هدف این مقاله تحلیل تغییرات کاربری/پوشش زمین (LULC) در بخش غربی و منطقه پرجمعیت استان عمان و شناسایی روند شهرنشینی و گسترش شهری در محدوده مورد مطالعه برای دوره زمانی 1984-2014 است. همچنین با هدف پیش بینی نقشه LULC آینده برای سال 2030 با استفاده از مدل مارکوف به برنامه ریزان شهری و تصمیم گیران اطلاعاتی در مورد پویایی فضایی گذشته و فعلی تغییر LULC و گسترش شدید شهری به سمت مدیریت موفق و برنامه ریزی بهتر در آینده ارائه می دهد. از تصاویر Landsat 5-TM برای سال های 1984، 1999 و از Landsat 8-OLI برای سال 2014 برای بررسی LULC در منطقه مورد مطالعه طی سال های 1984-2014 استفاده شد و نقشه های LULC حاصل در سال های 1999 و 2014 برای پیش بینی LULC آینده استفاده شد. نقشه بر اساس مدل مارکوف نتایج نشان داد که مساحت شهری/ساختشده طی دوره 1984 تا 2014 به میزان 147 درصد افزایش یافته و بر اساس پیشبینیهای مدل مارکوف از سال 2014 تا 2030 به میزان 43.9 درصد افزایش یافته است. مناطق غرب، شمال غرب و جنوب غربی امان و همچنین مناطق مارکه و احد، شمال شرقی منطقه مورد مطالعه، پیشبینی شده بود که در سال 2030 شاهد گسترش عمده شهری باشند. سازندگان باید در برنامه های آتی امان در نظر بگیرند. گسترش شهرها عمدتاً به نرخ بالای رشد جمعیت و تعداد زیاد مهاجران از کشورهای همسایه و سایر تغییرات اجتماعی-اقتصادی نسبت داده شده است. بخش های شمال غربی و جنوب غربی امان و همچنین مناطق مارکه و احد، شمال شرقی منطقه مورد مطالعه، پیش بینی می شود که در سال 2030 شاهد گسترش عمده شهری باشد. برنامه های آینده امان گسترش شهرها عمدتاً به نرخ بالای رشد جمعیت و تعداد زیاد مهاجران از کشورهای همسایه و سایر تغییرات اجتماعی-اقتصادی نسبت داده شده است. بخش های شمال غربی و جنوب غربی امان و همچنین مناطق مارکه و احد، شمال شرقی منطقه مورد مطالعه، پیش بینی می شود که در سال 2030 شاهد گسترش عمده شهری باشد. برنامه های آینده امان گسترش شهرها عمدتاً به نرخ بالای رشد جمعیت و تعداد زیاد مهاجران از کشورهای همسایه و سایر تغییرات اجتماعی-اقتصادی نسبت داده شده است.
کلید واژه ها
کاربری زمین/تغییر پوشش ، مدل مارکوف ، GIS ، RS ، امان
1. مقدمه
کل جهان به طور مداوم در حال تجربه شهرنشینی سریع است [ 1 ] که منجر به انواع مسائل زیست محیطی و اجتماعی-اقتصادی مرتبط با شهری می شود. شهرنشینی، ناشی از رشد جمعیت، منجر به رشد درون شهری (تشدید) و رشد شهری بیرونی (پراکندگی) خواهد شد [ 2 ]. این فرآیندها ناگزیر منجر به تغییر کاربری/پوشش زمین (LULC) می شود که تأثیرات زیادی بر روی اکوسیستم های طبیعی و سیستم های انسانی دارد [ 3 ] [ 4 ]. بنابراین، نظارت و تشخیص رشد شهری و تغییر LULC ناشی از آن برای برنامهریزان، سازمانهای دولتی، هیدرولوژیستها، بومشناسان و غیره حیاتی است. با توسعه فن آوری های سنجش از دور و GIS، نتایج قابل اعتماد تشخیص تغییر را می توان به دست آورد.
رشد شهری عمدتاً در نتیجه رشد جمعیت و فعالیت های مکرر انسانی مانند صنعتی شدن، مهاجرت از روستا به شهر و اسکان مجدد [ 1 ] [ 5 ] است که منجر به تغییرات LULC و تغییر الگوی چشم انداز در مقیاس محلی و منطقه ای می شود [ 6 ] – [ 10 ] . چنین تغییراتی میتواند شامل تلفات مناطق کشاورزی، بدنههای آبی، جنگلها و دیگر فضاهای سبز پوشش گیاهی و مزارع بدون پوشش گیاهی باشد [ 2 ] [ 6 ] [ 9 ] – [ 11 ]و می تواند با افزایش تراکم جمعیت، وضعیت مسکن، آموزش، اشتغال، دسترسی به امکانات عمومی، کفایت زیرساخت ها و کیفیت زندگی و غیره منجر به مسائل مختلف شهری شود که از مسائل مهم اجتماعی-اقتصادی همراه با گسترش شهری هستند [ 5 ] [ 10 ]. [ 12 ] [ 13 ] .
شهر عمان، پایتخت اردن، یکی از شهرهایی است که در نتیجه رشد طبیعی جمعیت و مهاجرت از کشورهای همسایه و همچنین از دیگر شهرها و مناطق روستایی اردن، شهرنشینی سریعی را تجربه میکند. نتیجه این امر گسترش بی رویه منطقه شهری امان بود که مشکلات زیادی را به همراه داشت. بنابراین، پیشبینی مساحت ساختهشده در آینده، موضوع مهمی برای برنامهریزی شهری آتی شهر است.
