2-13-کارهای اولیه 23
2-14-تحقیقات اخیر در زمینه مدل سازی شهری با سلول های خودکار25
2-15-کالیبراسیون (زینه بندی ، تنظیم ، درجه بندی ، واسنجی)28
2-16-شبکه های عصبی30
2-16-1-شبکه های عصبی ، سلول های خودکار و مدلسازی رشد شهری30
2-17-سیستم های فازی33
فصل سوم: تئوری ها و الگوریتم ها
3-1-کلیات37
3-2-مدلسازی با سلول های خودکار37
3-2-1-پیش زمینه تاریخی37
3-2-2- تئوری سلول های خودکار40
3-2-3-ساختار مدل CA41
3-2-3-1-شبکه سلولی41
3-2-3-2-وضعیت سلول42
3-2-3-3-همسایگی 43
3-2-3-4-زمان44
3-2-3-5-قوانین انتقال44
3-2-4-سلول های خودکار یک بعدی45
3-2-5-سلول های خودکار دو بعدی48
3-3-شبکه های عصبی 52
3-3-1-پیش زمینه 52
3-3-2-اجزای یک شبکه عصبی53
3-3-3-اصول شبکه های عصبی مصنوعی54
3-3-4-شبیه سازی های عصبی60
عنوان صفحه
3-3-5-مؤلفه های دخیل در یک شبیه سازی عصبی60
3-3-5-1-فرمولاسیون مسئله60
3-3-5-2-جمع آوری اطلاعات و وارد نمودن آنها به شبکه62
3-3-5-3-اعتبار سنجی در شبکه 62
3-3-5-4-آنالیز حساسیت در شبکه63
3-3-5-5-توپولوژی شبکه64
3-3-5-6-پایش نمودن علایم64
3-3-5-7-انجام شبیه سازی64
3-3-5-8-تعیین ماتریکس همبستگی 65
3-3-5-9-تقسیم نمودن داده ها65
3-3-5-10-نرمال سازی65
3-3-5-11-معماری شبکه 66
3-3-5-12-آنالیز های شبکه های عصبی و تابع هزینه66
3-3-5-13-سنجش کارایی شبکه 67
3-3-5-15-میانگین مربعات خطا67
3-3-5-16میانگین مربعات نرمال شده ی خطا68
3-3-5-17-درصد خطا68
3-3-6-آموزش شبکه های عصبی مصنوعی68
3-3-7-آموزش از دیدگاه کلی69
3-3-8-داده های ورودی70
3-3-8-1-اندازه ی شبکه71
3-3-8-2-پایان آموزش71
3-3-8-3-روش های آموزش72
3-3-8-1-1-الگوریتم های یادگیری نظارت شده یا با ناظر72
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 فازی76
3-5-چرا از منطق فازی استفاده می کنیم؟77
3-6-عناصر سیستم فازی77
3-6-1-مجموعه های فازی78
عنوان صفحه
3-6-1-1-مجموعه فازی منفرد81
3-6-1-2-عملگر های فازی82
3-6-1-3-قواعد فازی84
3-6-1-4- به کار گیری قوانین فازی85
3-6-1-5-استدلال فازی86
3-6-1-6-روش مستقیم86
3-6-1-7-روش ممدانی87
3-6-1-8-روش Sugeno88
3-6-1-9-غیر فازی سازی (Defuzzification)88
3-6-1-10-مرکز ثقل89
3-6-1-11-میانگین مراکز90
3-6-1-12-یکی از مراکز خروجی ها (Min، Max، Mean)90
3-7-خوشه بندی فازی (FCM)90
3-7-1-روش Neuro-fuzzy 92
3-7-2-VGA-FCM95
3-8-الگوریتم های خوشه بندی96
3-8-1-الگوریتم fuzzy C-means97
3-9-طبقه بندی تصاویر با منطق فازی98
3-9-1-روش کار99
فصل چهارم: مطالعه موردی شهر مهاباد
4-1- مقدمه101
4-2-بررسی های تاریخی 101
4-3- خصوصیات جغرافیایی و اقلیمی103
4-5-موقعیت جغرافیایی103
4-6-وضعیت توپوگرافی104
4-7-گسل107
4-8- چگونگی توسعه شهر و روند رشد آن در ادوار گذشته108
4-9-محدودیت و موانع طبیعی و قابلیت توسعه جهات مختلف شهر112
عنوان صفحه
4-10-نحوه پراکندگی روستاهای و جاذبه جمعیتی114
4-11-جمعیت و تحولات آن115
فصل پنجم: داده ها و روش اجرای مدل
5-1-مقدمه118
5-2-روش اجرای مدل CA_ANN ، داده های و نحوه استخراج پارامترها118
5-2-1-آموزش شبکه های عصبی مصنوعی119
5-2-1-1-داده های مربوط به کاربری زمین120
5-2-1-2-داده های همسایگی و فواصل129
5-2-1-3-داده های محدودیت (زونینگ)133
5-2-2-ساختار شبکه و نحوه آموزش آن136
5-2-3-کالیبره کردن مدل CA از طریق ANN137
5-3-شبیه سازی رشد شهری138
5-4-پیش بینی رشد شهری برای سال 2015140
5-5-اعتبار سنجی مدل143
3-6-آزمون فرضیات147
فصل ششم: نتیجه گیری
6-1-نتیجه گیری150
6-2- پشنهادات 154
فهرست منابع و مأخذ
