MM-MK-ConvLSTM을 활용한 다중규모 도시성장모형 구축 및 경사지 규제에 따른 용인시 2040년 도시확장 패턴 분석

경사지 규제 시나리오에 따른 용인시 도시성장 패턴을 예측했다.

도시계획 정책 수립에 있어 인공지능의 활용은 데이터를 기반으로 한 객관적인 의사결정의 참고자료를 제공할 수 있다. 본 연구의 목적은 딥러닝 기반의 다중규모 도시성장예측모형(Multi-modal Multi- kernel ConvLSTM)을 구축하여 용인시의 2040년 도시성장패턴을 예측하고, 개발 및 규제 시나리오에 따른 도시화 패턴의 변화를 알아보는 것이다. 연구 결과, 기존 딥러닝 기반 모형(ConvLSTM)과 비교하여 본 연구에서 제안하는 모형의 예측력은 전체 지표에서 약 1~4% 향상되었으며, 특히 파편화된 도시지역 예측 능력이 향상되었다. 시나리오 기반 용인시 2040년 도시개발 패턴에 따르면, 자연적 개발 시나리오에서는 과거 도시화 패턴에 따라 기흥구와 수지구에서 도시 개발압력이 높은 것으로 나타났으나, 경사지 규제가 강화될수록 처인구의 평지에 개발압력이 높아졌다. 또한 경사지 규제로 인해 산지전용 개발은 줄어들 수 있으나, 처인구의 파편적 개발패턴이 심화되었다. 이러한 결과는 산지전용 개발을 제한하기 위한 경사지 규제와 파편적 개발은 트레이드 오프 관계를 가지고 있음을 보여준다. 반면, 적정규모 개발 시나리오 적용 시 상대적으로 파편화가 완화되었다. 본 연구의 결과는 향후 용인시 정책 수립과 의사결정 시 개발 밀도, 개발 규모, 경사지 규제를 통합적으로 고려한 의사결정의 필요성을 제시한다.

또한 의사결정권자에게 정량적이고 객관적인 근거를 제공하여 지속가능한 도시계획 수립을 위한 의사결정의 참고 자료가 될 수 있다. Artificial intelligence can provide objective, data-driven evidence for decision-making in urban planning. This study develops a deep learning-based, multi-scale urban growth prediction model (Multi-modal Multi-kernel ConvLSTM) and applies it to forecast urban growth patterns in Yongin City to 2040 under different development and regulatory scenarios. The proposed model improves prediction accuracy by approximately 1–4% across all indicators compared with a conventional ConvLSTM model and better predicts fragmented urban areas.

Under the natural development scenario, development pressure is high in Giheung-gu and Suji-gu, following past urbanization patterns. However, when slope regulations are strengthened, development pressure increases on the flat areas of Cheoin-gu. While slope regulations reduce hillside development, they also increase fragmented development in Cheoin-gu. This indicates a trade-off between slope regulation and fragmented development. On the other hand, fragmentation is relatively reduced when applying the appropriate scale development scenario.

These findings highlight the need for integrated decision-making that considers development density, scale, and slope regulations when formulating future policies in Yongin and provide decision-makers with quantitative, objective evidence for sustainable urban planning.