با دسترسی رایگان به آرشیو USGS Landsat و توسعه تکنیکهای سنجش از دور، تشخیص الگوی رشد شهری (تشدید یا پراکندگی) و دینامیک تغییر LULC با مجموعه دادههای پرتکرار زمانی ممکن میشود. از زمانی که لندست 1 در سال 1972 به عنوان اولین ماهواره رصدی سطح زمین پرتاب شد، داده های ماهواره ای به طور گسترده ای برای تجزیه و تحلیل مناطق شهری مورد استفاده قرار گرفت. دادههای بایگانی لندست با طولانیترین سابقه و پوشش جهانی به تعداد زیادی از مطالعات برای شناسایی تغییرات بلندمدت LULC و گسترش شهری اجازه داد. با دسترسی آزاد به داده های آرشیو لندست، تشخیص پویایی تغییرات طولانی مدت روند تجزیه و تحلیل تشخیص تغییر سیستم های پیچیده است. روشهای تشخیص تغییرات متعدد در مطالعات قبلی به کار گرفته شد. پرکاربردترین روش، روش تشخیص تغییر پس طبقه بندی (PCCD) است که می تواند نقشه موضوعی را برای هر تاریخ ایجاد کند و اطلاعات تغییر “از به” خاصی را ارائه دهد. عامل کلیدی تولید نتایج تشخیص تغییر با کیفیت بالا، تولید نقشه موضوعی فردی دقیق است.
علاوه بر این، پیشبینی LULC آینده در یک منطقه فرآیند بسیار مهمی است که نرخ رشد و جهت گسترش شهری را در اختیار برنامهریزان و تصمیمگیرندگان شهری قرار میدهد. این می تواند به برنامه ریزی برای خدمات عمومی و زیرساخت های مورد نیاز در آینده کمک کند.
در این راستا، مدل مارکوف یک کاربرد تشخیص تغییر است که میتواند برای پیشبینی تغییرات آتی در یک منطقه بر اساس میزان تغییرات گذشته در منطقه مورد استفاده قرار گیرد. این روش بر اساس احتمال تغییر یک قطعه زمین از یک LULC متقابل به دیگری است. این احتمالات از تغییرات گذشته تولید می شوند و سپس برای پیش بینی تغییرات آینده اعمال می شوند [ 14] . روشهای کلی استفاده از تکنیکهای تشخیص تغییر مارکوف (MCDT) عبارتند از: ابتدا ایجاد یک ماتریس انتقالی از پیکسلها در هر کلاس برای دو دوره زمانی – این اساساً مانند ماتریس جدولبندی متقابل است که میتواند برای ارزیابی دقت استفاده شود. مورب اصلی ماتریس شامل پیکسل هایی است که تغییر نکرده اند، در حالی که سلول های دیگر حاوی پیکسل هایی هستند که تغییر کرده اند. مرحله بعدی ایجاد احتمالات تغییر بین کلاس ها است. این کار با تقسیم مقدار هر سلول بر کل ردیف آن انجام می شود. نتیجه این است که یک کلاس معین در تاریخ 1 از بین تمام تغییرات ممکن به کلاس دیگری در تاریخ 2 تبدیل می شود [ 15 ] .
هدف این مقاله شناسایی و آشکارسازی رشد شهری و پویایی تغییرات LULC در امان، منطقهای با رشد بالای جمعیت مشاهده شده در پنج دهه گذشته، از سال 1984 تا 2014 با استفاده از GIS و سنجش از دور (RS) و پیشبینی نقشه آینده است. LULC در امان. اهداف این پژوهش را می توان به شرح زیر مشخص کرد:
・ برای تجزیه و تحلیل دینامیک تغییر LULC در امان از سال 1984 تا 2014.
・ برای پیش بینی LULC آینده در منطقه در سال 2030 با تمرکز بر توسعه منطقه ساخته شده عمان با استفاده از مدل مارکوف.
2. شرح منطقه مطالعه
استان عمان، پایتخت اردن ( شکل 1 )، یک منطقه مطالعاتی ایده آل برای این تحقیق است زیرا در 50 سال گذشته رشد سریع جمعیت را تجربه کرده است. منطقه مورد مطالعه قسمت غربی و منطقه پرجمعیت عمان (از 31 درجه و 25 اینچ شمالی تا 32 درجه سانتی گراد عرض جغرافیایی شمالی و از 35 درجه و 66 اینچ شرقی تا 36 درجه و 42 سانتی متر عرض جغرافیایی شرقی) است که در بر می گیرد.
شکل 1 . نقشه منطقه مورد مطالعه.
3827.7 کیلومتر مربع ( و 50 درصد از کل مساحت استان عمان را تشکیل می دهد). جمعیت امان تقریباً 2529 هزار نفر است که 38.7٪ از جمعیت اردن را تشکیل می دهد (بر اساس برآورد وزارت آمار در پایان سال 2013، 2014) [ 16 ]] . این شهر در میانه کشور به عنوان بخشی از منطقه میانی و در کنار شهر زرقا، سومین شهر بزرگ از نظر جمعیت قرار دارد و یک منطقه شهری را در میانه اردن تشکیل می دهد. شهر قدیم عمان هفت تپه یا «جبل» را در اطراف وادی «راس العین» اشغال کرده بود که به سمت شمال شرقی از فلاتی به سمت حوضه رودخانه زرقا جریان دارد. قسمت مرکزی اصلی شهر بین 725 تا 800 متر ارتفاع دارد. گسترش امان در 30 سال گذشته منجر به اشغال حدود 19 تپه در مجموع و گسترش ارتفاعی به بالای 900 متر شده است [ 17 ].] . توپوگرافی شهر از مجموعه ای از تپه های شیب دار و دره های عمیق و گاهی باریک تشکیل شده است. در حالی که توسعه اولیه عمدتاً در دامنهها و تاجهای بالایی و دامنههای پایینتر این سیستم تپه-دره بود، افزایش توسعه شهری در طول شصت سال گذشته شامل توسعه گسترده در مکانهای شیب میانی اغلب تندتر بوده است [ 17 ].
3. روش شناسی
3.1. مواد و روش ها
دادههای جمعیتی منطقه مورد مطالعه از سال 1952 از پیمایشها (سالهای متمادی) و دادههای سرشماری (برای سالهای 1952، 1961، 1979، 1994 و 2004) تهیه شده توسط اداره آمار اردن گرفته شده است. برآورد جمعیت در امان قبل از سال 1952 از دیگر تحقیقات علمی جمع آوری شده است.
