23 1 (2017) 136-150
서 론 1.
1)
오늘날 도시화에 따른 도시의 환경변화는 그 어느 때보다도 중요한 논제이다 . 1990 년대부터 지속가능 성에 대한 논의가 본격적으로 시작되면서 토지이용변 화를 분석한 다양한 연구도 이러한 경향을 반영하여
녹지를 활용한 도시계획 및 설계에 보다 많은 관심을 가지게 된다 (Kong and Nakagoshi, 2006; 이현우 ・ 이관규 , 2007; Zhou and Wang, 2011). 도시 내 녹 지는 도시공간을 구성하는 자연적 요소들 가운데 도 시 경관의 얼개를 형성하는 공간시설이자 도시의 환 경적 및 생태적 기능을 수행하는 그린인프라 (green
***
이 논문은 주저자의 박사학위논문 중 일부를 수정 보완한 것임・.
***
경북대학교 사회과학연구원 연구원(Research Fellow, Institute for Social Science Research, Kyungpook National University)([email protected])
***
경북대학교 지리학과 부교수(Associate Professor, Department of Geography, Kyungpook National University) ([email protected])
화소 기반 공간메트릭스를 이용한 도시 녹지의 공간적 변화 분석 대구시를 사례로: *
서현진 **・ 전병운***
Analyzing the Spatial Change of Urban Green Spaces with Cell Based Spatial Metrics : A Case Study of Daegu*
Seo, Hyun-Jin **・ Jun, Byong-Woon***
요약 본 연구는 화소 기반 공간메트릭스를 활용하여 대구시를 사례로 :
1989
년부터2009
년까지 도시 녹지에 대한 공간적 변 화를 분석하였다 이를 위해 먼저 토지피복 변화탐지를 통해 대구시 녹지가 다른 토지피복으로 전환된 유형과 면적 및 공간적.
분포를 분석하였다 다음으로 국지적 차원의 공간적 변화를 도출할 수 있는 이동창 샘플링을 적용하여 크기 형태 응집 다양. , , ,
성 관련 화소 기반 공간메트릭스를 산출하였으며, 1989
년에서1998 , 1998
년 년에서2009
년까지 공간메트릭스 값의 변화를 차이지도로 시각화하여 종관 분석을 수행하였다 마지막으로 대구시 시가지 개발축에 따른 녹지의 공간적 변화를 파악하기 위.
하여 횡단축 분석을 수행하였다 분석 결과 지난 년 동안 대구시 녹지는 달성군 성서 및 안심 등과 같은 신시가지의 택지개. , 20 ,
발지구를 중심으로 점차 파편화된 것으로 나타났다 산림은 화원 일대의 파편화가 가장 두드러지게 나타났으며 그 진행속도. ,
에 있어서는 칠곡 일대가 가장 빠르게 변화하였다 초지는 많은 지역에서 그 면적과 응집지수가 감소하여 파편화가 크게 나타.
났으며 특히 안심 일대의 파편화가 가장 많이 나타났다 본 연구를 통해 대구시 녹지의 양적 감소 뿐만 아니라 파편화가 진행, .
된 지역을 도출할 수 있었다 이러한 결과는 대구시가 친환경적인 도시개발정책을 수립하는데 있어 중요한 기초자료로 활용될.
수 있을 것이다.
주요어 도시 녹지 공간메트릭스 이동창 차이지도 횡단축 분석:
, , , ,
Abstract This study analyzed the spatial change of urban green spaces in Daegu from 1989 to 2009 using cell
:based spatial metrics. To do so, the conversion process of land covers during the past 20 years was explored using a land cover change detection matrix. The synoptic analysis with a moving window sampling strategy was conducted to quantify cell based spatial metrics related to size, shape, cohesion, and diversity and to explain the spatial change at the local level. Difference maps were then generated by subtracting the 1989 maps of spatial metrics from the 1998 maps and the 1998 maps from the 2009 maps. The gradient analysis was performed to identify the directional change of spatial metrics along an urban development axis in Daegu. The results from this study show that urban green spaces in Daegu during the past 20 years have been gradually fragmented around the new town housing development districts such as Dalseong-gun, Seongseo, and Ansim. Forests were most prominently fragmented in the Hwawon area while most rapidly in the Chilgok area. Grasslands were largely fragmented in many areas due to the decrease in size and cohesion indices and most fragmented in the Ansim area. The spatial pattern of the decreased and fragmented urban green spaces identified by this study can be used as a base data for establishing the environment-friendly urban development strategy in Daegu.
Key Words Urban Green Space, Spatial Metrics, Moving Window, Difference Map, Gradient Analysis.:
로서 도시화에 따른 도시 환경의 변화 infrastructure)
를 평가할 수 있는 가장 대표적인 지표로 활용될 수 있기 때문이다 (Benedict and McMahon, 2001).
실제 도시화를 경험한 대부분의 도시에서 녹지 지 역이 도시 지역으로 전환됨에 따라 도시 환경이 매우 큰 영향을 받은 것으로 확인되고 있으며 녹지의 양적 , 감소 모양 및 형태의 복잡화 파편화 등에 의한 환경 , , 적 기능의 저하가 이제는 되돌릴 수 없는 수준에 이르 렀다고 보고된다 (Tian et al ., 2011). 이에 지속가능 한 도시개발의 방향과 강도를 결정하고 난개발과 같 , 은 부작용의 영향을 최소화하기 위하여 도시 녹지의 변화 분석 및 모니터링의 필요성이 점차 강조되고 있 는 상황이다 (Berling-Wolff and Wu, 2004).
그러나 국내의 경우 도시 녹지의 공간적 변화를 분 , 석한 많은 연구들이 시가화지역의 확산에 따른 녹지 비율의 증감 등에 초점을 두고 있다 이인성 한재웅 ( ・ ,
이현우 이관규 이처럼 단순히 녹지의 2001; ・ , 2007).
총량적인 측면만을 평가하게 되면 대규모의 녹지 전 환 혹은 잠식이 거의 이루어지지 않는 도시들이나 지 형적인 특성으로 인해 도시 지역으로의 전환이 어려 운 녹지 지역을 많이 포함하고 있는 도시들은 비효율 적인 정책을 수립할 가능성이 높다 실제로 도시화가 . 상대적으로 안정기에 접어든 도시를 대상으로 녹지 의 공간적 변화를 분석한 국외 사례 연구를 보면 녹 , 지의 총량적인 변화 보다는 공간적인 형태나 분포와 관련된 변화가 더 크게 나타나고 있다 (Kong and Nakagoshi, 2006).
