مدل زنجیره مارکوف

پایش و مدیریت بهینه منابع طبیعی نیازمند اطلاعات به هنگام و صحیح است. تغییرات در پوشش زمین که در سطوح مختلف فضایی و در دوره های زمانی متفاوت رخ می دهد، بیان گر تعامل و تقابل نیازهای همیشگی جوامع انسانی و محیطی با زمین می باشد. در این راستا نقشه های کاربری/ پوشش زمین از مهم ترین منابع اطلاعاتی در مدیریت منابع طبیعی محسوب می شوند. در مطالعه حاضر، تغییرات پوشش اراضی طی 26 سال گذشته و بررسی امکان پیش بینی آن در آینده با استفاده از مدل زنجیرة مارکوف منطقه شوشتر مورد ارزیابی قرار گرفت. در این تحقیق، تصاویر سنجنده های TM لندست 4، 5 و OLI لندست 8 به ترتیب برای سال های 1989، 2000 و 2015 و هم چنین نقشه های توپوگرافی و پوشش منطقه استفاده گردید. تصاویر هر سه مقطع زمانی به چهار طبقة کاربری مرتع، اراضی کشاورزی دیم، اراضی مسکونی، و اراضی کشاورزی آبی طبقه بندی شدند. بنابر نتایج، کشاورزی آبی پویاترین کاربری موجود در منطقه بوده که وسعت این اراضی طی 1989 تا 2015 روندی صعودی را در پی داشته است، به طوری که مقدار 4337 هکتار (7/12 درصد) به این اراضی افزوده شده است. روند تغییرات کاربری مرتع نیز طی 1989 تا 2015 روندی نزولی بوده که موجب کاهش99/59160 هکتار از این طبقه شده است. نتایج حاصل از آشکارسازی تغییرات در سال 2030 به گونه ای است که در صورت ادامه روند موجود در منطقه 33/20 درصد به طبقه کاربری اراضی آبی افزوده خواهد شد، به طوری که در سال 2030 کاربری کشاورزی آبی 95/60 درصد از مساحت منطقه را شامل می شود. در کاربری های مرتع و اراضی دیم به ترتیب 12/21 و 21/0درصد از مساحت تشکیل دهنده هر کاربری کاسته شده است و به مساحت کاربری مسکونی افزوده شده است. نقشه پیش بینی حاصله از مدل زنجیره مارکوف برای ارائه دیدی کلی به منظور مدیریت بهتر منابع طبیعی بسیار حائز اهمیت است .

نقشه های کاربری پوشش زمین از مهمترین منابع اطلاعاتی در مدیریت منابع طبیعی محسوب میشوند . هدف این تحقیق بازبینی ، مدل سازی و پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در دوره 30 ساله توسط مدل LCM در شهر شیراز می باشد. در این تحقیق، تصاویر سنجندههای TM لندست 4، 5 و OLI لندست 8 به ترتیب برای سال های 1985 ، 2000 و 2015 و همچنین نقشه های توپوگرافی و پوشش منطقه استفاده گردید.سپس صحت سنجی و آشکار سازی تغییرات انجام شد با بکارگیری مدل پیش بینی تغییرات کاربری LCM مارکوف و رویکرد مدلساز تغییر کاربری انجام شده است .تصاویر هر سه مقطع زمانی به چهار طبقه کاربری بایر، باغ، اراضی شهری، و اراضی زراعی طبقه بندی شدند. بنابر نتایج، کشاورزی آبی پویاترین کاربری موجود در منطقه بوده که وسعت این اراضی طی 1985 تا 2015 روندی صعودی را در پی داشته است، به طوری که مقدار( 4337 هکتار ، 7/ 12 درصد) به این اراضی افزوده شده است. روند تغییرات کاربری بایر نیز طی 1985 تا 2015 روندی نزولی بوده که موجب کاهش 99 / 59160 هکتار از این طبقه شده است.نتایج آشکار سازی تغییرات در دوره 1985 با ضریب کاپا 88/0، در دوره 2000 باضریب کاپا 77/0 و در دوره ی 2015 با ضریب کاپا 92/0 نشان داد. نتایج حاصل از آشکارسازی تغییرات در سال 2030 به گونه ای است که در صورت ادامه روند موجود در منطقه 33 / 20 درصد به طبقه کاربری زراعی افزوده خواهد شد، به طوری که در سال 2030 کاربری کشاورزی آبی 95 / 60 درصد از مساحت منطقه را شامل می شود . در کاربری های بایر و باغ به ترتیب 12 / 21 و 21 / 0درصد از مساحت تشکیل دهنده هر کاربری کاسته شده است و به مساحت کاربری شهری افزوده شده است. نقشه پیش بینی حاصله از مدل زنجیره مارکوف برای ارائه دیدی کلی به منظور مدیریت بهتر منابع طبیعی بسیار حائز اهمیت است .