تصاویر Landsat 5-TM برای سال های 1984، 1999 و Landsat 8-OLI برای سال 2014 برای این مطالعه به دست آمدند، زیرا آنها منبع اطلاعاتی مناسب و مقرون به صرفه ای را برای طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله نقشه برداری تغییر زمین، ارائه می دهند. تصاویر (مجموعه داده ها) از سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) ( https://glovis.usgs.gov/ ) به دست آمد که دارای عنصر تفکیک زمین 30 × 30 متر بود، سپس تصاویر در مرزهای زیر مجموعه قرار گرفتند. منطقه مطالعه شکل 2 نمودار جریان این مطالعه را نشان می دهد.
تصاویر Landsat TM و Landsat OLI شامل باندهای مختلف با طول موج های مختلف است که در جدول 1 نشان داده شده است.
3.2. پردازش تصویر
کالیبراسیون و اصلاحات رادیومتری جزء مهمی برای تشخیص تغییر است [ 18 ]، زیرا می تواند تفاوت های تصویری را که در نتیجه تغییر شرایط جوی ایجاد می شود حذف یا کاهش دهد. برای این کار، این سه تصویر در یک فصل به دست آمد. صحنهها برای تصحیح رادیومتریک انتخاب شدند که از نظر هندسی با استفاده از نقاط کنترل زمینی (GCP’s) برای تقاطعهای جادهها با سیستم موقعیت جهانی (GPS)، با دقت کالیبرهشده 3± متر، تصحیح شدند. مدل تبدیل برای تصحیح تصویر Landsat 8-OLI اعمال شد. تصحیح هندسی تصویر به تصویر برای تصحیح تصاویر Landsat 5-TM با استفاده از تصویر تصحیح شده Landsat 8-OLI دنبال شد.
دادههای خام تصویر Landsat 8-OLI در شماره دیجیتال (DN) ارائه شد که نشاندهنده تابش منعکسشده برای هر پیکسل در بالای جو است. بنابراین، انجام تصحیح رادیومتریک مهم بود
شکل 2 . نمودار جریان روش شناسی مطالعه.
برای تصاویر برای تبدیل DN به مقادیر بازتاب با استفاده از نرم افزار RS.
این با استفاده از تصحیح رادیومتری مطلق با اندازه گیری بازتاب طیفی مرجع شی مرجع در تصویر انجام شد. برای این منظور اندازه گیری زمین توسط اسکنر چندطیفی (MSR16) با طول موج های مشابه جمع آوری شد. اشیاء مرجع کف معدن و یک بزرگراه آسفالت شده بودند. DNها برای همان مکان اجسام هدف استخراج و با بازتاب طیفی اندازهگیری شده توسط MSR16 همبستگی پیدا کردند. همچنین یک کشش هیستوگرام برای اطمینان از اینکه مقادیر بازتاب در محدوده 0٪ تا 100٪ باشد اعمال شد. تکنیک های بهبود تصویر مانند تساوی هیستوگرام بر روی هر تصویر برای بهبود کیفیت تصویر انجام می شود. دادههای نقاط کنترل زمینی برای هر طبقهبندی منفرد تولید شده توسط امضای طیفی آن برای تولید یک سری نقشههای طبقهبندی تطبیق داده شد.
3.3. تجزیه و تحلیل تصویر و استفاده از زمین / طبقه بندی پوشش
تصاویر Landsat با استفاده از تکنیک طبقهبندی ترکیبی طبقهبندی شدند. در تکنیک طبقهبندی ترکیبی، تصاویر مربوط به سالهای 1984، 1999 و 2014 با ترکیب نتایج طبقهبندی بدون نظارت و طبقهبندی نظارت شده برای به دست آوردن بالاترین دقت ممکن طبقهبندی میشوند. طبقه بندی دقیق برای اطمینان از نتایج تشخیص دقیق تغییرات ضروری است. یک روش طبقه بندی نظارت شده با استفاده از مناطق آموزشی انجام شد. در نهایت، امضای طبقهبندی بدون نظارت با امضای طبقهبندی نظارتشده ادغام شد. این فرآیند ما را قادر می سازد تا هر پیکسل از یک تصویر را به گروه یا کلاس خاصی از پوشش زمین اختصاص دهیم. از الگوریتم حداکثر احتمال برای شناسایی انواع پوشش زمین با استفاده از نرم افزار RS استفاده شد، سپس نقشه نهایی توسط نرم افزار GIS طراحی شد.شکل 3 در بخش بحث.
برای تعیین تغییرات کاربری/پوشش زمین در سالهای مختلف، از سیستم طبقهبندی ترکیبی استفاده شد. چهار کلاس کاربری/پوشش زمین (LULC) برای طرح این تحقیق گنجانده شد. این طبقات یا دستههای کاربری/پوشش زمین عبارتند از: مناطق ساختهشده، زمینهای کشاورزی و جنگلی، مرتع و مناطق بایر. شرح این کلاس ها در جدول 2 نشان داده شده است .
3.4. مدل Ca-Markov
یک مدل داده شطرنجی در GIS برای نمایش دادههای پیوسته در فضا استفاده میشود و اجازه میدهد یک لایه خاص تولید کند که میتواند توسط مدلساز تغییر زمین TerrSet استفاده شود. مارکوف در آزمایشگاه TerrSetclark نرم افزار IDRISI شامل دو تکنیک است. اولین مورد تجزیه و تحلیل LULC مورد انتظار بر اساس نقشه های اولیه و بعدی LULC است که ما را قادر می سازد رکوردهای ماتریس احتمال انتقال را بدست آوریم، که احتمال تغییر هر دسته پوشش زمین به دسته دیگر است.
مدل Ca-Markov برای پیشبینی تغییر برای هر طبقه در سال 2030 با استفاده از دو کاربری/پوشش زمین در سالهای 1999 و 2014 برگرفته از تصاویر ماهوارهای و برای اعمال این مدل که بر اساس تعداد فرآیند تصادفی، X( t)، اگر فرآیند مارکوف برای هر لحظه از زمان ،، بنابراین،
شکل 3 . تغییرات کاربری/پوشش زمین طی (1984-2014) در منطقه عمان.
