منبع پایان نامه درمورد مدل سازی، شبیه سازی، حمل و نقل، توسعه مدل

دانلود پایان نامه ارشد

لو (Yang and Lo, 2003) مدل های شهری ، از نظر ساختاری بر اساس یکی از الگوهای احتمالی ، نظیر مارکو15 و سلول های خودکار یا فرایند مبنا ، همچون مدل اکوسیستمی پویا، طراحی شده اند. این مدل ها دارای برخی خصیصه های مشترکی همچون احتمالات انتقال در یک کلاس از ماتریس انتقالی (Veldkamp and Fresco, 1996)، سلول های خودکار (Batty et al,1999) و نیز روش روی هم گذاری وزندهی شده در GIS می باشند (Pijanowski et al , 1997) .
تا قبل از مدل سیستمی دینامیک DLA بثی و لانگلی16 که در سال 1994 برای مدل کردن پدیده های شهری مطرح شده بود ، جنبه های فیزیکی توسعه شهری بطور واضحی تعریف نشده بودند. این مدل بر مبنای اصول سلول های خودکار طراحی شده بود . تاثیر مسیر های حمل و نقل بر رشد شهری در این مدل ارزیابی شده بود (Batty and Longley, 1994) . در بین همه مدل های دینامک مستند شده ، شاید مدل های سلول خودکار بیشترین تاثیر را بر حسب تکامل تکنولوژیکی آن ها در ارتباط با کاربردهای شهری داشته اند (Yang and Lo, 2003) . اخیرا مدل های که بر مبنای سلول های خودکار هستند توجه بیشتر محققین شهری را به جهت سادگی و سهولت در مدل کردن فرایند های پیچیده شهری، به خود جلب نموده است.

2-12-سلول های خودکار و مدلسازی شهری

این بخش بر پیشرفت ها ی عمده ای که در زمینه مدلسازی رشد شهری از طریق سلول های خودکار اتفاق افتاده است تمرکز می کند. در ابتدا پیشرفت های اخیر مدلسازی رشد شهری بوسیله سلول های خودکار ارایه شده و در ادامه توسعه روش های کالیبره کردن قوانین انتقال و موانع اصلی توسعه این مدل و روش های کالیبره کردن آن اشاره خواهد شد

