고해상도 빛공해 지도를 통한 서울시 조명환경관리구역 기준 분석

Abstract

City night lights first appeared in Europe in the 17th century and are still increasing its brightness and divergence by 2.2% every year. Seoul City is a country with serious light pollution ranking second among the G20 countries with a Bortle scale of 9 or higher. Night lights have become indispensable city infrastructure, however, the unlimited increase caused the disappearance of natural night. This has major impacts on animals and plants that have evolved with the Earths light and dark cycle for thousands of years. The damage of light pollution range from a change in the pattern of eating and sleeping cycles to disruption of circadian rhythms, ecosystem disturbance, and hormonal disease such as cancer. Due to these impacts, many countries established lighting environment management zones to minimize light pollution, Each lighting zones have corresponding light emission standards depending on its land use. In 2015, Seoul established the Prevention of Light Pollution by Artificial Lighting and classified four environmental lighting zones; Lighting zone 1 are conservation green areas, Lighting zone 2 are natural green area, Lighting zone 3 are residential areas and Lighting zone 4 are commercial and industrial areas. Light emission standards are specified for spatial lighting, advertising lighting, and decorative lighting depending on each stage. Seoul's light pollution map, released under the support of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport in 2019, is a light pollution map of Seoul based on night time image data of VIIRS and International Space Station. The high-resolution light pollution maps grid size is 80m x 80m which is the approximate size of a block in Seoul. This map allows one to configure areas with severe light pollution in Seoul. Using Grasshoppers Image Sampling method, this map was taken according to the 25 districts and analyzed in order to find out whether the classification standard of the current lighting environment management area properly reflects the actual light pollution distribution. As a result, it is shown that light pollution levels vary between residential land use. Exclusive residential areas and 1st class residential zones have lower light levels comparted to 2nd, 3rd and Semi residential areas. Districts such as Seongdong-gu, Gwangjin-gu, Seongbuk-gu, Nowon-gu, Mapo-gu, Yeongcheon-gu, Gangseo-gu, Guro-gu, and Gangnam-gu all have areas more exposed to light pollution in residential areas compared to commercial areas. Most of these areas appear in 2nd class and 3rd class residential areas. Although light pollution in Seoul is concentrated in commercial areas, there are residentail areas with high light pollution levels depending on the districts local condition. Confirming the regional situation and distribution of light pollution, light emission standard of lighting environment management areas must be re-established depending on local conditions. This paper examines whether the arrangment of residential land use impact light pollution levles. These types are cluster type, grid type, penetration type, and continuous type. The result shows that the highest and lowest appears in both grid type residential land use arrangements suggesting that arrangement of land use does not relate to light pollution. However, looking at the commercial facility ratio of residential blocks, it is clear that light pollution levels in residential areas depend on the commercial facility ratio. Land use regulation method in Seoul adopts a pre-regulation method that stipulates the allowable and non-permissible degree for each land use. Unfortunately almost all commercial facilities are permitted under the name of neighborhood living facilities in 2nd class and 3rd class residential area therefore increasing light pollution in residential areas. It is necessary to adjust the light emission allowance standard by re-classifying the lighting environment management zone through the distribution of commercial facilities. Lighting environment 4 management area consists of commercial areas and industrial areas. Since Seoul's lighting environment management zone classification depends purely on land-use, cases where Lighting zone 1 and Lighting zone 4 are adjacent occur. In this case, due to the night light generated in the commercial area, the desired illumination intensity can not be obtained even if the LZ1 local light emission allowance standard is followed. United Kingdom environmental lighting zone regulations does not allow LZ1 and LZ4 to be contiguous. International Lighting Commission CIE designates the distance between the two areas to be at least 100km. However, there are many difficulties in realizing these measures in Seoul. There is a need for a research on the distance and boundary lighting conditions between the LZ1 and LZ4 within Seoul. In the case of industrial areas, there are areas with lower light pollution than residential areas at night, depending on the nature of the business. In these areas, it seems necessary to change the light emission limit standard according to the time period. In conclusion, this paper suggests subzones for LZ3 because of the variation of light pollution levels shown in the different residential areas. Division of light emission standards within LZ3 will distinguish highly polluted residential areas. This is needed so that light pollution does not penetrate and spill through low polluted areas. This division should be established purely on land use but with informations on commercial facility density in regions. Commercial areas must determine the distance and boundary between lighting zone1 conservation green area and industrial zones. The boundary should have an appropriate distance and serve as a special landscape management area. However, the adequate distance and the area of these border areas must be established after a comprehensive research. This paper provides a basic research on a city based lighting environmental zone regulations and aims for a more localized lighting management system in order to efficiently reduce light pollution within the city.

