ترسیم منطقه حاشیه شهری با استفاده از آنتروپی اطلاعات پوشش زمین-مطالعه تجربی منطقه شهری گوانگژو فوشان، چین

خلاصه

شهرنشینی سریع باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی بسیاری از جمله اثر جزیره گرمایی، تشدید آلودگی هوا، آلودگی ناشی از رواناب، از بین رفتن زیستگاه حیات وحش و غیره شده است.ارزیابی دقیق این مشکلات مستلزم ترسیم دقیق وسعت فضایی حاشیه شهری است. ابهام مفهومی و تحلیلی حاشیه شهری و عدم توافق عمومی بین محققان، اندازه گیری آن را بسیار دشوار کرده است. این مطالعه یک روش مرکب و قابل اعتماد را برای ترسیم محدوده حاشیه شهری با استفاده از مطالعه موردی گزارش می‌کند. بر اساس نظریه “اثر حاشیه” در بوم شناسی منظر، مدل آنتروپی اطلاعات پوشش زمین موجود برای تعریف حاشیه شهری با ترکیب نظریه مقیاس، نقشه برداری و نظریه جغرافیای شهری تجدید می شود. نتایج نشان می دهد که منطقه حاشیه شهری گوانگژو و منطقه شهری فوشان مساحتی معادل 2031 کیلومتر مربع را پوشش می دهد ^.و بیش از 31 درصد از کل منطقه مورد مطالعه را به خود اختصاص داده است. ارزیابی نتایج توسط داده‌های ساختار صنعت، مطابقت رضایت‌بخشی را با انواع مختلف پوشش زمین نشان می‌دهد. این مقاله روش و نتیجه تلاش برای ارائه یک روش عینی، قابل تکرار و به طور کلی کاربردی برای نقشه‌برداری وسعت فضایی آن از تصاویر سنجش از دور را گزارش می‌کند و می‌تواند برای مطالعات شهری مرتبط و پروژه‌های مدیریت حاشیه شهری مفید باشد.

کلید واژه ها:

منطقه حاشیه شهری ; سنجش از دور ؛ آنتروپی اطلاعات ; منطقه شهری گوانگژو فوشان

1. معرفی

افزایش جمعیت و شهرنشینی منجر به پیچیده ترین فرآیند استفاده از زمین و تغییر پوشش زمین از مقیاس محلی به جهانی می شود. حاشیه شهری یک منطقه گذار از مناطق شهری به روستایی است. معمولاً با ترکیبی قوی از مناظر مختلف مشخص می شود. پوشش اراضی آن نیز حساس ترین، پویاترین و به سرعت در حال تغییر تحت فرآیندهای سریع شهرنشینی است. منطقه شهری، که با حومه نشینی توسعه می یابد، گسترشی را تشکیل می دهد و بعداً با منطقه شهری موجود ادغام می شود. در سه دهه گذشته، رشد سریع اقتصادی و جمعیتی در چین شکل‌گیری مناطق شهری منطقه‌ای و بین‌المللی (مانند مناطق دلتای رودخانه یانگ تسه و دلتای رودخانه مروارید) را تسهیل کرده است. چشم انداز، به ویژه در مناطق روستایی سابق، به طور چشمگیری تغییر کرده است،1 ].

تعیین مورفولوژی شهری برای مطالعات توسعه پایدار شهری [ 2 ] اساسی است، و همچنین تعیین منطقه مورد علاقه هنگام پاسخ به طیف گسترده ای از سوالات تحقیقات محیطی مرتبط با نقش شهرنشینی در آب و هوا، بیوژئوشیمی و چرخه های هیدرولوژیکی مفید است [3] . ]. با این وجود، اهمیت شناسایی منطقه حاشیه به طور کلی نادیده گرفته می شود [ 4 ]. بنابراین بسیار مهم است که یک روش عینی و ثابت برای ترسیم محدوده حاشیه شهری داشته باشیم تا به مدیریت و کاهش پیامدهای نامطلوب بالقوه این تغییر منظر کمک کند.

تعیین محدوده حاشیه شهری یک فرآیند ذهنی است. در اوایل دوران، هزبر لوئیس [ 5 ] مفهوم “منطقه حاشیه شهری” (“Stadtrand zonen”) را در سال 1936 پیشنهاد کرد. چندین تلاش گزارش شد که در آن پارامترها و معیارهای اجتماعی-اقتصادی متنوعی اتخاذ شد [6، 7 ] . , 8 , 9 , 10 ]. بیشتر تلاش های فوق عمدتاً بر داده های سرشماری و پیمایش متکی بود. در حالی که این داده‌ها بیشتر دانش را در مورد محیط اجتماعی-اقتصادی ارائه می‌کنند، اما شیب ارزش‌ها را اجازه نمی‌دهند و از عدم تطابق فضایی بین محل کار و محل سکونت برای اکثر مردم رنج می‌برند [11] .]. ایده یک پیوستار نشان می دهد که مناطق شهری و روستایی، در واقع، به جای نمایش دوگانگی، انتهای یک پیوستار هستند [ 11 ].

