پیش‌بینی و شبیه‌سازی الگوی توسعة فضایی - کالبدی شهر چابهار در چشم‌انداز سال 1420 با بهره‌گیری از الگوی سلول‌های خودکار و RS

مقدمه

طرح و بیان مسئلة پژوهش

الگوی گسترش فضایی - کالبدی شهرها در مقیاس جهانی، فرآیندهایی از تغییرات کاربری زمین‌ها را پیش روی شهرنشینان به طور اعم و مدیران، برنامه‌ریزان و مجریان شهری به طور اخص قرار داده‌ است. این موضوع در کنار مداخلة پارامترهای متغیری همچون جمعیت و جریان‌های جمعیتی چون مهاجرت، سیاست‌های کلان شهرسازی دولتمردان و مدیریت ارشد برنامه‌ریزی ساختارهای شهری، بر پیچیدگی‌های مدیریت و کنترل شهری می‌افزاید. در این میان، بهره‌گیری نهاد‌های مدیریت شهری از سازوکارهای سنتی و متداول در ارزشیابی، تطبیق، پیشبینی و برآورد رخدادهای فضایی حاکم بر فضاهای شهری، به‌ویژه در کشورهای جهان سوم، ادارة شهرهای جهان سومی عصر حاضر را بسیار دشوار، ناکارآمد و بی‌آتیه ساخته است؛ بنابراین متخصصان و کارشناسان متعددی در کشورهای مختلف دنیا، به‌ویژه کشورهای توسعه‌یافته، به پژوهش دربارة کاربرد انواع الگوهای آماری - گرافیکی در زمینة فرآیندهای مختلف شهری و ازجمله شبیه‌سازی تغییرات کاربری زمین‌های شهری مبادرت کردند (اصغری زمانی و همکاران، 1389: 2). شهرها، سیستم‌هایی پیچیده، باز، پویا و خودسازمان‌دهنده‌اند. با الگو‌سازی سیستم پیچیدة شهری، الگوهای فضایی و روندهای رشد شهری امکان شبیه‌سازی می‌یابد و درک بهتری از سیستم شهر به عنوان یک کل به دست می‌آید (رضازاده و میراحمدی، 1388: 47). با وجود این، شهرها از نظر بیولوژیک در بهره‌گیری از منابع حیاتی، ازجمله: هوا، آب و غذا، در متابولیسم شهری همچون انگل عمل می‌کنند؛ هرچه شهرها بزرگ‌تر باشند، از پیرامون خود بیشتر طلب می‌کنند و بدین ترتیب خطر تخریب محیط زیست افزایش می‌یابد (بحرینی، 1386: 76).

در چند دهة اخیر به دنبال تحولات اقتصادی، اجتماعی و سیاسی کشور، شهرهای ایران دستخوش تحولات چشمگیری شده‌اند. رشد سریع جمعیت شهری در پی مهاجرت از روستا به شهر، گسترش بی‌رویه و اضافه‌شدن مناطق و محلات جدید به شهرها، گسترش شتابان مشاغل خدماتی و بازرگانی و تحول بافت کالبدی تحت تأثیر شهرهای مدرن و اجرای طرح‌های جدید شهری، ازجملة این تحولات بوده است. شتاب این تحولات در بعضی زمینه‌ها، مدیران و برنامه‌ریزان شهری را غافلگیر و نبود امکان پاسخگویی به نیاز‌های جدید ناشی از این تحولات در بعضی از شهرها، به‌ویژه شهرهای بزرگ، آن را به یک مسئله تبدیل کرده ‌است (زنگنه چکنی، 1381: 5). از سوی دیگر، به علت رعایت‌نکردن اصول هدایت چنین توسعه‌ای، نیاز به تعیین و انتخاب مکان بهینه برای توسعة شهری با رعایت اصول و معیارهای توسعه اجتناب‌ناپذیر است (اولی‌زاده، 1384: 13).

ازجمله مشکلات اصلی و جالب توجه در شهرهای کشورهای در حال توسعه و همچنین شهر چابهار، توسعه و گسترش فیزیکی آنهاست؛ به گونه‌ای که طی این فرآیند مداوم، محدوده‌های فیزیکی شهر و فضای کالبدی آن از جهات مختلف افزایش پیدا می‌کند. اگر این روند سریع و بی‌برنامه باشد، سیمای شهر را با مشکلات فراوانی روبه‌رو خواهد کرد و به ترکیب نامناسبی در فضای شهر منجر خواهد شد (رضویان، 1381: 41).

از آنجا که شهر چابهار، شهری ساحلی است و از دو طرف به دریا محدود می‌شود، طی دو دهة اخیر، همزمان با تأسیس منطقة آزاد تجاری، ادارة بنادر کشتیرانی و پایگاه نظامی با سیل جمعیت روبه‌رو بوده ‌است؛ این امر موجب توسعة فضایی - کالبدی شهر به سمت شرق و شمال شده ‌است؛ بنابراین بررسی همه‌جانبه و شناسایی علل و پیامدهای الگوی توسعة فضایی - کالبدی شهری، به‌ویژه در سال‌های اخیر، همراه با پیش‌بینی و شبیه‌سازی آن با نگرشی علمی به مسائل شهری، از مهم‌ترین اموری است که باید انجام شود.

مفاهیم و مبانی نظری پژوهش

رشد شهری

گسترش بی‌رویة شهرک‌ها و مناطق مسکونی و افزایش بی‌برنامة سطوح مختلف شهری، «رشد شهری» نام دارد. درواقع این مسئله از یک سو انبوهی جمعیت و از سوی دیگر ساختمان‌سازی صرف، بدون توجه به نیازهای حال و آینده و به عبارتی افزایش کاربری مسکونی و تخصیص کمترین سرانه‌ها و فضاها به سایر کاربری‌ها بوده و همچنین پیشی‌گرفتن رشد بر توسعه یا تقدم مقیاس بر عملکرد و برتری کمیت بر کیفیت است (رحمانی‌فرد، 1387: 31).

برنامه‌ریزی و توسعة فضایی

برنامه‌ریزی فضایی، فرآیندی برای بهره‌‌ورسازی و آرایش منطقی، حفظ تعادل، توازن و هماهنگی بین جمعیت و تأسیسات اقتصادی و اجتماعی ایجادشده با آن در فضای (ملی، منطقه‌ای) کشور و جلوگیری از بروز نامتعادلی و بازتاب‌های تخریبی و منفی در فضای سرزمین است؛ به بیان دیگر، هدف برنامه‌ریزی فضایی، توزیع بهینه و سازمان‌یابی انسان و فعالیت‌ها در سراسر سرزمین ملی است (معصومی اشکوری، 1385: 18).

برنامه‌ریزی کالبدی

برنامه‌ریزی کالبدی، فرآیندی برای توسعة فیزیکی یک شهر یا منطقه در قالب یک پیشنهاد به صورت طرح سه‌بعدی است. برنامه‌ریزی کالبدی به ساماندهی بخش‌هایی از شهر، شامل کاربری زمین، مکان‌یابی و طراحی ساختمان‌ها، خیابان‌ها، خدمات حمل‌ونقل، مسیرهای خدماتی و فضاهای باز می‌پردازد. در این نوع برنامه‌ریزی به طور ویژه به بخش‌های طبیعی و انسان‌ساخت شهرها توجه شده و سعی می‌شود ترتیب قرارگیری بخش‌های مصنوع شهر برای ایجاد نوعی نظم، به شکلی کارا و جذاب، ولی بیشتر ایستا ساماندهی شود. علاوه براین، سعی دارد بخش‌های مصنوع را براساس نظریة شکل شهر سازمان دهد که گاهی برگرفته از اشکال هندسی است. در این نوع، تأکید بر برنامه‌ریزی ایجاد تسهیلات و سایر عناصر فیزیکی و ملموس شهر است که سطح رفاه اجتماعی و اقتصادی جامعه و حتی رفتارهای انسانی را بهبود بخشد. داعیة این نوع برنامه‌ریزی، در اولویت قراردادن اهداف و خواسته‌های عامة مردم (در تقابل با خواسته‌های افراد یا گروه خاص) است (دانشنامة مدیریت شهری و روستایی، 1387: 144).

نظریه‌های توسعة فضایی - کالبدی شهر

از مهم‌ترین نظریه‌های رشد و توسعة فضایی - کالبدی شهر، نظریة کوین لینچ، نظریة اقتصاد، رشد پیوندی، رفتار انسانی، نظریة وسایط حمل‌ونقل و خطوط ارتباطی و نظریة ساختارگرایی است که هرکدام از زاویه‌ای، سعی در تحلیل و تبیین چگونگی توسعة فضایی - کالبدی شهرها دارند. در زیر به این نظریه‌ها اشاره شده است.

دیدگاه کوین لینچ و گسترش فیزیکی شهر

لینچ دربارة فرم شهر اشاره می‌کند تا فرصت هست، شهرهای تازة خود را به قسمی بسازیم که سیما و منظره‌ای نمایان داشته باشند؛ یعنی مظاهر آن‌ها روشنی و پیوستگی داشته باشند و به آسانی دیده شوند. برای انجام این امر، ساکنان شهر باید روشی را در پیش گیرند که به عرصة زندگی ایشان فرم‌هایی بخشد؛ فرم‌هایی دیدنی که نظام آن در مراحل گوناگون در زمان و فضا میسر و نشانه و معرف زندگی شهری باشد. با این همه، وظایفی اساسی به شهر مرتبط است که فرم شهر ممکن است معرف آن باشد. خطوط اصلی عبورومرور، قسمت‌های اصلی شهر با استفاده‌های گوناگون (صنعتی، مسکونی، تجاری و ...) و نقاطی که ممکن است کانون اصلی در شهر شوند، همه در فرم آن مؤثر هستند. باید به امیدها و شادی‌های مردم و به احساس اجتماعی‌شان فرصت بروز داد. مهم‌تر از همه، اگر محیطی نظام یابد و سیمای مشخص به دست آورد، ساکنان آن امیدها و امیال خود را با آن پیوند می‌دهند و در این صورت محیط زندگی به معنای واقعی جایی دیدنی می‌شود که مظاهر شناختی نیکو دارد ( لینچ، 1381: 168).

