وزارت علوم ، تحقيقات و فناوري
دانشگاه شهيد بهشتي
دانشکده علوم زمين
گروه آموزشي سنجش از دور و GIS
پايان نامه جهت اخذ درجه کارشناسي ارشد M.Sc
رشته سنجش از دور و سيستم اطلاعات جغرافيايي- منابع آب و خاک

عنوان:
پياده سازي الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه (ACO) در مکانيابي پناهگاههاي اسکان موقت بعد از زلزله(مطالعه موردي:شهر کرمان)

اساتيد راهنما:
دکتر علي اکبر متکان – دکتر عباس عليمحمدي

استاد مشاور:
مهندس بابک ميرباقري

نگارنده:
محسن قطب الديني

اسفند 1391

پروردگارا؛
چشمانم به دستاني است که رو به سوي آسمان عطايت گشوده خواهند شد…
و از تو تمنا خواهم داشت؛
اندک علم مرا، مايه ي بندگيات قرار دهي…
و برق لبخند خدمت به بندگانت را، رهاورد آن.

تقديم به؛
آنان که در راه اعتلاي ميهنم، صادقانه خدمت مي کنند.
پدر و مادرم به خاطر حضور و محبتشان .
و؛
همسرم، به پاس همهي بودن هايش .

تقدير و تشکر؛
سپاس خداوند عزوجل را که خود را در انجام اين پژوهش، مشمول توجهات و توفيقات روز افزونش مي دانم.
به سياق((من لم يشکر المخلوق لم يشکر الخالق)) با تقديم احترام مراتب سپاس و قدرداني خويش را از همراهي و مساعدت اساتيد گرامي جناب آقاي دکتر علي اکبر متکان و جناب آقاي دکتر عباس عليمحمدي که زحمت راهنمايي اين رساله را بر عهده داشتند، ابراز داشته و پيشرفت خويش را مرهون زحماتشان ميدانم. حقيقتا آن بزرگواران با کمال سعهي صدر و حسن خلق، در اين عرصه از هيچ کمکي جهت اعتلاي اين پژوهش دريغ ننمودند. در ادامه نيز، از جناب آقاي مهندس بابک ميرباقري که در امر مشاوره، بنده را بسيار دلسوزانه و مجدانه ياري نموده اند، سپاسگزاري مينمايم و ايشان را داراي سهمي بسزا در پيشروي اين پژوهش ذکر نموده و مراتب ارادت و سپاس خويش را محضرشان اعلام مينمايم. همچنين شايسته است از جناب آقاي مهندس سيد اکبر علوي مديريت محترم مرکز مطالعات و آموزش مديريت بحران شهر کرمان و همکاران ايشان بابت ارائه رهنمودهاي مفيدشان و همچنين در اختيار قرار دادن دادههاي مورد نياز اين تحقيق و همکاري شايستهشان کمال تشکر را دارم. در نهايت از خداوند منان توفيقات روز افزون را براي آن بزرگواران مسئلت دارم.
به پاس پدر و مادرم که دعايشان، هر لحظه، بدرقه و راهگشاي راهم بود و زبان قاصر است از سپاس.
و در آخر مراتب قدرداني خويش را از همسرم اعلام مي دارم که صبورانه، شانه به شانه و گام به گام در طول اين مسير ياري ام نمود.

فهرست مطالب:
عنوان صفحه

1-فصل اول: کليات تحقيق2
1-1-طرح مسئله2
1-2-ضرورت انجام تحقيق4
1-3-سوالات تحقيق6
1-4-فرضيه ها6
1-5-اهداف تحقيق6
1-6-معرفي ساختار پايان نامه7
2- فصل دوم: منطقه مورد مطالعه و پيشينه تحقيق 9
2-1-مقدمه9
2-2-منطقه مورد مطالعه9
2-2-1-موقعيت جغرافيايي شهر کرمان9
2-2-2-گسلها11
2-2-3-سابقه لرزه خيزي12
2-2-4-نتيجه گيري:13
2-3- مروري بر پيشينه تحقيقاتي 14
2-3-1-تحقيقات انجام شده در زمينه اسکان موقت با استفاده از هوش مصنوعي و GIS14
2-3-2-مکانيابي و تخصيص با استفاده از هوش مصنوعي18
3-فصل سوم: مباني نظري تحقيق25
3-1-مقدمه25
3-2-مديريت بحران25
3-2-1-اهميت و ضرورت مديريت بحران26
3-2-2-چرخه مديريت بحران و فازهاي آن26
3-2-3-جايگاه اسکان موقت در مديريت بحران28
3-2-4-برنامه ريزي اسکان موقت در مديريت بحران28
3-2-5-مراحل کلي فرآيند بهينهسازي اسکان موقت29
3-3-مفاهيم تخصيص و مکانيابي 30
3-3-1-مکانيابي در GIS30
3-3-2-مسئله مکانيابي و تخصيص31
3-4-روشهاي حل مسئله مکانيابي و تخصيص35
3-5-بهينه يابي37
3-5-1-الگوريتمهاي فراابتکاري38
3-6-هوش مصنوعي39
3-6-1-شاخههاي هوش مصنوعي39
3-6-2-سيستم اطلاعات جغرافيايي و ارتباط آن با هوش مصنوعي40
3-6-3-نقش هوش مصنوعي در مديريت بحران زلزله41
3-6-4-هوش جمعي41
3-7-الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه 42
3-7-1-منشاء زيست شناسانه الگوريتم کلوني مورچهها42
3-7-2-ساختار مسائل قابل مدلسازي براي حل با مجموعه الگوريتمهاي مورچه45
3-7-3-شبيهسازي رفتار مورچهها در ACO46
3-7-4-ساختار عمومي الگوريتم هاي ACO48
3-7-5-حل مسئله TSP با استفاده از الگوريتمACO49
3-7-6-ترکيبات مختلف و 53
3-7-7-مجموعه الگوريتم هاي ACO54
4-فصل چهارم: مواد و روش ها57
4-1-مقدمه57
4-2-دادههاي مورد نياز58
4-2-1-معيارهاي ناسازگاري58
4-2-2-معيارهاي سازگاري61
4-2-3-بلوکهاي جمعيتي(نقاط تقاضا)64
4-2-4-مکانهاي امن(نقاط عرضه)65
4-3-محاسبه تناسب مکاني66
4-4-اجراي گامهاي مکانيابي و تخصيص در تحقيق حاضر69
4-4-1-گام اول: انتخاب مکانهاي امن69
4-4-2-گام دوم: انتخاب مسير انتقال بلوکهاي جمعيتي به مکانهاي امن74
4-4-3-گام سوم: تخصيص جمعيت75
4-4-4-بروزرساني فرومون81
4-5-جمعبندي83
5-فصل پنجم: نتايج و بحث86
5-1-مقدمه86
5-2-ارزيابي عملکرد الگوريتم ACO با در نظر گرفتن مقادير مختلف و :86
5-2-1-بررسي تغييرات پارامتر :87
5-2-2-بررسي تغييرات پارامتر :90
5-3-بررسي تغييرات ضريب تبخير بروي تابع هدف92
5-4-بررسي نمودار همگرايي نهايي مدل92
5-5-ارزيابي پايداري نتايج94
5-6-بررسي نتايج تخصيص بلوکهاي جمعيتي به مکانهاي انتخاب شده94
5-7-بررسي تاثير محدوديت تعداد مکان حداکثر در نتايج تابع هدف100
6-فصل ششم: جمعبندي و پيشنهادات104
6-1-مقدمه:104
6-2-جمعبندي:104
6-3-آزمون فرضيات105
6-3-1-فرض اول105
6-3-2-فرض دوم:106
6-3-3-فرض سوم:106
6-4-پيشنهادات:107
فهرست منابع: 110
پيوست شماره 1: ………………………………………………………………116

فهرست شکلها:
عنوان صفحه
شکل ‏2-1: موقعيت شهر کرمان در ايران و استان کرمان………………………………………………………………………………………9
شکل ‏2-2: تصوير ماهوارهاي شهر کرمان……………………………………………………………………………………………………………….10
شکل ‏2-3: گسلهاي محدوده 100 کيلومتري به مرکزيت شهر کرمان……………………………………………………………….11
شکل ‏2-4: نقشه خطر لرزهاي ايران……………………………………………………………………………………………………………………….12
شکل ‏3-1: چرخه مديريت بحران …………………………………………………………………………………………………………………………..27
شکل ‏3-2: گامهاي اسکان موقت…………………………………………………………………………………………………………………………….29
شکل ‏3-3: تقسيمات هوش مصنوعي………………………………………………………………………………………………………………………40
شکل ‏3-4: رفتار مورچههاي واقعي در حالت عادي……………………………………………………………………………………………….44
شکل ‏3-5: ترکيبات پارامترهاي و …………………………………………………………………………………………………………….53
شکل ‏4-1: مراحل کلي تحقيق………………………………………………………………………………………………………………………………..57
شکل ‏4-2: موقعيت گسلهاي مهم دشت کرمان نسبت به شهر کرمان……………………………………………………………….59
شکل ‏4-3: نقشه پراکندگي جايگاههاي سوخترساني در سطح شهر کرمان………………………………………………………60
شکل ‏4-4: شبکه خطوط اصلي انتقال گاز شهرکرمان……………………………………………………………………………………………60
شکل ‏4-5: شبکه معابر اصلي شهر کرمان………………………………………………………………………………………………………………61
شکل ‏4-6: مراکز درماني و ايستگاههاي آتشنشاني شهر کرمان…………………………………………………………………………….62
شکل ‏4-7: مراکز انتظامي شهر کرمان…………………………………………………………………………………………………………………….63
شکل ‏4-8: تراکم جمعيت بلوکهاي ساختماني شهر کرمان………………………………………………………………………………..64
شکل ‏4-9: مکانهاي کانديد به عنوان پناهگاه اسکان موقت………………………………………………………………………………….66
شکل ‏4-10: مراحل انتخاب مکانهاي امن در گام اول…………………………………………………………………………………………….70
شکل ‏4-11: روند اجراي فرايند انتخاب عاملهاي اوليه و ثانويه……………………………………………………………………………73
شکل ‏4-12: روند نحوه تخصيص بلوکهاي جمعيتي به مکان هاي امن……………………………………………………………..76
شکل ‏4-14: نحوه ارزيابي مقادير تابع هدف عاملها در يک تکرار……………………………………………………………………….81
شکل ‏5-1: نمودار تاثير تغيير مقدار بتا در ايجاد جوابهاي مدل با فرومون ثابت…………………………………………………87
شکل ‏5-2:تغييرات ميانگين تناسب مکاني با افزايش ضريب بتا…………………………………………………………………………….89
شکل ‏5-3: روند تغيير مقدار تابع هدف با تغيير مقدار ضريب آلفا…………………………………………………………………………90
شکل ‏5-4: نمودار همگرايي نهايي تابع هدف………………………………………………………………………………………………………….92
شکل ‏5-5: نمودار تناسب مکاني نهايي……………………………………………………………………………………………………………………93
شکل ‏5-6: نمودار محدوديت سرريز/کمريز……………………………………………………………………………………………………………..93
شکل ‏5-8: نحوه تخصيص بلوکهاي جمعيتي به مکانهاي انتخاب شده……………………………………………………………..96
شکل ‏5-9: نحوه تخصيص بلوکهاي جمعيتي به مکانهاي انتخاب شده………………………………………………………………..97
شکل ‏5-10: نحوه تخصيص و عدم تخصيص به يک مکان امن……………………………………………………………………………..97
شکل ‏5-11:هزينههاي انتقال بلوک هاي جمعيتي به مکانهاي امن انتخاب شده………………………………………………..99
شکل ‏5-12: تابع همگرايي مدل با محدوديت سرريز/کمريز…………………………………………………………………………………..100
فهرست جداول:
عنوان صفحه
جدول ‏4-1: تعداد مکانهاي قابل استفاده و مجموع مساحت در شهر کرمان……………………………………………………….66
جدول ‏4-2: جدول مقايسات زوجي زيرمعيارهاي سازگاري……………………………………………………………………………………68
جدول ‏4-3: جدول مقايسات زوجي زير معيارهاي ناسازگاري………………………………………………………………………………..68
جدول ‏4-4: وزن نهايي معيارها و زيرمعيارها………………………………………………………………………………………………………….68
جدول ‏5-1: تغييرات تابع هدف هزينه نسبت به تغييرات مقدار ضريب آلفا در برابر مقدار ثابت بتا…………………….90
جدول ‏5-2: تغييرات تابع هدف هزينه نسبت به تغييرات مقدار ضريب بتا در برابر مقدار ثابت آلفا…………………….90
جدول ‏5-3: جدول جمعيت و فاصله دو بلوک جمعيتي 1 و 2……………………………………………………………………………..97
جدول ‏5-4: فاصله طي شده توسط بلوک هاي جمعيتي……………………………………………………………………………………….97
جدول ‏5-5: نحوه تغيير هزينههاي تخصيص با جابجايي اعضاي هر ترکيب و يا تغيير ترکيب مکانهاي امن……….103

چکيده
ازجمله مسائل مهم در مديريت بحران حوادث غيرمترقبه طبيعي به ويژه زلزله، مکان يابي بهينه به منظور اسکان شهروندان در هنگام و يا پس از بروز حادثه مي‌باشد. يكي از مشكلات بزرگ سازمان‌هاي درگير در مديريت بحران شهري، فقدان يك مدل مكاني جامع به منظور اعمال مديريت واحد در انتقال ساكنين شهر به مکان‌هاي اسكان موقت از پيش تعيين شده پس از وقوع حادثه مي‌باشد. بهينهسازي فرآيند اسکان موقت در سه فاز تعيين مکانهاي بهينه امن، تعيين مسيرهاي بهينه و تخصيص جمعيت به اماکن امن صورت مي گيرد. هدف از انجام اين تحقيق پياده سازي و بررسي نتايج الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه (ACO ) در مکانيابي پناهگاه اسکان موقت با تعيين مسيرهاي بهينه و تخصيص جمعيت به مکانهاي امن در شهر کرمان بعنوان منطقه مورد مطالعه ميباشد.
با ايجاد تغييرات لازم در اجراي الگوريتم ACO در حل مسئله فروشنده دورهگرد، مراحل مربوط به مکانيابي و تخصيص در قالب يک مدل مکاني طراحي شده است. اين مدل بر اساس يک تابع هدف به منظور کمينه کردن هزينه انتقال جمعيت بلوک هاي ساختماني و سه محدوديت ميانگين سرريز/کمريز، حداکثر تعداد مکانهاي انتخاب شده و ميانگين تناسب مکاني، به گونهاي طراحي شده است که قيود مسئله تضمين کننده کيفيت جوابهاي مدل ميباشد. براي تصميم گيري در مورد بهينه بودن راه حل ها در ACO از روش ارزيابي چند معياره استفاده شد.
به منظور بهبود نتايج، حساسيت مدل نسبت به تغيير پارامترهاي فرومون و تابع ابتکاري الگوريتم ACO مورد ارزيابي قرار گرفت و مقادير مناسب و بهينه آنها تعيين شد. با در نظر گرفتن قيود تعيين شده و همچنين نمودار همگرايي تابع هدف، بهترين عملکرد در کاهش نهايي تابع هدف توسط مدل مشخص شد و علاوه بر آن، نتايج حاصل از تست تکرارپذيري نشان دهنده پايداري و ثبات جوابهاي الگوريتم مورد بررسي ميباشد. نتايج تخصيص جمعيت به مکانهاي امن، وابستگي انکارناپذيري به نحوه توزيع اماکن امن و ظرفيت آنها و همچنين پراکندگي و جمعيت بلوکهاي ساختماني دارد. ميانگين فاصله طي شده تا نزديکترين مکان امن در مدل نهايي تخصيص برابر با 1200 متر مي باشد اما به دليل عدم توزيع مناسب اين مکانها با توجه به توزيع جمعيت در سطح شهر، بيش از 40 درصد جمعيت فاصله ايي بيش از 1500 متر را تا نزديکترين مکان امن انتخاب شده بايد طي کنند. در نتيجه جستجو و تاسيس مراکز امن جديد براي کاهش اين فاصله ضرورت دارد. نتايج نشان ميدهند که استفاده از الگوريتم ACO، قابليتهاي زيادي براي ترکيب با سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي براي حل مسئله مکانيابي و تخصيص که نيازمند محيط شبيهسازي پويا (تغيير ترکيب مکانهاي امن – تغيير ظرفيت) ميباشند، دارا مي باشد.
کلمات کليدي: مديريت بحران، اسکان موقت، مکانيابي و تخصيص، الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه(ACO)، مسافت طي شده، مکان امن، شهر کرمان

فصل اول:
کليات تحقيق

1- فصل اول: کليات تحقيق
1-1- طرح مسئله
عليرغم پيشرفت‌هاي شگرف در تكنولوژي و دست‌يابي به ناممکن‌هاي قرون گذشته، هنوز انسان در برابر حوادث غير مترقبه طبيعي چون زلزله، سيل و … درمانده است و گاه و بي گاه در معرض تلفات و خسارت‌هاي مالي بسياري قرار مي‌گيرد .در دهه‌اي كه گذشت بيش از 200 ميليون نفر در سال به علت بروز بلاياي طبيعي دچار صدمات جاني و مالي شده‌اند .در اين ميان ساخت و سازهاي غير اصولي و بي توجهي به قدرت خطر زايي يك منطقه، رعايت نكردن فاصله كاربريهاي حساس و مناطق مسكوني از حريم گسل‌ها و رودخانهها و …، موجبات تشديد فجايع را فراهم مي‌آورند (اسدي نظري , 1383). زلزله از جمله پديده‌هاي طبيعي است که در اکثر مناطق جهان از جمله ايران به وقوع مي‌پيوندد. در طي سال‌هاي 1900 تا 1990 ميلادي، 1100 زلزله مرگبار در 75 کشور جهان رخ داده و بيش از 80 درصد مرگ و ميرهاي حاصله در شش کشور جهان اتفاق افتاده است. ايران با 120 هزار نفر تلفات انساني در زمره اين کشورهاست. همچنين در سال‌هاي 1361 تا 1370 کشور ايران بيشترين تعداد زلزله را تجربه کرده است. (عبدالهي، 1381)
کشور ما ايران در پهنه لرزه خيزي از دنيا واقع شده است. بيشتر نقاط شهري و غيرشهري كشور در نواحي با خطر نسبي زمين لرزه زياد قرار گرفته است. اهميت زلزله در ايران، با شدت يافتن روند توسعه کشور، گسترش شهرها، تمرکز جمعيت امروزه بيشتر درک ميشود. با توجه به رويارويي مداوم كشور با پديده زلزله، ضروري است همواره تلاش‌هايي جهت دست يابي عملي به روش‌ها و راه كارهاي منسجم جهت مقابله منطقي و به حداقل رساندن ابعاد فاجعه آميز چنين رخدادي صورت گيرد (اسدي نظري، 1383). اداره هماهنگي امداد سوانح سازمان ملل متحد اعلام مي‌نمايد كه مي‌توان با اطمينان اظهار داشت، در طول دهه‌هاي گذشته، ارائه کمک‌هاي اضطراري در ارتباط با پزشكي، تغذيه و … پس از سانحه پيشرفت چشمگيري داشته است، اما يك بخش مهم هم چنان بهبود ناچيزي داشته و آن سرپناه اضطراري يا به طور عام، سرپناه پس از سانحه است.( Fallahi, 2007)
طي يکصد سال گذشته، سيزده زلزله به بزرگي بيشتر از هفت ريشتر در ايران اتفاق افتاده و اين در حالي است که روستاهاي ما در برابر زلزله 5 ريشتري و شهرهاي ما در برابر زلزله 6 ريشتري به شدت آسيب پذير هستند. کاهش اثرات جانبي زلزله يا به عبارت ديگر، کاهش آسيب‌هايي همچون اجتماعي و زيربنايي در زمان وقوع زلزله، زماني به وقوع خواهد پيوست که فازهاي مختلف مديريت بحران در تمامي سطوح برنامهريزي مد نظر قرار گيرد. اما هر تصميمگيري و برنامهريزي صحيح، نيازمند اطلاعات صحيح، دقيق و به روز و تحليل آن‌ها مي‌باشد. به دليل اينکه اکثر اطلاعات مورد نياز در مقوله شهري و زلزله بيشتر ماهيت مکاني دارند، لذا علم و فناوري سيستم اطلاعات جغرافيايي با قابليت جمع آوري داده‌هاي مکاني و غير مکاني، ذخيره سازي، بروزرساني، آناليز، مدل‌سازي و نمايش اطلاعات مکاني مي‌تواند به عنوان علم و فناوري بهينه، در جهت ساماندهي و تجزيه و تحليل جامع و سريع اطلاعات و کمک به اخذ تصميمات مناسب در مديريت بحران، مورد استفاده قرار گيرد(آقامحمدي، 1379). از طرفي بايد توجه داشت که محيط سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي، محيطي استاتيک مي‌باشد و قابليت شبيه سازي پويا را ندارد. هوش مصنوعي به ويژه عامل‌هاي هوشمند قادر به رفع نقاط ضعف بوده و مي‌توانند در تعامل و حتي ترکيب با سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي نقشي موثر در مديريت بحران ايفا کنند (رجبي، 1388).
الگوريتم‌هاي هوشمند در GIS قابليت آن را در قاعده‌مند کردن تصميمات به طور مناسبي ارتقاء بخشيده‌اند که برنامه ريزي مکاني پيچيده و بهينه سازي منابع از آن جمله مي‌باشند (Birkin, et al., 1996; Bong, et al., 2004). ازجمله روشهاي هوش مصنوعي که از آن به عنوان يک روش فراابتکاري ياد مي‌شود، الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه (1ACO) مي‌باشد. اين روش اولين بار توسط دوريگو در رساله دکترا خود در سال 1992 به عنوان يک راه حل چند عامله 2براي حل مسائل پيچيده بهينه سازي توسعه داده شده است. اولين کاربرد موفق آن، حل مسئله فروشنده دوره گرد (TSP3) مي‌باشد(Dorigo, 1992) که سبب شد تا کارايي آن در حل سريع مسائل بهينهسازي ترکيبي اثبات شود. در سال‌هاي اخير کاربردهاي فراواني از بکارگيري در مسائل بهينهسازي پيچيده نظير انتخاب اشياء و تشخيص حالت چهره، مسيريابي وسايل نقليه(White, et al., 1998)، تخصيص(Maneizzo, et al., 1994)، طراحي و بهبود شبکه حمل و نقل و تکنيک‌هاي فراگيري ماشين(Parpinelli, et al., 2002)4 و… ارائه گرديده است.
با توجه به آنچه درمورد اهميت و ضرورت توجه به بحران زلزله و لزوم برنامهريزي براي مقابله با پيامدهاي بعد از آن بيان شد، در اين تحقيق با استفاده از قابليتهاي سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي و الگوريتم ACO، مکانيابي پناهگاههاي اسکان موقت بعد از زلزله به منظور تخصيص جمعيت آسيب ديده، به عنوان يک مسئله بهينه سازي در دنياي واقعي انجام گرفته است.
1-2- ضرورت انجام تحقيق:
امروزه با توجه به روند رو به رشد جمعيت و تراکم جمعيتي در مناطق شهري علي‌الخصوص در شهرهاي پر جمعيت و مستعد از نظر لرزهخيزي، لزوم نگرشي همه جانبه و فراگير به حوادث طبيعي و فجايع ناشي از بروز آن‌ها بيش از پيش جلوه نموده است. اثرات زيان‌بار ناشي از تمرکز بيش از اندازه جمعيت در محدوده‌هاي خاص شهري در کنار فقدان برنامهريزي پيشگيرانه و عدم آمادگي لازم جهت مقابله با حوادثي نظير زلزله تهديدي بسيار جدي و مهم براي جان شهروندان و تداوم حيات شهري به شمار مي‌رود (باقرپور،1389).
ازجمله مسائل مهم در مديريت بحران به ويژه در زمينه حوادث غيرمترقبه، مکانيابي بهينه به منظور اسکان شهروندان در مواجهه و يا پس از بروز حادثه مي‌باشد. به دليل دخالت عوامل و پارامترهاي متعدد در اين مسئله، مکانيابي اين گونه اماکن داراي پيچيدگي زيادي است( صمدزادگان و همکاران, 1384). در ايران مکانگزيني براي اسکان موقت به طور تجربي پس از بروز سانحه و بدون در نظر گرفتن استانداردهاي لازم توسط سازمان‌هاي امدادرسان انجام مي‌گيرد. تجربيات به دست آمده از موارد گذشته نشان مي‌دهد که هنگام بحران اگر ضوابط برنامهريزي و اجراي اسکان موقت از قبل معين نشوند، در ايجاد سکونتگاه موقت و تخصيص بلوک‌هاي جمعيتي به نواحي امن، عوامل غيرقابل پيشبيني دخالت کرده و به انواع مختلف بر کيفيت آن اثر مي‌گذارند. عدم رعايت مکانگزيني صحيح ممکن است فاجعه ديگري به مراتب وخيم‌تر از سانحه اوليه به دنبال داشته باشد(اشراقي, 1385). در راستاي مديريت اضطراري بحران ناشي از زمينلرزه و جلوگيري از تلفات سنگين جاني با توجه به تراكم بالاي جمعيتي و تنوع عوارض شهري، طراحي و پياده سازي يك مدل بهينه سازي و جامع به منظور مكانيابي بهينه مکان‌هاي اسكان و تخصيص جمعيت به آن‌ها در چهارچوب يك سيستم اطلاعات مكاني از اهميت بالايي برخوردار است( صمدزادگان و همکاران, 1384).
زماني که بخواهيم مکانيابي را در فضاي ترکيبي داده‌ها و با لحاظ کردن اهداف متعدد اجرا و فرآيند بهينهسازي مکاني را بروي اهداف انجام دهيم، به دليل وجود محاسبات پيچيده و زمان بر و علما در بعضي مواقع غير ممکن بودن اجراي مدل، روشهاي مرسوم در اين زمينه کارايي لازم را در ارائه نتايج بهينه نخواهند داشت. ورود روش‌هاي هوش مصنوعي از جمله هوش جمعي به عنوان Geocomputation در GIS به منظور بهينه سازي هر چه بيشتر فرايند مکانيابي درحلاينمشکلکمکبسزايينمودهاند(LI, et al., 2009).
پيچيدگي موجود در توزيع مكاني جمعيت و ساختمان‌ها در كنار خصوصيات مكاني و توصيفي ديگر عوارض شهري كه منجر به تعريف انواع مختلف سطوح دسترسي مي‌شود، باعث شده است تا در اين نوع مدل‌سازي با معيارهاي بهينهسازي معمول در اين نوع مسائل(فاصله تا کاربري‌هاي سازگار و ناسازگار و همچنين حداقل کردن هزينه‌هاي بهينهسازي) درگير شويم (صمدزادگان و همکاران 1384). با اين وجود، يكي از مشكلات بزرگ سازمان‌هاي درگير در مديريت بحران شهري، فقدان يك مدل مكاني جامع به منظور اعمال يك مديريت واحد در انتقال ساكنين شهر به مکان‌هاي اسكان موقت از پيش تعيين شده پس از وقوع حادثه مي‌باشد. اين مسئله، به نوبه خود وابسته به مكانيابي بهينه مکان‌هاي اسكان موقت ساکنين با توجه به معيارهاي مطرح بهينهسازي درگير در مسئله تحت بررسي مي‌باشد.
در مکانيابي پناهگاه اسکان موقت، به دليل نياز به مساحت زياد جهت اسکان جمعيت، با مسئله متفاوتي نسبت به ديگر مسائل مکانيابي مواجه هستيم. چرا که مکان‌هاي قابل استفاده و مجاز براي اين منظور از قبل شناسايي شده‌اند. بر خلاف قاعده معمول، هدف يافتن مکانهاي جديد نيست بلکه بهينهيابي ترکيبي از مکانهاي موجود ميباشد. ولي با در نظر گرفتن جمعيت شهر و نسبت جمعيت نيازمند به اسکان موقت، نيازي به بکارگيري تمامي آنها نمي باشد. بنابراين انتخاب يک مجموعه از مکانهاي موجود از بين حالتهاي مختلف، مسئلهايست که نيازمند بکارگيري روشي مناسب، هدفمند و علمي ميباشد. باتوجه به اينکه بهينهسازي فرآيند اسکان موقت در سه فاز تعيين مکانهاي بهينه امن، تعيين مسيرهاي بهينه و تخصيص جمعيت در اماکن هدف صورت مي گيرد (Saadat seresht, et al., 2009)، هدف از انجام اين تحقيق پيادهسازي و بررسي نتايج الگوريتم بهينه سازي کلوني مورچه در بهينه سازي مکانيابي پناهگاه اسکان موقت با در نظر گرفتن همزمان فاز دوم و سوم در اجراي آن مي باشد. اين نوع بهينه سازي با در نظر گرفتن هر سه مولفه اسکان موقت به طور همزمان در يک مدل و با استفاده از الگوريتم ACO، در ايران به صورت مدون و کامل کمتر مورد توجه محققين قرار گرفته است. تحقيقات انجام شده بيشتر در فاز سوم اسکان موقت (تخصيص جمعيت) بوده و مرحله اول و دوم در بعضي موارد به صورت پيش فرض بهينه در نظر گرفته و در نواحي خاصي از تهران مورد تحقيق قرار گرفتهاند. در اين تحقيق با ايجاد تغييرات لازم در اجراي الگوريتم ACO، مراحل مربوط به مکانيابي و تخصيص جمعيت طراحي شده است. اين مسئله با تعيين يک تابع هدف هزينه و سه محدوديت ميانگين سرريز/کمريز، حداکثر تعداد مکانهاي انتخاب شده و ميانگين تناسب مکاني طراحي شده است. تابع هدف، هزينه انتقال جمعيت بلوکهاي ساختماني را کمينه مينمايد، ضمن اينکه ميزان ميانگين سرريز/کمريز مکانهاي امن، تعداد مکانهاي انتخاب شده و دارا بودن تناسب مکاني بالاتر از ميانگين، به عنوان قيود، تضمين کننده کيفيت جواب هاي مسئله ميباشد. استفاده از روش ارزيابي چند معياره در ترکيب با الگوريتم ACO به عنوان تابع هيوريستيک، يکي ديگر از مواردي است که در اين تحقيق اجرا شده است.
بر اساس آنچه در مورد زمين شناسي و موقعيت کرمان نسبت به سوابق تاريخي لرزش و گسل هاي منطقه و همچنين تحليل خطر لرزهاي شهر کرمان با روشهاي احتمالاتي و تحليلي که انجام گرفته است (حسن زاده، 1385)، شهر کرمان در يکي از فعالترين واحدهاي لرزه زمين ساخت واقع شده است. نتايج اين تحليلها حاکي از احتمال وقوع زلزله نزديک به 7 ريشتر در طي هر 10 سال در محدودهاي به شعاع 300 کيلومتر نسبت به شهر کرمان ميباشد. بدين منظور شهر کرمان بدليل موقعيت جغرافيايي خاص خود از منظر زلزلهخيزي و سابقه زلزله اخير (آذرماه 91)، به عنوان مطالعه موردي در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته است.
1-3- سوالات تحقيق
* چگونه مي توان الگوريتم ACO را در مکانيابي پناهگاه هاي اسکان موقت پياده سازي نمود؟
* آيا امکان تلفيق الگوريتم ACO با روشهاي ارزيابي چند معياره وجود دارد؟
* چگونه مي توان تخصيص جمعيت را همزمان با مکانيابي اماکن اسکان موقت در نظر داشت؟
1-4- فرضيه ها
* با استفاده از روند کلي حل مسائل با الگوريتم ACO و ايجاد تغييرات لازم، وهمچنين تعريف توابع هدف مناسب، مدل پياده سازي مي شود.
* با قرار دادن خروجي روش ارزيابي چند معياره به عنوان يکي از پارامترهاي ورودي الگوريتم مي توان اين روش را با الگوريتم ACO ترکيب نمود.
* با قرار دادن يکسري قيود از جمله ميانگين سرريز/کم ريز، مي توان ميزان تناسب تخصيص جمعيت را بررسي کرد.
1-5- اهداف تحقيق
با توجه به مطالعات صورت گرفته در زمينه مديريت بحران و فرآيند اسکان موقت و توضيحات اخير در اين زمينه، اهميت مکانيابي اين اماکن به روشني مشخص گرديده است. اهدافي که اين تحقيق به دنبال دستيابي به آنها مي باشد به شرح ذيل است:
* بکارگيري و پياده سازي الگوريتم ACO در مکانيابي بهينه پناهگاههاي اسکان موقت بعد از زلزله
* مدلسازي تخصيص جمعيت به مکانهاي امن همزمان با انجام فرآيند بهينهسازي
* تعيين و بررسي عوامل موثر در مقدار تابع هدف به کار گرفته شده در الگوريتمACO به منظور کمينهنمودن هزينه هاي مدل
* بررسي قابليت الگوريتم بهينهسازي کلوني مورچه ها در ترکيب با سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي و روش ارزيابي چند معياره در فرآيند مکانيابي بهينه پناهگاههاي اسکان موقت بعد از زلزله
1-6- معرفي ساختار پايان نامه
تحقيق حاضر در شش فصل به شرح زير تدوين شده است:
* فصل اول : همانگونه که از نظر گذشت، کليات تحقيق مشتمل بر مقدمه کوتاهي در مورد زلزله و شرايط ايران بوده و همچنين به ضرورت و اهميت تحقيق در زمينه مکانيابي اسکان موقت و سوالات، فرضيهها و اهداف تحقيق اشاره شده است.
* فصل دوم به بررسي منطقه مورد مطالعه و پيشينه تحقيقاتي در زمينه موضوع تحقيق پرداخته شده است
* فصل سوم به مباني نظري شامل الگوريتمهاي هوش مصنوعي، الگوريتم کلوني مورچه مدلهاي تخصيص، و مديريت بحران پرداخته شده است.
* فصل چهارم تحت عنوان مواد و روشها، شامل آمادهسازي داده ها، مراحل طراحي و پيادهسازي مدل ميباشد.
* فصل پنجم نتايج و بحث در مورد اجراي مدل و نتايج حاصل از آن را مورد واکاوي قرار داده است.
* فصل ششم شامل جمع بندي و پيشنهادات مي باشد.
فصل دوم:
منطقه مورد مطالعه و
پيشينه تحقيق

