ارزیابی کارایی الگوی تلفیقی CA-ANN در مدل‎سازی رشد شهری (مطالعۀ موردی: کلان شهر تهران)

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده
اهداف: پیدایش محیطی در هم‌تنیده، آلوده و پرازدحام در شهر تهران، لزوم مدیریت بهینة منابع طبیعی و استفادة درست از پهنة زمین در این شهر را بیش از پیش نمایان ساخته است. هدف اصلی این پژوهش، شبیه‌سازی توسعة شهری کلان‌شهر تهران بین سال‎های 1990 و 2010 میلادی و نهایتاً ارزیابی کارآیی مدل‏های ترکیبی و رایج سلولی مبتنی بر الگوی ترکیبی سلول‌های خودکار و الگوریتم شبکة عصبی مصنوعی است.
روش: به دلیل وجود توانایی­ها و مزایایی که شبکة­ عصبی در تشخیص الگوهای مکانی دارا است، در این پژوهش از شبکة­ پرسپترون چندلایه جهت شبیه‎سازی و پیش­بینی توسعة­ شهری استفاده شده است. پارامترهایی از قبیل فاصله از نزدیکترین شیء و یا پیکسل شهری، فاصله از خیابان­ها و راه­ها، فاصله از مراکز جذب نیز به­عنوان پارامترهای مؤثر در رشد و توسعة شهری در نظر گرفته شده­اند.
یافته‎ها/ نتایج: به­‌کارگیری تلفیقی مدل سلول‎های خودکار و الگوریتم بهینه‏سازی شبکة عصبی مصنوعی، می­تواند در فرایند کالیبراسیون قوانین انتقال سلول‎های خودکار بهبود ایجاد کند. مقایسة آماری واقعیت زمینی شهر تهران در سال ۲۰۱۰ با تصاویر شبیه‌سازی شدة حاصل از مدل ترکیبی و نیز مدل رایج رستری سلول‌های خودکار، بیان‌گر دقت بالاتر مدل پیشنهادی است، به ­گونه‎ای که طبق نتایج مدل‎سازی مبتنی بر دو تصویر، شاخص کاپا و دقت کلی برای مدل ترکیبی به ترتیب به میزان 76% و 90.69% و برای مدل رایج رستری، به میزان 70.47% و 87.85% و نیز طبق مدل‎سازی مبتنی بر سه تصویر، این شاخص‎ها به ترتیب برای مدل ترکیبی به میزان 69.18% و 84.88%  و برای مدل رایج رستری به میزان 63.37% و 82.98% برآورد شده است.
نتیجه‎گیری: پژوهش حاضر نشان داد که بررسی روند تغییرات مکانی-زمانی پدیده‌ها از جمله گسترش شهرها، نیازمند به‌کارگیری الگوهایی پویا در زمان است. در این میان، الگوی ترکیبی خودکاره­های سلولی به سبب ساختار ساده و پویای خویش و نیز برخورداری از ویژگی‌های قدرتمند مکانی، در این‌گونه مدلﺳﺎزی‌ها می‎توانند استفاده شوند.

کلیدواژه‌ها


1. اصلانی مقدم، ا. (1388). بررسی مدل برداری به منظور پیش‎بینی تغییرات کاربری اراضی. (پایان‌نامة منتشرنشدة کارشناسی ارشد سنجش از دور)، دانشگاه تهران، ایران. ‎
2. ربانی، ا. (1390). ارزیابی تصاویر ماهواره‌ای با تفکیک‌پذیری چندگانه در مدل‎سازی رشد شهرها به کمک خودکاره‌های سلولی. (پایان‌نامة منتشرنشدة کارشناسی ارشد سنجش از دور)، دانشگاه تهران، ایران.
3. طیبی، 1. (1388). پیش‌بینی و ارزیابی تغییر کاربری اراضی شهری. (پایان‌نامة منتشرنشدة کارشناسی ارشد سنجش از دور)، دانشگاه تهران، ایران.
4. کاظم، ا. ح.، حسینعلی، ف. و آل‎شیخ، ع. ا. (1394). مدل‎سازی رشد شهری با استفاده از تصاویر ماهواره‎ای متوسط‌مقیاس و مبتنی بر روش خودکاره‎های سلولی (مطالعة موردی: شهر تهران). فصل‌نامة علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، 24 (94)، 58-45.
5. Al-Kheder, S. (2007). Urban growth modelling with artificial intelligence techniques (Unpublished doctoral dissertation). Purdue University, USA.
6. Almeida, C., Monteiro, A. M. V., Camara, G., Soares-Filho, B. S. Cerqueira, G. C., & Pennachin, C. L. (2002). Modelling urban land use dynamics through Bayesian probabilistic methods in a cellular automaton environment. In C. Tamayo (Ed.), Proceedings of the 29th International Symposium on Remote Sensing of the Environment (pp. 1-5). Buenos Aires, Argentina, 8–12 April.
7. Batty, M. (1970). An activity allocation model for the Nottinghamshire-Derbyshire sub-region. Regional Studies, 4, 307-332.
8. Clarke, K. C., Hoppen, S., & Gaydos, L. (1997). A self-modifying cellular automaton model of historical urbanization in the San Francisco Bay area. Environment and Planning B, 24(2), 247-262.
9. Congalton, R.G., & Green K. (2009). Assessing the accuracy of remotely sensed data-principles and practices. International Journal of Applied Earth Observation and Geo-information, 11(6), 448-449.
10. Dietzel, C., & Clarke, K.C. (2004). Spatial differences in multi-resolution urban automata modeling. Transactions in GIS, 8(4), 479-492.
11. Feng, Y., Liu, Y., Tong, X., Liu, M., & Deng, S. (2011). Modelling dynamic urban growth using cellular automata and particle swarm optimization rules. International Journal of Landscape and Urban Planning, 102(3), 188-196.
12. Hegde, N.P., Muralikrishna, I. V., & Chalapatirao, K. V. (2008). Settlement growth prediction using neural network and cellular automata. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 4(5), 419-428.
13. Houghton, R.A. (1994). The world-wide extent of land-use change. Bioscience, 44(5), 305-313.
14. Landis, J. D. (1994). The California urban futures model: A new generation of metropolitan simulation models. Environment and Planning B: Planning and Design, 21, 399-420.
15. Li, X., & Yeh, A. G. O. (2000). Modelling sustainable urban development by the integration of constrained cellular automata and GIS. International Journal of Geographical Information Science, 14(2), 131-152.
16. Li, X., & Yeh, A. G. O. (2003). Simulation of development alternatives using neural networks, cellular automata, and GIS for urban planning. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 69, 1043-1052.
17. Menard, A., & Marceau, D. (2005). Exploration of spatial scale sensitivity in geographic cellular automata. Environment and Planning B: Planning and Design, 32(5), 693-714.
18. Olson, J.M., Alagarswamy, G., Andresen, J.A., Campbell, D.J., Davis, A.Y., Ge, J.,... Wang, J., (2007). Integrating diverse methods to understand climate-land interactions in east Africa. Geoforum, 39, 898-911.
19. Openshaw, S. (1998). Neural network, genetic, and fuzzy logic models of spatial interaction. Environment and Planning, 30, 1857–1872.
20. Small, C., & Miller, R.B. (1999). Monitoring the urban environment from space. Columbia University, Palisades, NY, USA: Lamont Doherty Earth Observatory.
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.