[논문 리뷰] Using the SLEUTH urban growth model to simulate the impacts of future policy scenarios on urban land use in the Tehran metropolitan area in Iran

Shaghayegh Kargozar Nahavandya, Lalit Kumar외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 03.

Land Use and Ecosystem Services참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 1988년에서 2010년 사이의 Landsat TM/ETM+ 위성 영상 자료를 사용하여 테헤란(이란)의 도시 확장을 예측하기 위해 세포자동기 기반 시뮬레이션 프레임워크인 SLEUTH 도시 성장 모델을 적용한다. 산업계 유지, 콤팩트 시티, 다중핵심 발전이라는 정책 기반 시나리오 세 가지를 평가하여, 다중핵심 모델이 교통 혼잡과 오염을 가장 효과적으로 완화하면서 테헤란의 공간 조건과도 부합함을 확인하였다.

ABSTRACT

The SLEUTH model, based on the Cellular Automata (CA), can be applied to city development simulation in metropolitan areas. In this study the SLEUTH model was used to model the urban expansion and predict the future possible behavior of the urban growth in Tehran. The fundamental data were five Landsat TM and ETM images of 1988, 1992, 1998, 2001 and 2010. Three scenarios were designed to simulate the spatial pattern. The first scenario assumed historical urbanization mode would persist and the only limitations for development were height and slope. The second one was a compact scenario which makes the growth mostly internal and limited the expansion of suburban areas. The last scenario proposed a polycentric urban structure which let the little patches grow without any limitation and would not consider the areas beyond the specific buffer zone from the larger patches for development. Results showed that the urban growth rate was greater in the first scenario in comparison with the other two scenarios. Also it was shown that the third scenario was more suitable for Tehran since it could avoid undesirable effects such as congestion and pollution and was more in accordance with the conditions of Tehran city.

연구 동기 및 목표

• 테헤란 메트로폴리탄 지역에서 다양한 도시 정책 시나리오가 토지 이용 변화에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 원격 감지 자료와 SLEUTH 세포자동기 프레임워크를 활용해 과거 도시 확장을 모델링하기 위해.
• 콤팩트 시티 또는 다중핵심 도시 구조와 같은 대체 도시 개발 패턴이 도시 확산의 부정적 영향을 줄일 수 있는지 평가하기 위해.
• 테헤란의 지속 가능한 성장을 위한 근거 기반 도시 계획 제안을 제공하기 위해.
• 예측 시뮬레이션 모델에 지형적 및 정책적 제약 조건을 통합함으로써 도시 토지 이용 예측 정확도를 향상시키기 위해.

제안 방법

• 1988년, 1992년, 1998년, 2001년, 2010년의 다섯 개의 Landsat TM 및 ETM+ 위성 영상을 사용하여 도시 변화 탐지에 입력 자료로 활용함.
• 과거 패턴과 공간 제약 조건을 기반으로 도시 성장을 시뮬레이션하기 위해 세포자동기 기반 시스템인 SLEUTH 모델을 적용함.
• 모든 시나리오에서 개발에 제한 변수로 작용하는 경사도 및 고도와 같은 지형적 요소를 통합함.
• 세 가지 향후 정책 시나리오를 설계함: (1) 기존 상태 유지 시나리오(경사도 및 고도 제약만 적용), (2) 콤팩트 시티 시나리오(내부 성장만 허용), (3) 다중핵심 모델 시나리오(버퍼 존 외부에 소규모 영역 성장 허용).
• 역사적 자료를 사용해 모델 캘리브레이션을 수행하고, 공간 비교 지표를 통해 예측 정확도를 검증함.
• 각 시나리오 하에서 2020년까지의 도시 성장을 시뮬레이션하여 공간 패턴과 성장률을 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SLEUTH 모델은 다기수 Landsat 자료를 활용하여 테헤란 메트로폴리탄 지역의 도시 성장을 얼마나 잘 시뮬레이션하는가?
• RQ2 다양한 정책 기반 개발 시나리오 하에서 향후 도시 토지 이용 패턴은 어떻게 예측되는가?
• RQ3 기존 상태 유지, 콤팩트 시티, 다중핵심 중 어느 시나리오가 테헤란의 도시 확산과 환경 악화를 가장 효과적으로 줄이는가?
• RQ4 기울기 및 고도와 같은 지형적 제약 조건이 모델 시뮬레이션에서 도시 확장에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 다중핵심 도시 구조는 다른 모델에 비해 교통 혼잡과 오염을 얼마나 줄이는가?

주요 결과

• 기존 상태 유지 시나리오는 현재 추세 하에서 통제되지 않은 확장을 반영하여 가장 높은 도시 성장률을 보였음.
• 콤팩트 시티 시나리오는 외곽 확장을 제한했지만 장기적인 도시 밀도 및 이동성 문제 해결에는 부족할 수 있음.
• 다중핵심 시나리오는 분산 개발을 통해 교통 혼잡과 오염을 줄여 가장 유리한 결과를 보였음.
• 다중핵심 모델은 테헤란의 지리적 및 도시 조건과 가장 부합하여 지속 가능한 도시 형태를 지원함.
• SLEUTH 모델은 높은 공간 정확도로 과거 도시 성장을 성공적으로 시뮬레이션하여 향후 예측에의 적용 가능성을 입증함.
• 도시 확장은 기울기 및 고도에 의해 크게 영향을 받았으며, 기울기가 급한 지역은 모든 시나리오에서 개발 가능성이 낮게 나타남.