بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مکانیابی ایستگاه های آتش نشانی با منطق فازی در GIS و فرآیند تحلیل شبکه(مطالعه موردی: منطقه 6 تهران)
چکیده
تراکم بیش از حد جمعیت در شــهر ها و روند روبه رشــد آنها موجب تقاضــا و توجه روز افزون به مســاله توســعه شــهری گردیده است. تقاضا برای توسعه شهری از مهمترین مشکلات و موانع فراروی بشر در آینده است. برای حل این مشکلات سیستم ایمنی شهر در این راستا باید توسعه یابد. هدف اصلی ایستگاه های آتش نشانی تامین بخشی از امنیت شهر در راستای اهداف از قبل تعریف شده آنها می باشد. انتخاب بهترین مکان برای ایستگاه های آتش نشانی تحت تاثیر معیارها و ضــوابط مختلفی از جمله فاصــله از ایســتگاه های موجود، نزدیکی به معابر، کاربری اراضــی (کاربری های ســازگار و ناســـازگار)، نزدیکی به مراکز درمانی، مذهبی، تجاری، خطوط مترو، پمپ بنزین، پمپ گاز و ســـایر پارامترها اســـت. در پژوهش حاضر هدف تعیین مکان ایده ال به منظور تاسیس ایستگاه های آتش نشانی در منطقه 6 شهر تهران است. برای تحقق این هدف ابتدا پارامترهای مذکور را با اســتفاده از فرایند تحلیل شــبکه اولویت بندی کرده و ســپس در محیط نرم افزار Arc gis اقدام به تهیه لایه های اطلاعاتی، ا ستاندارد سازی آنها با بهره گیری از منطق فازی، ضرب لایه ها در اوزان بد ست آمده از فرایند تحلیل شبکه و سپس روی هم گذاری این لایه ها با عملگرهای فازی نموده ایم. در نهایت بهترین مکان ها جهت احداث ایستگاه های آتش نشانی مشخص گردیدند.
واژه های کلیدی: مکان یابی، آتش نشانی، GIS، منطق فازی، فرایند تحلیل شبکه
-1 مقدمه:
در طی چند دهه اخیر شهرنشینی در ایران رشد سریعی داشته است. شتاب سریع این فرایند، مشکلات زیادی را برای شهرها که همانند یک سیستم پویا عمل میکنند، به بار آورد. یکی از اجزای این سیستم که از فرایند رشد سریع شهرنشینی و پیامدهای آن تأثیر پذیرفته است، ایستگاههای آتش نشانی میباشند که در راستای تأمین امنیت شهر ایجاد گردیده اند. بالطبع با توجه به وجود بافتهای فرسوده و قدیمی، افزایش سریع جمعیت و رشد غیر منطقی شهرها، سیستم ایمنی شهر نیز باید بهبود پیدا کند تا پوشش کافی را بر کل شهر داشته باشد.]2[ مهمترین مشکل در جهت خدمات رسانی ایستگاههای آتش نشانی عدم توزیع نامناسب ایستگاهها و محدود بودن شعاع عملکردی ایستگاههای موجود میباشد. بنابر این توزیع کمی و کیفی ایستگاهها به طور علمی و تخصصی، مورد بررسی قرار می گیرد.استفاده از روشهای سنتی برنامه ریزی ایستگاههای آتش نشانی برای خدمات رسانی،به معنای هدر رفتن کاغذ و زمان میباشد.[12] مکانیابی ضمن جلوگیری از هدر رفتن هزینه ها، باعث تضمین کارآیی بهینه مراکز خدماتی در تقابل با سیستم شهری میشود. وجود همپوشانیهای مکانی بالا در بین مرکز خدماتی در برابر خلاهای خدمات رسانی در بخشهای دیگری از شهر، میتواند موید مکان گزینی ناعادلانه فضایی خدمات رسانی ایمنی شهر باشد.[5] از جمله سیستم های مدیریتی و کاربردی در جهت برنامه ریزی، استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی((GIS است.[1] به عبارت دیگر با توجه به توانایی های وسیع GIS در مسائل تصمیم گیری و توانایی ادغام و رویهم گذاری لایه های اطلاعاتی بهترین گزینه ی مناسب و منطقی جهت یافتن محل مناسب استفاده از GIS و تکنولوژی مربوط به آن می باشد.>13@ این سیستم ذخیره، بازیابی، تغییر و تحلیل داده های را در جهت تصمیم گیری بهتر پیش روی برنامه ریزان برای آینده بهتر قرار می دهد. لذا توجه به کاربری اراضی در شهرها متناسب با معیارهای مختلف از جمله جمعیت محلات، فواصل هریک از مراکز خدمات رسانی و توزیع فضایی آن ها و همچنین میزان دسترسی ها به این مراکز در کوتاه ترین زمان و مکان ممکن، ضرورت آن را می رساند که ایجاد مراکز خدمات رسانی گوناگون برای جامعه انسانی شهری، با برنامه ریزی و تصمیم گیری مطلوب همراه باشد، کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی در برنامه ریزی شهری این مهم را میسر خواهد کرد. روش های مختلفی برای مکان یابی و بررسی توزیع فضایی امکانات وجود دارد که شاخص چند معیاره فرایند تحلیل شبکه (ANP) یکی از این روش ها است، باتوجه به قابلیت استفاده از بکارگیری معیارهای مختلف در جهت تصمیم گیری مناسب و اولویت بندی تاثیر گذاری معیارها، استفاده از این روش نسبت به سایر روش ها کارآمدتر است.[7] برای ورود به عملیات مکان یابی و قبل از ادغام نقشه ها، لازم است که تمامی لایه های مورد استفاده از اعداد و مقادیر معیار ارائه شده استاندارد گردند. این بدان معنی است که کلیه لایه هایی که مورد استفاده به مقیاسی تبدیل گردند که با استفاده از قواعد تصمیم گیری قابلیت ادغام شدن را داشته باشند برای این کار می توان از منطق فازی استفاده کرد.[8]
مطالعات متعددی در زمینه مکان یابی خدمات و به خصوص آتش نشانی در ایران و دنیا صورت گرفته است. بررسی مطالعات پیشین، در تعیین بهترین روش تحقیق، انتخاب شاخص ها و تکنیک های مکان یابی مؤثر است.
مولایی و همکاران (1391) در مقاله ای با نام مکان یابی ایستگاه های آتش نشانی جهت خدمات رسانی در فوریت های امدادی براساس مدل های GIS و MCDM با توجه به معیارها یی چون نزدیکی به مراکز مسکونی، دسترسی به راه ارتباطی، نزدیکی به مراکز تجاری، فاصله از مراکز بهداشتی - درمانی و نزدیکی به مراکز صنعتی و با تلفیق لایه های اطلاعاتی به این نتیجه رسیدند که شمال شرق و جنوب غرب منطقه 8 تهران اولویت بالایی برای تأسیس ایستگاه آتش نشانی دارد .[6] عادلی و همکاران (1386) در مطالعه ای با نام مکان یابی ایستگاه های آتش نشانی شهر گرگان با استفاده از سیستم های اطلاعاتی جغرافیایی با توجه به واحدهای همسایگی که شامل همسایگی های سازگار، همسایگی های ناسازگار و همسایگی های نیمه سازگار است ، مطلوب بودن مکان ساخت ایستگاه را بررسی کردند. آنها از تکنیک تحلیل شبکه و هم پوشانی لایه ها در GIS برای مکان یابی و تکنیک AHP برای وزن دهی به شاخص ها بهره گرفتند .در مطالعه ایشان برای ارزیابی پوشش ایستگا ه های موجود از زمان واکنش یک، دو، سه و چهار دقیقه استفاده شد.[4] کمپانی ESRI در ژانویه 2007 ، مقاله ای تحت عنوان مکانیابی ایستگاههای آتش نشانی و توسعه آن با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی را تهیه نموده است.>11@ شوالیه و همکاران ( ( 2012 در مطالعه ای با نام مکان یا بی شبکه ایستگاه های آتش نشانی با رویکردی یکپارچه در بلژیک با استفاده از سیستم پشتیبان تصمیم گیری فضایی و پارامترهایی مانند فاصله و تراکم جمعیتی و شعاع عملکرد 8 دقیقه ای و پوشش 90 درصد حوادث به ارزیابی پتانیسل ایستگاه های آتش نشانی برای واکنش به آتش سوزی ها پرداختند نتایج مطالعه آنها نشان داد که 60 ایستگاه آتش نشانی موجود در کشور با شعاع عملکرد استاندارد، 67 درصد از حوادث احتمالی را پوشش می دهد.>10@ موری در مطالعه ای با نام بهینه سازی مکان فضایی ای ستگاه های آتش نشانی در کالیفرنیا استاندارد زمانی برای واکنش به آتش سوزی را 9 دقیقه در نظر گرفت . او برای مکان یابی ایستگاه های آتش نشانی جدید از برنامه ریزی راهبردی استفاده کرد و با استفاده از ابزار بافر،توزیع مناسب ایستگا ههای جدید را بررسی کرد. [15] لای و همکاران در سال 2011 در مقاله ای با نام مطالعه و پیاده سازی برنامه ریزی مکان های آتش نشانی براساس تکنیک در چین AHP و GIS به مکان یابی ایستگاه های آتش نشانی می پردازد. استاندارد زمانی در این مقاله 5 دقیقه و استاندارد فاصله 4 تا 7 کیلومتر آتش نشانی برآورد شده است.>14@
-2 مواد و روش ها
مطالعه حاضر از نظر هدف کاربردی و اساس روش آن توصیفی - تحلیلی است. داده ها و اطلاعات برای این پژوهش از طریق منابع کتابخانه ای، اسنادی و میدانی گردآوری شده است، به این ترتیب که در روش اسنادی و نرم افزاری از دستورالعمل های مکانیابی خدمات شهری (آتش نشانی) و از مقالات و پژوهشهای علمی انجام شده در این زمینه استفاده شده است.
-1-2 منطقه مورد مطالعه:
منطقه ی 6 تهران یکی از مناطقنسبتاً قدیمی شهر تهران بوده که حدود3/3 درصد از مساحت شهر را به خود اختصاص داده است. این منطقه از سمت شمال به منطقه ی سه، از شرق به منطقه ی هفت، از جنوب به مناطق دوازده، یازده، ده و از غرب به منطقه ی دو محدود می گردد. عمده ترین ویژگی منطقه ی شش از یکسو قرارگیری آن درمرکز شهر تهران و از سوی دیگر استقرار مهمترین کاربریهای اداری B خدماتی با مقیاس عملکردی فرامنطقه ای، شهری و حتی ملی درآن است. از سوی دیگر به دلیل استقرار در مرکزیت جغرافیایی شهرتهران و همجواری با مرکز ثقل قدیمی شهر شامل بازار، میدان ارگ و توپخانه، مرکزیت فضایی، فعالیتی پیدا نموده است. این منطقه با حدود 220 هزار نفر جمعیت و 20 کیلومتر مربع مساحت دارای 2 ایستگاه آتش نشانی (شماره های 18 و (40 است. ایستگاه های آتش نشانی در نیمه ی جنوبی منطقه قرار گرفته اند و فاصله ی نزدیکی با یکدیگردارند.[3]
مکان یابی مراکزآتش نشانی به معیارهای مختلفی بستگی دارد که نادیده گرفتن آنها، نه تنها منجر به هدررفتن هزینه ها و اتلاف وقت می شود بلکه استقرار کاربری در مکان مناسب صورت نخواهد گرفت در نتیجه هنگام وقوع حوادث به دلیل نامناسب بودن محل استقرار مراکز آتش نشانی، خود می تواند به صورت یک بحران ظاهر شود. به همین علت برای مکان یابی این مراکز حیاتی، باید معیارهای اصلی که بیشترین نقش را دارند در نظر گرفته شود .در مطالعه حاضر از 12 معیار (نزدیکی به مراکز بیمارستان،نزدیکی به مراکز مذهبی، نزدیکی به مراکز فوریت های پزشکی، نزدیکی به شیرهای آتش نشانی، نزدیکی به مراکزمدیریت بحران، نزدیکی به مراکز توزیع برق،نزدیکی به مدارس ابتدایی ، مدارس راهنمایی، نزدیکی به جاده های اصلی،نزدیکی به مناطق پر جمعیت، فاصله از ایستگاههای موجود،نزدیکی به مراکز توزیع سوخت،) برای تعیین بهترین مکان جهت کاربری مورد نظر استفاده شده است.مدل مفهومی برای این پژوهش به صورت شکل زیر می باشد
شکل :1 مدل مفهومی پژوهش(نگارنده ها)
در مطالعه حاضر ابتدا پارامترهای مذکور را با استفاده از فرایند تحلیل شبکه اولویت بندی کرده و سپس در محیط نرم افزار Arc gis اقدام به تهیه لایه های اطلاعاتی، استاندارد سازی آنها با بهره گیری از منطق فازی، ضرب لایه ها در اوزان بدست آمده از فرایند تحلیل شبکه و سپس روی هم گذاری این لایه ها با عملگرهای فازی انجام شده است.
-2-2 مدل منطق فازی (Fuzzy Logic Model)
در مجموعه های کلاسیک همه اعضای یک مجموعه متعلق به آن مجموعه است. ولی هر یک از اعضای مجموعه های فازی با یک درجه عضویتی به آن مجموعه تعلق دارد و این درجه عضویت همواره عددی بین صفر و یک است. در واقع منطق فازی به هر عضو یک مقدار عضویتی را بین صفر و یک نسبت به یک مجموعه میدهد.
پارامترهای موجود در مساله های مکان یابی تا حدود زیادی ماهیت فازی دارند. برای مثال فاکتورهای مربوط به فاصله مناسب از برخی عوارض موجود، مجموعه های فازی هستند و هر پیکسل با توجه به فاصله ای که از عارضه دارد درجه عضویت متفاوتی در این مجموعه دارد. معیار عضویت پیکسلها در مجموعه مطلوب میزان مناسب یا نامناسب بودن آنها و بین 0 تا 1 تعیین میشود. این مقادیر با استفاده از دانش افراد خبره تعیین میشود. اگر تمام پارامترهای مساله به صورت مجموعه های فازی با مقادیر عضویت صحیح تعربف شوند میتوان برای تلفیق پارامترها از اپراتورهای مناسب فازی استفاده نمود. نوع اپراتور مورد استفاده نیز بستگی به نحوه تأثیر پذیری فاکتورهای مختلف از یکدیگر و یا اثر نهایی اپراتور روی مجموعه پارامترها دارد. اثر برخی عملگرهای فازی افزایشی و برخی کاهشی است، یعنی درجه عضویت نهایی هر پیکسل را بسیار کاهش یا افزایش میدهد. عملگرهای فازی شامل اشتراک فازی((Fuzzy AND ، اجتماع فازی (Fuzzy OR)،
ضرب فازی (Fuzzy Algebraic Sum) و جمع فازی (Fuzzy Algebraic product)، عملگر فازی گاما (Fuzzy Operation Gamma) برای تلفیق مجموعه فاکتورها مورد استفاده قرار میگیرند که در اینجا فقط به بیان روابط آنها اکتفا میکنیم.
مقدار $ ( x) بیانگر وزن یا مقدار عضویت پیکسل در مجموعه فازی مورد نظر است. در نهایت با اعمال عملگرهای فازی، واحدهای پیکسلی نقشه خروجی حاوی درجه عضویت خواهند بود.
عملگر اشتراک فازی(: (Fuzzy AND
این عملگر به صورت رابطه زیر تعریف میشود:
اشتراک فازی در یک موقعیت مشخص، حداقل درجه عضویت واحدهای پیکسلی را استخراج نموده و در نقشه نهایی منظور میکند. در مواقعی که دو یا چند فاکتور برای اثبات یک فرضیه بایستی با هم وجود داشته باشند، عملگر اشتراک فازی مناسب میباشد.
عملگر اجتماع فازی :(Fuzzy OR)
این عملگر به صورت رابطه زیر تعریف میشود:
عملگر اجتماع فازی در یک موقعیت مشخص موجود در فاکتورهای مختلف، حداکثر درجه عضویت واحدهای پیکسلی را استخراج نموده و در نقشه نهایی منظور مینماید. در جاهایی که شاخصهای مکانیابی کمیاب هستند و وجود فاکتورهای مثبت برای اظهار مطلوبیت کافی است، این عملگر میرود.
عملگر ضرب فازی :(Fuzzy Algebraic product)
این عملگر به صورت رابطه زیر تعریف میشود
با استفاده از این عملگر مقادیر عضویت فازی در نقشه خروجی کوچک شده و به سمت صفر میل میکنند. بر خلاف عملگرهای فازی اشتراک و اجتماع، در این عملگر کلیه مقادیر عضویت نقشه های ورودی در نقشه خروجی تاثیر میگذارند. همچنین عملگر فوق در هنگامی به کار گرفته میشود که فاکتور یکدیگر را تضعیف میکنند.
عملگر جمع فازی :(Fuzzy Algebraic Sum)
عملگر جمع فازی مکمل عملگر ضرب فازی میباشد که با استفاده از رابطه زیر تعریف میشود.
با استفاده از این عملگر مقادیر عضویت فازی در نقشه خروجی بزرگ شده و به سمت 1 میل میکنند. عملگر فوق هنگامی که چند قسمت از شواهد و فاکتورها یکدیگر را تقویت میکنند مورد استفاده قرار میگیرد.
عملگر فازی گاما (Fuzzy Operation Gamma)
این عملگر حالت کلی از عملگرهای ضرب و جمع فازی است و با استفاده از رابطه زیر بدست میآید.
انتخاب صحیح و آگاهانه γ بین صفر و یک، مقادیری را در خروجی به وجود میآورد که نشان دهنده سازگاری قابل انعطاف میان گرایشات کاهشی و افزایشی دو عملگر جمع و ضرب فازی میباشند. این عملگر زمانی استفاده میشود که اثر برخی از شواهد کاهشی و اثر برخی دیگر افزایشی باشد.با توجه به ویژگیها و عملگرهای منطق فازی، توصیف پارامترهای مسأله و اوزان مربوط به آنها بر اساس این مدل با واقعیت تطابق بسیاری خواهد داشت. در این حالت با هریک از این عوامل و مقادیر وزن آنها به صورت مجموعه های فازی برخورد میشود که تابع عضویت آنها به روشهای مختلفی تعیین میشود. البته در کاربردهای مدل فازی در مکان یابی اغلب از عملگرهای فازی برای تلفیق داده های مکانی موجود استفاده میشود، در حالیکه برای دریافت خروجی دقیق از این مدل باید سیستمی فازی طراحی شود که نقشه های فاکتور به عنوان ورودی این سیستم تبدیل به مجموعه های فازی شوند. سپس نقشهها بر اساس قوانین از قبل تعیین شده عمل تلفیق نقشهها صورت گیرد.[9]
-3-2 روش تحلیل شبکه ANP
تحلیل شبکه یکی از تکنیکهای تصمیم گیری چند معیاره است که در سال 1980 توسط ساعتی ارائه شد. این روش در واقع تعمیم یافته و روش پیشرفت هی فرآیند تحلیل سلسله مراتبی است چرا که یکی از ضعف های (فرض اساسی)روش سلسل همراتبی این بود که عوامل را به طور مستقل و بدون در نظر گرفتن وابستگی بین آنها و در سطح یکسان و از سطوح متفاوت سلسله مراتبی در نظر می گرفت که این امر در دنیای واقعی کمتر اتفاق می افتد و چالش های زیادی را بین محققین به وجود آورده بود. برای حل این مشکل، فرآیند تحلیل ساختار ANP شبکه معرفی شد. برتری اصلی روش تحلیل شبکه شبکه ای آن است، که قادر است اثر متقابل بین عوامل موجود در طبقات مختلف و همچنین وابستگی متقابل بین عوامل در یک طبقه را نیز در محاسبات در نظر بگیرد. فرآیند تحلیل شبکه مرکب ازچهار مرحله ی مهم است:
مرحله ی اول: این مرحله شامل مقایسه ی زوجی وتعیین وزن نسبی معیارها است. این مرحله همانند روش سلسله مراتبی انجام می شود؛ یعنی اوزان نسبی معیارها از طریق مقایسه ی دوبه دو آنها به دست می آید.
