مقاله ارزیابی و بررسی بهینه ترین مسیر با ابزار آنالیز شبکه به منظور جمع آوری پسماندهای شهری در سیستم اطلاعات مکانی ( GIS )

بخشی از مقاله

چکيده :
در قرن حاضر با توجه به پيشرفت علوم و تکنولوژي هاي نوين در هر زمينه اي، مي توان از پس اکثريت شکلات با موفقيت فارغ گرديد. از اين رو دانشمندان در همه نقاط جهان دست به کار شده و علاقه مند شدند تا با هم فکري و استفاده از نظريات هم در رفع مشکلات زميني سهيم باشند.يکي از مهمترين مشکلات پيش رو مسائل زيست محيطي کشور هاي در حال توسعه مي باشد، علي الخصوص مديريت مواد زائد جامد شهري است با مديريت و برنامه ريزي صحيح علاوه بر کاهش وقت وهزينه ، تاثيرات منفي زيست محيطي را نيز مي توان به حداقل رساند ؛ با توجه به عوامل موثر در جمع آوري پسماند شهري و همچنين وسعت زياد مناطق ، استفاده از روشهاي سنتي بسيار وقت گير و هزينه بر است لذا در جهت تسريع روند جمع آوري پسماند و بهينه سازي از ابزار آناليز شبکه در سيستم اطلاعات جغرافيايي بهره مند خواهيم شد سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) يکي از علوم و تکنولوژيهايست که در قرن حاضر ملت ها براي پيشبرد اهداف خود در زمينه هاي کاري متفاوت از آن بهره ميبرند.هدف ما در اين تحقيق بهينه سازي مسير هاي جمع آوري پسماند شهري با استفاده از آناليز شبکه در GIS است . در اين تحقيق با انتخاب يکي از مناطق شهري تهران (ناحيه ٧ منطقه ٥ (محله جنت آباد جنوبي)) با توجه به موقعيت مکاني آن وضع موجود مسيرهاي جمع آوري پسماند مورد بررسي قرار گرفته و با تخصيص صورت گرفته منطقه ما به چند محدوده بهينه جهت جمع آوري پسماند تقسيم مي شود ، سپس کوتاهترين مسير در هر محدوده انتخاب مي شود. اين روش مي تواند براي ديگر مناطق شهري با تنظيم داده هاي اوليه مورد استفاده قرار گيرد .با اجراي اين طرح مسير هاي بهينه جمع آوري مشخص شده و سرعت کار بالا مي رود و از لحاظ وقت و هزينه صرفه جويي مي شود.
واژه هاي کليدي : سامانه اطلاعات جغرافيايي، آناليز شبکه ، تخصيص ، پسماند
١- مقدمه :
امروزه با مهاجرت افراد به شهر هاي بزرگ و پيدايش انواع فرهنگ هاي شهر نشيني در کنار هم ، علاوه بر پر جمعيت شدن اين مناطق با نا هنجاريهاي خاصي از جمله تجمع زباله و مواد زائد شهري رو به رو خواهيم شد،که به دنبال آن آلودگي روز افزون محيط زيست ، تا آنجا که همه ساله در صد قابل توجهي از بودجه شهرداريها به خصوص شهر داريهاي شهرهاي بزرگ و پر جمعيت صرف جمع آوري مواد پسماند شهري مي شود
عدم مديريت صحيح در فرآيند جمع آوري باعث بيرون ماندن مواد زائد و در نتيجه باعث مناظر ناپسند در سطح معابر شهري، دسترسي جانوران به پسماند در معابر ، نارضايتي شهروندان و بوجود آمدن انواع بيماريها ميشود. لذا تسريع نمودن فرايند جمع اوري و حمل و نقل با توجه به اثرات بسيار سوئي که بر محيط زيست منطقه دارد از مواردي است که توجه ويژه اي را مي طلبد. اين فرآيند بيشترين هزينه را در بر ميگيرد لذا ايجاد سيستم منظم با برنامه ريزي صحيح مي تواند ضمن تسريع در عمليات ، وقت ، هزينه و نيروي انساني را