سنجش از دور امکان ترکیب داده های فیزیکی و مورفولوژیکی با داده های جمعیتی و اجتماعی-اقتصادی را در یک برنامه ارائه می دهد [ 12 ]. اطلاعات تغییر پوشش زمین نشان دهنده رابط بین شرایط بیوفیزیکی و تأثیرات انسانی در طول زمان است [ 13 ]. مطالعات متعددی در این زمینه با استفاده از تکنیک های سنجش از دور گزارش شده است. ژانگ و همکاران [ 14 ] آستانه ای از آنتروپی اطلاعات پوشش زمین (همچنین به عنوان شاخص تنوع شانون شناخته می شود) را به عنوان حاشیه شهری مشخص کرد. ویلسون و همکاران [ 15 ] همچنین یک مدل رشد شهری را توسعه داد که می تواند برای ترسیم منطقه حاشیه شهری مورد استفاده قرار گیرد. فرشته و همکاران [ 16] معیاری برای درصد پیکسل های ساخته شده برای ترسیم حاشیه شهری پیشنهاد کرد. نتایج معنی داری از این مدل ها به دست آمد. با این حال، مقیاس تجزیه و تحلیل و آستانه ترسیم خودسرانه تعیین می شود. بنابراین جای تعجب نیست که سطح تکرارپذیری در بین نقشه‌برداران مختلف و برای مناطق مختلف محدود است.

به عنوان یک موضوع اساسی در علوم زمین، اثرات مقیاس به خوبی به عنوان ویژگی اساسی و “یکی از اساسی ترین جنبه های هر تحقیق” شناخته شده است [ 17 ، 18 ]. این تأکید صریح بر ناهمگونی فضایی، در نظر گرفتن تأثیر مقیاس در تعریف گستره فضایی حاشیه شهری را ضروری می کند [ 19 ، 20 ].

به طور خلاصه، هنگام تلاش برای ترسیم محدوده حاشیه شهری، مشکلات زیر باید مورد توجه قرار گیرد [ 11 ]:

(آ): چه متغیر(هایی) باید به عنوان شاخص شهر یا روستایی بودن آن استفاده شود؟
(ب): در چه مقیاسی باید تحلیل و محاسبه شود؟
(ج): متغیر(های) نشان دهنده چگونه اندازه گیری می شود؟

بنابراین، این مطالعه با هدف توسعه روشی برای شناسایی گستره فضایی حاشیه شهری است. مقدار آنتروپی اطلاعات پوشش زمین، به دست آمده از تصاویر سنجش از دور، به عنوان شاخص اولیه استفاده خواهد شد. یک مقیاس مناسب برای تجزیه و تحلیل برای کارایی بهتر شناسایی خواهد شد. ارزش ها از جهات مختلف تجزیه و تحلیل خواهند شد تا مورفولوژی پراکندگی شهری را منعکس کنند. نقشه ای که گستره فضایی هسته شهری، حاشیه شهری و منطقه روستایی منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد ارائه خواهد شد.

2. منطقه مطالعه و داده ها

گوانگژو و فوشان در استان گوانگدونگ در جنوب چین واقع شده اند ( شکل 1 ). آنها اولین و سومین شهرهای بزرگ استان از نظر تولید ناخالص داخلی (GDP)، با سیستم حمل و نقل بسیار یکپارچه، ساختار صنعتی مکمل و سنت فرهنگی مشابه هستند. این شرایط منجر به توسعه منطقه شهری گوانگژو فوشان شده است. منطقه گاومینگ فوشان به دلیل موقعیت ایزوله از منطقه مورد مطالعه مستثنی شده است.

یک صحنه از تصویر عمدتاً بدون ابر Landsat Thematic Mapper (TM) (دسامبر، 2008) با وضوح 30 متر به دست آمد. تکنیک های پیش پردازش تصویر مانند ارجاع جغرافیایی تصویر و زیر مجموعه، تصحیح اتمسفر و تصحیح رادیومتریک انجام شد. طبقه بندی کننده حداکثر احتمال برای طبقه بندی پوشش زمین انتخاب شد. بر اساس منابع زمین و شرایط اجتماعی-اقتصادی گوانگژو و فوشان، پوشش زمین به شش دسته طبقه بندی شد: منطقه ساخته شده (زمین مسکونی شهری و زمین صنعتی)، باغ، زمین کشاورزی، جنگل، دایک/برکه، بدنه آبی و جدید زمین توسعه یافته چند ضلعی های آموزشی بر اساس دانش منظر به دست آمده در طول کار میدانی روی صفحه دیجیتالی شدند و در سراسر منطقه مورد مطالعه توزیع شدند. تصاویر طبقه‌بندی‌شده از نظر دقت بر اساس انتخاب تصادفی 200 پیکسل مرجع، که با داده‌های حقیقت زمین، که می‌توان از عکس‌های هوایی، نقشه‌های کاربری زمین منتشر شده یا بازدیدهای میدانی به‌دست آورد، مقایسه شد، ارزیابی شد. دقت طبقه بندی کلی 88.2٪ است، ضریب کاپا 0.83 است. در میان این نوع کاربری‌ها، منطقه ساخته‌شده بالاترین دقت طبقه‌بندی را داشت. زمین های کشاورزی کمترین دقت طبقه بندی را داشتند.

3. روش شناسی

3.1. “اثر حاشیه” و مدل آنتروپی اطلاعات پوشش زمین

ایجاد شیب شهری – روستایی مستلزم آگاهی از شهری یا روستایی بودن یک مکان است. یک اکوتون، یک منطقه گذار بین دو بیوم یا تکه های مختلف چشم انداز [ 21 ]، تمایل به افزایش تنوع زیستی را نشان می دهد که به عنوان “اثر حاشیه” نامیده می شود زیرا تنوع مکانی و زمانی بیشتری را در منابع فراهم می کند [ 22 ]. شاخص تنوع شانون (SHDI) اغلب برای تخمین سطح تنوع زیستی در یک بیوم خاص [ 23 ] اتخاذ می‌شود، و این شاخص که به عنوان مقدار آنتروپی اطلاعات نیز شناخته می‌شود، شاید پرکاربردترین و قابل اعتمادترین روش برای اندازه‌گیری وسعت باشد. گسترش شهری با ادغام سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) [ 24]. برای اندازه گیری درجه اختلال پوشش زمین که توسط تصاویر سنجش از دور منعکس می شود، معرفی شده است.

(1)

در رابطه (1): H شاخص تنوع (مقدار آنتروپی اطلاعات) است. P _i نسبت مساحت تحت پوشش طبقه پوشش زمین i است . این تنوع نوع پوشش زمین را بر اساس دو مؤلفه کمیت می کند: تعداد انواع مختلف پوشش زمین (غنا) و توزیع مساحت متناسب بین انواع پوشش زمین (یکنواخت). به عنوان یک قاعده کلی، شاخص ( H) هنگامی که تعداد طبقات پوشش زمین افزایش می یابد و زمانی که نسبت طبقات کوچک به طبقات بزرگ در یک واحد اندازه گیری معین نزدیک می شود افزایش می یابد. یکی از مفروضات اساسی این مطالعه این است که شاخص تنوع بالاتر (مقدار آنتروپی اطلاعات) که با وضعیت پوشش زمین متنوع مطابقت دارد، نشان‌دهنده حاشیه شهری است، در حالی که شاخص تنوع کمتر (مقدار آنتروپی اطلاعات) نشان‌دهنده هسته شهری یا منطقه روستایی است.

3.2. انتخاب مقیاس بهینه

در این تحقیق، انتخاب مقیاس بهینه برای محاسبه و تحلیل آنتروپی اطلاعات پوشش زمین به منظور حفظ بهتر الگو و کاهش افزونگی داده ها ضروری است. سلول‌هایی در یک سری وضوح (240 متر ( S1 ₎ ، 480 متر ( _{S2)، 960 متر (S3)، 1920 متر (S4}) _و 3840 _متر ( S5 ) ) _برای محاسبه شاخص تنوع ایجاد می‌شوند. با ارجاع به برخی از مطالعات مشابه قبلی [ 14 ، 15 ، 16]. انتخاب یک ترانسکت معمولی اولین قدم بسیار مهم است. ترانسکتی که از دو مرکز منطقه ساخته شده گوانگژو و فوشان (گوانگژو: 113°08′ شرقی، 23°07’N، فوشان: 113°04’E، 23°02’N) ایجاد می شود (شکل 1 ) . از آنجا که از دو منطقه شهری (گوانگژو و فوشان) و همچنین طیف گسترده ای از انواع پوشش زمین در منطقه مورد مطالعه عبور می کند، ناهمگونی فضایی آن بیش از همه معرف است.

مقیاس بهینه از دو اصل زیر تعیین می شود: ثبات ارزش و حفظ ناهمگونی فضایی. ( I ) پایداری ارزش: میانگین مقادیر آنتروپی اطلاعات (که به عنوان متغیر x اشاره می‌شود ) سلول‌ها روی ترانسکت‌های منفرد، و به دنبال آن یک تناسب چند جمله‌ای درجه دوم برای همه x محاسبه می‌شود (معادله (2)). وقتی f ‘( x ) = 0، نقطه ثابت متناظر منحنی آن S ₀ ( x ₀ ، y ₀ ) است.

(2)

(3)

در معادله (3)، متغیر S _i مقیاس (اندازه سلول) است که دارای پنج مقدار ممکن است: S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ و S ₅ . S _{i را} به عنوان پایدارترین مقیاس S _a که مجاورترین نقطه ثابت S ₀ است مشخص کنید (معادله (3)).

( II ) حفظ ناهمگونی فضایی: با توجه به یک الگوی ناهمگونی قابل توجه در طول ترانسکت نمونه (از هر دو منطقه مرکزی شهری گوانگژو و فوشان عبور می کند)، منحنی ارزش آنتروپی ایده آل باید یک «کم (منطقه روستایی، جنوب غربی) → بالا (حاشیه شهری) ارائه دهد. ) → کم (هسته شهری فوشان) → بالا (حاشیه شهری) → کم (هسته شهری گوانگژو) → حاشیه شهری → منطقه روستایی (شمال شرقی)’ الگو. سپس الگوهای هر پنج منحنی به صورت بصری بررسی می شود. مقیاس بهینه بر اساس بهترین دقت برازش، حداکثر حفظ ناهمگنی فضایی و حداقل افزونگی داده ها، در جایی که معاوضه وجود دارد، انتخاب می شود.

