Journal of Geomatics Science and Technology

fa بکارگیری الگوریتم NSGA-II در بهینه سازی چند هدفه تخصیص کاربریهای شهری به منظور کاهش آسیب پذیری زلزله Using NSGA-II for Multi-Objective Optimization Allocation of Urban Land Use in Order to Reduce Earthquake Vulnerability سامانه های اطلاعات مکانی GIS پژوهشي Research وقوع زلزلههای مخرب بشر را بر آن داشته است که در فکر تدوین یک برنامه زیربنایی برای کاهش خطرات و آسیبهای ناشی از آن باشد. کاهش آسیبپذیری در برابر زلزله تنها از طریق تمهیدات ساختمانی مقدور نخواهد بود و هنگامی تحقق مییابد که ایمنی شهر در برابر خطرات زلزله به‌عنوان یک هدف در تمامی سطوح برنامهریزی شهری مدنظر قرار گیرد. تخصیص صحیح و مناسب کاربریهای مختلف شهری کمک شایانی به مسئلهی مدیریت بحران شهری مرتبط با زلزله مینماید بنابراین شناخت متغیرهای مختلف مؤثر در میزان آسیبپذیری مناطق شهری در برابر زلزله ازنظر کاربری زمین شهری ، تعریف و بیان رابطهی آن‌ها با آسیبپذیری، تجزیه‌وتحلیل آن‌ها و درنهایت دستیابی به نقشه های بهینه کاربری با آسیب پذیری کم تر در مقابل زلزله هدف اصلی این تحقیق می‌باشد. در این تحقیق، به منظور بهینه کردن تخصیص کاربری‌ های شهری با رویکرد کاهش آسیبپذیری ناشی از زلزله بر اساس فاکتورهای فیزیکی از الگوریتم بهینهسازی چندهدفه NSGA-II استفاده شده است. منطقه 12 شهرداری تهران به‌عنوان منطقهی مطالعاتی در نظر گرفته‌ شد. در این الگوریتم اهداف اصلی شامل بیشینهسازی سازگاری کاربریهای مجاور، دسترسی کاربریها، دسترسپذیری کاربریهای بهداشتی-درمانی و مسکونی به شبکه معابر و کمینه سازی خطرپذیری در برابر خطر زلزله و کمینه سازی تغییر کاربری‌ها تعریف‌ شده است. با توجه به چندهدفه بودن الگوریتم  NSGA-II، درنهایت تصمیمگیرنده در جبههی جواب بهینه با تعداد زیادی جواب مواجه خواهد شد و این مسئله تصمیمگیری را دشوار خواهد کرد. به این منظور در این تحقیق برای کمک به تصمیمگیری بهتر و نمایش سناریوهای متناظر با اولویت تصمیمگیرندگان، از آنالیز خوشهبندی با روش K-means استفاده‌ شده است. در تستهای انجام‌ شده بر روی الگوریتم بهینهسازی، مشخص شد که نتایج ازنظر همگرایی و تست تکرارپذیری قابل‌قبول میباشند. همچنین در چینشهای بهینهی به‌دست‌آمده وضعیت توابع هدف بهتر از وضعیت موجود است. نتایج این تحقیق می‌تواند به‌عنوان یک ابزار حمایت از تصمیمگیری به برنامهریزان و سیاستگذاران مدیریت شهری مرتبط با زلزله در خصوص برنامهریزی صحیح فضای شهری کمک نماید. روش مناسب بهینه سازی و منطبق با مسئله و تعریف توابع هدف مطابق با واقعیت و واردکردن جنبه‌های اصلی مسئله آسیب‌پذیری زلزله در مدل ارائه شده و اعمال نظرات تصمیمگیرندگان در مراحل تحقیق و در مرحلهی پایانی برای انتخاب چینش بهینه با تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از سناریوها و خوشه‌بندی سناریوها نشان دهندهی کارایی مدل می باشد. The occurrence of earthquake has made human being consider fundamental plans to reduce the consequent danger and destruction. The only means to reduce the vulnerability is to set specific management of urban crisis in construction; moreover, this aim cannot be achieved unless the city immunity, in confrontation of the earthquake, is considered as a major purpose in all stages of urban planning. Proper allocation of various urban land uses helps hugely the process of management of urban crisis related to the earthquake; accordingly, recognizing the different effective variables of vulnerability of urban areas from the aspects of urban land use, definition and declaring their relations with vulnerability, their analysis and finally preparing the land use optimizing maps with less percentage of vulnerability, is the principle target of this paper.  In this paper, for optimizing urban land use allocation, with the approach of reducing the vulnerability caused by the earthquake based on the physical factors, the multi-objective optimization algorithm NSGA-II was used for modeling. The 12th district of Tehran was taken as the subject of study. In this algorithm the main objectives include: maximizing compatibility of adjacent land uses, accessibility of land uses, availability of sanitary-medical and residential land uses to the Road network and minimizing susceptibility in earthquake&#39s time and Minimizing land uses change. Considering the fact that the NSGA-II algorithm is multi-objective, the decision maker encounters different solutions in the Pareto-optimal front, which makes the process more complicated. Accordingly, to aid the decision making process and presenting the correspondent scenarios with the decision makers&#39 priority, the clustering analysis was used with K-means approach. To study the changes of the results of different implementations of algorithm and stability of optimization algorithm, convergence trend and repeatability test carried out. In the resulted optimized land use arrangements, the levels of objective functions are much better than the previous arrangement. Moreover, accessibility objective function has been improved mostly under the effect of optimization (27 %). The average percentage of the improvement of the objective functions in the algorithm was 19 %. In the repeatability test, the average percentage of the overlay of the algorithm&#39s solutions in different runs was recorded as 76 %, which can be recognized as a proper value, and represents the suitable repeatability of the algorithm. The results were found acceptable based on the convergence trend, by having the stable value of the objective functions after specific times of iteration. Several factors represent the efficiency of the model which can be named as; the proper method of optimization that was compatible with the problem, defining the objective functions based on the reality and including the main aspects of the problem  of the earthquake vulnerability  in the presented model, concerning the opinion of the decision makers in the process of the research and the final stage for selecting the optimum arrangement with the analysis of the results of the scenarios and the scenarios&#39 clustering. The results of this research can be an aid as a means to support deciding for the planner and urban management policy makers encountering earthquake, in planning appropriately for the urban spaces. الگوریتم بهینه‌سازی چندهدفه, الگوریتم ژنتیک با مرتب‌سازی نامغلوب, تخصیص کاربری اراضی, سیستم اطلاعات مکانی, خوشه‌بندی, آسیب‌پذیری زلزله, شهر تهران Multi-Objective Optimization Algorithm, Land Use Allocation, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II, Geospatial Information System, Clustering, Earthquake Vulnerability, Tehran 247 264 http://jgst.issgeac.ir/browse.php?a_code=A-10-375-1&slc_lang=fa&sid=1 Y. Delaviz یعقوب دلاویز yaghob.delaviz@yahoo.com 10031947532846002629 10031947532846002629 Yes Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس J. Karami جلال کرمی jl.karami@modares.ac.ir 10031947532846002630 10031947532846002630 No Tarbiat Modares University دانشگاه تربیت مدرس M. Shaygan مهران شایگان mehranshaygan@yahoo.com 10031947532846002631 10031947532846002631 No Faculty of Geodesy and Geomatics, K.N.Toosi University of Technology دانشکده مهندسی نقشه‌برداری-دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی