Investigation of environmental approach in modeling land use change in Babak city using satellite images, multi-criteria evaluation and Markov chain (1997 - 2021)

Subject Areas :

mohammadebrahim afifi ¹ (Assistant Professor of Islamic Azad University of Larestan Larestan Islamic Azad University, Larestan Department of Geography)
ahmad mangeli meydok ² (PhD student in Geography and Urban Planning, Islamic Azad University, Larestan Branch)
ali vakhshori ³ (Faculty member of Larestan Azad University, Department of Natural Geography)

Received: 2022-03-05 Accepted : 2022-06-26 Published : 2022-12-16

Keywords: Markov chain, Satellite Images, land use changes, Babak city,

Abstract :

Abstract In urban areas, population growth has changed the use of agricultural lands to residential, commercial and industrial. These changes have unpleasant consequences for the urban environment, such as reduced vegetation and increased ambient temperature. Therefore, evaluating the effects of land use change for proper management in urban areas seems necessary. Therefore, the purpose of this study is to investigate the factors affecting the development of Babak city with regard to the category of sustainable urban spatial development from an ecological perspective. For this purpose, using Landsat 2, 7 and 8 multi-time satellite images and object-oriented satellite image processing techniques, land use changes in the period 2021-1997 with emphasis on the spatial expansion of Babak city have been evaluated. For this purpose, the factors affecting the physical development of Babak city were identified based on the research background in the form of 17 indicators and mapped using multivariate evaluation methods based on CLW fuzzy weighted linear combination and by extracting lands prone to future physical development During the years 2021-1997, using the Markov chain automated cell model, the future land use pattern was predicted in the form of an environmental protection approach and in accordance with the principles of sustainable development until 2065. If the results of this study are used, in Future developments of the city will cause the least damage to pasture and green lands

Full-Text:



بررسی رویکرد زیست محیطی در مدل سازی تغییرات کاربری اراضی شهر بابک با استفاده از تصاویر ماهواره ای ، ارزیابی چند معیاری و زنجیره مارکوف ( 2021 – 1997 )

 

 

چکیده

در مناطق شهري افزايش جمعيت باعث تغيير كاربري اراضي كشاورزي به مسكوني ، تجاري و صنعتي شده است.  اين تغييرات داراي پيامدهاي ناخوشايندي بر روي محيط زيست شهري همچون كاهش پوشش گياهي و افزايش دماي محيط مي باشند.  بنابراين ارزيابي اثرات تغيير كاربري اراضي به منظور مديريتي مناسب در مناطق شهري ضروري به نظر مي رسد . تكنيك سنجش از دور ميتواند در يك زمان كوتاه اطلاعات خوبي را در مورد تغييرات كاربري ارضي فراهم سازد. همچنين ميتواند جهت بررسي تغييرات گذشته كاربري ارضي و به منظور مديريت تغييراتي كه در آينده به وقوع خواهند پيوست ، مورد استفاده واقع شود . لذا هدف از این مطالعه ، بررسی عوامل موثر در توسعه شهر بابک با توجه به مقوله توسعه فضایی پایدار شهری از بعد ا کولوژیکی می باشد . بدین منظور با استفاده از تصاویر ماهوار های چندزمانه لندست 2 ، 7 و 8 و تكنیك های پردازش تصاویر ماهوار ها  شی گرا ، تغییرات كاربری اراضی در مقطع زمانی 2021 - 1997 با تأكید بر گسترش فضایی شهر بابک ، مورد ارزیابی قرار گرفته است.  بدین منظور عوامل مؤثر بر توسعه فیزیکی شهر بابک براساس پیشینه تحقیق در قالب 17 شاخص ، شناسایی و با استفاده از روشهای ارزیابی چند متغیره مبتنی بر ترکیب خطی وزن دار فازی CLW نقشه سازی شدند و با استخراج اراضی مستعد توسعه فیزیکی آتی به همراه متغیر وابسته تغییرات شهری طی سا لهای 2021 - 1997 با استفاده از مدل سلو لهای خودکار زنجیره مارکوف به پیش بینی الگوی آتی کاربری اراضی در قالب رویکرد حفاظت زیست محیطی و منطبق بر اصول توسعه پایدار تا سال 2065 پرداخته شد که در صورت استفاده از نتایج این تحقیق،  در توسعه های آینده شهر کمترین آسیب به اراضی مرتعی و سبز خواهد رسید 

کلمات کلیدی : شهر بابک ، تغییرات کاربری اراضی ، زنجیره مارکوف ، تصاویر ماهواره ای