منابع فارسی156
منابع انگلیسی 157
پیوست 163
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول 3-1 : مدل های مختلف شبکه عصبی61
جدول شماره 1-4 . مساحت طبقات ارتفاعی محدوده شهر مهاباد105
جدول شماره 3-4 . ویژگی های بارز تاریخی مهاباد109
جدول شماره 4-4. سیر تحول کالبدی- فضایی و الگوی توسعه شهر مهاباد110
جدول شماره5-4 روند تغییرات میزان شهرنشینی و روستانشینی در استان
آذربایجان غربی و شهرستان مهاباد116
جدول شماره6-4 : روند تغییرات تعداد جمعیت و متوسط رشد جمعیت استان
آذربایجان غربی و شهرستان مهاباد طی سالهای 1385-1365116
جدول شماره7-4: مساحت و تراکم جمعیتی شهرستانهای استان آذربایجان غربی
سال 1385-1365116
جدول شماره 1-5 . پارامترهای بکار گرفته شده در مدل120
جدول شماره2-5 . بخشی از داده های نمونه بکار برده شده در فرایند آموزش137
جدول شماره3-5 . برخی دیگر از روش های کالیبره کردن سلول های خودکار144
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
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 آبی38
شکل شماره 2-3 : حالات پیکسل ها در مشهورترین طرح های همسایگی
سلول های خودکار39
شکل 3-3 : مثال رایج عام معمولی مشترک از الگوهای سلول خودکار پیچیده40
شکل 4-3 : تاثیر مقیاس سلول42
شکل 5-3 : تاثیر همسایگی بر روی مدل43
شکل 6-3 : همسایگی دایره ای در سه مقیاس کوچک ، متوسط و بزرگ44
شکل شماره 7-3 : یک سلول خودکار یک بعدی با N=10 پیکسل و با حالات ممکن a 1 ,….., a10 در زمان معین t46
شکل 8-3: سلول های خودکار یک بعدی دارای ساختار ابتدایی48
شکل 9-3 : همسایگی پیکسل شهری واقع شده در موقعیت شبکه ای50
شکل 10-3 : همسایگی 3×3 مور برای ?51
شکل شماره 11-3 : فرایند های آموزش و یادگیری در شبکه های عصبی55
شکل 12-3: تابع g در شبکه عصبی56
شکل 13-3 : تابع فعال سازی56
شکل 14-3 : وزن های بین لایه های پنهان و خروجی57
شکل 15-3: ورود یک بردار x (x_1,x_2 ?,x?_3,x_4,x_5 ) به شبکه عصبی58
شکل 16-3 : ساختار یک سیستم فازی77
شکل17-3 : نمونه ای از مجموعه های فازی78
شکل 18-3 : تعدادی از مجموعه های فازی استاندارد78
شکل19-3 : شکل توابع عضویت استاندارد79
عنوان صفحه
شکل 20-3 : تابع عضویت 80
شکل 21-3 :‌تکیه گاه مجموعه A81
شکل 22-3 : مجموعه فازی منفرد81
شکل 23-3 : برش از مجموعه فازی82
شکل 24-3 : مجموعه فازی غیر محدب82
شکل 25-3 : نحوه به کار گیری عملگر های فازی84
شکل 26-3 : متغیر لغوی85
شکل 27-3: نحوه استخراج نتیجه به صورت فازی86
شکل 28-3 : نحوه عملکرد سیستم فازی Sugeno88
شکل 29-3 : پروسه غیر فازی سازی نتیجه89
شکل 30-3 : میانگین مراکز90
شکل 31-3: نوروفازی93
شکل 32-3: سیستم مورد استفاده94
شکل شماره1-5 . مدل آموزش و شبیه سازی رشد شهری از طریق CA_ANN119
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار شماره1-4 : روند تحولات جمعیتی شهر مهاباد طی بازه زمانی 1345 تا 1385116
نمودار شماره1-5 . مساحت کاربریهای مختلف بین سالهای 1989-2000 – 2005124
نمودار شماره 2-5 . روند رشد سریع کاربری شهری در شهر مهاباد140
فهرست نقشه ها
عنوان صفحه
نقشه شماره1-4 . موقعیت جغرافیایی شهر مهاباد104
نقشه شماره2-4 . طبقات ارتفاعی محدوده استحفاظی شهر مهاباد106
نقشه شماره3-4 . گسل های شهر مهاباد107
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 مهاباد114
نقشه 1-5. ترکیب باندهای بهینه تصاویر ماهواره های TM , ETM+
محدوده ی شهر مهاباد121
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 2005123
نقشه شماره4-5 . طبقه بندی تصاویر ماهواره ای شهر مهاباد برای سال های
