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과제기본정보

스마트시티 연계 시민참여형 시지각·인지기반 근린경관 평가 딥러닝 모델구축 및 크라우드소싱 플랫폼 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 19CTAP-C152030-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 국토정책 계획 | 도시계획 적용분야 지식의 진보(비목적 연구)
2순위 건설 교통 | 국토공간개발기술 | 국토지능화 공간정보 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 국토공간개발기술 | 경관관리 과제유형 응용
과제명 스마트시티 연계 시민참여형 시지각·인지기반 근린경관 평가 딥러닝 모델구축 및 크라우드소싱 플랫폼 개발
주관연구기관 한양대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 박진아
소속 한양대학교산학협력단 직위 부교수
전화번호 02-2220-0114 FAX 02-2220-0548
총 연구기간 2019-04-15 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2019-04-15 ~ 2019-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 98,000,000 0 0 0 98,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 무선 통신과 모바일 네트워크의 확산으로 인하여 물리적 공간을 넘어 소셜네트워크서비스(SNS)를 통한 시공간에 구애받지 않는 정보 공유가 가능해지면서 시민의 생활패턴은 변화되기 시작함. 이러한 온라인상의 커뮤니티를 통한 정보 공유의 활성화는 다양한 분야에 걸쳐 새로운 정보에 대한 수요를 증가시켰고 공공의 행정에 직접 참여하고자 하는 시민의식의 증가를 가지고 왔음. 기본적인 근린환경에 대한 정보와 함께 사람들이 지각·인지하고 느끼는 근린경관과 같은 물리적 환경에 대한 정서적인 정보가 객관화·일반화되어 제공되고 습득이 가능하다면, 도시민들에게 있어서는 향후 근린 선택에 있어 매우 주요한 길잡이가 될 수 있을 것임. 또한, 근린환경에 대한 정서적 정보가 쌓여 빅데이터 분석을 통한 정보의 객관화가 가능해진다면, 이것이야말로 양적인 시설공급에 치우쳐진 도시계획체계를 보완해 근린환경의 지속적인 질적 관리를 가능하게 해줄 것임. 민간 및 공공에서 장소를 기반으로 제공하는 각종 근린정보서비스 시장의 확대를 고려할 때, 공공에서의 경관관리시장 역시 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상되며 공공에서도 많은 비용을 소요하고 있으나 이 분야에 대한 시민들의 이해도 및 만족도가 낮은 것은 시민 참여 수단의 부족과 체계적인 경관정보 및 관리체계의 부재에 있음. 최근 인공지능을 활용하여 대용량 시각적 데이터를 일괄적으로 분석할 수 있는 딥러닝 기술이 발달하고 동시다발적인 다양한 형태로 의견과 정보를 공유할 수 있는 플랫폼 기술이 발달함에 따라 스마트시티에서 기존 노동집약적인 경관조사와 공급중심 경관관리체계의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시할 수 있음. 시민들은 장소에 대한 정보를 온라인을 통해서 얻고 있으나, 많은 정보가 무분별하게 공유되고 있어 사람들은 체계적이고 신뢰할 수 있는 정보를 얻기를 원함. 정확한 자료를 수집하기에는 시간과 노력이 필요할 뿐만 아니라 특정한 시점과 대상으로 수집된 정보만으로 특정 장소에 대한 정보와 이미지를 파악하기에는 어려움이 있음. 이러한 문제점을 해결하고 정보수집을 간소화시키기 위해서는 다수의 시민이 참여하여 정보를 수집하고 축적함으로써 정보의 객관성과 신뢰도를 높이는 크라우드소싱(Crowd sourcing) 플랫폼이 필요함. 현재 우리나라의 스마트시티에서 공공이 데이터를 크라우딩 소싱으로 구축한 사례는 전무함. 이는 기존에 구축된 데이터의 구조가 복잡하여 시민들이 자발적으로 참여하기 어렵기 때문임. 따라서 기존 데이터보다 직관적인 구조를 가져 참여하기 쉬운 시지각 데이터를 활용한 크라우드 소싱 플랫폼을 개발하여 지속가능한 관리 및 정보 전달 창구를 조성하는 기술을 개발하고자 함
