مدلسازی اثرات کالبدی تغییر کاربری های شهری با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی و تحلیل های مکانی
چکیده
با توجه به رشد روز افزون جمعیت شهر نشین، مسئله ی مدیریت زمین در شهرها از اهمیت خاصی برخوردار است. در این میان، در نظر گرفتن خاصیت دینامیک بودن محیط شهری با توجه به تغییر نیاز شهروندان از اهمیت خاصی برخوردار است. در حقیقت با نیاز شهروندان به تغییر کاربری ها، بایستی برنامه ریزی فضایی به نحوی صورت پذیرد که همچنان دستیابی به توازن میان اجزای محیط میسر گردد. بنابراین چینش صحیح و مناسب کاربری های مختلف شهری در کنار یکدیگر پس از اعمال تغییر در یک یا چند کاربری، کمک شایانی به مسئله ی مدیریت شهری می نماید. زیرا در صورتیکه کاربری ها به طور علمی و صحیح در کنار یکدیگر قرار گیرند، بسیاری از مسائل مدیریت شهری مانند مزاحمت کاربری ها و ترافیک حل خواهد شد. در طرح های جامع و تفصیلی کاربری اراضی شهری به صورت قطعی تعیین می گردند اگرچه برخی راه کارها برای تغییرات کاربری خاص نیز مطرح می شود ولی توجه علمی به اثر این تغییر در کاربری های دیگر، سبب حفظ توازن میان کاربری های موجود خواهد شد. از آنجائیکه امروزه این مسأله موجب بروز مشکلاتی در مدیریت شهری شده، مبحث طرح های دینامیک شهری مطرح شده است. یکی از مسائلی که طرح های دینامیک و سیال با آن روبرو هستند، تصمیم گیری در مورد نحوه ی قرار گیری کاربری ها در همجواری یکدیگر در صورت تغییر کاربری های دیگر است که این مهم در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد. هدف اصلی این تحقیق مدلسازی اثرات کالبدی تغییر کاربری های شهری با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی و آنالیزهای مکانی است. مدل توسعه داده شده در این تحقیق به منظور نیل به هدف اصلی شامل ارائه ی روشی است که بتوان با استفاده از آن در صورت تغییر کاربری ها، چینش بهینه ی سایر کاربری های منطقه را به دست آورد. در این تحقیق فرآیند مدلسازی با استفاده از پیاده سازی و توسعه ی مجموعه ای از روش ها در محیط سیستم اطلاعات مکانی طراحی شده میسر گردید. دو محله از منطقه ی 7 شهرداری تهران به عنوان منطقه ی مطالعاتی در نظر گرفته شده و به منظور مدلسازی از سه الگوریتم های بهینه سازی چندهدفه ی nsga-ii، mopso و moea/d استفاده شده است. در سازگارسازی این الگوریتم ها با مسئله چهار تابع هدف اصلی به صورت بیشینه سازی سازگاری، بیشینه سازی وابستگی، بیشینه سازی مناسبت کاربری با زمین و بیشینه سازی همسانی کاربری های مجاور تعریف شده است. همچنین به منظور تأمین سرانه ها در سناریوهای تولید شده توسط الگوریتم های به کار گرفته شده، این المان به صورت شرط وارد مدل شده است. در حقیقت مدلسازی با استفاده از روش های بهینه سازی چندمعیاره در محیط gis مدنظر قرار گرفت. با توجه به چندهدفه بودن الگوریتم ها در نهایت تصمیم گیرنده در جبهه ی جواب بهینه با تعداد زیادی جواب مواجه خواهد شد و این مسئله تصمیم گیری را دشوار خواهد کرد. در صورتیکه بتوان پارامترهای فازی زبانی (به عنوان مثال کم، متوسط و زیاد) را در مورد اولویت های توابع هدف از تصمیم گیرنده دریافت کرد و نتایج متناظر با آنها را به تصمیم گیرنده ارائه داد پروسه ی تصمیم گیری راحت تر خواهد شد. به این منظور در این تحقیق، در جهت حمایت از تصمیم گیری و نمایش سناریوهای متناظر با اولویت های تصمیم گیران، از آنالیز خوشه بندی با استفاده از سه روش k-means، fuzzy k-means و الگوریتم کلونی مورچه استفاده شده است. در تست های انجام شده بر روی سه الگوریتم بهینه سازی مشخص شد نتایج از نظر همگرایی، تست پارامترهای اولیه و تست تکرار پذیری قابل قبول می باشند. همچنین در چینش های بهینه ی به دست آمده وضعیت توابع هدف بهتر از وضعیت موجود است. این بهبود به طور متوسط در سه روش به ترتیب در توابع هدف سازگاری، وابستگی، مناسبت کاربری با زمین و همسانی کاربری های مجاور 25، 32، 35 و 6 درصد بوده است. و نیز کمبود سرانه ها به طور متوسط حدود 19درصد جبران شده است. در پایان نتایج با استفاده از سه شاخص فاصله، پراکندگی و کیفیت مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشاندهنده ی کیفیت بهتر جواب های روش nsga-ii، پراکندگی بهتر در جواب های mopso و اجرای سریع تر در moea/d می باشد. نتایج خوشه بندی نیز نشاندهنده ی سرعت بالای روش کلونی مورچه در مقایسه با دو الگوریتم دیگر خوشه بندی است. همچنین نتایج حاصل از سه روش در اکثر موارد با یکدیگر همپوشانی دارند و در موارد اختلاف نیز نقاط نماینده ی خوشه ها به یکدیگر نزدیک هستند. نتایج این تحقیق می تواند به عنوان یک ابزار حمایت از تصمیم گیری به برنامه ریزان و سیاست گذاران شهری در خصوص برنامه ریزی صحیح فضا پس از تغییر یک یا چند کاربری کمک می نماید.