نویسنده: دکتر سعید جوی زاده | مشاوره و آموزش تخصصی GIS: ۰۹۱۲۰۴۳۸۸۷۴
آموزش AHP در GIS از پرتقاضاترین موضوعات میان دانشجویان و کارشناسانی است که با مسائل مکان‌یابی و پهنه‌بندی سروکار دارند. در این مسائل چندین معیار هم‌زمان اثرگذارند: شیب، فاصله از راه، کاربری اراضی، فاصله از گسل، دسترسی به آب و ده‌ها عامل دیگر. اهمیت این معیارها یکسان نیست و پرسش اصلی این است که به هر کدام چه وزنی بدهیم. فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی روشی نظام‌مند برای تبدیل قضاوت کارشناسان به وزن عددی است و ترکیب آن با سیستم اطلاعات جغرافیایی، یکی از رایج‌ترین چارچوب‌های تصمیم‌گیری مکانی را می‌سازد. در این راهنما همه مراحل را از تعریف مسئله تا نقشه نهایی و اعتبارسنجی مرور می‌کنیم. برای مشاوره پروژه یا پایان‌نامه خود با شماره ۰۹۱۲۰۴۳۸۸۷۴ تماس بگیرید.
AHP چیست و چرا با GIS ترکیب می‌شود؟
فرایند تحلیل سلسله‌مراتبی را توماس ساعتی معرفی کرد. ایده اصلی آن ساده است: ذهن انسان در مقایسه هم‌زمان ده معیار ناتوان است، اما می‌تواند دو معیار را با هم مقایسه کند و بگوید کدام مهم‌تر است و چقدر. AHP مسئله را به مجموعه‌ای از مقایسه‌های دوبه‌دو می‌شکند و از دل آن‌ها وزن نهایی هر معیار را استخراج می‌کند. افزون بر این، سازگاری منطقی قضاوت‌ها را نیز می‌سنجد.
GIS از سوی دیگر توانایی دارد هر معیار را به شکل یک لایه مکانی نمایش دهد و لایه‌ها را با هم ترکیب کند. نتیجه ترکیب این دو، نقشه‌ای است که در هر سلول آن امتیاز تناسب محاسبه شده است. این رویکرد را تحلیل تصمیم‌گیری چندمعیاره مکانی می‌نامند و در مکان‌یابی دفن پسماند، نیروگاه خورشیدی، مراکز درمانی و آموزشی، شهرک صنعتی و نیز پهنه‌بندی خطر سیل و زمین‌لغزش کاربرد گسترده دارد.
گام ۱: تعریف هدف و ساخت سلسله‌مراتب
هدف را دقیق بنویسید؛ برای نمونه «تعیین مناطق مناسب برای احداث نیروگاه خورشیدی در شهرستان». سپس معیارها را از سه منبع گردآوری کنید: ضوابط و دستورالعمل‌های رسمی، مقالات و پژوهش‌های پیشین و نظر کارشناسان. معیارها را در گروه‌های منطقی، مانند اقلیمی، توپوگرافی، دسترسی و محیط‌زیستی دسته‌بندی کنید. تعداد معیارها را معقول نگه دارید؛ با افزایش معیارها تعداد مقایسه‌ها به‌سرعت زیاد می‌شود و سازگاری قضاوت‌ها دشوار می‌گردد. اگر معیارهای زیادی دارید، آن‌ها را در ساختار دوسطحی معیار و زیرمعیار سامان دهید.
در همین مرحله، معیارها را به دو دسته تقسیم کنید. «محدودیت‌ها» مناطقی هستند که به هیچ وجه قابل استفاده نیستند، مانند مناطق حفاظت‌شده، حریم رودخانه و گسل یا اراضی با شیب بسیار زیاد. این موارد وزن نمی‌گیرند و به شکل نقشه دودویی صفر و یک از تحلیل حذف می‌شوند. «عوامل» معیارهایی هستند که درجه مطلوبیت دارند و وزن‌دهی می‌شوند.
گام ۲: ماتریس مقایسه زوجی
معیارها را در سطر و ستون یک جدول بنویسید و هر جفت را با مقیاس یک تا نه ساعتی مقایسه کنید. عدد یک یعنی اهمیت برابر، سه یعنی کمی مهم‌تر، پنج یعنی مهم‌تر، هفت یعنی بسیار مهم‌تر و نه یعنی کاملاً مهم‌تر؛ اعداد زوج مقادیر میانی‌اند. اگر معیار الف نسبت به ب عدد پنج بگیرد، خانه متقابل یعنی ب نسبت به الف، یک‌پنجم خواهد بود. قطر اصلی ماتریس همیشه یک است. برای n معیار، باید n ضرب در n منهای یک، تقسیم بر دو مقایسه انجام شود؛ یعنی برای شش معیار پانزده مقایسه.
