야간 도시환경에서 보행친화적 요소에 대한 탐색적 연구 : EEG 감정좌표 분석을 바탕으로 = An Exploratory Study on Walkability Factors in Nighttime Urban Environments : Based on EEG Affective Coordinate Analysis

국문 초록 (Abstract)

현대 도시 계획의 선구자 제인 제이콥스(Jane Jacobs)가 1960년대에 그의 저서 『미국 대도시의 죽음과 삶』을 통해서 보도의 효용성을 역설했지만, 도시는 차량 중심의 효율성과 속도에 더 중점을 두고 발전해 왔다. 세계 금융위기와 글로벌 팬데믹 이후 부상한 '뉴노멀 시대'에 비대면 재택근무, 전자상거래, 미니멀 라이프가 중요시되면서 보행 환경에 대한 사회적 관심이 다시 재점화되었고 제프 스팩(Jeff Speck)의 '워커빌리티' 개념을 비롯 하여 보행 친화적 도시의 가치에 주목한 다양한 연구들과 정책들이 이어져 왔다. 미국은 '워크스코어(Walk score)'를 통해 이러한 보행 친화성을 정량화해서 도시의 경제적 가치를 판단하는 지표로 활용해왔고, 우리나라도 보행 편의·안전·정책 지수 등의 도입과 관련 법안 발의 등을 통하여 정책적으로 걷기 좋은 도시를 만들기 위해 노력해왔다.
그러나 이러한 보행 친화성 지표들은 주로 도시의 주간 환경 기준으로 설정되어 있다. 야간의 도시 환경은 주간과 다른 물리적·심리적 특성을 갖고, 이동 및 체류 인구가 주간과 비교하여 적지 않은 점을 고려하면, 야간 도시 환경이라는 범위 안에서 보행 친화 요소에 대하여 새로운 시각으로 고찰할 필요가 있다. 이에 본 연구는 보행 여정의 시점이자 종착점인 주거지역을 중심으로 야간의 보행 환경이 가장 취약할 수 있는 저층 주거지역을 연구의 대상지로 선정하였다.
저층 주거지역은 밀집된 공간에 다양한 사람들이 어우러져 있어 상반된 가치들이 이해 충돌을 일으킬 수 있는 환경이다. 도로의 주인공은 차량과 사람이 혼용되어있고, 빛 공해와 '다크존(Dark Zone)'이 공존하며, 사적공 간과 공적공간이 중첩된 복잡한 공간으로 공공정책의 사각지대가 발생할 수 있다. 이러한 환경의 문제점을 온전히 바라보기 위해 개인의 주관을 넘어 인간의 내면적 반응을 객관적으로 볼 필요가 있다.
최근 신경과학과 도시계획의 학제 간 융합을 통해, 인간의 생체지표로 도 시 환경을 분석하는 '뉴로어바니즘 (Neuro-Urbanism)' 연구가 점차 확대 되는 추세이다. 이러한 흐름에 발맞추어 본 연구는 보행자의 뇌파(EEG) 데 이터를 활용하여 야간시간대 저층 주거지역에서 발생하는 감정 변화를 추적 하고, 이에 영향을 미치는 환경요인을 분석하고자 하였다.
이를 위해 본 연구는 저층 주거지역에서 보행 활동 중 뇌파를 측정하는 현장 기반 연구를 수행하였으며, 뇌파 데이터를 러셀(Russell)의 정서가 (Valence) - 각성도(Arousal) 모델에 기초하여 보행자의 감정변화를 분석 하였다. 산출된 정서가와 각성도 데이터를 시계열 그래프와 감정 좌표상에 나타내고 유의미한 반응이 나타나는 '감정 특이점(Emotion Event)'을 추출하였으며, 이를 GPS 좌표와 동기화하여 보행자의 감정 반응을 식별할 수 있는 '감정 매핑 지도(Emotional Map)'를 구축하였다. 최종적으로 감정 특 이점이 발생한 지점의 야간 시환경 요소를 분석하여 보행자의 감정 상태와 야간환경 특성 간의 통계적 유의성을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