فرآیند تصادفی معادله را برآورده می کند:
(1)
که در آن: t n زمان حال است به طوری که t n +1 نشان دهنده برخی از نقاط در آینده و t 1 ، t 2 ، ・・・، t n -1 نشان دهنده نقاط مختلف در گذشته است. بر اساس داده های حال، آینده مستقل از گذشته است. به عبارت دیگر، آینده فرآیند تصادفی نه به جایی که اکنون است و نه به جایی که بوده بستگی دارد.
اگر زنجیره مارکوف با X[k] بیان شود، و حالتها {x 1 ، x 2 ، x 3 ، ・・・} باشد، آنگاه احتمال انتقال از حالت i به حالت j در یک لحظه است.
(2)
4. نتایج و بحث
4.1. توسعه امان و رشد جمعیت آن
اولین شورای شهرداری عمان در سال 1907 در زمان امپراتوری عثمانی تأسیس شد، در آن زمان این شهرک متشکل از کمتر از 300 خانواده بود. عکسهای منطقه شهری مدرن اولیه در حدود سال 1924، یک سکونتگاه کوچک را در منطقه مرکز شهر امروزی نشان میدهد، با زمینی باز که به سمت شمال و شرق آمفیتئاتر رومی گسترش یافته است [ 17 ] [ 19 ]. در سال 1918، جمعیت امان کمتر از 5000 نفر بود، با گسترش 0.321 کیلومتر مربع [ 20] .] . در سال 1921، شاهزاده عبدالله (اولین پادشاه اردن بعدها) امان را پایتخت ایالت جدید ترانس اردن اعلام کرد و از آن زمان به بعد، این شهر به قطب اداری و اقتصادی کشور تبدیل شد. در واقع، مشاهده شده است که توسعه شهر “به موازات ساخت دولت انجام شد” [ 17 ]. در طی این سالهای 1921-1953، شهر گسترش تدریجی فضایی را تجربه کرد، جایی که جمعیت آن در سال 1930 10500 نفر و در اوایل دهه 1940 45000 نفر تخمین زده شد، با گسترش شهر تا سال 1947 به بیش از 2.5 کیلومتر مربع [ 21 ] . در سال 1948، گسترش شهری به 4.123 کیلومتر مربع افزایش یافتبه دلیل موج اول مهاجران فلسطینی در نتیجه تأسیس کشور اسرائیل که به طور عام به اردن و به طور خاص به عمان مهاجرت کردند. پناهندگان عمدتاً در پنج کمپ که با عجله آماده شده بودند اسکان داده شدند. دو مورد از اینها در امان مستقر بودند، یعنی اردوگاه الحسین در شمال شهر و اردوگاه الوحدت در جنوب [ 20 ] [ 21 ]. در نتیجه چنین مهاجرتی و مهاجرت شدید داخلی از مناطق روستایی و سایر شهرها به امان، نرخ رشد جمعیت شهر همیشه بالاتر از کل اردن بوده است و در دهه 1950 به 9.6 درصد رسیده است، در حالی که نرخ جمعیت این شهر به طور کلی بالاتر از اردن بوده است. در سطح ملی هرگز از 4 درصد تجاوز نکرده است [ 21] . گسترش فضایی در طول دهه 1950 به شکل “بالا رفتن از تپه ها و کوه ها” بود که هسته شهری را همانطور که در بالا ذکر شد احاطه کرده بودند. برنامه ریزی در این مرحله تلاشی برای هدایت یا تنظیم رشد و توسعه شهری نداشت.
جمعیت عمان بلافاصله پس از درگیری اعراب و اسرائیل در سال 1948 به طور چشمگیری افزایش یافته و به 250 هزار نفر در سال 1952 رسیده است [ 22 ]. دومین موج بزرگ پناهجویان پس از جنگ سال 1967 بین اسرائیل و سه کشور عربی مصر، سوریه و اردن وارد امان شد. خاظم و راجال (1988) خاطرنشان کردند که این درگیری عمان را وارد “مارپیچ دیگری از رشد کنترل نشده” کرد [ 23 ]، جایی که جمعیت شهر از 350 هزار نفر قبل از درگیری به حدود نیم میلیون نفر در مدت کوتاهی پس از آن افزایش یافت. جمعیت این شهر در سال 1974 حدود 600 هزار نفر تخمین زده شد و در سال 1979 به 777.8 هزار نفر افزایش یافت و مساحت شهر در 101 کیلومتر مربع وسعت داشت .در نتیجه دومین مهاجرت فلسطینی در مقیاس بزرگ همراه با پناهندگان اضافی از لبنان پس از جنگ داخلی در سال 1975 [ 20 ].
رشد سریع شهرنشینی در شهر امان، گسترش منطقه ساخته شده را طی دوره 1984 تا 1999 بسیار افزایش داده است. در سال 1994، جمعیت عمان به 1,307,017 نفر رسیده است که نشان دهنده افزایش 54.6 درصدی نسبت به آخرین سرشماری در سال 1979 است. سرشماری نفوس و مسکن در سال 1994 انجام شد. گسترش شهری در سال 1996 150.764 کیلومتر مربع برآورد شد [ 20 ]] . این گسترش به دلیل جنگ خلیج فارس در سال 1991 بود که در آن حدود 400 هزار پناهجو از اصالتا اردن و فلسطینی از کویت و سایر کشورهای حوزه خلیج فارس برگشتند و در امان ساکن شدند. بنابراین، اردن به طور کلی، و عمان به طور خاص، از مشکلات بیکاری، فقر و بدهی های خارجی رنج می برد که می تواند مستقیماً با موج سوم پناهندگان در سال 1991 مرتبط باشد. با بدتر شدن وضعیت توسط بحران اقتصادی در سال 1989 که منجر به آن شد. به کاهش ارزش دینار اردن که همچنین باعث شد مردم بیشتری از مناطق روستایی و شهرهای کوچک به امان بروند.