도시 내 녹지의 공간적 변화는 도시화에 의한 토지 이용변화에서 기인하므로 이러한 과정을 잘 포착할 수 있는 지표의 선정이 필요하다 일부 연구자들은 경 . 관요소들의 구성과 분포를 기하학적으로 분석해 볼 수 있는 경관메트릭스 가운데 도시의 공간적 변화를 분석하는데 적합한 경관메트릭스들을 공간메트릭스
로 정의하고 미국과 인도 등에서 도 (spatial metrics) ,
시화가 급격하게 진행된 도시를 사례로 하여 실증적 으로 분석을 수행하였다 (Herold et al ., 2005; Jain et al ., 2011). 국내의 연구들도 도시화에 의한 도시 의 공간적 변화를 분석하기 위하여 이러한 변화를 보 다 잘 파악할 수 있는 경관메트릭스를 선정하여 대전 시 천안시 화성시 용인시 등을 사례로 실증적인 분 , , , 석을 수행하였으나 이동근 최혜영 ( ・ , 2008; 황철수 ,
권선순 등 도시화가 상대적으로 안정 2010; , 2012),
기에 접어든 도시를 사례로 녹지의 공간적 변화를 실 증적으로 분석한 연구는 이루어지지 않은 실정이다 .
공간메트릭스는 분석 자료의 해상도나 지수를 산출 하는 샘플링 방법에 따라 값이 매우 달라질 수 있다 특 . 히 샘플링 방법을 적용하지 않으면 연구지역 전체의 , 공간적 변화를 하나의 평균 값으로 산출하기 때문에 국지적인 차원의 공간적 변화를 파악하는데 많은 한계 가 있다 이러한 한계를 보완하기 위하여 다양한 공간 . 메트릭스의 샘플링 기법이 제안되었으며 (McGarigal,
그 중 이동창 샘플링 기법이 토지이용 및 녹지 2014),
의 변화를 분석하는데 활용되었다 (Luck and Wu, 이동창 샘플 2002; Kong and Nakagoshi, 2006).
링 방법은 공간메트릭스의 값을 화소별로 도출할 수 있기 때문에 국지적인 공간적 변화를 파악하는데 상 당히 유용하다 그러나 국내에서는 이동창 샘플링 방 . 법을 통해 공간메트릭스를 산출한 실증적 사례가 없 으며 시계열적인 공간메트릭스 변화 값을 차이지도 , 로 시각화하여 공간적 변화를 분석 (difference map)
한 연구는 국외에서도 이루어지지 않은 실정이다 이 . 에 본 연구는 대구시를 사례로 이동창 샘플링을 적용 하여 산출된 화소 기반 공간메트릭스를 활용하여
년부터 년까지 도시 녹지의 공간적 변화를
1989 2009
분석하고자 한다 .
도시 녹지의 변화 분석을 위한 2.
공간메트릭스의 활용
도시화에 따른 녹지의 변화를 분석한 기존의 연구
는 주로 토지피복 상 양적인 변화와 식생지수의 변화
등과 같이 총량적인 변화를 분석하는 방법을 주로 활
용하였다 (Amiri et al ., 2009). 그러나 대구와 같이
도시화가 상대적으로 안정기에 접어든 도시들은 대규
모의 녹지 감소가 나타나지 않기 때문에 단순히 양적
인 변화만을 측정하는 것은 한계가 있다 이러한 한계 .
를 보완하기 위하여 녹지의 형태 응집 다양성 등의 , ,
변화를 분석할 수 있는 공간메트릭스가 활용되고 있
다 공간메트릭스는 경관요소의 구성과 분포를 공간 .
통계학적으로 분석하는 경관메트릭스 중에서 도시의
공간적 변화를 분석하는데 적합한 경관메트릭스를 말
한다 (Herold et al ., 2005; Jain et al ., 2011). 경관
메트릭스는 경관의 구조적인 변화를 분석하기 위하여
경관생태학에서 개발되어 적용되어 온 공간통계학적
측정지표이다 (McGarigal et al ., 2009). 경관메트릭 스는 경관 변화를 측정하는 내용에 따라 크게 구성지 수와 분포지수로 구분되며 이 중에서 공간적 특성을 , 고려하는 것은 분포지수이다 윤은주 ( , 2006). 경관메 트릭스 분석은 주로 산림생태계 내 동 식물의 서식처 ・ 파편화 (land fragmentation) 연구에 많이 활용되었 으며 최근에는 도시성장 혹은 확산을 공간적으로 평 , 가하거나 (Herold et al ., 2005; Schneider and
도시 내 자연서식처인 녹지의 파 Woodock, 2008)
편화를 측정하는 연구로 확대되었다 (Kong and 공간메트릭스를 활용한 연구는 Nakagoshi, 2006).
원격탐사와 GIS(geographic information system) 의 발달로 급격하게 성장했으며 토지이용 및 토지피 , 복의 변화와 관련된 주제를 중심으로 한 미국과 중국 등의 사례 연구가 급격히 증가하는 추세이다 (Uuemaa et al ., 2012). 본 연구는 경관메트릭스 또는 공간메 트릭스를 활용하여 토지이용 및 녹지의 변화를 분석 한 선행연구를 중심으로 연구동향을 고찰하였다 .
먼저 경관메트릭스를 활용하여 토지이용변화를 분 , 석한 연구는 Luck and Wu(2002), Seto and Fragkias
이동근 최혜 (2005), Irwin and Bockstael(2007), ・ 영 (2008), 황철수 (2010), Zhou and Wang(2011), 임수진 김감영 ・ (2016) 등이 있다 . Luck and Wu(2002) 는 미국의 Arizona 지역의 공간적 변화를 분석하기 위하여 경관메트릭스를 활용한 횡단축 분석 방법을 적용하였다 이들은 . Phoenix 대도시권의 토지이용 현황도에 동 서를 가로지르는 횡단축을 설정하고 이 - 동창 샘플링을 적용하여 토지이용 분류 수준 및 경관 수준에서 개의 경관메트릭스를 산출하였다 8 . Seto 는 년부터 년까지 급 and Fragkias(2005) 1988 1999
격한 도시화를 경험한 중국의 주강삼각주 (Pearl River 지역의 광저우시 심천시 동관시 중산시를
Delta) , , ,
대상으로 개의 경관메트릭스를 활용하여 개의 버퍼 7 3 지역을 설정한 후 토지이용변화를 분석하였다 .
은 미국 주
Irwin and Bockstael(2007) Maryland 에서 1973 년부터 2000 년까지의 스프롤 (sprawl) 여 부를 측정하기 위해 공간적 이질성 (spatial hetero-
의 증거인 토지파편화를 분석하였다 스프
geneity) .
롤의 가장 대표적인 특징인 저밀도의 주거지역 확산 을 감지하는데 경관메트릭스의 적용은 한계가 있었 으며 이에 그들은 통계 자료를 바탕으로 횡단축을 설 , 정하여 도시 성장 패턴을 분석하였다 이동근 최혜영 . ・
은 대전시와 천안시의 도시화를 평가하기 위하 (2008)
여 횡단축 분석을 수행하였다 횡단축은 각각 해당 도 . 시의 시청을 통과하도록 설정하였다 황철수 . (2010) 는 화성시의 지적도를 토지특성자료와 비교하여 정리한 후 지적 자료를 바탕으로 경관메트릭스를 분석하였 다 공간통계분석을 통해 연구지역의 토지이용 변화 . 를 전역적인 수준 표준편차타원체 커널밀도추정함 ( , 수 과 국지적 수준 최근린분석 최근린계층분석 및 ) ( ,
군집분석 으로 구분하여 시계열적으로 파
K-means )
악하였다 . Zhou and Wang(2011) 은 1982 년부터 년까지 중국의 곤명 시 녹지의 공간
2009 (Kunming)
적 변화를 개의 경관메트릭스를 활용하여 전역적인 5 측면에서 분석하였다 국지적인 변화는 버퍼 및 방사 . 형의 횡단축 분석을 통해 파악하였다 임수진 김감영 . ・ 은 공간구조적 관점에서 수도권 내에서의 스프 (2016)
롤을 전역적 및 국지적으로 분석하기 위하여 수도권 전체 권역 시군 수준으로 구분하여 면적 다양성 집 , , , , 합 형태 패치개수 경관메트릭스 값의 변화를 분석하 , , 였다 .
다음으로 공간메트릭스를 활용하여 토지이용변화 , 를 분석한 연구는 Herold et al .(2005) 와 Jain et al .(2011) 등이 있다 . Herold et al .(2005) 는 미국 지역을 대상으로 도시의 공간적 변화 Santa Babara
를 잘 포착할 수 있는 경관메트릭스를 공간메트릭스 로 정의하고 이를 위성영상으로부터 추출된 토지이 , 용 및 피복도에 적용하여 도시의 성장유형을 분석하 였다 이들은 . 1929 년에서 1997 년 동안의 도시의 공간적 확산을 살펴보기 위해 PLAND(percentage
경관백분율
of landscape, ), PS_SD(patch size 표준편차패치크기
standard deviation, ), PD(patch
패치밀도 가장자리
density, ), ED(edge density,
밀도 ), CONTAG(contagion index, 접촉지수 ), AWMPFD(area weighted mean patch fractal 면적가중패치프랙탈 등을 활용하였으
dimension, )
며 이러한 공간메트릭스들이 도시의 공간적 변화를 , 포착하는데 유용하다는 것을 논증하였다 . Jain et al . 은 인도의 시를 대상으로 공간메트릭
(2011) Gurgaon
스를 활용하여 도시화에 따른 도시경관 변화를 분석 하였다 이들은 다양한 공간메트릭스 중에서도 . PLAND
경관백분율지수 (percentage of landscape, ), MPS
평균패치크기
(mean of patch size, ), NP(number
패치수 최
of patches, ), LPI(largest patch index,
대패치지수 등이 도시의 크기 및 형태의 변화를 분석 ) 하는데 용이하다고 주장하였다 .
마지막으로 경관메트릭스를 활용하여 녹지의 변화 를 분석한 연구는 Kong and Nakagoshi(2006), Tian et al .(2011), 권선순 등 (2012) 등이 있다 .
는 중국의 제남 Kong and Nakagoshi(2006) (Jinan) 시를 대상으로 도시 녹지의 공간적 변화를 파악하기 위해 횡단축 방법을 통해 경관메트릭스 변화를 분석 하였다 기존의 연구에서 횡단축을 . 1~2 개로 설정한 것의 한계를 지적하고 개의 축 개의 방향 을 횡단 4 (8 ) 축으로 설정하였으며 , 500m 원형의 이동창 샘플링을 적용하여 경관메트릭스를 산출하였다 . Tian et al . 은 경관메트릭스 간의 중복성을 고려하기 위하 (2011)
여 개의 경관메트릭스를 대상으로 주성분 8 (principal 분석을 통해
component analysis) FI(fragmentation 를 개발하여 홍콩의 녹지 파편화를 분석하였 index)
다 . 권선순 등 (2012) 은 경관메트릭스를 적용하여 년대 말부터 급격한 도시화가 진행되어 도시 환 1990
경의 변화가 클 것으로 예상되는 용인시 기흥구와 수 지구를 대상으로 개발에 따른 도시 녹지의 변화를 분 석하였다 .
앞에서 언급한 바와 같이 도시 녹지는 도시화에 의 , 해 공간적 변화가 나타나기 때문에 토지이용 관점에 서 이러한 변화를 잘 포착할 수 있는 공간메트릭스의 적용이 필요하다 이러한 관점에서 공간메트릭스를 . 활용하여 도시 녹지를 분석한 국외의 사례 연구를 보 면 도시의 스프롤이 빠르게 진행되고 있는 도시 , (Tian et al ., 2011; Zhou and Wang, 2011) 와 도 시화의 영향이 매우 적은 도시 (Kong and Nakagoshi,
등 다양한 도시들을 대상으로 하였다 그러나
2006) .
국내의 사례 연구들 이동근 최혜영 ( ・ , 2008; 권선순 등 , 2012) 은 천안시 용인시 등 대체로 도시화가 빠르 , 게 진행되고 있는 지역들을 대상으로 녹지의 변화를 분석하여 이들 지역과는 상이한 도시화 단계를 경험 하고 있는 도시들의 녹지에 대한 공간적 변화를 분석 한 연구가 미흡한 실정이다 또한 기존의 연구는 주 . , 로 연구지역 전체를 요약하는 하나의 평균값으로 공 간메트릭스를 산출하는 샘플링을 적용하지 않는 방법 을 이용하였는데 이러한 방법의 한계를 보완하기 위 , 하여 국지적인 차원의 공간적 변화를 파악할 수 있는 이동창 샘플링 방법을 적용할 필요가 있다 따라서 본 . 연구에서는 대구시와 같이 도시화가 상대적으로 안정
기에 접어든 도시를 사례로 이동창 샘플링에 의한 화 소 기반 공간메트릭스를 산출하여 도시 녹지의 공간 적 변화를 분석하고자 한다 .
연구 자료 및 방법 3.
본 연구는 도시화가 상대적으로 안정기에 접어든 대구시를 연구지역으로 선정하였다 대구시는 지속가 . 능한 도시개발계획을 수립하기 위해 녹지의 변화에 대한 시계열적 자료를 축적해야 할 필요가 있는 상황 이다 본 연구의 공간적 범위는 달성군을 포함한 대구 . 시 전체를 대상으로 하였다 그림 ( 1). 본 연구의 시간 적 범위는 환경부에서 제공하는 대분류 토지피복도 제작연도를 기준으로 1989 , 1998 , 2009 년 년 년으로 설정하였다 대구시는 . 1995 년에 달성군이 편입되면 서 행정구역 경계의 변화가 나타났다 본 연구에서는 . 분석의 일관성을 유지하기 위해 2009 년의 행정구역 경계를 기준으로 분석을 수행하였다 본 연구에서 녹 . 지는 식생으로 피복된 토지로 정의하였으며 이러한 , 개념은 환경부 토지피복 분류상 산림과 초지를 의미 하므로 환경부에서 제작한 1989 , 1998 , 2009 년 년 년 대분류 토지피복도를 연구자료로 사용하였다 .
녹지의 공간적 변화는 세 가지 방법을 활용하여 분 석하였으며 그 과정은 그림 , < 2> 와 같다 먼저 대구 . , 시 전체 토지피복의 시계열적 전환과정을 파악하기 위하여 환경부 대분류 개 토지피복 유형의 7 1989 년에 서 2009 년까지의 토지피복 변화탐지를 수행하였다 . 토지피복 유형 중 산림과 초지를 대상으로 네 개의 공
그림 1. 연구지역
간메트릭스를 활용한 종관 분석을 수행하였다 종관 . 분석은 샘플링 방법에 따라 공간적 패턴을 도출할 수 없는 비표본추출 방법과 공간적 패턴을 도출할 수 있 는 이동창 방법으로 구분하여 분석하였으며 이동창 , 분석 결과를 바탕으로 차이지도를 제작하여 국지적 차원의 공간적 변화를 살펴보았다 횡단축 분석은 이 . 동창 분석을 통해 도출된 화소 기반 공간메트릭스를 활용하여 시가지 개발축에 따라 공간적 변화를 분석 함으로써 차이지도에서 두드러진 공간적 변화가 나타 난 지역을 중심으로 보다 국지적인 녹지의 변화를 살 펴보기 위해 수행되었다 최종적으로 이러한 세 가지 . 분석을 종합하여 1989 년에서 2009 년 동안의 대구시 녹지의 공간적 변화를 분석 및 고찰하였다 .
먼저 토지피복의 총량적인 변화를 살펴보기 위하 , 여 환경부에서 제작한 1989 , 1998 , 2009 년 년 년 대분 류 토지피복도를 바탕으로 토지피복변화탐지를 수행 하여 녹지가 어느 용도로 전환되는지 그 면적은 어느 , 정도인지를 분석하였다 둘째 도시화에 따른 녹지의 . , 복잡화 (complexification), 파편화 (fragmentation), 세분화 (subdivision) 등의 공간적 변화 양상을 파악 하기 위하여 공간메트릭스를 활용한 종관 분석을 수 행하였다 공간메트릭스는 선행연구를 바탕으로 도시 . 의 공간적 변화를 설명하는데 용이한 경관메트릭스를 공간메트릭스로 선정하여 대구시 녹지의 공간적 변화 를 분석하는데 적용하였다 이를 위해 선행연구를 바 . 탕으로 우선적으로 11 개의 공간메트릭스를 선정하였 다 (Luck and Wu, 2002; Herold et al ., 2005; Seto and Fragkias, 2005; Jain et al ., 2011; Tian et al .,
선정된 지수들은 2011; Zhou and Wang, 2011).
총면적 클래스당총
TA(total area, )/CA(class area,
면적 ), PLAND(percentage of landscape, 경관백 분율 ), LPI(largest patch index, 최대패치지수 등 ) 의 면적 및 지수 , FRAC_MN(fractal_mean, 프랙털 평균 ), SHAPE_AM(shape_area weighted, 모양면 적가중 ), SHAPE_MN(shape_mean, 모양평균 ), TE
총가장자리 등의 모양 및 형태 지수
(total edge, ) ,
NP(number of patches, 패치수 ), PD(patch density, 패치밀도 ), LSI(landscape shape index, 경관형태 지수 등의 응집 지수 ) , SHDI(Shannon’s diversity
의 다양성지수 등의 다양성 지수
index, Shannon’s )
로 구분하고 탐색적 분석을 통해 최종적으로 , LPI, 를 공간메트릭스로 선정하 SHAPE_MN, PD, SHDI
였다 표 ( 1).
면적 및 크기 지수 값은 녹지의 총량적 변화를 측정 하는데 활용된다 일반적으로 녹지의 면적과 크기는 . 도시화 과정에서 감소하게 되고 이로 인해 녹지가 공 , 간적으로 파편화될 가능성이 높다 모양 및 형태 지수 . 는 녹지의 복잡화 및 파편화를 평가하는데 활용되며 , 도시화에 따른 도시의 토지이용변화로 인해 그 값이 증가하게 된다 응집 지수는 분포적인 측면에서 녹지 . 의 세분화를 분석하는데 활용되며 도시의 토지이용 , 변화는 녹지의 세분화를 촉진시키는 경향이 있다 다 . 양성 지수는 단위면적 내에서 다른 토지피복과의 다 양성을 분석하여 녹지의 파편화를 측정하는데 활용되 며 도시화가 많이 진행될수록 녹지의 다양성 지수 값 , 도 높아지게 된다 .
종관 분석에서는 공간메트릭스의 공간적 스케일과
최소 분석 단위인 패치에 대한 조작적 정의 및 샘플링
방법의 선정이 필요하다 본 연구에서 공간메트릭스 .
자체의 스케일은 토지피복 분류 수준 (class level) 과
녹지 전체 수준 (landscape level) 으로 선정하였다 .
패치의 정의는 개의 가장 가까이 인접 4 하는 셀이 모두
중심셀에 맞닿아 있다고 가정하는 것이 가장 보편적으
로 활용된다 (Turner et al ., 2001). 하지만 방향 인 4
접규칙은 사선으로 위치해 있는 셀들은 맞닿아 있지
않는 것으로 판별되어 별개의 경관요소로 분석된다 .
이를 변형하여 사선으로 맞닿은 셀들 즉 , 8 개의 이웃
으로 간주하여 같은 패치의 구성원으로 가정하는 것
이 방향 인접규칙이며 8 (McGarigal et al ., 2009), 본
연구에서는 방향 인접규칙을 활용하여 패치를 정의 8
그림 2. 연구의 흐름
하였다 패치의 샘플링은 비표본추출 분석 . 방법과 이 동창 분석 방법을 적용하였다 비표본추출 분석은 연 . 구지역의 전체 평균을 하나의 값으로 산출하는 방법 이며 이동창 분석은 공간메트릭스 값을 화소별로 산 , 출하여 국지적인 변화를 도출하는데 용이한 샘플링 방법이다 이동창 분석 결과는 . 1989 년 ~1998 , 년 년 년 동안의 공간메트릭스 값의 차이를 1998 ~2009
계산하여 녹지 전체 수준에서 차이지도를 제작하였 다 차이지도는 녹지의 공간적 변화가 크게 나타난 지 . 역을 국지적인 차원에서 탐색할 수 있게 하고 , 10 년을 단위로 도시화에 따른 녹지의 공간적 변화 양상을 파 악하는데 용이하다 이동창 분석을 수행하기 위하여 . 이동창의 형태는 원형으로 하고 이동창의 크기는 탐 , 색적 분석을 수행하여 가장 적절한 크기인 300m 를 선정하였다 본 연구에서 공간메트릭스를 산출하기 . 위하여 Fragstats ver. 4.2 가 사용되었다 .
공간적 변화를 가장 잘 포착할 수 있는 이동창의 크 기를 선정하는 방법으로 이동창 크기에 따른 프랙털 차원 값을 비교하는 방법 (Jun, 2016) 과 분석 결과의 시각적 차이를 확인하는 방법 등이 있다 본 연구에서 . 는 이동창 크기를 달리한 LPI 의 분석 결과에 대한 시 각적 차이를 확인하였다 이를 위해 선행연구를 바탕 . 으로 다섯 개의 패치 화소 를 가장 최소의 이동창 크 ( ) 기로 규정하고 (Zhang, 2013), 대분류 토지피복도 해 상도 30m 를 기준으로 150m, 300m, 450m 에서 이동 창 분석을 수행하여 시각적 차이를 확인하였다 분석 .
결과 이동창의 크기가 150m 일 때 샘플링 효과가 거 의 나타나지 않았고 , 450m 에서 과대 추정의 경향이 나타났다 따라서 . 300m 를 대구시 녹지의 공간적 변 화를 잘 포착하는 가장 적절한 이동창의 크기로 선정 하였다 .
약 자 계산방법 범위 및 단위
면적 및 크기 LPI*
최대패치지수 (largest patch index, )
max
0 〈 LPI ≤ 100 (%)
모양 및 형태 SHAPE_MN*
(shape_mean, 모양평균 )
1 ≤ SHAPE < ∞
응집 PD*
(patch density, 패치밀도 )
0 < PD < ∞ 당 패치수 (100ha ) 다양성
SHDI**
(Shannon’s diversity index, 다양성지수 Shannon’s )
∙ ln
0 ≤ SHDI < ∞
녹지 전체 및 토지피복 분류 수준에서 분석 가능함 녹지 전체 수준에서만 분석 가능함* **
주
)
:
패치 의 면적( ),
㎡ :
총 경관의 면적( ),
㎡ :
패치 의 둘레(m),
:
토지피복 에서 패치수,
:
경관에서 토 지피복 가 차지하는 비율(%)
표 1. 본 연구에서 사용된 공간메트릭스
그림 3. 횡단축의 위치
횡단축 분석은 공간적 변화가 크게 나타난 지역을 중심으로 횡단면이나 횡단선을 설정하여 공간적 변화 를 패턴화하는 방법이다 (Luck and Wu, 2002;
본 연구에서는 McDonnell and Hahs, 2008). 1980 년부터 2000 년대까지 이어진 택지개발사업 등으로 인해 도시의 공간적 변화가 뚜렷하게 나타난 성서와 안심을 중심으로 동서 방향의 30km 의 횡단축을 설정 하였다 횡단축은 달성군 다사읍 하빈면 달서구 신 . ( , ), ( 당동 이곡 , 1 2 , ・ 동 용산 1 2 ), ・ 동 서구 상중이동 내당 ( , 4 동 내당 동 , 1 ), 중구 남산 ( 1~4 , 동 성내 동 대봉 동 1 , 1 ), 수성구 수성 가동 범어 ( 4 , 2 3 , ・ 동 만촌 동 고산 동 2 , 2 ), 동구 안심 동 를 가로지르며 성서에서 도심을 지나 ( 1 ) , 안심까지 연결된다 그림 ( 3). 이 횡단축을 따라 화소별 로 산출된 이동창 분석 결과를 100m 간격으로 추출 하였다 .
결과 및 고찰 4.
토지피복 변화탐지 1)
표 는 년에서 년까지 토지피복변화
< 2> 1989 2009
탐지의 결과이다 분석 결과 산림의 면적은 . , 52.92km
2증가하였으며 이는 대구시 전체 면적의 약 , 6% 에 해
당한다 이러한 결과는 농업지역이 . 85.62km
2감소된 것과 가장 관련이 있는 것으로 사료되며 이는 대구시 , 전체 면적의 약 10% 에 해당한다 산림 면적이 변화하 . 는 원인을 자세히 살펴보기 위하여 1989 년의 산림이
년에도 여전히 산림으로 유지된 면적을 계산해 2009
본 결과 , 477.53km
2이였다 이 면적은 . 1989 년 산림 면적인 510.02km
2보다 32.49km
2감소한 것으로 년에 나타난 산림의 증가가 실제 산림의 면적이 2009
증가했다기 보다는 농업지역이 산림으로 분류되었을 가능성을 시사해준다 . 1989 년에서 2009 년까지 산림 으 로 전환된 토지피복 분류를 살펴보면 앞서 나타난 , 농 업지역 뿐만 아니라 시가화지역도 산림으로 11.15km
2전환된 것으로 분석되었다 이는 대구시 전체 면적에 . 서 약 1.26% 에 해당되며 산림의 증가에서 약 , 21% 를 차지하는 수치이다 .