2- فصل دوم: منطقه مورد مطالعه و پيشينه تحقيق
2-1- مقدمه
دراين فصل ابتدا به بررسي منطقه مورد مطالعه پرداخته شده است. در قسمت ديگر اين فصل با توجه ماهيت مسئله، تحقيقات انجام گرفته در سه زمينه مديريت بحران و اسکان موقت و مکانيابي و تخصيص ارائه گرديده اند.
2-2- منطقه مورد مطالعه
2-2-1- موقعيت جغرافيايي شهر کرمان
محدوده مورد مطالعه، شهر کرمان با مختصات جغرافيايي َ6 ْ56 درجه تا 18َ 59ْ طول شرقي و 24َ 26ْ تا 32َ ْ32ْ عرض شمالي مي باشد، که اين موقعيت در سيستم متريک UTM5 معادل 500577 تا 511216 طول شرقي و 3344641 تا 3353881 عرض شمالي مي باشد، در استان کرمان واقع شده است.

شکل ‏2-1: موقعيت شهر کرمان در ايران و استان کرمان

شهر کرمان با ارتفاع 1750 تا 1800 متر از سطح دريا در حاشيه شمالي دشت کرمان گسترش يافته است. اين دشت چالهاي با شکل نامنظم با کشيدگي در راستاي شمال غرب- جنوب شرق مي باشد، که در ميان ديوارهاي از ارتفاعات محلي محصور گشته است به گونهاي که اين ارتفاعات مرزهاي طبيعي دشت را تشکيل ميدهند و آنرا از ساير نواحي مرکز ايران جدا مي سازند(شکل 2-2).

شکل ‏2-2: تصوير ماهواره اي شهر کرمان

به لحاظ تاريخي، وجود منابع آب زيرزميني حاصل از ريزشهاي جوي در کوههاي مرتفع جوپار و سيرچ واقع در جنوب و شرق دشت کرمان و حرکت آنها به سمت شمال و نيز شرايط توپوگرافي مناسب، باعث شده که تعداد زيادي قنات در محدوده شهر کرمان حفر شده و با اسکان انسان در حدود 2 يا 3 هزار سال قبل، شرايط مناسب براي شکلگيري اين شهر بوجود آمده است(افضلي و ياس، 1378).
جمعيت شهر کرمان حدود 621394 نفر ميباشد(مرکز آمار ايران، 1390) و با توجه به مساحت کنوني 122 کيلومتر مربع، تراکم جمعيت فعلي شهر کرمان معادل 5093 نفر در کيلومتر مربع ميباشد. محدوده مورد مطالعه طبق نظر کارشناسان مرکز مديريت بحران کرمان، شعاع 150 متري از کمربندي اطراف شهر ميباشد و دليل آن حداکثر محدوده خدماترساني شهرداري ميباشد. در بافت قديم شهر، بدليل کاهش منازل مسکوني و نامناسب بودن بعضي از آنها و وفور مراکز تجاري، ادارات دولتي و موسسات مالي- اداري و بازار، جمعيت در شب کاهش چشمگيري نشان مي دهد ولي در روز افزايش زيادي دارد. در ساير مناطق شهر کرمان با توجه به تراکم، جمعيت شهري متفاوت ميباشد.
2-2-2- گسل ها
با توجه به اهميت گسل ها و نقش آنها در لرزهخيزي منطقه، تمام خطوط و گسلهاي موجود، در محدودهايي به شعاع 200 کيلومتر به مرکزيت شهر کرمان، که توسط حسنزاده(1385) در رساله کارشناسي ارشد خود شناسايي شدهاند، رسم شدهاند. در تحقيق مزبور تعداد 114 گسل در محدوده مورد مطالعه شناسايي و ترسيم گشتهاند که در اين تحقيق تنها مهمترين گسلهاي شناخته شده در دشت کرمان و در شعاع 100 کيلومتري به مرکزيت شهر کرمان مورد استفاده قرار گرفتهاند(شکل2-3).

شکل ‏2-3: گسل هاي محدوده 100 کيلومتري به مرکزيت شهر کرمان
شهر کرمان بروي آبرفتهاي جوان کوارترنري احداث و گسترش يافته است و با توجه به شرايط زمينشناسي، گسلهاي جوان و فعال منطقه و گسلهاي قديمي، از لحاظ لرزهخيزي تاريخ پرحادثهايي داشته است. طبق نظر محققان، علت اصلي وقوع زمين لرزههاي ايران حرکت و فشار صفحه عربستان به سمت شمال در اثر باز شدن درياي سرخ در نظر گرفته شده است. با توجه به اينکه ايران از شمال توسط صفحه اورآسيا، از شرق توسط صفحه هند و از غرب توسط صفحه آناتولي احاطه شده است، تحت تاثير نيروهاي فشاري صفحه عربستان فشرده شده و ضخيم مي شود و اين ضخيم شدن را ميتوان به صورت ايجادگسلهاي معکوس در راستاي شمالغرب- جنوب شرق و نيز چين خوردگي ملاحظه نمود. بنابراين براي آگاهي از وضعيت لرزهخيزي منطقه بايد تمامي معيارهاي ارزيابي شامل سوابق تاريخي رويداد زلزلهها در منطقه (زلزله هاي تاريخي) و زلزله هاي قرن بيستم (زلزله هاي دستگاهي) مورد بررسي قرار گيرند(حسن زاده، 1385). البته در ارتباط با تخمين خطر زلزله، بايد محاسبات محتاطانه متکي بر مشخصات زمين ساختي منطقه و داده هاي آماري زمين لرزهها صورت گيرد.
2-2-3- سابقه لرزه خيزي
منطقه کرمان در طي تاريخ 2000 ساله لرزه خيزي کشور بارها مکان زمين لرزههاي متوسط تا قوي بوده است. با توجه به نقشه لرزهخيزي ايران(شکل2-4) کرمان در محدوده با خطر زلزله متوسط به بالا قرار دارد.

شکل ‏2-4: نقشه خطر لرزه اي ايران(پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله)
با توجه به تحقيق حسن زاده(1385)، بيشتر زلزلههايي که بعنوان زمين لرزههاي تاريخي(قبل از 1300 شمسي) از آنها ياد ميشود، در منطقه شمال و شرق شهر کرمان و بيشتر تحت تاثير گسل کوهبنان حادث شدهاند. از سال 1300 به بعد با توجه به توسعه دستگاههاي ثبت زلزله، اطلاعات دقيقتري از عوامل وقوع زمين لرزهها، بزرگي، و زمان آنها بدست آمده است. در منطقه مورد مطالعه در شعاع 300 کيلومتري به مرکزيت شهر کرمان زلزلههاي زيادي ثبت شدهاند که تعداد 307 زلزله با بزرگي بيش از 4 ريشتر در مقياس امواج دروني زمين ثبت شدهاند. شديدترين مقدار آن مربوط به زلزله بم در سال 82 ميباشد که شدتي معادل با 4/6 ريشتر داشته است. مهمترين گسلهايي که مسبب اين زلزله ها بودهاند شامل: کوهبنان، گلباف، گوک ميباشند. بنابراين، زمين لرزههاي تاريخي مخرب و زمين لرزههاي سده بيستم که سبب تخريب مناطق شهري و روستايي و خسارات مالي و جاني فراواني در منطقه گرديدهاند، حاکي از لرزه خيز بودن منطقه ميباشد.
2-2-4- نتيجه گيري:
بر اساس آنچه در مورد زمين شناسي و موقعيت کرمان نسبت به سوابق تاريخي لرزش و گسل هاي منطقه و همچنين تحليل خطر لرزهاي شهر کرمان با روشهاي احتمالاتي و تحليلي که (حسن زاده، 1385) انجام گرفته است، ميتوان نتيجه گرفت که شهر کرمان در يکي از فعالترين واحدهاي لرزه زمين ساخت واقع شده و گسلهاي فعال متعددي در نزديکي اين شهر قرار دارند. تحليل خطر زلزله به روش احتمالاتي، حاکي از احتمال وقوع زلزله نزديک به 7 ريشتر در طي هر 10 سال در محدوده اي به شعاع 300 کيلومتر نسبت به شهر کرمان مي باشد. در عين حال، با توجه به شدت ناشي از زلزله هاي مرتبط با گسلهاي کرمان- زنگي آباد، شمال کرمان و اختيارآباد به دليل مجاورت اين گسلها با شهر کرمان برآورد ميشود که بخشهاي وسيعي از شهر تخريب خواهد شد(حسن زاده و عباس نژاد، 1385). مطالب مطرح شده بيش از پيش ضرورت تحقيق در زمينه اقدامات پيشگيرانه و اقدامات اساسي جهت مديريت بحران احتمالي زلزله، در شهر کرمان را نشان ميدهد. با توجه به اينکه تنها تحقيق صورت پذيرفته در زمينه اسکان موقت مربوط به مکانيابي پناهگاههاي اسکان موقت در منطقه چهار شهر کرمان با استفاده از AHP مي باشد، و از آنجا که لزوم انجام تحقيقي گسترده تر در کل سطح شهر کرمان احساس مي شود، با همکاري مرکز مطالعات و پژوهش مديريت بحران شهر کرمان اين تحقيق صورت گرفته است.

2-3- مروري بر پيشينه تحقيقاتي
مکانيابي و تخصيص يکي از موضاعات مهم مي باشد که همزمان در سيستم هاي اطلاعات مکاني و تحقيق در عمليات تحقيقات فراواني بروي آن انجام مي گيرد. در اين بخش به تحقيقات انجان شده در زمينه اسکان موقت با استفاده از هوش مصنوعي و GIS و همچنين مکانيابي- تخصيص با استفاده از هوش مصنوعي تقسيم مي کنيم.
2-3-1- تحقيقات انجام شده در زمينه اسکان موقت با استفاده از هوش مصنوعي و GIS
سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي در کشورهاي مختلف، در بحرانهاي مختلفي از جمله آتش سوزي جنگلها، سيلابها، نشت مواد خطر ناک، وقايع تروريستي، زلزلهها، فوران آتش فشانها، طوفانها، لغزشهاي زمين و غيره مورد استفاده قرار گرفته است. در اين قسمت به چند مورد تحقيقات صورت گرفته در زمينه اسکان موقت در ايران و جهان اشاره مي شود.
* پروژه اسفر6 (2011) در کتابي با عنوان منشور بشر دوستانه و حداقل استانداردهاي امداد رساني در بحران، حداقل استاندارد هاي لازم جهت مواجه با حوادث طبيعي را نام برده است. در فصلي از اين کتاب که به اسکان موقت آسيب ديده گان از بلاياي طبيعي اختصاص يافته، استانداردهاي لازم براي مکان مناسب آسيب ديدهگان معرفي کرده است که مي توان به فاکتورهايي همچون: امنيت، بهداشت، فاصله تا هر نوع خطر بالقوه و بالفعل، دسترسي به امکانات عمومي از جمله آب، غذا، مدارس و ادارات دولتي اشاره کرد.
* Tai و همکاران (2010) با استفاده از افزونه Model Builder موجود در GIS تحليل امکان سنجي پناهگاه اضطراري جهت اسکان جمعيت بعد از زلزله در يکي از شهرهاي تايوان را مورد بررسي قرار داده است.
* سعادتسرشت و همکاران(2009) از روش بهينهسازي تکاملي چند گانهNSGA-II7 جهت بهينه سازي اسکان موقت استفاده کردهاند. در اين روش گروهبندي بلوکهاي ساختماني مربوط به هر مکان امن با استفاده از بهينهسازي مقيد مبتني بر جبهه پرتو استفاده شده است.
* Hodgson و همکاران (2008) در 17 ناحيه فلوريدا مکانهاي امن موجود و مکانهاي جديد (شامل مدرسه، کليسا و مکانهاي عمومي) را با استفاده از GIS براساس تناسب مکاني رتبهبندي کرده است. اين تحقيق براي بررسي ميزان مطلوبيت مکانهاي امن از نظر امنيت بالقوه و خطر پذيري مکاني آنها بر مبناي تلفيق دو روش ترکيب خطي وزني8 و تکنيک موفقيت/ شکست9 انجام گرفته است.
* Xu و همکارانش (2008) يک مدل شبيه سازي GIS مبنا براي ارزيابي مجدد قابليت اجرايي بودن مکانهايي که توسط ارگانهاي مرتبط به عنوان اماکن امن عمومي در موقع بحران معرفي شدهاند، مورد تحقيق قرار دادهاند. اين ارزيابي بر اساس قابليت دسترسي شهروندان به نزديکترين پناهگاه و ظرفيت آن صورت پذيرفته است. نتايج اين تحقيق نشان ميدهد که مکانها از نظر گنجايش جمعيتي با هم متفاوت ميباشند و نواحي مهم شناسايي و اماکن موجود گسترش و مکانهايي به آنها اضافه گردد.
* Tsai و همکاران (2007) با ايجاد سيستم استنتاج فازي و مدل فازي سوگنو و تلفيق آن با GIS، يک سيستم تصميم ساز به عنوان10 TSDMK در مکانيابي پناهگاه بحران طراحي کردند.
* اميدوار (1389) با اشاره به شرايط خاص شهر تهران از نظر جغرافيايي و لزوم برنامهريزي اسکان موقت، با معرفي 14 معيار اصلي و تعدادي معيار فرعي مکانهاي مناسب را پيشنهاد داده است. با توجه به نياز منطقه مورد مطالعه به 415 تا 610 هکتار مساحت براي سرپناه، 14 مکان را معرفي کرده است.
* نيرآبادي(1389) با استفاده از معيارهاي کالبدي و طبيعي محدوده مورد مطالعه(شهر نيشابور) مکانيابي سايتهاي اسکان موقت را با استفاده از تلفيق سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي و منطق فازي را انجام داده است. و در نهايت با بهره جستن از تحليل سلسه مراتبي سايتهاي مورد نظر را رتبهبندي کرده است
* احمديان (1388) بهينهسازي گام دوم اسکان موقت را مورد توجه قرار داده است و انواع الگوريتمهاي مسيريابي براي بدست آوردن کوتاهترين مسير ممکن بين هر بلوک ساختماني و مکان امن براي قسمتي از شهر تهران، جهت تخليه اضطراري در مواقع بحران را بررسي نموده است.
* احدنژاد(1388) در ارتباط با کاهش خسارات ناشي از



قیمت: تومان


پاسخ دهید