گسترش شهری همچنان در سال 2002 به 162.924 کیلومتر مربع رسید [ 20 ]، و رشد جمعیت عمان نیز به حدود 1726713 نفر افزایش یافته است که بر اساس سرشماری نفوس و مسکن که در سال 2004 انجام شد، 33.8 درصد از جمعیت اردن را تشکیل می دهد. منطقه از نظر جغرافیایی وسیعتر شهرداری عمان بزرگ (GMA). با این حال، به دلیل تهاجم به عراق در سال 2003، جمعیت با سرعتی خارق العاده به رشد خود ادامه داد و جمعیت عمان در سال 2007 حدود 2.17 میلیون نفر برآورد شد که تقریباً معادل 40 درصد جمعیت کشور است. در مارس 2007، وزارت کشور تخمین زد که 1.4 میلیون شهروند عراقی در امان زندگی می کنند [ 21 ]] . تعداد عراقی ها به حدود 500 هزار نفر کاهش یافته است، اما آمار موثقی در مورد تعداد آنها وجود ندارد. علاوه بر این، هزاران کارگر ساختمانی از مصر و سوریه در آن زمان در شهر زندگی می کردند، اما باز هم آمار موثقی از تعداد آنها وجود ندارد، به ویژه اینکه برخی از آنها به صورت فصلی کار می کردند و سپس به کشور خود باز می گشتند.
جمعیت امان در سال 2013 توسط اداره آمار اردن 2528.5 هزار نفر برآورد شده است [ 16 ]. گسترش شهری تا سال 2013 به دلیل سه عامل افزایش یافته است. اول، تصمیم دولت در سال 2007 برای ادغام پنج منطقه دیگر در GMA، که منجر به گسترش منطقه امان شد. عامل دوم مهاجرت اجباری عراق در سال 2003 به دلیل جنگ سوم خلیج فارس بود که اکثر پناهندگان در امان ساکن شدند. عامل نهایی مهاجرت فعلی پناهندگان سوری است که از سال 2011 آغاز شد و هنوز ادامه دارد.
4.2. ارزیابی دقت
ارزیابی دقت یک عنصر حیاتی برای آزمایش دقت کلاسهای حاصل (فرایند طبقهبندی است. روشهای متعددی برای آزمایش دقت استفاده میشود، مانند دقت کلی و ضریب کاپا [ 24 ]. ماتریس سردرگمی (خطا) برای نشان دادن استفاده میشود. ارزیابی دقت [ 25 ]. یک روش نمونهگیری تصادفی برای به دست آوردن ماتریس سردرگمی انجام شد. در ماتریس سردرگمی، ستونها نشان دهنده دادههای مرجع و ردیفها کلاسهای تولید شده از فرآیند طبقهبندی را نشان میدهند. برای بهبود تفسیر ماتریس سردرگمی، ضریب کاپا معمولاً برای پرداختن به تفاوت بین توافق واقعی و توافق تغییر استفاده می شود. ضریب کاپا به صورت [ 24 ] محاسبه شد:
جایی که: r تعداد ردیفهای ماتریس سردرگمی است. X ii تعداد مشاهدات در ردیف i و ستون I است. X i + تعداد کل مشاهدات در ردیف I است. X +i تعداد کل مشاهدات در ستون I است. و N تعداد کل مشاهدات موجود در ماتریس است.
جداول 3-5 ماتریس های سردرگمی (خطا) حاصل از داده های دیجیتال طبقه بندی شده را نشان می دهد. برای نقشه کاربری/پوشش زمین TM-1984، در مجموع 185 پیکسل انتخاب شد و سپس با ارجاع به نقشه های توپوگرافی 1:50000 بررسی شد. نتایج دقت کلی 86% را نشان می دهد. از نظر دقت تولید کننده و دقت کاربر،
توجه: تعداد پیکسل هایی که به درستی طبقه بندی شده اند = 160; دقت طبقه بندی کلی = 86%؛ کلاس 1 = زمین کشاورزی و زمین جنگلی. کلاس 2 = زمین ساخته شده. کلاس 3 = مرتع؛ کلاس 4 = زمین بایر.
تمامی کلاس ها بالای 80 درصد برای کلاس مرتع با دقت تولید کننده 75 درصد پذیرش داشتند. شاخص توافق کاپا 82% بود ( جدول 3 ). این مقدار نشان می دهد که فرآیند طبقه بندی از 82 درصد خطا جلوگیری کرده است.
برای نقشه کاربری/پوشش زمین TM-1999، در مجموع 274 پیکسل انتخاب شد و سپس با ارجاع به نقشه های توپوگرافی 1:50000 بررسی شد. نتایج دقت کلی 80% را نشان می دهد. از نظر دقت تولید کننده، تمامی کلاس ها از نظر دقت کاربری بالای 65 درصد و بالای 75 درصد بودند. شاخص توافق کاپا 72 درصد بود ( جدول 4 ). این مقدار نشان می دهد که فرآیند طبقه بندی از 72 درصد خطا جلوگیری کرده است.
برای نقشه کاربری/پوشش زمین 8-OLI-2014 Landsat، در مجموع 241 پیکسل انتخاب شد و سپس با ارجاع به نقشه های توپوگرافی 1:50000 بررسی شد. نتایج دقت کلی 85% را نشان می دهد. از نظر دقت تولید کننده، تمامی کلاس ها از نظر دقت کاربری بالای 74 درصد و بالای 78 درصد بودند. شاخص توافق کاپا 80% بود ( جدول 5 ). این مقدار نشان می دهد که فرآیند طبقه بندی از 80 درصد خطا جلوگیری کرده است.
در نهایت، دقت کلی بیش از 80 درصد برای سه نقشه (1984، 1999 و 2014)، نشان می دهد که این
شواهد خوبی مبنی بر اینکه رویکرد پردازش تصویر اتخاذ شده در این مطالعه در تولید داده های کاربری/پوشش زمین سازگار در طول زمان موثر بوده است.
