ارزیابی روند توسعه فیزیکی شهر شیراز و تأثیر شرایط فیزیوگرافیک بر روی روند تغییرات کاربری اراضی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استادیار مهندسی منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد سنجش از دور، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

4 کارشناسی ارشد اقلیم شناسی در برنامه ریزی محیطی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

5 دانشجوی دکتری علوم محیط زیست، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

محیط طبیعی معمولاً با توسعه شهرها و سکونتگاه‌های بشر، سازگار نیست. بسیارند شهرهای تاریخی که بر اثر همین ناسازگاری محیط طبیعی متروکه شده‌اند. مهمترین عوامل طبیعی تأثیر گذار بر توسعه شهرها وضعیت توپوگرافی، شیب اراضی، آب و هوا، زمین شناسی، هیدرولوژی و ژئومورفولوژی می‌باشند. با توجه به افزایش گرایش به شهرنشینی، شهرها برای پذیرش جمعیت، نیاز به زمین‌های وسیع و گسترده‌ای دارند. هراندازه که شهرها توسعه یابند، برخورد آنها با واحدهای گوناگون توپوگرافی و ژئومورفولوژی و موضوعات مربوط به آنها زیادتر می‌شود. باید جهت‌یابی توسعه فیزیکی با توجه به عوامل تأثیر‌گذار به گونه‌ای باشد که همراه با توسعه فیزیکی شهر، کمترین میزان خسارت به محیط زیست وارد گشته و بتوان با حفظ محیط زیست به توسعه پایدار همه جانبه شهر نیز دست یافت. روش سنجش از دور به صورت گسترده‌ای برای بررسی گسترش شهرنشینی و شهرها مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا این روش مقرون به صرفه بوده و از تکنولوژی‌های مناسبی بهره‌مند است. در این تحقیق با استفاده از نقشه رقومی ارتفاعی منطقه، نقشه شیب و جهت بدست آمد. سپس با استفاده از نقشه کاربری اراضی سال 1990 و 2009 که از روی تصاویر ماهواره‌ای مربوطه استخراج شده بود نقشه تغییرات کاربری اراضی مربوط به فاصله‌ی سال‌های 1990 تا 2009 استخراج شد و در مرحله بعد با استفاده از تابع tabulation نقشه تغییرات با نقشه‌های شیب و جهت و ارتفاع مورد مقایسه قرار گرفتند و نمودار تغییرات مربوط به هر مورد استخراج شد. نتایج نشان می‌دهد که زمین‌های کشاورزی، آبی و باغ به طور پیوسته با نرخ‌های 37.8%،5.8% و 45.7% از سال 1990 تا 2009 در مدت 19سال کاهش یافته است در حالی که مناطق دارای ساخت و ساز شهری دارای نرخ رشد افزایشی 37% درصدی بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluating Trend of Physical Urban Expansion of Shiraz City and physiographic conditions effect on land use changes

نویسندگان [English]

  • Z. Rousta 1
  • S.M. Monavari 2
  • M. Darvishi 3
  • F. Falahati 4
  • M. Morovati 5
1 MA. of Natural Resources, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor of Natural Resources, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 M.A. in Remote Sensing, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 M.A. in Climatology Environmental Planning, University Award, Tehran, Iran
5 PhD Student in Environmental Sciences, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

Extended abstract
1- Introduction

Natural environment hasn’t permanently adjusted with urban expansion and human settlements. Many historical cities have been abandoned due to these Natural environment incompatibilities. The most effective factors of natural environment on urban expansion are topography, slope, weather, geology, hydrology and geomorphology conditions.By increasing of trend urbanization,cities need to vast territories for settling the population,these territories have composed of different topographic and geomorphologic units.The impact of growth rate of city size on topographic and geomorphologic units will be complicated, by increasing of urban expansion.Orientation of physical expansion in terms of effective factors must be in a way that less damages imposes on natural environment and can be preserved environment in a direction of preservation of sustainable Development. Changes in the earth’s surface can be related to natural dynamics or human activities and can occur either suddenly or gradually. Accelerated urban growth is usually associated with and driven by the population concentration in an area. The extent of urbanization or its growth drives the change in land use/cover pattern. Land use and land cover changes may have adverse impacts on ecology of the area,specially hydro-geomorphology and vegetation. As the characteristics of land cover have important impacts on climate, biogeochemistry,hydrology and species diversity, land cover change has been indicated as one of the high priority concerns for research and for the development of strategies for sustainable management. Although urban areas currently cover only 3% of the Earth’s land surface, they have marked effects on environmental conditions at both local and global scales, including climate change.
 
2- Methodology
Recently, remote sensing has been used in combination with Geographical Information Systems (GIS) and Global Positioning Systems to assess land cover change more effectively than by remote sensing data only. This paper presents an integrated study of land use/cover changes and urban expansion inShiraz city, Fars province in Iran.The study explores the temporal and spatial characteristics of urban expansion and land use/cover changes from 1990 to 2009. Statistical classification approaches have been used for the classification of the remotely sensed images obtained from various sensors viz. Landsat TM, ETM+ and IRS PAN, LISS-III.
 
3– Discussion
Land use/land cover changes (LUCC) are major cause of ecological environmental changes.Geometric correction was performed on all the images. At least 17 ground control points (GCPs) were used to register the images UTM zone 39. GCPs were dispersed throughout the scene, yielding a RMS error was around 0.2 pixelsGeospatial data including municipal boundaries, road networks, geomorphic units and elevation units(DEM) were used to produce GIS layers by ArcGIS 9.3. The most useful band combinations in Landsat for discrimination of land cover categories are bands 4-5-3, 4-3-2, and 3-2-1 assigned as red, green, and blue, respectively. All satellite data were studied using spectral and spatial profiles to ascertain the digital numbers (DNs) of different LULC categories prior to classification. Finally, classification has been done using the Knowledge Classifier Module of ERDAS.
 