تجزیه و تحلیل های زیر بر اساس مقیاس بهینه به دست آمده از (I) و (II) بالا خواهد بود.

3.3. تجزیه و تحلیل آنتروپی اطلاعات پوشش زمین

اتصالات چند جمله ای درجه شش برای مقادیر آنتروپی ( z ) برای سلول ها در ردیف های مختلف (جهت عرض جغرافیایی) و ستون ها (جهت طول جغرافیایی) انجام می شود (معادله (4)). پس از آن، نقاط عطف (که در آن مشتق مرتبه دوم برابر با صفر است) برای ردیف ها و ستون های جداگانه به دست می آید. همانطور که در شکل 2 و معادله (5) نشان داده شده است، بخش(های) محدب بین دو نقطه عطف، قسمت با ارزش آنتروپی بالا است، و قسمت(های) مقعر باقیمانده بین دو نقطه عطف، قسمت با ارزش آنتروپی پایین است که نمایانگر شهر است. ناحیه حاشیه و ناحیه هسته به ترتیب.

اتصالات چند جمله ای درجه سوم نیز برای مقدار آنتروپی ( z ) برای سلول ها در ترانسکت های 60 کیلومتری در 16 جهت (N، NNE، NE، ENE، E، ESE، SE، SSE، S، SSW، SW، WSW انجام می شود. ، W، WNW، NW و NNW). یک نمودار قطبی (جهت شعاع) با نقطه ثابت به عنوان مرکز کل منطقه ساخته شده ایجاد می شود.

(4)

(5)

3.4. ادغام نتایج شناسایی

روش های تحلیل جهت عرض جغرافیایی (A) و جهت طول (B) که در بالا ذکر شد فقط می توانند مقادیر آنتروپی اطلاعات کاربری زمین را در جهت خاص خود تجزیه و تحلیل کنند. به طور مکمل، روش جهت شعاع (C) که در بالا ذکر شد، فرآیند پراکندگی شهری را بهتر شبیه‌سازی می‌کند. در این مطالعه، به منظور تولید یک نتیجه مرزی نزدیک برای هسته شهری، حاشیه شهری و منطقه روستایی، سه روش تحلیل فوق را ادغام می‌کنیم و ناحیه با ارزش آنتروپی بالا را به صورت زیر تولید می‌کنیم:

(A∪B) ∩ C

نتیجه این مجموعه، نتیجه ترسیم نهایی محدوده حاشیه شهری منطقه شهری است.

4. نتایج

4.1. مقیاس بهینه برای محاسبه و تجزیه و تحلیل آنتروپی اطلاعات

4.1.1. تغییرات ارزش در مقیاس های مختلف

شکل 3 پاسخ مقدار متوسط آنتروپی را به مقیاس های مختلف نشان می دهد. از مقیاس 240 متر تا 1920 متر، با افزایش اندازه سلول، مقدار متوسط افزایش می یابد، در حالی که از 1920 متر به 3840 متر، شروع به کاهش می کند. با توجه به معادلات (2) و (3)، S ₃ (960 متر) مقیاسی است که بیشترین مجاورت را با نقطه ثابت S ₀ دارد که وقتی f ‘( x ) = 0 به دست آمد. بنابراین 960 متر به عنوان مقیاس انتخاب شد. مقیاس بهینه برای محاسبه آنتروپی اطلاعات تغییر مقدار آنتروپی در این نقطه ثابت پایدارترین است.

4.1.2. ناهمگونی فضایی در مقیاس های مختلف

شکل 4 الگوی مقدار آنتروپی اطلاعات را در مقیاس های مختلف نشان می دهد. الگوها به شدت تحت تأثیر تغییرات مقیاس هستند. در مقیاس های 1920 متر و 3840 متر، بیشتر اطلاعات تنوع پوشش زمین به دلیل تعمیم بیش از حد از بین می رود. در مقیاس 240 متر، 480 متر و 960 متر، الگوهای ناهمگونی فضایی قابل تشخیص است. با این حال، افزونگی داده ها با کوچکتر شدن اندازه سلول افزایش می یابد. بنابراین، 960 متر به دلیل حفظ ناهمگونی فضایی و حداقل افزونگی داده ها به عنوان مقیاس بهینه انتخاب شد. این نتیجه با تجزیه و تحلیل در بخش 4.1.1 مطابقت دارد .

4.2. تشخیص کمی تصویر آنتروپی اطلاعات

4.2.1. تجزیه و تحلیل کلی ارزش آنتروپی

در مقیاس بهینه (960 متر) به‌دست‌آمده در بالا، در مجموع 7081 سلول که کل منطقه مورد مطالعه را پوشش می‌دهند ایجاد می‌شود و به دنبال آن مقادیر آنتروپی اطلاعات پوشش زمین هر سلول محاسبه می‌شود. هیچ تمرکز آشکاری از “منطقه با ارزش بالاتر” وجود ندارد، زیرا سطح کلی شهرنشینی در منطقه مورد مطالعه بالا است در حالی که انواع مختلف پوشش زمین وجود دارد. همچنین بر اساس ارزیابی بصری اولیه، نشانه رضایت‌بخشی از ناحیه حاشیه شهری را نشان می‌دهد. بنابراین، SHDI را می توان به عنوان یک شاخص امکان پذیر از حاشیه شهری در منطقه مورد مطالعه در نظر گرفت.

