ارزیابی مکانی دسترسی به فضاهای باز شهری در مقطع زمانی پس از زلزله با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی هاب و ژنتیک (مطالعۀ موردی: شهر گرگان)

نوع مقاله: پژوهشی - کاربردی

نویسندگان

1 دانشیار گروه جغرافیا، دانشگاه یزد

2 دانشجوی دکتری جغرافیا و برنامه‌ریزی شهری، دانشگاه یزد

چکیده

آگاهی از وضعیت دسترسی به فضاهای باز شهری برای اسکان موقت پس از زلزله، از مواردی است که می‌تواند در مدیریت بحران بسیار حیاتی باشد. شناسایی این نقاط پیش از وقوع زلزله سبب می‌شود مدیران در مقطع زمانی ناپایدار و غیرقطعی پس از زلزله تصمیم‌گیری منطقی داشته باشند. همچنین این مسئله تأثیر محدودیت‌های خاص مکانی و زمانی آن مقطع را کم‌رنگ‌تر می‌کند. در مطالعة حاضر، به ارزیابی چگونگی دسترسی شهروندان شهر گرگان به فضاهای باز شهری پرداخته شده است. بدین‌منظور از الگوریتم ژنتیک برای حل مسئله‌ای مکان‌محور که داده‌های ورودی آن از GIS گرفته شده، استفاده شد. در زمینة تخصیص بهینة مکان در محیط GIS، دو سناریوی سخت‌گیرانه و سهل‌گیرانه با اعمال و بدون اعمال محدودیت انسداد راه مدنظر قرار گرفتند؛ از این‌رو برای سناریوی اول 48 قطعه و برای دیگری 153 قطعه زمین به‌عنوان زمین‌هایی با قابلیت بالقوة اسکان موقت درنظر گرفته شد. در زمینة حل مسئلة تخصیص با استفاده از الگوریتم ژنتیک نیز با اعمال تغییرات در پارامترهای حل مسئله و در قالب دو سناریوی فوق، شش گزینة مختلف انتخاب شدند که کمترین مقدار هزینة انتقال جمعیت از مراکز بلوک‌های جمعیتی را به فضاهای باز داشتند. با پذیرش احتمالی‌بودن شرایط پس از وقوع زلزله، نتایج کلی پژوهش نشان می‌دهند در صورت وقوع زلزلة شدید با احتساب انسداد راه در حالت سخت‌گیرانه، 24 و در حالت سهل‌گیرانه، 35 درصد از جمعیت به فضاهای باز دسترسی دارند. این موضوع در سناریوی سهل‌گیرانه به‌ترتیب 35 و 47 درصد خواهد بود. نتایج حل مسئلة هاب با استفاده از الگوریتم ژنتیک نیز مشابه حالات سهل‌گیرانه و سخت‌گیرانه بدون احتساب انسداد راه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Spatial Evaluation of Access to Urban Free Spaces During the Post-Earthquake Periods Using Hub and Genetics Optimization Algorithms (Case Study: City of GORGAN)

نویسندگان [English]

  • mohammad hosein saraei 1
  • Mohammad Reza Rezaei 1
  • mohsen adeli 2
1 Faculty of Humanities & Social Science, Department of Geography, Yazd University, IRAN
2 PhD Student in Geography and Urban Planning, Yazd University, IRAN
چکیده [English]

Awareness of citizens' access to urban free spaces at post-earthquake period can be critical for crisis management. Identifying these points at pre-earthquake period can lead to reasonable decision at an unstable and uncertain time of post-earthquake. In the present study, the process of access of citizens of Gorgan to urban free spaces in the post-earthquake period has been evaluated. For this purpose, an Integrated combination of GIS and genetic algorithm have been used. Regarding to the optimal allocation in the GIS environment, two flexible and non-flexible scenarios with and without consideration of road blocking constraints were considered. For this purpose, for the first scenario, 48 pieces of land and for the second scenario, 153 pieces of land were considered as destination points. In solving the allocation problem using the genetic algorithm, six different scenarios with the lowest cost of population transfer from origin points (demographic block centers) to destination points (free spaces) were considered. By accepting the assumption of probabilistic conditions at post-earthquake, the general results of the research show that in the event of an intense earthquake, by according to blocking road in a non-flexible condition, 24% and in a flexible condition, 35% of the population has access to free spaces. This value in the flexible scenario would be 35% and 47% respectively. The results of hub problem solving by genetic algorithm are similar to the flexible scenario without considering the blocking roads.