4– Conclusion
Finally classification, five land cover categories exist in this area: (a) urban or built-up land; (b) agriculture; (c) water, (d) orchard, and (e) bare land.Results indicate that cropland, water, and orchard areas reduced by 37.8%, 5.8%and 45.7% continuously over the past 19 years, while built-up area increased by 37%, respectively. The built-up area increased at the cost of decreased cropland, water and orchard. Lastly, the major factors influencing urban expansion and land use/cover change are also discussed. In general, the population, traffic conditions, industrialization, and policy are the major factors that influenced the urban expansion. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land Use Change
  • Physiographic qualification
  • urban expansion
  • Remote Sensing
  • GIS

مقدمه

افزایش جمعیت به نوبه­ی خود باعث توسعه فیزیکی وکالبدی بدون برنامه و لجام گسیخته، افزایش حاشیه نشینی و ایجاد شهرک­ها در پیرامون کلان‌شهرها وشهرهای بزرگ می­شود. در این شرایط توسعه فیزیکی معمولاً بدون توجه به پارامترهای طبیعی وبوم شناختی اتفاق می­افتد. تخریب باغ­ها وزمین­های زراعی به نفع ساخت و سازها، دست اندازی به ارزش‌های زیست­محیطی، توسعه در شیب‌های تند، همجواری­های نامناسب در کاربری­ها از جمله تبعات این نوع توسعه­های فیزیکی است.گسترش فیزیکی شهر شیراز در سال­های اخیر باعث بروز مسائلی مانند از میان رفتن اراضی مرتعی و کشاورزی، باغات و حتی دامنه­های با شیب نامناسب کوه­ها برای توسعه مسکونی، توسعة حاشیه نشینی در اراضی نامناسب پیرامون شهرها و بسیاری موارد دیگر شده است. این امر خود گواه بر مدیریت ضعیف و غیر اصولی در استفاده از سرزمین  است. برای به حداقل رساندن اثرات نامطلوب زیست­محیطی حاصل از چنین فرایندی، لازم است (علاوه بر سایر فاکتورهای اقتصادی- اجتماعی و سیاسی) به فاکتورهای طبیعی و خصوصیات زمین به عنوان پایه و عناصر اصلی توسعه فیزیکی توجه کافی و لازم مبذول گردد. از لحاظ سابقه اجرایی چنین مطالعاتی باید عنوان کرد که مطالعات شهری متعددی در کشورهای مختلف صورت گرفته است، در اینجا می توان به مطالعه مسینا (2003) با عنوان برنامه­ریزی توسعه حومه شهر مانزینی، در سوئیس اشاره کرد. با توسعه سریع شهر مانزینی، حومه­های اطراف به شهر پیوستند که نشان می­دهد توسعه بدون برنامه­ریزی این سکونتگاه­ها پایدار نیست. مسینا در این تحقیق از نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی برای کنترل توسعه شهر کمک گرفته است تا آن را به طرف توسعه پایدار هدایت کند. احد نژاد روشتی (1386) در قسمتی از مقاله­ی خود با عنوان تلفیق داده­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی دربرآورد اثرات انسانی بر تغییرات کاربری و پوشش اراضی، مطالعه موردی حوضه­ی استحفاظی شهر زنجان (1385-1368) به بررسی تغییرات کاربری اراضی حوضه­ی استحفاظی شهر زنجان طی دوره­ی مذکور پرداخته و با استفاده از روش جداول متعامد کاربری­­­ها را با یکدیگر مقایسه می­نماید، وی همچنین کمترین و بیشترین تغییرات را بررسی نموده تا میزان تأثیر آ­ن­ها را در ساخت و سازهای این دوره زمانی بررسی نماید. طبق بررسی‌های انجام شده در شهرستان تبریز (محمودزاده، 1383)، برای مدل­سازی توسعه فیزیکی این شهر از نظر تغییرات کاربری تصاویر چند زمانه سنجنده TM و ETM+ در سال­های 1368 و 1380 به همراه نقشه­های رقومی بکار گرفته شد. گسترش فیزیکی شهر تبریز از لحاظ کاربری مسکونی با تکوین و توسعه شهرک­های متعدد باعث کاهش 49/37 درصدی فضای سبز شهری تبریز طی دوره 12 ساله 1368 تا 1380 شده است. در پژوهش دیگر در ایالت مونتانا در امریکا (Richard, 2003) تغییرات کاربری اراضی در این منطقه در طی سال­های 1860 تا 2000 به صورت خطی مدل­سازی گردید. پایگاه داده­ی ایجاد شده جهت این مدل­سازی شامل پارامترهای زیست محیطی، اقتصادی اجتماعی و اطلاعات تغییرات مکانی بود که تلفیق این مجموعه عظیم داده­ها تغییرات پیوسته اراضی کشاورزی و جنگلی به کاربری­های شهری و یا سایر انواع کاربری­های کشاورزی را بیان نمود. مطالعات نشان می­دهد که برای شناسایی توان و همچنین تحلیل سازگاری انواع کاربری­ها با توان مناطق، استفاده از تکنیک­ها و علوم سنجش از دور در سیستم­های اطلاعات جغرافیایی به منظور تولید و تحلیل داده­ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است. جلودارزاده و همکاران (2005) در تحقیقی که در خصوص تغییرات کاربری اراضی در حوزه لاجیم رود ساری انجام دادند بیان نمودند که در فاصله سال‌های 1967 تا 1994، 7 درصد اراضی جنگلی در این حوزه از بین رفته و دچار تغییر کاربری شده است. همچنین بیشتر تغییرات مربوط به اراضی با شیب کمتر از 20% اتفاق افتاده است. توسعه فیزیکی شهرها فرایندی پویا و مداوم است که طی آن محدوده­های فیزیکی شهر و فضاهای کالبدی آن­ها در جهات عمودی و افقی از حیث کمی و کیفی افزایش می­یابد، اگر این روند سریع و بی­برنامه باشد، ترکیب فیزیکی مناسبی برای فضاهای شهری بوجود نخواهد آمد، در نتیجه سیستم­های شهری را با مشکلات عدیده ای مواجه خواهد ساخت. بدون برنامه ریزی کاربری اراضی نمی­توان به الگوی بهینه زیست در شهرها دست یافت، بنابراین برنامه­ریزی کاربری اراضی شهری از جنبه­های اصلی ساخت شهر است که به کمک آن می­توان مشکلات و مسائل شهرها را حل نموده و نوع استفاده از سرزمین در شهر را در راستای ساماندهی مناسب فضایی و ساخت شهر مهیا نمود. نقشه کاربری و پوشش اراضی که در آن نوع و الگوی مکانی استفاده از سرزمین مشخص شده باشد، برای برنامه ریزی­های فعلی و آتی اراضی شهری بسیار مهم است. در این بررسی اهداف و سئوالاتی چند مدنظر قرار گرفته است، از جمله: پیش­بینی و ارزیابی اثرات توسعه بر محیط زیست شهری شهر شیراز، پیش بینی میزان توسعه آتی شهر در 10 سال آینده، آیا تعیین شدت میزان تغییرات در کاربری­های مختلف می­تواند نقاط قوت و ضعف مدیریت اعمال شده را نشان دهد؟ آیا شهر مورد مطالعه پتانسیل توسعه را دارد؟ چه تغییری در منطقه اتفاق افتاده است و آیا این تغییر بهینه بوده است؟ همچنین مراحل اجرای تحقیق نیز به صورت نمودار (شکل1) آورده شده است، عدم سازگاری محیط طبیعی در توسعه شهرها می­تواند زمینه­های ایجاد مخاطرات گوناگون طبیعی را فراهم سازد، از آنجایی که بستر طبیعی قادر است در رابطه با عوامل آب و خاک، شیب، آب و هوا و. .. محدودیت‌هایی را در برابر توسعه فیزیکی شهرها ایجاد نماید. بنابراین، در اینجا جنبه­های مختلف عدم توسعه شهری و پدیده­های مختلف طبیعی و امکان ایجاد محدودیت­های ناشی از آنها در رابطه با توسعه شهر شیراز بررسی شده و توان محیط طبیعی از نظر گنجایش جهت توسعه فیزیکی شهر معلوم می­گردد.

