بخشی از مقاله
چکیده:
پیشرفت در علوم سیستمی و کامپیوتر تحول جدیدي در جغرافیاي کمی ایجاد کرده است. انقلاب کمی در اقتصاد، جغرافی و علوم اجتماعی در سال 1960 به علوم حرفهاي رسید. بنابراین جنبش عظیم روبهجلو در سنجش از راه دور - RS - ، سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - و تئوريهاي سیستمی،خصوصاً در زمینه پیچیدگیهاي درحالتوسعه و تئوريها بسیار متقاعدکننده میباشد. مدلسازي امکاناتی به ما میدهد که بتوانیم حساسیت کاربري زمین - الگو - را آزمایش کنیم تا پایداري و متغیرهاي انتخاب شده را تغییر دهیم. مدلهاي فضایی مربوط به پویایی رشد شهري مفهوم جدیدي نیست و سابقهاي طولانی دارد؛ مدلسازي رشد شهري بهخصوص در کشورهاي درحالتوسعه چندان انجام نگرفته است. مشکلات مختلفی در ایجاد، کالیبره کردن و بهکارگیري مدلهاي رشد شهري و تغییر کاربري زمین/پوشش زمین شهري شناسایی شده است.
در سال هاي اخیر مدلهاي اتوماتاي سلولی به دلیل سادگی، انعطاف پذیري و درك مستقیم به ویژه به دلیل توانایی آن در ترکیب فرایندها در ابعاد فضایی و زمانی براي شبیه سازي رشد شهري کاربرد زیادي داشته است. اگر چه مدلهاي CA به سادگی قادر به مدلسازي سیستمهاي دینامیکی پیچیده مانند سیستمهاي شهري میباشند. اما در حال حاضر یکی از مشکلات اصلی در اعمال مدلهاي CA در برنامهریزي شهري، انتخاب یا طراحی بهترین مدل CA است. به همین دلیل، بررسی مدلهاي CA شهري که در موارد واقعی در جهان، همراه با تجزیه و تحلیل، قابلیتها و محدودیتهاي آن را ارائه میدهد. همراه با تجزیه و تحلیل، قابلیت و محدودیتهاي آنها، بررسی و طبقهبندي مدلهاي CA بر اساس ویژگیهاي اصلی مدلها امکان تجزیه و تحلیل نقاط قوت و ضعف آنها را فراهم آورده است..
واژههاي کلیدي: شبیه سازي رشد شهري، سلولهاي خودکار، مدلسازي، توسعه شهري
-1 مقدمه:
تجزیه و تحلیل پیکربندي فضایی و پویایی رشد شهري از موضوعات مهم در مطالعات شهري معاصر میباشد، مطالعات متعددي با طیف متفاوت به این مسئله پرداختهاند - بر این اساس براي تعریف رشد شهري بهعنوان یک مفهوم با
دشواري بسیاري روبهرو هستیم اساساً پراکنش شهري هم بهعنوان یک الگوي کاربري ارضی و هم بهعنوان یک فرآیند یعنی تغییر در ساختار فضایی شهرها در طی گذشت زمان- موردتوجه قرار میگیرد. درهر حالت، اندازه گیري ابعاد چشم انداز الگوهاي رشد یک منطقه شهري در زمآنهاي مختلف، فرآیند یا پیشروي پراکندگی را آشکار خواهد ساخت . - Galster et al. 2001 ; Bhatta, 2010 ; Bhatta, 2012 - بر این اساس به منظور به دست آوردن درك بهتر درباره سیستمهاي شهري، محققان روشهاي مدلسازي و شبیه سازي را به خدمت میگیرند؛ اما به دلیل پیچیدگیهاي سیستمهاي شهري روشهاي مدلسازي قدیمی کارآمد نیستند.
اخیراً، محققان در یک زمینه جدید مدلسازي شهري که به روش سلولهاي خودکار1 معروف است باهم به رقابت پرداختهاند. مدلسازي زمانی و مکانی رشد شهر راهی براي کشف فرایندها و الگوهاي زمانی- مکانی تحول پوشش و کاربري اراضی - LU\LC - 1در سطوح چشماندازهاي شهري است. این مدلها قادر هستند یک ابزار کمی براي کمک به تصمیمگیري در برنامهریزيهاي شهري و مدیریت قابلیت و تناسب اراضی براي توسعه ارائه دهند . - Batty, 2005 - مدل CAیک تکنیک مدلسازي است که در فضاي رستري تعریف میشود.
وضعیت سلولمعمولاً پوشش و کاربري زمین آن سلول را ارائه میدهد و تغییر در شکل یک سلول به شکل دیگر وابسته به وضعیت سلول در زمان حال و وضعیت سلولهاي همسایه است. مدل CAبه دلیل قرابت طبیعی با دادههاي رستري، در GIS موردتوجه قرار گرفته است - Batty et al., 1997; Couclelis, 1997;.Torrens, 2003 - اصطلاح Automata براي اولین بار در دهه 1930توسط ریاضیدان انگلیسی، آلن تورینگ ارائه شد . - Benenson and Torrens, 2004 - مفهوم سلولهاي خودکار براي اولین بار در دهه 1940در رشته کامپیوتر نمو پیدا کرد؛ که Newman6و Ulam7این مفهوم را به وجود آوردند . - Junfeng, 2003., Singh, 2003 -
باوجود اینکه کارهاي تئوریکی زیادي بعد از دهه 1970و قبل از 1980انجام گرفت، اما کاربردهاي خاص مدل CAدر مدلسازي شهري تا قبل از دهه 1980اتفاق نیفتاد . - Sui and Zeng, 2001 - ورود مدلهاي CAمحض به علم جغرافیا، بیشتر پیامد کارهاي Tobler در دهه 1970 در دانشگاه میشیگان است؛ او حاصل مطالعات خود را در مقالهاي تحت عنوان جغرافیاي سلولی در سال 1979منتشرکرد. بعد از آن در دهه 1980، Couclelisدر دانشگاه سانتاباربارا مطالعات زیادي در این زمینه انجام داد . - Batty et al, 1997 - دهه 1990اوج موفقیتها در زمینه توسعه مدلهاي Urban-CAبوده است. بیشتر مطالعات اخیر در زمینه مدلسازي و شبیهسازي رشد شهري در شهرهاي ایالات متحده، شهرهاي اروپائی و در آسیا نیز بخصوص در شهرهاي در حال رشد سریع چین انجام شده است . - Henriquez et al., 2006 -
-2 برگ خریدهاي موثر بر پیچیدگی رفتار سیستمهاي شهري
مطالب زیادي در رابطه با پیچیدگی شهرها وجود دارد - Torrens, Batty and Longley, 1994; White et al, 1997; . - 2000; Torrens and O’Sullivan, 2001یک سیستم به معنی جمع شدن اجزاي مرتبط و تشکیل یک کل است طوري که هر عنصر قسمتی از کل است. این اصطلاح اغلب به منظور تشریح مجموعهاي از اشخاص که بر هم اثر میگذارند مورداستفاده قرار میگیرد و براي آنیک مدل دریافتی و یا یک مدل منطقی ساخته میشود که عناصر و عملیات مجاز را در بر میگیرد. نظریه سیستمها به وسیله برتالنفی و دیگران در سال 1950 براساس اصولی از هستی شناسی، فلسفه، علم، زیست شناسی و مهندسی کشف شد. اگر k بهعنوان تعداد اجزاي سیستم در نظر گرفته شود به خاطر سادگی حالت iم - =1,2,…,k - اجزا به وسیله تنها یک متغیر - Xi - t تعیین میشود. پس انحراف معیار دینامیک سیستم به وسیله معادلات دیفرانسیل در زمان پیوسته بدست میآید؛ که به معنی مشتق زمان یک جزء سیستم است. انتگرال هر یک از این اجزا در بازه زمانی-فضایی سیستم را بدست میدهد.
یک سیستم پیچیده باید خواصی بروز دهد که فراتر از همگرایی به تعادل پایدار در سطح کلی باشد. یک سیستم اگر در مد منظم اتفاق بیفتد با تغییرات بیرونی مطابق خواهد بود؛ اما این مورد در دنیاي واقعی نیست. تغییرات مکرر و نامنظم درمحیط باعث مشکلاتی خواهد شد به خاطر اینکه سیستم به زمان نیاز دارد که متعادل شود و قابل کنترل باشد که همیشه مطمئن نیست. مسیر سادگی به پیچیدگی در سیستم از مرزهاي خطی و استقلال سیستم عبور میکند. تا زمانی که در مرز غیرخطی نمایان میشود - که در آن حالت تغییرات یکی بر دیگري به طور غیرخطی تأثیر میگذارد - و سیستم باز - که به معنی حرکت به بیرون و به داخل انرژي و ماده است - زیرا شهر پر از اجزاي تعاملی غیرخطی است و در بسیاري موارد باز است. زمانی که دخالت هاي خارجی وجود دارد سیستم، پارامترهاي کنترل متمایل به تغییر شکل و فضاي در دسترس است.
ویژگیهاي سیستم هاي پیچیده در طبیعت به شرح ذیل است:
روابط غیرخطی: در اصطلاح کاربردي بدین معنی است که یک انحراف کوچک ممکن است باعث تأثیر زیادي شود - تأثیر پروانهاي - و یا یک تأثیر نسبی داشته باشد و یااصلاً بدون تأثیر باشد. در سیستمهاي خطی تأثیر نسبت مستقیمی با علت آن دارد.