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

 ارتباط مردم با زمين برابر با قدمت ظهور انسان روي زمين است . انسان بسته به شرايط و موقعيت مكاني و زماني خودش براي برطرف كردن نيازهايش از زمين اسـتفاده می كنـد ، استفاده انسان از اين منابع،  «كاربري اراضـي » ناميـده مـي شـود ( محمـدي و همكـاران، 1397 ) . مسكن گزيني ، فعاليت و اشتغال ، برقراري ارتباط با ديگران ، زندگي جمعي ، آموزش و استراحت و آرامش در پاسخ به نيازهاي اساسي انسان زمينه اين تغيير در كاربري اراضي را بوجود مي آورد . بنابراين تغييركاربري اراضي نمونه مهم از تأثيرگذاري انسان بر محيط است ( لانگلي و مزو ، 2018 ) در واقع كاربري اراضي به منظور استفاده منطقي و نظام پذیر از زمین های شـهري و روسـتايي در آينـده بلند مدت صورت می گیرد . كاربري های شكل گرفته زماني به صورت يك مسأله مطرح می شوند كه در فضاي جغرافيايي تضادهايي به لحاظ سازگاري و مطلوبيت داشته باشند (گلالی زاده و همکاران،1396).. فردريک و روزنبرگ ( 2016 ) ، با توجه به بحثها و نگرانيها در مورد تغييرات زيست محيطي، تغييرات كاربري زمين در دههه اي اخير مورد توجه جدي قرار گرفته است . زيرا اين تغييرات خسارت های جبران ناپذیری را بر اراضي مستعد وارد آورده و به عنوان عامـل اصـلي آسیب رسان زیست محیطی مورد توجه است . (میرحسینی و همکاران،1395)به همين دليل امـروزه تغييـر كـاربري اراضـي يكـي از مهم ترین مشكلات در سطح جهاني و محلي است كه سبب شده كاربري پايدار زمين به موضوع مهمي تبديل شود ( مطيعي و همكاران ، 1395 ) . شكل گيري نظام كاربري اراضي در هرجامعه و نحوه تقسيم اراضي و استفاده از آنها در فعاليتهـا و خدمات مختلف ، بازتاب و برآيند عملكرد متقابل مجموعه اي از عوامل و نيروهاي مختلـف محيطـي ، اقتصادي ، اجتماعي ، سياسي، حقوقي و غيره است . كاربري اراضي تحت تأثير دو مؤلفه نيرومند شكل ميگيرد : اول نيازهاي اساسي زندگي انسان و دوم ويژگيها و فرايندهاي زيسـت محيطي كه هيچيك از اين مؤلفه ا ثابت باقي نميمانند بلكه متناسب با تغييرات ايجاد شده در زندگي ، تغيير ماهيت ميدهند .(بریمانی و همکاران،1396) تغيير در الگوهاي كاربري زمين كه در سطوح مختلف فضـايي و در دوره هـاي زماني متفاوت رخ ميدهد بيانگر تعامل و تقابل نيازهاي هميشگي جوامع انساني و محيطـي بـا زمـين هستند .(یزدانی و همکاران،1394) اين تغييرات گاه سودمند و در پارهاي موارد اثرات زيان بار قابل ملاحظه اي دارند كه به واسطه اين اثرات نگرانك ننده منشأ بروز آثار غيرقابل جبراني بر ميزان رفاه و آسايش جوامع انساني محسوب ميشوند ( برياسوليس ، 2015 ) .

 

 

 

پیشینه تحقیق

عابدی سروستانی و همکاران ( 1400 ) در پژوهشی به بررسی و تحلیل نگرش کارکنان یگان حفاظت از جنگل‌ها به پارادایم جدید زیست ‌محیطی استان گلستان پرداختند که نتایج تحلیل عاملی اکتشافی نشان داد ساختار این نگرش از پنج عامل ناشی می‌شود ؛ شامل «تعادل اکولوژیکی»، «محدودیت رشد»، «فناوری‌محوری»، «خوش‌بینی به آینده» و «انسان‌محوری» که درمجموع قادرند 32/56 درصد از واریانس متغیر وابسته را توضیح دهند؛ با این حال افراد متأهل بیشتر از افراد مجرد مخالف انسان‌محوری بودند، اما افراد مجرد بیشتر از افراد متأهل به آیندة محیط‌زیست بدبین بودند . نگرش کارکنان حفاظت از جنگل‌ها مستقل از سن، وضعیت تأهل و محل سکونت افراد بوده، اما با افزایش سطح تحصیلات، نگرش آنان به پارادایم جدید زیست ‌محیطی ضعیف‌تر می‌شده است. استفاده از برنامه‌های بازآموزی و ضمن خدمت برای بهبود نگرش زیست‌محیطی کارکنان حفاظت از جنگل‌ها از پیشنهادهای پژوهش حاضر است.

فیضی زاده ( 1389 ) در پژوهش خود به مدلسازی تغییرات کاربری اراضی و اثرات آن بر سیستم فرسایش در حوضه‌ی سد علویان با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و GIS پرداختند که نتایج پژوهش نشان می­دهد که در سه دوره یاد شده ضمن افزایش اراضی باغی ، تخریب و تبدیل اراضی مرتعی خوب به مراتع ضعیف و اراضی دیم در سطح قابل توجی صورت گرفته است که نقش مهمی در افزایش آسیب­پذیری منطقه­ی مورد مطالعه در مقابل فرسایش خاک داشته است.