 

 

 

شکل 1- نمودار مراحل انجام تحقیق

 


مواد و روش­ها

معرفی محدوده مورد مطالعه

 شیراز، مرکز استان فارس بزرگ­ترین نقطه جمعیتی در نیمه جنوبی کشور است و بر روی جلگه طویلی به طول 120 کیلومتر و عرض 15 کیلومتر در طول شرقی 52 درجه و 29 دقیقه تا 52 درجه و 36 دقیقه عرض شمالی و 29 درجه و 33 دقیقه تا 29 درجه و 41 دقیقه واقع شده است. ارتفاع شیراز از سطح دریا 1488 متر در منتهی الیه شرقی شهر و حدود 1700 متر در غرب آن متغیر است. شهر شیراز در بخش مرکزی شهرستان شیراز در حدود 1/71 درصد مساحت شهرستان شیراز و حدود 0/15 درصد از کل مساحت استان فارس را شامل می­شود. این شهر در منطقه­ کوهستانی زاگرس واقع شده و آب و هوای معتدلی دارد. یک رود فصلی از وسط شهر عبور می­کند که به رودخانه خشک معروف است و تنها در فصل زمستان و بهار آب دارد. این رود به دریاچه مهارلو واقع در جنوب شرقی شیراز می­ریزد.

 

 

 

شکل 2- موقعیت شهر شیراز در استان و کشور

 


داده­های مورد استفاده

در این پژوهش از نقشه رقومی ارتفاع، نقشه شیب، نقشه جهت، تصاویر ماهواره­ای مربوط به سنجنده TM سال 1990 و IRS سال 2009 و داده­های بدست آمده از GPS[1] در طی عملیات میدانی استفاده شده است. به طور کلی در مراحل مختلف انجام این پژوهش از مجموعه نرم­افزارهای کاربردی مختلفی استفاده گردیده است. به این صورت که به منظور آماده سازی اولیه تصاویر در مرحله­ی پیش­پردازش داده­های ماهواره­ای که شامل اجرای تصحیحات اتمسفری و هندسی است، همچنین در مرحله پردازش و طبقه­بندی تصاویر از نرم­افزارهای ERDAS IMAGINE و Geomatica PCIو ArcGIS استفاده گردید. همچنین به منظور تعیین میزان تغییرات کاربری اراضی در دوره­های زمانی مورد بررسی، از توابع موجود در نرم­افزارAndes IDRISI بهره برده شد.


روش­ها، مراحل انجام کار و تکنیک­های مورد استفاده

زمین مرجع کردن تصاویر

تصاویر به طور هندسی در سیستم مختصات مرکاتور معکوس جهانی(UTM) بوسیله یک تصویر مرجع تصحیح و زمین مرجع شد. حداقل 17 نقطه کنترل زمینی (GCPs) توزیع شده از تصویر انتخاب شد. نمونه برداری مجدد بوسیله الگوریتم نزدیک ترین همسایه انجام شد. خطای جذر میانگین مربعات(RMS) 0.2 در پیکسل‌ها بود که نشان داد که تصویر در درون یک پیکسل دارای دقت مناسبی است.