1989 و 2000123
نقشه شماره 5-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال1989124
نقشه شماره 6-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال2000125
نقشه شماره 7-5. طبقه بندی تصویر ماهواره ای سال2005126
نقشه شماره8-5 . مدل ارتفاعی و شیب محدوده شهر مهاباد128
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 مهاباد134
نقشه شماره 13-5 . حریم استحفاظی رودخانه های شهر مهاباد135
عنوان صفحه
نقشه شماره 14-5 . شبیه سازی و پیش بینی رشد شهری شهر مهاباد142

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

نقشه شماره 15-5 . پیش بینی رشد شهری برای سال 2015 شهر مهاباد143
نقشه شماره 16-5 . اعتبار سنجی مدل پیشنهادی بر اساس مقایسه شاخص
کاپای فازی شده146
فصل اول
مقدمه
گسترش بی رویه اراضی شهری از مهمترین مسائل و معضلات برای مدیران و برنامه ریزان شهرها در سطوح گوناگون است. از آنجاییکه امروزه بررسی روند تغییرات کاربری اراضی به کاربری شهری و شناسایی پارامترهایی که در این تغییرات مؤثر می باشند نقش اساسی در تصمیم گیریها و برنامه ریزی های بلند مدت بازی می کنند، لذا کشف قوانین و روابط مؤثر در تغییر سایر کاربریها شهری و همچنین پیش بینی روند توسعه شهرها در آینده با روشهای دقیق و کارآمد بیش از پیش ضرورت دارد.
از آنجاییکه در منابع علمی داخلی از مدلهای پویا در مسائل شهری -بخصوص گسترش شهرها- کمتر استفاده شده است ، بنابراین ارزیابی قابلیت استفاده از این مدل ها در مناطق مختلف می تواند گام مهمی در جهت توسعه آنها باشد. مدلهای سلول های خودکار یا به اختصار (CA) به دلیل داشتن ماهیت دینامیک و همچنین ساختاری ساده در مدل سازی عوارض طبیعی و فیزیکی سطح زمین ، کاربرد نسبتا وسیعی در پیش بینی تغییرات کاربری اراضی و همچنین توسعه اراضی شهری یافته است.
با استفاده از داده های موجود در زمان گذشته و بررسی وضعیت توسعه اراضی در آن زمان می توان پارامترهای تاثیرگذار در رشد اراضی را شناسایی نموده و از آنها برای پیش بینی روند توسعه در آینده استفاده نمود. در واقع محققین مسائل شهر ی با تعریف مدل CA_ANN بر اساس پارامترهای مورد نظر خود و اجرای آن در بستر زمان قادر خواهند بود گسترش فضایی اراضی شهری در آینده را پیش بینی کرده و به درجه نسبتا مطلوبی از انطباق با واقعیت دست یابند.
1-1- طرح مسئله و ضرورت تحقیق
جهانی که در آن زندگی می کنیم، مرتبا در حال تغییر است. عوامل مؤثری در این تغییر و تحولات نقش دارند که آنها را می توان به طور کلی به دو دسته طبیعی و انسانی دسته بندی کرد. این عوامل ، در مکانها و شرایط مختلف تأثیرات متفاوتی را بر روی پدیده ها و عوارض سطح زمین دارند. بر اساس نظریه های موجود ، شهرها سیستم هایی پیچیده، باز ، پویا و خود سازمانده هستند که در فرایند توسعه آنها، بسیاری از نشانه های پیچیدگی مانند: ابعاد فرکتال، خودمانندی، خودسازماندهی، ظهور و … وجود دارد( تورنس1 ،2001 ).
از سوی دیگر مدلهای فضایی ، ابزارهای مفیدی را برای درک فرایند توسعه شهری در اختیار برنامه ریزان و تصمیم گیرندگان قرار می دهند ( اوکادا و ژانگ 2،2008) و با ابزار مدل سازی می توان سیستم پیچیده شهری، الگوهای فضایی و روندهای رشد شهری را شبیه سازی کرد و درک بهتری 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 وو3 و وبستر4 (1998) با استفاده از ارزیابی چند معیاره (MCE ) و همچنین پروفسور ژی لی5 (2006) ، استفاده از تحلیل سلسله مراتبی (AHP) برای کالیبره کردن مدل CA نتایج متفاوتی بدست داده است.