قربانی و همکاران ( 1397 ) در مقاله ای به بررسی رویکرد زیست محیطی در مدل سازی رشد شهری با استفاده از تصاویر ماهواره ای ، ارزیابی چند معیاری و سلول های خودکار پرداختند که هدف از این مطالعه، درک عوامل موثر درروند توسعه فیزیکی شهر تهران با توجه به مقوله توسعه فضایی پایدار شهری از بعد اکولوژیکی و حفظ شرایط زیست محیطی آن در دو دهه آتی است . بدین منظور با استفاده از تصاویر ماهواره ای چند زمانه لندست و طبقه بندی شی پایه تغییرات کاربری اراضی در مقطع زمانی 1990 تا 2015، مورد ارزیابی قرار گرفت. در گام بعدی با بهره گیری از مدل تحلیل چند معیاره، با استفاده از الگوی توسعه اکولوژیک محور میزان تاثیر متغیرهای مستقل در رابطه با گسترش شهری شامل هجده متغیر در دوره 1990 تا 2015 محاسبه و نقشه پتانسیل گسترش شهری تولید گردید. در ادامه مساحت تغییرات برای سال مورد انتظار با استفاده از تحلیل زنجیره مارکوف به صورت کمی پیش بینی شد. درنهایت با بهره گیری از مد ل خودکاره های سلولی، شبیه سازی رشد شهری برای سال 2015 با دقت نسبی برآورد مساحت 0.91 و ضریب کاپای 0.87 انجام شد و از همین مدل برای برآورد رشد شهری در سال 2025 استفاده گردید یافته ها نشان می دهد رشد شهری برای سال 2025 با شتابی همانند دوره 2003 تا 2015، غالبا از جهات غربی و شمال شرقی شهر ، در صورت ثابت ماندن ماهیت و میزان تاثیرات عوامل موثر در رشد شهری، صورت خواهد گرفت.

 

موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

شهرستان بابک با مساحت 13574 کیلومتر مربع 30 درجه و 21 دقیقه و 67 ثانیه شمالی و 55 درجه و 36 دقیقه و 67 ثانیه شرقی قرار دارد . شهرستان شهر بابک با مرکزیت شهر بابک در استان کرمان می باشد . این شهرستان غربی‌ترین شهرستان استان کرمان می‌باشد . این شهرستان پس از کرمان و راور سومین شهرستان استان کرمان به لحاظ مساحت می‌باشد که از جنوب و جنوب شرقی با شهرستان سیرجان ، از جنوب غربی با شهرستان نی‌ریز در استان فارس ، از مغرب با شهرستان خاتم در استان یزد ، از شمال با شهرستان مهریز در استان یزد ، از شمال شرق با شهرستان انار و از مشرق و جنوب شرق با شهرستان رفسنجان مرز مشترک دارد است . شهر بابک هشتمین شهر بزرگ و پرجمعیت استان کرمان از ۲۳ شهر این استان پهناور است . جمعیت این شهر بنا بر سرشماری سال ۱۳۹۵ مرکز آمار ایران ، برابر 51620 نفر و جمعیت شهرستان برابر با ۱۰۴هزار تن می‌باشد . این شهر در مسیر محور جنوب به شمال ایران قرار دارد . این شهر در غرب استان کرمان واقع شده‌است . فاصله این شهر تا کرمان ۲۲۳ کیلومتر است . دورنگار این شهر به اردشیر بابکان مؤسس سلسله ساسانیان می‌رسد . این شهر در کنار معادن و کارخانجات مس میدوک و مس سرچشمه قرار گرفته و همچنین معادن مهم و ارزشمندی از فیروزه در این شهر قرار دارد . شهر بابک جزو تاریخی‌ترین شهرهای استان کرمان بوده و همجوار سه استان کرمان ، یزد و فارس می‌باشد ( سازمان مدیریت و برنامه ریزی استان کرمان ، 1393 ) .

 

 

 

تصویر 1 موقعیت جغرافیایی شهر بابک ( ترسیم کننده : نگارنده )

 

 

مواد و روش ها

بــراي رسیدن به‌ اهــداف اصلی‌ مطالعه ‌، تصاویر مــاهــواره‌اي چند زمانه‌‌اي سنجنده TM و +ETM در تاریخ ‌‌هاي یاد شده در جدول 1 و تصویر زیر از شهر بابک انتخاب و به‌ همراه پارامترهاي مؤثر در توسعه‌ شهري و نرم‌افزارهايEnvi  ، Idrisi، Ecognition و ArcGIS به‌ کار گرفته‌ شدند 

.

