Analysis of Foot-and-mouth Disease Diffusion Velocity using Network Tool

네트워크기법을 이용한 구제역 확산 속도 분석

Analysis of Foot-and-mouth Disease Diffusion Velocity

using Network Tool

1)

최석근*ㆍ송해화**ㆍ박경식***

Choi, Seok Keun⋅Song, Hae Hwa⋅Park, Kyeong Sik

要 旨

본 연구는 우리나라의 구재역 문제가 심각한 사회문제로 대두되면서 현재의 방역대 설정에 대한 문제점을 분석하 여 사전 조치를 통한 피해를 최소화하기 위하여 수행하였다. 이를 위하여 구제역 발생 현황을 분석하고, 전국 국도 의 도로망도와 행정구역 경계 등의 자료를 이용하여 도로를 통해 차량으로 전염되는 것을 가정한 후 네트워크 분 석을 수행하였다. 이와 같이 분석된 결과를 이용하여 전파시간을 산정하고, 그 결과를 도로 직선거리 및 도로 실거 리로 구분하여 직선 이동속도 및 도로 실거리 이동속도를 국도별 및 행정구역별로 산출하여 현재의 구제역 방역대 설정방법에 대한 문제점을 분석하였다. 따라서, 본 연구는 구제역 발생지역을 중심으로 전파속도를 산출한 결과 평균 직선 전파속도는 53.9km/day, 평균 도로 실거리 전파속도는 71.1km /day로 분석되어 기존 방역대 설정에 문 제가 있었음을 알 수 있었다.

핵심용어 : 구제역, 방역대, 도로망, 전파속도

Abstract

With the foot-and-mouth disease problems emerging as a serious social issue, this study set out to analyze the problems with the current setting of preventive zones against epidemics and find ways to minimize damage through preventive measures. For those purposes, the study analyzed the outbreaks of the foot-and-mouth disease and assumed that the disease would be transmitted via vehicles along the roads based on the network map of national roads and boundaries among administrative districts to conduct network analysis. The analysis results were then used to estimate spread time, whose results were then categorized according to lineal road distance and actual road distance. Then lineal moving speed and actual moving speed on the road were obtained according to the national roads and administrative districts to analyze the problems with the current method of setting preventive zones against the foot-and-mouth disease. As for spread speed around the areas where the foot-and-mouth disease broke out, the average lineal spread speed was 53.9km/day, and the average spread speed on the road was 71.1km /day, which indicates there are problems with the current method of setting preventive zones against epidemics.

Keywords : Foot-and-mouth Disease, Prevention Areas, Network of Roads, Propagation Speed

1. 서 론

구제역과 같은 질병은 한 번 발생으로 전국적인 피해 를 야기하는 사회문제로 대두되고 있다.

특히 과거는 살처분으로 인한 1차 피해가 컸지만, 최 근에는 가축 수가 많아지면서 매몰지역의 침출수 악취 및 지하수 오염 등 경제적 손실과 주거환경에 대한 위 협까지 확대되고 있는 실정이다.

본 연구에서는 최초 발생한 구제역을 중심으로 발생 상황을 분석하고, 전국 국도의 도로망도와 행정구역 경 계 등의 자료를 이용하여 최초 지역에서 도로망을 통해 차량으로 전염되는 것을 가정한 후 네트워크 분석을 수 행하였다.

본 연구의 분석 결과를 이용하여 전파시간을 산정하 고, 지점 간 직선거리 및 도로 실거리로 구분하여 이동 속도를 산출하였다.

2012년 5월 23일 접수, 2012년 6월 25일 채택

* 정회원ㆍ충북대학교 토목공학부 교수([email protected])

** 교신저자ㆍ청주시청([email protected])

*** 정회원ㆍ인하공업전문대학 항공지리정보과 부교수([email protected])

연구논문 http://dx.doi.org/10.7319/kogsis.2012.20.2.101

따라서 본 연구는 분석된 결과를 토대로 구제역이 도 로망을 통해 전파되는 속도 및 거리를 분석하고, 현재 의 구제역 방역대 설정방법에 대한 문제점을 분석하여 향후 도로를 통해 전염될 수 있는 가축전염병의 효율적 인 방역대 기준설정을 위한 기초자료를 제공하는데 그 목적이 있다.