최종목표 최근 4차산업혁명의 가속화에 따라 도시민들의 정보의 수요와 공공행정에 대한 참여 의식 증가하고 있음. 근린에 관한 자료들 중 시설적인 근린환경 자료는 비교적 구득이 용이하나 정서적인 환경에 대한 경험적 정보 습득이 어려우며, 온라인상의 자료들은 지나치게 주관적이거나 신뢰도가 부족함. 사람들은 사물을 지각·인지하는데 대부분 시각을 사용하는데 근린환경에서는 시각적인 요소는 바로 근린의 경관임. 따라서 근린 경관에 대한 정서적 정보를 객관화·일반화된 자료로 구축할 수 있다면 근린환경의 지속적인 질적 관리가 가능할 것임. 따라서 본 연구에서는 시민들이 시지각·인지를 바탕으로 인공지능을 활용한 딥러닝 경관 평가 모델을 개발하여 기존 경관 연구를 확장하고자 함. 또 국내 경관관리는 시민참여 수단이 족하여 시민들의 이해도와 만족도가 낮음. 따라서 경관관리의 시민참여 확대수단으로서 인공지능과 빅데이터를 활용한 플랫폼인 스마트시티에 주목하고 시민들이 직접 참여하여 경관을 평가할 수 있는 크라우드 소싱 플랫폼을 개발하고자 함
연구내용 및 범위 근린(Neighborhood)은 도시민이 생활하는 최소 공적 공간 단위로, 도시민의 일상생활에 직·간접적으로 영향을 미치고 있으며 근린 환경의 중요성을 언급해온 연구는 다수 있었음. 근린을 구성하는 요소 중 가로는 가장 많은 부분을 차지하는 공공공간으로, 단순히 근린 내 이동통로 역할을 넘어서 주민의 커뮤니티 장소, 장소성 고취, 지역의 안전, 심지어 일자리까지 제공하여 삶의 질에 높게 관여하고 있음. 근린의 주민과 방문자는 가로를 보행하면서 나타나는 연속적인 가로 경관을 바탕으로 근린의 특성을 인지하게 됨. 본 연구에서는 근린 내 존재하는 주거지가로인 주택가로와 상업가로인 근린생활가로의 가로경관을 분석하여 근린 전체를 인식하는 시지각적 특성을 도출하고자 하며, 이를 근린경관으로 정의하고 본 연구의 대상으로 함. 본 연구의 최종 성과물은 시민참여형 시지각·인지기반 근린경관 평가 플랫폼 개발과 딥러닝 기법을 활용한 가로뷰 이미지 기반 경관 평가 모델 구축임. 시민참여형 시지각·인지기반 근린경관 평가 플랫폼 개발은 소프트웨어로 특정 근린경관유형별 요소에 대한 사람들의 시각패턴과 전반적인 인지패턴을 분석하여 근린경관 평가에 있어 고려해야할 중요한 특성을 도출 뒤 대상지 전역에 대한 시민참여형 평가 플랫폼을 개발하는 것임. 이를 달성하기 위해 1차년도에는 대상지선정, 가로뷰 이미지 자료수집, 경관 형용사 인지 분석, 아이트래킹 시지각 분석 등을 수행하며, 2차년도에는 크라우드 소싱 플랫폼 구축 및 플랫폼 가동 테스트를 진행함. 딥러닝 기법을 활용한 가로뷰 이미지 기반 경관 평가 모델 구축은 가로뷰 데이터 DB 구축 후 이를 학습시키기 위해 전처리하여 근린 경관에 대한 시지각인지 특성을 바탕으로 구축한 딥러닝 모델에 학습시킨 뒤 테스트 대상지에 추론하여 경관 평가를 예측하는 것임. 이를 달성하기 위해 1차년도에는 이미지 내 구성 요소 분할 기술을 통한 전처리 알고리즘을 개발하고 2차년도에는 본 연구에서 수행한 시지각, 인지특성을 바탕으로 가중치를 부여한 CNN 기반 경관평가 추론 알고리즘을 개발하고, 알고리즘을 사용하여 경관평가 딥러닝 추론 실험을 진행하여 성능평가를 실시함. 또, 테스트 대상지 설문조사 결과와 최종적으로 비교함으로써 모델의 타당성을 검증하는 과정을 거침. 본 연구에서는 서울시 내 16개의 근린을 대상으로 자료를 수집하며 이를 바탕으로 4개의 추론 대상지를 대상으로 모델을 검증할 것임