초지는 1989 년에서 2009 년까지 22.8km
2감소하 였으며 이는 대구시 전체 면적의 약 , 3% 에 해당한다 . 초지가 전환된 유형과 면적을 보면 산림으로 전환된 , 면적이 19km
2, 시가화지역으로 전환된 면적은 8.34 km
2으로 이는 각각 초지의 총 전환 면적의 83% 와 에 해당한다 즉 초지의 전환 면적은 산림이 대
37% . ,
부분을 차지하고 있으며 이는 토지피복 분류 상 오분 , 류일 가능성이 높다 .
2009 년 1989 년
시가화
지역 농업 지역 산림 초지 습지 나지 수역 합 계
시가화지역 96.23
(10.91)
4.40 (0.50)
11.15 (1.26)
2.54 (0.29)
0.00 (0.00)
4.59 (0.52)
2.43 (0.28)
121.35 (13.76) 농업지역 36.73
(4.17)
76.82 (8.71)
52.39 (5.94)
7.49 (0.85)
0.14 (0.02)
7.14 (0.81)
6.59 (0.75)
187.29 (21.24)
산림 9.86
(1.12)
12.43 (1.14)
477.53 (54.16)
3.62 (0.41)
0.02 (0.00)
2.77 (0.31)
3.79 (0.43)
510.02 (57.84)
초지 8.34
(0.95)
6.80 (0.77)
19.00 (2.16)
1.97 (1.22)
0.02 (0.00)
1.31 (0.15)
1.65 (0.19)
39.10 (4.43)
습지 0.01
(0.00)
0.01 (0.00)
0.03 (0.00)
0.00 (0.00)
0.00 (0.00)
0.00 (0.00)
0.02 (0.00)
0.06 (0.00)
나지 1.62
(0.18)
0.52 (0.06)
0.55 (0.06)
0.12 (0.01)
0.00 (0.00)
0.42 (0.05)
3.79 (0.43)
7.03 (0.80)
수역 1.28
(0.14)
0.69 (0.08)
0.30 (0.26)
0.56 (0.06)
0.01 (0.00)
0.27 (0.03)
11.83 (1.34)
16.93 (1.92) 합 계 154.08
(17.47)
101.67 (11.53)
562.94 (63.84)
16.30 (1.85)
0.20 (0.02)
16.51 (1.87)
30.09 (3.41)
881.21
(100.00)
표 2. 대구시 토지피복변화 행렬 (1989~2009)
단위: km
2(%)
이러한 내용을 좀 더 구체적으로 살펴보기 위해서 년부터 년까지 녹지 산림 및 초지 가 타 토
1989 2009 ( )
지피복으로 전환된 공간적 분포를 살펴보았다 그림 ( 4).
녹지의 전환 유형 중 수역으로 전환된 경우는 토지피 복 분류 상 오분류일 가능성이 높고 농업지역 습지 , , , 나지로 전환된 경우는 도시화에 따른 토지이용변화와
관련이 없으므로 녹지가 시가화지역으로 전환된 유형을 추출하여 그 면적을 산출하였다 .
년에서 년까지 녹지가 시가화지역
1989 2009
으로 전환된 면적이 가장 크게 나타난 읍면동 은 구지면 (0.90km
2), 논공읍 (0.86km
2), 다사읍 (0.85km
2), 관문동 (0.64km
2), 고산 동 2 (0.59km
2) 순으로 나타났다 이를 보다 구체적으로 살펴보기 . 위하여 1989 년에서 1998 , 1998 년 년에서 2009 년으로 구분하여 읍면동별로 산출하였다 먼저 . ,
년에서 년까지 녹지가 시가화지역으로
1989 1998
전환된 면적이 가장 크게 나타난 상위 개의 읍 5 면동은 다사읍 (0.99km
2), 구지면 (0.96km
2), 관 문동 (0.65km
2), 고산 동 2 (0.62km
2), 무태조야동 (0.60km
2) 순으로 나타났다 다음으로 . 1998 년 에서 2009 년까지의 상위 개의 읍면동은 논공읍 5 (1.06km
2), 다사읍 (0.59km
2), 신당동 (0.57km
2), 고산 동 2 (0.53km
2), 무태조야동 (0.45km
2) 순으 로 나타났다 .
종관 분석 2)
표 은 비표본추출 방법을 적용한 공간메트
< 3>
릭스의 종관 분석 결과이다 . LPI 는 녹지 전체 수 준과 토지피복 분류 수준의 산림에서는 약간 증가하 였으나 초지에서는 시간에 따라 조금 감소하였다 , .
은 녹지 전체 수준에서 감소하였고 산림
SHAPE_MN ,
수준에서는 1989 년에서 1998 년대까지 감소하다가 년에 들어 조금 증가하였다 초지 수준에서는
2009 .
년에서 년까지 약간 증가하였다가 년
1989 1998 2009
그림 4. 1989 ~ 년 2009 년 동안 녹지의 타 토지피복으로의 전환
스케일 연도 LPI SHAPE_MN PD SHDI
녹지 전체
1989 29.62 1.21 31.39 1.17
1998 31.28 1.19 31.71 1.19
2009 32.69 1.18 27.72 1.11
산림
1989 29.62 1.23 4.52 -
1998 31.28 1.19 3.19 -
2009 32.69 1.21 3.80 -
초지
1989 0.127 1.14 16.30 -
1998 0.05 1.16 10.30 -
2009 0.02 1.14 9.17 -
표 3. 종관 분석 결과 ( 비표본추출 )
에 들어 감소하였다 . PD 는 녹지 전체 수준에서 그 값 이 약간 증가하였다 산림 수준에서는 . 1989 년에서 1998 년까지 약간 감소하다가 2009 년에 증가하였고 , 초지 수준에서는 1989 년에서 2009 년까지 지속적으 로 그 값이 감소하였다 다양성 지수 . SHDI(shannon’s
는 년에서 년까지 조금 증 diversity index) 1989 1998
가하다가 2009 년에 약간 감소하였다 .
