Using Contingent Valuation and Numerical Methods to Determine Optimal Locations for Environmental Facilities: Public Arboretums in South Korea

Hyunhong Choi, 구윤모 (2018) · ecological-economics · DOI ↗

한국 공공 수목원 (public arboretum) 다수 시설 최적 입지 결정을 (소비자 편익 조건부 가치 평가법) + (수치 최적화 nested-partitions) 의 통합 프레임으로 해결. 통행시간이 편익에 미치는 영향을 CVM 으로 추정 후, NP 알고리즘으로 다수 입지의 결합 최적화. 결과: NP solution 이 SL (Stockholm Location) benchmark 대비 USD 40M 추가 사회적 편익, 가장 최근 건립된 3 수목원 위치가 NP 최적과 다름 — 정책에 재배치 / 신규 입지 자료 제공.

RQ: 한국 공공 수목원 다수 시설 최적 입지 를 어떻게 결정하는가? 통행시간 - 편익 - 입지의 통합 최적화 프레임은?
방법론: 조건부 가치 평가법 (CVM, 입장료·재방문 의향 → WTP) + nested-partitions (NP, simulated annealing 풍 다중영역 분할 최적화) + stockholm-location-method (SL benchmark)
데이터: 한국 가구 SP 설문 (통행시간 vs 입장료 trade-off), 한국 행정구역별 가구 수 + 토지비용 + 기존 16 수목원 위치
주요 발견: (1) NP solution > SL solution 모든 시나리오에서 (예: 2 신규 수목원 시 NP performance 163.7 vs SL 162.56 백만 USD). (2) 기존 수목원 위치는 행정구역 자체보다 인접 (높은 가구 수) 구역에 더 큰 편익 유발 — 지역 간 협력 의 정량적 근거. (3) 최근 건립 3 수목원 재배치 시나리오: USD 40M 추가 편익.
시사점: 공공시설 입지 결정 에 정량 분석 도입의 정당화. 행정구역별 예산 분담 + 협력 메커니즘 의 필요성. 단, “decision support data” 로만 사용 — 강한 가정 (CVM 가상 응답, 통행시간 외 변수 미고려) 때문에 최종 결정 대용 X.

Fig. 5 — SL (red) vs NP (blue) solution 의 한국 지도 시각화. 기존 수목원은 녹색.

요약

이 paper 는 구윤모 의 2기 (2017-2021) CVM + 환경시설 라인의 대표작. hyojung-choi (제 1 저자) 가 구윤모 와 환경 가치평가 + 최적화 결합 의 새 도구를 시도한 작업. 조건부 가치 평가법 단독으로는 편익 측정 만 가능하지만, 다수 시설 입지 결정 이라는 결합 최적화 문제 까지 풀려면 수치 최적화 알고리즘 결합 필요.

방법론적 핵심은 2-step framework: (i) CVM 으로 통행시간에 따른 방문 가능성 + WTP 의 거리감쇠 함수 추정. 응답자가 각 가상 통행시간 (10분 - 240분) 에서 입장료 (가상) 를 지불할 의향을 double-bounded dichotomous choice 로 조사. (ii) 추정된 편익 함수를 공간 최적화 목적함수 에 넣고, nested-partitions 알고리즘으로 다수 시설 위치를 동시에 결정. NP 는 시뮬레이티드 어닐링과 유사하지만 공간 영역의 계층적 분할 으로 대규모 조합 최적화 의 효율성 확보 (Shi & Olafsson 2000).

핵심 발견: NP solution 이 stockholm-location-method (SL, gravity model 기반 단일 시설 입지법) benchmark 대비 모든 시나리오에서 우수 (Table 8). 예: 2 신규 수목원의 NP performance 163.7 백만 USD vs SL 162.56 — 비용 차이가 작아 보이지만, 3 수목원·5 수목원 시나리오로 확장 시 격차 증폭. 가장 흥미로운 결과: 가장 최근 건립된 3 공공 수목원 재배치 시 USD 40M 추가 편익 — 즉 현실 정책이 사회적 최적과 어긋난다 는 직접 증거.

구윤모 의 연구 궤적 안에서 이 paper 는 Ex-ante Evaluation of Economic Costs from Power Grid Blackout in South Korea (CVM 시작) → Using Contingent Valuation and Numerical Methods to Determine Optimal Locations for Environmental Facilities: Public Arboretums in South Korea (CVM + 최적화) → kyungjin-kim-2020-renewable-local-acceptance (CVM 신재생 수용 비용) 의 CVM 연구 시리즈 의 중간 단계. 2 기 SNU 부임 초기 의 핵심 작업.

핵심 결과

시나리오	NP Performance (백만 USD)	SL Performance	격차
2 신규 수목원	163.70	162.56	+1.14
기존 3 수목원 재배치	+40 (추가 편익)	—	—

NP solution 모든 시나리오에서 SL 대비 우수
기존 수목원 위치 + 인접 행정구 가구 수 → 자연스러운 협력 필요성 입증
NP: simulated annealing 류 공간 계층 분할 최적화, 다수 시설 조합 문제에 효율

방법론 노트

조건부 가치 평가법 편익 함수 (거리감쇠):

B_i(t_{ij}) = \int_0^{\infty} P_{visit}(t_{ij}, p) \cdot p \, dp \cdot \text{HH}_i

여기서 $t_{ij}$ 는 가구 $i$ 에서 시설 $j$ 까지 통행시간, $P_{visit}(\cdot)$ 는 통행시간·가격 conditional 방문 확률, $\text{HH}_i$ 는 가구 수.

nested-partitions (NP) 최적화 (Shi & Olafsson):

전체 영역 $\Theta$ 를 K 부분영역 $\Theta_1, \ldots, \Theta_K$ + surrounding region 으로 분할
각 부분영역에서 후보 입지 무작위 표본, 목적함수 평가
최고 점수 부분영역 (“most promising region”) 으로 zoom-in, 나머지는 다시 surrounding region 으로 합병
반복 → 단일 입지로 수렴

식별 가정: (i) CVM 응답이 실제 방문 행동 근사, (ii) 거리감쇠 함수가 시간 외 변수 (대안 시설 유무) 와 separable, (iii) NP 의 most promising region 식별 정확.

연구 계보

이 paper 는 (i) Arrow et al. (1993) NOAA panel 의 조건부 가치 평가법 정통, (ii) Shi & Olafsson (2000) 의 nested-partitions 알고리즘 본가, (iii) Ex-ante Evaluation of Economic Costs from Power Grid Blackout in South Korea 의 CVM 한국 적용 직접 선행 — 의 결합. 구윤모 의 연구 궤적 안에서 CVM 도구 + 수치 최적화 의 결합 시도이며, hyojung-choi 가 구윤모 와 함께 공학적 최적화 + 환경 가치평가 라는 새 방향을 개척한 자리.

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