این قضاوت‌ها باید پشتوانه داشته باشند. بهترین روش، تهیه پرسش‌نامه مقایسه زوجی و نظرخواهی از چند کارشناس آشنا با موضوع و منطقه است. برای تلفیق نظر چند نفر، از میانگین هندسی پاسخ‌ها در هر خانه استفاده می‌شود، نه میانگین حسابی. تعداد، تخصص و سابقه پاسخ‌دهندگان را در گزارش ذکر کنید.
گام ۳: محاسبه وزن‌ها
روش تقریبی و رایج محاسبه چنین است: مجموع هر ستون ماتریس را حساب کنید، هر خانه را بر مجموع ستون خود تقسیم کنید تا ماتریس نرمال‌شده به دست آید و سپس میانگین هر سطر را بگیرید. این میانگین‌ها وزن معیارها هستند و مجموع آن‌ها یک می‌شود. این محاسبه را می‌توان به‌سادگی در اکسل انجام داد. نرم‌افزارهایی مانند Expert Choice و Super Decisions و نیز ابزارهای آنلاین و افزونه‌های موجود برای ArcGIS و QGIS همین کار را خودکار می‌کنند.
گام ۴: کنترل سازگاری
این مرحله را هرگز حذف نکنید. اگر گفته‌اید الف از ب مهم‌تر و ب از ج مهم‌تر است، منطقاً الف باید از ج مهم‌تر باشد. نرخ ناسازگاری میزان انحراف قضاوت‌ها از این منطق را می‌سنجد. برای محاسبه آن، ابتدا بزرگ‌ترین مقدار ویژه ماتریس به دست می‌آید، سپس شاخص سازگاری از تفاضل آن با تعداد معیارها تقسیم بر تعداد معیارها منهای یک محاسبه می‌شود و در پایان بر شاخص تصادفی متناظر با اندازه ماتریس تقسیم می‌گردد. نرخ ناسازگاری باید کمتر از یک‌دهم باشد. اگر بیشتر شد، مقایسه‌ها باید بازنگری شوند؛ معمولاً یک یا دو قضاوت متناقض عامل اصلی است.
گام ۵: آماده‌سازی لایه‌ها در GIS
برای هر معیار یک لایه رستری لازم است. همه لایه‌ها باید سیستم مختصات، محدوده و اندازه سلول یکسان داشته باشند. برای معیارهای فاصله‌ای، مانند فاصله از راه یا خطوط انتقال برق، از ابزار Euclidean Distance یا در نسخه‌های تازه Distance Accumulation استفاده کنید. شیب و جهت را از مدل رقومی ارتفاع بسازید. لایه‌های برداری مانند کاربری اراضی و زمین‌شناسی را با ابزار Polygon to Raster تبدیل کنید. تنظیم محدوده پردازش و سلول مرجع در بخش Environments از ناهمخوانی لایه‌ها جلوگیری می‌کند.
گام ۶: استانداردسازی لایه‌ها
لایه‌ها واحدهای متفاوتی دارند: درجه، متر، کد کاربری. پیش از ترکیب باید همه به مقیاس مشترکی، مثلاً یک تا نه یا صفر تا یک، تبدیل شوند. در روش طبقه‌بندی مجدد، هر لایه با ابزار Reclassify به چند طبقه تقسیم و به هر طبقه امتیازی داده می‌شود؛ برای نمونه شیب صفر تا سه درصد امتیاز نه و شیب بیش از بیست درصد امتیاز یک. مرز طبقات باید بر پایه ضوابط یا منابع علمی باشد، نه سلیقه. در روش فازی، با ابزار Fuzzy Membership مقدار هر سلول به‌طور پیوسته به عددی میان صفر و یک تبدیل می‌شود و مرزهای ناگهانی میان طبقات از بین می‌رود. به جهت معیار نیز توجه کنید: برای برخی معیارها مقدار بیشتر بهتر است و برای برخی کمتر.