4.2.2. جهت طول و عرض جغرافیایی

همانطور که در شکل 5 الف (جهت عرض جغرافیایی) و شکل 5 ب (جهت طول جغرافیایی)، ناحیه ای که با نوارهای سبز و زرد پوشانده شده است، ناحیه ارزش آنتروپی نسبتاً بالا است، و ناحیه باقیمانده ناحیه ارزش آنتروپی نسبتاً کم است. نوارهای سبز مساحتی به وسعت 3296 کیلومتر ^مربع را پوشش می دهند که بیش از 49 درصد از کل منطقه مورد مطالعه را اشغال می کند. مساحت نوارهای زرد 3510 کیلومتر ^{مربع است}، 52 درصد از کل منطقه مورد مطالعه را به خود اختصاص داده است. این روش تشخیص مزیت خود را در شفاف سازی منطقه شهری و روستایی به عنوان بخش نسبتاً کم ارزش و ناحیه حاشیه شهری پوشیده از نوارهای سبز (راه راه های زرد) به عنوان بخشی با ارزش نسبتاً بالا در جهت عرض جغرافیایی (جهت طول جغرافیایی) دارد. راستی‌آزمایی محل نمونه نیز در شش ترانسکت، در تلاشی برای ارزیابی دقت تشخیص انجام شده است.

4.2.3. جهت شعاع

همانطور که در شکل 5 ج، نمودار قطبی ناحیه ای به شعاع 60 کیلومتری را نشان می دهد که از مرکز زمین ساخته شده منطقه مورد مطالعه تابش می کند. قسمت سبز ناحیه ارزش آنتروپی اطلاعات بالا است در حالی که قسمت قرمز کم است. به عنوان مکمل تشخیص جهت طول و عرض جغرافیایی، پراکندگی شهری را شبیه سازی می کند و نتیجه ای را با مرز کامل حاشیه شهری ارائه می دهد. با این حال، مورفولوژی شهری را بیش از حد تعمیم داده است زیرا چندین هسته فرعی در منطقه شهری اطراف وجود دارد.

4.3. نتیجه نقشه برداری نهایی منطقه حاشیه شهری و تجزیه و تحلیل

شکل 6 نتیجه نهایی ترسیم ناحیه حاشیه شهری را نشان می دهد که سه تکنیک مختلف نقشه برداری آنتروپی را همانطور که در بالا توضیح داده شد ادغام می کند. نتیجه به طور کلی با وضعیت محلی سازگار است. ^{منطقه مرکزی شهری مناطق شهری گوانگژو و فوشان 733 کیلومتر مربع} مساحت دارد و بیش از 11٪ از کل منطقه مورد مطالعه را اشغال می کند. منطقه حاشیه شهری مناطق شهری گوانگژو و فوشان مساحتی معادل 2031 کیلومتر ^مربع را پوشش می دهد و بیش از 31 درصد از کل منطقه مورد مطالعه را اشغال می کند. منطقه روستایی نواحی شهری گوانگژو و فوشان مساحتی معادل 3168 کیلومتر ^مربع را پوشش می دهد و بیش از 57 درصد از کل منطقه مورد مطالعه را اشغال می کند.

همچنین آشکار است که منطقه شهری گوانگژو و فوشان در سراسر مرز اداری شهرداری گسترش یافته و یکپارچه شده است. این منطقه شهری در مقیاس بزرگ به هسته سیستم شهری دلتای رودخانه مروارید تبدیل شده است [ 24 ].

5. بحث

در این مقاله، یک روش جدید مبتنی بر اطلاعات پوشش زمین برای ترسیم محدوده حاشیه شهری نشان داده شده است. روش پیشنهادی تلاش می‌کند تا ویژگی‌های کاربری زمین منطقه حاشیه شهری را بهتر منعکس کند. هدف آن به حداقل رساندن ذهنیت انسانی و انعکاس ویژگی جغرافیایی حاشیه شهری با شناسایی مقیاس بهینه است. با این وجود، چالش‌ها باقی می‌مانند و چندین جنبه را می‌توان برای اصلاح بیشتر نتیجه ترسیم در نظر گرفت، که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند.