از سوی دیگر با افزایش جمعیت در نقاط شهری در طی سالهای اخیر، شهرها با گسترش فیزیکی روبرو بوده اند. شهرمهاباد به دلیل موقعیت خاص ژئوپلتیک خود از این قاعده مستثنی نیست و در طی سالهای اخیر با رشد سریع جمعیت و بالتبع توسعه فیزیکی بدون برنامه مواجه بوده است. مطالعه و مدلسازی روند گسترش این شهر با استفاده از روش 6CA-ANN می تواند راهنمای برنامه ریزان شهری جهت شناسایی روند توسعه و مقایسه آن با برنامه ریزیهای انجام شده طی طرحهای جامع شهری و اطلاع از صحت و سقم پیش بینی های انجام شده و یاریگر آنان برای ارائه برنامه های توسعه شهری و خدمات رسانی 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 این تحقیق با توجه به شناسایی روش بهینه و شبیه سازی گسترش آینده شهر مهاباد می تواند به منزله ملاکی در زمینه چگونگی برنامه ریزی به عنوان الگویی برای نهادهای دست اندرکار استفاده شده و از آن به عنوان معیار و الگوی اصلاح رویه ها و شیوه های اجرایی در زمینه پیش بینی های آتی بکار گرفته شود.
1-2-اهداف پژوهش
1-2-1-اهداف کلان
ارایه نتایج محاسباتی ، واقعی و معنا دار از تغییرات کاربری زمین
فراهم ساختن پایه های نظری برای مدل سازی این تغییرات
تهیه چارچوب عملیاتی برای حل موقعیت های مختلف مسئله ( برنامه ریزی)
1-2-2-اهداف خرد
شناسایی مدلی بهینه به منظور پیش بینی گسترش شهری با استفاده از رویکردهای موجود.
دست یابی به میزان تاثیر و شناسایی معیارهای موثر در شبیه سازی رشد شهری.
دستیابی به الگوریتمی مناسب جهت کالیبره کردن سلول های خودکار برای شبیه سازی رشد شهری.
هدف عمده دیگری که این تحقیق دنبال می کند فراهم آوردن ابزاری است که قادر باشد با اریه تصویری واقع گرایانه از آینده شهر که بر پایه های مستدل استوار است، یاری دهنده تصمیم سازان و سیاست گذران باشد. در حقیقت با استفاده از این مدل کاربر می تواند با تغییر در مقدار پارامتر های موجود تاثیر آنها را در شکل آینده شهر ملاحظه نموده و تصمیمات اصولی تری اخذ نماید.
1-3-سوالات پژوهش
آیا مدلسازی با استفاده از روش CA-ANN می تواند نتایج واقعی را در فرایند شبیه سازی رشد شهری مهاباد نشان دهد ؟
آیا معیارهای بکار برده شده در فرایند شبیه سازی رشد شهری می توانند رشد شهری مهاباد را به صورت مطلوب شبیه سازی نمایند. ؟
آیا تخصیص وزن از طریق الگو ریتم ANN به معیارهای بکار برده در درجه صحت مدل تاثیری دارد؟
1-4-فرضیه تحقیق و مدل تحقیق
به نظر می رسد مدلسازی با استفاده از روش CA-ANN می تواند نتایج واقعی را در فرایند شبیه سازی رشد شهری مهاباد نشان دهد .
به نظر می رسد معیارهای بکار برده شده در فرایند شبیه سازی رشد شهری می توانند برازش مناسبی از رشد آتی شهر مهاباد به دست دهند.
به نظر می رسد تخصیص وزن از طریق الگوریتم ANN به معیارهای بکار برده شده در مدل CA در بهبود درجه صحت مدل تاثیر چشمگیری نسبت به دیگر الگوریتم های وزندهی دیگر نظیر AHP , FUZZY و … داشته باشد.
به نظر می رسد رویکرد CA-ANN در شبیه سازی رشد شهری مهاباد با درجه انطباق7 بیشتر از 75 % موفق باشد.
1-5-روش شناسی تحقیق
این پژوهش بر اساس اهداف آن ، تحقیقی کاربردی و از لحاظ روش و ماهیت آن در رده تحقیقات تجربی – تحلیلی و اکتشافی قرار می گیرد .
1-6-روش و ابزار گردآوری اطلاعات:
در تحقیق حاضر با توجه به مبانی نظری، اهداف و روشهای تحقیق و اینکه تحقیق از نوع مطالعات کاربردی است ، لذا در مطالعات از شیوه های :
مختلف اسنادی : در قسمت مطالعات اسنادی از کتب و مقالات معتبر خارجی و داخلی استفاده گردیده است.
داده های سنجش از دور : در این قسمت از تصاویر ماهواره ی لندست ، سنجندهای TM,ETM+ و عکس های هوایی محدوده شهر مهاباد استفاده خواهد شد .
مطالعات میدانی: در این پژوهش به منظور بررسی صحت و سقم داده های جمع آوری شده به بررسی های میدانی پرداخته خواهد شد.
1-7-جامعه آماری و تعداد نمونه و روش نمونه گیری (در صورت لزوم):
جامعه آماری این تحقیق شهر مهاباد با جمعیتی حدود دویست هزار نفر که برپایه آخرین سرشماری مرکز آمار ایران در سال ???? خورشیدی، این شهر جمعیتی بالغ بر 201657 نفر داشته است.