17세기 유럽에서 등장하여 밤을 밝혀준 야간 조명은 지금도 꾸준히 증가하며 이제는 도시에 없어서는 안 될 인프라로 자리 잡게되었다. 하지만 도심의 빛 인프라 확산은 밤의 소멸을 불러왔고 수천년 동안 지구의 명주기에 의해 진화해온 동식물에 많은 영향을 미치고 있다. 광공해의 피해는 에너지 소비부터 생태계 교란, 생체 시계 교란 그리고 인간에게는 호르몬과 직결된 암과 같은 다양한 질병으로 이어진다. 현재 많은 국가들이 빛공해를 최소화하기 위해 조명환경관리구역을 지정하여 빛방사허용기준을 정하고 조명을 관리하고 있다. 서울시 또한 Bortle scale 9단계 이상으로 G20 국가 중에서는 이탈리아 다음으로 빛공해가 심각한 국가이다. 정부는 2015년 인공조명에 의한 빛공해 방지법이라는 제도 아래 조명환경관리구역을 지정한다. 조명환경관리구역은 용도지역에 따라 구분되며 제1종 보전녹지지역, 제2종 자연녹지지역 (1종 제외), 제3종 주거지역, 제4종 상업지역과 공업지역을 분류된다. 각 단계별로 공간조명, 광고조명, 장식조명의 빛방사허용기준이 지정되어 있어 광원을 측정하여 규제하는 방식이다. 2019년 국토교통부의 지원 아래 발표된 서울시의 빛공해지도는 국제우주정거장에서 촬영한 사진 데이터와 VIIRS 데이터를 기반으로 서울의 빛공해 수준을 지도화한 것이다. 고해상도 빛공해 지도는 서울시를 80m x 80m 크기로 그리드화한 것으로 서울 내 빛공해가 심각한 지역을 정확히 알아낼 수 있다. 고해상도 빛공해 지도와 현재 서울시의 조명환경관리구역을 비교하여 현재 조명환경관리구역의 구분 기준이 실제 빛공해 분포를 제대로 반영하고 있는지 분석하기 위해 그래스호퍼 (Grasshopper)의 이미지 샘플링 (Image sampling) 컴포넌트를 이용하였다. 빛공해 심각 지역의 광공해 수준 몇몇 이상 지역 정량적 분석 결과 자치구별 용도지역에 따라 광공해 수준의 차이를 보이며 특히 ___ 자치구는 주거지역에 대한 광공해 수준이 상업지역보다 높은 것으로 나타난다. 이는 주거지역 면적이 상업지역보다 높기 때문이기도 하지만 그만큼의 면적이 해당 광공해 수준에 노출되어있다는 것을 의미하므로 빛공해 피해가 심각한 주거지역을 특별관리지역으로 구분하여 관리할 필요성이 있다. 주거지역의 용도지역 유형을 봤을 때 군집형, 그리드형, 침투형, 연속형으로 나뉜다. 유형별 사례를 살펴본 결과 광공해 수준은 주거지역 용도지역의 배치보다는 용도지역의 상업비율과 연광성이 있다. 전용주거와 제1종 일반주거지역은 빛공해 수준이 높지 않지만 제2 일반주거지역, 제3 일반주거지역과 준주거지역은 상업시설 비율에 따라 상업지역 못지 않은 광공해 수준을 보인다. 이는 용도지역 규제 방식과 연관이 있는데 제2종 일반주거지역과 제3종 주거지역은 거의 모든 상업시설이 근린생활시설이라는 명목 아래 허용이 되고 있기 때문이다. 따라서 주거지역은 용도지역의 구분과 더불어 상업시설 분포도를 통해 조명환경관리구역을 재구분하여 빛방사허용기준을 상하향 조정할 필요가 있다. 제4종 조명환경관리구역은 상업지역과 공업지역으로 이루어진다. 서울의 조명환경관리구역 구분은 용도지역으로 이루어지기 때문에 제1종 생태계보전지역과 제4종 상업지역이 인접한 경우를 볼 수 있다. 이 경우 상업지역에서 발생하는 야간 빛 때문에 제1종 지역 빛방사허용기준을 준수하더라도 추구하고자 하는 조도를 얻을 수 없다. 특히 제1종 보전녹지지역의 면적이 좁은 경우 인접한 상업지역의 광공해 수준과 일치하는 것을 볼 수 있다. 영국의 경우 제1종과 제4종은 인접할 수 없도록 규정되어 있고 국제조명위원회 CIE는 두 구역간 거리를 최소 100km로 지정하고 있다. 하지만 서울 도심 내의 이러한 조치를 현실적으로 이루기에는 많은 어려움이 있다. 도심내 제1종과 제4종간의 간격과 빛방사허용기준에 대한 연구가 필요한 실정이다. 공업지역의 경우 상업 특성에 따라 야간에 주거지역보다 빛공해가 낮은 지역들이 있다. 이러한 지역들은 시간대에 따른 빛방사허용기준 변화가 필요해 보인다. 이처럼 주거지역은 용도지역과 더불어 상업비율을 분석하여 조명환경관리구역을 재구분할 필요가 있고 상업지역은 빛방사허용기준을 준수하는 것 뿐만 아니라 제1종 보전녹지지역과의 거리와 빛의 수준을 고려하여 도심 속 생태계보전지역을 빛으로부터 보호할 수 있는 대책 마련이 시급하다. 미국의 경우 빛공해 관리를 위해 지역의 에너지 소비를 조율하는 방식으로 특정 필지에 정해진 에너지량을 소비하도록 한다. 이러한 방식은 에너지 낭비를 방지하면서 동시에 침입광이나 누설광과 같이 과도한 빛으로 나타날 수 있는 피해를 줄이고 있다. 우리나라 조명환경관리구역의 규제 방식 또한 빛방사허용기준만으로 규정하지 않고 다양하나 방식으로 확대하여 빛공해를 관리할 수 있는 기반을 형성되어야 한다고 판단된다. 본 논문은 용도지역의 세분화를 제안하며 조명환경관리구역별 빛방사허용기준으로 그치지 않고 해당 필지에 소비 에너지량을 제한하는 등의 빛공해를 규제할 있는 방식을 제안한다.