سیستمهاي باز: سیستمهاي پیچیده در طبیعتمعمولاً سیستمهاي باز هستند. در یک گرادیان ترمودینامیک و افت انرژي اتفاق میافتد؛ بهعبارتدیگر سیستمهاي پیچیده تعادل انرژي ندارند.
حلقههاي بازخورد: هم بازخوردهاي مثبت - تقویتی - و منفی - میرایی - سیستمهاي پیچیده باعث می شود تأثیر رفتار اجزا به صورت بازخورد باشد که در آن خود اجزا تغییر مییابند.
تاریخچه: تاریخچه سیستم پیچیده مهم است زیرا سیستمهاي پیچیده سیستمهاي پویا هستند که در طول زمان تغییر مییابند و وضعیت قبلی ممکن است بر وضعیت فعلی مؤثر باشد. بهطور رسمی سیستمهاي پیچیده اغلب حالت پسماند نشان میدهد.
تودرتو و پیچیده: هر یک از اجزاي سیستمهاي پیچیده ممکن است خودشان سیستم هاي پیچیده باشند بهعنوانمثال یک شهر از مناطق زیرمجموعه ساختهشده که هرکدام از این مناطق از افراد تشکیلشده و هر فرد از سلولهایی تشکیل شده است که همه اینها سیستمهاي پیچیده هستند.
شرایط مرزي: تعیین مرزهاي یک سیستم پیچیده مشکل است. درنهایت تصمیم توسط مشاهدهگر گرفته میشود. وقتی که رشد شهري به منظور به حساب آوردن خواص بحث شده در بالا در مورد مقاومت بهعنوان سیستم ومخصوصاًسیستم پیچیده بررسی میشود نیاز است که ویژگیهاي منحصربهفرد که آن را از دیگر سیستمهاي پیچیده مجزا میکند کشف شوند. این اکتشاف بهوسیله پاسخ به سؤالهایی اجرا میشود. اولین سؤال این است: از دیدگاه سیستمی، توسعه شهري کجا اتفاق میافتد؟ تا آنجایی که نوع توسعه شهري بررسی شده است شامل گسترش فیزیکی تغییرات اساسی میشود. اولی مربوط به تغییرات در فضا - شامل مهاجرت از مناطق خالی از سکنه به مناطق شهري - از قبیل افزایش اندازه مناطق مسکونی و دومی مربوط به تغییر در فعالیت هاي اساسی - مکانهاي اشغالشده - از قبیل مناطق مسکونی و تجاري میشود.
بهعنوانمثال فعالیت در یک محل ممکن است باعث تغییر در فضاي محلی دیگر شود. فعالیت در یک بازه زمانی میتواند بر فضاي بازه زمانی دیگر تأثیر بگذارد. درنتیجه فعالیت و فضا باید عناصر اصلی در هر سیستم تعریف شده براي درك توسعه شهري باشد. بر این اساس میتوان دریافت که شهرها از ساختارهاي خیلی پیچیده به وجود آمده بوسیله بشر میباشند. علاوه بر این شهرها ممکن است مناظرمتنوعی داشته باشند اما علی رغم این تفاوت ها شهرها واجد برخی از خصوصیات هستند که آن ها را شبیه به هم میسازد. پویایی و رشد دو تا از این عناصر ویژگی اکثر مناطق شهري هستند.
با در نظر گرفتن ایدههاي قبل در مورد پیچیدگی شهرها دو سؤال پیش می آید. اول اینکه آیا الگوهاي کاربري سرزمین مسئول برگ خریدهاي خاص قابلاندازهگیري هستند؟ دوما اینکه چطور این فاکتورها مرتبط با پویایی رشد شهري هستند؟ جواب این سؤال میتواند به ما درك اینکه چطور پویایی رشد شهري را مدلسازي کنیم کمک کند. پویاییهاي شهري نتیجه مستقیم عمل افراد و مؤسسات عمومی و خصوصی به طور همزمان در فضاي شهري است. شهرها نتیجه فضایی همه این تأثیرات هستند که به طور پیوسته به ویژگی شهري مرتبط است. اگر همه این اثرات به طور همزمان عمل کنند پیچیدگی مناطق شهري تعجببرانگیز نیست. ازنقطهنظر عملی چندین فاکتور براي فعالیتهاي شهري در علم تصمیم گیري فضایی شناخته شده است. - Eastman et al, 1993; Voogd, 1983; Carver, 1991 - که در پنج گروه زیر آمده اند.
