
본 연구는 GIS를 이용하여 주어진 공간 문제의 결과를 얻고자 하기보다 GIS 공간분석의 기초적인 개념을 이론적으로 살펴보고자 하였다. 특히 인구 중심점 및 인접거리 제약을 통한 공간 단위 생성 과정 등을 다양한 매개 변수를 이용하여 확장하는 추후 연구가 이루어진다면 다양한 공간 문제를 해결하기 위한 분석 기법으로 활용 가능할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 연구 과정 및 자료 4
• 3. 연구의 한계 9
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 검토 11
• 1. 입지-배분 분석과 공간 단위 설정의 문제 11
• 2. 기존 연구 동향 및 본 연구의 차별성 21
• Ⅲ. 입지-배분 분석을 위한 수요 데이터 이용 방법 28
• 1. 기존 연구의 수요 데이터 이용 방법 28
• 2. 인구 중심점을 이용한 수요 데이터의 이용 방법 38
• 3. 행정구역과 인구 중심점을 이용한 입지-배분 분석 48
• Ⅳ. 입지-배분 분석을 위한 공간 단위의 설정 59
• 1. 방형격자망을 이용한 공간 단위의 설정 59
• 2. 인접거리제약을 통한 공간 단위 설정 82
• Ⅴ. 결론 103
• 참고문헌 107
• Abstract 112
• 부록 115