2. 구제역 현황 및 네트워크 분석 2.1 구제역 특징 및 발생현황

구제역(foot-and-mouth virus)은 소, 돼지, 염소 등 우제류 동물에서 급성, 수포성 및 열성전염병 등으로 빠른 전파력을 가진 바이러스성 전염병이다. 동물에서 임상증상은 체온상승, 식욕부진 및 수포성 병변 출현 등이 특징이며, 입, 비강, 발굽, 유두 등에 특징적인 수 포, 난반, 가피 등이 나타나는 것으로, Figure 1과 같은 증상이 나타난다.

구제역은 사람에게는 감염되지 않고, 오염된 신발, 공기전파, 의복 등의 전파매개체로 작용하나 바이러스 전파력이 빠르며, 발병 후에는 발육장애 및 산유량 감 소 등 직접적인 피해가 매우 크다. 이에 국제수역사무 국(office international des epizooties)에서는 List A급 으로 분류한 15종의 질병 중에서도 가장 중요한 악성 가축전염병으로 지정하고 있다(김병한, 2011).

우리나라 구제역은 2000년 3월 경기도 파주시에서 최초로 신고되었으며, 1934년 북한지역에서 발생한 이 후 66년 만에 발생하였다. 2000년도에는 15건이 3개도 6개시군에서 발생하였으며, 2002년도에는 16건이 2개 도 4개시군에서 발생하였다. 또한 2010년도에는 17건 이 발생하였다.

2010년 11월 28일 안동지역에서 구제역 의심 신고 하여 정밀 검사결과 11월 29일 구제역으로 판명되었으 며, 2011년 4월 20일 205건의 구제역 신고중 양성 152 건, 음성 53건의 구제역이 11개시도 75개 시군구에서 발생하였다. 본 연구에 이용된 시도별 발생현황은 Figure 2와 같다.

Figure 1. Foot-and-mouth disease

Figure 2. Occurrence states by regional groups 우리나라의 구제역 방역체계는 2010년 구제역 발생 당시 ‘농림 수산 식품부 고시 제2010-79호’에 따라 발 생지에서 반경 3km는 위험지역으로, 반경 10km는 경 계지역, 반경 20km는 관리지역 등으로 구분하여 방역 대를 구축하고 있다(농림수산식품부, 2010).

현재 농림수산식품부에서는 ‘가축질병 방역체계 개 선 및 축산업 선진화 방안’이라는 대책을 마련하고, 발 생 초기단계부터 심각단계에 준하는 강력한 방역조치 를 취하고 있다. 또한 중앙·지방·군(軍)간 공조체계를 구축하고, 축산농가와 생산자 단체의 자율방역체계를 구축하는 계획이다(농림수산식품부, 2010). 기존 연구 는 구제역 유입과 전파 요인 등을 고찰하여 구제역 대 비와 전파 차단을 위해 역학적 방법에 의한 인과 관계 등을 조사한 바 있다(이용주 외, 2010).

2.2 네트워크 분석

GIS에서의 네트워크 분석은 여러 분류에 활용도가 많으며, 물류이동 합리화와 응급의료센터의 의료공백 지역 및 구급차의 최적 이동 동선을 구하기 위해 사용 되는 분석기법이다. 본 연구에서는 네트워크 분석을 위 하여 ESRI사의 Arc-GIS Desktop 10을 사용하였으며, 최단/최적 경로분석, 서비스권역분석, Cost Matrix분석 등이 있다. 최단/최적 경로분석은 특정 두 지점간의 경 로를 탐색하는 것으로서 기존에 구축된 포인트나 사용 자가 입력한 지점을 활용하여 분석하며, 경로 선택은 이동 시간 및 거리 최소화 등을 통하여 분석한다.

이러한 네트워크 분석은 건물모델의 네트워크를 구 축하여 건물 내부에서 최적경로분석을 수행하였다(박 인혜 외, 2007).

서비스 권역분석은 접근성을 기반으로 특정지점에서 일정한 시간거리에 있는 도로망을 탐색하는 것으로, 연 결된 도로망을 폴리곤화하여 결과를 표시할 수 있고, 분석옵션을 조정하여 시간의 변화에 따라 서비스권역 을 계층적으로 나타낼 수 있다.

서비스권역 분석은 목적지를 기준으로 조건하의 모

든 경로를 탐색하여 정보를 제공하지만, 최단/최적경로 분석은 설정한 조건에 맞게 목적지에 도착하도록 하나 의 경로를 탐색한다.

3. 구제역 확산 속도 분석 3.1 대상지역 현황

본 연구에서는 구제역 확산현황을 분석하기 위해 2010년 11월 안동에서 발생한 구제역을 시점으로 총 167건의 구제역 발생지 중 구제역 양성판정을 받은 120차 발생지를 대상으로 분석하였다. 이후의 발생지 역은 구제역이 이미 전국적으로 확산된 후에 전파되었 기 때문에 비 규칙적이고 동시다발적인 전파경로를 가 지고 있어 일관성이 결여된 것으로 판단되었으며, 실제 전파경로로 추정되는 양성판정을 받은 120차까지의 데 이터만을 가지고 분석하였다. 또한 동일 주소지 및 동 시간대 접수된 26곳에 대해서는 상위순번 지역만을 선 택하였으며, 구제역의 발생시간차가 큰 3곳은 삭제하였 다. 총 167건 중 음성 판정지역 45곳을 포함하여 총 74 곳의 데이터를 삭제하여 수행하였고, Figure 3은 발생 지역이다.

3.2 구제역 확산 속도 분석

본 연구는 구제역 확산속도를 분석하기 위하여 농림 수산식품부에서 발표한 구제역 발생현황과 국가교통 DB센터의 전국 도로망 데이터 및 행정구역경계를 이 용하여 분석하였다. 이를 위하여 구제역이 발생한 지역 의 신고접수시간을 기준으로 발생 지점간의 도로 상 최 단거리를 산출하기 위해 도로망 네트워크 분석을 Figure 4와 같이 수행하였다.

분석 결과를 토대로 도로 상에서의 구제역 발생 지점

Figure 3. Data of this study area

Figure 4. Network analysis of roads

별 최단거리를 산출한 후, 신고접수 시간차를 기준으로 일별 전파속도를 분석하였다. 총 93개 지점을 92개 노 드로 분리하여 각 지점별 최단거리를 산출하였고, 발생 지점의 위치정보는 개인정보보호법에 따라 상세주소가 공개되지 않으므로 발생지점의 최소행정구역 대표 좌 표를 이용하여 Figure 5와 같이 분석하였다.

1

2

Figure 5. Result of shortest computation

Table 1. Analysis of shortest distance and propagation speed in road

장 소 전파

시간

도로거리 (km)

도로속도 (km/day) 서후면 이송천리 25:25 15.912 15.025

와룡면 라소리 41:20 18.145 10.536 와룡면 가야리 0:20 3.571 257.112

이천동 4:20 15.009 83.127

북후면 오산리 21:20 4.521 5.086

노하동 1:25 7.196 121.909

북후면 물한리 24:35 12.69 12.389 와룡면 태2리 3:10 5.485 41.571 남선면 이천리 2:50 16.913 143.263

… …

계 1150 14317.612

Table 2. Analysis of direct shortest distance and day propagation speed in road

장 소 전파

시간

직선거리 (km)

직선속도 (km/day)

서후면이송천리 25:25 8.94 8.442

와룡면라소리 41:20 12.389 7.194 와룡면가야리 0:20 3.068 220.896

이천동 4:20 9.4 52.062

북후면오산리 21:20 3.656 4.113

노하동 1:25 5.401 91.499

북후면 물한리 24:35 7.115 6.946 와룡면 태2리 3:10 1.65 12.505

… …

계 9533.2

1번과 2번 지점의 최단거리는 15.9km이며, 지점 간 전 파시간은 25시간 25분으로 일별 전파속도는 15.025km 로 분석되었다. 동일한 방법으로 총 92개 노드를 Table 1과 같이 분석하였다.

최단거리별로 분석한 결과 총 전파시간은 1150시간 5분, 이동거리는 14317.612km로 분석되었다. 또한 현 재 설정되어 있는 방역대의 타당성 분석을 위해 직선거 리에 따른 구제역의 전파속도를 Table 2와 같이 분석 하였다.

분석 결과 총 이동거리는 9533.2km이고, 일일 전파속 도가 300Km 이상되는 지점을 제외한 평균이동속도가 2113.3 km/day에서 89.8km/day로 직선 평균이동속도는 65.3km/day로 나타났다. Figure 6은 일일 전파속도가 300Km이상 되는 데이터를 제외한 도로 및 직선의 최단 거리와 전파속도를 나타낸 것이다(송해화 외, 2011).

Figure 6에서 위는 도로 실거리로, 아래는 직선 거리

Figure 6. Direct shortest distance and propagation speed in road

로 전파속도를 분석한 결과이다.

이와 같은 분석 결과 초기에는 발생지를 중심으로 전 파되었으나, 전국적으로 확산된 후에는 동시다발적으 로 전파되어 전파속도 산출에 있어서도 도 단위로 나누 어 분석을 하는 것이 타당한 것으로 판단되었다.

따라서, 전체 발생현황을 도 단위로 구분하여 강원도, 경기도, 경상북도, 충청남북도 등의 5곳을 분석하였다.

분석방법은 각 도별 네트워크 분석을 수행한 후 직선거 리와 도로 거리를 산출하였고, 도별 구제역 전파속도를 분석하였다.

3.3 도별 결과분석

강원도는 총 27곳에서 구제역이 발생하였고, 해안 가보다는 내륙에서 발생빈도가 높았으며, 네트워크 분 석 결과 Figure 7과 같다.

구제역 발생지점 간 거리 및 전파속도를 분석한 결과 Table 3과 같이 나타났다.

Figure 7. Network Analysis

Table 3. Analysis result of distence and propagation speed(GangWon)

장 소 전파 시간

직선거 리(km)

직선속도 (km/day)

도로거리 (km)

도로속도 (km/day) 가정1리 16:40 40.841 58.811 66.811 96.208

학곡리 29:20 25.343 20.735 33.384 27.314 유현3리 5:00 9.898 47.510 11.627 55.810 관우리 11:40 94.881 195.184 143.538 295.278 상걸리 74:00 66.978 21.723 112.066 36.346 정금리 2:50 25.43 215.407 35.226 298.385 유치리 47:50 22.954 11.517 31.607 15.859 상하가리 25:25 21.51 20.311 27.658 26.116 월명리 17:35 70.788 96.621 110.863 151.320 어단리 31:30 97.833 74.539 141.562 107.857

Figure 8. Distance and propagation speed(GangWon)

분석 결과 총 전파시간은 488시간이고, 도로 상 거리 와 직선거리 분석 결과 도로 실거리상 평균이동속도가 87.8km/day, 직선 평균이동속도는 59.3km/day로 Figure 8과 같이 나타났다.

Figure 9에서 위는 도로 상에서, 아래는 직선거리로 분 석한 최단거리와 전파속도를 그래프로 나나낸 것이다.

경기도는 총 23곳에서 전체적으로 고르게 구제역이 발생하였고, 인천광역시는 총 3곳에서 구제역이 발생하 였으며, 지리적으로 경기도와 근접하기 때문에 경기도 를 포함하여 Figure 9와 같이 네트워크 분석을 수행하 였다.

분석 결과 총 전파시간은 578시간이었고, 도로 실거 리상 평균이동속도가 61.7km/day로 직선 평균이동속 도는 50.8km/day로 Figure 10과 같이 나타났다.

경상북도는 총 30곳에서 구제역이 발생하여 전국에 서 가장 많은 구제역이 발생한 지역이다. 최초 구제역 발생지인 안동을 중심으로 집중되고, 전파가 순차적으

Figure 9. Network Analysis(GyeongGi)

Table 4. Analysis result of distance and propagation speed(GyeongGi)

장 소 전파 시간

직선거리 (km)

직선속도 (km/day)

도로 거리 (km)

도로속도 (km/day) 부곡리 16:20 15.615 22.944 19.258 28.297 산남리 81:40 17.509 5.146 23.125 6.796 구중산동 20:20 8.069 9.524 7.993 9.434

신하리 30:40 53.849 42.143 75.175 58.833 양원리 16:45 33.691 48.274 53.114 76.104 조산리 39:55 83.853 50.417 111.501 67.040 안금리 58:10 113.866 46.982 130.502 53.846 오류동 15:50 97.221 147.367 107.747 163.322 사능1리 97:40 31.609 7.767 43.293 10.639

가학동 51:30 38.769 18.067 48.563 22.631 산곡동 44:30 39.979 21.562 48.264 26.030 금삼리 25:00 67.746 65.036 79.865 76.670 화곡리 22:20 8.779 9.434 12.056 12.956 수촌리 23:30 53.42 54.557 68.852 70.317 갈현동 4:50 54.474 270.492 60.036 298.110

Figure 10. Distance and propagation speed(GyeongGi)

Figure 11. Network Analysis(Gyeongbuk)

Table 5. Analysis result of distence and propagation speed(Gyeongbuk)

장 소 전파 시간

직선 거리 (km)

직선 속도 (km/day)

도로 거리 (km)

도로 속도 (km/day) 이송천리 25:25 8.94 8.442 15.912 15.025

라소리 41:20 12.389 7.194 18.145 10.536 가야리 0:20 3.068 220.896 3.571 257.112 이천동 4:20 9.4 52.062 15.009 83.127 오산리 21:20 3.656 4.113 4.521 5.086 노하동 1:25 5.401 91.499 7.196 121.909 물한리 24:35 9.127 8.910 19.702 19.234

태2리 3:10 5.493 41.631 11.12 84.278 이천리 2:50 11.057 93.659 16.913 143.263 성곡리 14:40 16.749 27.407 19.894 32.554 정족리 51:30 37.495 17.473 67.719 31.558 적서동 99:20 40.626 9.816 72.801 17.590 마전리 99:10 37.004 8.956 42.95 10.395 금호리 214:50 69.501 7.764 99.805 11.150 이촌리 66:25 50.938 18.407 77.526 28.014 갈산리 24:25 51.253 50.378 75.458 74.170

Figure 12. Distance and propagation speed(Gyeongbuk)

로 발생된 것으로 나타나 초기 방역 실패가 구제역 확 산에 영향을 미친 것으로 나타났으며, Figure 11은 네 트워크 분석 결과를 나타낸 것이다.

경북의 분석 결과 총 전파시간은 1127시간 25분, 도 로 실거리상 평균이동속도 68.8 km/day, 직선 평균이 동속도는 47.2km/day로 Figure 12와 같이 나타났다.

충청남도는 총 5곳에서 타 지역에 비해 산발적으로 구제역이 발생하였고, Figure 13은 네트워크 분석 결과 를 나타낸 것이다.

분석 결과 총 전파시간은 98시간 50분이고, 도로 실 거리상 평균이동속도가 110.3 km/day, 직선 평균이동 속도는 91.7km/day로 나타났다.

Figure 13. Network Analysis(ChungNam)

Table 6. Analysis result of distance and propagation speed(ChungNam)

장 소 전파 시간

직선거 리(km)

직선속도 (km/day)

도로거리 (km)

도로속도 (km/day)

속창리 - - - - -

관성

2리 10:35 10.012 22.704 9.9564 22.578 사호리 12:05 83.255 165.362 100.8367 200.283 송정리 12:00 79.292 158.584 97.9752 195.950 도곡리 64:10 54.162 20.258 59.9007 22.404

Figure 14. Network Analysis(ChungBuk)

충청북도는 북부지역 총 8곳에서 구제역이 발생하였 으며, 경상북도 안동보다는 지리적 접근성이 좋은 경기 도와 강원도 지역에서 전파된 것으로 Figure 14와 같이 분석되었다.

분석 결과 총 전파시간은 280시간 40분이고, 도로 상 거리와 직선거리 분석 결과도로 실거리상 평균이동속 도가 26.8km/day로 직선 평균이동속도는 20.4km/day 로 나타났다.

Table 7. Analysis result of distance and propagation speed(ChungBuk)

장 소 전파 시간

직선거 리(km)

직선속도 (km/day)

도로거리 (km)

도로속도 (km/day)

방축리 - - - - -

도하리 17:05 19.041 26.750 23.4917 33.003 호산리 23:15 32.226 33.266 39.4257 40.697 대정리 2:50 3.265 27.656 4.7603 40.323 성재리 73:40 36.398 11.858 48.9343 15.942 신청리 70:20 46.977 16.030 62.2199 21.231 대전리 27:40 18.809 16.316 25.9246 22.489

도화

1리 65:50 29.694 10.825 38.4315 14.010

Table 8. Analysis result of direct distance and propagation speed in road

구분 총 전파 횟수

평균 전파 시간

직선 도로

총 이동 거리

평균 이동 거리

평균 이동 속도

총 이동 거리

평균 이동 거리

평균 이동 속도 강원 17 30:17 841.3 52.6 59.3 1284 80.3 87.8 경기 18 34:00 743.2 43.7 50.8 926 54.5 61.7 경북 28 41:45 891.1 33.0 47.2 1476 54.7 68.8 충남 5 24:42 226.7 56.7 91.7 269 67.2 110.3 충북 8 40:05 186.4 26.6 20.4 243 34.7 26.8

도 평균 34:10 577.7 42.5 53.9 839.6 58.3 71.1

본 연구에서는 구제역 발생 데이터를 가지고 전국을 대상으로 분석한 결과 최초 경상북도 안동에서 구제역 이 발생하였으나, 시간이 경과함에 따라 전국으로 확산 되면서 동시다발적으로 발생되는 경향을 나타냈다.

따라서 전국을 대상으로 발생지점을 분석하는 것은 오류가 많아 신뢰성이 결여될 수 있으므로 본 연구에서 는 도 행정구역별로 구분하여 Table 8과 같이 분석하 였다.

도 단위로 일일 전파속도를 분석한 결과 평균전파시 간은 34시간 10분, 도로를 중심으로 직선거리의 평균 이동거리는 42.5km, 평균이동속도는 53.9km/day로 나 타났고, 도로 노선을 따라 분석한 도로평균이동거리는 58.3km, 평균이동속도는 71.1km/day로 나타났다.

따라서, 본 연구에서는 현재 국내에서 적용되고 있는 방역지역(발생지로부터 20km이내)의 범위가 본 연구 에서 산출된 직선 전파속도보다 좁은 범위로 설정되어 있어 초기 방역 실패의 원인일 가능성이 크기 때문에 방역지역을 70km/day로 확대해야 할 것으로 분석되었 다.

3. 결 론

본 연구는 현재의 국가에서 시행하고 있는 구제역에 대한 대응상의 문제점을 분석하기 위하여 구제역 전파 현황을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

첫째, 구제역 발생 현황을 분석한 결과 초기에는 발 생지를 중심으로 전파되었고, 전국으로 확산된 이후에 는 동시다발적으로 발생되어 전체 대상지역 자료를 일 괄적으로 분석하는 것은 적합하지 않고, 자치단체별로 방역대를 설정하여 방역작업을 수행하였기 때문에 전 파속도 산출에 있어서도 도 단위로 하는 것이 적합한 것으로 분석되었다.

둘째, 도 행정구역을 기준으로 분석한 결과 평균 전 파 시간은 34시간 10분, 도로 직선거리 평균전파속도 는 53.9km/day, 도로 실거리 평균전파속도는 71.1km /day로 분석되어 현재 국내의 구제역 방역지역 20Km/day를 70Km/day 정도로 확대해야 하는 것을 알 수 있었다.

감사의 글

본 연구는 2011년도 충북대학교 학술연구지원사업의 연구지원비에 의하여 연구되었으며, 이에 감사드립니다.

참고문헌

1. 김병한, 2011, “구제역확산 원인 및 전파경로 분석 결 과”, 국립수의과학검역원 보도자료, pp.1-4.

2. 농림수산식품부, 2010, “고시 제2010 -79호 구제역 방 역 요령”, 농림수산식품부, pp.5-8.

3. 농림수산식품부, 2010, "구제역 긴급 행동지침", 농림수 산식품부, pp.22-107.

4. 박인혜, 전철민, 치윤수, 2007, “건물 내부공간의 최적 경로 탐색을 위한 3차원 네트워크 모델링”, 한국지형공 간정보학회지, 제15권 제3호, pp.27-32.

5. 송해화, 임희창, 조의환, 최석근, 2011, “GSIS를 이용한 구제역 확산경로 분석”, 한국지형공간정보학회 학술발 표회.

6. 이용주, 신만섭, 윤하정, 장우석, 황성철, 김연주, 정지 원, 이상진, 2011, “2010년 1월 한국에서의 구제역 유 입 및 전파 요인에 관한 역학적 특성”, 한국수의공중보 건학회지 34권 3호, pp.203-206.