1. 개요

2차 세계대전 이후로, 교통 및 교통 인프라와 관련된 의사결정자들은 경제적 복지를 위해 가능한 가장 효율적인 방법으로 소비자들에게 상품과 서비스를 운반하고 전달하기 위해 노력해 왔음. 최근에야 비로소 경제적 복지의 목표는 버몬트 교통국(Vermont Agency of Transportation)의 성명서에 나와있듯이 삶의 질을 향상시키기 위한 목적으로 수정되어 왔음.

버몬트 교통국의 비전은, 버몬트의 삶의 질과 경제적 복지를 촉진하는 안전하고 효율적이며 완전히 통합된 교통 시스템임.

버몬트의 삶의 질과 경제적 복지를 지원하기 위한 통합된 교통 시스템을 보존하고 개발하며 개선하고자 하는 그들의 비전은, 삶의 질과 경제적 복지 사이의 연결에 대한 심도깊은 논의를 불러일으킴. 그와 같은 논의의 목적은 다음과 같이 기술된 그들의 임무에 대해 의미깊은 조언을 제공하는 것임: 안전하고 비용대비 효과적이며 환경적으로 책임감이 있고 평등한 방식으로 사람, 상품 및 서비스를 이동하기 위해 협력하여 연구하며 계획하는 것.

교통에 대해 협력하여 연구하고 계획하고자 하는 노력은 다양한 정보원을 공유할 수 있는 의사결정 지원도구(decision-support tool, DST)를 요청하고, 선호지표(indicators of preference)에 따라 동의된 것 대비 시나리오를 테스트함. 사람과 상품, 서비스를 안전하고 신뢰성있으며 비용 대비 효과적인 방식으로 운반하는 효율성에 관한 지표를 제공하는 기존의 모델(예를 들어, URBANSIM과 TransCAD)이 있지만, 이들은 환경적인 책임의식과 평등의 이슈에 대한 통찰력을 제공하지 않음. 따라서, 이러한 연결을 평가하기 위한 분석적 프레임워크와 모델을 연결하는 의사결정 지원도구를 개발할 필요가 있음.

Costanza et al.은 군드 생태경제학 연구소(Gund Institute for Ecological Economics, GIEE)에 있는 동안 전통적인 경제학적 지표로부터 삶의 질에 대한 지표들을 개발하기 위한 일련의 노력에 대해 연구하였음. Boumans와 Mulder는 환경적 성질(생태계에 의해 제공되는 전체 서비스)과 사회적 평등(의도적인 지역사회 사이에서 삶의 질)의 동학(dynamics)에 통찰력을 제공하기 위해서 자연적, 사회적, 인간적 및 인공 자본의 전세계적이고 지역적인 동학을 예측하는 복잡한 통합 시스템을 모델링하는데 삶의 질의 개념을 적용하였음.

연구진은, 기존의 모델, 교통의 효율성과 비용, 환경의 질과 사회적 평등사이의 상충관계(trade-offs)와 관련된 삶의 질의 지표에 근거하여 의사결정 지원도구를 사용하는 것은 더 쉽게 분명해지고 대부분의 교통 관련 의사결정자들이 더 쉽게 분석하도록 해줄 것으로 가설을 설정하였음.

연구진의 가설을 연구하기 위해서, 연구진은 다음의 활동을 수행하기로 제안하였음:
·  삶의 질의 지표를 기존의 모델에 통합하는 의사결정 지원도구를 개발
·  탐색적 시뮬레이션을 위한 시나리오를 개발
·  삶의 질의 관찰 대비 모델을 검정
·  기술을 확산하기 위해 교통계획 전문가들을 위한 워크숍(데이타 수집, 상호조합 분석, 조치, 여러 다른 지표 집합에 대한 접근, 문화적 배경)을 구성
 

프로젝트 목표는, 지속가능한 교통 시스템의 분석, 계획 및 설계를 위한 통합적 지역 모델링 플랫폼을 생성하는 것이었음. 모델링 플랫폼은 사회적, 자연적, 인공적 인프라에 대한 다른 니즈에 대한 교통 이슈를 최적화하는 것이었음. 모델링 패러다임은, 토지 사용, 에너지, 경제학, 환경 및 삶의 질을 포함하여 상호 의존적인 여러 다른 주요 이슈들의 맥락에서 교통 이슈가 다루어질 수 있도록 하는 시스템임. 모델은 검정과 지원을 위해 더욱 상세한 모델링 프로젝트의 결과를 사용하기 위해 중간 정도의 복잡성을 가졌음.

