(1) 토지이용 혼재의 개념
토지이용 혼재도는 토지이용이 얼마나 질서있는 상태인가를 나타내는 척도를 말한 다. 동일한 크기의 공간에 여러 물질이 동일한 비율로 들어있더라도, 질서정연한 상태 와 무질서한 상태는 차이가 존재한다는 것에서 착안한 것이다.
그림 3-1 무질서한 상태 (좌) 와 질서 정연한 상태 (우)
현재 토지이용 혼재를 측정하기 위한 개념이 정립된 것은 아니다. 학문 분야와 저자 에 따라 혼재 또는 혼합, 질서/무질서, 균등/불균등, 유사성/다양성, 분리/복합 등의 용어를 이용하고 있다. 본 연구에서는 서로 특성이 다른 토지이용이 한 지역에서 다수 발생할 때 생길 수 있는 문제점을 부각하기 위하여, 부정적 의미에서 토지이용혼재라 는 용어를 대표 용어로 활용하였다.
토지이용의 혼재를 나타내는 지표는 연구 문헌에 따라 다양하게 나타난다.
국내에서는 토지이용혼재를 측정하는 방법과 실태에 대한 연구 보다는 토지이용행태 의 한 속성으로 보아서, 대중교통이나 보행, 이산화탄소 발생 등에 영향을 주는 요인으 로 보는 연구가 주로 이루어지고 있다.
특히, 2010년 이후 부터는 도시지역에서 토지이용의 혼합이 가지는 긍정적인 측면
에서의 연구가 많이 이루어졌는데, 주거와 상업시설의 적절한 혼합이 이루어질수록 대 중교통의 수송분담율, 보행비율 등을 높이고, 지역주민의 사회성 측면과 환경측면에서 도 도움이 된다는 연구결과가 대체로 도출되고 있다(<표23>).
해외에서는 토지이용혼재와 지역주민의 행태에 대한 연구와 더불어, 보다 다양한 방 법으로 토지이용의 혼재를 측정하고자 하는 노력이 있다. 특히, Hajna et al.(2014)는 토지이용 혼재의 측정법을 연구하였는데, 현재 가장 널리 쓰이고 있는 엔트로피지수의 문제점을 지적하고, 엔트로피 지수 이외의 측정방법에 대하여 가상의 공간에 대하여 시뮬레이션 분석을 실시하였다. Bordoloi et al.(2013)에서도 엔트로피지수와 엔트로 피 지수와 차이성 지수(dissimilarity)를 이용하여 토지이용혼합도를 분석하려고 시도 하였음. 특정 셀의 분석, 셀 간의 토지이용 상호작용을 분석에 포함하지 못한다는 문제 점에 대하여, 특정 셀의 토지이용 구성을 분석하기 위한 Mix type Index와 토지이용의 전반적인 분포를 분석하기 위한 Area Index를 마련하고, 동시에 분석하는 방법을 활용 하였다. Brown et al.(2009)은 토지이용혼재와 보행과의 관계를 분석하였으며, 이때 토지이용혼재 분석에서 엔트로피지수가 가지는 문제점을 지적하고, 근접지수나 비율지 수 등의 대안적 방법을 모색하고 있다.
표 3-1 토지이용 혼재 관련 국내 연구 현황
분야 저자(년도) 연구목적 토지이용혼재 관련 지수
대중 교통
손동욱·김진 (2010)
토지이용혼합 등이 대중교통 활성화에 미치는 영향분석
주거 대비 상업 업무용도의 혼합비
이연우 외 (2012)
토지이용혼합 등이 대중교통 활성화에
미치는 영향분석 엔트로피 지수
보행
이경환 외
(2014) 보행환경요인이 보행통행에 미치는 영향 엔트로피 지수 이정우 외
(2015)
가로유형별 물리적 환경특성과
보행량간의 연관성 분석 엔트로피 지수
강창덕
(2013) 보행편의성 지수 개발 엔트로피 지수
윤정미·최돈정
(2015) 유동인구와 토지특성 관계
엔트로피 지수 Morans'I Getis-Ord Gi*
김희철 외
(2014) 보행환경요인이 보행통행에 미치는 영향 엔트로피 지수
쇼핑 정하림·최창규
(2013)
근린 토지이용 특성의 쇼핑통행 선택 영향
주거대비 비주거면적의 비율 엔트로피 지수
사회성 고은정·안건혁
(2014) 근린환경특성과 사회적 다양성과의 관계 심슨 다양성 지수 엔트로피 지수
환경
김민주 외
(2010) 토지이용혼합과 이산화탄소배출 허쉬만-허핀달 지수 (HHI) 김병석·문태훈
(2014) 도시공간구조와 이산화탄소배출
지니(Gini)계수 타일(Theil)지수 상대엔트로피지수
경관 정승현·김혜령
(2011) 경관의 복잡성 측정 엔트로피 지수
(주거형태, 높이)
지역 특성
김항집
(1998) 토지이용 혼합 주상복합(혼합) 건축물 비율
서원석·김리영
(2010) 토지이용과 도시압축성
지니(Gini)계수 타일(Theil)지수 상대엔트로피지수
준주거지역 비율
난개발
이경주·권일
(2013) 공장입지 패턴 분석 베르누이 모형(Bernoulli model)을 적용한 공간군집도 이건호·장현봉
(1994) 토지이용 공간분포 분석 엔트로피 지수
정원욱
(2011) 토지이용혼재 실태분석 사례 분석
임은선 외
(2006) 도시공간구조 분석 복합적 토지이용의 비율
(2) 토지이용 혼재 지표
혼재도를 측정하는 지수로는 엔트로피 지수가 가장 널리 쓰이고 있다. 엔트로피는 열과 관련된 물리현상을 이해하는 열역학의 주요 개념 중 하나로서, 일반적으로 자연 환경에서는 엔트로피지수가 커지는 상태로 자발적인 변화가 발생한다. 즉, 엔트로피 지수는 무질서를 나타내는 척도로서, 무질서도가 클수록 엔트로피 지수가 크게 나타난 다.