مهاباد در ارتفاع ???? تا ???? متری از سطح دریا و با مساحت ???? کیلومتر مربع در موقعیت طول جغرافیایی ?? درجه و ?? دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی ?? درجه و ?? دقیقه شمالی ازاستوا قرار گرفته و با دو بخش، مرکزی و خلیفان دارای ??? روستا دارای سکنه می‌باشد. که دارای سرانه مسکونی 204 نفر در هکتار می باشد.
1-8-روش تجزیه و تحلیل اطلاعات
در این پژوهش ابتدا با بررسی و طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در طی چند دوره زمانی متفاوت با استفاده از روش فازی (FUZZY) روند رشد در طی دهه های مختلف را شناسایی کرده و از طریق روند مذکور شبکه های عصبی آموزش خواهند دید و در فرایند شبیه سازی استفاده خواهند شد. این فرایند با بررسی روند رشد تاریخی شهر مهاباد در دوره های متفاوت زمانی و تئوری های رشد شهری فاکتورهای اصلی تاثیر گذار بر روند رشد انجام می شود. در این میان سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)جهت رقومی کردن این فاکتورها و تحلیل های فضایی پارامترهای بکار گرفته می شود و در ادامه از الگوریتم شبکه های عصبی مصنوعی(ANN) جهت تخصیص وزن مناسب به پارامتر ها مورد نظر استفاده نموده و در نهایت این الگوریتم با سلول های خودکار( CA ) جهت شبیه سازی تغییرات آتی شهر تلفیق خواهد شد. علاوه بر این برای تجزیه و تحلیل داده های مربوط به شبیه سازی و توسعه شهری از نرم افزارهای IDRISI ANDES و GEOSIMULATION بهره گرفته شده است.
فصل دوم
مروری بر ادبیات تحقیق
2-1-مقدمه
به منظور بدست آوردن درک بهتر درباره سیستم های شهری محققان روش های مدلسازی و شبیه سازی را به خدمت می گیرند ، اما به دلیل پیچیدگی های سیستم های شهری روش های مدلسازی کلاسیک کارآمد نیستند. شهرها ترکیب پیچیده ای از عناصری هستند که تاثیرات گوناگون روی فرآیند رشد شهری دارند و ارتباط متقابل این عناصر بسیار پیچیده است (جون فنگ ، 2003). بنابراین ، این پیچیدگی ها استفاده از مدل های کلاسیک را برای مدلسازی مشکل می سازند ، زیرا آنها ایستا ، خطی ، تجمعی ، به هم پیوسته و بر اساس تئوری سیستم های ساده بالا به پایین8 هستند. پس به منظور مدلسازی سیستم های شهری باید روش های جدیدی به خدمت گرفته شود که دینامیک ، غیر خطی ، غیر تجمعی ، گسسته و پائین به بالا9 باشند (همان).
در این فصل سعی بر آن است به مرور ادبیات مدلسازی رشد شهری در قالب مفاهیم رشد و توسعه شهری ، الگوریتم های هوشمند ، شامل سلول های خودکار ، شبکه های عصبی و سیستم های فازی پرداخته و جزئیات تفصیلی پیشرفت های اخیر در زمینه طراحی و کاربرد مدل های رشد شهری و استراتژی های کالیبره کردن آنها را مورد بررسی قرار می دهد.
2-2-مفهوم رشد و توسعه شهری
پدیده توسعه شهری را در یک کشور نباید با رشد شهرنشینی اشتباه گرفت. رشد نقاط شهری به عنوان یک مقوله کمی، خود را به دو صورت، افزایش در اندازه جمعیتی شهرها و گسترش در مقیاس کالبدی آنها نشان می دهد. درحالیکه پدیده توسعه شهری نمایانگر توزیع بهینه دو عامل یکی تعداد شهرها در یک نظام سلسله مراتبی و دیگری امکانات و تسهیلات زندگی و موقعیتهای اشتغال و شکوفایی اقتصادی- اجتماعی در مراکز شهری کشور می باشد که در فرایند توسعه شهری, رشد عددی جمعیت و پاسخگویی به نیازها و خواسته های آنها دو اصل اجتناب ناپذیر قلمداد می گردند(اشکوری, ???? :ص ???(
بنابراین این رشد وگسترش شهری صرفاً فیزیک شهری است یعنی نوعی از تجمع، که فکری برای آموزش، بهداشت و فرهنگ آن نشده است و فاقد زیرساخت است(وزارت مسکن وشهرسازی, برنامه ریزی شهری در پروژه آماده سازی زمین, ???? :ص ?? ) که جنبه های مختلف رشد شهری خود را به سه صورت نشان یا به گفته پیرژرژ وجه صوری شهر است که در ” فضایی یا کالبدی ” می دهد که صورت نخست, شکل این مرحله به بررسی اینکه شهرچگونه مرحله به مرحله در مقر خود رو به گسترش می نهد و چگونه این رشد در سیمای بناها و شکل گیری راههای ارتباطی انعکاس می یابد پرداخته می شود. صورت دوم وجه عملکردی شهر است و آن آگاهی بر این واقعیت است که چگونه توالی نقشها و انطباق آن با الزامات و مقتضیات تاریخی, موجب پدید آمدن وضع کنونی شهر از نظر عملکرد و نقش شهری گردیده است که این دو وجه صوری و عملکردی در پیوند با وجه سومی قرار دارند که عبارتند از وجه جمعیتی آن می باشد. در واقع نقش شهر باعث تثبیت میزانی از جمعیت) یا آستانه ای از جمعیت( می گردد که جمعیت و بلعیده شدن مراکز روستایی ” یا اثرات متقابل این دو بر یکدیگر ” شهر در اثر رشد طبیعی و مهاجرت اطراف شهر تغییر می کند. با این همه رشد شهرها در پی سازگاری خود با فنون و با اشکال جدید اقتصادی پدید نمی آید بلکه همواره یکنوع عقب ماندگی) که مشکل زاست( موجود است. در قلمرو نقش گذشته شهر، باز هم در شکل معیشت ها و سنت هایی که عامل ضعف یا قدرت کنونی است جریان خود را ادامه می دهد (درئو, ???? :ص???)

2-3-توسعه شهر
توسعه شهر فرایندی است متأثر از عوامل اقتصادی, زیست محیطی, اجتماعی, سیاسی و جمعیتی که در طول تاریخ مراحل مختلفی را طی کرده است. می توان سه مرحله مهم تاریخی را از نظر توسعه شهرها مشخص نمود:
?- شهرهای نخستین و باستانی, ?- شهرهای قرون وسطی و رنسانس ?- شهرهای بعد از انقلاب صنعتی, توسعه شهرها در این مقاطع تاریخی در ارتباط با عوامل مختلفی بوده است, چنانکه شهرهای نخستین در رابطه با مازاد تولید, اقتصاد پابرجا, مذهب, شرایط زیست محیطی, توسعه فنون, تخصص درحرفه, قشربندی اجتماعی و افزایش جمعیت, و در مواردی عامل نظامی شکل گرفته و بوجود آمدند. سپس توسعه شهرها همواره تحت تأثیر عوامل مختلف سیاسی, اقتصادی, مذهبی, فرهنگی, طبیعی, نظامی و تکنیکی ادامه یافته است. در طول مراحل مختلف تاریخی توسعه شهر ها, در ارتباط با جوامع مختلف و نقشهای متعدد شهرها به انجام رسیده است, که دراین رابطه می توان شهرهای تجاری, گذرگاهی, دفاعی, نظامی, اداری- سیاسی, مذهبی, تفریحی, استراحتگاهی, استعماری و صنعتی را عنوان نمود( عزیزپور ???? ,ص ??) .
به عبارت دیگر توسعه شهری, بسیج امکانات بالقوه اجتماعی, اقتصادی و کالبدی برای بالا بردن کیفیت محیط زیست شهری و برقراری توازن در کمیت و کیفیت زندگی شهرنشینی است که در این نوع گسترش, آموزش, خدمات, بهداشت, و در مجموع فرهنگ بشری به همراه کیفیت سکونت افزایش می یابد (وزارت مسکن وشهرسازی, برنامه ریزی شهری در پروژه آماده سازی زمین, ???? :ص ??).
در امر شهر و توسعه آن دو نوع نظریه مطرح می گردد؛یکی نظریه های مهاجرتی و دیگری نظریه های رشد و ساخت شهر.از نظریه های مهاجرتی می توان به نظریه ی مطلوبیت مهاجرت و نظریه ی درآمد مورد انتظار مهاجر در مقصد،نظریه ی تحلیل توسعه یافتگی اشاره کرد.این نظریه ها عموماً رشد و توسعه ی شهر را ناشی از افزایش نیروی انسانی در روستا و عدم جواب گویی روستا،بالابودن درآمد شهر نسبت به روستا در بخش های خدمات و صنعت،کنترل مرگ و میر،افزایش مهاجرت و برتری جاذبه های شهری نسبت به روستا می داند. معروفترین نظریه ها در زمینه ی رشد و توسعه ی شهر نظریه ی دوایر متحد المرکز”ارنست برگس” محقق آمریکایی است،ایشان در سال 1955 با بررسی که بر روی شهر شیکاگو و توسعه فضای آن انجام داد نظریه خود را ارائه کرد از آنجا که هر کسی توجه خاصی به تاثیر شرایط آب و هوایی بر توسعه و تکامل شهر داشت گسترش شهر را به صورت دایره ای فرض می کند که وجه بارز آن اعتقاد به این نکته است که در
توسعه ی فیزیکی شهر فرآیند پخشایش کاربری ها اتفاق می افتد و در نتیجه این جریان افراد و گروهها جا به جا می شوند و توسعه ی شهر به صورت شعاعی از مرکز شروع و به یک سری دوایر متحدالمرکز منجر می گردد.
