بهينه‌سازي چندهدفه تخصيص كاربري اراضي با استفاده از الگوريتم NSGA-II

Multi-Objective Optimization, Approach for Land Use Allocation Using NSGA-II

الگوي كاربري اراضي به‌واسطه افزايش فعاليت‌ها و دخل و تصرف‌هاي بشر بر زمين به‌منظور برآوردن نيازهاي مختلف، دايماً در حال تغيير است. بهينه‌سازي تخصيص كاربري اراضي همانا يافتن بهترين الگوي ممكن با در نظر گرفتن نيازهاي حاكم بر مقوله تخصيص است. اغلب جست‌وجوها و بهينه‌سازي‌هاي كاربري اراضي در دنياي واقعي، ماهيتاً دربردارنده چندين هدف‌اند. در اين مطالعه قابليت الگوريتم ژنتيك مرتب‌سازي نامغلوب نخبه‌گرا (NSGA-II) با طراحي و استفاده از دو نوع عملگر تقاطع يكنواخت (UC) و عملگر تقاطع دوبعدي (TDC) براي بهينه‌سازي تخصيص كاربري اراضي با اهداف چندگانه در بخشي از حوضه طالقان مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفت. داده‌هاي به‌كار‌رفته شامل نقشه كاربري اراضي سال 2002، توپوگرافي، خاك‌شناسي، اطلاعات مربوط به ميزان فرسايش خاك و بازدهي اقتصادي از منطقه مورد مطالعه بوده است. اهداف مورد نظر شامل ميزان فرسايش، ميزان رواناب، تناسب اراضي، ميزان فشردگي ـ سازگاري و بازدهي اقتصادي است. مدل طراحي‌شده با دو جمعيت اوليه متفاوت اجرا گرديد. بار اول با جمعيت كاملاً تصادفي و بار دوم با توليد جمعيت اوليه تصادفي راهنمايي شده كه در آن نسبت مساحت كاربري‌هاي مختلف تعيين شده بود. نتايج نشان داد كاركرد عملگرهاي تقاطع كاملاً تحت تاثير شرايط اوليه قرار دارد و عملگر UC فاقد توانايي مناسب در ايجاد همگرايي كلي است. همچنين استفاده از تقاطع TDC با جمعيت اوليه راهنمايي شده، همگرايي را بسيار افزايش داد و موجب بهبود نتايج گرديد. به لحاظ پيوستگي قطعات كلاس‌هاي مختلف كاربري نيز عملگر TDC بهتر از UC كاركرد داشته است. نتايج اين مطالعه نشان داد كه پس از بهينه‌سازي كاربري اراضي در منطقه مورد مطالعه، علاوه بر كاهش فرسايش خاك، ميزان سوددهي كلي نيز افزايش يافته است. كليد‌واژه‌ها: بهينه‌سازي چندهدفه، كاربري اراضي، الگوريتم ژنتيك مرتب‌سازي نامغلوب نخبه‌گرا

Land use pattern, due to increasing human activities and interference on land in order to meet different needs, is constantly changing. Most of land use optimization as a complex problem in the real world inherently involves multiple conflicting objectives. In this research, the capability of non dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) with implying two type crossover operators, namely as two dimensional cross over (TDC) and uniform cross over (UC) in order to multi-objective optimization of land-use allocation has been evaluated in the Taleghan watershed. The multi-objective problem described in this paper consists of four objective functions: maximizing economic return, maximizing suitability, maximizing compactness-consistency, maximizing runoff and minimizing erosion. The model was implemented in two ways, with guidance and without guidance in generating the initial population. Results show that the crossover operator performance is completely under the influence of initial population. The comparison of the examined crossover operators shows that there is a significant advantage of using TDC operator in generating land use allocation patterns with respect to the given objective functions. The results showed that after the optimization in the study area, erosion rates declined while profits increased. Keywords: Multi-Objective Optimization, Land use, non dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II), Taleghan Watershed.