نظریة اقتصادی

براساس نظریة اقتصادی، رشد و توسعة کالبدی شهر، محصول و زادة پروسة اقتصادی است. بر مبنای این دیدگاه عامل اقتصادی، بارزترین و اصلی‌ترین عاملی است که سیما و کالبد شهرها را شکل می‌دهد و چگونگی نحوة رشد آن‌ها را تعیین می‌کند. عده‌ای از پژوهشگران معتقدند نه‌تنها شهرهای اولیه، بلکه شکل‌گیری بسیاری از شهرهای قرون وسطای اروپا را نیز باید در قلمرو تجاری آن‌ها جست‌وجو کرد. در این نظریه، توسعة کشاورزی متأثر از رشد و توسعة شهری است (شکویی، 1385: 143).

رشد فضایی - کالبدی شهرها متأثر از عوامل مختلفی است؛ گاه بستگی به موقعیتی دارد که شهر در آن، در حال گسترش است. شهر چابهار به دلیل موقعیت استراتژیک، به منزلة پیشانی توسعة جنوب شرق کشور شناخته شده ‌است؛ این عامل به همراه تأسیس منطقة آزاد تجاری - صنعتی به توسعة فضایی - کالبدی این شهر انجامیده است؛ به بیان دیگر گسترش شهر ناشی از فعالیت‌های اقتصادی است و هریک از عوامل مؤثر دیگر در توسعة فیزیکی شهر به نوعی نقش‌آفرین هستند.

رشد پیوندی

به دنبال افزایش جمعیت شهری برای پاسخگویی به نیازهای جمعیت اضافی شهر، باید فضای خاصی (زمین‌های ذخیره) را برای تازه‌واردان شهری تدارک دید. در این راستا، نخستین بحث اساسی برای چنگ‌اندازی و تسلط، دروازه‌ها و حصارهای پیرامون شهرها هستند. دستیابی به این فضای بیرونی از حصار شهر آغاز می‌شود و شهر به تدریج از لاک و حصار خود بیرون می‌آید. گاهی شهر گام فراتر می‌نهد و پس از خروج از حصار، زمین‌های سبز و خرم روستاهای نزدیک را در سلطه و نفوذ می‌گیرد؛ زمین‌های پیرامون شهر با کمترین بها، از مالکیت روستاییان خارج شده و پس از برش و منطقه‌بندی، روی زمین‌ها معاملات پرسود انجام می‌شود؛ سپس با ساخت مساکنی، قشری تازه به بدنة شهری پیوند می‌خورد؛ اما این رشد ضرورتاً همانند تنة درخت نیست که در قشریابی خود هماهنگی و توازن خاصی را نشان بدهد؛ چه بسا بر اثر فشارهای جمعیتی و تولیدی، ممکن است شرایطی بر هستة شهر تحمیل شود که پیرو ویژگی‌های توپوگرافیک به گونه‌ای موزون گسترش نیابد؛ بلکه انتقال اضطراری و ناگهانی بخشی از بار سنگین جمعیتی و تولیدی بر زمین‌های تازه در اختیار گرفته‌شده، گرهی بر نوار توسعة شهری می‌زند و از ناهماهنگی گسترش شهر می‌کاهد (فرید، 1375: 160-161).

نظریة رفتار انسانی

نظریة رفتار انسانی، توسعه و گسترش فضایی - کالبدی شهرها را نتیجة رفتار انسانی می‌داند و معتقد است طی پروسة تکاملی، همان‌گونه که انسان تکامل می‌یابد، شهرها هم گسترش و توسعه می‌یابند. شهر به منزلة انسان مادینه‌ای است که متولد و بالغ می‌شود، تولید مثل می‌کند و سرانجام می‌میرد. یکی از بانیان این نظریه معتقد است برای اینکه تصویری حقیقی از چگونگی و توسعة شهرها به دست دهیم، لازم است پروسة تکامل اجتماعی انسان را به دقت مطالعه کنیم و از خطوط عمدة آن‌ها برای تعیین آینده مدد بگیریم؛ آینده‌ای که به صورت برنامه‌ریزی‌های شهری عرضه می‌شود. وی تمرکز و تراکم جوامع و اشکال فضایی ناشی از آن را معلول روابط اجتماعی می‌داند که به نوبة خود، تأثیری محلی بر روابط اجتماعی دارد. مصنوعات مادی، حکم قالب‌هایی را دارند که ریخته‌گری اعمال و کنش‌های ما، ناگزیر درون آن‌ها انجام می‌شود (مختومی، 1392: 22).

نظریة تأثیر وسایط نقلیه و خطوط ارتباطی در توسعة شهرها

براساس این نظریه، عوامل مختلف و متعددی در چگونگی توسعة کالبدی شهرها مؤثرند و سیمای آن‌ها را تعیین می‌کنند؛ ولی وسایط ارتباطی نقش ویژه‌ای را ایفا کرده‌اند و چه بسا در مواقع زیادی تعیین‌کننده بوده‌اند. بر اساس این نظریه، گسترش شبکه‌های حمل‌ونقل پیرامون شهرها با آسان‌کردن رفت‌وآمد و نیز افزایش قیمت زمین‌های مجاور این شبکه‌ها، معمولا گسترش بیرونی شهر را در مسیر این خطوط هدایت می‌کند. گرایش کارخانه‌ها به مکان‌هایی دور از تراکم و استفاده بهتر و آسان‌تر از امکانات حمل‌ونقل، آن‌ها را به مناطق پیرامونی می‌کشاند و این خود توسعة شهر به پیرامون را شتاب می‌بخشد (نجف‌زاده، 1385: 40).

نظریة ساختارگرایی

طرفداران نظریة ساختارگرایی معتقدند در علم جغرافیای شهری، پدیده‌های گوناگون فضای زندگی به طور جداگانه و مستقل از یکدیگر مطالعه نمی‌شوند. درواقع در این مکتب جغرافیایی، پدیده‌های جغرافیایی یا شهری به طور مجزا در کنار هم قرار نمی‌گیرند؛ بلکه هر پدیدة جغرافیایی شهری، جزئی از کل ساختاری است و فقط در درون این ساختار تحلیل می‌شوند؛ زیرا کل ساخت فضای زندگی بر هر پدیدة جغرافیای شهری اثر می‌گذارد یا به عبارت دیگر هر موضوع جغرافیای شهری با توجه به موضوعات و پدیده‌های دیگر و در درون یک ساخت جغرافیایی بررسی می‌شود (شکوئی، 1385: 123).

پرسش‌های پژوهش

1-       کدام‌یک از کاربری‌ها (ساخته‌شده، پوشش گیاهی، پهنة آبی، بایر) بیشترین تغییرات را از سال 1370 تا 1393 نشان می‌دهد؟

2-       توسعة فضایی - کالبدی شهر چابهار در آینده چگونه خواهد بود؟

محدودة پژوهشی

شهرستان چابهار با مساحتی حدود 17155 کیلومتر مربع در منتهی‌الیه جنوب شرقی ایران و استان سیستان و بلوچستان واقع شده است. این شهرستان از جانب شمال به شهرستان‌های ایرانشهر و نیکشهر، از جنوب به دریای عمان، از شرق به پاکستان و از غرب به شهرستان کنارک محدود می‌شود. شهر چابهار با وسعتی بیش از 11 کیلومتر مربع و جمعیتی بیش از 85633 نفر در60 درجه و 37 دقیقه طول شرقی و 25 درجه و 17 دقیقه عرض شمالی قرار دارد (مهندسین مشاور پیراوش معمار، 1390).

شکل- 1: موقعیت جغرافیایی شهر چابهاردر سطح کشور، استان و شهرستان

مواد و روش‌ها

این پژوهش براساس اهداف مدنظر، از نوع کاربردی بوده و در آن بنا بر ماهیت بررسی، از دو روش توصیفی و تحلیلی توأمان استفاده شده ‌است. در انجام پژوهش، بخش توصیفی با مطالعات اسنادی و کتابخانه‌ای به دست آمده است. در بخش تحلیلی تصاویر ماهواره‌ای (RS)، الگو‌های زنجیره‌های مارکوف و اتوماسیون سلولی (CA) و نرم‌افزارهای ENVI4.8، IDRISI و GIS به کار رفته و سپس نتایج به‌دست‌آمده تجزیه و تحلیل شده است.

در این پژوهش با بهره‌گیری از داده‌های سنجش از دور (تصاویر ماهواره‌ای چندزمانه Landsat)، تغییرات کاربری زمین‌های ناحیة شهری چابهار تعیین و ارزیابی شده‌اند. با بهره‌گیری از تصاویر ماهوارة لندست در سال‌های 1370، 1380 و 1393 (1991، 2001 و 2014 میلادی) در نرم‌افزار 4.8Envi ‌برای ترسیم نقشه، در مرحلة نخست تصویر مرکب رنگی از باندهای 2، 4، 7 ساخته شده است؛ زیرا در این ترکیب، کلاس‌ها تا حد زیادی از همدیگر تشخیص‌ داده ‌و با درصد اطمینان بیشتری برای تهیة نمونه‌های آموزشی اقدام می‌شود.

جدول- 1: مشخصات تصاویر ماهوارة لندست

منبع: سازمان زمین‌شناسی ایالات متحدة آمریکا (USGS)

در ادامه برای پی بردن به تغییرات کاربری‌ها در محدودة پژوهشی از نرم‌افزار IDRISI ‌استفاده شده است؛ نقشه‌های به‌دست‌آمده از طبقه‌بندی تصاویر سال‌های مطالعه‌شده با بهره‌گیری از روش جدول متقابل (Crosstab) با یکدیگر مقایسه شده است؛ در این روش، نقشه‌های کاربری تهیه‌شده به صورت دو به دو مقایسه و به صورت ماتریسی ایجاد می‌شود که در آن ردیف‌ها، کاربری سال پایین و ستون‌ها، کاربری سال بالاست. پیش‌بینی و شبیه‌سازی توسعة فضایی - کالبدی شهر با بهره‌گیری از الگوی زنجیره‌های مارکوف و اتوماسیون سلولی (CA) و نرم‌افزار IDRISI انجام شده است.

الگویزنجیره‌های مارکوف (Markov Chain)

الگوی مارکوف را در سال 1907، فردی روسی به نام آندری آندریویچ مارکوف ارائه کرد. زنجیرة مارکوف، روشی برای الگو‌سازی فرآیندهای احتمالی است. مفهوم زنجیرة مارکوف این است که یک زنجیره با مشاهداتی بررسی می‌شود و احتمال تغییر هرکدام از مشاهدات از حالتی به حالت دیگر وجود دارد. زنجیرة مارکوف در پی آن است که احتمال وقوع یک تغییر (مثل کاربری زمین‌ها در زمان T نسبت به وضعیت آن در زمان پیشین 1- T) را نشان دهد (رضایی، 1389: 41). به بیانی دیگر، زنجیرة مارکوف بیان‌کنندة توالی متغیرهای تصادفی مانند X3 ،X2 ، X₁و ... است؛ درواقع اگر مجموعه­ای از حالات را به صورت رابطة زیر:

s₂ , s₃ . . . . s_r},  S={s₁

داشته باشیم، رابطة ذیل چگونگی به دست آمدن P_ijرا نشان می‌دهد:

در معادلة فوق، P_ijⁿ، احتمال رفتن از حالت i را به حالت j پس از n گام نشان می‌دهد.

در این الگو، دو نقشه مربوط به دو دورة زمانی به صورت ماتریسی با یکدیگر مقایسه می‌شوند؛ به طوری که براساس بیشترین احتمال پیش‌بینی می‌شود که هر پیکسل در هر کلاس با چه احتمالی در همان کلاس می‌ماند یا به کلاسی دیگر تبدیل می‌شود (Eastman, 2003).

روش زنجیره‌های مارکوف، تصاویر پهنه‌بندی کاربری زمین‌ها را تحلیل می‌کند و یک خروجی به شکل ماتریس احتمالی تغییرات و یک تصویر خروجی از ماتریس احتمالی تغییرات را برای سال چشم‌انداز ارائه می‌دهد (Ahadnejad and Rabet, 2010). ماتریس احتمال تغییر نشان می‌دهد هر کلاس از کاربری زمین‌های طبقه‌بندی‌شده در آینده به تغییر خواهد یافت. در این روش، ماتریس تغییرات ناحیه نشان می‌دهد تغییر تعداد پیکسل‌هایی از یک کلاس کاربری زمین‌ها به کلاس دیگر در یک دورة مشخص به چه میزان خواهد بود (مجیدی مسکین، 1393: 60).

الگوی سلول‌های خودکار (Cellular Automata)

سلول‌های خودکار، سیستم پویای گسسته‌ای است که از لحاظ فضایی به سلول‌های منظم فضایی تقسیم شده و از لحاظ زمانی، طی مراحل مختلف زمانی دست‌یافتنی است. هر سلولی یک ویژگی از مجموع ویژگی‌های سیستم دارد. ویژگی هر سلولی با توجه به توابع محلی به‌روز می‌شود و تابعی از ویژگی‌های خود سلول و سلول‌های هم‌جوارش در مرحلة زمانی پیشین (Wolfarm, 1984) است. قوانین انتقال به عنوان موتور اصلی تغییرات در الگوی CA، رفتار سلول‌ها را طی فرآیند تکامل در مراحل زمانی مختلف، مشخص و وضعیت آیندة سلول را تعریف می‌کنند. در الگوی CA شهری، قوانین انتقال در ارتباط با فرآیند توسعة فضایی شهر تعریف می‌شوند. فاکتورهای محلی و نظریه‌های توسعة شهری (تناسب فیزیکی، دسترسی حمل‌ونقل و...)، در این‌باره تأثیرگذارند. این قوانین معمولاً با مجموعه‌ای از جملات If—Then بیان می‌شوند که بسیار ساده هستند، ولی الگوهای پیچیده‌ای از توسعه ایجاد می‌کنند.تغییر ویژگی هر سلولی از زمان T به زمان T+1، به وسیلة مجموعه‌ای از توابع شکل می‌گیرد که این توابع از ویژگی خود سلول و سلول‌های هم‌جوارش در زمان T گرفته شده است.

سه مشخصة‌ اصلی در تغییر هر سلولی با بهره‌گیری از توابع انتقال به شرح زیر است:

1-       یکسانی[1]: همة خصیصه‌های موجود در سلول‌ها، با بهره‌گیری از توابع یکسانی به‌روز می‌شوند؛

2-       همزمانی[2]: همة خصیصه‌ها به طور همزمان به‌روز می‌شوند؛

3-       محلی[3]: این توابع در اصل محلی هستند (Schiff, 2008).

این توابع، درواقع موتور پردازشگر سلول‌های خودکار هستند؛ زیرا فرآیندهایی را نشان می‌دهند که بر روی سیستم انجام می‌گیرد تا سیستم الگو‌سازی شود و بدین ترتیب چیدمان مناسب این توابع برای توفیق در امر الگو‌سازی، بسیار ضروری است .(Liu, 2009) همچنین این توابع بسیار ساده یا برعکس، بسیار پیچیده هستند؛ برای نمونه در سلول‌های خودکار بازی زندگی[4] (به منزلة یکی از توابع ابتدایی برای سلول‌های خودکار)، خصیصة یک سلول در زمان T+1، تنها به خصایص سلول‌های هم‌جوار خود در زمان پیشین بستگی دارد (Wolfram, 1983)؛ اما در کاربردهای مختلف سلول‌های خودکار، توابع فرعی بر این توابع ساده افزوده می‌شود که با افزودن هرچه بیشتر این توابع به توابع اصلی، این توابع پیچیده‌تر و کاربردی‌تر می‌شوند؛ برای نمونه در دو تابع زیر، مؤلفه‌های تابع موجب سادگی یا پیچیدگی این توابع می‌شوند:

تابع سادة سلول‌های خودکار

تابع پیچیده‌تر سلول‌های خودکار

ST: خصیصة سلول در زمان                        TNB: اثر هم‌جواری

SU: اثر مطلوبیت مکانی                             AC: اثر دسترسی مکانی

در توابع بالا، شدت و ضریب هریک از عوامل تابع نیز می‌تواند در فرآیند الگو‌سازی متفاوت باشد؛ به عبارتی، کاربر اهمیت و میزان تأثیر هریک از این عوامل را در فرآیند الگو‌سازی تعیین می‌کند (کیانی، 1383: 73).

یافته‌های پژوهش و تجزیه و تحلیل داده‌ها

بررسی و تجزیه و تحلیل داده‌های سنجش از دور

در این پژوهش برایتعیین و ارزیابی تغییرات کاربری زمین‌های ناحیة شهری چابهار از تصاویر ماهواره‌ای چندزمانة سنجندة TM ماهوارة Landsat برای سال‌های1370، 1380 و 1393 (1991، 2001 و 2014 میلادی) استفاده شده است. تصاویر ماهواره‌ای هنگام گرفتن با اشکالاتی مواجه می‌شوند و تصحیح این اشکالات لازم است. تصاویر ماهواره Landsat پس از ارسال به ایستگاههای زمینی تصحیح می‌شوند و سپس در اختیار عموم قرار می‌گیرند؛ بنابراین از دلایل انتخاب تصاویر این ماهواره، وجود تصحیحات در ایستگاه‌های زمینی، دسترسی ارزان و اعتماد بیشتر به این تصاویر است. تجزیه و تحلیل این تصاویر در محیط نرم‌افزارهای Envi و IDRISI انجام شده است؛ به این ترتیب که ابتدا با فراخوانی تصاویر در نرم‌افزار Envi ، طبقه‌بندی کاربری‌ها انجام گرفت و درنهایت تصاویر از فرمت Envi به فرمت نرم‌افزار IDRISI تبدیل شدند و به کار رفتند. برای پی‌بردن به تغییرات اصلی کاربری‌ها از دستور cross tab و همچنین برای پیش‌بینی ادامة این تغییرات در سال‌های آینده (1420) از الگو‌های زنجیرة مارکوف و سلول‌های خودکار استفاده شد.

انتخاب الگوریتم طبقه‌بندی

برای طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای، استخراج کاربری‌ها و اطلاعات مدنظر روش‌های مختلفی وجود دارد که بسته به نوع و ماهیت پژوهش به کار می‌روند. در این پژوهش برای طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای و استخراج نقشة کاربری‌ها و پوشش زمین‌ها، از روش ROI در نرم‌افزار ENVI استفاده شده ‌است.

جدول- 2: ارزیابی دقت طبقه‌بندی سال‌های 1370، 1380 و 1393 (1991، 2001، 2014)

منبع: محاسبات نگارنده 1394

شکل- 2: کاربری زمین‌های شهر چابهار در سال 1370، 1380

شکل- 3: کاربری زمین‌های شهر چابهار در سال 1393

مقایسة طبقه‌بندی‌ها برای ارزیابی تغییرات کاربری و پوشش زمین‌ها

در پژوهش حاضر برای پی‌بردن به تغییرات رخ‌داده در منطقة پژوهشی، نقشه‌های به‌دست‌آمده از طبقه‌بندی تصاویر سال‌های مطالعه‌شده با بهره‌گیری از روش جداول متقابل (Cross tab) با همدیگر مقایسه شد. در این روش، نقشه‌های کاربری به صورت دو به دو مقایسه و به صورت ماتریسی ایجاد شد که ردیف‌های آن، کاربری سال پایین (1370) و ستون‌ها مربوط به کاربری سال بالا (1393) است. در ادامه به هریک از کاربری‌ها (ساخته‌شده، پوشش گیاهی، پهنة آبی، بایر) به ترتیب کدهایی از 1 تا 4 داده شد.

همان‌طور که در جدول (2) و اشکال (2) و (3) دیده می‌شود، کاربری و پوشش زمین‌های این بخش‌ها طی سال‌های بررسی‌شده، دستخوش تغییر و تحول بسیاری بوده است. نتایج نشان می‌دهد زمین‌های ساخته‌شده طی دورة 23 ساله بیشترین تغییر را نسبت به دیگر کاربری‌ها داشته است؛ علت این امر افزایش جمعیت و گسترش شهرنشینی است. این تغییرات با اشغال‌کردن زمین‌های بایر با بیشترین سهم به سود زمین‌های ساخته‌شده و پس از آن پوشش گیاهی بوده است.