이 프로젝트에 대한 작업 계획은 네 가지의 상호적인 요소로 원래 구성되었음:
·  모델 설계와 구성요소를 확증하고 사전 결과를 검토하며 시나리오를 설계하고 검토하기 위한 정기적인 이해당사자 워크숍
·  워크숍 사이에 집중적인 모델 개발 활동. 여기에는 사용자 인터페이스의 개발 뿐만 아니라 모델 코딩, 검정, 및 테스트를 포함함. 기존의 보다 복잡한 모델(URBANSIM)은 상호검정과 테스트를 위해 사용될 것임.
·  프로젝트와 관련되도록 구성되고 여러 학과에서 학생을 포함하는 문제 기반의 강좌
·  웹 기반의 연락. 복잡하고 상호적인 웹사이트가 개발되고 프로젝트 개발 과정 동안 이해당사자들을 연결하고 통합된 모델링 팩키지의 전달을 위한 포털(portal)로 기능할 것임.
 

최종 보고서는 사용된 모델링 시스템의 방법론, 의사결정 지원도구의 개발, 모델링 결과의 제시, 기술이전에 대한 논의, 프로젝트이 전반적인 결과를 요약할 것임.

2. 결과

2007년 Mulder, Troy와 Boumans는 대도시 지역의 개발과 공간적 배치를 기술하는 시스템 다이내믹스 모델을 공개하였음. 경관(landscape)에 따라 분산된 네 가지 타입의 자원 프로파일에 대한 선호를 여러 다른 사회적 그룹과 연계와 함께 인구 밀도의 증가를 포함하였음. 사람의 유입은 이러한 분산을 변화시켜 대도시 지역내에서 불일치와 내부적 이동으로 이끌었음.

자원은 네 가지 자본으로 분류되었고(인공적, 인간적,사회적 및 자연적 자본), 미국 메릴랜드 주의 발티모어(Baltimore, Maryland)에 대한 인구 구역에서 측정되었음. 생산 단위로써 자본은 인간적 니즈의 “Make” 지역으로 일반화되었음. 예를 들어, 인공적 자본은 주거를 위한 인간의 필요성을 다루기 위해 날씨로부터 피난처를 생성함. 사회적 자본은 사회적 유대관계를 위한 인간의 필요성을 만족시키기 위해 공유되는 규범임. 인간적 자본은 인공적 및 사회적 인프라의 개발과 유지를 위해 필요한 지식과 기술의 존재임. 자연적 자본은 생태계 서비스(자연으로부터의 혜택)의 생산자임.

Mulder et al.(2007)은 “Use”(자원의 니즈)와 “Make”(자본 또는 자원 생산)에서 분산의 일치 및 불일치가 토지 가치에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주었음. 여기에는 사회경제적 그룹에 걸쳐 중요한 선호의 변동성을 강조하고, 지불 의사, 접근성 및 네 가지 타입의 자본에 의한 변동성이 포함됨. 다르게 표현하자면, 가장 높은 토지 가치는 자본 분산이 거주민이 부유한 사회적 그룹의 선호 분산과 일치할 때 나타났음. 자본에서의 분산은 거주민의 니즈와 일치하지 않았을 때, 이러한 불일치는 연결도 매트릭스(connectivity matrix)에 의해 원활해지는 교역을 통해서 인접지역에서의 자본 자원을 공유하는데 있어 보상될 수 있음. 가구의 니즈와 생산 지역 간의 일치를 최적화하는 것은 연결도 매트릭스를 안내하는 용이성에 따른 비용을 가지는 것으로 가정되었음.