کاهش دهد. بهره گيري از سامانه اطلاعات جغرافيايي (GIS) که يک سيستم اطلاعاتي است ؛ پردازش GIS بر روي اطلاعات مکان مرجع يا اطلاعات جغرافيايي است ، از آنجا که سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي GIS امکان دسترسي و تجزيه و تحليل حجم زيادي از اطلاعات را بر مبناي موقعيت جغرافيايي بوجود مي آورد يکي از مواردي که GISرا از سيستم هاي اطلاعاتي ديگر متمايز ميکند وجود توابع تجزيه و تحليل مکاني در آن مي باشد ، آناليز شبکه يکي از ابزار ها در GIS ميباشد
، از قابليتهاي آناليز شبکه يافتن کوتاهترين مسير است که به عنوان يکي از کاربردهاي مهم در مسائل حمل و نقل مطرح مي شود ، مسئله تخصيص محدوده هاي مکاني هم يکي از مسائل تخصيص تسهيلات مي باشد. با آناليز شبکه در درجه اول کاهش زمان جمع آوري و به دنبال آن کاهش هزينه و نيروي انساني را خواهيم داشت
٢- تئوريات
١-٢- سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS) :
سيستم اطلاعات جغرافيايي (Geographic Information Systems) يا GIS يک سيستم کامپيوتري براي مديريت و تجزيه و تحليل اطلاعات مکاني بوده که قابليت جمع آوري، ذخيره سازي، تجزيه وتحليل و نمايش اطلاعات جغرافيايي (مکاني) را دارد. داده ها در يک (GIS) بر اساس موقعيتشان نشان داده مي شوند. تکنولوژي GIS با جمع آوري و تلفيق اطلاعات پايگاه داده هاي معمولي، به وسيله تصوير سازي و استفاده از آناليز هاي جغرافيايي، اطلاعاتي را براي تهيه نقشه ها فراهم مي سازد. اين اطلاعات به منظور واضح تر جلوه دادن رويدادها ، پيش بيني نتايج و تهيه نقشه ها به کار گرفته مي شوند.
در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي واژه جغرافيا (Geographic) عبارت است از موقعيت داده ها، برحسب مختصات جغرافيايي (طول و عرض ).
واژه (Information) اطلاعات نشان مي دهد که داده ها در GIS براي ارائه دانسته هاي مفيد، نه تنها به صورت نقشه ها و تصاوير رنگي بلکه بصورت گرافيک هاي آماري، جداول و پاسخ هاي نمايشي متنوع به منظور جستجوهاي عملي سازماندهي مي شوند.
واژه (System) سيستم نيز نشان دهنده اين است که GIS از چندين قسمت متصل و وابسته به يکديگر براي کارکرد هاي گوناگون ، ساخته شده است .
سامانه (سيستم ) اطلاعات جغرافيايي (Geographic information system) يک سامانه رايانه اي متشکل از سخت افزار، نرم افزار، داده و کاربر است که قادر مي باشد داده هاي مکان دار را بطور رقومي کسب ، نگهداري، بازيابي، مدل سازي و تجزيه و تحليل نموده و بطور متني و گرافيکي ارائه نمايد.
٢-٢- عناصر اصلي تشکيل دهنده GIS :
اجزاي متشکله يک سيستم GIS شامل مؤلفه هاي کامپيوتري (سخت افزار و نرم افزار) ، با يک واسطه بنام کاربر يا (User ) مي باشد که دست يابي به عمليات واهداف ويژه اي را فراهم مي سازد.
 مؤلفه هاي چنين سيستمي به ترتيب عبارتند از:
 کاربران
 سخت افزارها
 نرم افزارها
 اطلاعات و روش ها
٣-٢- فرآيند تحليل اطلاعات در سيستم اطلاعات جغرافيايي:
GIS يک سيستم رايانه اي است که چهار قابليت اساسي را در رابطه با داده هاي زمين مرجع فراهم ميآورد.