4.3. تشخیص LULC
این طبقه بندی LULC بر اساس طرح طبقه بندی سیستم پوشش زمین USGS انجام می شود. سیستم USGS طبقات پوشش زمین را به دو سطح تقسیم کرد (نشان داده شده در جدول 6 ). GIS و سنجش از دور برای ادغام کلاسهای LULC با تمرکز بر کلاسهای منطقه شهری/ساختشده در منطقه مورد مطالعه برای سه سری زمانی و ایجاد یک نقشه موضوعی برای بررسی پویایی گسترش شهری عمان استفاده شدهاند ( شکل 3 ). نتایج نشان داد که مساحت ساخته شده از 114.7 کیلومتر مربع در سال 1984 به 191.1 کیلومتر مربع افزایش یافته است.در سال 1999 که نشان می دهد تعداد جمعیت در این دوره افزایش یافته است همانطور که در بخش 3.1 بحث شد. در طول دوره 1984-1999، مشخص بود که تجاوز به مناطق شهری/ساختشده به سمت شمال غربی و جنوب شرقی عمان [ 21 ] رخ داده و به سمت شهر زرقا ادامه یافته است. در مقایسه، اراضی کشاورزی و جنگلی از 393.6 کیلومتر مربع به 386 کیلومتر مربع در مدت مشابه کاهش یافته است. کاهش دیگر در کلاس مرتع بود که 145.2 کیلومتر مربع نسبت به طبقه بایر با افزایش 76.4 کیلومتر مربع اضافی کاهش یافت.در همان دوره به دلیل فصل زمستان خشک سال 1999. از سوی دیگر، میزان تجاوز به منطقه ساخته شده در دوره 1999-2014 علاوه بر گسترش به سمت Al، در همان جهت دوره قبلی بسیار گسترده تر شد. -شهر نمک مساحت ساخته شده امان در همین مدت 92 کیلومتر مربع دیگر افزایش یافته است. فصل مرطوب زمستان در سال 2014 بر افزایش سطح کشاورزی و مراتع تأثیر گذاشته است ( جدول 6 ). علاوه بر این، یک پراکندگی سریع شهری در اطراف عمان رخ داد، زیرا پراکندگی معمولاً در جهت شعاعی در اطراف مرکز شهر یا در جهت خطی در امتداد بزرگراهها صورت میگیرد [ 26 ]] . در نتیجه، پاتر و همکاران (2009) خاطرنشان کردند که وجود مسیرهای حمل و نقل در منطقه مورد مطالعه، گسترش شهری را تشویق می کند، جایی که حمل و نقل در شهرها به اندازه ساختار خود شهرها از نظر اجتماعی قطبی شده است [ 21 ].
افزایش مساحت ساخته شده عمان بدون برنامه ریزی جامع تأثیر منفی بر محیط محلی داشت. به ویژه، در مورد منابع آبی که در حال حاضر کمیاب هستند [ 27 ]. از سوی دیگر، خانههای «غیررسمی» بسیاری وجود دارد که بدون مجوز برنامهریزی در مناطق شهری در اردن ساخته شدهاند و بیش از نیمی از ساختمانهای شهری را بهویژه در مناطق فقیر تشکیل میدهند [ 27 ]. خانه های غیررسمی به دلیل سیستم برنامه ریزی نادرست، یک معضل جدی برای محیط زیست محسوب می شوند. علاوه بر این، شهر عمان مرکز اصلی اقتصادی اردن است که خدمات، مشاغل و فرصت های تجاری فراوانی را ارائه می دهد. بنابراین، سرازیر شدن تعداد زیادی از مهاجران از کشورهای همسایه، پس از سال های 1991 و 2003 و 2011 به شهر عمان [ 16 ]] ، باعث نیاز فوری به مطالعات برنامه ریزی شهری برای تعیین میزان تجاوزات ناشی از گسترش شهری که عمدتاً در بخش مرکزی اردن متمرکز شده است. بنابراین، این مطالعه از مدل مارکوف برای پیشبینی LULC 2030 و پیشبینی تجاوز به گسترش شهری و جهت آن برای برنامهریزی بهتر برای منطقه استفاده کرد.
4.4. پیش بینی LULC 2030 با استفاده از مدل Ca-Markov
4.4.1. نقشه نهایی LULC 2030 با استفاده از مدل Ca-Markov
همانطور که در بالا در بخش روش شناسی مورد بحث قرار گرفت، مدل Ca-Markov برای پیش بینی LULC 2030 بر اساس سوابق ماتریس احتمال انتقال به دست آمده از LULC مشاهده شده در سال های 1999 و 2014، احتمال تغییر هر دسته پوشش زمین به دسته دیگر استفاده شد. این ماتریس با ضرب هر ستون در ماتریس احتمال انتقال با تعداد سلول های کاربری مربوطه در تصویر بعدی همانطور که در ( جدول 7 ) نشان داده شده است، تولید می شود. اگرچه احتمالات انتقال ممکن است برای یک کلاس خاص به طور کلی دقیق باشد، اما هیچ عنصر فضایی برای فرآیند مدلسازی همانطور که در شکل 4 میبینیم وجود ندارد ، بنابراین ما از یک اتوماتای سلولی برای اضافه کردن استفاده میکنیم.
یک بعد فضایی به مدل به عنوان مرحله دوم.
با توجه به ماتریس احتمال انتقال، تغییر اصلی در زمین بایر رخ داده است. بررسیهای کار میدانی نشان داد که زمینهای بایر با مساحت ساختهشده و زمینهای کشاورزی مقولههای گذرا هستند و از این رو در طول زمان در معرض تغییرات بیشتری قرار دارند. زمین های بایر با گذشت زمان بیشتر به مناطق مسکونی، زمین های کشاورزی و مرتع تغییر مکان دادند.
همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است ، به راحتی می توان مشاهده کرد که یک گسترش شهری پیش بینی شده در قسمت غربی منطقه ساخته شده فعلی نسبت به شرق عمان همانطور که انتظار می رود وجود دارد. پیش بینی می شود که مساحت ساخته شده تا 124 کیلومتر مربع دیگر افزایش یابد ( 10.7٪ از مساحت مورد مطالعه در مقایسه با 7.4٪ در سال 2014). افزایش دیگری در زمین های کشاورزی و جنگلی پیش بینی شد که پیش بینی می شود در سال 2030 18.8 درصد از مساحت مورد مطالعه را در مقایسه با 12.7 درصد در سال 2014 به خود اختصاص دهد. ( جدول 8 ).
