پیش‌بینی فضایی تغییرات کاربری اراضی کلان‌شهرها براساس مدل LCM با استفاده از RS و GIS، مورد پژوهش: کلان‌شهر اراک

انصاری, امیر; طهماسبی, معصومه

doi:10.30473/grup.2025.68168.2790

پیش‌بینی فضایی تغییرات کاربری اراضی کلان‌شهرها براساس مدل LCM با استفاده از RS و GIS، مورد پژوهش: کلان‌شهر اراک

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

² کارشناسی، دبیری علوم اجتماعی، دانشگاه فرهنگیان، اراک، ایران.

10.30473/grup.2025.68168.2790

چکیده

کلان‌شهر اراک و اراضی پیرآمون آن در سال‌های اخیر با تغییرات زیادی مواجه بوده است. هدف این تحقیق پایش تغییرات کاربری اراضی در گذشته و بررسی امکان پیشبینی آن در آینده با استفاده از مدلساز تغییر زمین در کلانشهر اراک است. در این تحقیق تصاویر ماهوارهای لندست سال‌های 1976، 1996 و 2024 تجزیه و تحلیل شدند. تصاویر هر سه مقطع زمانی به 4 کلاس اراضی شهری، مرتع، کشاورزی و جنگلی طبقه‌بندی شدند. پیش‌بینی وضعیت کاربری اراضی برای راستی آزمایی در سال 2024 با استفاده از نقشه‌های 1976 و 1996 به کمک مدل‌ساز تغییر زمین و بر پایه شبکه‌های عصبی مصنوعی و تحلیل زنجیره مارکوف انجام گردید. به این منظور از ‌متغیرهای مکانی فاصله از جاده، فاصله از شبکه آبراهه، فاصله از اراضی شهری، ارتفاع، شیب و فاصله از حاشیه اراضی تغییر یافته، به‌عنوان عوامل مؤثر بر تغییرات در شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد در طول دوره 1976 تا 2024 معادل 38/50 درصد برابر 9343 هکتار از مراتع کاهش یافته است. طی این دوره حدود 72/147 درصد معادل 3194 هکتار و 53/83 درصد معادل 4547 هکتار به ترتیب اراضی کشاورزی و انسان‌ساخت شهری افزایش یافته است. همچنین نتایج پیشبینی مدل نشان داد که مساحت اراضی مرتعی، کشاورزی و جنگلی در سال 2040 در مقایسه با 2024 کاهش یافته و اراضی انسان‌ساخت شهری افزایش خواهند یافت. بنابراین در سال‌های آتی شهر اراک توسعه شدیدی به سمت شرق و شمال خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

محیط زیست شهری

عنوان مقاله [English]

Prediction of Spatial Land Use Changes Based on LCM Using RS and GIS in Metropolises, Case Study: Arak Metropolis

نویسندگان [English]

amir ansari ¹
Masoume Tahmasabi ²

¹ Associate Professor, Department of Environmental Sciences and Engineering, Arak University, Arak, Iran.

² Bachelor, Secretary of Social Sciences, Farhangian University, Arak, Iran.

چکیده [English]

Arak Metropolis and its surrounding lands have undergone many changes in recent years. This study aims at monitoring and predicting land use changes using land change modeling (LCM) module in the Arak Metropolis. Land sat images of year 1976, 1996 and 2024 were employed to produce digital land use maps. The images were classified into fure classes including city, agriculture, rangeland and forest areas. LCM module in Idrisi GIS software was used to analyze the land use changes and predict the land uses status in 2024, based on artificial neural network (ANN) and Markov Chain analysis. ANN was trained with various influencing factors include distance from road, distance from city human made areas, distance from Land changed edge, distance from stream, elevation and slope. The results indicated that 9343 hectares (50.38) of the rangeland cover have been degraded during the period 1976-2024. Furthermore, the agriculture and city human made areas have been increased 3194ha (147.72) and 4547ha (83.53) in comparison to initial situation. Also, the result shows that rangeland and agriculture and forest areas will decrease in the year 2040 compare to 2024 while, city human made areas increase.

کلیدواژه‌ها [English]

Land Change Modeling (LCM)
Prediction
Arak Metropolis
Land Use Changes
Artificial Neural Network (ANN)

مراجع

Arekhi, S. (2015). Prediction of spatial land use changes based on LCM in a GIS environment (A case study of Sarabeleh (Ilam), Iran. Iranian Journal of Forest and Range Protection Research, 12 (1), 1-19. (In Persian) Doi: 10.22092/IJFRPR.2015.11136.

