서울시 야간조명 분석_3편_토지유형 및 계절별 분석
안녕하십니까! 야간조명 분석 3편입니다.
이번에는 저번에 했던 거 이어서 진행하도록 하겠습니다. 이번 포스팅에서는 Streamlit을 활용하여 야간 조도 데이터를 분석한 결과를 공유하고자 합니다. 분석은 다양한 통계적 방법을 적용하여 토지 유형별 및 계절별 조도 차이를 탐구하고, 그 의미를 해석하는 방향으로 진행되었습니다.
1. 데이터 소개
업로드한 데이터는 야간 조도 데이터로, 다양한 토지 유형과 계절에서의 밝기를 측정한 데이터셋입니다. 주요 변수는 다음과 같습니다:
- brightness: 조도 값
- land_type: 토지 유형 (예: 도시, 산림, 농경지, 나지, 수역)
- season: 계절 (봄, 여름, 가을, 겨울)
- covid_period: 코로나19 전/후 기간 구분
2. 분석 방법 및 결과
t-test 분석
t-test는 두 그룹 간의 평균 차이를 검정하기 위한 통계 방법입니다. 토지 유형별 조도의 평균 차이를 확인하기 위해 다음 비교를 수행했습니다:
- 도시 vs 산림
결과: t-통계량=45.888, p-값=3.134e-61
해석: p-값이 매우 낮으므로, 도시와 산림 간 조도의 평균 차이가 통계적으로 유의미합니다. 도시의 조도는 산림에 비해 월등히 높음을 시사합니다. - 도시 vs 농경지
결과: t-통계량=71.037, p-값=1.063e-67
해석: 도시와 농경지 간에도 유사한 패턴으로 유의미한 차이가 확인되었습니다. 도시의 높은 조도가 두드러집니다. - 농경지 vs 산림
결과: t-통계량=76.129, p-값=8.303e-70
해석: 농경지와 산림 간의 조도 차이도 통계적으로 유의하며, 농경지가 산림보다 평균 조도가 높습니다.
회귀 분석
회귀 분석은 조도의 변화에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위해 수행되었습니다. 주요 결과는 다음과 같습니다:
- 토지 유형
- 도시(기준값): 높은 조도 (+16.5685)
- 산림: 낮은 조도 (-17.3995)
- 농경지: 상대적으로 낮은 조도 (-33.7533)
- 계절별 효과
- 겨울(기준값): 조도가 가장 높음
- 여름: 조도가 감소 (-2.5196)
- 코로나19 영향
- 코로나 이후: 조도 감소 (-1.7741)
해석: 토지 유형과 계절은 조도에 큰 영향을 미치는 변수로 나타났으며, 코로나19 이후 전반적으로 조도가 낮아지는 경향이 확인되었습니다.
ANOVA 분석
ANOVA는 세 개 이상의 그룹 간 평균 차이를 비교하기 위한 방법입니다. 토지 유형과 계절을 기준으로 분석한 결과는 다음과 같습니다:
- 토지 유형별 ANOVA
결과: F-값=1363.854, p-값=5.536e-214
해석: 토지 유형에 따른 조도의 평균 차이는 매우 유의미합니다. - 계절별 ANOVA
결과: F-값=1.066, p-값=3.637e-01
해석: 계절 간 조도의 차이는 통계적으로 유의하지 않습니다.
시각화 분석
1. 전체 시계열 그래프
토지 유형별 조도의 변화를 시계열로 나타낸 그래프입니다. 도시 지역의 조도는 일정한 수준을 유지하며 가장 높은 값을 보이고, 농경지와 산림의 조도는 상대적으로 낮은 패턴을 보입니다.
2. 계절별 평균 조도 변화
계절에 따라 토지 유형별 조도의 평균 값을 나타낸 그래프입니다. 여름철 조도가 다른 계절에 비해 약간 낮은 경향을 보입니다.
3. 토지 유형별 조도 분포 (박스플롯)
박스플롯을 통해 각 토지 유형에서의 조도 분포를 확인할 수 있습니다. 도시 지역은 조도 값이 넓게 분포하는 반면, 농경지와 산림은 낮은 값에서 집중되는 경향을 보입니다.
