آموزش نرم افزار آرک جی آی اس(ArcGIS)-مکان یابی به روش Fuzzy AHP (سلسله مراتبی فازی)

مکان یابی (site selection) :

کجا مناسب است برای…مکان یابی به معنای انتخاب یک مکان مناسب جهت اجرای پروژه های مهندسی می باشد. از جمله روش های مکانیابی می توان به روش تحلیل سلسله مراتبی و TOPSIS یا ّFUZZY و یا تلفیقی از اینها اشاره کرد این جلسه بحث کوتاهی در مورد AHP را خدمت دوستان آموزش می دهم.

مکان‌یابی، انتخاب بهترین و مطلوب‌ترین نقطه و محل استقرار است؛ به‌طوری‌که استفاده بهینه نیروی انسانی، وسایل، تجهیزات و فعالیت‌ها را به بهترین وجه امکان‌پذیر سازد. چنانچه مکان‌یابی صحیح و اصولی و مبتنی بر استفاده مناسب از عوارض طبیعی و شکل زمین انجام گیرد، هزینه‌های اجرایی سایر اصول را کاهش و کارآمدی آن‌ها را افزایش می‌دهد و نسبت به اصول دیگر مقدم‌تر است. مکان‌یابی درست و اصولی مناطق حساس نظامی،کشاورزی، شهری، روستایی و . . . یکی از مهم‌ترین اقداماتی است که موجب کاهش قابل‌توجه هزینه‌های بعدی مرتبط با فعالیت‌ها و پیشامدهای مربوط به این مناطق خواهد بود و با افزایش قابلیت های مختلف این مناطق، ضریب امنیت اقتصادی و اجتماعی آن‌ها را افزایش و اثرات تخریبی ناشی از آنها را کاهش خواهد داد.
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) نقشی اساسی را در این میان با استفاده از نرم افزار ArcGIS بازی می‌کند. آنالیز سطح زمین و اطلاعات آن‌چنان مهم است که بر دیگر عوامل موثر در مکانیابی تأثیرگذار است.کارشناسان و طراحان علوم مختلف با کمک سامانه اطلاعات جغرافیایی(GIS) علی الخصوص نرم افزار آرک جی آی اس (ArcGIS) علاوه بر کسب اطلاعات بروز و کارآمد، عوارض سطح زمین منطقه را به‌خوبی کنترل و هدایت می‌نمایند. با توجه به این‌که اکثر فعالیت‌های ما همیشه و در همه حال با زمین، جغرافیا و اطلاعات سروکار دارد. از دیرباز نیز تلاش برای ثبت موقعیت‌ها، مکان‌ها و ارزیابی محیط گردیده است.
ازاین‌رو متخصصین می‌توانند با استفاده از داده‌های مکانی که از نقشه‌ها، عکس‌های هوایی، تصاویر ماهواره‌ای و نقشه‌برداری زمینی به دست می‌آیند و اتصال آن‌ها به داده‌های توصیفی عوارض و پدیده‌های جغرافیایی، با انجام تحلیل‌های مناسب و انتخاب گزینه بهینه، بسیاری از نیازمندی‌های را برآورده نمایند. GIS می‌تواند به‌عنوان یک ابزار قوی در تصمیم‌گیری، طرح‌ریزی و مکان‌یابی، در اختیار  قرار گیرد.
می‌باشد.