پیش پردازش تصاویر

چهار تکنیک تشخیص تغییر، تفاضل تفاسیر، رگرسیون تصویر و تحلیل بردار تغییر(CVA) به طور گسترده در حوزه سنجش از دور مورد استفاده قرار می­گیرد. این الگوریتم‌ها همگی دارای یک ویژگی مشترکی هستند که همه آنها دارای یک حد آستانه برای تعین مناطق تغییر یافته می­باشند. تفاضل تصویر عموماً یک روش تشخیص تغییر برای مناطق کشاورزی و جنگلی است. تأثیرات نامطلوب ناشی از واگرایی یا پراکنش شرایط جوی و یا زوایای خورشید بوسیله روش رگرسیون کاهش می­یابد. CVA یک تکنیک رادیومتری است که کاربرد مفید و اولیه آن تشخیص همه تغییرات موجود در ورودی داده­های چند طیفی است. روش تفاضل تصویر منجر به یک تصویر باقیمانده می­شود، که تغییر حاصله از تفاضل دو تصویر در دو زمان متفاوت را نشان می­دهد. پیکسل­های تغییر تابشی کوچک در اطراف میانگین توزیع می­شوند، در حالی که پیکسل­های دارای تغییرات تابشی بزرگ در دنباله توزیع پخش می­شوند. این روش رگرسیون اختلاف میانگین و واریانس بین ارزشهای پیکسل را برای زمان­های متفاوت در نظر می­گیرد و فرض می­شود که دو تاریخ (زمان) یک تابع یک زمانه است و یک رابطه خطی بین این دو تصویر ایجاد می­شود. تصویر محاسبه شده و تصویر پایه (برای مثال تصویر اول) از هر کدام از دیگر تصاویر، با بکار بردن تابع رگرسیون خطی، کم می­شود. CVA یک تکنیک چند متغییره است که چندین باند مناسب را بعنوان ورودی یا مشخصه­های طیفی از هر جفت تصویر می­پذیرد. برای هر جفت تصویر، این باندها در محورهای n بعدی مکانی با هم مقایسه می­شوند. این تکنیک الگوریتم نیرومندی است که برای ماهیت و تعداد باندهای ورودی مورد استفاده قرار می­گیرد. حیاتی­ترین نیاز پیش پردازشی لازم برای CVA رجیستر هندسی دقیق و نرمال سازی رادیومتری داده‌های ورودی است. CVA اقدام به ایجاد دو کانال اطلاعات تغییر در خروجی می­کند:- جهت بردار تغییر - دامنه تغییر چند طیفی. آسانترین اندازه گیری­ها برای بدست آوردن دامنه تغییر چند بعدی در CVA، فاصله اقلیدوسی بین نقاط انتهایی بردار در فضای تغییر است. باند 3 و 4 تصاویر لندست برای محاسبه فاصله اقلیدوسی برای تخمین دامنه و مقدار تغییر بکار گرفته شد (شکل3).

 

 

شکل3- بردار تغییر در دو باند مکانی رادیومتری و فاصله اقلیدوسی

 


بهترین باندهای انتخاب شده در تصاویر

نتیجه تقسیم مقادیر درجه روشنایی یک باند طیفی به باند طیفی قابل انطباق دیگر را نسبت گیری طیفی گویند. نسبت گیری طیفی برای متمایز ساختن تغییراتی که توسط تغییرات روشنایی در تک باندها ممکن نیست، به کار می‌رود. با این عمل بسیاری از پدیده‌هایی که در حالت تک باندی قابل تفکیک نیستند را می توان متمایز ساخت، نسبت گیری، تغییرات شیب منحنی بازتاب‌های طیفی بین دو باند را به تصویر می کشد. تجزیه مولفه‌های اصلی PCA در تفسیر داده‌های رقومی سنجش از دور اهمیت زیادی برخوردار است. PCA می تواند برای متراکم کردن اطلاعات موجود در تعدادی از باندها (مثلا باندهای هفتگانه TM) به 2 یا 3 باند تبدیل شده، به کار رود. کم کردن داده­ها و باندهایی که برای تولید نتایج قابل استفاده تجزیه می­شوند، از نظر وقت و هزینه حائز اهمیت است به ویژه اگر قابلیت استخراج اطلاعات از مؤلفه­های جدید بالاتر از قابلیت استخراج اطلاعات از داده­های اولیه و خام باشد. PCA1 نشان دهنده بازتاب­های مادون قرمز نزدیک و میانی است. مناسبترین ترکیبات باندی برای تشخیص طبقات پوشش زمین مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و بهترین باندها برای اخذ نتیجه بهینه انتخاب گردید. نسبت طیفی باند 4 به 3، PCA1و نسبت طیفی باند 7 به 3 به دست آورده شد و برای تصویر IRS، نسبت طیفی 4 به 3،  PCA1 و نسبت طیفی 3 به 2 انتخاب گردید. تمامی داده­های ماهواره­ای با استفاده از نیمرخ­های مکانی و طیفی برای تشخیص عدد پیکسل(DNs) طبقات مختلف تغییرات کاربری اراضی برای طبقه‌بندی بکار گرفته شدند.

مرحلة طبقه‌بندی و پردازش اطلاعات

هدف اصلی در فرایند طبقه­بندی تصویر، کلاس‌بندی همه پیکسل­های یک تصویر درون کلاس‌های کاربری اراضی است. به عبارت دیگر تبدیل ارزش­های طیفی به اطلاعات مفید و قابل استفاده و یا استخراج اطلاعات کمی در مورد عوامل زیست محیطی و منابع طبیعی از داده­های ماهواره­ای است. روش­های مختلفی در این رابطه وجود دارند. که با استفاده از روش طبقه­بندی نظارت شده (Supervised) این کار انجام گرفت. پس از مرحله نمونه برداری و با حصول اطمینان از صحت نمونه­ها، طبقه بندی کل تصویر انجام شد. الگوریتم­های مختلفی برای این مرحله وجود داشت که روش مناسب، با توجه به امکانات موجود در نرم افزار و با در نظر گرفتن کمترین خطا انتخاب شد. در این تحقیق از روش طبقه­بندی براساس بیشترین شباهت (Maximum Likelihood) و با در نظر گرفتن احتمالات اولیه مساوی، به دلیل تئوری قوی آماری آن استفاده شد. طبقه بندی نظارت شده برای سال­های 1990 و 2009 برای تصاویر و با استفاده از داده­های زمینی به کار گرفته شد. در مرحله اول، جداسازی و تفکیک برای ایجاد مرز داده­های مناطق انجام گرفت، در مرحله دوم، طبقه­بندی نظارت شده با استفاده از الگوریتم نزدیک­ترین همسایه بر روی یک ناحیه انجام گرفت. به هر زمینه و ناحیه ی یک کلاس کاربری اراضی، عددی بین 1 تا 5 که شامل (1) اراضی پوشش طبیعی شامل باغات (2) اراضی شهری و ساخته­شده (3) اراضی بایر و بلا­استفاده (4) اراضی کشاورزی (5) پوشش آبی (شکل4)، اختصاص داده شد.