이처럼 비표본추출 방법을 적용한 공간메트릭스 값 은 일정한 변화 패턴이 나타나지 않았다 이에 본 연 . 구에서는 보다 국지적 차원에서 공간적 변화를 살펴 볼 수 있는 이동창 분석을 수행하여 화소별로 공간메 트릭스 값을 산출하고 , 1989 년에서 1998 , 1998 년 년
에서 2009 년까지의 공간메트릭스 변화 값에 대한 차 이지도를 제작하여 녹지의 공간적 변화가 큰 지역을 도출하였다 토지이용변화에 따라 녹지 면적의 감소 . , 형태 복잡성의 증가 파편화 등을 파악하기 위하여 , 의 감소 지역 의 증가 지역 의 감
LPI , SHAPE_MN , PD
소 지역 , SHDI 의 증가 지역을 중심으로 살펴보았다 . 그림 는 녹지 전체 수준에서 와
< 5> LPI SHAPE_MN
의 차이지도이다 먼저 . , 1989 년에서 1998 년까지 LPI 는 성서 택지개발사업 지구의 신당동 및 월성 동 안심 2 , 택지개발사업 지구의 안심 동 칠곡 택지개발사업 지 1 , 구의 국우동 등에서 그 값이 감소하였고 , SHAPE_MN 는 성서 및 월성 택지개발사업지구의 월성 동 이곡 2 , 2
녹지 전체
1989~1998 1998~2009
LPI
SHAPE_MN
그림 5. 종관 분석에서 녹지 전체의 LPI 와 SHAPE_MN 의 차이지도
동 용산 동 등에서 그 값이 증가하였다 다음으로 , 1 . 년에서 년까지 는 죽곡 택지개발사업이
1998 2009 LPI
진행된 다사읍 안심 택지개발지구의 안심 , 3 4 , ・ 동 본 리 택지개발지구의 본동 순으로 그 값이 감소하였고 , SHAPE_MN 이 증가한 지역은 성당 동 산격 동 방 1 , 1 , 촌동 등이었다 .
그림 은 녹지 전체 수준에서 와 의 차
< 6> PD SHDI
이지도이다 . 1989 년에서 1998 년까지 녹지의 PD 가 감소한 지역은 고산 동과 방촌동 등이었는데 고산 3 , 3 동은 금호강 연안을 따라 조성되어 있는 대구선을 중 심으로 개발 사업이 진행되었고 방촌동은 해안역과 , 방촌역의 개통 등과 같은 개발 사업이 진행된 지역이
다 . SHDI 가 증가한 지역은 성서 택지개발사업이 진 행된 신당동 내당 동 등이었다 다음으로 , 4 . 1998 년에 서 2009 년까지 녹지의 PD 가 감소한 지역은 성서 택 지개발사업이 진행된 신당동 이곡 동 용산 동 등이 , 1 , 2 었으며 다양성이 증가한 지역은 죽곡 택지개발지구 , , 성서 차 산업단지가 조성되어 있는 다사읍 신천연변 5 , 으로 아파트 단지가 많이 조성된 신천 1 2 ・ 동 등으로 나타났다 .
종관 분석의 결과를 요약하면 대구시 녹지의 공간 , 적 변화는 1989 년에서 2009 년까지 산림의 LPI 는 증 가하고 초지의 , LPI 는 감소했다 . SHAPE_MN 은 성서 및 안심 택지개발지구와 달성군 등 도시개발이 양적
녹지 전체
1989~1998 1998~2009
PD
SHDI
그림 6. 종관 분석에서 녹지 전체의 와 PD SHDI 의 차이지도
으로 많이 이루어진 지역에서 1989 년부터 1998 년까 지 복잡성이 증가하다가 도시화가 정체되는 시기인
년에서 년에 이르러서는 복잡성이 감소하
1998 2009
고 있다 또한 . , LPI 가 대체로 감소한 성서 택지개발지 구의 일부 지역에서 PD 가 감소하고 , SHDI 가 증가하 여 파편화가 나타나고 있었다 .
횡단축 분석 3)
그림 은 년부터 년까지 횡단축에 따
< 7> 1989 2009
른 LPI 와 SHAPE_MN 값의 변화이다 . LPI 는 신당동 용산동까지 감소하는 추세를 보이고 있다 이 지역
~ .
들은 택지개발사업 지하철 호선의 개통 등 다양 , 2 한 도시 개발 사업이 진행되어 녹지의 면적이 감소
되었을 것으로 사료된다 . SHAPE_MN 은 1989 년에 서 2009 년에 이르기까지 전반적으로 변화가 없거나 달성군 하빈면과 동구 안심 일대에서 증가하는 것으 로 나타났다 .
그림 은 년부터 년까지 횡단축에 따
< 8> 1989 2009
른 PD 와 SHDI 값의 변화이다 . PD 는 1989 년과 년 사이에 성서와 안심 일대에서 그 값이 많이 2009
감소하고 있어 파편화 경향이 두드러지게 나타났다 . 는 성서 및 안심 택지개발지구 일대에서 증가하 SHDI
였다 .
횡단축 분석의 결과를 요약하면 성서 안심 대곡 , , , , 상인 등의 택지개발지구를 중심으로 녹지의 면적 감 소 및 파편화 현상이 나타났다 이 지역들 중에서도 . 달성군의 가창면 달서구의 호산동과 도원동 동구의 , ,
녹지 전체 수준
LPI
SHAPE_MN
횡단축
(30km)
:달성군 다사읍 하빈면・(1~77) -
달서구 신당동 용산동・(78~127) -
서구 상중이동 내당 동・1 (128~160) -
중구 남산 동 대봉 동1
・1 (161~195) -
수성구 수성 가동 고산 동4
・2 (196~264) -
동구 안심 동1 (274~300)
그림 7. 녹지 전체 수준에서 횡단축의 공간메트릭스 변화
지묘동 등은 병원 학교 군부대 숙소 노인복지시설 , , , 등의 신설을 위해 자연녹지 지역을 부분적으로 해제 했으며 대구광역시 ( , 2015), 이로 인해 녹지의 면적이 감소하고 응집도가 감소한 것으로 사료된다 동일한 , . 시기에 동구 안심 일대의 신서혁신도시 택지개발사업 의 사업승인으로 용도지역 상 녹지지역이 많이 감소 하였으나 대구광역시 ( , 2015), 녹지 전체 수준에서 모 양 및 형태 지수와 응집 지수 값의 변화는 성서 및 달 성군 지역에서 더 크게 나타났다 .