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 가로 이미지 DB구축 및 시지각·인지 기반 근린경관 평가 기법 개발 본 연구는 시민들이 근린경관에 대해 품고있는 정서적 정보들을 정량화·객관화 하는 것에 초점을 맞추고 있으며, 이를 위하여 서울시의 대표적인 근린을 추출하여 연구를 진행하고자함. 대표 근린의 추출은 첫째, 서울시 도시개발사업으로 진행된 구역, 둘째, 도시개발사업인 토지구획정리사업에 해당하는 구역으로 함. 택지개발사업은 대규모 아파트개발이며, 이 경우는 대규모단지 형태로 동일한 경관이 조성되어있는 경향이 강하기 때문에 본 연구의 성격상 맞지 않아 제외함. 마지막으로 각 시대별 개발 형태가 유사하므로 시대별로 대표 개발 지구를 선정하여 연구를 진행함. 시대별 대표대상지는 1960년대 이전 ‘돈암지구’, 1960년대 ‘면목지구’, 1970년대 ‘잠실지구’, 1980년대 가락지구 등이며, 선정된 대상지에서 근린경관에 대한 샘플링을 실시함. 이때 근린경관은 ‘단독주택 밀집지역’, ‘다세대·다가구주택 밀집지역’, ‘빌라 밀집지역’ 등으로 주택의 형태에 따라 유형화 하여 가로뷰을 추출함. 가로뷰의 데이터는 평균 10m당 1개의 지점단위로 있으므로 한 지구당 평균 1만개 가량 있을 것으로 가정할 때, 딥러닝의 학습데이터는 예측데이터의 4개소는 예측 16개소, 약 16만개 이미지 추출함. 수집된 이미지 DB의 신뢰성을 확보하기 위해서 가로뷰 파노라마에서 고정된 각도의 이미지를 추출하며, 수집된 이미지 중 다른 이미지에 비해 이미지의 밝기, 채도 등의 특징이 상이한 경우 이를 제거하는 방법으로 데이터의 특이성으로 생기는 오차를 줄임. 경관에 대한 평가는 전적으로 보행자가 시각을 통해 정보를 습득 하는 과정에서 발생함. 따라서 보행자의 지각·인지의 과정에 대한 분석이 필요함. 이를 위해 보행자의 시각에 우선적으로 인지되고 집중되는 요소 도출을 위한 Eye-tracking 분석을 진행하고 이와 병행하여 경관 형용사 설문을 실시함. Eye-tracking 분석은 사람이 사물을 보는 과정상에서의 안구경로를 추적하는 테스트임. 근린경관에 접목하면 근린경관의 가로환경에서 사람들이 어떠한 구성요소에 먼저 시선이 가는지에 대한 확인 및 비교분석이 가능함. 실험을 위해서 다음의 세 가지 사항이 필요함. 첫째, 실험에 활용할 근린경관 사진을 위한 사항으로, 사진은 앞서 선정된 근린경관 기초 샘플 지점을 유형별로 선별하여 직접 촬영하여 사용함. 사진은 사람의 눈높이 수준인 1.5m 지점에서 삼각대를 사용하여 진행하며, 맑은 날에 촬영을 실시함. 이 때 보행자 및 차량에 의한 영향을 최소화하기 위하여 포토샵을 이용하여 보행자와 차량을 최대한 삭제한 사진을 사용함. 둘째, 실험환경 조성을 위한 사항으로, 컴퓨터와 Eye tracking 기기를 연결하여 피실험자의 시선경로 추적환경을 조성함. 경관 사진조사의 실험 특성상 빛 요소의 영향력 때문에 실험실 내 햇빛을 차단하고 형광등의 밝기를 조절함. 셋째, 실험참여자 모집사항임. 참여자는 시각적인 장애가 없는 사람들로 구성되며, 실험 전 진행과정에 대한 내용을 교육을 받은 후 본 실험에 참가토록 함. 실험참가 후에는 추가적으로 설문을 실시하여 어떠한 환경요소가 가장 기억에 남는지에 대한 자료를 수집함. Eye-tracking 실험 후 진행되는 설문문항은 가로경관에 대한 기존의 선행연구를 검토하여 이미지형용사를 추출하며, 본 연구에 맞는 항목으로 최종 수정·보완하여 사용 함. 각 항목별 측정은 리커트 5점 척도로 진행함. 근린경관의 물리적 요소에 대한 시선분포 패턴분석은 ‘정면부’, ‘창공면’, ‘바닥면’, ‘1층부 입면’, ‘건축물상층부입면’, ‘1층부 간판라인’, ‘도출간판’, ‘녹지’, ‘기타시설물’ 등의 분류로 진행함. 이를 기준으로 실험참여자들의 시선분포를 분석하여, 시선이 단순히 사진 상 특정구간에 집중이 되는지 혹은 특정 물리적 요소에 집중이 되는지 알아보고 각 경관 별 차이가 나타나는지 확인함. 또한 피실험자의 실제 시선분포 기록과 피실험자가 강하게 인지하는 요소로 작성한 설문 및 이미지 형용사 설문과의 상관성을 분석함. 분석모델의 경관의 신뢰도를 검증하기 위하여 목표 학습 데이터의 50%이상이 수집될 때, 같은 수의 이미지를 중복되지 않게 샘플들을 추출하고, 상관분석의 평균 R2 값의 변동을 Cronbach’s alpha를 사용하여 통계적으로 검증함. 또한, 실험을 진행하면서 실험자의 개인특성에 따른 편향을 통제하기 위하여 나이, 성별, 인근지역 거주 여부를 추가로 조사하여 개인특성과 상관성이 높은 요인은 제거함