١. ورودي داده ها
٢. مديريت داده ها
٣. پردازش و تحليل داده ها
٤. خروجي داده ها
١-٣-٢- ورودي داده ها : عبارتند از روند کد گذاري داده ها به يک شکل خوانا توسط کامپيوتر و قرار دادن داده ها در پايگاه اطلاعاتي GIS داده هايي که در سيستم اطلاعات جغرافيايي مي توانند وارد شوند دو نوع هستند :
الف ) داده هاي مکاني که موقعيت جغرافيايي عوارض را نشان مي دهند : انواع داده هاي مکاني (نقطه ، خط و پلي گون ) مي باشند.
نقاط (point) مانند: نقاط ارتفاعي، فروشگاها و...
خطوط (Line): خيابانها، راه آهن ، رودخانها و...
پليگون (polygon): عوارض جغرافيايي مانند کشورها، درياچه ها، استانها، مرزها و ...
ب ) داده هاي توصيفي غير مکاني که به توصيف خصوصيات عوارض مي پردازند ، مثل شوري آب يک درياچه و يا اطلاعاتي مانند اسم يک خيابان .
ورود داده ها به يک سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) مي تواند به اشکال ، ثبت توسط صفحه کليد، هندسه مختصات ، رقومي کردن دستي، اسکن کردن و وارد کردن فايل هاي رقومي موجود، صورت گيرد.
٢-٣-٢- مديريت داده ها : مديريت داده مهمترين مؤلفه GIS مي باشد که تمام مراحل را در بر مي گيرد. به محض ورود داده در GIS ، ضرورت مديريت آن مطرح مي شود. شکل گيري روش مديريت داده ، به عواملي از جمله ساختار داده ، ذخيره سازي و حفاظت داده ، بازيابي و به اشتراک گذاري آن بستگي دارد. امروزه مديريت بانکهاي داده اي (DBMS) توسط ساختار Geodatabase در توليد داده هاي مکاني توانمند تر شده است .
زيرا اين ساختار بر پايه يکپارچه سازي داده هاي مختلف از نظر سيستم تصوير و مختصات ، ماهيت و روش توليد، تک فايل بودن ، ارتباط سهل با صفحات وب ، حجم کم و . . . استوار است .
سيستم مديريت پايگاه داده ها (Data Base Management System) يا (DBMS) ، سيستم هاي کامپيوتري هستند که براي نظارت و کنترل بر هر نوع داده رقومي مورد استفاده قرار مي گيرند.
داده هاي مکاني به روش هاي گوناگون سازماندهي مي شوند که اين امر به روش جمع آوري، نحوه ذخيره ومقدار تفسير اضافه شده به آنها و همچنين هدف جمع آوري آنها بستگي دارد.
مدل هاي وکتوري (برداري ) و رستري، طرح هاي کلي شناخته شده متداول براي سازماندهي داده ها در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي هستند.
مدل وکتوري، جهان را به نقاط ، خطوط و نواحي محصور شده به وسيله خطوط تقسيم مي کند، در حالي که مدل رستري سلول ها يا پيکسل ها را به عنوان واحدهاي مکاني مورد استفاده قرار مي دهد.
پايگاه داده ها (Data Base) نيز، مجموعه اي از داده هاي وابسته به يکديگر و هر چيزي است که براي نگهداري و استفاده از آنها لازم است . سيستم مديريت پايگاه داده ها (DBMS) نيزمجموعه اي از نرم افزارها براي ذخيره ، ويرايش و بازگرداندن داده ها در يک پايگاه داده مي باشد. در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، DBMS امکان دارد داخلي(استفاده از مديريت داخلي) يا خارجي(اتصال به مديريت خارجي) باشد.
٣-٣-٢- پردازش و تحليل داده ها :
١-٣-٣-٢- کاوش و پردازش داده : عمليات کاوش ، داده ها را براي تجزيه و تحليل آماده مي کند، لذا شامل توابعي است که داده ها را مورد بررسي و جستجو قرار مي دهد. در اين مرحله با پرسش ، اندازه گيري و آزمون قابليت داده براي انجام تحليل مورد نظر، سنجيده مي شود. عمليات پردازش داده ها را از فرمت اوليه خارج مي کند به داده هايي با ماهيت هاي متفاوت تبديل مي کند. براي مثال تبديل داده هاي ارتفاعي به مدل رقومي ارتفاع و انطباق نتايج حاصل از آناليز داده هاي ماهواره اي با آن . نوع تجزيه و تحليل و مدلسازي نيز در روش پردازش مؤثر است .
٢-٣-٣-٢- تجزيه و تحليل و مدل سازي داده ها : در اين مرحله داده ، پردازش را طي نموده است و توسط توابعي آماده براي پذيرش مدل مي شوند براي مثال درون يابي داده هاي اقليمي، تهيه لايه شيب از مدل رقومي ارتفاع يا لايه تغييرات يک پديده در واحد سطح . در تجزيه و تحليل داده روابط متغيرها بررسي مي شود و آماده پذيرش مدل مي شود. براي مثال در اجراي يک پروژه پهنه بندي يا يک پروژه مکان يابي، روش مناسب وزن گذاري سطوح مختلف لايه ها يا اعمال ضريب بر لايه ها تعيين مي گردد. در GIS توابع مختلفي براي اعمال ضريب و وزن وجود دارد که در فصول بعد مورد بررسي قرار مي گيرد. در فرآيند مدل سازي روشهاي گوناگوني مورد استفاده قرار مي گيرد اما در هر حال مدل به صورت يک فرمول رياضي اجرا مي گردد. آزمونهاي پس از اجرا توسط توابع مختلفي بر نتايج به دست آمده ، اعمال مي شود و صحت تجزيه و تحليل و مدلسازي اثبات مي گردد.
٤-٣-٢- خروجي داده ها : خروجي داده ها روندي است که توسط آن اطلاعات حاصل از GIS به يک شکل مناسب جهت استفاده کاربر ارائه مي شود. داده ها به يکي از سه فرمت زير خارج مي شوند:
١- (نمايش روي صفحه نمايش کامپيوتري ) Soft Copy
٢-(خروجي در فرمت الکترونيکي شامل فايل هاي کامپيوتري مي باشد) Electronic
٣- (نمايش دائمي، مثل اطلاعات روي کاغذ، فيلم عکاسي و موارد مشابه ) Hardcopy
٤-٢- محاسن يک سيستم اطلاعات جغرافيايي (GIS) :
- کيفيت بالاي تحليل داده ها وامکان تجزيه و تحليل آنها با روش هاي پيشرفته .
- مديريت و تغييرسريع حجم عظيمي از داده ها در زمينه هاي مختلف .
- روشهاي بهتروجديدتر براي تهيه نقشه هاي مختلف و امکان به روز کردن آنها.
- امکان ايجادارتباط بين عوارض مختلف و اتصال حجم زيادي از اطلاعات آنها در جداول اطلاعاتي .
- کاهش زمان ، هزينه و مواد مصرفي کار وپول ساز و اشتغال ساز بودن آن .
- استفاده وسيع آن در علوم مختلف .
- اداره وسازماندهي وسيعي از داده هاي زمين مرجع .
- به روز رساني سريع و جمع آوري اطلاعات پراکنده .
- قابليت بازبيني روشها.
- مدل سازي، فرضيه وآزمايش و پيشگويي .
٥-٢- معايب يک سيستم اطلاعات جغرافيايي
- جديد بودن اين فناوري که باعث عدم استفاده وسيع درتمام علوم ونيز مشکل بودن آن ميشود.
- عدم اطلاع از قابليتهاي GISو نحوه استفاده از آن .
٦-٢- اهداف يک سيستم اطلاعات جغرافيايي:
هدف نهايي يک سيستم اطلاعات جغرافيايي يا GIS، پشتيباني جهت تصميم گيري هاي پايه گذاري شده بر اساس داده هاي مکاني مي باشد و عملکرد اساسي آن بدست آوردن اطلاعاتي است که از ترکيب لايه هاي متفاوت داده ها با روشهاي مختلف و با ديد گاه هاي گوناگون بدست
مي آيند. هدف فوق از طريق فعاليتهايي که برروي داده هاي مکاني انجام ميگرد، صورت مي پذيرد، اين فعاليت ها عبارتند از:
- جستجو(Search) : عبارت است از عملکرد جستجوي مجموعه هايي از داده هاي سازمان يافته از پايگاه داده هاي يک سيستم اطلاعات جغرافيايي.
- سازماندهي(Organization) : دراين سيستم ها ويژگي اصلي براي سازماندهي داده هاي موجود، موقعيت مکاني آنها مي باشد.
- تجسم يا به تصوير درآوردن (Monitoring) : تکنولوژي GIS از توانمنديهاي گرافيکي رايانه ها، براي تجسم استفاده مي نمايد. نمايش اطلاعات به طور معمول با استفاده از صفحه نمايش ويديويي انجام مي شود. اما ساير دستگاههاي خروجي نظير چاپگرهاي رنگي نيز براي نمايش نسخه هاي چاپي استفاده مي شوند.
- ترکيب و تلفيق (Integration) : بخش ديگري از اين فعاليتها، تلفيق مجموعه داده هاي مکاني از منابع بسيارگوناگون جهت نمايش ، درک و تفسير پديده هاي مکاني مي باشد (اين پديده ها هنگامي که داده هاي مکاني به صورت مجزا بکار گرفته مي شوند، قابل رويت نيستند).
- تجزيه وتحليل (Analyses) : تجزيه وتحليل ، فرايند استنباط و دريافت مفهوم داده هاست و به معني تجزيه وتحليل داده هاي مکاني مي باشد.
- پيش بيني (Prediction) : هدف از مطالعه وبررسي ها برروي داده هاي مکاني در يک سيستم اطلاعات جغرافيايي، به طور معمول پيش بيني است .
درحقيقت يک سيستم اطلاعات جغرافيايي يا GIS ، توانمندي هاي کاري را براي جمع آوري، ورود، پردازش ، تغييرشکل ، به تصوير در آوردن ،ترکيب ، جستجو، تجزيه و تحليل ، مدل سازي و خروجي کليه داده هاي مکاني براساس اهداف مورد نظر فراهم مي سازد.
٧-٢- کاربرد و توانايي هاي GIS :
امروزه با توجه به پيشرفت علوم و سيستم هاي کامپيوتري فناوري GIS در زمينه هاي مختلف علمي ظهور پيدا کرده به گونه اي که دانشمندان ، متخصصين ، برنامه نويسان و کاربران از اهميت ويژه آن آگاه و سعي در استفاده از آن را دارند ؛ چرا که کارها و پروژه ها توسط GIS سهل و آسان شده و اين علم تبديل به يک کل در همه امور براي استفاده کنندگان آن شده است .
از نمونه هاي کاربردي آن بصورت مختصر به مواردي در ذيل اشاره شده است :
١- زمين شناسي
- فراوري هاي متنوع زمين شناسي
- تحقيقات اکتشافي در زمينه شناسايي روابط متقابل مکاني ميان مجموعه داده ها در طول دوره تحقيق زمين شناسي و ....
٢- مطالعات زيست محيطي
- بررسي ميزان آلودگي آب ، خاک، هوا و.... و در نهايت تهيه نقشه هايي جهت حفاظت از محيط زيست و ....
٣- تهيه نقشه
- تهيه نقشه هاي پتانسيل معدني
- تهيه نقشه هاي حوادث و بلاياي طبيعي
- تهيه نقشه هاي مکان يابي(Siteselection) و ...
٤- منابع طبيعي ، آب و آبخيزداري
- کشف منابع آبي زير زميني و بررسي آبهاي سطحي
- آناليز حوادث طبيعي، شامل فرسايش خاک، سيلاب ، خشکسالي و ساير حوادث طبيعي ديگر
- مديريت آبخيزداري
- مطالعه کاربردي زمين در توسعه کشاورزي
- پيش بيني ميزان محصولات نسبت به وسعت زمين و ...
٥- کشاورزي و برنامه ريزي براي کاربري اراضي
٦- جنگلداري و مديريت حيات وحش
٧- تجارت : محلها و سيستم هاي تحويل مناسب درامورتجاري و ...
٨- صنعت حمل و نقل ، ارتباطات
٩- استفاده در کليه اموراستانها به صورت محلي و استاني
١٠- سرويسهاي اضطراري : مثل آتشنشاني و پليس و ...