مکان یابی در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS)
انسان در زندگي خود دائما در حال مکانيابي است. او سعي دارد بهترين گزينه¬ها را انتخاب کرده و بهترين موقعيت¬ها را برگزيند. انتخاب بهترين محل براي تماشاي تلويزيون در يک اتاق، بهترين شهر براي مسافرت، بهترين محل براي خريد خانه و هزاران مثال ديگر نمونه¬هايي از فرايندهاي مکانيابي مي¬باشند که انسان هر روزه با آن¬ها سرو کار دارد. مکانيابي خواه يا ناخواه پيوسته و متصل با فرايند تصميم گيري است و اين دو فرايند توام با يکديگر انسان را در انتخاب بهترين مکان¬ها ياري مي¬رسانند. به عبارتي قبل از اينکه يک مکان به عنوان بهترين مکان انتخاب شود لازم است معيارهاي مورد نظر در انتخاب آن مکان مشخص شده و انسان با تصميم گيري در مورد اينکه کدام مکان يا مکان¬ها با معيارهاي مورد نظر تطابق بيشتري دارند، عمل مکانيابي را انجام دهد. به عنوان مثال فرض کنيد کارشناس طراحي شهري هستيد و مي¬خواهيد از بين سه مکان در نظر گرفته شده توسط شهرداري، يک مکان را براي احداث سينماي جديد انتخاب کنيد. ابتدا لازم است معيارهاي لازم جهت ساخت سينما را مشخص نماييد؛ مثلا جمعيت منطقه، فاصله تا سينماهاي موجود و فاصله مکان مورد نظر تا مراکز خريد. سپس با توجه به معيارهاي مزبور تصميم گيري کنيد که کدام مکان مناسب¬تر است. مسلما شما مکاني را انتخاب خواهيد کرد که پر جمعيت‌تر باشد، فاصله آن تا سينماهاي موجود زياد و نزديک به مراکز خريد شهري نيز باشد.
فرايند مکانيابي را مي¬توان در ذهن، بر روي کاغذ يا توسط نرم افزار¬هاي رايانه¬اي انجام داد. امروزه استفاده از نرم افزارهاي سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) و بهره¬گيري توام از نرم افزارهاي تصميم‌گيري، ابزاري مفيد و توانمند در زمينه مکانيابي ايجاد کرده است. اين ابزارها تعيين مکان بسياري از زير ساخت¬ها، پروژه¬هاي عمراني و تاسيسات مختلف و حتي سلول¬هاي آسيب ديده و سرطاني را در بدن انسان راحت و آسان نموده¬اند.
هدف اين فیلم آموزشی آشنا نمودن کاربران با با انواع مدل های مکان یابی است.تمامی مراحل انجام يک پروژه مکانيابي همراه با مثال گام به گام آموزش داده می شود.. پيش فرض فیلم اموزشی حاضر، آشنايي اجمالي خوانندگان محترم با مباني سيستم¬هاي اطلاعات جغرافيايي و بسته نرم افزاري ArcGIS مي¬باشد. لذا در اين فیلم آموزشی از ذکر مکررات آموزش نرم افزار خودداري شده است و بيشتر به جنبه¬هاي کاربردي موضوع پرداخته شده است. فیلم آموزشی حاضر حاضر قابل استفاده دانشجويان و فارغ التحصيلان رشته¬هاي مختلف از قبيل عمران، صنايع، زمين شناسي، جغرافيا، کشاورزي، منابع طبيعي، بهداشت محيط، محيط زيست و زيست شناسي، پزشکي، اقتصاد، جامعه شناسي و تمامي افرادي است که با مکان و مکانيابي سر و کار دارند
مکان یابی در سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS)
سيستم اطلاعات جغرافيايي
همان طور که مي¬دانيد سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) سيستمي متشکل از نرم افزار، سخت افزار و افراد متخصص است که همانند همه سيستم¬ها از سه مولفه تشکيل شده است (شهاب فضال، 2008):
الف) ورودي سيستم: که عمدتا داده¬هاي مکاني (نقشه¬ها) و داده¬هاي توصيفي مي¬باشند. ورودي-هاي GIS مکان محور هستند يعني مختصات برداشت داده¬ها در آن¬ها مشخص است. اين مختصات ممکن است بر حسب مقياس زميني باشد (مثلا طول و عرض جغرافيايي) و يا هر مقياس ديگر. به عنوان مثال مي¬توان پوست بدن انسان را مختصات بندي کرد و تراکم قارچ¬هاي ايجاد شده در هر قسمت را به عنوان يک متغير وابسته به مکان، اندازه¬گيري نمود.
ب) کالبد سيستم: در مورد سيستم اطلاعات جغرافيايي کالبد سيستم توابع و برنامه¬هايي مي¬باشند که عمليات پردازش را بر روي داده¬هاي ورودي انجام مي¬دهند. عمده اين پردازشگرها سعي در مدل کردن داده¬هاي جغرافيايي (داده¬هاي مکان محور) دارند.
ج) خروجي سيستم: خروجي سيستم اطلاعات جغرافيايي شامل مدل¬هاي داده جغرافيايي (لايه¬هاي اطلاعاتي)، نقشه، جدول، نمودارها يا محاسبات مختلف مي¬باشد.
1-2 مفهوم مدل داده جغرافيايي در GIS
سيستم¬هاي اطلاعات جغرافيايي سعي دارند با دريافت داده¬هاي مکان محور جهان واقعي را مدلسازي کنند مدل¬هايي که هر چه بيشتر به جهان واقعي شباهت داشته باشند. اين مدل‌ها را به طور کلي “مدل داده جغرافيايي” مي‌نامند. مهمترين مدل¬هاي GIS را به صورت زيرمي¬توان خلاصه کرد (وربيلا، 2002):
1-2-1 مدل بُرداري
اين مدل از تلفيق داده¬هاي مکاني (نقشه) و داده¬هاي توصيفي (معمولا در قالب جداول اطلاعات توصيفي) ايجاد شده و سعي در مدلسازي پديده¬هاي ملموسي دارد که انسان آن¬ها را در اطراف خود مشاهده مي¬نمايد (شاوشي و هو ، 2008). به عنوان مثال پديده “جاده” يک پديده قابل لمس است يعني انسان مي¬تواند جاده را با چشم¬هايش مشاهده کند و يا در آن رانندگي کند. در مدلسازي اين پديده به روش برداري لازم است داده¬هاي مکاني جاده¬ها در قالب نقشه¬هاي اسکن شده يا تصاوير ماهواره¬اي و داده¬هاي توصيفي آن از قبيل طول، نوع جاده¬ها، ضخامت آسفالت و… در قالب جداول اطلاعاتي (مثلا در فرمت نرم افزار اِکسل) به GIS معرفي شود. GIS اطلاعات توصيفي هر جاده را به جاده متناظرش اتصال داده و يک لايه برداري از جاده¬هاي منطقه ايجاد مي¬کند. خروجي مدل برداري در محيط GIS را اصطلاحا ” لايه برداري” مي¬نامند و کاربر مي¬تواند با کليک کردن بر روي هر جاده (که در لايه برداري با عنوان عارضه مطرح مي¬شود) خصوصيات مربوطه را ملاحظه نمايد. در تصویر 1 ترکيب سه لايه برداري نقطه¬اي (مدارس)، خطي (خيابان¬ها) و چند ضلعي (بلوک¬هاي ساختماني) مشخص شده است. همچنين در اين تصویر اطلاعات توصيفي مربوط به لايه مدارس نيز مشخص شده است.
تصویر 1 مدل برداري جهت نشان دادن عوارض موجود در يک منطقه شهري
1-2-2 مدل رستري
در اين مدل¬ها عوارض موجود در سطح زمين به صورت مجموعه¬اي منظم و شبکه مانند از سلول-هاي مربعي هم اندازه نشان داده مي¬شود. سلول¬هاي مزبور کوچکترين جزء هندسي در ساختار رستري هستند و با نام سلول واحد معرفي مي¬شوند. موقعيت هر کدام از اين سلول¬ها به وسيله سطر و ستون مشخص مي¬¬گردد و هر سلول موقعيتش را نسبت به نقطه مبدا و ارتباط مکاني¬اش را با آن نقطه مي-شناسد. همچنين هر سلول داراي مقداري است که گاهي اوقات با عنوان “بعد سوم سلول” نيز مطرح مي¬شو (فيشر و انوين ، 2005).
