مکان یابی با عملگر فازی در GIS
یکی از مباحثی که امروزه در علوم مکانی مورد توجه قرار می گیرد، مکان یابی است. روشهای مختلفی برای مکان یابی پدیده های مختلف وجود دارد. اما در این بخش قصد داریم مکان یابی با عملگر فازی را به شما آموزش دهیم. با آکادمی سامانه اطلاعات مکانی همراه باشید.
در گام نخست با چند اصطلاح آشنا شوید:
مکان یابی : فعالیتی است که قابلیت ها و توان های یک منطقه را از لحاظ وجود زمین مناسب و کافی و ارتباط آن با سایر کاربری ها و تسهیلات برای انتخاب مکان مناسب برای کاربری خاص مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد.
تحلیل فضایی: تکنیک های تحلیلی است که به مطالعه مکان یابی و ارتباط پدیده های جغرافیایی با ابعاد فضایی می پردازد.
در بحث مکان یابی با توجه به هدف مکان یابی تعدادی معیار مورد استفاده قرار می گیرد، در این بین هر یک از این معیارها واحد خاص خود را دارد، بنابراین برای ترکیب این معیارها باید آنها را هم مقیاس کنیم، برای این کار می توان از عملگر فازی استفاده نمود.
برای اجرای مکان یابی با روش Fuzzy Logic باید طبق شکل زیر ۲ گام اصلی را طی کنید.
مرحله اول مکان یابی با عملگر فازی در GIS : عضویت دهی فازی
در روش مکان یابی فازی باید دقت کنید که تمامی معیارهای موثر در مکان یابی که مورد استفاده قرار می گیرد و به نقشه رستری تبدیل شده و دارای واحدهای مختلفی هستند با روش عضویت دهی فازی هم مقیاس شوند. در نتیجه تمامی مقادیر بین ۰ و ۱ تغییر می کنند.
در این روش مناطقی دارای یاخته ها (پیکسلهای) با ارزش ۱ هستند کاملاً عضو مجموعه خواهند بود.
اما مناطقی از منطقه که دارای یاخته های با ارزش ۰ هستند، از عضویت مجموعه خارج می شوند.
شکل زیر عضویت دهی فازی را نشان می دهد.
در این نمودار محور Y میزان درجه عضویت فازی را نشان می دهد که مقادیر بین ۰ تا ۱ را نشان می دهد، هرچه این عدد بزرگتر باشد نشان می دهد که منطقه و پیکسلها برای هدف مکان یابی از مطلوبیت بیشتری برخوردار هستند. نتیجتاً می توان گفت که محور Y در واقع درجه مطلوبیت را ارائه می کند.
بر روی محور X هم مقادیر و ارزش یاخته ها قرار می گیرد.
عدد ۱۰ بر روی محور X بیانگر بهترین مقدار و مطلوب ترین منطقه از نظر مکان یابی است. هر چه از این مقدار به سمت چپ و راست کاهش و افزایش می یابد در واقع از درجه مطلوبیت کاسته شده و درجه عضویت فازی نیز کمتر می شود.
محدوده های بین عدد ۴ تا ۰ در این نمودار نمونه فاقد درجه عضویت فازی هستند. همینطور در سمت راست نمودار برای مناطق بین ۱۶ تا ۲۰ همین حالت صدق می کند و به هیچ عنوان برای مکان یابی مناسب نیستند.
بخش هایی از نمودار که دارای ارزشهای یاخته بین ۴ تا ۱۶ هستند را منطقه گذار Transition Zone می نامند.
روشهای عضویت دهی فازی مکان یابی با عملگر فازی در GIS
اما در مرحله عضویت دهی فازی در روش مکان یابی با عملگر فازی ۷ روش وجود دارد:
روش گوسی Gaussian
در این روش سعی می شود که مقادیر و ارزشهای اصلی یاخته ها به صورت نرمال توزیع گردد. بهترین ارزش برای توزیع نرمال عدد ۱ در نظر گرفته می شود. این مقدار در مرکز نمودار واقع شده و به سمت مقادیر مثبت و منفی کاهش می یابد.
مقادیر و ارزش اخته های معیار، درجه عضویتشان از ارزش میانه تا حدی کاهش می یابد تا به مقدار صفر میل کند، در نتیجه درجه عضویت آن نیز کاهش می یابد.
در این روش دو پارامتر اساسی تعیین می شود
- پارامتر MidPoint
- پارامتر Spread
اگر پارامتر Spread را تغییر دهید می توان تاثیر آن را در ویژگی های محدوده گذار مشاهده نمود.
روش عضویت دهی فازی زمانی مناسب است که بخواهید عضویت دهی فازی نزدیک یک مقدار خاص باشد، مثلا:
اگر بخواهید برای ساختمان سازی معیار وجه شیب را در نظر بگیرید، جهت ۱۸۰ درجه جنوبی بهترین حالت برای مکان یابی است، این مقدار بهترین درجه برای دریافت انرژی خورشیدی محسوب می شود، هرچه این مقدار کاهش یا افزایش یابد از عضویت آن کاسته می شود.
مثلاً در شکل فوق مقدار Midpoint عدد ۱۰ در نظر گرفته شده است، پس یاخته های با ارزش ۱۰ دارای عضویت کامل در مجموعه هستند و با کاهش و افزایش نسبت به مقدار میانه، از درجه عضویت آن نیز کاسته می شود.
با Spread 1 درجه عضویت ۱۰ کامل، و تا حدود ۷٫۵ و ۱۲٫۵ کاهش می یابد و نهایتاً قطع می شود.
روش کمینه Small در مکان یابی با عملگر فازی
روش Small زمانی استفاده می شود که یاخته های با ارزش کوچکتر اهمیت داشته باشند، در نتیجه یاخته های با ارزش کمتر از درجه عضویت بهتری برخوردار خواهند بود.
مقدار Midpoint شروع منطقه گذار خواهد بود که درجه عضویت ۰٫۵ می گیرد. مقادیر بیشتر از ۰٫۵ درجه عضویت کمتر و مقادیر کمتر از ۰٫۵ درجه عضویت بالاتر و مناسبتری دریافت می کنند.
مقدار Spread نیز بیانگر شکل و ویژگی محدوده گذار است.
روش بیشینه Large
روش Large برعکس روش Small زمانی استفاده می شود که یاخته های با ارزشهای بزرگتر از اهمیت بالاتری برخوردار باشند. مقداری که در Mid Point وارد شود بیانگر منطقه همگذر خواهد بود و درجه عضویت ۰٫۵ می گیرد.
اگر برای Spread مقادیر بالاتری انتخاب کنید یعنی ارزش های بزرگتر یاخته ها، عضویت بالاتر می گیرند.
روش نزدیک Near در مکان یابی با عملگر فازی
این روش، به روش گوسی بسیار نزدیک است.
زمانی از این روش استفاده می شود که بخواهید مقادیر نزدیک به یک ارزش خاص را انتخاب کنید. تابع Near با یک Midpoint که مرکز مجموعه مقادیر را تعیین می کند، تعریف می شود. در نتیجه این مقدار Midpoint بهترین حالت برای عضویت و عدد ۱ را می گیرد. اگر از این مرکز مقادیر در جهت مثبت و منفی کاهش یا افزایش یابد، از درجه عضویت هم کاسته می شود تا به عضویت صفر برسد.
در این نمودار محور x مقادیر ارزش یاخته را نشان می دهد و محور y مقادیر درجه عضویت را ارائه می نماید.
روش خطی Linear برای مکان یابی با عملگر فازی
این روش یک تابع خطی بین مقادیر کمینه و بیشینه ارزشها و مقادیر بکار گرفته می شود.
مقادیری که کمتر از ارزش کمینه باشند فاقد درجه عضویت خواهند بود و مقادیری که بالای ارزش بیشینه باشند کاملاً درجه عضویت می گیرند و ارزش ۱ دریافت می کنند.
این روش داری یک تابع خطی مثبت است و یک تابع خطی منفی دارد. در روش مثبت مقادیر زیر کمینه فاقد عضویت هستند و در روش خطی منفی، مقادیر بالای بیشینه فاقد درجه عضویت هستند.
روشهای MS Small و MS Large
این دو روش شبیه روشهای Large و Small هستند، با این تفاوت که برای مقادیر خیلی کم و خیلی زیاد استفاده می شود.
مرحله دوم: همپوشانی فازی در مکان یابی با عملگر فازی
پس از اینکه تمامی معیارها را هم مقیاس کردید و با روش عضویت دهی فازی مقادیر را به اعداد بین ۰ تا ۱ تبدیل کردید نیاز است که این معیارها با یکدیگر همپوشان شوند. برای این کار می توان از ابزار Fuzzy Overlay استفاده نمود.
اما برای همپوشانی فازی می توان یکی از روشهای ۵ گانه AND و OR و SUM و PRODUCT و GAMMA انتخاب نمود.
برای یادگیری دقیق این موضوع به صورت عملی پیشنهاد می کنم روی عکس زیر کلیک کنید
