توسعه ca با استفاده از تئوری فازی برای مدلسازی پروسه های مکانی

مدلسازی پروسه های مکانی همواره یکی از مسائل مهم و بحث برانگیز در علوم مختلف بوده است. تاکنون، تحقیقات بسیار زیادی در این زمینه صورت پذیرفته و مدلهای متفاوتی گسترش یافته اند. در این میان مدلهای geosimulation به دلیل ساختار پایین به بالا و توانایی مدلسازی تغییرات کلی بر اساس بررسی تعامل بین اجزای کوچک سیستم، مورد توجه بیشتری واقع شده است. در این میان اتوماتای سلولی یکی از قدرتمندترین و در عین حال پرکاربردترین مدل در زمینه های مختلفی نظیر تغییرات پوشش زمین و کاربری اراضی، توسعه شهری، انتشار آتش، بخشهای رقیب و جریان ترافیک می باشد. اتوماتای سلولی (ca)، سیستمی دینامیک و متشکل از مولفه هایی در مقیاس محلی و در تعامل با یکدیگر بوده که به واسطه تخصیص قوانین محلی، قابلیت مدلسازی وقایع پیچیده را دارد. خصوصیات بیان شده توانمندی اتوماتای سلولی در مدلسازی وقایع پیچیده مکانی را بیان می کنند. با وجود قابلیت های فراوان ca در مدلسازی پروسه های پیچیده مکانی خصوصا پروسه توسعه شهری، محدودیت های آن موجب ظهور نسل جدیدی از مدل های ca بواسطه تلفیق مولفه های اصلی آن با روش های دیگر شده است. بنا به تعریف، یکی از اجزای بسیار مهم ca، قوانین انتقال بوده که چگونگی تعریف و بیان این فاکتور تاثیر بسیار زیادی بر ساختار مدل و خروجی های آن خواهد داشت. بیان قوانین انتقال در مدل های اتوماتای سلولی کلاسیک و نیز بسیاری از مدل های توسعه یافته امروزی به صورت جبری و بر پایه روش های ریاضی بوده است. در برخورد با سیستم های پیچیده، شناخت اجزا تشکیل دهنده و روابط میانشان غیر شفاف و همراه با سطوح مختلف ابهام خواهد بود. به همین دلیل، در مدلسازی این گونه سیستم ها بیان روابط میان اجزا در قالب قوانین قطعی نمی تواند نتیجه مطلوب را حاصل نماید. در حالی که بیان فازی قوانین مذکور به دلیل ماهیت غیر قطعی تئوری فازی، به واقعی تر شدن نتایج مدلسازی منجر خواهد شد. از اینرو نظریه فازی به دلیل پشتیبانی از عدم قطعیت و قابلیت توصیف واژگان طبیعی می تواند در بیان قوانین انتقالca مورد استفاده قرار گیرد. این امر موجب افزایش قابلیت مدلسازی پروسه های پیچیده مکانی خواهد شد. هدف اصلی تحقیق حاضر، افزایش قابلیت مدل اتوماتای سلولی در مدلسازی پروسه های پیچیده مکانی، از طریق بیان فازی قوانین انتقال بوده است. در این راستا، مدلسازی پروسه های پیچیده مکانی بوسیله مدل اتوماتای سلولی توسعه یافته با تئوری فازی بر پایه کنترل منطق فازی انجام شده که بر این اساس مدل اتوماتی سلولی فازی fca ارائه شده است. مدل ارائه شده روشی کلی جهت شبیه سازی و نیز پیش بینی تمامی پروسه های مکانی می باشد. واسنجش مدل به صورت غیر اتوماتیک و بر پایه روش پیش بینی بازنگرانه انجام شده است. در این مرحله، امکان بررسی نتایج شبیه سازی شده با واقعیت بر اساس بررسی ضریب کاپا و در نهایت انتخاب عناصر بهینه مدل فراهم شده است. پس از این مرحله، امکان پیش بینی روند مورد مطالعه و نیز بررسی تاثیر سناریوهای مختلف بر روند آتی پروسه فراهم آمده است. به صورت عملی، مدل مذکور جهت شبیه سازی پروسه توسعه شهری اصفهان در طول سال های 1990، 2001 و 2009 مورد استفاده قرار گرفته است. این شبیه سازی امکان ارزیابی مدل را از طریق داده های واقعی فراهم کرده است. شبیه سازی پروسه توسعه شهری اصفهان بر اساس مدل ارائه شده بیانگر توانایی بالای این مدل در برخورد با پروسه های پیچیده مکانی است. دقت کلی 88.5% و ضریب کاپای 76.3% ، مربوط به سال2001 و نیز دقت کلی 88.4% و ضریب کاپای 73.4% ، سال 2009 بیانگر این واقعیت است. همچنین بررسی نتایج شبیه سازی حاصل از مدل واسنجیده شده بر اساس سه همسایگی کوچک، متوسط و بزرگ مقیاس که به ترتیب حاوی 8، 24 و 48 سلول مجاور بوده، بیانگر حساسیت نتایج مدل ca به شکل و اندازه همسایگی است. از این میان همسایگی کوچک مقیاس نتایج بهتری را در بر داشته است.