مدل سازی تغییرات کاربری اراضی، ابزاری ضروری برای تجزیه و تحلیل های محیط زیستی، برنامه ریزی  و مدیریت محسوب می گردد. در حال حاضر آشکار سازی و مدلسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصویر ماهواره ای ابزاری سودمند برای درک تغییرات زیست محیطی در رابطه با فعالیت های انسانی به حساب می آیند. ناحیه مورد مطالعه یکی از مناطق ایران است که هدف تجاوزساخت و ساز های بی رویه و بدون برنامه قرار گرفته است.  توسعه شهری و رشد جمعیت منجر به تغییرات الگوی فضایی شده و کاربری بخش زیادی از منابع طبیعی را  تحت تأثیر قرار داده است. در این تحقیق از تصاویر ماهواره لندست در سال های ۱۹۸۶، ۲۰۰۲، ۲۰۱۸ برای طبقه بندی و آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی استفاده شده است.پس از رفع خطاهای تصاویر ماهواره ای چهار کلاس عارضه، ساخت و ساز مسکونی و غیر مسکونی، پوشش گیاهی، کوه و مرتع و راه، جهت بررسی تغییرات در نظر گرفته شد. عملیات میدانی و برداشت عوارض نمونه، با گیرنده های GPS دو فرکانسه در محدوده مورد مطالعه انجام شد. سپس این عوارض به نرم افزار معرفی و با روش ماشین های بردار پشتیبان [1] طبقه بندی روی تصاویر سه دوره انجام و میانگین دقت کلی و میانگین ضریب کاپا [2]   در این روش به ترتیب  ۶۲ /۹۶ % ، ۳۳/۸۵ % محاسبه گردید. بیشترین تغییرات مربوط به کلاس کاربری های مسکونی و غیر مسکونی و راه می باشد. بیش ترین تغییرات مربوط به ساخت و ساز مسکونی ۰۶/۹ درصد و راه ۱ درصد می باشد، که این روند رو به افزایش سبب کاهش دو کلاس عارضه کوه و مرتع و پوشش گیاهی به ترتیب به میزان ۰۷/۹ و۱/۰ درصد شده است. در ناحیه مورد مطالعه اکثر پوشش های گیاهی و زمین های کشاورزی تبدیل به شهرک های صنعتی و ویلاهای تفریحی شده است.  در راستای چنین تغییراتی زنجیره مارکوف توانایی خوبی برای پیش بینی احتمال تغییرات را دارد و بر پیش بینی های تغییرات کاربری اراضی متمرکز  است در حالی که اتوماتای ​​ سلولی به عنوان یک روش قدرتمند در تشخیص تغییرات مؤلفه مکانی فضایی است. به این منظور جهت پیش بینی تغییرات در کمیت و فضا  از مدل ترکیبی زنجیره مارکوف و سلول های خودکار استفاده گردید و نقشه کاربری اراضی برای سال ۲۰۵۰  شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که مدل های مارکوف اطلاعات مفیدی در اختیار ما قرار می دهد که می تواند برای برنامه ریزی کاربری اراضی در آینده  مفید واقع شود. <br clear="all" /> [1]- SVM [2]- Overall Accuracy

رشد شهرها و تأثیرات حاصل از آن بر محیط پیرامون، پیامدهای زیان باری به دنبال دارد؛ ام ا ب ا شناخت و آگاهی از نواحی، بررسی، به کارگیری و استفاده بهینه از علوم و فناوری های جدید می توان به سمت توسعه پایدار حرکت کرد؛ از سویی جغرافیا و شاخص های بسیار مهم آن به ویژه ژئومورفولوژی به مثابه علمی تخصصی و کاربردی، نقش مؤثری در رشد و گسترش مراکز شهری دارد. در پژوهش حاضر، وضعیت توسعه شهر و مخاطراتی بررسی شده است که بر این توسعه تأثیر می گذارد. در این پژوهش با استفاده از قابلیت تکنیک سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، تغییرات کاربری اراضی شهر قائن به منظور تخمین افزایش سطح مجموعه شهری و میزان کاهش اراضی کشاورزی و باغی در بازه زمانی سال های ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۷ بررسی شد؛ همچنین تأثیر آن بر مخاطرات ژئومورفولوژیکی ازجمله گسل، آبراهه و لیتولوژی در منطقه ارزیابی شد. در ادامه محدوده کاربری با الگوریتم حداکثر مشابهت، روش نظارت شده و مدل زنجیره مارکوف در افق ۱۴۰۴ مشخص شد. نتایج پژوهش حاضر نشان می دهد طی سال های ۱۳۷۹، ۱۳۸۹ و ۱۳۹۶ مساحت کاربری محدوده های ساخته شده در شهر قائن افزایش داشته و این افزایش سبب نزدیک شدن شهر به سازندهای رسی، گسل ها و آبراهه اصلی شده است؛ به طوری که مساحت اراضی ساخته شده (84/114درصد)، باغ ها و زمین های کشاورزی (1/99درصد)، زمین های بایر (71/99درصد) و مراتع (94/99درصد) تغییر خواهد کرد. تلفیق داده های متفاوت برای به دست آوردن نتایج دقیق تر و منسجم تر و همچنین آینده نگری برای شناسایی مناطق مساعد به منظور رشد و گسترش شهری در سال های آتی، نوآوری این پژوهش محسوب می شود.

در سال های اخیر، تغییرات کاربری زمین در شهرهای مختلف ایران، موجب به وجودآمدن مشکلاتی مانند افزایش دمای سطح زمین، آلودگی محیط زیست، کاهش اراضی کشاورزی و غیره شده است. افزایش روزافزون جمعیت شهرنشین در شهر لاهیجان در چند دهه اخیر، موجب تغییرات کاربری زمین شده است؛ از این رو سنجش وضعیت این تغییرات در دهه های اخیر و پیش بینی تغییرات آتی ضرورت پژوهش حاضر است. با استفاده از فناوری سنجش ازدور می توان میزان تغییرات کاربری زمین را بررسی کرد. در این پژوهش تصاویر سنجش از راه دور، در سال های 1999، 2008 و 2018 تهیه شده است. به منظور طبقه بندی تصاویر سنجش از راه دور از روش خوشه بندی در نرم افزار GIS استفاده شد. سرانجام نیز پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در سال 2028، با استفاده از مدل زنجیره مارکوف در نرم افزار TerrSet صورت گرفت. نتایج نشان می دهد مساحت پوشش گیاهی از سال 1999 تا سال 2008 به میزان 88/9 درصد و در بازه سال های 2008 تا 2018 به میزان 62/7 درصد کاهش یافته است. درمقابل محیط انسان ساخت در مقایسه با محیط طبیعی افزایش یافته است. نتایج مقایسه مساحت کاربری پوشش گیاهی و مناطق انسان ساخت در پیش بینی مارکوف برای سال 2028، نشان دهنده افزایش قابل توجه محیط انسان ساخت به محیط طبیعی با پوشش گیاهی است. پیش بینی صورت گرفته نیز نشان می دهد، مساحت محیط طبیعی در شهر لاهیجان در سال 2028، به میزان 31/35 درصد در مقایسه با سال 2018 کاهش خواهد یافت. در مقابل محیط انسان ساخت افزایش چشم گیری یافته است و 85/93 درصد از کل مساحت شهر لاهیجان را به خود اختصاص خواهد داد. برای کاهش این روند می توان سیاست های متفاوتی از قبیل نظارت بر ساخت وسازهای بی رویه و حمایت از مالکان دارای زمین های کشاورزی را درپیش گرفت.