کلیدواژه‌ها [English]

  • earthquake
  • Free Spaces
  • HUB Problem
  • Genetic Algorithm
  • Gorgan City

احدنژاد، محسن، مشکینی، ابوالفضل و بتول نوری، 1386، ارزیابی آسیب‌پذیری سکونت‌گاه‌های حاشیه‌ای و غیررسمی در برابر زلزله با استفاده از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (نمونة موردی: شهر زنجان)، اولین کنفرانس GIS شهری، دانشگاه شمال.

استانداری استان گلستان، 1396، چکیدة نتایج سرشماری عمومی نفوس و مسکن سال 1395 استان گلستان، سازمان برنامه و بودجه، معاونت آمار و اطلاعات، صص 1-20.

اشراقی، مهدی، 1385، مکان‌یابی اماکن اسکان موقت جمعیت‌های آسیب‌دیده از زلزله با بهره‌گیری از سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (منطقة 2 تهران)،تهران، دومین کنفرانس بین‌المللی مدیریت جامع بحران در حوادث غیرمترقبة طبیعی.

اصغری زمانی، اکبر، 1393، «بررسی کیفیت دسترسی به فضاهای باز شهری به هنگام وقوع حوادث غیرمترقبه طبیعی (مطالعة موردی: شهر تبریز)»، نشریة علمی-پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی، سال هجدهم، شمارة 48، صص 1-16.

تقوی، عابد، 1389، «بازتاب تحولات اجتماعی در ساختار فضایی شهر قدیم گرگان در دوران اسلامی»، نشریة مطالعات اجتماعی ایران، شمارة 11، صص 1-9.

حاله، حسن و دانیال اسماعیلی علی‌آبادی، 1394، «بهبود الگوریتم رقابتی کلونی استعمارگران با استفاده از عملگر یادگیری استعمارگران و کاربرد آن در حل مسئلة فروشندة دوره‌گرد»، مجلة مدیریت توسعه و تحول، شمارة 22، صص 55-61.

خمر، غلامعلی، صالح گوهری، حسام‌الدین و زهرا حسینی، 1393، «امکان‌سنجی مکان گزینی پناهگاه‌های شهری با استفاده از مدل IO و روش AHP (مطالعة موردی: محلات سیزده‌گانة منطقة یک شهر کرمان)»، فصلنامة مطالعات برنامه‌ریزی شهری، سال دوم، شمارة 7، صص 29-54.

شریعت مهیمنی، افشین، معادی، سعید و محسن بابایی، 1391، به‌کارگیری الگوریتم رقابت استعماری در مکان‌یابی مراکز فوریت‌های پزشکی، ششمین کنگرة ملی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

شیعه، اسماعیل، حبیبی، کیومرث و کمال اسماعیل، 1389، «بررسی آسیب‌پذیری شبکه‌های ارتباطی شهرها در مقابل زلزله با استفاده از GIS و IHWP»، باغ نظر، سال هفتم، شمارة 13، صص 35-48.

صمدزادگان، فرهاد، عباسپور، علی و پرهام پهلوانی، 1385، مکان‌یابی اماکن اسکان اضطراری شهروندان در سوانح غیرمترقبه با به‌کارگیری سیستم‌های اطلاعات مکانی هوشمند، تهران، کنفرانس فناوری اطلاعات مکانی و مدیریت حوادث طبیعی.