دقت طبقه‌بندی

تفکیک پذیری نشانه­های طیفی کلاس­های اولیه برای همه تصاویر بوسیله فاصله Bhattacharyya مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس این فاصله کلاسها بطور متوالی تا رسیدن به یک مقدار تفکیک پذیری بالا وقابل قبول ادامه پیدا کردند. ماتریس خطا و تحلیل Kappa برای ارزیابی دقت تشخیص تغییرات مورد استفاده قرار گرفت. تحلیل Kappa یک تکنیک چند متغییره گسسته است که در ارزیابی دقت طبقه بندی بکار می رود. مقادیر خطا Kappa و میزان صحت سنجی در جدول 1 آورده شده است.

 

جدول 1- ارزیابی دقت نقشه‌های کاربری اراضی تهیه شده

نقشه کاربری اراضی

دقت تعیین شده

ضریب کاپا

TM 1990

5/91

0/91

IRS 2009

8/94

0/92

 

نقشه تغییرات کاربری اراضی

پس از تهیه نقشه­های نهایی کاربری اراضی، با استفاده از روش مقایسه پس از طبقه­بندی که عمومی­ترین روش آشکارسازی تغییرات برای مقایسه مستقل تصاویر است، لایه­های کاربری اراضی تهیه شده، مورد مقایسه قرار گرفتند. این روش به خاطر استفاده از دو تصویر به صورت مستقل ونیز کاهش مشکل نرمالیزه کردن تفاوت بین سنسورها و شرایط اتمسفری دو دوره زمانی مؤثرترین تکنیک ثابت شده  است. در پایان کار با استفاده از روشCross Tabulation که در واقع یکی از بهترین روش­های مقایسه پس از طبقه‌بندی در آشکار­سازی تغییرات کاربری اراضی است لایه­های کاربری اراضی تهیه شده، به صورت ماتریسی و دو به دو در محیط نرم­افزار IDRISI مورد مقایسه قرار گرفتند و نقشه تغییرات کاربری اراضی به دست آمد (تصویر 5)

 

 

 

 

 

 

شکل4- نقشه کاربری اراضی شهر شیراز سال 1990 و 2009

 

 

شکل 5- نقشه تغییرات کاربری اراضی

 


آشکار­سازی تغییرات کاربری اراضی

مرحله بعد از مراحل اجرایی، تلفیق و یکپارچه‌سازی لایه­های اطلاعاتی است. در این مرحله پس از تعیین کمی نوع کاربری اراضی اعمال شده در دوره­های زمانی مورد بررسی مربوط به هر تصویر، با استفاده از توابع مربوطه نظیر تجزیه و تحلیل­های پس از طبقه­بندی نقشه تغییرات کاربری اراضی در طول دوره زمانی مورد بررسی تهیه خواهد گردید و میزان تغییر در هر کاربری به صورت اعداد و ارقام کمی مشخص خواهد گردید. به این صورت که هر کاربری چند درصد و یا چند هکتار دچار تغییر گردیده است. سپس با استفاده از نقشه رقومی ارتفاع منطقه، نقشه شیب، جهت بدست آمد (شکل6 و7) و در مرحله بعد با استفاده از تابعtabulation نقشه تغییرات با نقشه‌های شیب و جهت و ارتفاع مورد مقایسه قرار گرفتند و نمودار تغییرات مربوط به هر مورد استخراج شد (نمودار 1، 2و 3)

 

 

 

شکل 6- نقشه مدل رقومی ارتفاع و طبقات ارتفاع محدوده مورد مطالعه

 

شکل 7- نقشه شیب و جهت محدوده مورد مطالعه

 

 

نمودار 1- تغییرات جهت سال 2009-1990

 

نمودار 2- تغییرات ارتفاع سال 2009-1990

 

نمودار 3- تغییرات شیب سال 2009-1990

 


موقعیت طبیعی و ناهمواری­های منطقه

شهر شیراز در موقعیتی با محدودیت‌های طبیعی ارتفاعات قرار گرفته است. در واقع شهر شیراز در یک دره توپوگرافیکی واقع شده است که از سمت شمال در دامنه ارتفاعات با شیب تند قرار گرفته و در ادامه گسترش آن به سمت شرق و غرب، میزان شیب نسبتا کم می­شود. در بخش جنوبی، به دریاچه مهارلو منتهی می­­شود که هر از چند گاهی سیلاب­های خطرناک مشکلاتی را برای محلاتی که در پایین دست مکان گزینی شده­اند به وجود می­آورد. مجموعه این عوامل باعث می­گردند که شعاع دسترسی مطلوب و برخی دیگر از شعاع دسترسی بسیار نامتوازن برخوردار هستند. دشت شیراز قسمتی از محدوده سرزمینی زاگرس است و جهت آن هماهنگ با جهت زاگرس شمال غربی-جنوب شرقی است و از نظر ساختمان طبیعی به صورت یک ناودیس است. کوه‌های نسبتاً بلندی اطراف شیراز را احاطه نموده­اند. استقرار شهر شیراز در میان ناهمواری­ها باعث گردیده است که شهر از نظر توسعه فیزیکی با محدودیت­های زیادی روبه­رو گردد. مناسب­ترین شیب برای شهرسازی، شیب 5 تا 6 درصد است. اما در شیب­های تا 9 درصد نیز مجتمع­های مسکونی و تجهیزات شهری ساخته می­شود و در بالاتر از شیب 9 درصد ساخت تأسیسات شهری همواره با مشکلات و خطرات زیادی روبرو خواهد بود. اما از نظر پایداری و ناپایداری زمین، شیب­های کمتر از 5 درصد شیب‌های ناپایدار محسوب می­شوند، اما در شیب­های بالاتر از 5 درصد بسته به ساختمان و جنس سنگ­ها به تدریج زمینه­های ناپایداری شیب فراهم می­آید.

