اتوماتای سلولی

آتش سوزی جنگلی یکی از رایج ترین خطرات اکولوژیکی محسوب میشود که پیش بینی صحیح گسترش آن موضوعی حیاتی در حداقل نمودن اثرات مخرب ناشی از آن محسوب می شود. این پدیده به عواملی از جمله توپوگرافی، پوشش گیاهی و اقلیم بستگی دارد. در میان مدل های موجود مدل های قطعی تجربی که در قالب رستر ارائه شده اند از جمله اتوماتای سلولی، به دلیل سادگی مدلسازی و توانایی در مدل سازی سیستم های پیچیده دارای محبوبیت بیشتری هستند. سیستم های شبیه ساز مختلفی جهت شبیه سازی و پیش بینی گسترش آتش با استفاده از اتوماتای سلولی توسعه یافته اند. کیفیت نتایج حاصل از این سیستم ها علاوه بر میزان پیچیدگی مدل به صحت و اطمینان پارامترهای ورودی نیز بستگی دارد که اغلب این پارامترها، دارای درجه ای از عدم اطمینان هستند. یکی از پیشنهادات سازنده جهت غلبه بر مشکل عدم اطمینان، استفاده از رویکرد دو مرحله ای شبیه سازی می باشد. در این رویکرد، ابتدا کلیه ی پارامترهای موجود در مدل با مقایسه ی نتایج حاصل از شبیه سازی با واقعیت بهینه می شوند، سپس مدل شبیه سازی مربوطه با در نظر گرفتن مقادیر بهینه ی بدست آمده برای پارامترها به شبیه سازی گام بعدی گسترش می پردازد. یکی از مهمترین نکات در طراحی این سیستم استفاده از روش بهینه سازی مطلوب می باشد. در این پژوهش جهت غلبه بر مشکل عدم اطمینان و ارتقاء دقت مدل سازی گسترش آتش سوزی جنگلی و اجرای رویکرد دو مرحله ای از دو روش بهینه سازی ازدحام ذرات و کلونی زنبور عسل برای بخشی از جنگل های استان گیلان استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد روش بهینه سازی کلونی زنبور عسل نسبت به روش بهینه سازی ازدحام ذرات، دارای توانایی بالاتری به منظور تولید پارامترهای بهینه ی مدل مورد نظر می باشد.

شبیه سازی اجتماعی شامل مجموعه ای از تکنیک ها و ابزارهاست برای مدل کردن پدیده های اجتماعی، به گونه ای که بتوان آزمون ها و آزمایش هایی مجازی بر روی آن مدل ها انجام داد. اگر چه گسترش امکانات رایانه ای تاریخی کوتاه دارد؛ اما ریشه های نیاز به شبیه سازی در جامعه شناسی را می توان تا نیمه اول قرن بیستم پی گرفت. در یک تقسیم بندی تکنیک های شبیه سازی اجتماعی را می توان در پنج دسته پویایی سیستمی، مدل های صف بندی، شبیه سازی خرد، اتوماتای سلولی و مدل های عامل محور قرار داد. این پنج تکنیک در دو دسته تکنیک های فرآیند محور (دو مورد اول) و تکنیک های عامل-محور (سه موردی بعدی) قرار می گیرند. از میان تمام این تکنیک ها به نظر می رسد مدل-سازی عامل محور بیش از همه بر معضلات پیش روی محققان اجتماعی و نیز نیازهای آن ها تطابق دارد. در مدل سازی عامل محور می توان برخی از مهم ترین دغدغه های جامعه-شناسان؛ مانند ناهمگونی عامل ها، تعامل میان عامل ها، یادگیری عامل ها، تعامل عامل ها و محیط و ظهور الگوهای کلان از کنش های خرد را به خوبی بررسی کرد.

ﺟﻬﺎﻧﻲ ﻛﻪ اﻣﺮوز ﻣﺎ در آن زﻧﺪﮔﻲ می کنیم، ﺟﻬﺎن ﺷﻬﺮی اﺳﺖ ﻛﻪ ﻣﺘﺄﺳﻔﺎﻧﻪ ﻧﺘﻴﺠﻪ آن، دوری از ﻣﺤﻴﻂ ﻃﺒﻴﻌﻲ و ﭘﺬﻳﺮش ﻧﺎﺧﻮاﺳﺘﻪ ﺷﺮاﻳﻂ ﻧﺎﻣﺘﻌﺎدﻟﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ از رواﺑﻂ ﻧﺎﻣﻮزون انسان ها و ﻓﻀﺎی ﺷﻬﺮی ﻧﺸﺄت می گیرد. روش متنوعی های ﺑﺮای ﻣﺪل ﺳﺎزی ﺗﻐﻴﻴﺮات ﭘﻮﺷﺶ و ﻛﺎرﺑﺮی اراﺿﻲ وﺟﻮد دارد ﻛﻪ از ﺟﻤﻠﻪ آن ها می توان ﺑﻪ ﻣﺪل CA ﻣﺎرﻛﻮف اﺷﺎره ﻛﺮد. اﯾﻦ ﺗﺤﻘﯿﻖ در ﺻﺪد اﺳﺖ اﻟﮕﻮی روش ﺷﻨﺎﺧﺘﯽ ﺟﺪﯾﺪ را ﺑﺮای ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی دﯾﻨﺎﻣﯿﮏ ﮐﺎرﺑﺮی اراﺿﯽ ﺷﻬﺮی، ﺑﺎ اﺳ ﺘﻔﺎده ازﺳ ﻨﺠﺶ از دور، GIS و ﻣ ﺪل سلول های ﺧﻮدﮐﺎر ﻓﺮاﻫﻢ ﻧﻤﺎﯾﺪ.در اﻳ ﻦ پژوهش، شمال ﺷ ﻬﺮ اﺻ ﻔﻬﺎن و حدودتقریبی اراﺿ ﻲ اﻃﺮاف آن ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﻨﻄﻘﻪ ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ اﻧﺘﺨﺎب ﺷﺪ و از ﺗﺼﺎوﻳﺮ ﻣﺎﻫﻮارهای ﺳ ﺎل 1991 و ﺳ ﺎل 2001 وسال 2017 ﺑﺮای ﺗﻬﻴﻪ نقشه های ﭘﻮﺷﺶ اراﺿﻲ ﻣﻨﻄﻘﻪ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ. این پژوهش ﺑﻪ اﻳﻦ ﻧﺘﻴﺠﻪ رﺳﻴﺪ ﻛ ﻪ در پیش بینی ده سال آینده در ابتدا تصویر طبقه بندی شده سال 1991 و بعد تصویر طبقه بندی شده سال 2001 به مدل معرفی گردید که از این طریق ماتریس تبدیلات به دست آمد، برای پیش بینی سال 2025، که بعد از این مرحله، تصویر سال 2017 را همراه با ماتریس تبدیلات به دست آمده از دوره قبل و لایه های محدودیت رشد به مدل معرفی گردید و پیش بینی سال 2025 به دست آمد نشان می دهد از ﻣﺪل زنجیره ای CA ﻣﺎرﻛﻮف و ﻓﻴﻠﺘﺮ ﺑﺮای ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﭘﻮﺷﺶ اراﺿﻲ در ده ﺳﺎل آﻳﻨﺪه ﺑﻬﺮه ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﺪ، اﻳﻦ ﻣﺪل ﺑﻄ ﻮر ﺗﻠﻔﻴﻘ ﻲ CA-Markov ﻧﺎﻣﻴﺪه می شود. ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﻲ ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ ﻣﺪل ﻣﺎرﻛﻮف ﻧﻴﺰ از روش دقت کلی و ضریب کاپا ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ، مدل CA-MARKOV دارای شاخص کاپای 13/88 می باشد.

