متناسب‌سازی ساختارفضایی کاربری‌زمین با بهره‌گیری از شبکه‌عصبی پرسپرسترون چندلایه در شهرستان همدان

سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی

مقاله 3، دوره 14، شماره 1 - شماره پیاپی 50، بهمن 1401، صفحه 49-65   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/girs.2023.685839

نویسندگان

ناصر شفیعی ثابت^{* 1}؛ فرانک فیض بابایی چشمه سفیدی²

¹دانشیار گروه جغرافیای انسانی و آمایش، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران ، ایران

²دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه جغرافیا و برنامه ریزی روستایی، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

پیشینه و هدف حفاظت از منابع طبیعی به‌ویژه زمین و کاربری آن از دیرباز موردتوجه و بررسی بوده است. در واقع می‌توان گفت به این دلیل که کاربری زمین در گذر زمان تغییرات بسیاری را تجربه کرده است که این تغییرات دارای اثرات مستقیم و فراوان بر اکوسیستم و محیط بوده و به‌تبع آن پیامدهای گوناگونی را در پی داشته است، ازجمله این پیامدها می‌توان به تغییر کاربری زمین متأثر از گسترش شتابان شهرنشینی و اثرات آن بر الگوی کاربری زمین در محیط اطراف و درنهایت قطعه‌قطعه شدن اراضی در این مناطق اشاره داشت. بر همین اساس در بسیاری از مواقع تبدیل کاربری زمین از حالت طبیعی خود به کاربری‌های انسان‌ساخت دارای پیامدهای بازگشت‌ناپذیری بوده که در جهت کاهش پیامدهای این امر می‌توان به متناسب‌سازی ساختار کاربری زمین پرداخت. تناسب‌زمین به هم‌خوانی ظرفیت‌های یک قطعه زمین و کاربری موجود در آن اطلاق می‌شود، و ازآنجاکه تخصیص نامتناسب کاربری زمین و عدم توجه به تغییرات آن دارای پیامدهای بسیاری نظیر جدایی گزینی اجتماعی-اقتصادی، فرسودگی محیطی و از بین رفتن منابع است. بنابراین تصمیم‌گیری‌ها در زمینه مدیریت زمین و منابع همواره باید به صورتی هدایت ‌شوند که با منافع جامعه و محیط طبیعی تعارض نداشته باشند، در این راستا یکی از راه‌های مؤثر برای کنترل و به حداقل رساندن آسیب‌ها و پیامدهای تغییر کاربری اراضی، متناسب‌سازی ساختار آن است، به صورتی که بر اساس ویژگی‌های منابع زمین و قابلیت‌های آن، زمین می‌تواند تحت توزیع مکانی و آرایشی منطقی‌تری قرار گیرد. هدف از انجام پژوهش حاضر شناسایی و پهنه‌بندی میزان تناسب ساختار کاربری‌اراضی با قابلیت‌های موجود در محدوده شهرستان همدان و همچنین بررسی میزان کارایی روش شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه در زمینه متناسب‌سازی ساختار کاربری اراضی در این شهرستان است.
مواد و روش ­ها بر اساس پیشینه پژوهش و با توجه به معیارهای اثرگذار در زمینه متناسب‌سازی ساختار کاربری‌اراضی، شاخص‌های گوناگونی برگزیده شد که شامل؛ 12 شاخص کاربری زمین، شیب، میانگین دما، میانگین بارش، میانگین رطوبت، میانگین سرعت باد، زمین‌شناسی، نوع خاک، فاصله از رودخانه، فاصله از چاه‌ها، فاصله از جاده‌های اصلی و نوع پوشش گیاهی بوده است. سپس با استفاده از  بازدید میدانی، ثبت نقاط دارای تناسب کاربری به‌عنوان نقاط تعلیمی انجام گرفت. پس از آماده‌سازی لایه‌های شاخص‌های مذکور به استانداردسازی این لایه‌ها در محیط نرم‌افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی پرداخته شد و در مرحله بعدی شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه با استفاده از الگوریتم پس از انتشار با واردکردن لایه‌های مؤثر بر متناسب‌سازی ساختار کاربری زمین به‌عنوان ورودی و استفاده از یک‌لایه میانی فاصله از نقاط متناسب  از نظر ساختار کاربری زمین، این شبکه با ساختار 1-10- 12 به منظور متناسب‌سازی ساختار کاربری زمین در محدودۀ شهرستان همدان اجرا شد. از 35 درصد از کل پیکسل‌های تصویر فاصله از نقاط متناسب کشاورزی  به عنوان نقاط تعلیمی در سه دسته؛ بخش نخست (70 درصد) برای آموزش شبکه، بخش دوم  (15 درصد) برای متوقف‌کردن محاسبات در زمانی که خطا درحال افزایش است و از بخش سوم (15 درصد)  برای راستی آزمایی شبکه استفاده شد و در نهایت به ترسیم نقشه نهایی تناسب زمین اقدام گردید، لایه بدست آمده دارای ارزشی بین 0 و 1 بود که به پنج کلاس تناسب اراضی تقسیم بندی شد.