نقش عوامل طبیعی در گسترش شهر شیراز

شیراز در مراحل مختلف گسترش خود از شکل هسته­ای به سمت گسترش خطی حرکت کرده است. مهم­ترین عامل تأثیرگذار بر این شکل رشد و گسترش، وجود ارتفاعات در دو طرف شهر بوده است. گسترش شیراز به سمت شمال و جنوب به همراه خود نوعی جدایی گزینی اجتماعی و اقتصادی به همراه داشته که همین مسأله نیز در کنار عوامل طبیعی در رشد گسترش خطی شهر مؤثر بوده است. اقشار متوسط و کم درآمد شهر در جنوب، جنوب غرب و شمال شرق گرایش به سکونت داشته­اند و در مقابل اقشار متوسط به بالا در شمال و به ویژه شمال غرب استقرار یافته­اند. میل به سکونت در سمت شمال و شمال غربی باعث شده این سمت شهر به سرعت رشد کند و ساخت و سازهای وسیعی در این سمت شهر اتفاق افتد. عمده­ترین این ساخت و سازها در پیرامون محور شیراز-اردکان اتفاق افتاده است. در طی این مدت روستاهای قصرالدشت نیز گسترش شدیدی یافته اند. همین موضوع منجر شد که باغ­های ارزشمند قصرالدشت آسیب جدی ببینند. قسمت­های جدید شهر در اطراف محلات قدیم گسترش یافته اند، با گسترش موج مهاجرین محلات جدیدی در اطراف شهر ایجاد شده­اند. در مناطقی که محلات جدید شهر در آن گسترش یافته، به ویژه در مناطق شمالی و غربی از نظر شیب زمین در وضعیت مناسبی قرار ندارند و ارائه خدمات با مشکل روبرو است. بافت جدید شهر شیراز در موقعیتی قرار گرفته است که توسعه آن با محدودیت­های طبیعی ارتفاعات مواجه است. توسعه شهری در بافت جدید شهر شیراز شکل خطی به خود گرفته و مکان­گزینی کاربری­های شهری در آن بیشتر به دلایل ذکر شده نامناسب و خارج از اصول علمی است و ناهماهنگی­هایی را در توزیع خدمات شهری نمایان می­سازد.

پیش­بینی میزان توسعه آتی شهر

توسعه فیزیکی شهرها فرایندی پویا و مداوم است که طی آن محدوده­های فیزیکی شهر و فضاهای کالبدی آن­ها در جهات عمودی و افقی از حیث کمی و کیفی افزایش می­یابد، اگر این روند سریع و بی‌برنامه باشد، ترکیب فیزیکی مناسبی برای فضاهای شهری به وجود نخواهد آمد. در نتیجه سیستم­های شهری را با مشکلات عدیده­ای مواجه خواهد ساخت. بدون برنامه­ریزی کاربری اراضی نمی­توان به الگوی بهینه زیست در شهرها دست یافت. بنابراین، برنامه‌ریزی کاربری اراضی شهری از جنبه­های اصلی ساخت شهر است که به کمک آن می­توان مشکلات و مسائل شهرها را حل نموده و نوع استفاده از سرزمین در شهر را در راستای ساماندهی مناسب فضایی و ساخت شهر مهیا نمود. عمدتاً توسعه فیزیکی شهرها در بسیاری از کشور­ها از جمله در ایران به صورت کاملاً سلیقه­ای انجام گرفته است. به­طور کلی شهر­سازی فعالیتی است کاملاً پیچیده و با موضوعاتی سر و کار پیدا می کند که قویاً مربوط به هم هستند و از طرفی روابط متقابل بین برنامه­ریزی کاربری اراضی و توسعه شهری بسیار نزدیک به یکدیگر بوده و این دو می­بایست در راستای یکدیگر و در جهت رسیدن به توسعه پایدار اجرا گردند. به منظور پیش­بینی میزان توسعه آتی شهر، نمودار 4، میزان رشد و توسعه مناطق شهری را بر حسب هکتار در سال‌های1990، 2000 و 2009 نشان می­دهد. برای ارزیابی سیر روند صعودی توسعه شهری با داشتن نقاط مرجع، به وسیله درون یابی نسبی اقدام به برازش منحنی برای دیگر نقاط (برای مثال سال‌های 1995، 2005 و 2015) شد و همچنین منحنی برازش جهت بررسی و پیش بینی روند رشد توسعه شهری در آینده توسط نرم افزارMaple 10 به دست آمد.

