پایش و مدلسازی روند گسترس و توسعه فیزیکی شهرها با اعمال روش ترکیبی شبکه عصبی و فیلتر همسایگی

نویسنده

مربی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی و حرفه ای، تهران، ایران

چکیده

با توجه سرعت روزافزون جمعیت شهرنشین و تاثیر آن در رشد شهری و گسترش کالبدی شهرها و دست اندازی آن‌ها به زمین‌های مستعد کشاورزی حومه شهری، مطالعه، بررسی، مدل‌سازی و پایش این گسترش‌های بی برنامه از موضوعات مهم محققین در حوزه‌های مختلف می‌باشد. به همین جهت، در این تحقیق تصاویر ماهواره‌ لندست در سال‌های 1996، 2006، و 2016 برای تولید نقشه شهر و از ترکیب روش شبکه عصبی با فیلترهای همسایگی جهت پایش و مدل‌سازی استفاده شده است. در این مقاله تنها رشد کاربری ساختمانی به عنوان رشد شهری در نظر گرفته شده است. برای طبقه‌بندی تصاویر و استخراج نقشه از روش ماشین بردار پشتیبان استفاده شد. برای مدل-سازی رشد شهری، شبکه عصبی پیش‌خورانده پیشنهادی در 2 مرحله اجرا شد؛ (1) برای یادگیری و تعیین وزن‌ها با استفاده از نقشه سال‌های 1996 و 2006، و (2) به صورت رو به جلو برای پیش‌بینی نقشه‌ شایستگی برای سال 2016. به منظور پیش‌بینی نقشه شایستگی با دقت بالا، معماری شبکه عصبی با توجه به کمترین RMSE تعیین گردید. سپس نقشه شایستگی پیش‌بینی شده با فیلترهای مختلف همسایگی ترکیب و نقشه سال 2016 پیش‌بینی گردید. دقت روش در دو مرحله تعیین شد. ابتدا دقت نقشه شایستگی پیش‌بینی شده با استفاده از روش ROC بررسی گشت و سپس در مرحله دوم میزان تطابق نقشه شهری پیش‌بینی شده با نقشه مرجع سال 2016 با استفاده از ماتریس مقایسه و با معیارهای دقت کلی و ضریب کاپا بدست آمد. در نهایت روش ارائه شده برای پیش‌بینی نقشه شهری سال 2026 به کار گرفته شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Monitoring and modeling the process of expansion and physical development of cities by applying the combined method of neural network and neighborhood filter

نویسنده [English]

  • Iman Bajelan
Faculty Member, Department of Civil Engineering, Technical and Vocational University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Considering the ever-increasing speed of the urban population and its impact on urban growth and the physical expansion of cities and their encroachment on suitable agricultural land in the suburbs, studying, investigating, modeling and monitoring these unplanned expansions are among the important topics of researchers. It is in different fields. For this reason, in this research, Landsat satellite images in 1996, 2006, and 2016 were used to produce the city map and the combination of neural network method with neighborhood filters was used for monitoring and modeling. In this article, only the growth of building use is considered as urban growth. Support vector machine method was used for image classification and map extraction. To model urban growth, the proposed feed-forward neural network was implemented in 2 stages; (1) to learn and determine the weights using the map of 1996 and 2006, and (2) forward to predict the merit map for 2016. In order to accurately predict the merit map Above, the neural network architecture was determined according to the lowest RMSE. Then the predicted merit map was combined with different neighborhood filters and the 2016 map was predicted. The accuracy of the method was determined in two steps. First, the accuracy of the predicted merit map was checked using the ROC method, and then, in the second step, the degree of conformity of the predicted urban map with the reference map of 2016 was obtained by using the comparison matrix and with the criteria of overall accuracy and Kappa coefficient. Finally, the presented method was used to predict the urban map of 2026.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Feedforward neural network
  • neighborhood filter
  • urban expansion
  • ROC
  1. عسکریان عمران، حسین، و پهلوانی، پرهام (1394). ترکیب رگرسیون منطقی و MOLA به منظور پیش­بینی تغییرات چندگانه کاربری اراضی؛ مطالعه موردی: شهر تهران. بیست و دومین همایش ملی ژئوماتیک، تهران، ایران.
  2. محمدی، ساسان، و دلاور، محمودرضا (1393). مدلسازی توسعه شهری با روش رگرسیون لجستیک. نشریه علمی- پژوهشی علوم و فنون نقشه­برداری، 4 (2)، 77-86.
  3. طیبی، امین (1389). پیش بینی و ارزیابی تغییر کاربری اراضی شهری. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران.
  4. Xiao, Jieying, et al. "Evaluating urban expansion and land use change in Shijiazhuang, China, by using GIS and remote sensing." Landscape and urban planning 75.1 (2006): 69-80.
  5. Khan, Asad Ali, Sana Arshad, and Muhammad Mohsin. "Population Growth and Its Impact on Urban Expansion: A Case Study of Bahawalpur, Pakistan." Universal Journal of Geoscience 2.8 (2016): 229-241.
  6. Tayyebi, M. R. Delavar, M. J. Yazdanpanah, B. C. Pijanowski, S. Saeedi, and A. H. Tayyebi, "A spatial logistic regression model for simulating land use patterns: a case study of the Shiraz Metropolitan area of Iran," in Advances in earth observation of global change, ed: Springer, 2010, pp. 27-42.
  7. Batty and Y. Xie, "From cells to cities," Environment and planning B, vol. 21, pp.s31, 1996.
  8. White, Roger, and Guy Engelen. "Cellular automata and fractal urban form: a cellular modelling approach to the evolution of urban land-use patterns."Environment and planning A 25.8 (1993): 1175-11