شکل- 4: نقشة تغییرات کاربری منطقة شهری چابهار از سال 1370 تا 1393 (1991 تا 2014 میلادی)

جدول- 3: توزیع مساحت کاربری‌های محدودة پژوهشی به هکتار

منبع: یافته‌های پژوهش

در جدول (3)، سطرها بیان‌کنندة نوع کاربری و مساحت مربوط به هریک از آن‌ها در سال 1370 بوده و ستون‌ها نشان‌دهندة این است که در سال 1393، مساحت هریک از کاربری‌ها به چه مقدار رسیده و نسبت به دورة پیش چه میزان تغییر یافته است. این جدول نشان می‌دهد بیشترین افزایش به سود کاربری زمین‌های ساخته‌شده با مساحت 985 هکتار در سال 1370 به 2194 هکتار رسیده است.

زمین‌های ساخته‌شده طی سال‌های 1370 (1991 م) تا 1393 (2014 م)، افزایش 1209 هکتاری را تجربه کرده است. همان‌طور که اشاره شد این افزایش با ایجاد منطقة آزاد تجاری - صنعتی چابهار از سال 1372 و توسعة فعالیت‌های تجاری و افزایش مهاجرت به شهر همراه بوده ‌است؛ به طوری که امکان اشغال زمین‌های بیشتر شهری را پیرامون شهر و زمین‌های بایر داخل محدودة شهر را فراهم ساخته است؛ در طول این سال‌ها شهرک جدید گلشهر با جمعیتی بیش از 5 هزار نفر به زیر ساخت‌وساز شهری رفت؛ در حالی که پیش از ایجاد منطقة آزاد، هیچ‌گونه ساخت‌وسازی در این شهرک صورت نگرفته بود.

کاهش 452 هکتاری پوشش گیاهی نسبت به دورة پیش نشان می‌دهد پوشش گیاهی به سود زمین‌های بایر از بین رفته است.

پهنة آبی، کاهش 125 هکتاری را نشان می‌دهد که 133 هکتار آن به زیر زمین‌های ساخته‌شده از قبیل اسکله‌‌ها و سایر فعالیت‌های انسان‌ساخت در سواحل رفته است.

زمین‌های بایر با کاهش 632 هکتاری روبه‌رو بوده‌اند. از آنجا که زمین‌های بایر در محدودة بدون مرز پیرامون شهر قرار دارند، هرگونه گسترش شهر منجر به اشغال‌کردن این زمین‌ها می‌شود. در این میان، بحث اصلی، تغییرات دیگر کاربری‌ها و تبدیل آن‌ها به زمین‌های ساخته‌شده است.

شهر چابهار با توجه به موقعیتی که دارد از جهات جنوب و جنوب غرب، غرب و شمال غرب با محدودیت گسترش به دلیل وجود دریا و منطقة آزاد تجاری مواجه شده است؛ به این علت بهترین مسیر برای گسترش شهر، قسمت شرقی شهر است.

شبیه‌سازی تغییرات کاربری زمین‌های شهر چابهار تا سال 1420 (2041 میلادی)

روش‌های مختلفی برای پیش‌بینی و شبیه‌سازی تغییرات کاربری زمین‌ها وجود دارد. در پژوهش حاضر روش‌های زنجیره‌ای مارکوف و سلول‌های خودکار به کار رفت. برای این منظور در نرم‌افزار IDRISI با مقایسة کاربری زمین‌ها طی سال‌های 1370، 1380 و 1393 (1991، 2001 و 2014 م) و الگو‌های استفاده‌شده، تغییرات کاربری‌ها برای سال 1420 شبیه‌سازی و پیش‌بینی شد.

زنجیره‌های مارکوف (Markov Chain)

برای پیش‌بینی روند تغییرات کاربری زمین‌ها، ابتدا نقشه‌های کاربری سال‌های 1370 و 1393 با بهره‌گیری از زنجیره‌های مارکوف تحلیل شد؛ بدین منظور تصویر دو دوره و فاصلة زمانی آن‌ها و سالی معرفی می‌شود که کاربر می‌خواهد برای آن پیش‌بینی انجام شود. با انجام این مراحل و با توجه به روندی که هریک از کاربری‌ها در گذشته داشته ‌است، نتیجة نهایی به صورت ماتریس نشان داده می‌شود.‌

در زنجیرة مارکوف، احتمال تغییر کاربری‌ها به همدیگر بین ارزش‌های 0 تا 1 متغیر است؛ یعنی مناطق دارای ارزش نزدیک به صفر، از احتمال کمتری برای تغییر و مناطق نزدیک به عدد 1، از احتمال بیشتری برای تغییر در آینده برخوردارند. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، احتمال تغییر کاربری زمین‌های دارای پوشش گیاهی به بایر بیش از دیگر کاربری‌هاست.

جدول- 4: درصد احتمال تغییر کاربری زمین‌های شهر چابهار تا سال 1420 با بهره‌گیری از زنجیره‌های مارکوف

پیش‌بینی روند تغییرات کاربری زمین‌ها با بهره‌گیری از ترکیب روش زنجیره‌های مارکوف و الگوی اتوماسیون سلولی (Mark Chain and Cellular Automata)

در این روش، براساس تلفیق الگوی اتوماسیون سلولی (CA) و زنجیره‌های مارکوف، روند تغییرات کاربری و پوشش زمین‌ها پیش‌بینی می‌شود. از مزایای این روش، بهره‌گیری از روش مجاورت فضایی و همچنین دانش توزیع فضایی احتمالی با تحلیل زنجیره‌های مارکوف و درنهایت پیش‌بینی روند تغییرات کاربری زمین‌هاست (شیرکلایی، 1387: 142).