연구진은 여러 “Uses”를 가진 개인들이 여러 “Make”지역 사이에서 협상해야 할 때 교통에서 거래 비용(transaction costs)을 추정하는 알고리즘을 탐색하였음. 분석의 목표는, 니즈와 삶의 질 지표에서 반영된 생산 사이에서 받아들여질 만한 일치를 달성하기 위해 연결도 비용 매트릭스를 협상해야 하는 이들의 능력을 평가하는 것임.

3. 결론

공간의 동적인 시뮬레이션(spatial dynamic simulations)에서 적용을 위한 대리인 기반의 모델링(agent based modeling)의 개발이 제시됨. 이러한 공간의 동적인 시뮬레이션 능력을 개발하는데 있어 목적은 의사결정 지원도구에서 지식의 맥락을 제공하는 것임. 대리인 기반의 동학은, 목적이 삶의 질을 최적화하는 것일 때 교통 네트워크의 설계와 서비스 지역을 배정하기 위한 선택을 하는데 있어 도시지역을 계획하는 것을 돕도록 함.

공간의 동적인 시뮬레이션에서 요구되는 대리인 기반의 동학을 개발하고 검증하는데 있어 프로젝트는 성공적이었음.

기존의 데이타를 사용하면서 사례연구 하에서 알고리즘을 검증하는데 있어서 프로젝트는 성공적이지 않았음. 사례연구에 대해 공간의 동적인 시뮬레이션 능력을 개발하는 것은, 지리정보 시스템(Geographical Information Systems, GIS)과 동적인 시뮬레이션에 대한 계산 능력, 시간에 걸쳐 미분 방정식의 통합된 비선형 시스템에 대한 수치적 해석과의 통합을 요구함. 대부분의 GIS 시스템이 선형회귀 방정식(linear regression equations)에 기반한 모델을 해석하는 능력을 가지고 있지만, 이들은 시스템 다이내믹스(systems dynamics)의 스탁-플로우 모델 패러다임(stock flow model paradigm)의 특징을 가지고 있지 않음. 그러나, 시스템 다이내믹스를 위해 설계된 소프트웨어 팩키지(예를 들어 Stella, Vensim, 그리고 SIMILE)는 공간적 특징을 나타낼 수 없음.

시스템 다이내믹스 프로그램인 SIMILE는 다차원 배열(multi-dimensional arrays)에 걸쳐 시스템 다이내믹스 능력을 제공함. 연구진은 공간의 동적인 모델링을 SIMILE 안에서 실증할 수 있었음.

GIS 소프트웨어의 경향은 낮은 내용 해상도를 가진 공간에 걸쳐 높은 해상도를 유지하는데 있어 계산 자원을 사용하는 것임. 시스템 다이내믹스 시뮬레이션 모델은 높은 내용 해상도를 달성하기 위해 계산 자원을 사용하는 경향이 있고 높은 공간적 해상도를 포함하도록 설계되지 않았음. 사례연구의 적용은 다음을 필요로 할 것임:

 
1.  가용한 계산 능력을 통하여 내용과 공간 해상도 간의 최적의 절충을 찾는 것
2.  SIMILE의 계산 능력 증가. 이는 결과적으로 프로젝트가 끝난 후에야 이루어졌음. SIMILE의 제조사인 Simulistics가 64비트 버전를 컴파일하고 64비트 컴퓨터를 획득함으로써 가능해졌음.
3.  저장된 SIMILE 모델을 슈퍼 컴퓨터 및 병진 프로세스(parallel processing)를 위해 최적화된 소프트웨어 하에서 실행하는 능력. 2012년 12월, 이 옵션이 가능해졌고, 오픈소스 소프트웨어 언어인 R에서 SIMILE 저장 모듈을 실행하는 것이 현재 가능함.
 

공간의 동적인 모델이 비선형 모델의 복잡성과 GIS의 해상도를 결합하는 능력을 개발하는 것은 데이타베이스의 지능적 설계를 요구할 것임. 모델이 여러 다른 시나리오 하에서 실행될 때마다 GIS에서 선호되는 해상도로, 매번, 모델 변수의 각각에 대해 출력 파일을 저장할 수 있어야 할 것임. 이렇게 큰 용량의 데이타는 모델 시나리오 실행 결과에 지능적인 질의를 하기 위해 사용자 인터페이스의 개발을 필요로 할 것임.