5.1. ارزیابی دقت

ارزیابی دقت بدون اجماع در مورد یک تعریف قابل اندازه‌گیری از حاشیه شهری یک چالش باقی می‌ماند. داده‌های ساختار صنعتی می‌تواند نمایه‌ای برای نشان دادن ویژگی کلی پوشش زمین در یک منطقه خاص باشد. این مطالعه سعی دارد به طور غیرمستقیم دقت را با مقایسه نتیجه با داده‌های ساختار صنعتی از “سالنامه گوانگژو 2014” و “سالنامه فوشان 2014” ارزیابی کند که تولید ناخالص داخلی (GDP) را از بخش‌های اولیه، ثانویه و سوم خلاصه می‌کند. از آنجایی که داده‌ها فقط در سطح ناحیه اداری در دسترس هستند، بنابراین، داده‌های نواحی Yuexiu ، Liwan ، Haizhu ، Tianhe و Chancheng به عنوان منطقه هسته شهری محاسبه می‌شوند.مناطق Luogang ، Huangpu ، Baiyun ، Panyu ، Nansha و Nanhai به عنوان منطقه حاشیه شهری محاسبه می شوند و داده های مناطق Huadu ، Sanshui و Shunde به عنوان منطقه روستایی محاسبه می شوند، همانطور که در شکل 7 a. میانگین ساختار صنعت هر منطقه در سال 2013 در شکل 7 خلاصه شده استب صنعت اولیه (مثلاً کشاورزی) بیشتر در مناطق روستایی رخ می دهد، صنعت ثانویه بیشتر در مناطق حاشیه ای شهری و نواحی روستایی و صنعت ثالثیه بیشتر در مناطق مرکزی شهری رخ می دهد. این نتیجه با رابطه کلی بین الگوی پوشش زمین و توزیع بخش اقتصادی در چین مطابقت دارد. بنابراین، نشان دهنده مطابقت رضایت بخش با نتیجه ترسیم حاشیه شهری است. با این وجود، مشکل مربوط به ارزیابی نتیجه بدون تعریف روشنی از حاشیه شهری باقی می ماند.

5.2. محدودیت نقشه برداری پوشش زمین

تعریف یک نوع پوشش زمین بر اساس همگنی طیفی اغلب در ناحیه حاشیه شهری دشوار است، زیرا برخی از انواع پوشش زمین ممکن است از نظر طیفی مشابه سایرین باشند. مناطق شهری تازه توسعه یافته ممکن است شبیه به زمین های کشاورزی آیش در یک تصویر سنجش از دور [ 25 ] ظاهر شوند. گاهی اوقات زمین های کشاورزی با جنگل یا علفزار در فصول مختلف رشد اشتباه گرفته می شود [ 1 ]. در این مطالعه، تکنیک‌های طبقه‌بندی مختلف که ممکن است بر نتیجه نقشه‌برداری تأثیر بگذارند، به طور کامل آزمایش نشده‌اند. جدای از سردرگمی ناشی از امضاهای نوری، توسعه شهری از نظر فضایی در مناطق مختلف ناهمگن است و کیفیت تصویر ممکن است صحنه به صحنه متفاوت باشد [ 26 ]. از سوی دیگر، اگر داده های سنجش از راه دور چند سنسوری [27 ، 28 ] و می توان داده های سرشماری و بررسی های اقتصادی-اجتماعی دقیق را در نظر گرفت. علاوه بر این، دمای سطح زمین (LST) مشتق شده از ماهواره، درک بهتری از شرایط سطح در مناظر مختلف شهری را ممکن می سازد [ 29 ].

5.3. قابلیت کاربرد

در حالی که سازگاری با مناطق شهری با اندازه های مختلف یکی از مزایای این روش است، باید به این نکته اشاره کرد که کارایی آن از تنوع مورفولوژی شهری رنج می برد. این روش بیشتر برای منطقه شهری الگوی سکونتگاه هسته دار کاربرد دارد، در حالی که برای الگوی استقرار پراکنده و الگوی استقرار خطی کمتر کاربرد دارد.

به عنوان یک پدیده منظر، حاشیه از شهری به شهر دیگر و از زمانی به زمان دیگر متفاوت است [ 30 ]. یک مقیاس جهانی (اندازه سلول) که برای همه اهداف مناسب باشد وجود ندارد. اگر قرار است این روش در سایر مناطق با اندازه کوچکتر یا بزرگتر به کار گرفته شود، یک مقیاس محاسباتی جدید باید انتخاب شود.

6. نتیجه گیری

منطقه حاشیه شهری مرز فرآیند شهرنشینی است که به عنوان یک سیستم پویا و پیچیده مشخص می شود. همچنین به عنوان یک منطقه حائل برای حفظ تعادل اکولوژیکی در طول شهرنشینی عمل می کند، با این حال تعریف مکان خود در یک سیستم شهری مبهم است. تراکم جمعیت، که معمولاً به عنوان شاخص جغرافیایی سطح روستایی و شهری مورد استفاده قرار می گیرد، به صراحت نشان داده شده است که غیرقابل اعتماد است، زیرا در محدوده های اداری خاصی سازماندهی شده است [11 ] . اطلاعات تغییر پوشش زمین، که به عنوان یک شاخص خوب نشان دهنده تأثیر فعالیت های انسانی بر محیط زیست زمین در نظر گرفته می شود، راه های غیرمستقیم اما عینی را برای مکان یابی منطقه حاشیه شهری ارائه می دهد [ 31 ].