خروجي حاصل از مدل¬هاي رستري را “لايه رستري” مي‌نامند. مدل¬هاي رستري معمولا جهت نشان دادن و مدلسازي کردن داده¬هاي پيوسته (اعشاري) و غير ملموس مورد استفاده قرار مي¬گيرند. به عنوان مثال غلظت دي اکسيد کربن هوا يک متغير پيوسته و غير ملموس است (يعني نمي¬توان دي اکسيد کربن را با چشم مشاهده کرد) و در مدلسازي تغييرات اين متغير از مدل رستري استفاده مي¬شود. در تصویر 2 لايه رستري تغييرات ارتفاعي حوضه آبريز دشت شيراز نشان داده شده است.
تصویر 2 لايه¬هاي رستري تغييرات ارتفاعي حوضه آبريز دشت شيراز از نوع لايه-هاي رستري پيوسته (اعشاري)
البته جهت نشان دادن داده¬هاي غير پيوسته نيز مي¬توان از مدل¬هاي رستري استفاده نمود. در اين حالت مقادير سلول¬ها به صورت اعداد صحيح در مي¬آيند. اين وضعيت بيشتر در تبديل لايه¬هاي بُرداري به لايه¬هاي رستري بر اساس يکي از ويژگي¬هاي عدد صحيح لايه برداري اتفاق مي¬افتد. به عنوان مثال در تبديل يک لايه بُرداري متشکل از چند ضلعي¬هاي نمايانگر بلوک¬هاي ساختماني به لايه رستري بر اساس کد هر بلوک، لايه¬اي رستري¬اي با مقادير غير پيوسته و عدد صحيح به دست مي¬آيد. در تصویر 3 لايه‌هاي رستري حاصل از تبديل لايه¬هاي بُرداري نشان داده شده در تصویر 1 آورده شده است.
1-3 سيستم اطلاعات جغرافيايي و ارتباط آن با فرايند مکانيابي
فرايند مکانيابي فرايندي است که وابستگي مستقيم با پديده¬هاي سطح زمين دارد. اين پديده¬ها ممکن است از نوع ملموس و يا غير ملموس باشند که در هر حال جهت بررسي آن¬ها به مدل¬هاي برداري و رستري نياز است. ايجاد و گسترش سيستم¬هاي اطلاعات جغرافيايي مسير سهل و ممکني را در ارتباط با مدلسازي¬هاي جغرافيايي فراهم ساخته تا جـايي که امروزه کمتر محققي وجود دارد که در مدلسـازي داده¬هاي جـغرافيايي
تصویر 3 لايه¬هاي رستري حاصل از تبديل لايه¬هاي برداري نشان داده شده در تصویر 1-1 بر اساس ويژگي¬هاي کد بلوک ساختماني، ضخامت آسفالت و تعداد دانش آموز هر مدرسه
و انجام فرايند مکانيابي از GIS بهره نبرد. استفاده از GIS در فرايند مکانيابي ساده و آسان است و در بخش¬هاي آتي سعي شده بدون پرداختن به مطالب اضافي و حاشيه¬اي به آموزش فرايند مکانيابي در محيط GIS پرداخته شود.
از مهمترين توانايي¬هاي سيستم¬هاي اطلاعات جغرافيايي، وزن دهي به معيارهاي مورد نظر در فرايند مکانيابي و تلفيق اين معيارها با يکديگر مي¬باشد. اين موضوع باعث جذابيت GIS در فرايندهاي مکانيابي شده است.