 

 

 

نمودار 4- پیش بینی توسعه شهر در آینده( در صورت ثابت بودن روند رشد و شرایط محیطی)

 

 

این مطالعه نشان می‌دهد که توسعه شهری در شیراز نسبتا سریع است و نتیجه آن کاهش شدید منابع طبیعی و محیط زیست است. مساحت شهر شیراز به میزان 5412 هکتار در طی 19 سال، از سال 1990 تا 2009 گسترش یافت. نکته اصلی در گسترش شهر نشینی، تأمین زمین مورد نیاز برای احداث ساختمان‌های مسکونی و ملحقات شهری نیست، بلکه زمین مورد نیاز برای برآورده کردن نیازهای غذایی، پوشاک، کاغذ، آب، چوب، مصالح ساختمانی و سایر نیازهای جمعیت آن است. جلوگیری از گسترش سطح اراضی مسکونی در پاسخ به افزایش جمعیت و رشد اقتصاد فرایندی غیر قابل اجتناب به نظر می­رسد. اما با ارائه راهکارهای مدیریتی مناسب و نیز مکان­یابی نقاط جدید جهت گسترش شهرها می­توان میزان تغییر غیر اصولی کاربری اراضی کشاورزی به اراضی مسکونی را به حداقل کاهش داد.

- نتیجه‌گیری

بر طبق نتایج حاصله بیشترین تغییر کاربری اراضی در شیب 5-0 درصد مشاهده می­شود. تغییرات در این مناطق به دلیل شیب کم و در دسترس بودن مردم است. بدلیل مستعد بودن برای استفاده­هایی نظیر کشاورزی مستعد برای ساخت مناطق مسکونی است. روند و جهت ارتفاعات و ناهمواری­های محدوده­ی شیراز به تبعیت از ناهمواری­های کلان زاگرس و تحت تاثیر عامل زمین ساخت، جهتی شمال غرب- جنوب شرق دارد. به عبارت دیگر تقریبا تمامی ناهمواری­های پیرامون شهر، جهت شمال غربی جنوب شرقی و در برخی نواحی به صورت محلی جهتی غربی- شرقی دارند. همین ویژگی باعث شده دشت شیراز نیز جهتی طویل و کشیده با امتداد شمال غرب- جنوب شرق داشته باشد. تاثیر ناهمواری­ها و عوارض بر توسعه­ی کالبدی در قسمت­های با شیب تند و در محل عارضه­ها و ناهمواری­های اصلی کوهستانی (نظیر کوه دراک و کوه­های شمالی) به صورت مانع و محدودیت عمل کرده و می­تواند توسعه فیزیکی شهر را با مشکل روبرو سازد. البته این محدودیت معمولا از شیب­های 20 تا 30 درصد به بالا به صورت جدی شروع می­شود. بیشترین میزان تغییرات در ارتفاع 1400 تا 1500 متر رخ داده است. کنش و واکنش بین محدودیت­های طبیعی بستر شهر با توسعه ناموزون شهر در گذشته، آثار و پیامدهای سوء متعددی را در منطقه بر جای گذاشته است. بررسی و ریشه­یابی این گونه پیامدها قطعاً در برنامه پیشگیری از تشدید آثار سوء موجود و طرح­های بهسازی آتی محیط شهری شیراز مفید و مؤثر خواهد بود. با توجه به نقشه­های موجود و تصاویر ماهواره­ای، شهر به سمت شمال غربی روندی رو به رشد دارد. احداث شهرک­هایی همچون شهرک گلستان و شهرک صدرا مبین این امر است. با توجه به اینکه شمال غرب شهر شیراز جزو نواحی خوش آب و هوا و دارای مناطق توریستی و گردشگری زیادی است، باید روند توسعه­ی شهر با مدیریت صحیح و اهداف توسعه­ی پایدار صورت گیرد. در طول سال­های گذشته لاجرم بخشی از توسعه­ی شهر شیراز به بهای تبدیل و تخریب اراضی کشاورزی شکل گرفته است. باید توجه داشت که تخریب اراضی کشاورزی درجه یک و تبدیل آنها به اراضی مسکونی باعث استفاده از اراضی مرتعی برای کشاورزی شده است. با توجه به اینکه در طی سال‌های آینده مقدار قابل توجهی از اراضی زراعی منطقه به اراضی مسکونی و یا صنعتی تبدیل می­گردند، مسلما اراضی زراعی و مرتعی به اراضی با شیب­های بالاتر منتقل می­شوند، که بدیهی است محصول قابل توجهی نخواهد داشت. همچنین وجود اراضی طبیعی که شامل باغ­های قصرالدشت است باعث تلطیف هوای شیراز گشته و با توجه به تخریب این باغ­ها به مقدار زیاد در طی سال­های 1990 تا 2009 باید با مدیریت جامع­تر در جهت حفظ باغ­های باقیمانده کوشید. وجود تراکم جمعیت بسیار بالا در منطقه و تداوم جریان یکسویه مهاجرت از روستا به شهر، به منظور اسکان و نیز ایجاد اشتغال این جمعیت از طریق ایجاد و توسعه شهرک­های صنعتی، شناسایی و مکان‌یابی مناطق جدید جهت توسعه شهری و صنعتی امری کاملا ضروری است. در سطح شهر شیراز مشکلات متعددی که در توسعه شهری مطرح هستند، جلوی توسعه شهری را گرفته­اند. می­توان گفت که مهمترین عامل در توسعه فیزیکی شهر عناصر طبیعی است. در این بین با توجه به این که شهر شیراز از کلان شهرهای کشور به شمار می­آید و به لحاظ موقعیت و شرایط توپولوژیکی خود از اطراف به وسیله ناهمواری­ها محصور است، توسعه شهری شکل خطی به خود گرفته و مکان­گزینی کاربری­های شهری در آن بیشتر به دلایل ذکر شده دارای توزیع نامناسب و خارج از اصول علمی است. عدم توجه به توزیع متعادل و متوازن کاربری­ها و نبود دید علمی و منطقی از گذشته در خصوص توزیع اصولی کاربری­ها در سطح شهر شیراز، ناهماهنگی­هایی را در توزیع خدمات شهری نمایان ساخته است. بنابراین با توجه به نتایج مطالعات می­توان گفت بهترین جهات مناسب برای رشد آتی شهر نواحی جنوبی و غربی خواهد بود که در این جهات به علت شیب کم، ناپایداری دامنه­ها وجود نخواهد داشت و در ضمن زمینه­های لازم برای شهرسازی به طور بارزی در این محدوده نمایان است، نواحی شمالی و شرقی شهر بنا به دلایل متعدد نه تنها مناسب نبوده بلکه، در صورت نادیده گرفتن نقش عوامل طبیعی، در محله­های شهری باعث ایجاد مخاطرات طبیعی خواهد شد. ضمن آنکه شهر جدید صدرا نیز از جمله مکان­هایی است که استعداد پذیرش سرریز جمعیتی شهر شیراز را داراست. لازم است نگرش علمی-کاربردی در توزیع خدمات و کاربری­ها متناسب با ملاحظات زیست محیطی، اجتماعی همواره مدنظر بوده باشد.