عادلی، محسن، زیاری، کرامت‌اله و سعید گیوه‌چی، 1397، ارزیابی میزان آسیب‌پذیری شهروندان شهر گرگان در برابر بحران زلزله با استفاده از GIS و الگوریتم‌های متاهیوریستیک، پژوهش‌های جغرافیای انسانی، 10.22059/jhgr.2018.234542.1007469

عزیزی، محمدمهدی و میلاد همافر، 1391، «آسیب‌شناسی لرزه‌ای معابر شهری، مطالعة موردی: محلة کارمندان، کرج»، نشریة هنرهای زیبا-معماری و شهرسازی، دورة هفدهم، شمارة 3، صص 5-15.

قطب‌الدینی، محسن، متکان، علی‌اکبر، علی‌محمدی، عباس و بابک میرباقری، 1391، پیاده‌سازی الگوریتم بهینه‌سازی کلونی مورچه (ACO) در مکان‌یابی پناهگاه‌های اسکان موقت بعد از زلزله (مطالعة موردی: شهر کرمان)، پایان‌نامة مقطع کارشناسی ارشد گروه سنجش‌ازدور و GIS، دانشکدة علوم زمین، دانشگاه شهیدبهشتی تهران.

گیوه‌چی، سعید، عطار، محمدامین، رشیدی، اصغر، حصاری، ابراهیم و نسترن نصبی، 1392، «مکان‌یابی اسکان موقت پس از زلزله با استفاده از GIS و تکنیک AHP (مطالعة موردی: منطقة 6 شهر شیراز)»،مطالعات و پژوهش‌های شهری و منطقه‌ای، سال پنجم، شمارة 7، صص 101-118.

مختارزاده، صفورا، سرگلزایی، شریفه و رسول بیدرام، 1389، ارزیابی روشمند آسیب‌پذیری معابر در برابر زلزله، کنفرانس ملی زلزله و آسیب‌پذیری اماکن و شریان‌های حیاتی.

مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1385، تهیه و تدوین سناریوی زلزله شهر گرگان، بخش زلزله، فصل سوم، ص 66.

نارویی، خدیجه و اسماعیل آقائی‌زاده، 1396، «مکان‌یابی سایت اسکان موقت در برابر زلزله در شهرها (مطالعة موردی: شهر زاهدان)»،مجلة جغرافیا و توسعة فضای شهری، سال چهارم، شمارة 1، صص 155-173.

نیک‌پور، عامر، لطفی، صدیقه و مرتضی رضازاده، 1396، «تحلیل رابطة میان فرم شهر و شاخص دسترسی (مورد مطالعه: شهر بابلسر)»، فصلنامة علمی-پژوهشی برنامه‌ریزی فضایی (جغرافیا)، سال هفتم، شمارة 3، صص 85- 106.

Adeli, M., Ziyari, K., and Givehchi, S., 2018, Evaluation of GORGAN Citizens Vulnerability Against Earthquake Disaster Using GIS and Meta-Heuristic Algorithms, Human Geography Research. DOI: 10.22059/Jhgr.2018.234542.1007469. (In Persian)

Adewole, Ph., Akinwale, A., and Otunbanowo, K., 2011, A Genetic Algorithm for Solving Traveling Saleman Problem, International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA). Vol. 2, No. 1. PP. 26-29.

Ahad Nezhad, M., Meshkini, A., and Nouri, B., 2007, Evaluation of Vulnerability of Rural and Informal Residents from Earthquakes Using Geographic Information Systems (Case Study: Zanjan City), The First Urban GIS Conference, North University. (In Persian)

Asghari Zamani, A., 2014, Evaluation of the Quality of Access to Urban Free Spaces During Natural Disasters (Case Study: Tabriz City), Journal of Geography and Planning, Vol. 18, No. 48, PP. 16-1. (In Persian)

Azizi, M. M., and Homafar, M., 2012, Seismic Pathology of Urban Roads, Case Study: Karmandan Area, Karaj, Journal of Fine Arts, Architecture and Urban Development, Vol. 17, No. 3, PP. 5-15. (In Persian)

Behrou, R., and Guest, J. K., 2017, Topology Optimization for Transient Response of Structures Subjected to Dynamic Loads, In 18th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference (P. 3657).

Behrou, R., Lawry, M., and Maute, K., 2017, Level Set Topology Optimization of Structural Problems with Interface Cohesion, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 112, No. 8, PP. 990-1016.

Behzadi, S., and Alesheikh, A. A., 2008, Developing a Genetic Algorithm for Solving Shortest Path Problem, Wseas International Conference on Urban Planning and Transportation (UPT'07), Heraklion, Crete Island, Greece, July, PP. 22-24.

Bin Jubeir, M., Almazrooie, M., and Abdullah, R., 2017, Enhanced Selection Method for Genetic Algorithm to Solve Traveling Salesman Problem, Proceedings of the 6th International Conference on Computing and Informatics, ICOCI 2017 25-27April, 2017 Kuala Lumpur, Universiti Utara Malaysia (http://www.uum.edu.my), PP. 69-76.

Building and Housing Research Center, 2006, Preparation and Compilation of Earthquake Scenario in Gorgan, Earthquake Section, Third Chapter, PP. 66. (In Persian)

Cavuoti, S., Garofalo, M., Brescia, M., Paolillo, M., Pescape, A., Longo, G., and Ventre, G., 2013, Astrophysical Data Mining with GPU a Case Study: Genetic Classification of globaler cluster, printed submitted of New Astrophysical, , PP. 1 -29,

Central U.S Earthquake Consortium, 2000, Earthquake Vulnerability of Transportation System in the Central United States, Compiled by the Central U.S Earthquake Consortium.

Chen W., and Scawthorn C., 2002, Earthquake Engineering Handbook, CRC Press, Florida.

Cooray P. L. N. U. and Thashika D., 2017, Rupasinghe. Machine Learning-Based Parameter Tuned Genetic Algorithm for Energy Minimizing Vehicle Routing Problem, Journal of Industrial Engineering. Vol. 2017 (2017), Article ID 3019523, 13 Pages.

EMDAT., 2017, The OFDA/CRED International Disaster Database, Universite Catolique De Louvain-Brussels-Belgium, [Accessed 2017 Jan 1], http://www.emdat.be/emergency Shelter Location, Journal of Natural Disasters, Vol. 24, No. 2, PP. 8-14.

Eshraghi, M., 2006, Locating Temporary Accommodation Sites of Earthquake-Affected Populations Using Geographic Information Systems (Tehran 2nd District), Tehran, Second International Conference on the Integrated Management of Crisis Management In Natural Disasters. (In Persian)

Ghotbeddini, M., Metkan, A. A., Ali Mohammadi, A., and Mirbagheri, B., 2012, Implementation of Ant Colony Optimization Algorithm (ACO) in Locating Temporary Shelters After Earthquake (Case Study: Kerman City), Master’s Degree Dissertation, Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Earth Sciences, Shahid Beheshti University, Tehran. (In Persian)

Givehchi, S., Attar, M. A., Rashidi, A., Hesari, E., and Nasabi, N., 2013, Locating Temporary Post-Earthquake Settlement Using GIS and AHP Technique. Case Study: District 6 of Shiraz, Urban and Regional Studies and Research, Vol. 5, No. 7, PP. 101-118. (In Persian)

Gog, A., Dumitrescu, D., and Hirsbruner, B., 2007, New Selection Operator Based on Genetic Relatedness for Evolutionary Algorithms, IEEE Congress on Evolutionary Computation, PP. 4610-4614.

Governorate of Golestan Province, 2017, The Results Abstract of General Census of Population and Housing in 2017 At Golestan Province, Planning and Budget Organization, Department of Statistics and Information, PP. 1-20. (In Persian)

Haleh, H., Esmaeili A., and Abadi, D., 2015, Improvement of Imperialist Colony Competitive Algorithm Using the Colonial Learner's Operator and Its Application to Solving the Travelling Salesman Problem, Journal of Development Evolution Management, No. 22, PP. 55-61. (In Persian)

He, S., Zhang, L., Song, R., Wen, Y., and Wu, D., 2009, Optimal Transit Routing Problem for Emergency Evacuations, The Nataional Acadmies of Sciences Engineering Medicine, Transportation Research Board. Accession Number: 01128717, Report/Paper Numbers: 09-0931.