While Jane Jacobs, a pioneer of modern urban planning, emphasized the utility of sidewalks in her 1960s seminal work, The Death and Life of Great American Cities, urban development has predominantly focused on vehicle-oriented efficiency and speed. However, in the 'New Normal' era following the global financial crisis and pandemic— characterized by remote work, e-commerce, and minimalism—social interest in pedestrian environments has been reignited. Consequently, diverse research and policies have emerged, highlighting the value of walkable cities, such as Jeff Speck's 'Walkability.' While the United States utilizes 'Walk Score' to quantify walkability as an economic indicator, South Korea has also implemented various indices and legislation to foster pedestrian-friendly environments.
Despite these efforts, most pedestrian-related indicators are centered on daytime conditions. Given that night environments possess distinct physical and psychological characteristics and support significant pedestrian traffic, it is necessary to examine pedestrian-friendly elements at night from a new perspective. Accordingly, this study focuses on low-rise residential areas, which serve as the origins and destinations of pedestrian journeys but remain highly vulnerable at night. Such areas are complex environments where conflicting values intersect: mixed vehicle-pedestrian traffic, the coexistence of light pollution and 'dark zones,' and the overlap of public and private spaces, often resulting in policy blind spots. To address these issues, it is essential to objectively observe internal human responses beyond subjective individual opinions.
Recently, 'Neuro-Urbanism'—an interdisciplinary field merging neuroscience and urban planning to analyze urban environments through biological indicators—has been expanding. Following this trend, this study utilized electroencephalogram (EEG) data to track emotional changes in low-rise residential areas at night and analyzed the environmental factors influencing them. To this end, a field-based study was conducted to quantify emotional states during pedestrian activity based on Russell's Valence-Arousal model. The calculated valence and arousal data were projected onto time-series graphs and emotional coordinates to extract 'Emotion Events' (significant reaction points), which were then synchronized with GPS coordinates to construct an 'Emotional Map.' Finally, by analyzing the visual environment at points where emotion events occurred, this study verified the statistical significance between pedestrian emotional states and nocturnal environmental characteristics.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 목적 1
• 1.1.1. 연구 배경 1
• 1.1.2. 연구 목적 4
• 1.2. 연구의 범위 5
• 1.2.1. 공간적 범위 5
• 1.2.2. 시간적 범위 5
• 1.2.3. 내용적 범위 및 연구 대상 6
• 1.3. 연구 방법 7
• 1.3.1. 연구 절차 개요 7
• 1.3.2. 논문의 구성 8
• 1.3.3. 연구 흐름도 9
• 2. 이론적 고찰 10
• 2.1. 보행친화성과 야간 도시환경 10
• 2.1.1. 보행친화성의 개념적 확장 10
• 2.1.2. 야간 도시환경과 조망-피신 이론 13
• 2.2. 뇌파(EEG)와 감정 측정의 이론적 토대 15
• 2.2.1. 뇌파의 개념 및 주파수 대역별 특성 15
• 2.2.2. 러셀(Russell)의 정서가-각성도 모델 18
• 2.2.3. 뇌파 기반 감정 지표: FAA와 β/α Ratio 21
• 2.3. 뉴로어바니즘(Neuro-Urbanism)의 부상 22
• 2.4. 이미지 기반 휘도 분포 분석 25
• 2.4.1. 보행자 시점 이미지 분석 툴 25
• 2.4.2. 이미지 기반 휘도 분포 분석 27
• 2.5. 소결 29
• 3. 연구 설계 및 방법 30
• 3.1. 연구 모형 (Research Framework) 30
• 3.1.1. 개념적 연구 프레임워크 : S-O-R 모델의 적용 30
• 3.1.2. 데이터 통합 분석 구조 32
• 3.2. 실험 설계 및 장비 구성 33
• 3.2.1. 관찰 대상지 선정 및 데이터 선별 과정 33
• 3.2.2. 실험 참가자 및 연구 설계의 특수성 34
• 3.2.3. 실험 장비 구성 35
• 3.2.4. 데이터 동기화 (Synchronization) 37
• 3.3. 데이터 수집 및 동기화 절차 38
• 3.3.1. 보행 실험 프로토콜 38
• 3.3.2. 데이터 동기화 알고리즘 38
• 3.4. EEG 신호 처리 및 감정 이벤트 탐지 39
• 3.4.1. 전처리 및 주파수 분석 39
• 3.4.2. 감정 지표 변환 및 Baseline 설정 39
• 3.4.3. 통계적 임계 값 기반 이벤트 탐지 (Thresholding) 40
• 3.5. 대상지 분석 41
• 3.5.1. 감정지도(Emotional Map) 맵핑 41
• 3.5.2. 영상 기반 휘도 분석 (Visual Environment Analysis) 41
• 3.6. 통계 분석 방법 42
• 3.7. 연구 개념도 44
• 4. 연구 결과 분석 45
• 4.1. 데이터 수집 개요 45
• 4.1.1. 실험 일자 및 대상지 요약 45
• 4.1.2. 수집된 EEGGPS영상 데이터 개요 47
• 4.1.3. 데이터 파싱 및 유효 데이터 분류 48
• 4.2. EEG 기반 감정반응 분석 결과 50
• 4.2.1. Valence-Arousal 분포 특성 50
• 4.2.2. 감정 이벤트 (Emotion Event) 발생 패턴 56
• 4.3. Emotion Map 결과 (GPS 기반 감정 지도) 57
• 4.3.1. 감정 지도 작성 57
• 4.3.2. 구간별 Emotional Map 58
• 4.3.3. 중첩 감정 지도(Multi-session path mapping) 61
• 4.4. 이미지 기반 휘도 분포 분석 64
• 4.4.1. 저층 주거지역 보행자 시점 이미지 분석 64
• 4.4.2. 유의성 검증 70
• 5. 결론 71
• 5.1. 요약 및 결론 71
• 5.2. 연구의 한계 및 향후 과제 73
• 참고문헌 74
• 부록 79
• Abstract 90