1-4 مکانيابي مبتني بر مدل رستري و وکتوری
اصولا با توجه به هدف و داده¬هاي موجود روش¬هاي متفاوتي را مي¬توان در مکانيابي مورد استفاده قرار داد که هر کدام از آن¬ها داراي مزايا و معايب خاص خود مي¬باشند. اصول و معيارهاي هر کدام از روش¬ها در نرم افزارهاي مختلف سيستم اطلاعات جغرافيايي مشابه است و مهم فراگيري و توانايي استفاده از آن¬ها مي¬باشد. فرايند مکانيابي را مي¬توان بر اساس مدل يا مدل¬هاي داده مورد استفاده به انواع زير طبقه‌بندي کرد:
الف) مکانيابي بر اساس مدل بُرداري شامل موارد زير:
– مکانيابي تک معياره مبتني بر مُدل برداري: مکانيابي بر اساس انتخاب عوارض و مکانيابي با استفاده از توابع مجاورت
– مکانيابي چند معياره مبتني بر مدل برداري: توابع همپوشاني لايه¬هاي برداري و تابع نزديکي
ب) مکانيابي بر اساس مدل رستري شامل موارد زير:
– مکانيابي تک معياره مبتني بر مُدل رستري
– مکانيابي چند معياره مبتني بر مدل رستري
1-4-1 مفهوم مکانيابي رستري
همان¬گونه که بيان شد لايه¬هاي رستري اصولا ماهيتي سلولي دارند. يعني از تعدادي سلول هم اندازه و مربعي شکل ساخته شده¬اند که هر کدام از آن¬ها داراي يک مقدار عددي هستند. اين موضوع باعث ايجاد يک هويت عددي براي لايه¬هاي رستري شده است هويتي که هر لايه رستري را مشابه با يک ماتريس عددي مي¬سازد. بسياري از فرايندهاي مکانيابي را مي¬توان بر پايه اعداد و ارقام و روابط بين اعداد انجام داد. به عبارتي مي¬توان هر پديده (يا متغير) را به صورت يک لايه رستري درآورده و با انجام محاسبات عددي بر روي آن لايه رستري و يا بين لايه¬هاي رستري مختلف فرايند مکانيابي را سامان‌دهي کرد. براي درک بهتر موضوع در يک مثال ساده فرض کنيد قرار بر احداث يک پمپ بنزين در يکي از محله¬هاي شهر مي¬باشد و از شما خواسته شده تا بهترين پهنه را براي احداث پمپ بنزين جديد مکانيابي کنيد. مراحل لازم در انجام مکانيابي مزبور را به صورت زير مي¬توان خلاصه کرد:
الف) تعيين معيارهاي لازم در مکانيابي ايستگاه پمپ بنزين:
به عنوان مثال معيارهايي چون فاصله تا پمپ بنزين¬هاي موجود، فاصله تا ايستگاه¬هاي آتش‌نشاني و فاصله تا مرکز ترافيکي شهر مد نظر قرار گرفته است.
ب) تهيه لايه رستري معيارهاي مورد نظر:
معيارهاي مد نظر در اين مکانيابي همگي از نوع “فاصله” مي¬باشند لذا لايه¬هاي رستري اين معيارها را مي¬توان در محيط GIS و با استفاده از تابع فاصله به دست آورد (تابع فاصله تابعي است که فاصله خط مستقيم هر سلول تا نزديکترين عارضه در اينجا پمپ بنزين را محاسبه مي‌نمايد. لايه¬هاي رستري فاصله داراي مقادير پيوسته يا اعشاري مي¬باشند). فرض کنيد سه لايه رستري فاصله به تصویر زير در اين مرحله تهيه شده است (تصویر 4).
فاصله تا پمپ بنزين¬هاي موجود (کيلومتر) فاصله تا ايستگاه¬هاي آتش¬نشاني (کيلومتر) فاصله تا مرکز ترافيکي شهر (کيلومتر)
تصویر 4 لايه¬هاي رستري فاصله براي مثال فرضي مکانيابي پمپ بنزين
ج) طبقه¬بندي مجدد لايه¬هاي رستري معيارها:
بدين مفهوم که با توجه به نوع معيار مورد نظر، به هر طبقه از مقادير سلول¬ها يک وزن (به عنوان مثال از عدد 1 تا 5) يا اختصاص داده مي¬شود. به عنوان مثال براي لايه¬هاي فاصله تا ايستگاه¬هاي آتش¬نشاني و فاصله تا مرکز ترافيکي شهر با افزايش مقادير سلول¬ها، وزن اختصاص داده شده به آن¬ها کاسته شده و براي لايه فاصله تا پمپ¬بنزين¬هاي موجود با افزايش فاصله وزن اختصاصي به سلول¬ها افزايش مي¬يابد (جدول 1). زيرا مطلوب است که پمپ¬بنزين جديد از پمپ¬بنزين¬هاي موجود فاصله داشته و به ايستگاه¬هاي آتش¬نشاني و مرکز ترافيکي شهر نزديک باشد. با اعمال وزن¬هاي مزبور که همگي از نوع اعداد صحيح هستند، لايه¬هاي رستري اعشاري فاصله به لايه¬هاي رستري عدد صحيح تبديل مي-شوند (تصویر 5).