بنابراین، این مقاله یک چارچوب به روز، سیستماتیک و قابل تکرار را برای ترسیم کمی ناحیه حاشیه شهری با استفاده از سنجش از دور، GIS و روش کمی گزارش کرده است. یافته ها نشان می دهد که آنتروپی اطلاعات (همچنین به عنوان SHDI شناخته می شود) به عنوان شاخص اولیه برای این کار مناسب است. انتخاب مقیاس بهینه و ادغام تکنیک های مختلف نقشه برداری برای به حداقل رساندن ذهنیت و افزایش دقت نشان داده شده است. به نظر می رسد روش پیشنهادی با توجه به نتیجه ارزیابی قابل توجیه و قابل اعتماد باشد.

ترسیم دقیق منطقه ای که در آن گسترش شهری با اکوسیستم های طبیعی حساس ارتباط برقرار می کند، به مدیران زمین کمک می کند تا مناطق مورد توجه را شناسایی کنند و بینشی برای ارتقای توسعه پایدار در منطقه حاشیه شهری ارائه دهند. این روش علیرغم محدودیت‌های خاص، چشم‌انداز و ابزار جدیدی را برای مدیریت و برنامه‌ریزی حاشیه‌های شهری ارائه می‌کند.

منابع

یانگ، ی. ژو، Q. گونگ، جی. وانگ، ی. یک روش طبقه‌بندی یکپارچه مکانی-زمانی برای تحلیل تشخیص تغییر حاشیه شهری. بین المللی J. Remote Sens. 2012 ، 33 ، 2516-2531. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لی، ایکس. بله، AGO تجزیه و تحلیل بازسازی فضایی الگوهای کاربری زمین در یک منطقه با رشد سریع با استفاده از سنجش از دور و GIS. Landsc. طرح شهری. 2004 ، 69 ، 335-354. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
اشنایدر، آ. فریدل، MA; Potere, D. نقشه برداری مناطق شهری جهانی با استفاده از داده های MODIS 500-m: روش ها و مجموعه داده های جدید بر اساس “مناطق بوم شهری”. سنسور از راه دور محیط. 2010 ، 114 ، 1733-1746. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
جیندریچ، جی. وقتی حاشیه شهری حومه نیست. Geogr. Rev. 2010 , 100 , 35-55. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Louis, H. Die geographische Gliederung von Gross-Berlin (ساختار جغرافیایی برلین بزرگ). در Landerkundliche Forschung: Krebs-Festschrift ; Louis, H., Panzer, W., Eds. انگلهورن: اشتوتگارت، آلمان، 1936; صص 146-171. (به آلمانی) [ Google Scholar ]
دسایی، ع. گوپتا، SS مشکل تغییر الگوی کاربری زمین در حاشیه روستایی-شهری . Concept Publishing Company: دهلی نو، هند، 1987. [ Google Scholar ]
فریدبرگر، ام. حاشیه روستایی-شهری در اواخر قرن بیستم. کشاورزی تاریخچه 2000 ، 74 ، 502-514. [ Google Scholar ]
هال، ع. کافمن، اس جی; Ricketts، CT تعریف مناطق شهری و روستایی در مطالعات اپیدمیولوژیک ایالات متحده. J. Urban Health 2006 ، 8 ، 162-175. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
اجاره، PJ; چارلز، اس جی با استفاده از ترجیحات خریداران خانه برای تعریف حاشیه شهری و روستایی. جی. جئوگر. سیستم 2008 ، 10 ، 1-21. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Russwurm، L. حاشیه شهری و سایه شهری. در حاشیه شهری و سایه شهری ; هولت، راینهارت و وینستون: تورنتو، ON، کانادا، 1975; صص 148-164. [ Google Scholar ]
هفته ها، JR تعریف مناطق شهری. در سنجش از دور مناطق شهری و برون شهری ; Rashed, T., Jürgens, C., Eds.; Springer-Verlag, Inc.: New York, NY, USA, 2010; صص 33-45. [ Google Scholar ]
بانژاف، ای. گرشو، وی. کیندلر، الف. نظارت بر توسعه شهری تا حومه شهری با سنجش از دور یکپارچه و اطلاعات GIS: مطالعه موردی لایپزیگ، آلمان. بین المللی J. Remote Sens. 2009 ، 30 ، 1675-1696. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
یانگ، ایکس. فو، بی. چن، ال. سنجش از دور و تحلیل جغرافیایی برای توصیف الگوی منظر. در اکولوژی منظر برای محیط زیست و فرهنگ پایدار ; Fu, B., Jones, B., Eds. Springer: Dordrecht، هلند، 2013; ص 205-221. [ Google Scholar ]
ژانگ، دبلیو. نیش، ایکس. روش Zhang، L. برای شناسایی حاشیه شهری- روستایی با تصاویر TM. J. Remote Sens. 1999 ، 3 ، 199-202. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
ویلسون، EH; هرد، جی دی. سیوکو، دی ال. پریسلو، نماینده مجلس؛ آرنولد، سی. توسعه یک مدل جغرافیایی برای تعیین کمیت توصیف و نقشه رشد شهری. سنسور از راه دور محیط. 2004 ، 86 ، 275-285. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
فرشتگان.؛ پدر و مادر، ج. سیوکو، دی. معیارهای پراکندگی شهری: تحلیلی از گسترش شهری جهانی با استفاده از GIS. در مجموعه مقالات کنفرانس سالانه ASPRS 2007، تامپا، FL، ایالات متحده آمریکا، 7-11 مه 2007. پ. 12.
پترسون، دی.ال. پارکر، تئوری و کاربردهای مقیاس اکولوژیکی تلویزیون ; انتشارات دانشگاه کلمبیا: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 1998. [ Google Scholar ]
Quattrochi، DA; Goodchild، مقیاس MF در سنجش از دور و GIS ; CRC Press: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، 1997. [ Google Scholar ]
کوری، آرسی؛ ناساور، JI محدودیت‌های استفاده از شاخص‌های الگوی منظر برای ارزیابی پیامدهای اکولوژیکی طرح‌ها و طرح‌های جایگزین. Landsc. طرح شهری. 2005 ، 72 ، 265-280. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Wu, J. مفاهیم کلیدی و موضوعات تحقیقاتی در بوم شناسی چشم انداز مورد بازبینی مجدد: 30 سال پس از کارگاه آلرتون پارک. Landsc. Ecol. 2013 ، 28 ، 1-11. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Senft، الگوهای تنوع گونه های AR در Ecotones . دانشگاه کارولینای شمالی: چپل هیل، NC، ایالات متحده آمریکا، 2009. [ Google Scholar ]
گریوز، R. Ecotone. در دسترس آنلاین: http://www.eoearth.org/view/article/152345 (دسترسی در 15 فوریه 2016).
لودویگ، جی. رینولدز، بوم شناسی آماری JF ; John Wiley & Sons, Inc.: New York, NY, USA, 1988. [ Google Scholar ]
بهتا، ب. تحلیل الگوی رشد شهری با استفاده از سنجش از دور و GIS: مطالعه موردی کلکته، هند. بین المللی J. Remote Sens. 2009 ، 30 ، 4733-4746. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
اشنایدر، الف. نظارت بر تغییر پوشش زمین در مناطق شهری و حومه شهری با استفاده از پشته های زمانی متراکم داده های ماهواره لندست و یک رویکرد داده کاوی. سنسور از راه دور محیط. 2012 ، 124 ، 689-704. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گونگ، پی. یو، ال. لی، سی. وانگ، جی. لیانگ، ال. لی، ایکس. جی، ال. بای، ی. چنگ، ی. Zhu, Z. یک الگوی تحقیقاتی جدید برای نقشه برداری جهانی پوشش زمین. ان GIS 2016 ، 22 ، 1-16. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
بروک، ا. بن دور، ای. Richter, R. مدل‌سازی و نظارت بر محیط ساخته‌شده شهری از طریق داده‌های سنجش از راه دور یکپارچه و ذوب شده چند منبعی. بین المللی J. Image Data Fusion 2013 ، 4 ، 2-32. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ضاحیه، س. Garg، PK; Jat, MK یک مطالعه مقایسه ای از تکنیک های مختلف ادغام تصویر مبتنی بر پیکسل که در محیط شهری اعمال می شود. بین المللی J. Image Data Fusion 2013 ، 4 ، 197-213. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گوا، جی. وو، زی. شیائو، آر. چن، ی. لیو، ایکس. ژانگ، X. اثرات ترکیب بیوفیزیکی شهری بر دمای سطح زمین در خوشه‌های جزیره گرمایی شهری. Landsc. طرح شهری. 2015 ، 135 ، 1-10. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
پرایور، RJ تعریف حاشیه روستایی-شهری. Soc. نیروها 1968 ، 47 ، 202-215. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ژو، Q. Sun، B. تحلیل الگوی مکانی- زمانی و نیروی محرکه تغییر پوشش زمین با استفاده از تصاویر سنجش از دور چند زمانی. علمی فناوری چین علمی 2010 ، 53 ، 111-119. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]

