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네트워크 구조 확률함수를 이용한 다중 연결 시스템 취약성 해석

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Authors
은상규
Advisor
최원
Major
농업생명과학대학 생태조경·지역시스템공학부
Issue Date
2017
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
다중 연결 시스템네트워크 구조확률 함수시스템 취약성농산물 무역 네트워크조류 독감 확산 모델
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 농업생명과학대학 생태조경·지역시스템공학부, 2017. 8. 최원.
Abstract
시스템은 요소와 요소들의 유기적 결합으로 연계되어 있어, 상호작용이 발생하기 때문에 다중 연결 구조로 이루어진 네트워크이다. 네트워크는 절점을 구성 요소로 하며, 절점의 관계를 연결선으로 나타낸다. 네트워크 분석 기법 중 다중 연결 구조 특징을 연결선 수의 확률 함수로 표현한 방법은 복잡계 시스템의 이해에 유용하다. 하지만, 기존 네트워크 취약성 해석은 절점 제거에 따른 구조 변화 특징을 여러 해석 방법을 이용하여 종합해야 하는 단점이 존재한다. 따라서 네트워크 연결 구조를 표현한 확률 함수를 이용하여, 여러 해석 방법을 거치지 않고, 직접 시스템 취약성을 평가할 수 있다면, 해석의 효율성을 높일 수 있을 것이다.

네트워크를 활용한 다중 연결 시스템의 취약성 해석은 군집 연결 절점을 이용한 취약 지점의 확률 해석과 연결 구조를 고려한 취약성 분석으로 이루어졌다. 다중 연결 시스템의 취약 지점은 네트워크의 중심성이 높은 절점과 군집을 연결하는 절점이다. 네트워크에서 중심성이 높은 절점은 사이정도와 연결정도 등으로 분석하며, 군집 연결 절점은 네트워크의 응집력 변화량 측정 및 랜덤워크 기반 방법으로 평가하였다. 랜덤워크에 의해 분석된 취약 지점은 네트워크의 정보가 알려지지 않은 조건에서 이용할 수 있는 장점이 있었다. 그러나 랜덤워크에 의한 취약 지점은 연결선의 크기를 고려하지 않아 다중 연결 시스템의 적용에 한계가 있었다. 다중 연결 시스템의 취약 지점 분석은 가중치 연결선을 고려하기 위해서 확률 및 컨볼루션을 적용하여 기존 방법을 개선하였다.
지역 사회의 요소간의 연결로 인한 나타나는 복잡한 현상을 모사한 다중 연결 시스템은 척도없는 네트워크와 무작위 네트워크의 결합한 형태로 나타났다. 무작위 네트워크는 절점이 가지고 있는 연결선의 수가 균등한 형태이며, 척도없는 네트워크는 절점에 포함된 연결선의 수가 불균등한 형태이다. 척도없는 네트워크는 중심성이 높은 절점을 우선적으로 제거시 취약성이 높아지지만, 무작위 네트워크의 취약성은 절점의 제거 순서에 영향을 받지 않았다. 따라서 네트워크의 취약성은 절점에 포함된 연결선의 분포에 의해 결정되었다. 다중 연결 시스템의 취약성 평가는 절점을 제거하고 네트워크의 지름과 근접정도를 반복 계산해야 한다. 감마 분포의 형상모수는 척도없는 네트워크 및 무작위 네트워크의 절점에 포함된 연결선 분포를 나타낼 수 있으며, 다중 연결 시스템의 절점에 연결된 선의 분포를 표현할 수 있었다. 다중 연결을 고려한 시스템의 취약 평가는 감마 분포의 형상모수를 활용하였다.

지역 사회의 구성 요소 간 연결은 사람 및 물류의 이동, 정보의 공유 등 대상체에 따라 서로 다른 네트워크 구조를 가졌다. 국내 농산물 수출 품목의 연결은 물류의 이동으로 구성되며, 연결선 집중이 발행하는 특정 품목은 무역의 취약성을 커지게 하였다. 조류 독감은 사람의 이동으로 농가 간 연결이 형성됨에 따라 확산이 진행되며, 전파 속도를 늦추거나 차단 지점의 효과를 높여 확산의 취약성을 감소시킬 수 있었다. 콘크리트의 정밀 크랙 해석을 수행하기 위해서는 구조물의 응력경로를 정확히 탐색할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 연속체를 이용하는 방법보다 등가의 이산체로 대체하는 방법이 효율적이였다. 따라서 다중 연결 구조를 고려한 시스템의 취약성 해석을 이용하여 농산물 수출 품목의 편중에 따른 취약 정도를 평가하고, 조류 독감 확산 범위를 감소시킬 수 있는 농가의 연결 구조를 고찰하였으며, 등가의 이산체인 불규칙 삼각망을 이용해서 응력 경로 해석 시간을 단축할 수 있는 네트워크 조건에 대하여 분석하였다.

연구결과 신선 농산물 수출 품목을 분석한 결과 정책 지원 대상 품목의 경우는 네트워크의 취약성을 높이는 결과를 가져왔다. 조류 독감의 확산 문제에서는 농가와 농가의 연결 구조가 불균등하게 될수록 확산 차단 효과가 높았다. 불규칙 삼각망을 이용한 응력 경로 탐색의 문제에서는 삼각망을 구성하는 각 절점의 연결선 빈도가 6개인 경우에 가장 효율적으로 수행할 수 있었다. 요약하면 다중 연결 시스템의 취약성은 불균등 구조와 균등 구조의 비율에 따라 변화하였고, 감마 분포의 형상모수를 이용하여 다중 연결 구조를 평가할 수 있었으며, 형상모수가 커짐에 따라 시스템의 취약성은 지수 함수의 형태로 감소하였다. 지역 발전에 따라 복잡해지고 있는 시스템의 경우 연쇄적 반응의 확대·억제 지점을 고려하여야 하는데, 본 연구에서 제안하는 취약성 해석 방법은 그 대안이 될 수 있는 것으로 판단된다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/136908
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College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Landscape Architecture and Rural System Engineering (생태조경·지역시스템공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._생태조경·지역시스템공학부)
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