جغرافیا و روابط انسانی

جغرافیا و روابط انسانی

بررسی توسعه کالبدی شهر با بهره‌گیری از تصاویر رنگی کاذب و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، مطالعه موردی شهر زنجان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشگاه تهران دانشکده جغرافی
10.22034/gahr.2026.578873.2705
چکیده
شهرنشینی سریع در کشورهای در حال توسعه از جمله ایران، موجب فشار قابل توجهی بر اکوسیستم‌های طبیعی و منابع محیطی شده است. شهر زنجان به عنوان یکی از شهرهای مهم شمال‌غرب کشور طی سال‌های اخیر با گسترش کالبدی روبه‌رو بوده است. هدف این پژوهش بررسی تغییرات کالبدی شهر زنجان در بازه زمانی ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۵ با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و روش‌های نوین یادگیری ماشین است. در این تحقیق از تصاویر ماهواره‌ای لندست سری ۵، ۸ و ۹ با پوشش ابر کمتر از پنج درصد استفاده شد. برای بهبود تفکیک کاربری‌ها، تصاویر رنگی کاذب تولید گردید تا امکان جداسازی پوشش گیاهی، اراضی بایر و مناطق ساخته‌شده فراهم شود. به منظور طبقه‌بندی، سه الگوریتم یادگیری ماشین شامل نزدیک‌ترین همسایه (KNN)، حداکثر احتمال (MLC) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) به کار رفتند. KNN بر اساس شباهت و فاصله عمل می‌کند، MLC مبتنی بر نظریه بیز است و SVM با استفاده از توابع کرنل داده‌های پیچیده را تفکیک می‌نماید. نتایج نشان داد مساحت اراضی ساخته‌شده در زنجان از حدود ۸/۲۶ تا ۴/۲۸ کیلومتر مربع در سال ۲۰۰۰ به حدود ۴/۲۷ تا ۳/۳۵ کیلومتر مربع در سال ۲۰۲۵ افزایش یافته است. این تغییرات با کاهش نسبی پوشش گیاهی و تغییرات در زمین‌های بایر همراه بوده که بیانگر روند آشکار تبدیل اراضی طبیعی و کشاورزی به مناطق شهری است. ارزیابی دقت طبقه‌بندی نشان داد الگوریتم SVM نسبت به دو روش دیگر دقت بالاتری دارد. یافته‌های این پژوهش همسو با مطالعات مشابه در ایران است که بر گسترش کالبدی شهرها تأکید دارند. نتایج نشان می‌دهد بهره‌گیری از روش‌های یادگیری ماشین، به‌ویژه SVM، می‌تواند ابزاری کارآمد در پایش تغییرات کالبدی شهری باشد. همچنین، این پژوهش می‌تواند در جهت برنامه‌ریزی شهری پایدار و حفاظت از منابع طبیعی در زنجان مورد استفاده مدیران و تصمیم‌گیران قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Urban Physical Development Analysis Using False Color Composite Images and Machine Learning Algorithms Case Study: Zanjan City

نویسنده English

Zahra Khalesi
Tehran university geography faculty
چکیده English

Rapid urbanization in developing countries, including Iran, has placed considerable pressure on natural ecosystems and environmental resources. Zanjan, as one of the major cities in northwestern Iran, has experienced significant physical expansion in recent decades. The objective of this study is to examine the physical development of Zanjan City between 2000 and 2025 using satellite imagery and advanced machine learning techniques. In this research, Landsat 5, 8, and 9 satellite images with less than five percent cloud cover were employed. To improve land-use discrimination, false color composite images were generated, enabling the differentiation of vegetation, barren land, and built-up areas. For land-use classification, three machine learning algorithms were applied: k-nearest neighbor (KNN), maximum likelihood classification (MLC), and support vector machine (SVM). KNN operates based on similarity and distance, MLC relies on Bayesian probability theory, and SVM utilizes kernel functions to separate complex data effectively. The results revealed that the built-up area of Zanjan increased from approximately 26.8–28.4 km² in 2000 to about 27.4–35.3 km² in 2025. This expansion was accompanied by a relative decline in vegetation cover and changes in barren land, indicating a clear trend of converting natural and agricultural lands into urban areas. Accuracy assessment demonstrated that SVM outperformed KNN and MLC, providing higher classification accuracy. Overall, the findings of this study are consistent with similar research in Iran, which highlights the spatial growth of cities. The results suggest that machine learning techniques, particularly SVM, are effective tools for monitoring urban physical changes. Moreover, this study provides valuable insights for sustainable urban planning and the protection of natural resources in Zanjan.

کلیدواژه‌ها English

Urban physical development
Remote sensing
Machine learning
Support vector machine (SVM)
Landsat imagery

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 02 اردیبهشت 1405

  • تاریخ دریافت 24 فروردین 1405
  • تاریخ پذیرش 02 اردیبهشت 1405