د گسترش شهرها امری غیرقابل اجتناب است، و این رشد زمانی مشکل آفرین می شود که فرایند گسترش بدون برنامه و به صورت خود به خودی صورت گیرد. در نتیجه، نظارت، تجزیه و تحلیل و برنامه ریزی پیش بینی گسترش شهر مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این مطالعه؛ توسعه شهر یاسوج با مدل اتوماتای سلولی مبتنی بر GIS به منظور بررسی توسعه افقی شهری تا سال 1410 است. ابتدا پارامترای تناسب فیزیکی، راه های ارتباطی و اثر همسایگی محاسبه شدند. سپس با توجه به تقاضای کاربری های مختلف، اقدام به شناسایی مناطق توسعه یافته و توسعه نیافته شد. در مرحله بعدی تخصیص کاربری های دارای تقاضا با استفاده از تعامل میان تقاضا و تناسب کلی هر قطعه ملکی و متناسب با بیشترین ارزش به دست آمده در بین نقشه های تناسب کاربری انجام شده است. نتایج نشان داد مدل سازی پیشنهادی، توسعه شهر یاسوج از مناطق بیرونی شعاع آن زیاد می شود و بخصوص از ناحیه جنوب غربی، زیرا که در شمال و شرق شهر موانع طبیعی مانع از گسترش آن می شود. ارزیابی مدلسازی اتوماتای سلولی بیانگر دقت 61 درصدی رشد افقی می باشد.

به نظر می رسد تمرکز بی برنامه جمعیت، بدون در نظر گرفتن تمهیدات زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی، ریشه بسیاری از بحران ها و مشکلاتی است که بشر به تازگی با آنها برخورد کرده است. با اهمیت پیدا کردن محدودیت منابع، اندیشمندان و نظریه پردازان بسیاری رشد ناموزون شهرها را  پدیده ای غیر قابل پذیرش معرفی کرده اند و در جستجوی راهی برای اصلاح روندهای موجود می باشند. در همین راستا اتوماتای سلولی، به عنوان  مدلی که رشد آتی شهر را با استفاده از پنج عامل ویژگی سلول، اندازه سلول، همسایگی، قوانین گذار و زمان پیش بینی می کند، معرفی می شود. در این مقاله سعی شده است که رشد شهر به وسیله مدل اتوماتای سلولی و معیارهایی مانند کاربری اراضی، شبکه ارتباطی، قابلیت اراضی، منظر طبیعی، خطر زلزله و رانش، فاصله از مناطق حفاظت شده و ... پیش بینی شود. این پیش بینی به گونه ای است که رشد تلفیقی از جهت بهینه رشد شهر می باشد. برای نشان دادن چگونگی کاردکرد مدل، شهر چالوس با توجه به قرار گرفتن در جلگه ساحلی شمال کشور و ارزشمند بودن اراضی از لحاظ زیست محیطی و زراعی و همچنین وجود دو قطعه اراضی بزرگ زراعی در داخل محدوده شهر، به عنوان نمونه مورد مطالعه انتخاب شده است. پس از اجرای مدل در ArcGis، با توجه به ملاحظات زیست محیطی و قوانین تدوین شده اتوماتای سلولی نشان داد که رشد آتی شهر در سال 1405، به سمت جنوب و در حاشیه کمربندی شهر چالوس، شکل خواهد گرفت.

