متناسب سازی ساختارفضایی کاربری زمین با بهره گیری از شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه در شهرستان همدان

پیشینه و هدف:

 حفاظت از منابع طبیعی به ویژه زمین و کاربری آن از دیرباز موردتوجه و بررسی بوده است. در واقع می توان 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 به تبع آن پیامدهای گوناگونی را در پی داشته است، ازجمله این پیامدها می توان به تغییر کاربری زمین متاثر از گسترش شتابان شهرنشینی و اثرات آن بر الگوی کاربری زمین در محیط اطراف و درنهایت قطعه قطعه شدن اراضی در این مناطق اشاره داشت. بر همین اساس در بسیاری از مواقع تبدیل کاربری زمین از حالت طبیعی خود به کاربری های انسان ساخت دارای پیامدهای بازگشت ناپذیری بوده که در جهت کاهش پیامدهای این امر می توان به متناسب سازی ساختار کاربری زمین پرداخت. تناسب زمین به هم خوانی ظرفیت های یک قطعه زمین و کاربری موجود در آن اطلاق می شود، 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 تصمیم گیری ها 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 راه های موثر برای کنترل و به حداقل رساندن آسیب ها و پیامدهای تغییر کاربری اراضی، متناسب سازی ساختار آن است، به صورتی که بر اساس ویژگی های منابع زمین و قابلیت های آن، زمین می تواند تحت توزیع مکانی و آرایشی منطقی تری قرار گیرد. هدف از انجام پژوهش حاضر شناسایی و پهنه بندی میزان تناسب ساختار کاربری اراضی با قابلیت های موجود در محدوده شهرستان همدان و همچنین بررسی میزان کارایی روش شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه در زمینه متناسب سازی ساختار کاربری اراضی در این شهرستان است.

مواد و روش ها :

بر اساس پیشینه پژوهش و با توجه به معیارهای اثرگذار در زمینه متناسب سازی ساختار کاربری اراضی، شاخص های گوناگونی برگزیده شد که شامل؛ 12 شاخص کاربری زمین، شیب، میانگین دما، میانگین بارش، میانگین رطوبت، میانگین سرعت باد، زمین شناسی، نوع خاک، فاصله از رودخانه، فاصله از چاه ها، فاصله از جاده های اصلی و نوع پوشش گیاهی بوده است. سپس با استفاده از  بازدید میدانی، ثبت نقاط دارای تناسب کاربری به عنوان نقاط تعلیمی انجام گرفت. پس از آماده سازی لایه های شاخص های مذکور به استانداردسازی این لایه ها در محیط نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی پرداخته شد و در مرحله بعدی شبکه عصبی پرسپرسترون چندلایه با استفاده از الگوریتم پس از انتشار با واردکردن لایه های موثر بر متناسب سازی ساختار کاربری زمین به عنوان ورودی و استفاده از یک لایه میانی فاصله از نقاط متناسب  از نظر ساختار کاربری زمین، این شبکه با ساختار 1-10- 12 به منظور متناسب سازی ساختار کاربری زمین در محدوده شهرستان همدان اجرا شد. از 35 درصد از کل پیکسل های 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 متوقف کردن 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 موثر بر ساختار کاربری زمین و متناسب سازی ساختار آن و تهیه لایه های هر یک از  آن ها، به استانداردسازی لایه های مذکور اقدام شد. سپس با استفاده از  بازدید میدانی، ثبت نقاط دارای تناسب کاربری به عنوان نقاط تعلیمی انجام گرفت بدین ترتیب به متناسب سازی ساختار کاربری زمین 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 متناسب سازی هستند.. در آخر میزان تناسب اراضی به 5 کلاس کاملا نامناسب، تاحدودی نامناسب، نامناسب، تاحدودی مناسب و کاملا نامناسب تقسیم بندی شد و نتایج حاصله نشان داد که بیشترین مساحت مناطق را به ترتیب اراضی تا حدودی مناسب و کاملا مناسب با 32.62 و 28.13 درصد از کل مساحت محدوده را در برگرفته اند.

نتیجه گیری :

بخش عمده مساحت منطقه از نظر عوامل تاثیرگذار در جهت انجام فعالیت های کشاورزی مناسب نبوده و در این محدوده اغلب کاربری های شهری، اراضی کاملا بایر و غیرقابل کشت، اراضی کوهستانی و سنگلاخی و مراتع بی کیفیت قرارگرفته اند که به صورت 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 کاملا مناسب بوده اند ازنظر 12عامل اثرگذار در بهترین شرایط به منظور انجام فعالیت های کشاورزی و باغی قرار گرفته و بهترین مکان برای توسعه فعالیت های کشاورزی محسوب می شوند. بدین سان، در جهت دگرگونی شرایط کاربری زمین به سوی روند مناسب تر، ضمن توجه به برنامه ریزی یکپارچه شهری روستایی برای شهر همدان و سکونتگاه های پیرامونی آن، توجه به برنامه ریزی کاربری زمین به گونه ای مناسب در برنامه ها و طرح های روستایی شهری توصیه می شود. زیرا، گسترش شتابان شهر همدان و فضاهای پیراشهری آن، چالش های پرشماری در راستای تناسب زمین ایجاد کرده است. به گونه ای که حدود 23.1 درصد اراضی آمادگی لازم برای دگرگونی به شرایط نامناسب و کاملا نامناسب را دارند. 32.62 درصد کاربری زمین هم در معرض دگرگونی به شرایط نیمه مناسب است. بر بنیاد آنچه گفته شد کنترل، نظارت، و هدایت ساخت وسازها و جلوگیری از گسترش بیش ازپیش افقی شهر همدان و فضاهای پیرامونی آن به وسیله دست اندرکاران شهری و روستایی (مدیریت محلی)، به سوی زمین های مرتعی و کشاورزی پیشنهاد می شود. بیشترین میزان مساحت از اراضی در این محدوده مربوط به اراضی تا حدودی مناسب و کاملا مناسب و کمترین مساحت نیز متعلق به اراضی نامناسب و تا حدودی نامناسب بوده است. بنابراین می توان گفت که شهرستان همدان در حال حاضر ازلحاظ تناسب اراضی در وضعیتی نیمه مناسب قرارگرفته که در صورت برنامه ریزی ها و سیاست های درست در آینده این وضعیت می تواند روند مطلوب تری را پیش رو داشته باشد.