جدول 1 رتبه¬هاي فرضي در نظر گرفته شده جهت طبقه¬بندي مجدد لايه¬هاي رستري فاصله (اهميت رتبه¬ها از 1 به 3 افزايش مي¬يابد)
دامنه فواصل (کيلومتر) رتبه دامنه فواصل (کيلومتر) وزن دامنه فواصل (کيلومتر) وزن
2/2-0 1 2/2-0 3 2/2-0 3
5/3-8/2 2 5/3-8/2 2 5/3-8/2 2
5-4 3 5-4 1 5-4 1
فاصله تا پمپ بنزين هاي
موجود فاصله تا ايستگاه هاي
آتش نشاني فاصله تا مرکز ترافيکي
تصویر 5لايه¬هاي رستري فواصل وزن‌دهي شده براي مثال فرضي مکانيابي پمپ بنزين
د) همپوشاني لايه‌هاي رستري وزن‌دهي شده و تهيه لايه رستري مطلوبيت
در اين مرحله که يکي از مهمترين مراحل مکانيابي مي‌باشد لايه‌هاي رستري وزن‌دهي شده با يکديگر تلفيق مي‌شوند. روشهاي متعددي جهت تلفيق لايه‌هاي رستري وجود دارد که خارج از بحث اين کتاب است ولي در تمامي اين روش‌ها لايه‌هاي رستري توسط عملگرهاي رياضياتي يا فازي (در فصل بعد توضيح داده خواهد شد) با يکديگر همپوشاني داده مي‌شوند. نتيجه کار ايجاد يک لايه رستري جديد مي‌باشد که مقادير بزرگتر در آن نشان دهنده مطلوبيت بالاتر مي‌باشد. به عنوان مثال در صورتي‌که لايه‌هاي رستري فواصل وزن‌دهي شده در مثال فوق را با هم جمع کنيد (استفاده از عملگر جمع) لايه‌اي مطابق تصویر زير به دست مي‌آيد:
تصویر 6لايه رستري مطلوبيت براي مثال مکانيابي فرضي ايستگاه پمپ بنزين
در تصویر بالا که نوعي نقشه مطلوبيت محسوب مي‌شود سلول برابر با 9 داراي بهترين مطلوبيت و سلول‌هاي برابر با 1 داراي بدترين مطلوبيت مي‌باشد.
فصل دوم
مکان یابی
2-1 مکان یابی
در تعریف مکانیابی می‌توان گفت که عمل تصمیم‌گیری و تعیین محدوده یا مختصات را شامل می‌شود. انتخاب مکان مناسب برای یک فعالیت یکی از تصمیمات پایدار برای انجام یک طرح گسترده است که نیازمند تحقیق در مکان از دیدگاه‌های مختلف می‌باشد. از آنجا که مکانیابی نیاز به اطلاعات دقیق دارد و اهمیت زیادی دارد، حجم بزرگی از اطلاعات جزئی برای معرفی مکانهای مختلف باید جمع‌آوری، ترکیب و تجزیه و تحلیل شوند تا ارزیابی صحیحی از عواملی که ممکن است در انتخاب تاثیر داشته باشند صورت پذیرد.