John, A., Arunadevi, J., and Mohan, V., 2009, Intelligent Transport Route Planning Using Genetic Algorithm in Computation Algorithm, European Journal of Scientific Reasearch, ISSN 1450-216X. Vol. 25. No. 3, PP. 463-468.

Khomr, Gh., Saleh Gohari, H., and Hosseini, Z., 2014, The Feasibility of Urban Sprawl Location Using Model (IO) and Method (AHP) (Case Study: 13 Districts of Kerman City), Quarterly Journal of Urban Planning, Vol 2, No. 7, PP. 29 - 54. (In Persian)

Kumar, J., Arunadevi, J., and Mohan., V., 2009, Intelligent Transport Route Planning Using Genetic Algorithms in Path Computation Algorithms, European Journal of Scientific Research, Vol. 25, No. 3, PP. 463-468.

Ma, D.X., Chu, J.Y., Wang, Z., Chen L.L., 2015, Study on Location Model of Disaster Emergency Shelter Based on Multi-Objective Programming, Journal of Natural Disasters, Vol. 24, No. 2, PP.1-7, DOI: 10.13577/J.Jnd.2015.0201.

Mandekar, U. H., and Aher, P. B., 2013, Solving the Traveling Saleman Problem Using an Evolutionary Algprithm, International Journal of Computer and Technology, Vol. 4., No. 1, PP. 33- 35.

Masum, A. K., Shahjalal, M., Faruque, F., and Sarker, I. H., 2011, Solving the Vehicle Routing Problem Using Genetic Algorithm, (IJACSA). International Journal of Advanced Computer Science and Applications. Vol. 2, No. 7, PP. 126 – 131.

Mavrovouniotis, M., Müller Felipe M., and Yang, Sh., 2016, Ant Colony Optimization with Local Search for Dynamic Travelling Salesman Problems, Ieee Transactions on Cybernetics, Vol. Xx, No. Yy, PP. 1 -14.

Mokhtarzadeh, S., Sargolzaei, Sh., and Bidram, R., 2010, Methodological Assessment of Earthquake Road Vulnerability, National Earthquake Conference and Vulnerability of Vital Sites and Roads. (In Persian)

Nappi, M. M .L., Souza, J. C., 2014, Disaster Management: Hierarchical Structuring Criteria for Selection and Location of Temporary Shelters, Nat Hazards. 75:2421–2436. Doi:10.1007/S11069-014-1437-4, On Multi-Objective Programming, Journal of Natural Disasters, Vol. 24, No. 2, PP. 1-7.

 Narooei, K., and Aghaei Zadeh, I., 2017, Locating the Temporary Residental Site for Earthquake in Cities (Case Study: Zahedan City), Journal of Geography and Urban Space Development, Vol. 4, No. 1, PP. 155-173. (In Persian)

Nikpour, A., Lotfi, S., and Reza Zadeh, M., 2017, Analysis of the Relationship Between City Form and Accessibility Index (Case Study: Babolsar), Quarterly Journal of Spatial Planning (Geography), Vol. 7, No. 3, PP. 85- 106. (In Persian)

Raichaudhuri, A., and Jain, A., 2010, Generic Algorirhm Based Logistics Route Planning, International Journal of Innovation, Management and Technology, Vol. 1, No. 2, PP. 205-208.

Saadatseresht, M., Mansourian, A., and Taleai, M., 2009, Evacuation Planning Using Multiobjective Evolutionary Optimization Approach, European Journal of Operational Research, 198, 305–314. Doi: 10.1016/J.Ejor.2008.07.032.

Sallabi, O., 2009, An Improved Genetic Algorithm to Solve the Traveling Salesman Problem, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Science Index Vol. 3, No. 4, waste.org/publication/ 15802. PP. 388-391.