2-13-کارهای اولیه

نخستین بار سلول های خودکار توسط اولام و فون نیومن17 در سال 1940 برای مطالعه رفتار سیستم های پیچیده مطرح شد. جامع ترین تعریف از سلول های خودکار آن را به عنوان یک سیستم دینامیک گسسته در فضا و زمان معرفی می نماید که در یک شبکه یکنواخت و بر اساس یک سری از قوانین انتقال از پیش تعریف شده کنترل می شود . مدلسازی با سلول های خودکار شامل سلول ها یا پیکسل ها ، وضعیت سلول ها ( مانند کلاس های مختلف کاربری) ، همسایگی ها و قوانین انتقال می باشد . در این مدل فضا به واحدهای فضایی با اشکال منظم یا غیر منظم (سلول ) و زمان به دوره های ناپیوسته تقسیم می شود . هر یک از سلول ها دارای یک وضعیت ( از بین چند وضعیت ممکن ) است که بسته به وضعیت خود سلول و وضعیت سلول های همسایگی بلا فصل آن ، بر اساس قوانین انتقال به روز می شود . سلول های خودکار به واسطه روابط متقابل بین پیکسل ها در سطح واحد همسایگی الگوی شهری سراسری را ارائه می نماید(Alkheder, 2006) .
مدل سازی شهری در فضای سلولی ، ابتدا توسط توبلر (1979) در دهه 1970 ، با تعریفی که از جغرافیای سلولی ارائه داده است ، وارد مطالعات شهری شده است . مهمترین تلاش های که در این برهه انجام شده بود ، مطالعاتی پراکنده بود و استفاده از مدل سلول های خودکار اخیرا به عنوان یک زمینه تحقیقی جداگانه مطرح شده است . این تلاش های نخستین بر جنبه های خاصی از فرایند های شهری تمرکز نموده اند . بطور عمده اولین مدل های سلول خودکار بکار برده شده در مطالعات شهری بر اساس رویکردهای روش شناختی بسیار ساده بنیان نهاده شده بودند. در میان این مدل ها ، مدل هیلر و هانسن (1984) برای تشریح فرم ساخت روستاهای فرانسوی و استفاده از محدودیت های همچون پیوستگی همسایگی یا قوانین بولین (Couclelis, 1985) برای توابع انتقال بکار برده شده بودند.
اولین کاربرد سلول های خودکار در مطالعات منطقه ای و کاربری زمین در اوایل دهه 1990 توسط وایت و دیگران18 انجام شد (Clarke et al,1997) . با وجود اینکه در مدل وایت برخی از خصوصیات مهم نظیر خود تغییری19 و وجود الگوریتمی روشن در کالیبره کردن مدل مبهم و نامشخص بود، اما این مدل شامل بیشتر اجزاء مدل سلول های خودکار بود . یک دسته از قوانین انتقال پس از قرارگیری فضای منطقه مطالعاتی در قالب شبکه بندی مربع و آماده کردن وضعیت های اولیه ، تعریف شده بود. مدل وایت برای یک شبکه 500 متری راه اندازی شد که پس از آن برای شبیه سازی رشد شهر سینسیناتی ایالت اوهایو و با استفاده از یک شبکه 250 متری با دقت بالاتر تصحیح شد. جنبه های جغرافیای طبیعی در مدل سازی شهری با سلول های خودکار تا قبل از تلاش های بثی و همکارانش20 در این زمینه همچنان در جایگاه واقعی خود قرار نداشت(Clarke et al, 1997).
از سوی دیگر یک مدل سلول خودکار diffusion-limited aggregation مبنا (DLA) برای شبیه سازی رشد نواحی ساخته شده شهری بکار برده شد (Batty and Longley, 1994) . سپس یک تیپ کلی از سلول های خودکار که در مبانی علوم زیست شناسی و محاسبات ظهور کرده بود توسعه یافت (Batty and Xie, 1994a;1994b) . مدل DUEM (Dynamic Urban Evolutionary Model) بثی و لی برای مدل کردن تغییرات کاربری های متفاوت با استفاده از سلول های خودکار و از طریق تعریف قوانین انتقال ، جهت کنترل تغییرات کاربری طراحی شده بود . یکی از اشکالات اساسی در مدل آنها ناتوانی در دستکاری کردن و وارد کردن فاکتور های جمعیتی ، مکان یابی سایت و فاکتورهای مناسب حمل و نقل بود. بنابراین ، یک نسخه جدیدتر از مدل به نام IDUEM21 توسعه پیدا کرد و سپس جهت فائق آمدن به این مشکلات نقش عواملی همچون مقدار تقاضا و میزان عرضه زمین های مناسب برای استفاده مسکونی در مدل سازی شهری دخیل داده شد. مدلسازی شهری با سلول های خودکار توسط بثی و ژای (1994a;1994b) برای مدل کردن رشد شهری کاردیف کشور ولز و ساوانا در کشور گرجستان بکار برده شد.
از زمانی که سلول های خودکار برای اصلاح و انطباق با محدودیت های جغرافیای پیشنهاد شده اند تحولات بسیاری در جهت توسعه سیستم های آنها به وجود آمده است . یک فضای سلولی به این صورت تعریف شد که هر پیکسل آن دارای یک سری خصوصیات ذاتی برای نمایش ویژگی های فیزیکی ، محیطی ، اجتماعی ، اقتصادی و یا مشخصات نهادی می باشد . این پیشرفت ها با افزایش پیچیدگی در مدل ها مصادف شد (Couclelis, 1997; White and Engelen, 1997) . چنین تغییر و اصلاحاتی در قابلیت های فضایی سلول های خودکار به این مدل ها امکان تلفیق با GIS را داده است . پیشرفت های جاری در ابزار GIS انگیزه ای برای تلفیق سلول های خودکار در قالب GIS به عنوان موتور شبیه سازی در مدل کردن فرایند های پیچیده شهری شده است . تلفیق مدل شهری سلول های خودکار با GIS برای اولین بار توسط بثی و دیگران (1999) در شبیه سازی رشد شهری معرفی شد . مدل سلول های خودکار در مقایسه با مدل های شهری وابسته به علوم ریاضیاتی ، کارایی بهتری در شبیه سازی رشد شهری دارند(Batty and Xie, 1994a) . به وجود آمدن نقش سلول های خودکار در مدلسازی شهری از قابلیت مدل و تجسم کردن فرایند های فضایی با ماهیت پیچیده نشات می گیرد (Takeyama and Couclis, 1997) . با توجه به این واقعیت که رشد شهری دارای ماهیت کاملا محلی است ، سلول های خودکار را به عنوان یک انتخاب برتر مطرح ساخته است (Clarke and Gaydos,1998). فرایند توسعه مدل سلول های خودکار : تعریف قوانین ، کالیبره کردن جهت تطبیق با داده های گذشته و پیش بینی آینده با قوانین کالیبره شده را در بر می گیرد (Clarke et al, 1997). یک مکانیسم فید بک( پس خورد) برای تعدیل قوانین نیاز است تا چنانچه سلول های خودکار رشد یا تغییر پیدا کرد قوانین نیز تغییر یابند (Clarke et al, 1997) .

2-14-تحقیقات اخیر در زمینه مدل سازی شهری با سلول های خودکار

مدل های سلول خودکار متناسب با خواست کاربران و نوع مسئله توسعه پیدا نموده اند. روش استانداردی برای طراحی مدل سلول های خودکار که مورد قبول اکثریت محققین قرار گرفته باشد تا کنون بدست نیامده است . مروری بر پیشرفت مدل ها در پیشینه تحقیق مذکور نشان می دهد که سه نوع اصلی از مدل های سلول خودکار وجود دارد(Li and Yeh, 2002). اولین نوع استفاده از سلول های خودکار برای آزمون فرضیاتی در مورد شهرهای مصنوعی بکار برده می شوند بطوریکه نتایج تولید شده بتوانند با تئوری های شهری تشریح شوند. در نوع دوم ، سلول های خودکار برای مدل سازی شهر واقعی بکار برده می شوند تا یک شبیه سازی واقعی از الگوی تغییرات کاربری زمین ارائه گردد. سومین نوع ، استفاده از سلول های خودکار در مدل کردن فرایند های شهری بر اساس اهداف برنامه ریزی می باشد.
چنانچه بحث شد سلول های خودکار در طراحی ساختار و قوانین انتقال هم قطعی و هم غیر قطعی هستند. در پیشینه تحقیق ، دسته اول شامل بیشتر مدل های سلول خودکار توسعه یافته می باشد که یک سیستم دو دویی ( باینری) -توسعه یافته ، توسعه نیافته- برای تشخیص شهری شدن پیکسل محک بر مبنای چند متغیر شهری بکار برده شده، بطوریکه شهرنشینی با برقراری معیارهای معین محتمل خواهد شد. از سوی دیگر دسته بعدی بر مبنای تئوری احتمالات است بطوریکه یک پیکسل محک بر اساس وضعیت موجود شهر یک مقدار احتمالی برای توسعه به خود می گیرد ( Alkheder, 2006). در بررسی پیشینه نظری مربوط به سلول های خودکار تعداد اندکی از مدل ها، به دلیل پیچیدگی تعریف قوانین انتقال و کالیبره کردن مدل ها و نیز تشریح مشکلات مربوط به قوانین ، در دسته دوم قرار می گیرند . در پاراگراف بعدی رایج ترین مدل های سلول خودکار اخیر مرور و بررسی خواهد شد.
مدل های سلول خودکار شهری قطعی اولین تلاش های سازمان یافته ای هستند که در ادبیات تحقیق با آن برخورد می کنیم . در این میان تلاش های اولیه وایت ، بثی و دیگران یک شروع خوب به سمت فورموله کردن مدلسازی سلول خودکار شهری قلمداد می شوند . در هر حال آنها فاقد خصوصیات مهم برای توسعه یک مدل قابل اطمینان بودند . علاوه بر نیاز به یک روش استاندارد برای تعریف قوانین انتقال سلول های خودکار ، مدل های جامعی که بتواند فرایند های شهری را در قالب یک واحد تلفیقی مطرح سازد از جمله موضوعات دیگری است که نیاز به بررسی داشته است. این وضعیت محققین را تحریک نمود تا مفاهیم طراحی مدل سلول های خودکار را بسط دهند. کلارک و دیگران (1997) یک مسیر جدید در مدلسازی شهر بر پایه های تلاش های فون نیومن (1966) ، هگستراند(1967) ، توبلر(1979) و والفرم(1994) ارائه دادند. مدل SLEUTH (Slope , Landuse, Exclusion, Urban extend, Transportation, Hillshade) کلارک و دیگران (1997) اولین مدل سلول های خودکار کامل را ارائه نمودند که عرصه تحقیقات را دگرگون نمود . این مدل قابلیت تنظیم پارامترها را در صورت تجاوز یا افت نرخ رشد از یک مقدار بحرانی داشت . SLEUTH از چهار نوع داده های ورودی استفاده می نمود: شیب ، لایه های اولیه (نظیر لایه پوشش کاربری که شامل پراکندگی نواحی شهری می باشد) ، فاکتور حمل و نقل و زمین های حفاظت شده را شامل می شد .این مدل برای کنترل رشد شهری از 5 فاکتور: ضریب پراکندگی ، ضریب زایش ، ضریب گسترش ، ضریب شیب ، ضریب جاذبه شبکه راه استفاده می نمود.
کلارک و گدس (1998) از SLEUTH برای مدل کردن رشد شهری ناحیه بای سانفرانسیسکو در کالیفرنیا و واشنگتن دی سی / بالتیمور ، گذرگاه مریلند استفاده نمودند. SLEUTH برای محک زدن یا آزمودن استراتژی های متفاوت برنامه ریزی در فرایند های شهری مورد استفاده قرار می گرفت. همچنین یانگ و لو (2003) از SLEUTH برای طراحی و آزمودن سناریوهای متفاوت برنامه ریزی در مدل سازی رشد آتی شهر آتلانتا استفاده نمودند. آنها سناریوهای What-if را برای ارزیابی تاثیر سیاست های شهری متفاوت بر فرآیندهای آتی شهرنشینی بکار گرفتند.
علی رغم ظهور مدل های جامع یکپارچه نظیر SLEUTH و متعاقباً موفقیت های حاصله در توسعه مدلسازی برخی موضوعات حل نشده برجای مانده بود. مدلهای توسعه یافته هنوز قوانین انتقال را با روش های پیچیده که تفسیر آن برای کاربران نهایی مشکل بود ، تعیین می نمودند. چنین مشکلاتی محققین زیادی را برآن نمود تا برای رفع این نواقص گام

پایان نامه
Previous Entries منبع پایان نامه درمورد توسعه شهری، توسعه شهر، برنامه ریزی شهری، مدل سازی Next Entries منبع پایان نامه درمورد شبکه های عصبی، شبیه سازی، کاربری اراضی، اعتبار سنجی