نظريات مكان‌يابي ابتدايي با توجه به غالب بودن اقتصاد بر پايه كشاورزي، بر اساس كسب بهینه سود در
فعالیت‌های کشاورزی پایه‌ریزی شده بودند. اما به موازات پررنگ شدن نقش صنعت و گسترش تولید صنعتی، امروزه مطالعات مكان‌يابي یکی از کلیدی‌ترین گام‌ها در احداث طرح‌ها(صنعتی، خدماتی و…) بیان می‌شود زیرا مکانیابی اصولی، موفقیت و بقاء طرح را به ارمغان می‌آورد و مکانیابی غیر اصولی رکود و شکست طرح را به همراه دارد.
مطالعات مكان‌يابي (Facility Location) در سطح ملي و بين المللي بسيار مورد توجه قرار گرفته است. از این رو شناخت هدف‌ها و روشهاي حل مسائل مكان‌يابي، از اهميت بسيار زيادي برخوردار است.
2-2 کاربردهای مکان یابی
بخش صنعت: صنعت گردشگری در سال‌های آغازین قرن 21 به یک فعالیت عظیم اقتصادی تبدیل گشته و یکی از پر درآمد و اشتغالزاترین صنایع جهانی قلمداد می‌گردد. از مهم‌ترین اقدامات برای برنامه‌ریزی گردشگران، مکانیابی سایت‌های مناسب برای گردشگران است.
بخش خدمات: رشد روز افزون جمعیت و توسعه شهرها موجب بروز مشکلاتی درجابجایی مسافران می‌شود. تقاضای سفر افزایش یافته لیکن تسهیلات حمل و نقل موجود، کفایت این تقاضا را نمی‌کند. مکانیابی بهینه تسهیلات حمل و نقل گامی موثر در بهینه سازی عملکرد سیستم های حمل و نقل موجود است.
بخش کشاورزی: ذرت دانه‌ای یک کالای استراتژیک و تعیین کننده محسوب می شود که درچند سال گذشته با واردات روبرو بوده است. به همین دلیل توسعه سطح زیر کشت و افزایش تولید این محصول از اولویت خاصی برخوردار می باشد. بنابراین مکانیابی مطلوب این محصول تاثیر بسزایی در اقتصاد این بخش دارد.
2-3 روش های مکان یابی
• AHP (تحلیل سلسله مراتبی)
• ANP (فرآیند تحلیل شبکه)
• TOPSIS (شباهت به گزینه ایده‌آل)
• FIS (سیستم استنتاج فازی)
2-4 تصمیم گیری
پیش¬بینی، ارزیابی و مقایسه نتایج راه‌حل¬های موجود و انتخاب قطعی یک راه‌حل برای رسیدن به هدف مطلوب، تصمیم¬گیری نامیده می‌شود، تصمیم‌گیری در زندگی شخصی و کاری افراد جایگاه تعیین کننده¬ای دارد. این امر در زمان مواجهه شدن با شرایط پیچیده و معیارهای متعدد، بسیار مشهودتر می‌شود. با توجه به تعدد معیارهای تصمیم‌گیری در این شرایط، به آن تصمیم‌گیری چند معیاره و به تکنیک¬هایی که برای آن توسعه داده شده‌اند روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره گفته می‌شود.
معیار در تصمیم‌گیری ممکن است به دو صورت شاخص و یا هدف ارائه شود. بر این اساس مسائل چندمعیاره به دو دسته چندهدفه (MODM) و چند شاخصه (MADM)تقسیم می‌شوند.
در مدل تصمیم‌گیری چندهدفه، چندین هدف به طور همزمان برای بهینه شدن مورد بررسی قرار می‌گیرند و در حالت چند شاخصه با مسائلی سروکار داریم که تصمیم‌گیرنده می‌خواهد با توجه به عوامل چندگانه، از بین چندین گزینه یکی را انتخاب و یا گزینه‌ها را رتبه‌بندی کند. اگر مجموعه جواب‌های مورد قبول، قابل شمارش باشد، مسائل چند شاخصه نامیده می‌شود . برخی از روش‌های این مدل شامل: وزن دهی ساده، برنامه‌ریزی توافقی، روشVIKOR، روش شباهت به گزینه ایده‌آل، روش تسلط تقریبی، روش تحلیل سلسله مراتبی، روش تحلیل شبکه و…هستند در ادامه تحلیل سلسله مراتبی و شباهت به گزینه ایده‌آل مطرح می‌شود.
بدون دیدگاه