فرآیند مکان‌یابی با استفاده از GIS، شامل یک سری مراحل معین و مشخصی بوده که برای دستیابی به نتایج قابل‌اطمینان، اجرای آن‌ها اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. به‌طور کل فرآیند مکان‌یابی را می‌توان شامل مراحل شناخت، تهیه دادههای موردنیاز، تعیین فاکتورهای تاثیرگذار، شناخت دقیق از محدوده مطالعاتی، آماده‌سازی داده‌ها، تهیه نقشه، تلفیق نقشه‌ها و تهیه نقشه‌های خروجی دانست. به ملاک‌هایی که متضمن هدف و سازنده آن هستند و تصمیم‌گیرنده به‌منظور افزایش مطلوبیت و رضایت خود، آن‌ها را مدنظر قرار می‌دهد، معیار گویند. به‌عبارت‌دیگر معیارها، استانداردها و قوانینی هستند که برای قضاوت استفاده‌شده و میزان اثربخشی را در تصمیم‌گیری بیان می‌کنند.
برای مثال جهت انجام مکان‌یابی مناسب در نرم افزار آرک جی آی اس (ArcGIS) با توجه به نظرات کارشناسی معیارها و زیر معیارهای زیر در نظر گرفته شد.
1- معیار فیزیوگرافی: که شامل زیرمعیارهای شیب، جهت شیب، قابلیت دید، لندفرمها و زهکشی منطقه است.
2- معیار کاربری اراضی: این معیار از زیر معیارهای اراضی کشاورزی، بیابانی، مسکونی و معادن حاصل گردید.
3- معیار دسترسی: این معیار شامل زیر معیارهای راهه‌ای اصلی و راه‌های خاکی موجود در منطقه می‌باشد.
4- معیار زمین‌شناسی: که شامل سازندهای موجود در منطقه و جنس خاک‌های موجود است.

استانداردسازی لایهها

مفهوم تابع عضویت از اهمیت ویژه‌ای در تئوری مجموعه‌های فازی برخوردار می‌باشد چرا که تمام اطلاعات مربوط به یک مجموعه فازی به‌وسیله تابع عضویت آن توصیف و در تمام کاربردها و مسائل مربوط استفاده می‌شود. تابع عضویت، مقدار فازی بودن یک مجموعه فازی را مشخص می‌کند.
با توجه به این‌که در اندازه‌گیری معیارها، دامنه متنوعی از مقیاس‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد، بر همین اساس لازم است ارزش‌های موجود در لایه‌های مختلف نقشه معیار به واحدهای قابل‌مقایسه و در تناسب با هم، تبدیل شوند. یکی از روش‌های استانداردسازی، روش فازی می‌باشد. عملیات فازی سازی، ورودی‌ها را گرفته و توسط توابع عضویت مربوطه، یک درجه مناسب به هر یک نسبت می‌دهد. متغيرهای ورودی هر یک باید در محدوده رقومی تعریف شده خود باشند (مثلاً فاصله از خیابان از صفر تا 500) و خروجی‌ها، درجـه عضویت فازی از مجموعه‌های تعيين کننده زبانی (بین صفر و یک) هستند.

وزندهی به روش Fuzzy AHP

هدف از وزندهی معیار آن است که بتوان اهمیت هر معیار را نسبت به معیارهای دیگر بیان کرد. یکی از روش‌های وزندهی معیار مدل تحلیل سلسله مراتبی (AHP) می‌باشد. این مدل یکی از سیستم‌های تصمیم‌گیری چندگانه می‌باشد که بر اساس دانش کارشناسی استوار و توسط توماس ساعتی (1980) طراحی گردیده است و امکان در نظر گرفتن معیارهای کمی و کیفی وجود دارد.
باوجوداینکه AHP، برای به دست آوردن نظر کارشناسان درباره موضوع خاص است ولی به‌درستی نحوه تفکر انسان را منعکس نمی‌کند زیرا در مقایسه‌های زوجی از اعداد دقیق استفاده می‌کند و به علت طبیعت فازی بودن مقایسه‌های زوجی، قادر نیستند به‌صراحت نظرشان را مورد برتری و اهمیت معیارها بیان کنند، به همین دلیل در قضاوت‌هایشان ارائه یک بازه را به‌جای یک عدد ترجیح می‌دهند. برای رفع این مشکل روش تحلیل سلسله مراتبی فازی (Fuzzy AHP) ارائه گردیده است. در سال 1996 روشی تحت عنوان روش تحليل توسعه‌ای توسط چانگ (چانگ,1996) ارايه گرديد که مراحل این روش در زیر شرح داده شده است.
1. رسم نمودار سلسله مراتبی
2. تعریف اعداد فازی به‌منظور انجام مقایسه‌های زوجی(مثال جدول (1)).
3. تشکیل ماتریس مقایسه زوجی با به‌کارگیری اعداد فازی
4. محاسبه Si برای هر یک از سطرهای ماتریس مقایسه زوجی.
⦁ محاسبه درجه بزرگی Si ها نسبت به هم.
⦁ محاسبه وزن معیارها و گزینهها در ماتریسهای مقایسه زوجی
⦁ محاسبه بردار وزن نهایی