افزایش مساحت ساخته شده پیش بینی شده به نرخ رشد جمعیت عمان اشاره دارد که انتظار می رود در صورت تداوم نرخ باروری فعلی 3.2 فرزند به ازای هر زن، در سال 2030 به 3.6 میلیون نفر افزایش یابد که این سناریوی نرخ باروری بالا در نظر گرفته می شود. با این حال، نتایج همچنین نشان می دهد که اگر نرخ باروری کاهش یابد، مطابق با سناریوی نرخ پایین 2.1 فرزند به ازای هر زن در سن باروری، جمعیت عمان در سال 2030 به 3.4 میلیون نفر خواهد رسید. علاوه بر این، افزایش تعداد مهاجران از کشورهای همسایه و سایر شهرها و روستاهای اردن بدون شک جمعیت عمان را در سال 2030 به حدود 4 میلیون نفر افزایش خواهند داد.
شکل 4 . پیش بینی تغییر کاربری/پوشش زمین از مدل سازی Ca-Markov برای سال 2030.
انتظار می رود [ 16 ] . این افزایش جمعیت منجر به افزایش مساحت ساخته شده همانطور که در این مطالعه پیش بینی شده است. بنابراین، برنامه ریزان شهری امان باید این موضوع را در نظر گرفته و برنامه های خود را برای مناطق شهری جدید مورد انتظار تنظیم کنند.
4.4.2. اعتبارسنجی نتایج مدل Ca-Markov
اعتبارسنجی یا کالیبراسیون عملکرد مدل یک فرآیند مهم برای ارزیابی توانایی مدل برای تکرار مجموعه داده های شناخته شده است. بسیاری از آمارهای برازش خوب در ادبیات در مدلسازی فضایی استفاده شده است [ 28 ]. در این مطالعه، یکی از آزمونهای آماری اصلی برازش برای ارزیابی عملکرد مدل مارکوف و اعتبارسنجی پیشبینیهای آن در برابر مجموعه دادههای واقعی استفاده خواهد شد. یکی از رایج ترین آمارهای GOF که مورد استفاده قرار می گیرد R 2 [ 29 ] – [ 31 ] است و به صورت زیر فرموله شده است:
جایی که، نشان دهنده میانگین
s (مقادیر مشاهده شده) و
نشان دهنده میانگین
s (مقادیر پیش بینی شده) است. مقادیر R 2 بین صفر و یک است. هر چه مقدار R 2 به یک نزدیکتر باشد بهتر است، زیرا مقدار یک مطابقت دقیق بین مقادیر مشاهده شده و پیش بینی شده را نشان می دهد، در حالی که مقدار صفر منعکس کننده هیچ تناسبی نیست.
برای کالیبراسیون مدل مارکوف، دو نقشه LULC در منطقه مورد مطالعه برای سالهای 1984 و 1999 به منظور ایجاد نقشه LULC 2014 در منطقه مورد مطالعه با استفاده از مدل مارکوف استفاده شد ( شکل 5 را ببینید ). برای اعتبار سنجی، LULC به دست آمده برای سال 2014 که توسط مارکوف ایجاد شد با LULC 2014 مشاهده شده در منطقه مورد مطالعه مقایسه شد. نتایج مقدار R2 عملکرد بالایی از مدل مارکوف و پیشبینی آن از LULC 2014 با R2 را نشان داد .برابر با 0.886 است. مدل در سال 2014 مساحت ساخته شده را دست کم گرفته و آن را 1/6 درصد از مساحت مورد مطالعه در مقایسه با نقشه مشاهده شده LULC در سال 2014 که نشان داد درصد مساحت ساخته شده 4/7 درصد از مساحت مورد مطالعه است، پیش بینی کرده است. این امر می تواند ناشی از تغییرات جمعیتی امان باشد که در نتیجه پذیرش تعداد بالای پناهندگان عراقی در سال 2003 پس از حمله به عراق و پذیرش تعداد بالای پناهجویان سوری به دلیل بحران کنونی سوریه و همچنین بحران داخلی به سرعت افزایش یافت. مهاجرت از دیگر شهرها و شهرهای کوچک اردن به امان. این امر به وضوح بر کاربری زمین در شهر تأثیر داشت و در نتیجه مساحت ساخته شده افزایش یافت.
این مدل پیشبینی میکرد که مساحت ساختهشده امان به میزان 124 کیلومتر مربع دیگر طی سالهای 2014-2030 افزایش یابد، همانطور که در بالا ذکر شد. شکل 6 توسعه منطقه ساخته شده در محدوده مورد مطالعه را طی سال های 1984-2030 نشان می دهد. از شکل به راحتی می توان مناطقی را در منطقه مورد مطالعه مشاهده کرد که پیش بینی می شود در سال 2030 بر اساس پیش بینی های مدل مارکوف به مناطق ساخته شده تبدیل شوند. پنج مکان در شکل برجسته شده است زیرا در سال 2030 شاهد گسترش شهری خواهند بود. اینها عبارتند از: شفابدران، الجبیحه و طارق در شمال غربی منطقه مورد مطالعه، نائوور در جنوب غربی، مناطق وادی السیر و بدرال. -جدیده و مریج الحمام و ام قصیر در غرب عمان و در نهایت مرکه و احد در شمال شرقی منطقه مورد مطالعه.
می توان متوجه شد که منطقه ساخته شده جهت شعاعی در اطراف مرکز منطقه مورد مطالعه یا جهت خطی در امتداد بزرگراه ها به خود می گیرد، زیرا در تحقیقات قبلی مشخص شده است که وجود شبکه های جاده ای گسترش شهری را تشویق می کند تا در امتداد شبکه های جاده ای رخ دهد [ 21 ] [ 27 ] .