تغییرات کاربری اراضی و پوشش زمین [1] ، یکی از موضوعات اصلی توسعه پایدار است. به منظور ارائه علمی منطقی برای تصمیمات برنامه ریزی منطقه ای و توسعه پایدار می توان از مدل های پیش بینی الگوهای کاربری اراضی استفاده کرد. بر این اساس هدف پژوهش حاضر، مدل سازی و پیش بینی الگوهای زمانی و مکانی تغییر کاربری اراضی حوضه زاینده رود است. در این پژوهش از مدل اتوماتای سلولی و زنجیره مارکوف [2] برای شبیه سازی و پیش بینی تغییرات کاربری اراضی استفاده شد. تغییرات کاربری اراضی از سال 1996 تا 2018 بررسی و تغییرات آینده برای سال 2030 و 2050 شبیه سازی و سناریوهای آینده کاربری اراضی طراحی شد. اعتبارسنجی مدل با مقایسه نقشه شبیه سازی شده سال 2018 با نقشه واقعی آن انجام و از ضریب کاپا برای ارزیابی مدل استفاده و ضریب کاپای 94% حاصل شد. براساس نتایج، کاربری انسان ساخت از 13016 هکتار در سال 1996 به 154194 هکتار در سال 2050 تغییر می یابد و مدیریت توسعه آتی شهر را می طلبد. میزان اراضی کشاورزی از 177067 هکتار در سال 1996 به 40000 هکتار در سال 2050 تغییر می یابد. در میان تمام تغییرات، نگران کننده ترین وضعیت برای اراضی کشاورزی است. نتایج نشان می دهد تغییرات کاربری اراضی به صورت گسترش مناطق شهری و کاهش مساحت کاربری کشاورزی است. چنین تغییراتی در دو مرحله مشخص رخ داده است. اراضی شهری از سال 2013 با تأثیر مستقیم در کاهش پوشش گیاهی به مثابه یک نتیجه از تبدیل اراضی کشاورزی به سایر کاربری ها توسعه می یابد. همچنین تأیید شده است که روند تغییرات پس از سال 1996 پویا بوده و شدت یافته است؛ زیرا در سال 2018 منطقه وسیعی از اراضی کشاورزی به مناطق شهری و صنعتی تبدیل شده است. اراضی کشاورزی و باغ ها در سال 2018 شامل 74057 هکتار است و تا سال 2050 می تواند به 40000 هکتار کاهش یابد که به معنی از دست دادن 34057 هکتار نسبت به پوشش اراضی کشاورزی و باغ ها در سال 2018 است. نتایج پژوهش حاضر مبنی بر گسترش فعالیت های شهری و صنعتی و کاهش سطح اراضی کشاورزی در منطقه، توجه بیشتر برنامه ریزان محیط زیست را برای تصمیم گیری و مدیریت بهتر می طلبد.   [1]. Land use / Land cover (LULC) [2]. CA_Markov

در این مطالعه، روندهای مکانی–زمانی پویایی کاربری اراضی برای دوره 1401-1380 با استفاده از داده سنجش از دور مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. طبقه بندی تصویر بر اساس سه طبقه عمده کاربری اراضی یعنی جنگل، مناطق انسان ساز (کشاورزی و ساخته شده) و سایر مناطق طبیعی (اراضی لخت، علفزار، جنگلکاری، درختچه زار، نواحی آبی و اراضی جنگلی) انجام شد. نقشه های تغییرات کاربری اراضی منطقه در دوره 1401-1380 نشان می دهند که مناطق انسان ساز 3/9 درصد افزایش یافته اند. در مقابل، جنگل و سایر مناطق طبیعی به ترتیب 1/7  درصد و 2/2 درصد کاهش یافتند. علاوه بر این، تکنیک شبکه عصبی مصنوعی-اتوماتای سلولی (CA-ANN) برای پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در دوره 1422-1401 استفاده شد. درصد صحت برای شبیه سازی 91 درصد و مقدار کاپا کلی 86/0 بود. به طور مشابه با نقشه های طبقه بندی شده در دوره 1401-1380، نقشه های پیش بینی شده در دوره 1422-1401 روند افزایشی را در مناطق انسان ساز به میزان 7/4 درصد و روند کاهشی در جنگل و سایر مناطق طبیعی به ترتیب به میزان 3/4 درصد و 4/0 درصد نشان می دهد. در این کار، مدل های رگرسیونی حداقل مربعات معمولی (OLS) برای پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در منطقه مورد مطالعه به عنوان تابعی از متغیرهای توصیفی [ارتفاع، شیب و متغیرهای مجاورت مانند فاصله تا مرکز شهر، جاده ها، روستاها و آبراهه ها] اجرا شد. نتایج مدل های OLS عملکرد نسبتاً خوبی را برای پیش ینی تغییرات کاربری اراضی با مقدار R2 بیشتر از 5/0 نشان داد. این نتایج دانش مهمی را ارائه می کند که می تواند به توسعه برنامه ریزی و مدیریت پایدار آینده کمک کند و هم چنین به مدیران در تصمیم گیری آگاهانه برای بهبود شرایط محیط زیستی و اکولوژیکی کمک کند.