Samadzadegan, F., Abbaspour, A., and Pahlavani, P., 2006, Locating Emergency Accommodation Places of Citizens in Unexpected Accidents Using Smart Space Information Systems, Tehran, Spatial Information Technology Conference and Natural Disaster Management. (In Persian)

Shariat Mohaymeni, A., Maadi, S., and Babaei, M., 2012, Using the Colonial Competition Algorithm for Locating Medical Emergency Centers, Sixth National Congress on Civil Engineering, Semnan University. (In Persian)

Sherali, H. D., Carter, T. B., and Hobeika, A. G., 1991, A Location-Allocation Model and Algorithm for Evacuation Planning Under Hurricane/ Flood Conditions. Transportation Research Part B: Methodological, Vol. 25, No. 6, PP. 439-452.

Shie, I., Habibi, K., and Ismail, K., 2010, Evaluation the Vulnerability of Urban Communication Networks Against Earthquakes Using GIS and IHWP, Bagh-E-Nazar, Vol. 7, No. 13, PP. 35-48. (In Persian)

Taqavi, A., 2010, Reflects the Social Changes in the Spatial Structure of the Ancient City of Gorgan During the Islamic Era, Iranian Social Studies Journal, No. 11. (In Persian)

Tzeng, G. H., and Cheng, H. J., 2007, Multi-Objective Optimal Planning For Designing Relief Delivery Systems, Transportation Research Part E, Vol. 43, No. 6, PP. 673-686.

Tzung Pei, H., Yuan Ching, P., WenYang, L., and ShyueLiang W., 2017, Empirical Comparison of Level-Wise Hierarchical Multi-Population Genetic Algorithm, Journal of Information and Telecommunication, Vol. 1, No. 1, PP. 66–78. (http://dx.doi.org/10.1080/24751839 .2017.1295662.

Widener, M. J., and Horner, M. W., 2011, A Hierarchical Approach to Modeling Hurricane Disaster Relief Goods Distribution, Journal of Transport Geography, Vol. 19, No. 4, PP. 821-828.

 Zhao, X., Graham, C., and Wei, X., 2017, Solving the Earthquake Disaster Shelter Location-Allocation Problem Using Optimization Heuristics, Analytical Modeling and Simulation, Proceedings of The 14th ISCRAM Conference – Albi, France, May 2017. 50 -62.

Xu, W., Zhao, X., Yunjia, Ma., Ying, Li., Qin, L., Wang, Y., Du, J., 2018, A Multi-Objective Optimization Based Method for Evaluating Earthquake Shelter Location–Allocation, Geomatics, Natural Hazards and Risk, 2018, Vol. 9, No. 1, PP. 662–677. https://doi.org/10.1080/19475705.2018.1470114.

Xu, W., et al., 2014, Collaborative Modelling-Based Shelter Planning Analysis: A Case Study of the Nagata Elementary School Community in Kobe City, Japan. Disasters, No. 38, PP.125–147. Doi:10.1111/Disa.12033.

Yuan Y., Liu Y., Zhu, S. H., Wang, J. B., 2015, Maximal Preparedness Coverage Model and Its Algorithm for Emergency Shelter Location, Journal of Natural Disasters. Vol 24, No.  02, Pages 8 -14.

Yung Lung L., Ming Chin Ho., Tsung Cheng H., and Cheng An T., 2007, Urban Disaster Prevention Shelter Vulnerability Evaluation Considering Road Network Characteristics, 2nd International Conference on Urban Disaster Reduction.

Zhao, X., Xu, W., Yunjia, Ma., and Hu, F., 2015, Scenario-Based Multi-Objective Optimum Allocation Model for Earthquake Emergency Shelters Using a Modified Particle Swarm Optimization Algorithm: A Case Study in Chaoyang District, Beijing, China, Plos One 10 (12): E0144455. Doi: 10.1371/Journal.Pone.0144455.

Zhou, C., Zheng, J., and Li, W., 2008, An Improved Heuristic Crossover Operator for TSP, Fourth International Conference on Natural Computation, Jinan, Print ISBN: 978-0-7695-3304-9, INSPEC Accession Number:  10398337, pp. 541-545. doi: 10.1109/ICNC.2008.514,