گام ۷: ترکیب لایه‌ها و اعمال محدودیت‌ها
اکنون هر لایه استانداردشده در وزن خود ضرب و حاصل‌ها با هم جمع می‌شوند. این کار را می‌توان با Raster Calculator، ابزار Weighted Sum یا Weighted Overlay انجام داد. تفاوت دو ابزار آخر در این است که Weighted Overlay ورودی صحیح می‌خواهد و وزن‌ها را به درصد می‌گیرد، در حالی که Weighted Sum با اعداد اعشاری کار می‌کند و دقت وزن‌ها را حفظ می‌کند. سپس نقشه حاصل را در نقشه محدودیت‌ها ضرب کنید تا مناطق ممنوع امتیاز صفر بگیرند. توصیه می‌شود کل این زنجیره را در ModelBuilder بسازید تا با تغییر وزن‌ها بتوان آن را دوباره اجرا کرد؛ روش کار در مقاله آموزش ModelBuilder در ArcGIS Pro آمده است.
گام ۸: طبقه‌بندی نقشه نهایی و انتخاب گزینه‌ها
نقشه امتیاز را به چند کلاس، مانند نامناسب، کم، متوسط، خوب و بسیار خوب تقسیم کنید. روش طبقه‌بندی، مثلاً شکست‌های طبیعی یا فواصل برابر، را در گزارش بنویسید، زیرا بر مساحت هر کلاس اثر دارد. سپس پهنه‌های کلاس برتر را به پلیگون تبدیل و آن‌هایی را که مساحت کافی برای کاربری مورد نظر دارند جدا کنید. گزینه‌های نهایی را بر اساس معیارهای تکمیلی مانند مالکیت زمین، قیمت و نتیجه بازدید میدانی اولویت‌بندی کنید.
گام ۹: تحلیل حساسیت و اعتبارسنجی
وزن‌ها حاصل قضاوت‌اند و قضاوت با عدم قطعیت همراه است. در تحلیل حساسیت، وزن هر معیار را به اندازه مشخصی، مثلاً ده یا بیست درصد، تغییر می‌دهید و بررسی می‌کنید نقشه نهایی چقدر دگرگون می‌شود. اگر با تغییر اندک وزن‌ها مناطق برتر جابه‌جا شوند، نتیجه شکننده است و باید با احتیاط ارائه شود. برای اعتبارسنجی نیز می‌توان نقشه را با نمونه‌های موجود مقایسه کرد؛ برای نمونه، در پهنه‌بندی خطر زمین‌لغزش بررسی می‌شود که چه درصدی از لغزش‌های ثبت‌شده در کلاس خطر بالا افتاده‌اند. بازدید میدانی از چند پهنه منتخب نیز اعتبار کار را بالا می‌برد.
یک مثال عددی ساده
سه معیار را در نظر بگیرید: شیب، فاصله از راه و کاربری اراضی. فرض کنید کارشناسان شیب را نسبت به فاصله از راه با عدد سه و نسبت به کاربری با عدد پنج، و فاصله از راه را نسبت به کاربری با عدد دو ارزیابی کرده‌اند. مجموع ستون‌ها به ترتیب حدود ۱٫۵۳، ۴٫۵ و ۸ می‌شود. پس از نرمال‌سازی و میانگین‌گیری سطرها، وزن شیب حدود ۰٫۶۵، فاصله از راه حدود ۰٫۲۳ و کاربری حدود ۰٫۱۲ به دست می‌آید. نرخ ناسازگاری این ماتریس بسیار پایین و قابل قبول است. اکنون نقشه نهایی از حاصل‌جمع لایه شیب ضرب در ۰٫۶۵، لایه فاصله ضرب در ۰٫۲۳ و لایه کاربری ضرب در ۰٫۱۲ ساخته می‌شود.
نقدها و محدودیت‌های AHP
این روش بی‌نقص نیست و آگاهی از محدودیت‌ها به دفاع بهتر از کار کمک می‌کند. نتیجه به قضاوت کارشناسان وابسته است و گروه دیگری ممکن است وزن‌های متفاوتی بدهد. AHP معیارها را مستقل از هم فرض می‌کند، در حالی که در واقعیت بسیاری از معیارها به هم وابسته‌اند؛ برای چنین حالتی روش ANP پیشنهاد شده است. مقیاس یک تا نه نیز ابهام ذاتی قضاوت انسان را نشان نمی‌دهد و به همین دلیل نسخه فازی آن توسعه یافته است. با وجود این، سادگی، شفافیت و امکان کنترل سازگاری، AHP را به انتخابی معتبر و پذیرفته‌شده تبدیل کرده است.
اشتباهات رایج
- وزن‌دهی بدون نظرخواهی از کارشناسان یا استناد به منابع.
- گزارش نکردن نرخ ناسازگاری.
- استفاده از میانگین حسابی برای تلفیق نظرها.
- وارد کردن محدودیت‌های مطلق به‌عنوان معیار وزنی.
- ترکیب لایه‌هایی با اندازه سلول و محدوده متفاوت.
- انتخاب سلیقه‌ای مرز طبقات هنگام استانداردسازی.
- حذف تحلیل حساسیت و اعتبارسنجی.
نکات نگارش این بخش در پایان‌نامه و گزارش
داوران و کارفرمایان هنگام بررسی کارهای مبتنی بر AHP به چند مورد مشخص توجه می‌کنند. نخست، منشأ معیارها: برای هر معیار بنویسید از کدام ضابطه یا پژوهش گرفته شده است. دوم، مشخصات کارشناسان: تعداد، رشته، سابقه و شیوه انتخاب آن‌ها. سوم، خود ماتریس مقایسه زوجی و وزن‌های نهایی به‌صورت جدول، همراه با نرخ ناسازگاری. چهارم، جدول طبقه‌بندی هر لایه و امتیاز هر طبقه با ذکر منبع. پنجم، فلوچارت روش کار که مسیر داده از لایه خام تا نقشه نهایی را نشان دهد. و ششم، نتیجه تحلیل حساسیت و اعتبارسنجی.
نمونه پرسش‌نامه را در پیوست بیاورید و مساحت و درصد هر کلاس تناسب را در جدول گزارش کنید. اگر نتیجه شما با مطالعات پیشین همان منطقه تفاوت دارد، دلیل احتمالی آن، مانند تفاوت معیارها، دقت داده یا وزن‌ها، را تحلیل کنید. محدودیت‌های کار، از جمله مقیاس و تاریخ داده‌ها، را نیز صادقانه بنویسید. این شفافیت، پرسش‌های جلسه دفاع را به‌شدت کاهش می‌دهد. برای راهنمایی بیشتر درباره ساختار پژوهش‌های مکانی، مقاله مشاوره پایان نامه GIS را بخوانید.
پرسش‌های متداول
چند کارشناس برای پرسش‌نامه AHP کافی است؟
در این روش کیفیت و تخصص پاسخ‌دهندگان مهم‌تر از تعداد آن‌هاست. در پژوهش‌ها معمولاً از چند تا چند ده کارشناس مرتبط نظرخواهی می‌شود و ناسازگاری هر پرسش‌نامه جداگانه کنترل می‌گردد.
AHP بهتر است یا منطق فازی؟
این دو رقیب نیستند. AHP برای تعیین وزن معیارها و منطق فازی برای استانداردسازی لایه‌ها به کار می‌رود و ترکیب آن‌ها بسیار رایج است.
آیا می‌توان AHP را در QGIS انجام داد؟
بله. وزن‌ها را در اکسل یا ابزارهای آنلاین محاسبه کنید و ترکیب لایه‌ها را با Raster Calculator انجام دهید. افزونه‌هایی نیز برای این کار وجود دارد.
جمع‌بندی
ترکیب AHP و GIS چارچوبی شفاف برای تصمیم‌گیری مکانی فراهم می‌کند: معیارها را تعریف می‌کنید، با مقایسه زوجی وزن می‌دهید، سازگاری را می‌سنجید، لایه‌ها را استاندارد و ترکیب می‌کنید و نتیجه را با تحلیل حساسیت می‌آزمایید. رعایت همین مراحل، کار شما را قابل دفاع می‌کند. برای مشاوره GIS در پروژه‌های مکان‌یابی و ثبت‌نام در دوره‌های آموزشی، با شماره ۰۹۱۲۰۴۳۸۸۷۴ تماس بگیرید.
مطالب مرتبط در GISLand
- آموزش GIS در ۳۰ روز؛ برنامه روزانه از صفر
- آموزش درون یابی در GIS؛ IDW یا کریجینگ؟
- ۱۰ اشتباه رایج در یادگیری GIS
- برون سپاری پروژه GIS؛ چه زمانی و چگونه؟
- بازار کار GIS در ایران؛ مشاغل و مهارت‌ها
- GeoAI چیست؟ پیوند هوش مصنوعی و داده‌های مکانی
درباره نویسنده
این مقاله را دکتر سعید جوی زاده، مدرس و مشاور سیستم اطلاعات جغرافیایی در www.gisland.org نوشته است. برای دریافت مشاوره GIS، ثبت‌نام در دوره‌های آموزش GIS یا سفارش پروژه، با شماره ۰۹۱۲۰۴۳۸۸۷۴ تماس بگیرید.
بدون دیدگاه