آنالیز همپوشانی

همپوشانی به ترکیب چندلایه اطلاعاتی بر اساس معیارهای تعریف‌شده توسط کاربر و تولید یک‌لایه اطلاعاتی جدید اشاره دارد. تجزیه‌وتحلیل همپوشانی در آنالیز مکانی و بسیاری از کاربردهای مکان‌یابی بهینه و مدل‌سازی مناسب است. روش‌های مختلفی برای انجام این تجزیه‌وتحلیل وجود دارد که تعدادی از آن‌ها عبارت‌اند از:
⦁ همپوشانی وزندار (Weighted Overlay)
⦁ همپوشانی مجموع وزندار(Weighted Sum Overlay)
⦁ همپوشانی فازی(Fuzzy Overlay)
در این پژوهش از مدل همپوشانی فازی جهت تلفیق لایه‌ها استفاده گردیده است.
در این روش با استفاده از عملگرهای فازی از قبیل PRODUCT ,SUM ,OR, AND GAMMA لایه‌های مختلف ترکیب می‌شوند. از عملگر GAMMA در این مطالعه جهت تلفیق لایه‌ها استفاده شد.

اولویت‌بندی گزینه‌ها با استفاده از روش شباهت به راه‌حل ایدئال فازی(FTOPSIS)

تکنیک تاپسیس، نخستین بار توسط یون و ونگ در سال 1981 معرفی شد و یکی از روشهای تصمیم‌گیری چند معیاری است. از این تکنیک برای رتبه‌بندی و مقایسه گزینههای مختلف و انتخاب بهترین گزینه و تعیین فواصل بین گزینه‌ها و گروه‌بندی آن‌ها استفاده نمود. بر اساس این فن بهترین گزینه، گزینه‌ای است که به‌طور هم‌زمان نزدیک‌ترین واحد به نقطه ایدئال و دورترین واحد از نقطه ایدئال منفی است. درروش تاپسیس کلاسیک، برای تعیین وزن معیارها و رتبه‌بندی گزینه‌ها از مقادیر دقیق و معین استفاده می‌شود. در بسیاری از مواقع تفکرات انسان با عدم قطعیت همراه است و این عدم قطعیت در تصمیم‌گیری تأثیرگذار است. در این مواقع بهتر است از روش‌های فازی استفاده کرد که تاپسیس فازی یکی از آن‌هاست.
در فازی تاپسیس، روش تاپسیس با استفاده از مجموعه فازی وارد محیط فازی شده است. در این روش می‌توان مراحل اجرا را به ترتیب زیر بیان کرد:
1- انتخاب ارزش‌های زبانی برای هریک از گزینه‌ها با در نظر گرفتن معیارها (انتخاب اهمیت گزینه‌ها).
2- ساخت ماتریس وزن دهی نرمال شده.
3- به دست آوردن ایده آل مثبت و ایده آل منفی.
4- محاسبه فاصله هریک از گزینه‌ها نسبت به ایده آل منفی و مثبت
5- میزان مشابهت به راه‌حل ایده آل.
6- اولویت‌بندی گزینه‌ها به‌صورت نزولی (بزرگ به کوچک).

مهدی کیخایی و احسان طاهری

به طور خلاصه مدل Fuzzy AHP دارای مراحل زیر است: ۱٫ رسم نمودار سلسله مراتبی ۲٫ تعریف اعداد فازی به منظور انجام مقایسه های زوجی برای انجام مقایسه ها نیاز به تعریف اعداد فازی و مقیاس های فازی می باشد اما میزان اهمیت نقشه های معیار در رسیدن به خروجی یکسان نمی‌باشد. از اینرو لازم است نقشه‌های معیار امتیازدهی و یا به عبارت دیگر وزندهی شوند. وزن هر معیار نشان دهنده میزان اهمیت و ارزش آن نسبت به معیارهای دیگر در عملیات مکان یابی است. با توجه به اینکه غالباً معیارهای پهنه بندی در هر پروژه زیاد و دارای ارزش یکسانی نمی‌باشند،در این فیلم شما مکانیابی با روش Fuzzy AHP را در نرم افزار ArcGIS آموزش می بینید.