 

 

 

 

 

زمین‌ مرجع‌ کردن تصاویر و تصحیحات ارتفاعی‌ با استفاده از نقشه‌‌هاي تــوپــوگــرافــی‌ بــا خــطــاي 48 / 0 پیکسل‌ (در حد کمتر از نیم‌ پیکسل ‌) با استفاده از نقشه‌‌هاي توپوگرافی‌ ٢٥٠٠٠/١ و تصحیحات اتــمــســفــري بــر پــایــه‌ روش کــاهــش‌ ارزش عــددي پیکسل‌‌هاي تیره با در نظر گرفتن‌ تأثیر محدوده‌هاي آبی‌ صورت گرفت‌ .

 

. بــا تــوجــه‌ بــه‌ تــوانــمــنــدي تفکیک‌ مــطــلــوب کــاربــري‌هــا ، در رونــد طبقه‌‌بندي تصاویر از روش تحلیل‌ شی‌‌گراي تصاویر استفاده شد که‌ علاوه بر اطلاعات طیفی‌ به‌ اطلاعات مربوط به‌ بافت ‌، شکل‌ و محتوا نیز استناد می‌‌گردد . واحدهاي اساسی‌ پــردازش در تحلیل‌‌هاي شی‌‌گرا ، شی‌‌هاي تصویري ( سگمنت‌‌ها ) هستند نه‌ پیکسل‌‌ها . طبقه‌‌بندي شی‌‌گرا فرآیندي است‌ که‌ کلاس‌هاي پوشش‌ اراضی‌ را به‌ اشیاي تصویري پیوند می‌‌دهد و هر یک‌ از شی‌‌هاي تصویري با درجه‌ عضویت‌ معین‌ به‌ کلاس‌هاي در نظر گرفته‌ شده اختصاص می‌‌یابند . فرایند طبقه‌‌بندي در محیط‌ نرم‌افزارهاي بسیار تخصصی‌ مانند : Ecognition وDefiniens Professional Earth نسخه‌ ٧ به‌ صورت یک‌ فرایند تکرارپذیر انجام گرفت‌ تا بالاترین‌ درجه‌ عضویت‌ براي هر کدام از شی‌‌هاي تصویري حاصل‌ آید . در روش سگمنت‌‌سازي FNEA ، همگنی‌ طیفی‌ (hcolor) یک‌ شی‌ تصویري از مجموع انحراف معیار براي هر k باند تصویر(( σk که‌ در وزن باندها (wk) ضرب می‌‌شود، محاسبه‌ می‌‌گردد .

فرمول ١ : 

 

در سگمنت ‌‌سازي طیفی‌ براي دخالت‌ دادن اشکال بافتی‌ تصاویر از محیط‌ هندسی‌ اشیا، معیار همگنی‌ شکلی‌ نیز محاسبه‌ می‌‌شود که‌ شامل‌ دو معیار فشردگی‌ و نرمی‌ می‌‌باشد . معیار انحراف فشردگی‌ شکل‌((cpt از نسبت‌ طول حاشیه‌ هندسی‌ اشیا و ریشه‌ دوم تعداد پیکسل‌‌ها((n محاسبه‌ می‌‌شود.

فرمول ٢ :

 

        

 

 

معیار نرمی‌- کوتاه‌ترین‌ طول حاشیه‌ اشیا - (smooth) از نسبت‌ طول هندسی‌ اشیا (l) به‌ طول حاشیه‌ (b) محاسبه‌ می‌شود.

 

فرمول ٣ :    

 

                        

 

معیار همگنی‌ شکلی‌ از ترکیب‌ دو فاکتور بالا به‌ شکل‌ فرمول زیر بیان میشود.

 

فرمول ٤ :

 

 

 

براي کمک‌ به‌ مرحله‌ بهینه‌‌سازي و کاهش‌ دادن یکپارچه‌ همگنی‌ در فرایند سگمنت‌‌سازي ، در هر ترکیب‌ جداگانه‌، یک‌ شی‌ تصویري با شی‌ مجاور ترکیب‌ می‌‌شود تا افزایش‌ همگنی‌ در حداقل‌ مشخص‌ شــده، انجام گیرد . درجــه‌ مناسبت‌ بــراي هر جفت‌ شی‌ مجاور با تغییر همگنی‌((∆h بعد و قبل‌ از ترکیب‌ مجازي (mg) با معیار طیفی‌((∆hcolor بیان می‌شود که‌ در همگنی‌ انحراف معیار وزنی‌ باندها در اندازه اشیا پیکسل‌((n به‌ دست‌ می‌‌آید.

فرمول ٥ :

 

 

تغییر در همگنی‌ شکل‌ که‌ به‌ علت‌ ترکیب‌ مجازي ایجاد می‌‌شود، براي فشردگی‌ به‌ صورت ذیل‌ محاسبه‌ می‌‌شود.

 

فرمول ٦ :

 

 

 و براي نرمی‌ به‌ صورت زیر محاسبه‌ می‌‌شود .

