ارزيابي تاثير تغيير مقياس در شبيه‌سازي فرآيند توسعه شهري با استفاده از اتوماتاي سلولي پيوسته

Evaluation of Scale Change Effect on Simulating Urban Expansion Using Continuous Cellular Automata

اتوماتای سلولی از روش‌های پركاربرد و رایج در شبیه‌سازی فرآیند توسعه شهری می‌باشد كه در سال‌های اخیر، پیاده‌سازی-های مختلفی بر مبنای این روش‌ها جهت مدل‌سازی نحوه گسترش شهرها صورت گرفته است. مقیاس مدل یكی از مشخصه‌های مهم در مدل‌های توسعه شهری است كه در نتایج خروجی این مدل‌ها در فضاهای رستری موثر می‌باشد. در این تحقیق تاثیر تغییر مقیاس مدل بر نتایج خروجی یك نوع اتوماتای سلولی پیوسته در فضای رستری مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ابتدا به بررسی مبانی پایه و اجزای سازنده مدل پیشنهادی اتوماتای سلولی پرداخته می‌شود و خطاهای مربوط به عدم قطعیت در سلول‌های این مدل مورد بررسی قرار می‌گیرد، سپس به بررسی رفتار مدل پیشنهادی بروی یك شهر واقعی پرداخته می‌شود. منطقه مورد مطالعه شهر اصفهان است كه داده‌های مربوط به پوشش زمین در این منطقه با كمك روش‌های طبقه‌بندی بانظارت از تصاویر ماهواره‌ای استخراج شده است. آزمایش تغییر مقیاس مدل اتوماتای سلولی پیوسته براساس دو استراتژی مختلف پیاده‌سازی شده است در استراتژی اول ضریب افزایش سطح سلول در مقیاس‌های مختلف یكسان در نظر گرفته شده و در استراتژی دوم مقدار آن بر حسب مقیاس مدل تغییر می‌كند. برآورد دقت مدل در هر مقیاس تولید شده از داده‌های مربوط به پوشش زمین بر‌اساس شاخص مجذور میانگین مربعات خطاها صورت گرفته است. در استراتژی اول در گام اجرایی با ابعاد سلولی 68.5 متر بهترین شبیه‌سازی بر اساس این شاخص رخ داده است و بیشترین میزان انحراف كران بالا از پایین بر اساس مجذور میانگین مربعات خطاها برابر با 0.0035 متر بوده است، اما در استراتژی دوم بهترین نتیجه در گام اجرایی با ابعاد سلولی 63.5 متر و بیشترین میزان انحراف كران بالا از پایین برابر با 0.1055 متر بوده است.

Cellular Automata are common approach to simulate urban expansion and different implementations based on them have done for modeling urban growth in recent years. Scale of model is one of the important properties that are effective on the results of these models in urban expansion area. In this study, the effect of changing scale was considered based on results of modified continuous cellular automata. At the first step, fundamentals and basic components of proposed model were represented and uncertain effects of changing scale in cells were demonstrated. Furthermore, the proposed model was implemented on a real city. The study area is the Isfahan city and land cover data for modeling of this area were derived from satellite images using supervised classification methods. Scale change experiments were done based on two different strategies in this study. In the first strategy the growing factor of cells was constant in experiment but the value of this factor was changed according to cell size during the next experiment. The estimations of error were done by the Root Mean Square error. In the first strategy, the best simulation results were given at phase with the cell size of 68.5 meters and the maximum deviation between the upper and lower error based on this index was 0.0035 meters. In the later strategy, the best simulation results were given at phase with the cell size of 63.5 meters and the maximum deviation between the upper and lower error was 0.1055 meters.