شکل 1. منطقه مورد مطالعه و نقشه پوشش زمین منطقه مورد مطالعه در سال 2008 و ترانسکت نمونه از دو مرکز از منطقه ساخته شده گوانگژو و فوشان.

شکل 2. تشخیص نقطه عطف برای تجزیه و تحلیل آنتروپی اطلاعات.

شکل 3. پاسخ مقدار آنتروپی متوسط به مقیاس های مختلف.

شکل 4. تغییر مقدار آنتروپی اطلاعات در مقیاس های مختلف (240 متر، 480 متر، 960 متر، 1920 متر، 3840 متر).

شکل 5. جهت عرض جغرافیایی ( a ); جهت طول ( b ) و جهت شعاع ( c ) نتیجه تشخیص.

شکل 6. ترسیم نهایی منطقه حاشیه شهری.

شکل 7. مقایسه ساختار صنعت. الف ) تقسیم هسته شهری، حاشیه شهری و منطقه روستایی بر اساس مرز اداری . ( ب ) داده های ساختار صنعت مناطق مختلف.

© 2016 توسط نویسندگان؛ دارنده مجوز MDPI، بازل، سوئیس. این مقاله یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط و ضوابط مجوز Creative Commons Attribution (CC-BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) توزیع شده است.

;کاربردهای GIS مقالات

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب