سبد خرید
0

هیچ محصولی در سبد خرید نیست.

سلول های خودكار و کاربرد آن در مدلسازی شهری و مطالعات منطقه ای و کاربری زمین

سلول های خودكار و کاربرد آن در مدلسازی شهری و مطالعات منطقه ای و کاربری زمین

 

سلول هاي خودكار مفهوم جديدي نيست. اولين بار در سال 1940 توسطVon Neumann و Ulam در زمينه ي علوم كامپيوتر و هوش مصنوعي معرفي شد. بعد از آن Conway از سلول هاي خودكار استفاده كرد و تئوري بازي حيات را به منظور به كارگيري در هوش مصنوعي(ربات ها) ارائه كرد. سلول¬های خودکار در آن زمان با استقبال مواجه نشد، اما از آن زمان سلول هاي خودكار در علوم مختلف شامل فيزيكي، رياضي، علوم طبيعي و GIS مورد استفاده قرار گرفت.

اجزاء آن

سلول هاي خودكار از پنج جزء به شرح زير تشكيل شده است:
 فضاي سلولي(Cell space): فضاي سلولي از مجموعه اي از سلول ها تشكيل شده است. در تئوري، سلول ها مي توانند هر شكل هندسي داشته باشند، اما تاكنون بيشتر از مربع استفاده شده است، تا بيشترين شباهت را با محيط رستري GIS داشته باشد.
 وضعيت سلول(Cell State): وضعيت سلول ارائه كننده ي وضعيت هاي مختلف آن سلول است. به عنوان مثال كاربري هاي مختلف اراضي.
 گام هاي زماني(Time Step): سلول هاي خودكار در توالي زمان تكامل مي يابند. در هر گام، سلول ها براساس قوانين انتقال شبكه به روز مي شوند.
 قوانين انتقال(Transition Rules): قوانين انتقال بخش اصلي سلول هاي خودكار هستند كه تكامل و پوپايي سلول¬هاي خودكار را در گام¬هاي زماني هدايت مي كنند. براساس قوانين انتقال، وضعيت پيشين سلول و شرايط همسايه هاي آن سلول، وضعيت آن سلول در آينده مشخص مي شود(Singh, 2003).
 همسايه ها(Neighborhoods): هر سلول خودكار در يك فضاي دو بعدي سلولی مي تواند تعدادی سلول كه دقيقا كنار آن قرار گرفته است، همسايه داشته باشد. در فضاي دو بعدي دو شكل همسايه براي سلول وجود دارد :
1) همسايه ي شكل Von Neumann، كه دقيقا چهار سلول كنار سلول مورد نظر را به عنوان همسايه در نظر مي گيرد.
2) همسايه ي شكل Moore، که در آن هشت سلول را به عنوان همسايه در نظر مي گيرد. تصوير 2-14 نشان دهنده ي دو نوع همسايه در سلول هاي خودكار است(Torrens, 2001).

سلول های خودکار

سلول های خودکار و مدلسازی شهری

کارهای اولیه

نخستین بار سلول های خودکار توسط اولام و فون نیومن[1] در سال 1940 برای مطالعه رفتار سیستم های پیچیده مطرح شد. جامع ترین تعریف از سلول های خودکار آن را به عنوان یک سیستم دینامیک گسسته در فضا و زمان معرفی می نماید که در یک شبکه یکنواخت و بر اساس یک سری از قوانین انتقال از پیش تعریف شده کنترل می شود . مدلسازی با سلول های خودکار شامل سلول ها یا پیکسل ها ، وضعیت سلول ها ( مانند کلاس های مختلف کاربری) ، همسایگی ها و قوانین انتقال می باشد . در این مدل فضا به واحدهای فضایی با اشکال منظم یا غیر منظم (سلول ) و زمان به دوره های ناپیوسته تقسیم می شود . هر یک از سلول ها دارای یک وضعیت ( از بین چند وضعیت ممکن ) است که بسته به وضعیت خود سلول و وضعیت سلول های همسایگی بلا فصل آن ، بر اساس قوانین انتقال به روز می شود . سلول های خودکار به واسطه روابط متقابل بین پیکسل ها در سطح واحد همسایگی الگوی شهری سراسری را ارائه می نماید(Alkheder, 2006) .

مدل سازی شهری در فضای سلولی

مدل سازی شهری در فضای سلولی ، ابتدا توسط توبلر (1979) در دهه 1970 ، با تعریفی که از جغرافیای سلولی ارائه داده است ، وارد مطالعات شهری شده است . مهمترین تلاش های که در این برهه انجام شده بود ، مطالعاتی پراکنده بود و استفاده از مدل سلول های خودکار اخیرا به عنوان یک زمینه تحقیقی جداگانه مطرح شده است . این تلاش های نخستین  بر جنبه های خاصی از فرایند های شهری تمرکز نموده اند . بطور عمده اولین مدل های سلول خودکار بکار برده شده در مطالعات شهری بر اساس رویکردهای روش شناختی بسیار ساده بنیان نهاده شده بودند. در میان این مدل ها ، مدل هیلر و هانسن (1984) برای تشریح فرم ساخت روستاهای فرانسوی و استفاده از محدودیت های همچون پیوستگی همسایگی یا قوانین بولین (Couclelis, 1985) برای توابع انتقال بکار برده شده بودند.

اولین کاربرد سلول های خودکار در مطالعات منطقه ای و کاربری زمین

اولین کاربرد آن در مطالعات منطقه ای و کاربری زمین در اوایل دهه 1990 توسط وایت و دیگران[2] انجام شد (Clarke et al,1997) . با وجود اینکه در مدل وایت برخی از خصوصیات مهم نظیر خود تغییری[3] و وجود الگوریتمی روشن در کالیبره کردن مدل مبهم و نامشخص بود، اما این مدل شامل بیشتر اجزاء مدل سلول های خودکار بود . یک دسته از قوانین انتقال پس از قرارگیری فضای منطقه مطالعاتی در قالب شبکه بندی مربع و آماده کردن  وضعیت های اولیه ، تعریف شده بود. مدل وایت برای یک شبکه 500 متری راه اندازی شد که پس از آن برای شبیه سازی رشد شهر سینسیناتی ایالت اوهایو و با استفاده از یک شبکه 250 متری با دقت بالاتر تصحیح شد. جنبه های جغرافیای طبیعی در مدل سازی شهری با سلول های خودکار تا قبل از تلاش های بثی و همکارانش[4]  در این زمینه همچنان در جایگاه واقعی خود قرار نداشت(Clarke et al, 1997).

از سوی دیگر یک مدل سلول خودکار diffusion-limited aggregation مبنا (DLA) برای شبیه سازی رشد نواحی ساخته شده شهری بکار برده شد (Batty and Longley, 1994) . سپس یک تیپ کلی  از  سلول های خودکار که در مبانی علوم زیست شناسی و محاسبات ظهور کرده بود توسعه یافت (Batty and Xie, 1994a;1994b) . مدل DUEM (Dynamic Urban Evolutionary Model) بثی و لی برای مدل کردن تغییرات کاربری های متفاوت با استفاده از سلول های خودکار و از طریق تعریف قوانین انتقال ، جهت کنترل تغییرات کاربری  طراحی شده بود . یکی از اشکالات اساسی در مدل آنها ناتوانی در دستکاری کردن و وارد کردن فاکتور های جمعیتی ، مکان یابی سایت و فاکتورهای مناسب حمل و نقل بود. بنابراین ، یک نسخه جدیدتر از مدل به نام IDUEM[5]  توسعه پیدا کرد و سپس جهت فائق آمدن به این مشکلات نقش عواملی همچون مقدار تقاضا و میزان عرضه زمین های مناسب برای استفاده مسکونی در مدل سازی شهری دخیل داده شد. مدلسازی شهری با سلول های خودکار توسط بثی و ژای (1994a;1994b) برای مدل کردن رشد شهری کاردیف کشور ولز و ساوانا در کشور گرجستان بکار برده شد.

سلول های خودکار جهت اصلاح و انطباق با  محدودیت های جغرافیای و فرایند توسعه آن

از زمانی که سلول های خودکار برای اصلاح و انطباق با  محدودیت های جغرافیای پیشنهاد شده اند تحولات بسیاری در جهت توسعه سیستم های آنها به وجود آمده است  . یک فضای سلولی به این صورت تعریف شد که هر پیکسل آن دارای یک سری خصوصیات ذاتی برای نمایش ویژگی های فیزیکی ، محیطی ، اجتماعی ، اقتصادی و یا مشخصات نهادی می باشد . این پیشرفت ها با افزایش پیچیدگی در مدل ها مصادف شد (Couclelis, 1997; White and Engelen, 1997) . چنین تغییر و اصلاحاتی در قابلیت های فضایی سلول های خودکار به این مدل ها امکان تلفیق با GIS را داده است . پیشرفت های جاری در ابزار GIS انگیزه ای برای تلفیق سلول های خودکار در قالب  GIS به عنوان موتور شبیه سازی در مدل کردن فرایند های پیچیده شهری شده است . تلفیق مدل شهری سلول های خودکار با GIS برای اولین بار توسط بثی و دیگران (1999) در شبیه سازی رشد شهری معرفی شد . مدل سلول های خودکار در مقایسه با مدل های شهری وابسته به علوم ریاضیاتی ، کارایی بهتری در شبیه سازی رشد شهری دارند(Batty and Xie, 1994a) . به وجود آمدن نقش سلول های خودکار در مدلسازی شهری از قابلیت مدل و تجسم کردن فرایند های فضایی با ماهیت پیچیده نشات می گیرد (Takeyama and Couclis, 1997) . با توجه به این واقعیت که رشد شهری دارای ماهیت کاملا محلی است ، سلول های خودکار را به عنوان یک انتخاب برتر مطرح ساخته است (Clarke and Gaydos,1998). فرایند توسعه مدل سلول های خودکار  : تعریف قوانین ، کالیبره کردن جهت تطبیق با داده های گذشته و پیش بینی آینده با قوانین کالیبره شده را در بر می  گیرد (Clarke et al, 1997). یک مکانیسم فید بک( پس خورد) برای تعدیل قوانین نیاز است تا چنانچه سلول های خودکار رشد یا تغییر پیدا کرد قوانین نیز تغییر یابند (Clarke et al, 1997) .

[1] . Ulam and von Neumann

[2] . White and Engelen, 1992a;1992b

[3] . self-modifying

[4] . Batty and Xie, 1994a;1994b

[5] . Integrated Dynamic Urban Evolutionary Modeling

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

توسط
تومان

تماس با ما

شماره تماس

برگشت به منوی تماس ها

اتصال به واتساپ

برگشت به منوی تماس ها

اتصال به تلگرام

برگشت به منوی تماس ها

برگشت به منوی تماس ها

برگشت به منوی تماس ها

برگشت به منوی تماس ها