Ebrahimi Boozani, M., & Zaman, A. (2022). An Analysis of the Feasibility of Land use Planning in the Malayer Master Plan. Urban Ecology Researches, 12(24),115-132. (In Persian) Doi: 20.1001.1.25383930.1400.12.24.7.4.

Ghahrodi Tali, M., Soleimani, M., Mirbagheri, B., & Esfandiari, M. (2018). Physical Development of Arak City Applying Natural features of the ground floor. Natural Geography Journal, 10(63), 17-29. (In Persian) Doi: 20.1001.1.20085656.1396.10.36.2.1

Ghobadeyan, Z., Alikhah Asl, M., & Rezvani, M. (2021). Investigating the Effects of Urban Development on Rangelands and Forests of Sirvan City Using Remote Sensing 1987-2016. Urban Ecology Researches, 21(11),107-120. (In Persian) Doi:10.30473/GRUP.2020.7475.

Heydarian, P., Rangzan, K., Maleki, S., & Taghi Zadeh, A.( 2014). Application of remote sensing and GIS techniques and LCM model in modeling urban development (The case of Tehran metropolitan). Journal of Arid Regions Geographic Studies, 5(17), 87-100. (In Persian)

Hoseinzadeh Dalir, K., & Maleki, S. (2010). A comparative study of land uses change from 1993 to 2003 in a detailed and comprehensive plan of the city of Ilam. journal Geography and Regional Development. 8,65-93. (In Persian) https://doi.org/10.22067/geography.v5i8.4218.

Kakran, S. P. (2012). Handbook for Flood Protection, Anti Erosion & River Training Work. Flood Management Organization.

Lausch, A., & Herzog, F. (2002). Applicability of landscape metrics for the monitoring of landscape change: issues of scale, resolution and interpretability. Ecological indicator, 2(1-2), 3-15. https://doi.org/10.1016/S1470-160X(02)00053-5.

Mas, J. F., Kolb, M., Paegelow, M., & Camacho Olmedo, M. T. (2014). Inductive pattern-based land use/cover change models:A comparison of four software pacages. Environment Modelling& Software. 51, 94-111. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2013.09.010

Rahnama, M. R., & Shokouhi, M. A. (2017). Detection of land use / land cover changes in Gonbad-e-Kavus City using remote sensing. Journal of "Geographical Data (SEPEHR), 26(103), 147-160. (In persian) https://doi.org/10.22131/sepehr.2017.28900.

Saeednia, A. (2019). Green Book of Municipalities, 2020 land use in Tehran. Center for urban and rural planning studies. (In Persian)

Sahebgharani A., Mohamadi M. (2021). Simulation of Land Use Changes in Urban Fabrics with Integration of Monte Carlo Approach, Fuzzy Logic and Cellular Automata, Case Study: District 7th of Isfahan. Urban Ecology Researches, 12(23), 51-68. (In persian) Doi: 10.30473/GRUP.2021.8243.

Sharman Consulting Engineers. (2008). The plan for locating the land needed for housing in Arak city. Ministry of Roads & Urban Development (MRUD) of Markazi Province. (In persian)

Sundara, K., Harika, M., Aspiya begum, S. k., Yamini, S., & Bala Krishna, K. (2012). Land use and Land cover Change detection and Urban Sprawl Analysis of Vijayawada city using Multi-temporal Landsat Data. International Journal of Engineering Science & Techology, 4(1).

Tan, M., & Li, X. (2013). The changing settlements in rural areas under urban pressure in China: Patterns, driving forces and policy implications. Landscape and Urban Planning, 120, 170- 177. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2013.08.016.

Tavakoli, S., Rahmani, B., & Anabestani, A. A.(2024). Evaluation and prediction of land use changes in Arak and surrounding villages using hybrid cellular automata-Markov chain model. Journal of Urban Peripheral Development (JUPD). 6(12),1-22. (In Persian) Doi: 10.22034/JPUSD.2024.431320.1296.

Thapa, R. B., & Murayama, Y. (2011). Urban growth modeling of Kathmandu metropolitan region, Nepal. Computers, Environment and Urban Systems. 35(1), 25–34. https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2010.07.005.

Yu, W., Zang, S., Wu, C., Liu, W., & Na, X. (2011). Analyzing and modeling land use land cover change (LUCC) in the Daqing City, China, Applied Geography, 31,600-608. https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2010.11.019.