결과에 대한 고찰 4)
지난 20 년 동안 대구시 녹지에 대한 공간메트릭스 의 시공간적 변화는 도시개발정책 및 녹지정책의 변
화와 관련지어 고찰해 볼 수 있다 대구시의 용도지역 . 상 녹지지역의 변화는 최초의 개발제한구역지정 (1972 년 과 시내 일부지역의 녹지지역 지정 ) (1975 ) 년 그리 고 달성군의 도시계획구역편입 (1995) 의 영향이 컸다 . 녹지지역의 감소는 다른 용도지역의 증감과는 달리 도시계획재정비에서 감소된 면적보다는 택지개발사 업 등의 각종 개별 도시계획사업에 의해서 감소된 면 적이 더 많은 것이 특징이다 공장표 임현철 ( ・ , 1997).
년도를 기점으로 신서혁신도시 택지개발사업
2007 ,
이시아 폴리스의 지정 달성 차 산업단지 개발계획 , 2 등으로 약 20km
2의 녹지지역이 크게 감소하였으며
대구광역시 이들 지역을 지나는 횡단축에서
( , 2015),
녹지의 면적 모양 및 형태 응집 지수의 변화가 컸다 , , . 도시 녹지의 시공간적 변화는 정책적 요인 뿐만 아 녹지 전체 수준
PD
SHDI
횡단축
(30km)
:달성군 다사읍 하빈면・(1~77) -
달서구 신당동 용산동・(78~127) -
서구 상중이동 내당 동・1 (128~160) -
중구 남산 동 대봉 동1
・1 (161~195) -
수성구 수성 가동 고산 동4
・2 (196~264) -
동구 안심 동1 (274~300)
그림 8. 녹지 전체 수준에서 횡단축의 공간메트릭스 변화
니라 물리적 사회적 경제적 요인에도 영향을 받는 , , 다 이러한 다양한 동인들이 녹지에 대한 공간메트릭 . 스의 시공간적 변화와 어떻게 상호관련되어 있는지 면밀히 검토해 보아야 한다 그러면 지난 . , 20 년 동안 대구시 녹지의 시공간적 변화를 온전하게 이해할 수 있을 것이다 .
향후 대구시는 지속가능한 도시개발전략을 수립하 기 위해 토지이용변화에 따른 녹지의 파편화 및 잠식 경향을 지속적으로 모니터링하고 시계열 자료를 축적 해야 한다 이를 바탕으로 지속가능한 녹지관리 방안 . 을 모색할 필요가 있다 본 연구에서 사용된 화소 기 . 반 공간메트릭스는 도시화에 따른 녹지의 파편화 및 잠식 경향을 파악하는데 기여할 수 있을 것이다 .
요약 및 결론 5.
대구시 녹지의 공간적 변화를 분석하기 위하여 토 지피복 변화탐지 종관 분석 횡단축 분석을 수행하였 , , 다 먼저 . , 1989 년부터 2009 년까지 토지피복 변화탐 지에서는 녹지가 다른 토지피복으로 전환된 유형과 면적 및 공간적 분포를 도출하였다 특히 녹지가 시 . , 가화지역으로 전환된 면적이 가장 큰 지역은 달성군 의 죽곡 택지개발지구 수성나들목 등의 도로의 영향 , 이 나타나는 곳이었다 그러나 이러한 녹지의 전환 과 . 정은 대구시 녹지의 공간적 변화를 설명하는데 한계 가 있으며 이에 본 연구에서는 네 개의 공간메트릭스 , 를 선정하여 종관 및 횡단축 분석을 수행하였다 비표 . 본추출에 의한 종관 분석에서는 대구시 녹지의 공간 적 패턴을 확인할 수 없었다 이를 보완하기 위해 이 . 동창 샘플링 방법을 적용한 화소 기반 공간메트릭스 를 산출하고 1989 ~1998 , 1998 ~2009 년 년 년 년 동안 의 그 변화 값을 토대로 차이지도를 제작하여 국지적 인 변화를 분석하였다 마지막으로 대구시 시가지 개 . 발축에 따른 녹지의 공간적 변화를 파악하기 위하여 횡단축 분석을 수행하였다 그 결과 대구시 녹지는 . , 년에서 년 동안 녹지의 면적 및 크기가 감
1989 2009
소하고 성서 및 안심 택지개발 지구를 중심으로 , 1980 년대에서 1990 년대까지 복잡성이 증가하다가 2000 년대 들어 감소하였다 또한 대구시 전반에서 녹지가 . , 점차 파편화되는 경향이 나타났으며 칠곡 일대의 초 , 지의 파편화 현상이 가장 크게 나타났다 횡단축 분석 . 결과에서도 성서 안심 대곡 상인 등과 같은 신시가 , , ,
지의 택지개발지구를 중심으로 녹지의 파편화가 두드 러지게 나타났다 이러한 대구시 녹지의 시공간적 변 . 화는 도시개발정책과 밀접하게 관련되어 있었다 .
본 연구를 통해 지난 20 년 동안 대구시 녹지의 양 적 감소 뿐만 아니라 파편화가 진행된 지역을 도출할 수 있었다 이러한 결과는 대구시가 친환경적인 도시 . 개발정책을 수립하는데 있어 중요한 기초자료로 사용 될 수 있을 것이다 .
향후에 대구시 녹지의 공간적 변화를 견인하는 동 인을 분석하는 실증적 연구가 필요하다 도시 녹지의 . 공간적 변화에 영향을 주는 요인들을 선정하고 이들 , 의 영향력을 분석하는 것은 지속가능한 도시개발전략 을 수립하기 위해서 반드시 필요한 과정이다 또한 . , 공간메트릭스는 샘플링 방법에 따라 그 값이 매우 달 라질 수 있다 이동창 샘플링 방법의 적절한 공간 해 . 상도를 선정하기 위한 민감도 분석을 수행한 연구는 국내에서 아직 이루어지지 않은 실정이므로 이에 대 한 실증적 분석이 필요하다 .
사사
This research was supported by Kyungpook National University Research Fund, 2009.
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• 교신 전병운: