مدلسازی فضایی زمانی توسعه شهری با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای و الگوریتم های هوشمند : پایان نامه کارشناسی ارشد رشته شهرسازی- برنامه ریزی شهری و منطقه ای

معماری یکی از هنرهای بسیار فاخر ایران زمین میباشد که ریشه در فرهنگ و مدنیت هزاران ساله ما دارد . هنری که امروزه با تلفیق علوم مهندسی به یک رشته بسیار جذاب دانشگاهی در کشورمان تبدیل شده و بدلیل همین ریشه فرهنگی از رشته های بسیار پرطرفدار دانشگاهی میباشد. در ادامه به سری جدیدی از پایان نامه های کارشناسی ارشد رشته معماری میپردازیم . پایان نامه حاضر با عنوان ” مدلسازی فضایی زمانی توسعه شهری با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای و الگوریتم های هوشمند با فرمت قابل ویرایش WORD  به شما دانشجویان و کاربران گرامی معرفی می گردد.

چکیده پایان نامه مدلسازی فضایی زمانی توسعه شهری با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای و الگوریتم های هوشمند :

مدلسازی رشد شهری از طریق اتوماتای سلولی (CA) می تواند به عنوان ابزاری مفید برای تجزیه و تحلیل فرایندهای پیچیده ی تحولات شهری بکار برده شود. هدف این پژوهش مدلسازی و درک الگوهای پیچیده تغییر کاربری با بهرگیری از تکنیک های هوش مصنوعی می باشد. موضوع کلیدی چگونگی تخصیص وزن به پارامترهای موثر در رشد شهری و متعاقبا دستیابی به شبیه سازی ایده آل و نزدیک به واقعیت است. این پژوهش در صدد است نشان دهد که تخصیص وزن با استفاده از الگوریتم شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) می تواند نتایجی بهینه به دست  دهد. در این مدل بر خلاف مدل های کلاسیک CA، تخصیص وزن به پارامترها بصورت خودکار، توسط آموزش شبکه های عصبی، از طریق داده های تصاویر ماهواره ای مربوط به روند رشد تاریخی شهر صورت می گیرد. بر این اساس CA به عنوان موتور اصلی مدل و ANN جهت پیدا کردن وزن مناسب پارامتر ها و پیدا کردن روابط بین رشد شهری بالقوه و ویژگی های سایت مورد نظر و همچنین سیستم های فازی(FUZZY SET) جهت طبقه بندی تصاویر ماهواره ای و اعتبار سنجی داده ها، مورد استفاده قرار گرفته شد. پژوهش حاضر نشان می دهد که با توجه به دقت کلی مدل و ضریب کاپای فازی شده بدست آمده، این مدل نتایج بهتری را نسبت به مدل های CA کلاسیک در شبیه سازی سیستم های شهری پیچیده غیر خطی بدست می دهد.

واژه های کلیدی: مدلسازی، شبکه های عصبی مصنوعی، اتوماتای سلولی، سیستم های فازی، رشد شهری

طرح مسئله و ضرورت تحقيق

جهاني که در آن زندگي مي کنيم، مرتبا در حال تغيير است. عوامل مؤثری در این تغيير و تحولات نقش دارند که آنها را مي توان به طور کلی به دو دسته طبيعي و انساني دسته بندي کرد. اين عوامل ، در مکانها و شرايط مختلف تأثيرات متفاوتي را بر روي پديده ها و عوارض سطح زمين دارند. بر اساس نظریه های موجود ، شهرها سیستم هایی پیچیده، باز ، پویا و خود سازمانده هستند که در فرایند توسعه آنها، بسیاري از نشانه هاي پیچیدگی مانند: ابعاد فرکتال، خودمانندي، خودسازماندهی، ظهور و … وجود دارد( تورنس ،2001 ).

از سوی دیگر مدلهاي فضایی ، ابزارهای مفیدی را  براي درك فرایند توسعه شهري در اختیار برنامه ریزان و تصمیم گیرندگان قرار می دهند ( اوکادا و ژانگ ،2008)  و با ابزار مدل سازي می توان سیستم پیچیده شهري، الگوهاي فضایی  و روندهاي رشد شهري را شبیه سازي کرد و درك بهتري از سیستم شهر به عنوان یک کل، به دست آورد.

در راستای دستیابی به یک مدل بهینه به منظور شبیه سازی گسترش شهری ، در ده های اخیر تکنیک های فراوانی به کار گرفته شده و مورد توجه قرار گرفته اند. یکی از این تکنیک ها استفاده از سلول های خودکار جهت شبیه سازی رشد شهری می باشد .

آنچه مسلم است اینکه در فرایند شبیه سازی ، کالیبره کردن نیاز به پیدا کردن وزن هایی (ارزش ها) از پارامترهای شبیه ساز دارد که بتواند بهترین تناسب با توسعه واقعی را داشته باشد و با وجود گذشت چندین دهه از استفاده از این روش در برنامه ریزی شهری و تلاش پژوهشگران در دستیابی به یک مدل کاربردی جهانی به منظور پیش بینی پیچیدگی های سیستمهای شهری ، هنوز کمبودهای در زمینه کالیبره کردن مدل سلولهای خودکار احساس می شود. اشاره به مطالعات در زمینه  کالیبره کردن در شبیه سازی از طریق سلول های خودکار(CA) از جمله تلاش های وو  و وبستر (1998) با استفاده از ارزیابی چند معیاره (MCE )  و همچنین پروفسور ژی لی (2006) ، استفاده از تحلیل سلسله مراتبی (AHP) برای کالیبره کردن مدل CA  نتایج متفاوتی بدست داده است.

از سوی دیگر با افزايش جمعيت در نقاط شهری در طی سالهاي اخير،  شهرها با گسترش فيزيکي روبرو بوده اند. شهرمهاباد به دليل موقعيت خاص ژئوپلتيک خود از این قاعده مستثنی نیست و در طي سالهاي اخير با رشد سريع جمعيت و بالتبع توسعه فيزيکي بدون برنامه مواجه بوده است.  مطالعه و مدلسازی روند گسترش  این شهر با استفاده از روش CA-ANN  مي تواند راهنماي برنامه ريزان شهري جهت شناسايي روند توسعه و مقايسه آن با برنامه ريزيهاي انجام شده طي طرحهاي جامع شهري و اطلاع از صحت و سقم پيش بيني هاي انجام شده و ياريگر آنان براي ارائه برنامه هاي توسعه شهري و خدمات رساني به شهروندان باشد.

این تحقیق در صدد است که با ارزیابی مدل های بکار گرفته شده و بررسی تئوری های رشد شهری ، مدل منطبق با رشد شهری شهر مهاباد را استخراج نموده و نتایج آن را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد و در پیش بینی گسترش آتی شهر مورد استفاده قرار داده شود.  نتایج حاصل از اين تحقيق با توجه به شناسایی روش بهینه و شبیه سازی گسترش آینده شهر مهاباد مي تواند به منزله ملاکي در زمينه چگونگي برنامه ريزي به عنوان الگويي براي نهادهای دست اندرکار استفاده شده و از آن به عنوان معيار و الگوي اصلاح رويه ها و شيوه هاي اجرايي در زمينه پیش بینی های آتی بکار گرفته شود.

فهرست مطالب پایان نامه مدلسازی فضایی زمانی توسعه شهری

فصل اول: مقدمه

1-1- طرح مسئله و ضرورت تحقيق    3

1-2-اهداف پژوهش    4

1-2-1-اهداف کلان     4

1-2-2-اهداف خرد      4

1-3-سوالات پژوهش   5

1-4-فرضيه تحقيق و مدل تحقيق         5

1-5-روش شناسی تحقیق        5

1-6-روش و ابزار گردآوری اطلاعات 6

1-7-جامعه آماري و تعداد نمونه و روش نمونه گيری (در صورت لزوم)         6

1-8-روش تجزيه و تحليل اطلاعات     6

فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق

2-1-مقدمه      9

2-2-مفهوم  رشد و توسعه شهری        10

2-3-توسعه شهر         11

2-3-1-اهمیت توسعه شهری    12

2-4-رشد شهری         13

2-4-1-رشد شهر و توسعه فیزیکی      13

2-5-مفهوم توسعه کالبدی و اشکال آن   14

2-5-1-عوامل موثر در توسعه کالبدی شهر ها   15

2-6-تصورات نادرست پیرامون توسعه شهری  15

2-7-مدل سازی توسعه شهری  18

2-8-ماهیت مدل ها     18

2-9-مدل ها در فرایند برنامه ریزی     19

2-10-کاربرد مدل در شهرسازی         20

2-11-مدلسازی شهری پویا (دینامیک شهری)   21

2-12-سلول های خودکار و مدلسازی شهری    23

2-13-کارهای اولیه     23

2-14-تحقیقات اخیر در زمینه مدل سازی شهری با سلول های خودکار  25

2-15-کالیبراسیون (زینه بندی ، تنظیم ، درجه بندی ، واسنجی) 28

2-16-شبکه های عصبی        30

2-16-1-شبکه های عصبی ، سلول های خودکار و مدلسازی رشد شهری         30

2-17-سیستم های فازی       33

فصل سوم: تئوری ها و الگوریتم ها

3-1-کلیات      37

3-2-مدلسازی با سلول های خودکار     37

3-2-1-پیش زمینه تاریخی      37

3-2-2- تئوری سلول های خودکار      40

3-2-3-ساختار مدل CA 41

3-2-3-1-شبکه سلولی 41

3-2-3-2-وضعیت سلول        42

3-2-3-3-همسایگی     43

3-2-3-4-زمان 44

3-2-3-5-قوانین انتقال 44

3-2-4-سلول های خودکار یک بعدی    45

3-2-5-سلول های خودکار دو بعدی     48

3-3-شبکه های عصبی          52

3-3-1-پیش زمینه      52

3-3-2-اجزای یک شبکه عصبی        53

3-3-3-اصول شبکه های عصبی مصنوعی     54

3-3-4-شبیه سازی های عصبی          60

3-3-5-مؤلفه های دخیل در یک شبیه سازی عصبی     60

3-3-5-1-فرمولاسیون مسئله    60

3-3-5-2-جمع آوری اطلاعات و وارد نمودن آنها به شبکه      62

3-3-5-3-اعتبار سنجی در شبکه        62

3-3-5-4-آنالیز حساسیت در شبکه      63

3-3-5-5-توپولوژی شبکه      64

3-3-5-6-پایش نمودن علایم    64

3-3-5-7-انجام شبیه سازی     64

3-3-5-8-تعیین ماتریکس همبستگی    65

3-3-5-9-تقسیم نمودن داده ها  65

3-3-5-10-نرمال سازی         65

3-3-5-11-معماری شبکه       66

3-3-5-12-آنالیز های شبکه های عصبی و تابع هزینه 66

3-3-5-13-سنجش کارایی شبکه         67

3-3-5-15-میانگین مربعات خطا        67

3-3-5-16میانگین مربعات نرمال شده ی خطا  68

3-3-5-17-درصد خطا 68

3-3-6-آموزش شبکه های عصبی مصنوعی    68

3-3-7-آموزش از دیدگاه کلی   69

3-3-8-داده های ورودی         70

3-3-8-1-اندازه ی شبکه        71

3-3-8-2-پایان آموزش 71

3-3-8-3-روش های آموزش   72

3-3-8-1-1-الگوریتم های یادگیری نظارت شده یا با ناظر       72

3-3-8-1-2-الگوریتم های یادگیری نظارت نشده یا بدون ناظر 73

3-3-8-1-3-الگوریتم پس انتشار خطا 74

3-4-سیستم های فازی  76

3-5-چرا از منطق فازي استفاده مي كنيم؟        77

3-6-عناصر سيستم فازي        77

3-6-1-مجموعه هاي فازي      78

3-6-1-1-مجموعه فازی منفرد 81

3-6-1-2-عملگر هاي فازي     82

3-6-1-3-قواعد فازي  84

3-6-1-4- به كار گيري قوانين فازي    85

3-6-1-5-استدلال فازي          86

3-6-1-6-روش مستقيم 86

3-6-1-7-روش ممداني 87

3-6-1-8-روش Sugeno         88

3-6-1-9-غير فازي سازي (Defuzzification)  88

3-6-1-10-مركز ثقل   89

3-6-1-11-ميانگين مراكز      90

3-6-1-12-يكي از مراكز خروجي ها (Min، Max، Mean)     90

3-7-خوشه بندي فازي (FCM)  90

3-7-1-روش Neuro-fuzzy      92

3-7-2-VGA-FCM       95

3-8-الگوريتم هاي خوشه بندي 96

3-8-1-الگوريتم fuzzy C-means         97

3-9-طبقه بندي تصاوير با منطق فازي 98

3-9-1-روش كار        99

فصل چهارم: مطالعه موردی شهر مهاباد

4-1- مقدمه     101

4-2-بررسي هاي تاريخي       101

4-3- خصوصیات جغرافیایی و اقلیمی  103

4-5-موقعیت جغرافیایی 103

4-6-وضعیت توپوگرافی         104

4-7-گسل       107

4-8- چگونگی توسعه شهر و روند رشد آن در ادوار گذشته      108

4-9-محدودیت و موانع طبیعی و قابلیت توسعه جهات مختلف شهر       112

4-10-نحوه پراکندگی روستاهای و جاذبه جمعیتی        114

4-11-جمعیت و تحولات آن     115

فصل پنجم: داده ها و روش اجرای مدل

5-1-مقدمه      118

5-2-روش اجرای مدل CA_ANN ، داده های و نحوه استخراج پارامترها 118

5-2-1-آموزش شبکه های عصبی مصنوعی    119

5-2-1-1-داده های مربوط به کاربری زمین     120

5-2-1-2-داده های همسایگی و فواصل 129

5-2-1-3-داده های محدودیت (زونینگ)         133

5-2-2-ساختار شبکه و نحوه آموزش آن         136

5-2-3-کالیبره کردن مدل CA از طریق ANN    137

5-3-شبیه سازی رشد  شهری   138

5-4-پیش بینی رشد شهری برای سال 2015   140

5-5-اعتبار سنجی مدل 143

3-6-آزمون فرضیات   147

فصل ششم: نتیجه گیری

6-1-نتیجه گیری        150

6-2- پشنهادات           154

فهرست منابع و مأخذ

منابع فارسی    156

منابع انگلیسی 157

پیوست 163

فهرست جدول ها

جدول 3-1 : مدل های مختلف شبکه عصبی     61

جدول شماره 1-4 . مساحت طبقات ارتفاعی محدوده شهر مهاباد 105

جدول شماره 3-4 . ویژگی های بارز تاریخی مهاباد     109

جدول شماره 4-4. سیر تحول کالبدی- فضایی و الگوی توسعه شهر مهاباد        110

جدول شماره5-4 روند تغییرات میزان شهرنشینی و روستانشینی در استان

آذربایجان غربی و شهرستان مهاباد       116

جدول شماره6-4  : روند تغييرات تعداد جمعيت و متوسط رشد جمعيت استان

آذربايجان غربي و شهرستان مهاباد طي سالهاي 1385-1365 116

جدول شماره7-4: مساحت و تراکم جمعيتي شهرستانهاي استان آذربايجان غربي

سال 1385-1365            116

جدول شماره 1-5 . پارامترهای بکار گرفته شده در مدل 120

جدول شماره2-5 . بخشی از داده های نمونه بکار برده شده در فرایند آموزش    137

جدول شماره3-5 . برخی دیگر از روش های کالیبره کردن سلول های خودکار  144

فهرست شکل ها

شکل شماره 1-2 . تخمین میزان جمعیت شهری تا سال 2030 13

شکل شماره 2-2 . درصد جمعیت شهری بر اساس طبقه بندی جمعیت شهرها    17

شکل شماره 1-3  : فضای سلولی شماتیک با پیکسل های قرمز و آبی   38

شکل شماره 2-3  : حالات پیکسل ها در مشهورترین طرح های همسایگی

سلول های خودکار       39

شکل 3-3 : مثال رایج عام معمولی مشترک از الگوهای سلول خودکار پیچیده    40

شکل 4-3  :  تاثیر مقیاس سلول         42

شکل 5-3  : تاثیر همسایگی بر روی مدل       43

شکل 6-3  : همسایگی دایره ای در سه مقیاس کوچک ، متوسط و بزرگ         44

شکل شماره 7-3 : یک سلول خودکار یک بعدی با N=10  پیکسل و با حالات ممکن a 1 ,….., a10  در زمان معین t          46

شکل 8-3: سلول های خودکار یک بعدی دارای ساختار ابتدایی 48

شکل 9-3 : همسایگی پیکسل شهری واقع شده در موقعیت شبکه ای     50

شکل 10-3 : همسایگی 3×3 مور برای       51

شکل شماره 11-3 : فرایند های آموزش و یادگیری در شبکه های عصبی        55

شکل 12-3: تابع g در شبکه عصبی    56

شکل 13-3 : تابع فعال سازی  56

شکل 14-3 : وزن های بین لایه های پنهان و خروجی  57

شکل 15-3: ورود یک بردار x (  ) به شبکه عصبی    58

شكل 16-3 :  ساختار يك سيستم فازي   77

شكل17-3 :  نمونه اي از مجموعه هاي فازي   78

شكل 18-3 :  تعدادي از مجموعه هاي فازي استاندارد   78

شكل19-3 : شكل توابع عضويت استاندارد      79

شكل 20-3 : تابع عضويت   80

شكل 21-3 :‌تكيه گاه مجموعه A 81

شكل 22-3 : مجموعه فازي منفرد       81

شكل 23-3 : برش  از مجموعه فازي          82

شكل 24-3 : مجموعه فازي غير محدب 82

شكل 25-3 : نحوه به كار گيري عملگر هاي فازي       84

شكل 26-3 : متغير لغوي        85

شکل 27-3: نحوه استخراج نتيجه به صورت فازي      86

شكل 28-3 : نحوه عملكرد سيستم فازي Sugeno 88

شكل 29-3 : پروسه غير فازي سازي نتيجه     89

شكل 30-3 : ميانگين مراكز    90

شكل 31-3: نوروفازي 93

شكل 32-3: سيستم مورد استفاده         94

شکل شماره1-5 . مدل آموزش و شبیه سازی رشد شهری از طریق CA_ANN    119

فهرست نمودارها

نمودار شماره1-4 : روند تحولات جمعیتی شهر مهاباد طی بازه زمانی 1345 تا 1385  116

نمودار شماره1-5 . مساحت کاربریهای مختلف بین سالهای 1989-2000 – 2005      124

نمودار شماره 2-5 . روند رشد سریع کاربری شهری در شهر مهاباد      140

فهرست نقشه ها

نقشه شماره1-4 . موقعیت جغرافیایی شهر مهاباد          104

نقشه شماره2-4 . طبقات ارتفاعی محدوده استحفاظی شهر مهاباد 106

نقشه شماره3-4 . گسل های شهر مهاباد 107

نقشه شماره 4-4 :روند رشد شکل گیری و توسعه شهر مهاباد در گذر    111

نقشه شماره5-4 : نقاط و جاذبه جمعیتی روستاهای محدوده شهر مهاباد   114

نقشه 1-5. ترکیب باندهای بهینه تصاویر ماهواره های TM , ETM+

محدوده ی شهر مهاباد   121

نقشه 2-5 . زمین مرجع نمودن تصاویر ماهواره ای از طریق عکس هوایی

مربوط به شهر مهاباد    122

نقشه شماره3-5 . طبقه بندی تصاویر ماهواره ای شهر مهاباد برای سال 2005  123

نقشه شماره4-5 . طبقه بندی تصاویر ماهواره ای شهر مهاباد برای سال های

1989 و 2000        123

نقشه شماره 5-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال1989     124

نقشه شماره 6-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال2000     125

نقشه شماره 7-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال2005     126

نقشه شماره8-5 . مدل ارتفاعی و شیب محدوده شهر مهاباد       128

نقشه شماره 9-5 . نقشه سلسه مراتب راههای محدوده شهر مهاباد         130

نقشه شماره10-5 . محل استقرار مراکز اشتغال کارگاهی شهر مهاباد     131

نقشه شماره11-5  . پارامتر های منطقه ای بکار گرفته شده در مدل CA_ANN    132

نقشه شماره 12-5 حریم استحفاظی دریاچه سد شهر مهاباد        134

نقشه شماره 13-5 . حریم استحفاظی رودخانه های شهر مهاباد   135

نقشه شماره 14-5 . شبیه سازی و پیش بینی رشد شهری شهر مهاباد     142

نقشه شماره 15-5 . پیش بینی رشد شهری برای سال 2015 شهر مهاباد 143

نقشه شماره 16-5 .  اعتبار سنجی مدل پیشنهادی بر اساس مقایسه شاخص

کاپای فازی شده         146

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.

برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.