연구성과 기술적 기대성과 근린환경에 대한 새로운 공간정보기술 s/w 개발을 통해 ICT 융합 도시관리체계 마련, 향후 국토교통기술의 기술경쟁력 강화 및 산업의 고부가가치화를 달성할 것으로 기대함. 손쉽게 참여 가능한 근린경관 평가에 대한 플랫폼의 알고리즘 개발은 탄력적이게 확장이 가능하며, 공간정보를 일반인에게 쉽게 제공 및 수집할 수 있는 기초 프로토 타입으로 기능하기 때문에 전국을 대상으로 한 도시재생 사업영역의 점진적 확대를 가능하게 할 것임
사회 경제적 파급효과 지금까지 공공에서의 지역 및 근린에 대한 관리는 공무원 등 특정 인력에 의해 자료가 수집되고 진행되었음. 그러나 기계학습을 통해 매년 갱신되는 가로뷰 데이터를 바탕으로 지역과 근린에 대한 모니터링이 진행된다면, 여기에 소비되는 인력 절감의 효과를 가져 올 수 있음. 도시 내 낙후된 지역 도출과 이에 대한 개선방향이 플랫폼을 통해 반자동적으로 구동 될 수 있음. 지금까지 새로운 주택을 선택할 때 접근가능 한 정보는 가격, 위치, 학교 등 맵 기반, 부동산시장기반의 정보로 한정적이었음. 이에 반해 주거지 선택에 있어서 각자가 살아가는 근린에 대한 쾌적성, 안전성 등 지역 이미지와 분위기가 어떤지에 대한 정보는 언제나 중요한 요소임. 본 플랫폼을 통하여 사람들은 모든 근린에 대한 이미지 구독이 가능하고 이는 주거지 정보의 폭을 넓히며, 보다 정교하게 각자가 원하는 근린에 대한 선택을 하는데 매우 큰 활용성을 가지게 될 것임. 근린경관에 대한 지속적인 피드백과 관리가 진행된다면, 최종적으로는 근린경관의 향상과 함께 해당 지역에 거주하고 있는 주민들의 삶의 질에 긍정적인 영향을 미칠 것임
활용방안 본 연구를 통해 개발되는 크라우드소싱 플랫폼은 기존 존재하였던 일방향의 한 시점 데이터의 정보제공과 달리 도시민 모두가 정보를 제공할 수 있는 도시민에 의한 스마트한 도시정보 공유 시스템임. 이는 단일시점에 측정된 정보가 아니라 지속적으로 사람들에 의해서 정보가 업데이트되는 선순환 지속형 정보제공 시스템임. 또한 기존 주택 및 근린에 대한 정보의 제공은 위치, 가격 등의 객관적인 데이터가 제공되고 있으나 본 연구의 결과물은 물리적 요소에 대한 사람들의 정성적 데이터에 대한 정보제공이 가능함. 본 연구는 근린경관으로부터 사람들이 주요하게 영향 받는 환경요소 및 근린경관 중 특히 긍정적 이미지를 가진 유형 도출을 가능하게 함. 이를 통해 앞으로 근린경관 설계 및 관리방안에서 중점적으로 관리되어야 할 요소들 및 관리가 필요한 근린경관 지역에 대한 기초자료 축적이 가능해짐. 이러한 연구결과는 기존의 체계적이지 않게 관리되었던 근린경관관리에 대한 인식을 바꾸고 정성적·정략적 분석이 고려된 종합적 시각에서의 근린경관 평가 및 향상을 위한 시스템을 제시할 것임. 또한 공공 주도의 전문성 있는 관리와 더불어 도시민의 의견을 반영한 탄력적인 경관관리를 가능하게 해줄 것임. 크라우드소싱 플랫폼 개발은 근린경관에 대한 지속적인 평가를 가능하게 해줄 것임. 이를 통하여 시간의 흐름에 따른 근린경관 변화에 대한 사람들의 인식을 통합적으로 기록하는것이 가능해 질 것임. 궁극적으로는 도시기록으로서의 의의와 함께 향후 관련 자료를 활용하는 다양한 연구를 가능하게 할 것임
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 스마트시티 딥러닝 경관 평가 시민참여 크라우드소싱
영문 Smart City Deep Learning Landscape Evaluation Citizen Participation Crowd Sourcing
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