25195

مدل‌سازي تغيير كاربري اراضي تحت آبياري با استفاده از اتوماتاي سلولي مبتني بر جذب داده‌ي ماهواره‌اي

كارشناسي ارشد

مهندسي و مديريت منابع آب

1399-1400

1400/06/16

آقاي دكتر عليزاده - آقاي دكتر مجردي

مهندسي عمران

تغييرات كاربري اراضي با تأثير مستقيم بر روي خاك، آب و هوا با بسياري از پديده‌هاي زيست‌محيطي در ارتباط بوده و عاملي مهم در از بين رفتن تنوع زيستي و وقوع تغييرات اقليمي است. پيامدهايي كه لزوم مديريت و برنامه‌ريزي پيش از وقوع اين تغييرات را آشكار مي‌سازد. اما به سبب پيچيدگي و پويايي اين تغييرات، مدل‌سازي آن‌ها براي درك بهتر و پيش‌بيني سناريوهاي مختلف، در بسياري از مطالعات پيشنهاد شده است. با وجود مدل‌سازي‌هاي گوناگون انواع اين تغييرات در مطالعات گذشته، مدل‌سازي‌هاي معدودي به مسئله تغييرات الگوي كشت توجه كرده‌اند. به همين سبب هدف اين پژوهش، بررسي اين نوع از تغييرات است. با اين هدف، ابتدا رويكرد نويني از مدل‌سازي تغييرات كاربري اراضي با استفاده از اتوماتاي سلولي در تركيب با روش‌هاي جذب داده فيلتر ذره و جذب داده وردشي سه‌بعدي و با معرفي مفهوم قوانين انتقال كانديد پويا ارائه گرديد. سپس با استفاده از داده‌هاي سنجش‌ازدور در كنار تحقيقات ميداني و تهيه پرسشنامه، داده‌هاي موردنياز براي مدل‌سازي فراهم گرديد. سپس جهت ارزيابي مدل پيشنهادي، مدل‌سازي تغييرات الگوي كشت كاربري اراضي دشت مجن در استان سمنان به‌عنوان مطالعه موردي انتخاب گرديد. اين مدل، با استفاده از تكنيك‌هاي جذب داده از سال 2013 تا 2019 واسنجي و ساختار قوانين انتقال آن شناسايي شد. سپس با قوانين انتقال واسنجي‌شده، مدل در سال 2020 اعتبارسنجي شد. همچنين به‌منظور ارزيابي مدل، مدل‌هاي مشابه ديگري نيز توسعه داده شدند تا نتايج حاصل از آن‌ها با مدل پيشنهادي مقايسه شود. پس از انجام اين مراحل، نتايج حاصل از شناسايي عوامل مؤثر بر تغييرات الگوي كشت منطقه توسط مدل ارائه شده و ساختار و عدم قطعيت‌هاي مدل نيز بررسي گرديد. در پايان، از مدل براي پيش‌بيني تغييرات الگوي كشت منطقه استفاده گرديد. نتايج حاصل نشان داد كه روش نوين پيشنهادي، نه‌تنها دقت كلي مدل‌سازي را نسبت به مدل‌هاي رقيب از 8 تا 23 درصد افزايش داده، بلكه قوانين انتقال صريح در مكان و زمان، فراهم كردن عدم قطعيت‌ها و تعيين عوامل مؤثر بر رشد تغييرات كاربري اراضي از نتايج حاصل از آن در مقايسه با مدل‌هاي جعبه سياه است. مدل پيشنهادي با استفاده از زبان برنامه‌نويسي پايتون توسعه داده شده و پردازش و پيش‌پردازش داده‌هاي ماهواره‌اي با استفاده از نرم‌افزارهاي ENVI 5.3، ArcGIS 10.8 انجام گرفته و نقشه تعدادي از عوامل مؤثر بر تغييرات كاربري اراضي نيز با استفاده از نرم‌افزار Google Earth Pro فراهم گرديد.

1400/06/23

Modeling irrigated land use change using cellular automata based on satellite data assimilation

1/1/1900 12:00:00 AM

Land use change with direct impact on soil, water and air is strongly associated with environmental phenomena and is an important factor in the loss of biodiversity and climate change, consequences that revealed the need for management and planning of land use changes before they took place. However, due to the complexity and dynamics of these changes, modeling has been proposed in many studies to better understand and predict different scenarios. Despite models of various types of these changes in previous studies have been developed, few modelings have addressed the issue of crop land use changes. Therefore, the purpose of this study is to investigate these type of changes. With this aim, first, a new approach of modeling land use changes using cellular automata in combination with particle filter data assimilation and three-dimensional variational data assimilation methods was introduced by defining the novel concept of dynamic candidate transition rules (DCTRs). Then, using remote sensing data along with field research and preparing a questionnaire, the data required for modeling were provided. Then, in order to evaluate the proposed model, modeling crop land use changes in Mojen plain in Semnan province was selected as a case study. This model was calibrated using data assimilation techniques from 2013 to 2019 and the structure of its transition rules was identified. The model was then validated in 2020 with calibrated transition rules. In order to evaluate the model, other similar models were developed to compare their results with the proposed model. After performing these steps, the results of identifying the factors affecting the changes in the crop pattern changes of the region were presented by the model and the structure and uncertainties of the model were investigated. Finally, under two different scenarios, the model was used to predict crop land use changes of the region. The results showed that the proposed method not only increased the overall accuracy of modeling compared to competing models from 8 to 23%, but also explicit transition rules in space and time, providing uncertainties and determining factors affecting the growth of land use change from the results are comparable to black box models. Model was developed using Python programming language and processing and preprocessing of satellite data using ENVI 5.3, ArcGIS 10.8 software and maps of a number of factors affecting land use change was provided using Google Earth Pro software.

تغييرات الگوي كشت كاربري اراضي , اتوماتاي سلولي , جذب داده , قوانين انتقال كانديد پويا , برنامه‌نويسي پايتون

Crop land use changes , Cellular Automata , Data Assimilation , Dynamic Candidate Transition Rules