 

فرمول ٧ :

 

 

 

 

 

 

تصویر 2 کاربری اراضی استخراج شده در سال های 1977 تا 2021(منبع : نگارندگان)

 

(منبع : نگارندگان)

 

زمانی‌ که‌ کوچکترین‌ رشد ممکن‌ از آستانه‌ مقیاس سگمنت‌‌سازي مشخص‌ شـــده بــه‌ وســیــلــه‌ کــاربــر تــجــاوز نــمــایــد ، مــرحــلــه‌ ترکیب‌ متوقف‌ می‌‌شود که‌ با عنوان پارامترهاي مقیاس نام‌گذاري شده اســت‌. بایستی‌ دقــت‌ نماییم‌ کــه‌ پارامتر مقیاس بـــزرگ، اشیاي تصویري بزرگتري را در سگمنت‌‌سازي تولید می‌‌کند. در نهایت‌ بـــراي ســگــمــنــت‌‌ســازي چــنــد مقیاسی‌ از فــرمــول زیـــر بـــراي تابع‌ سگمنت‌‌سازي((Sf استفاده می‌‌شود .

 

فرمول ٨ :

 

 

 

 

 

مرحله‌ پایانی‌ با تعریف‌ اطلاعات بــراي کلاس‌هاي مختلف‌ و تعریف‌ شرایط‌ طبقه‌‌بندي بــراي هر کــدام از کلاس‌ها با تفکیک‌ شی‌‌هاي نمونه‌‌هاي آموزشی‌ طبقه‌‌بندي تصاویر انجام شــده و ارزیابی‌ صحت‌ نتایج‌ طبقه‌‌بندي، با استفاده از ماتریس‌ خطاي طبقه‌‌بندي به‌ اتمام می‌‌رسد . در مطالعه‌ حاضر با بررسی‌ میدانی‌ و برداشت‌ نمونه‌‌هاي تعلیمی‌ با GPS، با توجه‌ به‌ پراکنش‌ کاربري‌ها از لحاظ پوشش‌ و كاربري اراضی‌ در محدوه شهر بابک چهار كلاس كاربري به‌ این‌ شرح انتخاب شد : اراضی‌ بایر ، پوشش سبز ، شهر و مرتع .

 

 

 

 

تصویر 3 تغییرات کاربری اراضی در سال های 1977 تا 2021(منبع : نگارندگان)

 

 با همپوشانی‌ نقاط تعلیمی‌ و ایجاد تصاویر كاذب رنگی‌ مختلف‌ سعی‌ شــد در انتخاب نمونه‌‌هاي آمــوزشــی ‌، پراكندگی‌ مناطق‌ برداشت‌ نمونه‌ در تمام تصویر رعایت‌ شود تا توزیع‌ نمونه‌‌ها نرمال باشد . بعد از طبقه‌‌بندي تصاویر سال‌هاي 1977 ، 2001 و 2021 نقشه‌‌هاي رستري استخراج شده بــراي تولید نقشه‌ نهایی‌ تغییرات برداري شدند . توزیع‌ فضایی‌ تغییرات حادث شده در طی‌ سال‌هاي ١٩77 تا ٢٠21 در تصویر نمایش‌ داده شده است ‌. در این‌ نقشه‌‌ها با استفاده از تابع‌ پیوند((Union شش‌ لایه‌ اطلاعاتی‌ طبقه‌‌بندي شده مربوط به‌ كاربري‌هاي سالهاي 1977 تا 2021 بر روي همدیگر همپوشانی‌ شده‌اند . با بررسی‌‌ها و تحلیل‌‌هاي انجام شده بر روي نقشه‌‌هاي تغییرات کاربري در GIS جداول مقایسه‌ تغییرات كاربري و پوشش‌ اراضی‌ براساس تصاویر طبقه‌‌بندي شــده سال‌هاي متوالی‌ منطقه‌ به‌ دست‌ آمد . تغییرات روي داده در اراضی‌ منطقه‌ اینگونه‌ می‌‌باشد که‌ در طی‌ دوره 2021 ـ 1977 كلاس اراضی‌ بایر با مساحت‌ 56 / 7221 هکتار در سال 1977 به‌ 72 / 5122 هکتار در ســال ٢٠21 کاهش‌ پیدا كرده اســت ‌. پوشش سبز که‌ در ســال 1977 حــدود 76 / 4168 هکتار بــوده ، در پایان دوره به‌ 18 / 8541 هکتار افزایش‌ پیدا کــرده اســت ، اراضی ساخته شده ( شهر ) با مساحت‌ 64 / 387 هکتار در سال ١٩77 به‌ 74 / 1874 هکتار در ســال٢٠21 افزایش‌ پیدا كرده است ‌. اراضی‌ مرتعی‌ با مساحت‌ 93 / 3401 هکتار در سال ١٩77 به‌ 07/ 3065 هکتار در سال٢٠21 کاهش پیدا کرده است .

جدول 1 کاربری اراضی در سال های 2021 - 1977(منبع : نگارندگان)

	سال 1977	سال 2001	سال 2021
اراضی بایر	56 / 7221	25 / 6253	72 / 5122
پوشش سبز	76 / 4168	83 / 7622	18 / 8541
اراضی ساخته شده ( شهر )	64 / 387	70 / 774	74 / 1874
اراضی مرتع	93 / 3401	36 / 3115	07 / 3065

 

 

تصویر 4 تغییرات سطح کاربری اراضی ساخته شده ( شهر ) از سال 2021 – 1977(منبع : نگارندگان)

 

با همپوشانی کلاس اراضی ساخته شده طی سال های 2021 – 1997 بر روی مدل رقومی ارتفاع تصویر 5 روند گسترش فضایی شهر بابک به صوت بصری استخراج گردید . مجموع درصد تغییرات کاربری ها نشان می دهد که در رشد اراضی ساخته شده ، بیشترین سهم به طور نسبی از کاهش اراضی  مرتعی و اراضی بایر ناشی شده است .

 

روش تركیب خطی وزنی ( WLC ) در فازی سازی داده ها

 برای شناسایی اراضی مناسب توسعه با رویکرد زیست محیطی در شهر بابک با استناد به تحقیقات انجام گرفته از متغیرهای زمین شناسی، فاصله از گسل ، درصد شیب ، جهات شیب ، ارتفاع ، بارش ، دما ، خاک ، فاصله از رودخانه ، کاربری اراضی، فاصله از مراکز شهری ، فاصله از مراکز درمانی ، فاصله از مناطق تجاری ، فاصله از مناطق صنعتی ، فاصله از مراکز اداری ، فاصله از مرکز آموزشی استفاده شده است . برای تهیه و آماده سازی بانک اطلاعاتی لایه های یاد شده از نرم افزار ArcGIS10 و مدل Wlc فازی در محیط نرم افزار Idrisi استفاده شد و سپس متغیر وابسته‌ تغییرات شهري طی‌ سال‌هاي ١٩77 تا ٢٠2١ به‌ همراه متغیرهاي مستقل‌ یاد شده براي مدل‌سازي در قالب‌ سلول‌هاي خودکار زنجیره مارکوف آماده‌سازي شدند .

 

جدول 2 حد آستانه و نوع تابع فازي برای استاندارد سازي نقشه هاي معيار در منطق فازي(منبع : نگارندگان)

 

ابعاد توسعه شهری	لایه نقشه ها	حد آستانه		نوع تابع فازی	نام تابع فازی
		d یا b	C یا a
عوامل طبیعی	زمین شناسی	-	-	symmetric	Sigmodial
	فاصله از گسل		0	افزایشی	Linear
	درصد شیب		0	کاهشی	Sigmodial
	جهت شیب		-	Symmetric	Sigmodial
	خاک		-	Symmetric	Sigmodial
	ارتفاع	1946	1765	کاهشی	Linear
	بارش	105	100	افزایشی	Linear
	دما	16	5 / 13	افزایشی	Linear
	فاصله از آبراهه	1200	500	افزایشی	Sigmodial
	کاربری اراضی	-	-	Symmetric	Sigmodial
عوامل انسانی	فاصله از مراکز شهری	8052	-	کاهشی	Sigmodial
	فاصله از مراکز درمانی	1534	0	کاهشی	Linear
	فاصله از مراکز تجاری	8808	0	کاهشی	Linear
	فاصله از مراکز صنعتی	9034	0	کاهشی	Linear
	فاصله از مراکز اداری	1350	0	کاهشی	Sigmodial
	فاصله از مراکز آموزشی	9668	0	کاهشی	Sigmodial
	فاصله از جاده	8530	0	کاهشی	Jshaped

 

 

 

 

 

 

 

 

تصاویر4 مجموعه لایه های فازی و استاندارد شده(منبع : نگارندگان)

 

 

تصویر 5 نقشه نهایی درجه بندی مطلوبیت اراضی مناسب برای توسعه در شهر بابک(منبع : نگارندگان)

 

از آنجا که‌ عناصر ماتریس‌ غیرمنفی‌ هستند و جمع‌ عناصر در هر ردیف‌ برابر ١ است ‌، هر عنصر از ماتریس‌ یک‌ بردار احتمال نامیده می‌‌شود و ماتریس‌ p یک‌ ماتریس‌ احتمال است ‌. این‌ ایده به‌ راحتی‌ به‌ ناحیه‌‌اي که‌ به‌ تعدادي سلول تقسیم‌ شده و هر سلول می‌‌تواند توسط‌ یک‌ نوع معین‌ از کاربري زمین‌ در زمان معین‌ اشغال شده ، منتقل‌ شــود . سپس‌ احتمال‌هاي انتقال بــر مبناي داده‌هـــاي مشاده شده در دوره زمانی‌ محاسبه‌ می‌‌شود ؛ به‌ این‌ طریق‌ که‌ یک‌ سلول از یک‌ نوع کاربري زمین‌ به‌ کاربري زمین‌ دیگري در دوره زمانی‌ آینده تغییر کند ( یا حرکت‌ کند ) را نشان می‌‌دهد . این‌ احتمال تنها به‌ حالتی‌ که‌ سلول در زمان داده شده در آن است‌، بستگی‌ دارد ، یعنی‌ به‌ حالت‌ کنونی‌ نوع کاربري زمین‌ و به‌ انواع کاربري زمینی‌ که‌ در گذشته‌ اشغال کرده بودند ، بستگی‌ ندارد . به‌ طور آشکار ، توجیه‌‌پذیري و قابل‌ قبول بودن به‌ فاصله‌ زمانی‌ مورد بررسی‌ بستگی‌ دارد . با فرض ماتریس‌ p احتمال‌هاي انتقال ، کاربرد آن در پیشبینی‌ تغییرات کاربري زمین‌ در آینده به‌ صورت زیر است ‌. به‌ یک‌ بردار lt که‌ بتوانند توزیع‌ کاربري زمین‌ انواع مختلف‌ در آغاز دوره زمانی‌ را به‌ تصویر بکشد ، نیاز است ‌. بردار lt ، توزیع‌ انواع کاربري زمین‌ در انتهاي دوره پیشبینی‌ را نشان می‌‌دهد که‌ توسط‌ فرمول زیر تعیین‌ می‌‌شود :

lt = l × P

 

توزیع‌ انواع کاربري زمین‌ بعد از k دوره زمانی‌(از یک‌ مدت معین‌) با به‌ توان رساندن ماتریس‌ p پیدا می‌‌شود :

= l × Pk

 

 

 

 

تصویر 6 پیش بینی تغییرات کاربری اراضی با توجه به مدل سلول های خودکار زنجیره مارکوف در شهر بابک(منبع : نگارندگان)

 

 

نتیجه گیری

 در این‌ مقاله‌ ابتدا با استفاده از تصاویر ماهواره‌اي لندست‌ سنجنده TM و +ETM در طی‌ دوره 44 ساله‌ از سال 1356 تا ١400 در شهر بابک تغییرات کاربري اراضی‌ با روش شیگرا و ماتریس‌ CrossTab ارزیابی‌ شد . نتایج‌ حاکی‌ از آن است‌ که‌ منطقه‌ مورد مطالعه‌ در سال ١٣56 در حدود 64 / 387 هکتار کاربري اراضی‌ ساخته‌ شده داشته‌ است‌ که‌ این‌ مقدار در سال ١400 به‌ حــدود 74 / 1874 هکتار افزایش‌ یافته‌ است ‌. با توجه‌ به‌ اینکه‌ جمعیت‌ این شهر رو به افزایش است کاهش‌ تراکم‌ یکی‌ از عواملی‌ است‌ که‌ منجر به‌ پدیده گستردگی‌ شهري و به‌ تبع‌ آن تغییرات کاربري‌ها شده که‌ این‌ مسئله‌ را در کاهش‌ اراضی‌ مرتعی و بایر در نتیجه‌ گسترش افقی‌ بوده است ‌. اکثر شهرهاي ایــران ، در مراحل‌ اولیه‌ شکل‌‌گیري با هدف استفاده از خا کهای مرغوب به منظور زراعت ، در میان اراضی زراعی استقرار یافته اند و به مرور زمان همراه با گسترش روستاها و تبدیل آنها به شهر و سپس توسعه شهرها ، اراضی مرغوب زیر پیکر شهرها مدفون شده و بالطبع بخش وسیعی از بهترین و با ارز شترین اراضی بلافصل شهرها به زیر ساخت و ساز رفته است . برای جلوگیری از این مسئله با استفاده از تکنیک تحلیل چند معیاره ترکیب خطی وزن دار نقشه مطلوبیت مکانی توسعه شهری با استفاده از بیس توچهار عامل شناسایی و تعیین گردید و سپس با استفاده از مدل سلو لهای خودکار زنجیره مارکوف برای 44 سال آتی ، روند توسعه فیزیکی شهر بابک استخراج شد.  با نگاهی به ماتریس تغییرات و نقشه پیش بینی سال 2065 مشخص می شود ، در صورت استفاده از نتایج این تحقیق کمترین آسیب ها متوجه کاربری مرتع و پوشش سبز  در دهه های آتی خواهد بود.  

 

 

 

منابع

بریمانی ، ف . تبریزی ، ن . کریمی رستگار ، م ( 1396 ) بررسی اثرات زيست محيطي تغيير كاربري اراضي ناشي از فعاليتهاي گردشگري شهرستان تنکابن ، فصلنامه انجمن جغرافیایی ایران ، سال چهارم ، شماره 49 ، ص 18 – 5 .

عابدی سروستانی ، ا . شهرکی ، م ( 1400 ) تحلیل نگرش کارکنان یگان حفاظت از جنگل‌ها به پارادایم جدید زیست ‌محیطی استان گلستان ، فصلنامه جغرافیا و برنامه ریزی محیطی ، شماره 85 ، ص 18 – 1 .

گلالی زاده ، س . ملک محمدی ، ب . گیوه چی ، س ( 1396 ) بررسي نقش تغيير کاربري اراضي در کيفيت منابع آب زيرزميني و ارتباط آن با توان اکولوژيکي با استفاده از سنجش از دور و سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي ، فصلنامه پژوهش های محیط زیست ، سال 7 ، شماره 13 ، ص 162 – 151 .

قربانی، م . شاهی آقبلاغی ، ع . شفیعی ، ه ( 1397 ) رویکرد زیست محیطی در مدل سازی رشد شهری با استفاده از تصاویر ماهواره ای ، ارزیابی چندمعیاری و سلول های خودکار ، چهارمین کنفرانس بین المللی برنامه ریزی و مدیریت محیط زیست ، تهران

فیضی زاده ، ب ( 1398 ) مدلسازی تغییرات کاربری اراضی و اثرات آن بر سیستم فرسایش در حوضه‌ی سد علویان با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و GIS ، فصلنامه هیدروژئومورفولوژی ، دوره 4 ، شماره 11 ، ص 38 – 21 .

میرحسینی ، ح . المدرسی، ع . و نژادکورکی ، ف ( 1395 ) بررسی تاثیرات زیست محیطی تغییر کاربری اراضی در بافت های شهری با استفاده از تکنولوژی RS و بهره مندی از متد  SMCE، اولین کنگره بین المللی زمین ، فضا و انرژی پاک ، اردبیل .

محمدي ، م . مهرابي ، ع . قرباني ، م . خراساني ، م  ( 1397 ) نيروهاي انساني مؤثر بر تغييرات كاربري اراضي در حاشيه مناطق روستايي ( مطالعه موردي : روستاهاي آلكه و سي بن- شهرستان تنكابن ) ، فصلنامه علمي-پژوهشي انجمن جغرافياي ايران، سال دهم، شماره 35 ، ص 298 – 279 .   

مطيعي لنگرودي ، حسن ، رضواني ، م . و كاتب ازگمي ، ز ( 1395 ) بررسي اثرات اقتصادي تغيير كاربري اراضي در نواحي روستايي ( مطالعه موردي : دهستان ليچاركي حسن رود بندر انزلي) ، مجله پژوهش و برنامه ريزي روستايي ، شماره 1 ، ص 23 – 1 .  

یزدانی ، س . هاشمی بناب ، ص ( 1394 ) بررسی تغییر کاربری اراضی کشاورزی و خسارت های اقتصادی و زیست محیطی استان مازندران ، نشریه اقتصاد کشاورزی ، شماره 2 .

Briassoulis, H. (2015), Analysis of Land Use Change: Theoretical and Modeling Approaches. Greece: University of the Aegean Lesvos. Retrieved from http://www.rri.wvu.edu/WebBook/Briassoulis/contents

Frederick, K. D., Rosenberg, N. J. (2016), Assessing the impacts of climate change on natural resource system. Washington: Resources fo

r the Future, Inc;

 Longley, P. A., Mesev, V. (2018), On the measurement and generalization of urban form Environment and Planning. Tourism Management, N. 32, pp. 473- 488;

 

Abstract

In urban areas, population growth has changed the use of agricultural lands to residential, commercial and industrial. These changes have unpleasant consequences for the urban environment, such as reduced vegetation and increased ambient temperature. Therefore, evaluating the effects of land use change for proper management in urban areas seems necessary. Remote sensing techniques can provide good information on land use change in a short time. It can also be used to study past land use changes and to manage changes that will occur in the future. Therefore, the purpose of this study is to investigate the factors affecting the development of Babak city with regard to the category of sustainable urban spatial development from an ecological perspective. For this purpose, using Landsat 2, 7 and 8 multi-time satellite images and object-oriented satellite image processing techniques, land use changes in the period 2021-1997 with emphasis on the spatial expansion of Babak city have been evaluated. For this purpose, the factors affecting the physical development of Babak city were identified based on the research background in the form of 17 indicators and mapped using multivariate evaluation methods based on CLW fuzzy linear combination and extracting lands prone to future physical development with dependent variable During the years 2021-1997, using the Markov chain automated cell model, the future land use pattern was predicted in the form of an environmental protection approach and in accordance with the principles of sustainable development until 2065. If the results of this study are used, in Future development of the city will cause the least damage to rangeland and green lands .

Keywords: Babak city, land use changes, Markov chain, satellite images

17

 

---