[1]Global Position System

بزرگ­نیا، فرناز و همکاران، (1386)، برنامه­ریزی شهری با استفاده از GIS (مطالعه موردی ناحیه لنجان)، اولین کنفرانس جی ای اس شهری، دانشگاه شمال، آمل

علیزاده ربیعی، حسن، (1389)، سنجش از دور(اصول و کاربرد)، انتشارات سازمان مطالعه و تدوین کتب علوم انسانی دانشگاهها(سمت)

میذر، پل ام، (1388)، پردازش کامپیوتری تصاویر سنجش از دور، امینی، جلال، انتشارات سازمان مطالعه و تدوین کتب علوم انسانی دانشگاهها(سمت)

علوی پناه، کاظم، متین فر، حمیدرضا، رفیعی امام، عمار،(1388)، کاربرد فناوری اطلاعات در علوم زمین(خاک شناسی رقومی:)رادار، سنجش از دور فراطیفی و چند طیفی، سامانه اطلاعات جغرافیایی، شبکه‌های عصبی)، دانشگاه تهران

زبیری، محمود، مجد، علیرضا، (1383)، آشنایی با فن سنجش از دور و کاربرد در منابع طبیعی، انتشارات دانشگاه تهران (چاپ ششم).

بابا احمدی، عباس، (1390)، کاربرد سنجش از دور در زمین شناسی، انتشارات آوای قلم

طبیبیان، منوچهر و دادراست، محمدجواد، (1383)، پایش (نظارت) تغییرات کاربری اراضی در زیر حوضه دروغ­زن فارس با استفاده GIS/RS، مجله محیط­شناسی، شماره 29: 79 – 91.

علوی پناه، سید کاظم، (1382)، کاربرد سنجش از دور در علوم زمین (علوم خاک)، انتشارات دانشگاه تهران.

فاطمی، سید باقر، رضایی، یوسف، (1384)، مبانی سنجش از دور، انتشارات آزاده.

قراگوزلو، علیرضا، (1383)، GIS و ارزیابی و برنامه‌ریزی محیط زیست، انتشارات سازمان نقشه برداری کشور.

مالمیریان، حمید، (1380)، پردازش رقومی تصاویر ماهواره­ای، انتشارات سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح.

مخدوم، مجید و دیگران، (1383)، ارزیابی و برنامه‌ریزی محیط زیست با سامانه­های اطلاعات جغرافیایی، انتشارات دانشگاه تهران.

 مخدوم، مجید، (1381)، شالوده­ی آمایش سرزمین، انتشارات دانشگاه تهران (چاپ ششم).

Alig, R.J., Kline, J.D., Lichtenstein, M, (2004) Urbanization on the US landscape: looking ahead in the 21st century. Landscape Urban. Plann. 69, 219–234.

Breheny, M. (1992). Sustainable Development and Urban Form, Pion, London.

CEC Commission of European Communities (1990). Green Paper on the Urban Environment, COM 90218, CEC, Brussels.

Christopher A. Legg, (1999), Remote Sensing and Geographic Information Systems: Geological Mapping, Mineral Exploitation and Mining, John Wiley & Sons, Published association with Praxis Publishing Chichester.

Elkin, T, et al. (1991). Receiving the City: Towards Sustainable Urban evelopment, Friends of the Erath, London.

GLCF Website (2008) at:

He. C., Okada. N, Zhang. Q., Shi. P., Zhang. J. (2006), Modeling urban expansion scenarios by coupling cellular automata model and system dynamic model in Beijing, China, Applied Geography 26: 323–345.

http://www. glcf.umiacs.umd.edu/

 Jenks, M, Burton, E and Williams, K. (1996). The Compact City: A Sustainable Urban Form, E and FN Spon, an imprint of Chapman and Hall, London.

 Jensen, J. R.,(1996), Introductory Digital Image Processing: A remote sensing perspective, 2nd Edition. NJ: Prentice-Hall.

Leica-geosystems Website (2008) at:

 Li, X, Yeh, A.G.O, (1998). Principal component analysis of stacked multitemporal images for the monitoring of rapid urban expansion in the Pearl River Delta. Int. J. Remote Sens. 19, 1501–1518.

S. Berberoglu, A. Akin, (2009), Assessing different remote sensing techniques to detect land use/cover changes in the eastern Mediterranean, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 11, 46-53.

Tarek.Rashed, Carsten.Jürgens, (2010), Remote Sensing of Urban and Suburban Areas, Springer.

Timothy L. Nyerges, Piotr Jankowski (2009). Regional and Urban GIS: A Decision Support Approach, The Guilford Press.

Wu. Q., Li. H., Wang. R., Paulussen. J., He. Y., Wang. M., Wang. B., Wang. Z. (2006), Monitoring and predicting land use change in Beijing using remote sensing and GIS. Landscape and Urban Planning. 78, 322–33.

 Zhang, J., Zhang, Y. (2007), Remote sensing research issues of the National Land Use Change Program of China. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, doi:10.1016/j.isprsjprs.2007.07.002.

Zhenjiang Shen,(2009), Geospatial Techniques in Urban Planning, Springer.