5. نتیجه گیری ها
لازم است اطلاعاتی در مورد تغییر الگوهای LULC در طول زمان نه تنها برای اهداف برنامه ریزی شهری، بلکه برای بهبود مدیریت استفاده از منابع زمین [ 27 ] وجود داشته باشد. این مطالعه اهمیت استفاده از تکنیکهای GIS و RS GIS را برای تولید نقشههای دقیق LULC و آمار تغییر برای بخش غربی و پرجمعیت استان عمان نشان داده است، که برای نظارت مؤثر بر گسترش شهری در یک زمان ارزشمند است.
نتایج تشخیص تغییر LULC منطقه مورد مطالعه نشان داد که مساحت ساخته شده در سال 1984 114.7 کیلومتر مربع، 191.1 کیلومتر مربع در سال 1999 و 282.8 کیلومتر مربع در سال 2014 یا به ترتیب 3، 5 درصد و 7.4 درصد از منطقه مورد مطالعه را پوشش داده است. این نشان دهنده افزایش خالص 168.1 کیلومتر مربعی استدر 30 سال گذشته که عمدتاً به افزایش سریع جمعیت به دلیل مهاجرت زیاد از کشورهای همسایه و مهاجرت داخلی از سایر شهرها و شهرهای کوچک اردن نسبت داده می شود. طی سالهای 1363 تا 1378، هم در اراضی کشاورزی و هم در مراتع کاهش یافت که به دلیل افزایش جمعیت به مناطق شهری و به دلیل فصل خشک سال 1999 به زمین بایر تبدیل شدند، در حالی که از سال 1999 تا 2014 گسترش شهری. همچنین زمین های کشاورزی و مرتع به سمت زمین های بایر افزایش یافت. با این حال، پراکندگی شهری در همان دوره افزایش یافته بود که به عنوان یک شاخص کلیدی برای توجه بیشتر به استراتژی برنامه ریزی شهری در نظر گرفته شد. مرحله پیش پردازش، مانند اصلاحات هندسی تصاویر ماهواره ای چند زمانی و همچنین با استفاده از طرح طبقه بندی یکسان، برای افزایش دقت نتایج بسیار مهم است. در این مطالعه دقت نقشه ها رضایت بخش بود. این تایید کرد که رویههای پردازش تصویر در تولید نقشههای کاربری/پوشش زمین از تصویر Landsat مؤثر بودند، که نسبتاً با نقشههایی که از دادههای با وضوح بالا تولید میشدند سازگار بودند. این مطالعه از تکنیکهای سنجش از دور و GIS استفاده کرد که برای مقابله با پویایی تغییرات LULC در منطقه مورد مطالعه در طول دوره مورد مطالعه بسیار مهم بودند.
بخش دوم مقاله به استفاده از مدل مارکوف مبتنی بر GIS برای پیشبینی تغییرات LULC آینده در منطقه مورد مطالعه در سال 2030 میپردازد. این مدل ابتدا با استفاده از تصاویر ماهوارهای 1984 و 1999 از منطقه مورد مطالعه برای پیشبینی LULC در منطقه مورد مطالعه کالیبره شد. 2014. نقشه حاصل از LULC پیشبینیشده در سال 2014 سپس در برابر نقشه LULC مشاهدهشده در سال 2014 با استفاده از یکی از آمارهای برازش مناسب تأیید شد. نتایج محاسبه مقدار R 2 بین نقشه LULC پیش بینی شده و مشاهده شده منطقه مورد مطالعه در سال 2014 عملکرد بالایی را نشان داد.
شکل 5 . تغییر کاربری/پوشش مشاهده شده در سال 2014 در مقایسه با پیش بینی شده برای همان سال در امان.
مدل در شبیه سازی تغییر LULC آینده در منطقه مورد مطالعه با مقدار R 2 0.886. با این حال، گسترش واقعی شهری در منطقه مورد مطالعه به دلیل رشد سریع جمعیت همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت، بیشتر از گسترش پیشبینیشده توسط مدل مارکوف بود.
شکل 6 . مساحت ساخته شده در طی (1984-2014) و مساحت ساخته شده پیش بینی شده در سال 2030 منطقه stdy تغییر می کند.
این مدل افزایش 124 کیلومتر مربعی را در منطقه ساختهشده امان طی سالهای 2014-2030 و پنج مکان پیشبینی کرد تا شاهد گسترش شهری واضح در سال 2030 عمدتاً در شمال، غرب و جنوب غربی منطقه ساختهشده فعلی همانطور که قبلاً بحث شد، باشیم.
6. مفاهیم مطالعه و تحقیقات آینده
پیامدهای تحقیق حاضر را می توان در سه موضوع خلاصه کرد. ابتدا، یافتهها نشان داد که 5 منطقه در محدوده مورد مطالعه شاهد گسترش شهری در سال 2030 است که باید توسط برنامهریزان شهری در برنامههای آتی خود برای امان از نظر شبکههای جادهای، زیرساختها و تخصیص مکانهایی برای خدمات آتی مورد توجه قرار گیرد. مانند مدارس، مراکز بهداشتی، ساختمان های دولتی، پارک های عمومی. دوم، تجزیه و تحلیل نشان داد که بیشتر توسعه شهری آینده جایگزین مناطق کشاورزی شده است، که می تواند از طریق سیاست ها یا استراتژی های آینده اجتناب شود. در نهایت، به شدت توصیه میشود که برنامهریزان شهری و تصمیمگیرندگان از تکنیکهای سنجش از دور و GIS برای نظارت مؤثر بر روند شهرنشینی استفاده کنند. از این رو،
مطالعات آتی باید تأثیرات و تعاملات برخی متغیرهای فضایی را بر روی الگوهای گسترش شهری بررسی کرده و روشهای مناسب دیگری را با مدل مارکوف برای پیشبینی تغییرات LULC آینده و بررسی سایر عوامل اجتماعی-اقتصادی که ممکن است نقش مهمی در گسترش شهری ایفا کنند، ادغام کنند.
بدون دیدگاه