هدف اصلی پژوهش حاضر بررسی وضع فعلی و پیش بینی وضعیت آتی کاربری اراضی در حوزه آبخیز گدارچای در استان آذربایجان غربی است، که یکی از زیرحوضه های مهم حوزه آبخیز دریاچه ارومیه است. در این پژوهش تصاویر ماهواره ای سنتینل-۲ برای سال های میلادی ۲۰۱۶ الی ۲۰۲۲ از سایت کپورنیک اتحادیه اروپا دریافت گردید. سپس روش های پیش-پردازش در محیط نرم افزارهای مختلف اعمال و تصاویر مربوطه به محیط نرم افزار eCognition ارسال شد. در ادامه از مدل زنجیره مارکوف (در محیط نرم افزار TreeSet) به منظور پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در سال های آتی استفاده گردید و درنهایت برای سنجه های سیمای سرزمین از نرم افزار Fragstats 8.2 در دو سطح سیما و کلاس محاسبه شدند. نتایج نهایی مبین این واقعیت است که تا سال ۲۰۲۸ میلادی کاربری اراضی کشاورزی 89/13 کشت دیم 14/1 محدوده های مسکونی 33/0 و عرصه های نمکی دریاچه ارومیه حدود 26 درصد افزایش خواهد داشت. هم چنین کلاس کاربری خاک در حد 26/10 و مراتع به میزان 35/5 درصد کاهش خواهند داشت. مطابق با نتایج سنجه های سیمای سرزمین بیش ترین تراکم حاشیه (ED) در سال 2016، 2022 و 2028 مربوط به مرتع با مقادیر 06/36، 58/33 و 72/26 و کم ترین مقدار آن مربوط به نمک حاشیه دریاچه 01/0، 14/0 و 45/0 محاسبه گردید. در این پژوهش، سایر سنجه های موردبررسی نشان داد که کاربری مرتع در اغلب شاخص ها بیش ترین مقدار را دارد. در سطح سیما، نتایج بررسی سنجه های سیمای سرزمین نشان داد که شاخص های مرتبط با پیوستگی لکه، روند افزایشی را طی کرده اند. این نتایج نشانگر حفظ ثبات حوزه آبخیز در برابر تغییرات است.

امروزه سکونتگاه های انسانی، در نقاط مختلف دنیا به دلایل متعدد در معرض آسیب ناشی از مخاطرات طبیعی قرار دارند. این مخاطرات که آسیب های جانی و مالی فراوانی را با خود به همراه دارند نیازمند اقدامات پیشگیرانه می باشند. هدف از پژوهش حاضر نیز بررسی توسعه فضای شهری در راستای مواجهه با مخاطرات محیطی در شهرستان نور می باشد. روش انجام این تحقیق نیز توصیفی می باشد. جمع آوری داده ها با استفاده از مطالعات کتابخانه ای و اسنادی و پرسشنامه ای می باشد.جهت تحلیل پرسشنامه ها از روش ANP و روش منطق فازی به ارزش گذاری هریک از معیارها و تعیین ضرایب اهمیت آنها پرداخته شود و براساس نتایج آن، ارزیابی فضایی با استفاده از نرم افزار ArcGis صورت گرفت و پهنه های مخاطره مشخص گردید. با توجه به نتایج پهنه بندی پتانسیل خطر، نواحی شمالی و جنوبی شهرستان،دارای بیشترین پتانسیل مخاطرات می باشد. جهت پیش بینی میزان توسعه مناطق مسکونی نیز از مدل ترکیبی زنجیره مارکوف و اتوماتوی سلولی استفاده گردید. نتایج نشان داد که گسترش مداوم مناطق ساخته شده در دهه های گذشته باعث تغییرات سریع کاربری زمین شده و مناطق ساخته شده این شهرستان از 43/2% کل مساحت در سال 2010 به 68/3% در سال 2019 افزایش یافته است. نتایج همچنین نشان داد که بدون توجه به مخاطرات طبیعی، مناطق ساخته شده افزایش خواهند یافت و در نتیجه شهرنشینی، مناطق ساخته شده بیشتر به سمت اراضی پر خطر سوق پیدا خواهند کرد. با این حال اگر سیاست های توسعه پایدار به طور کامل اجرا شوند، شهرها و مناطق ساخته شده قادر خواهند بود فضاهای توسعه خود را به خاطر منافع خود شهر و ساکنان آن از مناطق پرخطر حفظ کند.