“همر هویت” در سال 1939 نظریه ی توسعه شعاعی شهر را مطرح کرد،به اعتقاد “هویت”،شهر از مرکز اداری و بازرگانی در طول محورهای ارتباطی توسعه می یابد و مناطق سکونت گاهی در جوار بزرگ راه های شهری رودخانه ها و جاده ها گسترش می یابد و شهر در طول این مسیر ارتباطی به صورت قطاعی رشد می کند.

2-3-1-اهمیت توسعه شهری
گزارش اخیر سازمان ملل منتشر شده در سال 2011 در رابطه با افزایش جمعیت (UNFPA State of the World Population Report) بیان می دارد که جهان در آینده به طور غالب شهری خواهد بود. در این گزارش آمده است، در حالی که افزایش جمعیت در کشورهای در حال توسعه به بار آورنده فقر و بیماری بوده است به نظر می رسد که شهر ها محیطی هستند که بهترین راه حل ها را برای غلبه بر این مشکلات ارائه می دهند.
بر اساس نظریه متخصصان صندوق جمعیت سازمان ملل (UNFPA) جهان بشری در طول حیات خود با سه انقلاب بزرگ مواجه بوده است: نخست ابداع کشاورزی در 10000 سال قبل، دوم پدیده صنعتی شدن در قرن نوزدهم و سوم پدیده ای که اکنون با آن مواجه هستیم که همانا پدیده شهر شدن مناطق غیر شهری یا توسعه شهری می باشد.
جمعیت جهان به شدت در حال رشد است به نحوی که سالانه 78 میلیون نفر به آن افزوده می شود و این عدد معادل جمعیت کشور آلمان می باشد. در حال حاضر جمعیت جهان 782000000 نفر می باشد که بر اساس تخمین های انجام شده در سال 2050 ، جمعیت جهان به 2/9 میلیارد نفر خواهد رسید. بر اساس همین تخمین ها در سال 2030 ، حدود 5 میلیارد نفر یعنی معادل 60 درصد مردم جهان در شهرها زندگی خواهند کرد که از این میان 81 درصد در کلان شهر های کشورهای در حال توسعه ساکن خواهند بود. نمودار شماره 1-2 نمایشگر این روند روبه رشد می باشد.
شکل شماره 1-2 . تخمین میزان جمعیت شهری تا سال 2030 (منبع : سازمان ملل 2010)
2-4-رشد شهری
در مقابل, رشد شهری گسترش خودرو و بی رویه شهرکها و مناطق مسکونی و افزایش بی اصول و نابرابر سطوح مختلف شهری است. در واقع این مسئله را می توان از یک سو انبوهی جمعیت و از سوی دیگر ساختمان سازی صرف بدون توجه به احتیاجات مورد نیاز در حال و آینده به عبارتی افزایش کاربری مسکونی و تخصیص حداقل سرانه ها و فضاها به سایر کاربریها دانست و به آن پیش گرفتن رشد بر توسعه یا تقدم مقیاس بر عملکرد و برتری کمیت برکیفیت نام داد (دهاقانی،1373).
2-4-1-رشد شهر و توسعه فیزیکی
توسعه شهری می تواند عبارت باشد از گسترش هماهنگ و متعادل سطح اختصاص داده شده به ساختمانهای مسکونی در یک شهر با سطوح مورد نیاز سایر کاربریها و همچنین تجهیز این سطوح به تاسیسات, امکانات و تجهیزات مورد نیاز در سطحی استاندارد و قابل قبول. بعبارت دیگر در توسعه شهری باید به برابری و تعادل بین کیفیت و کمیت آنچه که احداث می شود ازیک سو و از سوی دیگر به تعداد و اندازه جمعیت شهرنشینی که در این مناطق جای می گیرند, اهمیت داد. توجه به محیط زیست شهری و در نظر گرفتن رفاه و آسایش شهروندان در کنار رعایت اصول زیبایی شهرها از اهداف برنامه ریزی شهری است (دهاقانی، ????) .
2-5-مفهوم توسعه کالبدی و اشکال آن
توسعه کالبدی عبارت است از تحول سیما، ریخت و پیکر فضایی شهر توأم با گسترش فیزیکی شهر در نتیجه رشد جمعیت و توسعه ساخت و سازهای انسانی، اقتصادی، سیاسی یا کاربری اراضی (شبکه حمل و نقل و ارتباطات و فعالیتهای صنعتی و اقتصادی و نیز تأسیسات و تجهیزات زیربنایی شهر از قبیل روند : خطوط آب، برق، گاز، فاضلاب و … است(رهنمایی، 1370 ) و یا به عبارت دیگر توسعه کالبدی متحول جهت پاسخگویی به نیازها و خواسته های شهروندان و دربرگیرنده فضای کالبدی جهت کارکردها و فعالیتهای نوین که در حالت مطلوب و ارگانیک پابه پای تحولات اجتماعی حرکت می کند و ارتباط متقابل فضای کالبدی و تحولات اجتماعی – اقتصادی همواره به گونه ای است که هرگونه کاستی و نقصی که در پدیده به وجود می آید عوارض آن در دیگری منعکس می شود(سلطان زاده، 1367( توسعه کالبدی شهرها به دو صورت ذیل مطرح می باشد : (زنگی آبادی، 41:1371)
توسعه از پیش تدوین شده: که بر روی مقدار مشخصی از زمینهای بایر و براساس برنامه ریزی و طراحی قبلی چه به صورت برنامه ریزی دولتی و چه به صورت ارشادی و با کمک سرمایه گذاری بخش خصوصی طرح خانه سازی، احداث معابر، ایجاد واحدهای خدماتی و رفاهی و غیره متحقق می شود. این زمین معمولاً باید به اندازه کافی بزرگ باشد که بتواند بیش از ده هزار نفر را که حداقل شرایط لازم را برای تشخیص محل سکونت به عنوان شهر است در خود جای می دهد.
توسعه خودبخود و کنترل نشده: در این نوع توسعه به علت افزایش جمعیت به خصوص افزایش شدید جمعیت شهری به دلیل تأثیر عوامل اقتصادی و اجتماعی که مانع رشد شهری در داخل زمینهای موجود شهر و یا رشد عمودی می شوند، زمینهای حاشیه شهر، مورد ساختمان سازی مسکونی قرار می گیرند و به ندرت این توسعه از ناحیه اقشار دارا و برروی زمینهای گران قیمت، صورت می پذیرد. البته در چنین حالتی، ضوابط شهرسازی به مقدار نسبتاً زیادتری رعایت می شود اما اکثر اوقات توسعه نواحی حاشیه ای به صورت توسعه خودرو و فقیرانه است. در این صورت حتی اگر شهر، دارای طرح جامع باشد وقتی فشارهای جمعیتی و فشارهای بازدارنده اجتماعی و اقتصادی درون شهر، زیاد باشند معمولاً توسعه حاشی های خارج از ضابطه و بدون برنامه انجام م یگیرد. از همین روست که طرحهای جامع می یابد اولاً متضمن بیشترین نگرش به واقعیت های موجود و ابزارهای کارآمد مهار آنها باشند و ثانیاً به طرحهای تفضیلی برای همه نواحی شهر برگردانده شوند و ثالثاً راهنمای طرحهای توسعه پیوسته نواحی حاشیه ای باشند. به هر حال همانطور که اشاره شد توسعه بخشهای پیوسته به شهر معمولاً هم از طرحها و برنامه هاو هم از فشارهای خودبخودی موجود مایه می گیرند. یعنی عیلرغم اعمال برنامه ، جهت گیریهای غیره پیش بینی شده در برنامه نیز در جریان توسعه صورت می پذیرد. یک طرح مشخص توسعه محدود اگر بتواند ضمن توجه به ضوابط شهری، همه فشارهای واقعی را بیابد و انعطاف لازم را برای آنها در نظر گیرد می تواند از ریخت و پاشها و نابسامانیهای توسعه حاشیه ای جلوگیری کند.
2-5-1-عوامل موثر در توسعه کالبدی شهر ها
شهرها نیز مانند موجودات زنده از لحاظ کالبد بزرگتر و از لحاظ ساخت پیچیده تر می گردند و به دنبالاین رشد فیزیکی، توسعه اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی آنها نیز بتدریج دگرگون می شود. همواره فضای کالبدی شهر ها تحت تأثیر مکانیزمها و عواملی قرار دارد که در طی زمان با پیشرفتها و تحولات اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی، سیاسی. زیست محیطی و … متحول می گردند و در ضمن این تأثیرات، تغییرات جدیدی نیز بر چهره و منظر کالبدی، فیزیکی یا مورفولوژی آنها تحمیل می گردد. این تغییرات زمینه ای را نیز جهت تحولات عمده در محتوی و ساختارهای اجتماعی – اقتصادی شهرها فراهم می کنند که به دنبال این تغییرات و تحولات است که محتوی کلی شهرها بتدریج دگرگون شده و با گذشت زمان مجموعه این عوامل در قالب رشد و توسعه ناشی از برنامه ریزیهای مستمر در شکل یابی شهرها نقش مهمی را ایفا می نماید (محمدی، ????) که در کل این عوامل را می توان به دو دسته عوامل بیرونی و درونی تقسیم : کرد. عوامل بیرونی شامل عوامل اقتصادی، اجتماعی، محیطی و ژئوپلتیکی است و عوامل درونی شامل نوع نگرش به شهر از دیدگاه سیاسی، جغرافیایی، سیاستها و مدیریتها می باشد.

2-6-تصورات نادرست پیرامون توسعه شهری


پاسخ دهید