براساس مکانیزم کار سلول‌های خودکار، اصل اساسی و اولیة هر تغییر، در اصطلاح «همسایگی» یا «مجاورت»، حاکی است کاربری‌هایی که در مجاورت هم و به هم نزدیکند، بیشترین تغییرات را دارند و به حاشیة هر کاربری یا به مجاورت هر کاربری بیشترین امتیاز داده می‌شود و هرچه به مرکز کاربری نزدیک می‌شویم، امتیاز کمتری می‌گیرد و خروجی آن به صورت نقشة شایسته خواهد بود؛ برای این کار با بهره‌گیری از ابزارهای Edit و ASSIGN، کلاس‌ها جدا و فاصلة اقلیدسی به آن‌ها داده شد؛ به این صورت مرز کلاس‌ها، کمترین امتیاز و مرکز کلاس‌ها، بیشترین امتیاز را داشتند. برای اینکه نقشه‌ها بنا بر قانون همسایگی یا مجاورت سلول‌های خودکار (حاشیه دارای بیشترین امتیاز و مرکز دارای کمترین امتیاز) باشد، از منطق فازی و از رابطة خطی افزایشی استفاده شد. پس از اجرای مارکوف، CA- MARKOV از جدول مساحت انتقال یافته هریک از کاربری‌ها برای پیش‌بینی تغییرات پوشش زمین در دورة زمانی مدنظر، در تحلیل از زنجیرة مارکوف استفاده می‌کند. درنهایت یک فیلتر CA برای تغییر حالت سلول‌ها براساس همسایگی آن به کار می‌رود. این فیلتر، یک فیلتر مجاورت 5‌×5 است.

شکل- 5: نقشة پیش‌بینی توسعة فضایی – کالبدی شهر چابهار تا سال 1420 (2041 میلادی) با الگوی
 CA- MARKOV

شکل- 6: روند افزایش مساحت زمین‌های ساخته‌شده طی دورة پیش‌بینی

جدول- 5: مساحت کاربری زمین‌های محدودة پژوهشی از سال 1370 (1991 م) تا سال 1420 (2041 م)
(بر حسب هکتار)

نتیجه‌گیری

از مهم‌ترین آثار اجتماعی و کالبدی - فضایی در شهر چابهار، همزمانی تأسیس مناطق تجاری - صنعتی و ایجاد پایگاههای نظامی و پیرو آن، سرمایه‌گذاری‌هایی در شهرک‌سازی و ساخت مساکن عمومی است که این خود تأثیراتی را به دنبال داشته ‌است.

زمین‌های ساخته‌شده در شهر چابهار طی سال‌های 1370 (1991 م) تا 1393 (2014 م) (دوره‌ای 23 ساله)، افزایش 1209 هکتاری را تجربه کرده ‌است. همان‌طور که اشاره شد این افزایش با ایجاد منطقة آزاد تجاری – صنعتی چابهار از سال 1372 و توسعة فعالیت‌های تجاری و افزایش مهاجرت به شهر همراه بوده است؛ به طوری که امکان اشغال زمین‌های بیشتر شهری را پیرامون شهر و زمین‌های بایر را در محدودة شهر فراهم ساخته ‌است؛ در طول این سال‌ها، شهرک جدید گلشهر با جمعیتی بیش از 5 هزار نفر به زیر ساخت‌وساز شهری رفت؛ در حالی که پیش از ایجاد منطقة آزاد، هیچ‌گونه ساخت‌وسازی در این شهرک صورت نگرفته بود.

در این پژوهش پیش‌بینی‌های به‌دست‌آمده نشان می‌دهد طی 27 سال آینده با توجه به میزان رشد 22/3 درصدی بین سال‌های 1385 تا1390، 201495 نفر به جمعیت شهر چابهار افزوده خواهد شد که باید طرح‌های توسعة شهری نیاز این جمعیت را به مسکن با راهکارهای مناسب کنترل کند.

در این پژوهش با بهره‌گیری از نقشه‌های کاربری زمین‌های به‌دست‌آمده از تصاویر ماهواره‌ای و ترکیب آن با روش‌های زنجیره‌ای مارکوف و الگوی اتوماسیون سلولی (CA)، تغییرات فیزیکی آتی شهر چابهار پیش‌بینی و شبیه‌سازی شد. چنانچه توسعة شهر چابهار روند گذشته را بدون برنامه‌ریزی اصولی ادامه دهد، پیش‌بینی می‌شود زمین‌های ساخته‌شده تا سال 1420 افزایش یابد و این پهنه در چشم‌انداز سال مدنظر به حدود 2971 هکتار برسد.

پیشنهادها

- بهره‌گیری از زمین‌های بایر و خالی موجود در داخل شهر

- نظارت بیشتر بر محدوده‌های شهری

- بهره‌گیری از شیوه‌های انبوه‌سازی و بلندمرتبه‌سازی

- پیاده‌کردن دیدگاه آینده‌پژوهی برای توسعة شهری

- ایجاد بستر مناسب برای همکاری تنگاتنگ مردم و شهرداری و پایه‌ریزی دولت محلی