4. 토지 유형 간 조도 분포 (히스토그램)
히스토그램을 통해 도시와 농경지가 조도 값에서 명확히 구분되는 양상을 확인할 수 있습니다.
1. 분석 결과
- 도시: 평균 조도가 가장 높음 (~48 MW/cm²/sr)
도시 지역은 야간에 높은 인공조명으로 인해 밝기가 매우 높은 수준을 유지하고 있습니다. 이는 인간 활동 및 에너지 사용과 밀접하게 연관되어 있습니다. - 나지: 도시 다음으로 높은 조도를 보임 (~33 MW/cm²/sr)
나지는 주변에 장애물이 없어 빛의 산란 효과가 낮고, 반사된 빛의 영향이 큽니다. - 수역: 중간 수준의 조도 (~27 MW/cm²/sr)
물은 빛을 반사하는 특성이 있으나, 그 정도가 나지보다 낮습니다. - 농경지: 상대적으로 낮은 조도 (~18 MW/cm²/sr)
농경지는 인공조명보다는 자연 상태가 많이 유지되는 지역입니다. - 산림: 가장 낮은 조도 (~14 MW/cm²/sr)
산림은 나무가 빛을 흡수하며, 외부 조명의 영향을 최소화하는 특성을 보입니다.
2. 해석 및 통찰
- 도시 지역의 높은 조도는 인공조명의 광범위한 사용과 경제활동의 집중을 반영하며, 에너지 소비 및 빛 공해(light pollution)의 주요 원인으로 작용합니다.
- 농경지와 산림의 낮은 조도는 상대적으로 자연적인 환경이 보존되고 있음을 시사합니다. 이는 생태계 유지에 긍정적인 영향을 미칠 수 있지만, 낮은 조도로 인해 관측 및 활동이 제한될 수 있습니다.
- 나지와 수역의 중간 조도는 빛의 반사 및 물리적 구조에 의한 결과로 해석됩니다.
최종 결론
이번 연구를 통해 토지 유형과 계절, 그리고 사회적 변화(코로나19)에 따라 야간 조도가 명확히 구분되는 패턴을 확인할 수 있었습니다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같습니다:
- 토지 유형의 영향: 도시 지역의 조도는 다른 토지 유형에 비해 월등히 높았으며, 이는 인공조명의 사용과 관련이 깊습니다. 산림과 농경지와 같은 자연환경은 낮은 조도를 보여주며, 이는 자연 상태를 반영합니다.
- 계절적 변화: 계절은 조도에 비교적 미미한 영향을 미쳤으나, 여름철에 약간의 감소 경향이 관찰되었습니다.
- 코로나19의 영향: 코로나19 이후 전체적인 조도의 감소가 관찰되었으며, 이는 경제 활동의 축소와 관련이 있을 가능성이 있습니다.
- 학술적 기여: 이번 연구는 빛 공해와 에너지 소비의 관계를 심층적으로 이해하는 데 기여하며, 향후 도시 계획 및 환경 정책 수립 시 중요한 참고 자료로 사용될 수 있습니다. 특히, 생태계와 인간 활동 간의 균형을 고려한 지속 가능한 발전 전략이 필요함을 강조합니다.
결론 및 통찰
이번 분석을 통해 토지 유형이 야간 조도에 가장 큰 영향을 미치는 변수임을 확인했습니다. 특히, 도시 지역은 높은 조도와 넓은 분포를 보이는 반면, 산림과 농경지는 조도가 낮고 비교적 균일한 분포를 보입니다. 계절의 효과는 미미했으나, 코로나19 이후 전체적인 조도가 감소하는 경향이 발견되었습니다.
이러한 결과는 야간 조도가 환경 및 경제적 활동에 미치는 영향을 평가하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 앞으로 도시 계획 및 에너지 정책 수립 시 본 결과를 참고할 수 있을 것입니다.
Streamlit을 활용하여 작성된 대시보드는 데이터 업로드 후 자동으로 결과를 제공하며, 분석 및 시각화를 쉽게 확인할 수 있도록 구성되었습니다. 자세한 분석 방법과 코드에 관심 있으시면 댓글로 남겨주세요! 😊