مقاله کاربرد روش های نوین در طراحی شبکه جاده های جنگلی

بخشی از مقاله

چکیده

طرحهای جنگلداری برای استفاده مطلوب از تولیدات جنگل، تضمین بقا و تولید مستمر جنگل تهیه میشوند. برای حفاظت جنگل و رسیدن به توسعه پایدار، برنامهریزی و اجرای دقیق طرحهای جنگلداری ضروری است. احداث جادههای سنتی در جنگلهای کوهستانی، با توجه به مسائل فنی و زیست محیطی بسیار مشکل است. بنابراین تغییر در اهداف مدیریتی جنگل و مطرح شدن معیارهای زیست-محیطی و اقتصادی باعث ایجاد تفکر به کارگیری روشهای نوین و با قابلیت و تواناییهای بالاتر شد که طراحان را به سمت استفاده از کامپیوتر و در مرحله بعد به سمت GIS سوق داد.

لذا با بکارگیری روشهای تصمیمگیری چند معیاره - MCDM - فرایند تحلیل سلسله مراتبی - AHP - ، فرایند تحلیل شبکهای - ANP - ، تکنیک تاپسیس و روش ELECTRE میتوان معیارهای موثر در طراحی جاده را اولویتبندی کرد و با تلفیق این معیارها با روش ترکیب خطی وزندار - WLC - در نرمافزار GIS نقشه مطلوبیت تهیه نمود، سپس به کمک نرمافزار PEGGER به طراحی و ارزیابی مسیر جاده میپردازند، همچنین علاوه بر این روشهای نوین دیگری مانند شبکه عصبی مصنوعی، NETWORK2000 و TRACER را اشاره کرد. بنابراین با استفاده از روشهای نوین در طراحی جاده میتوان کیفیت، سرعت، هزینه و دقت طراحی را بهبود بخشید، در نتیجه میتوان مسیرهای مناسب با کیفیت مطلوبتری را طراحی کرد.

مقدمه

جنگلها دارای خدمات اکوسیستمی بسیار زیادی میباشند. این خدمات شامل تهیه مواد غذایی، حفاظت از تخریب خاک، تولید چوب و غیره میباشد. از اینرو اخیراً بحث مدیریت چند منظوره جنگلها، بهجای دیدگاه تک بعدی تولید چوب رو به گسترش میباشد. این شیوه مدیریت شامل در نظر گرفتن مسائل اکوتوریسم، اکولوژی، مسائل اقتصادی و اجتماعی جنگلنشینان و ... میباشد و اهداف متعددی علاوه بر تولید چوب را در برنامهریزی مورد توجه قرار میدهد .

- Amani, 2000 - جنگل مجموعهای است که تحت تأثیر عوامل مختلف و در مدت زمان طولانی شکل گرفته و به تعادل رسیده است. در حقیقت اساس مدیریت جنگل و بهرهبرداری اصولی وابسته به برنامهریزی شبکه جاده جنگلی است. معیارهای طراحی شبکه جاده بر مبنای تولید چوب و صرفه اقتصادی استوار میباشد ولی امروزه به علت استفاده چند منظوره از شبکه جاده جنگلی با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی توجه بیشتری می شود.

بنابراین داشتن یک مدیریت علمی برای رسیدن به توسعه پایدار طراحی دقیق شبکه جاده جنگلی مناسب با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی اجتناب ناپذیر است . - Ghajar, 2005 - احداث جادههای سنتی در جنگلهای کوهستانی، با توجه به مسائل فنی و زیست محیطی بسیار مشکل استاخیراً. مدیریت اطلاعات به طور همزمان با توجه به عوامل مهم در طراحی جاده و ارزیابی سریع از جادهها با استفاده از GIS امکان پذیر است .

- Raafatnia et al., 2006 - از یک طرف وجود این مشکلات و نواقص و همچنین از طرفی تغییر در اهداف مدیریتی جنگل و مطرح شدن معیارهای زیستمحیطی و اقتصادی باعث ایجاد تفکر به کارگیری روشهای نوین و با قابلیت و تواناییهای بالاتر شد که طراحان را به سمت استفاده از کامپیوتر و در مرحله بعد به سمت GIS سوق داد . - Mohd Hasmadi et al., 2010 - - Hayati, 2011 -

با تلفیق نرمافزارهای PEGGER و GIS و با استفاده از تکنیکهای ارزیابی چندمعیاری در بخش بهاربن در جنگل خیرود کنار برای طراحی شبکه جادههای جنگلی نشان داد که این روش، روش مناسبی برای طراحی و تعیین بهترین گزینههای شبکه جاده هم از لحاظ فنی و اقتصادی و هم از لحاظ زیستمحیطی میباشد. هدف از این تحقیق کاربرد GIS و روشهای تصمیمگیری چندمعیاره در جنگل است، که در این پژوهش عملکرد روشهای نوین در طراحی جاده مورد بررسی قرار گرفته است.

روش تصمیم گیری چند معیاره

در روش تصمیمگیری چندمعیاره دادههای اولیه براساس نظرات کارشناسان در قالب ماتریس تصمیمگیری جمعآوری شده و مبنای تصمیمگیری نهایی و به عبارتی تلفیق نظرات افراد ذکر میشود. این روش بر پایه استدلال ریاضی بهترین گزینه تصمیم- گیری را از بین گزینههای موجود با اولویتبندی آنها تعیین میکند . - Noori and Tabatabaeiyan, 2006 - برای انتخاب معیارهای تاثیرگذار در طراحی جادهها، میتوان از رویکرد دلفی استفاده کرد.

دلفی یکی از مهمترین و جدیدترین ابزارهای پژوهش کیفی است که از آن در تعیین معیارهای موثر باتوجه به نظرات کارشناسان استفاده میشود. مراحل اجرای دلفی شامل تشکیل تیم اجرایی و انتخاب کارشناسان ، تهیه پرسشنامه، ارسال اولیه آن به کارشناسان، بررسی، ارسال مجدد به دفعات لازم، آنالیز و در نهایت گزارش میباشد . - Hayati et al., 2013 - بنابراین برای وزندهی معیارهای موثر در طراحی جادههای جنگلی روشهای تصمیمگیری چندمعیاره کاربرد زیادی دارند، که میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

-1 روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی - AHP -

فرآیند تحلیل سلسله مراتبی - AHP - یکی از معروفترین فنون تصمیمگیری چند معیاره است که اولین بار توسط ساعتی ابداع گردید. با استفاده از AHP اطلاعات دقیق، دانش متخصصان و ترجیحات موضوعی میتوانند با هم تلفیق شده و مورد بررسی قرار گیرند و معیارهای کیفی به مانند معیارهای کمی مورد ارزیابی قرار گیرند . - Saaty, 1977 -

-2 روش فرآیند تحلیل شبکهای - ANP -

روش فرآیند تحلیل شبکهای - ANP - از اصول فرآیند تحلیل سلسله مراتبی - AHP - پیروی میکند و از توسعه روشAHP  به وجود آمده است که امکانات گستردهتری را برای تصمیمگیری در محیطهای پیچیده فراهم مینماید. در این روش نیز ابتدا یک سلسله مراتب برای شاخصها و زیرشاخصها و گزینهها، طرح و ماتریسهای مقایسه زوجی تشکیل میگردد.

مدل شبکهای تصمیمگیری، بر ارتباطات یکطرفه و اثرات متقابل بین معیارها و زیرمعیارهای هر معیار استوار است. بر خلاف فرایند سلسله مراتبی - AHP - که ارتباط عناصر تشکیل دهنده مدل یکطرفه است، در فرایند تحلیل شبکهای یک عنصر از مدل بر عنصر یا عناصر دیگر و حتی بر خود اثر گذار است و ممکن است از دیگر عناصر نیز تاثیر بپذیرد، به عبارت دیگر مسئله از حالت خطی خارج و در قالب غیر خطی یا شبکهای نمود مییابد . - Saaty, 2001 -

-3 روش تاپسیس - TOPSIS -

تاپسیس یکی از روشهای تصمیمگیری چند معیاره قوی برای اولویتبندی گزینهها از طریق شبیه نمودن به جواب ایدهآل میباشد که توسط هوانگ و یون در سال 1981 پیشنهاد شد. از این روش میتوان برای رتبهبندی و مقایسه گزینهها و انتخاب بهترین گزینه و تعیین فواصل بین گزینهها و گروهبندی آنها استفاده کرد. در این روش m گزینه به وسیله n شاخص، مورد ارزیابی قرار میگیرد. براساس این تکنیک، گزینه انتخابی باید کمترین فاصله را با راهحل ایدهآل مثبت - بهترین حالت - و بیشترین فاصله را با راهحل ایدهآل منفی - بدترین حالت - داشته باشد . - Hwang and Yoon, 1981 -

-4 روش ELECTRE

روش ELECTRE از جمله روشهای تصمیمگیری است، که شاخصهای کمی، کیفی مورد استفاده قرار میگیرند و با مقایسات زوجی، رتبهبندی آنها به دست میآید. تکنیک ELECTRE III یکی از قویترین و موثرترین روشهای برنامهریزی چندمعیاره است که به وسیله بسیاری از محققان روشی کارا شناخته شده است. این تکنیک دارای برتریهایی مانند مفاهیم برتری و حدود آستانه بی تفاوتی و برتری است که در سایر روشهای تصمیمگیری به چشم نمیخورد.  همچنین در این تکنیک دو مفهوم سازگاری و ناسازگاری به صورت توابع فازی تعریف میشوند و از این طریق معیارهای کمی و کیفی برای اولویتبندی گزینهها مورد استفاده قرار میگیرند . - Kazazi et al., 2011 -

-سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS -

سیستم اطلاعات جغرافیایی با امکانات ویژهای چون سرعت و دقت، ورود و خروج اطلاعات و نقشهها از سیستمهای دیگر، امکان آنالیز و تلفیق، امکان برنامه نویسی و... از مهمترین ابزار در سالهای اخیر میباشد که پیادهسازی تکنیکهای پیشرفته و پیچیدهی برنامهریزی را در کوتاهترین زمان ممکن میسر ساخته است. ابزاری که میتواند در بروزسازی دادهها و ساماندهی آنها کمک کند و دسترسی سریع و آسان به آنها را در فراهم نماید.

پیشرفتهای اخیر در زمینهی تکنولوژی اطلاعات، در فرایند برنامهریزی و تصمیمگیری، فرصتهای زیادی را برای ارزیابی راهبردهای جدید وابسته به پردازش رایانهای دادههای جغرافیایی، مدیریت دادهها، تحلیل دادهها، ساخت سناریوها و آماده کردن دادهها فراهم کرده است. . - Ludin et al., 2006 - امروزه با دانش و فنآوری GIS میتوان دادههای متفاوت و از منابع مختلف را برای فرایند طراحی مسیر در یک تحلیل مکانی ترکیب نمود و یک چارچوب برای توسعه و روی همگذاری لایههای اطلاعاتی ورودی و انجام تحلیلهای مکانی فراهم کرد.

امکان روی همگذاری تعداد زیادی لایه اطلاعاتی، نداشتن محدودیت در تعداد لایههای مورد استفاده، ذخیره و قابلیت تحلیل بالایی از اطلاعات، امکان استفاده از نقشههای رقومی صحت بالا، ویرایش سادهتر، سرعت عمل بالا و هزینه عملکردی پایین از مهمترین مزایای استفاده از GIS در طراحی میباشد و این مزایا باعث استفاده روزافزون از GIS شده است - Firoozan, . - 2006

-ترکیب خطی وزندار - WLC -

روش ترکیب خطی وزندار رایج ترین تکنیک در تحلیل ارزیابی و تصمیمگیری چند معیاری است. در روش ترکیب خطی وزندار، تحلیل گر یا تصمیم گیرنده به طور مستقیم وزنهایی از اهمیت نسبی را به هر معیار میدهد، سپس از طریق ضرب نمودن وزن هر معیار در مقدار آن خصیصه یک مقدار نهایی برای هر گزینه به دست میآید. یکی از مزیتهای روش WLC انتخاب بهترین گزینه - بهترین مکان یا پیکسل - بر مبنای رتبهبندی آنها از طریق ارزیابی چند معیار اصلی است.

این روش - WLC - را میتوان با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی - GIS - و قابلیتهای همپوشانی این سیستم اجرا کرد، که برای تولید نقشه مطلوبیت، نقشه معیارها با هم ترکیب وتلفیق گردند. پردازش WLC امکان جایگزینی کامل بین فاکتورها را براساس وزن هایشان فراهم میکند. این روش امکان استانداردسازی معیارها در ساختاری پیوسته را فراهم میکند و لذا اطلاعات مهم درباره درجه مطلوبیت را حفظ مینماید. ضمن آنکه امکان اختصاص وزنهای متفاوت را به فاکتورها میدهد که این کار منجر به جبران فاکتورها با هم میشود . - Mansor et al., 2006 -

-کاربرد شبکه عصبی مصنوعی - ANN - در طراحی جاده

شبکههای عصبی به علت افزایش سرعت محاسبات و مدلسازی یکی از الگوریتمهای جدیدی هستند که اخیرا کاربرد زیادی دارند . - Kia, 2014 - از پرکاربردترین شبکههای عصبی میتوان شبکه عصبی پرسپترون چندلایه - MLP - و شبکه تابع پایه شعاعی - RBF - را نام برد. شبکههای پرسپترون توانایی مناسبی جهت یادگیری با بردارهای ورودی را دارند و برای حل مسائل ساده مناسب میباشند. اما شبکههای شعاع مبنا به سلولهای عصبی بیشتری نیاز دارند و زمان طراحی آن نیز نسبت شبکه پس انتشار کوتاهتر است . - Bayati et al., 2013 - از رگرسیون خطی برای مقایسه و ارزیابی عملکرد شبکه عصبی و انتخاب بهترین مدل استفاده می شود.