نتایج و بحث در پژوهش حاضر پس از شناسایی عوامل مؤثر بر ساختار کاربری زمین و متناسب‌سازی ساختار آن و تهیه لایه‌های هر یک از  آن‌ها، به استانداردسازی لایه‌های مذکور اقدام شد. سپس با استفاده از  بازدید میدانی، ثبت نقاط دارای تناسب کاربری به‌عنوان نقاط تعلیمی انجام گرفت بدین ترتیب به متناسب‌سازی ساختار کاربری‌زمین توسط مدل شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه با تعداد تکرار 58 اقدام گردید. نتایج حاصل از صحت سنجی شبکه عصبی و لایه خروجی حاصل از آن بیانگر دقت بالای شبکه در متناسب سازی ساختار کاربری زمین بوده به صورتی که مقادیر جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، خطای مطلق (MAE) و ضریب همبستگی (R²) در فرایند اجرای شبکه به ترتیب برابر با 0.19، 0.21، و 0.89 بود، که خود بیانگر دقت بالای شبکه در اجرای فرایند متناسب‌سازی هستند.. در آخر میزان تناسب اراضی به 5 کلاس کاملاً نامناسب، تاحدودی نامناسب، نامناسب، تاحدودی مناسب و کاملاً نامناسب تقسیم‌بندی شد و نتایج حاصله نشان داد که بیشترین مساحت مناطق را به ترتیب اراضی تا حدودی مناسب و کاملاً مناسب با 32.62 و 28.13 درصد از کل مساحت محدوده را در برگرفته‌اند.
نتیجه ­گیری بخش عمدۀ مساحت منطقه از نظر عوامل تأثیرگذار در جهت انجام فعالیت‌های کشاورزی مناسب نبوده و در این محدوده اغلب کاربری‌های شهری، اراضی کاملاً بایر و غیرقابل کشت، اراضی کوهستانی و سنگلاخی و مراتع بی‌کیفیت قرارگرفته‌اند که به‌صورت عمده در نواحی غرب و جنوب غرب محدوده شهرستان همدان وجود دارند. همچنین در این محدوده، اراضی که از نظر تناسب دارای موقعیت تاحدودی مناسب و کاملاً مناسب بوده‌اند ازنظر 12عامل اثرگذار در بهترین شرایط به‌منظور انجام فعالیت‌های کشاورزی و باغی قرار گرفته و بهترین مکان برای توسعه فعالیت‌های کشاورزی محسوب می‌شوند. بدین‌سان، در جهت دگرگونی شرایط کاربری زمین به‌سوی روند مناسب­تر، ضمن توجه به برنامه‌ریزی یکپارچه شهری ـ روستایی برای شهر همدان و سکونتگاه­های پیرامونی آن، توجه به برنامه­ریزی کاربری زمین به‌گونه‌ای مناسب در برنامه‌ها و طرح‌های روستایی ـ شهری توصیه می­شود. زیرا، گسترش شتابان شهر همدان و فضاهای پیراشهری آن، چالش­های پرشماری در راستای تناسب زمین ایجاد کرده است. به­گونه­ای که حدود 23.1 درصد اراضی آمادگی لازم برای دگرگونی به شرایط نامناسب و کاملاً نامناسب را دارند. 32.62 درصد کاربری‌زمین هم در معرض دگرگونی به شرایط نیمه‌مناسب است. بر بنیاد آنچه گفته شد کنترل، نظارت، و هدایت ساخت‌وسازها و جلوگیری از گسترش بیش‌ازپیش افقی شهر همدان و فضاهای پیرامونی آن به‌وسیله دست‌اندرکاران شهری و روستایی (مدیریت محلی)، به‌سوی زمین‌های مرتعی و کشاورزی پیشنهاد می­شود. بیشترین میزان مساحت از اراضی در این محدوده مربوط به اراضی تا حدودی مناسب و کاملاً مناسب و کمترین مساحت نیز متعلق به اراضی نامناسب و تا حدودی نامناسب بوده است. بنابراین می‌توان گفت که شهرستان همدان در حال حاضر ازلحاظ تناسب اراضی در وضعیتی نیمه مناسب قرارگرفته که در صورت برنامه‌ریزی‌ها و سیاست‌های درست در آینده این وضعیت می‌تواند روند مطلوب‌تری را پیش رو داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

متناسب‌سازی؛ کاربری‌اراضی؛ شهرستان همدان؛ شبکه‌عصبی

مراجع