كاربرد تركيب برنامه‌ريزي خطي و الگوريتم ابتكاري كلوني مورچگان و قابليت‌هاي GIS در به‌گزيني مكاني كاربري اراضي

Application of a Hybrid Linear Programming and Ant Colony Metaheuristic with Aid of GIS to Land Use Allocation

در شرايط روبه‌رشد توسعه، طراحان سرزمين بارها با شرايطي مواجه مي شوند كه براي مكاني خاص، گزينه هاي متفاوت كاربري وجود دارد. اينجاست كه بين برگزيدن يا برنگزيدن كاربري ها تعارض پديد مي‌آيد. تحقيق حاضر، با چنين رويكردي، چگونگي ساماندهي چهار كاربري كشاورزي، جنگل، مرتع و توسعه و اولويت بندي آنها را در منطقه اي در شهرستان گرگان، با هدف كاهش هزينه تخصيص سرزمين به هر كاربري و افزايش تراكم و پيوستگي مناطق اختصاص‌يافته به آنها، به‌منزله معيارهاي شكلي سيماي سرزمين، مورد مداقه قرار داده است. در اين راستا، از قابليت هاي دو مدل دقيق و ابتكاري، شامل مدل برنامه ريزي خطي و الگوريتم كلوني مورچگان، استفاده شده است. براي اجراي مسيله به گزيني كاربري اراضيِ تعريف‌شده در مدل برنامه ريزي خطي كه با توجه به ابعاد مسيله (132 رديف در 127 ستون) و اهداف مورد تحقيق در زمره مسايل سخت قرار دارد، از روش آزادسازي مسيله از قيد صحيح و روش شاخه و كران بهره گرفته شده است. نتايج نشان مي دهد ميزان هزينه تخصيص، تراكم و پيوستگي در همه كاربري ها در استفاده تركيبي از دو مدل بالا، درمقايسه با شرايطي كه فقط يكي از دو مدل به‌كار رود، بهينه تر خواهد بود. نتايج مقايسه اجراي به گزيني در استفاده تركيبي از دو الگوريتم و اجراي آن به‌وسيله الگوريتم شناخته‌شده MOLA در نرم افزار ايدريسي نشان مي دهد كه ضمن آنكه در مدل پيشنهادي امكان تعريف اهداف بيشتر وجود دارد، تفاوت مقادير هزينه، تراكم و پيوستگي در نتايج دو مدل پس از استانداردسازي در بازه صفر تا يك، به‌ترتيب، 0.03، 0.1 و 0.07 است و الگوريتم تركيبي بهينه تر عمل كرده است.

In the fast growing world of today, land use planners frequently face situations in which various uses compete for the same piece of land. Hence, the final result heavily depends on the decision maker’s capabilities to select the best use among different conflicting land uses. Taking this approach, the present study aims at providing the best allocation solution for multiple land uses including agriculture, forest, range and development in Gorgan Township, Golestan Province of Iran with respect to minimizing allocating cost and maximizing compactness and contiguity as shape criteria of landscape metrics. To aim these objectives Linear Programming as an exact method in combination with Ant Colony as metaheuristic algorithm have been used. Since land use planning is NP-Hard problem with respect to its size (132 rows in 127 columns) and the mentioned objectives, LP-Relaxation and Branch & bound method have been used to solve it. Results indicate the superiority of the hybrid model (linear programming in combination with ant colony) to employment of each of the models separately in every objectives including allocating cost, compactness and contiguity. Additionally, comparing the results of proposed hybrid model with the results of MOLA algorithm in IDRISI shows the superiority of hybrid model against MOLA. In hybrid model cost, compactness and contiguity levels after standardization are respectively 0.03, 0.1 and 0.07 better than MOLA. Furthermore, using the proposed approach, it is possible to consider both suitability and landscape metrics or even more objectives. Keywords: Land Evaluation, NP-Hard Problem, Land Use Planning, Linear Programming, Ant Colony.