그밖에도, 혼재 또는 불균등을 나타내는 많은 지표가 있는데, 여기에는 Percentage and proportions, Balance Index (BAL), HerfindahlHirschman Index (HHI), Atkinson Index (ATK), Clustering Index (CLST), Dissimilarity Index (DIS), Exposure Index (EXP), Gini Index (GINI) 등이 있다. 이들 지표는 여러 방법이 측 정의 목적, 관점, 분석내용 등에 따라 다르기 때문에 토지이용의 혼재를 측정하기 위한 지표로서는 다양한 검토가 필요할 것으로 보인다.
(3) 엔트로피 지수(Entropy Index)와 토지이용혼합지수(LUM)
엔트로피 지수는 각 유형들의 분포가 균등한가, 또는 소수의 유형이 지배적인 비율 을 갖고 있는가를 나타내는 지표이다. 엔트로피 지수의 측정값은 단일 용도일 때 0, 용도가 혼합되면 log10(k)의 값을 나타낸다. Cervero(1996)와 Frank & Pivo (1994) 는 토지이용 다양성을 측정하기 위해 엔트로피 지수를 사용하였으며, 국내에서도 많은 연구에서 적용하였다(<표3-1>).
Entropy Index =
× log=총 용도의 개수
=i 용도의 면적 비율
토지이용혼합지수(LUM)는 엔트로피 지수 값의 범위를 용도의 개수에 대한 자연 로 그에 따라 0~1 사이로 표준화시킨 지수이다. 토지이용의 혼합도를 측정하는 데 일반적 이며 광범위하게 사용된다.
Land Use Mix Index =
ln ln =총 용도의 개수
=i 용도의 면적 비율
토지이용혼합지수는 대상지역 내 2개 이상 용도의 혼합정도를 파악할 수 있으며, 개 별 용도가 차지하고 있는 비율로 측정한다. 값의 범위는 단일 용도일 경우 0, 용도가 모두 동일한 비율일 경우 1을 나타낸다.
그러나 토지이용혼합지수(LUM)는 혼합되는 용도에 상관없이 비율이 같으면 동일한 값을 가지게 되므로, 혼합되는 용도의 질적 다양성을 확인하지 못하는 한계를 가진다 (Cerin et al, 2007; Brown et al, 2009; Duncan et al, 2010; Christian et al, 2011; Manaugh, 2013; Hajna et al, 2014). 예를 들어, 2개의 용도를 가진 지역 vs 3개의 용도를 가진 지역(<그림3-2> 참조)에서 두 지역 모두 엔트로피 지수는 1이다(N 이 달라지기 때문). 따라서 N을 고정해야 의미있는 비교가 가능하다 (<그림13>의 경 우, 0.63대 1)
그림 3-2 엔트로피 비교 오류 사례
출처 : Hajna et al., 2014: 80
또한 엔트로피지수나 토지이용혼합지수는 토지이용을 분석함에 있어, 공간단위 (unit)를 어떻게 구분하는가에 따라 상이한 연구결과가 도출된다(Song, 2013: 4). 똑 같은 토지이용임에도 셀의 크기, 개수, 분할선에 따라 결과가 달라진다(<그림 3-3>참 조). 따라서 분석에 맞는 적정 규모의 공간단위를 설정할 필요가 있다.
그림 3-3 공간단위 구분에 따른 분석결과의 차이 예시
출처 : Song, 2013: 4