آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: شهرستان قائم‌شهر)

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهنوزدهم، شماره سه، پاییز 96

آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: شهرستان قائم­شهر)

غلامرضا سبزقبایی[1]*

sabzghabaei@bkatu.ac.ir

 کاوه جعفرزاده[2]

سیده سولماز دشتی[3]

شهرام یوسفی­خانقاه[4]

مژگان بزم­آرا­ بلشتی[5]

چکیده

زمینه و هدف: تغییرات کاربری اراضی در اثر فعالیت­های انسانی یکی از موضوعات مهم در برنامه­ریزی­های منطقه­ای و توسعه­ای می­باشد. با توجه به مزیت­ها و قابلیت­هایی که داده­های ماهواره­ای دارند، این تکنولوژی می­تواند کمک شایانی به شناسایی و کشف این تغییرات نماید.

روش بررسی: در این پژوهش تغییرات کاربری اراضی منطقه قائم­شهر در یک دوره 15 ساله مورد ارزیابی قرار گرفت. برای انجام این پژوهش از تصاویر سال 1999 سنجنده ETM⁺ و 2014 سنجنده OLI ماهواره لندست استفاده شده و پس از انجام اقدامات مورد نیاز در مرحله پیش­پردازش، با طبقه­بندی نظارت شده نقشه آشکارسازی تغیرات تهیه شده است.

یافته­ها: در نهایت پنج نوع کاربری در منطقه شناسایی شد. ارزیابی نشان داد که صحت کلی و ضریب کاپای نقشه طبقه­بندی شده ETM⁺ به ترتیب 4/98 و 97/0 درصد و OLI­ برابر 67/99 و 97/0 درصد می­باشد. نتایج مشخص کردکه اراضی کشاورزی، جنگل و پهنه آبی به اراضی باغی و مسکونی تبدیل شده­اند؛ به­گونه­ای که بر وسعت اراضی باغی طی 15 سال 26/27 درصد افزوده شده است، در مقابل از اراضی کشاورزی به میزان 32/45 درصد کاسته شده است. هم­چنین وسعت اراضی جنگلی و پهنه آبی کاهش و وسعت مناطق مسکونی افزایش یافته است.

بحث و نتیجه گیری: نتایج حاکی از آن است که به­کارگیری تصاویر ماهواره­ای برای تهیه نقشه­های کاربری اراضی/ پوشش و تغییرات آن­ها، جهت تسهیل در برنامه­ریزی مدیریت منابع محیطی امری ضروری می­باشند.

واژه های کلیدی:آشکارسازی تغییرات، کاربری اراضی، طبقه­بندی نظارت شده، قائم­شهر

Land use change detection using remote sensing and GIS

(Case study: Qhaemshahr city)

Gholam Reza Sabzghabaei[6]^*

sabzghabaei@bkatu.ac.ir

Kaveh Jafarzadeh[7]

Seyedeh Soolmaz Dashti[8]

Shaharam Yousefi Khanghah[9]

Mojgan Bazmara Baleshti[10]

Abstract

Background and Objective: One of the main issues in regional planning and development is land use change by human activities. Considering the benefits and potentials of satellite data, we can use remote sensing to extract and find this changes.

Method: In this study, land use changes of Qhaemshahr in a 15 years term has been detected. In this study, ETM+ images of 1999 and OLI images of 2014 of Landsat satellite has been used. After pre-processing via super wised classification, land use map has been extracted.

Findings: Finally 5 land use types has been identified in this region. The kappa coefficient and the overall accuracy was 98.4 % and 0.97 % for ETM+ results and 99.67% and 0.97% for OLI results sequentially. The results showed that agricultural lands, forest, water covered areas has been converted to building zone and garden. The Results showed that 27.26% increase in garden regions, and 45.32 % decrease in agricultural zones during 15 years, also Forest lands and water covered decreased and building zones increased during 15 years.

Discussion and Conclusion: The results confirm that satellite information for extracting land use maps and detecting land use changes is an effective method for planning the natural resources management.

Key words:Change Detection, Super Wised Classification, Land Use, Qhaemshahr

مقدمه

علم کسب اطلاعات از پدیده‌ها، یا اجسام بدون تماس فیزیکی با آن­ها را سنجش از دور یا دورکاوی گویند (1). با استفاده از سنجش از دور می‌توان بررسی و اندازه‌گیری‌های لازم را بر روی منابع بیوفیزیکی زمین در مقیاس مکانی و زمانی مشخص انجام داد (2). ویژگی رقومی بودن داده‌های دورکاوی موجب شده است که سیستم‌های رایانه‌ای بتوانند از این داده­ها به­طور مستقیم استفاده کنند (3). آشکارسازی تغییرات فرآیندی است که امکان مشاهده و تشخیص تفاوت­­ها و اختلاف سری زمانی پدیده­ها، عارضه­ها و الگوهای سطح زمین را فراهم می­کند(4، 5 و 6).

آشکارسازی دقیق و به­موقع تغییرات سیما و پستی بلندی­های سطح زمین پایه­ای برای فهم بهتر روابط، برهم­کنش­های انسان و پدیده­های طبیعی برای مدیریت و استفاده بهتر از منابع را فراهم می­آورد. عمدتاً بارزسازی تغییرات در برگیرنده کاربرد مجموعه داده­های چند زمانه برای آنالیز کمی اثرات زمانی یک پدیده است (7). تغییرات ناشی از فعالیت­های انسانی که عامل تبدیل رویشگاه­های طبیعی به دیگر کاربری­ها است، باعث از دست رفتن زیستگاه، تخریب و چند تکه شدن آن می­شود (8 و 9).

امروزه با توجه به روند رو به رشد جمعیت و تمایل به زندگی شهری، بیش­ترین تغییرات پوشش اراضی در نواحی شهری به وقوع می­پیوندد. اطلاعات به هنگام و دقیق در مورد پوشش اراضی شهری مورد نیاز تصمیم­گیران و محققان در همه­ی سطوح است (10). بنابراین در برنامه­ریزی و مدیریت بهینه منابع طبیعی و محیط زیست آگاهی از نسبت تغییرات پوشش­گیاهی و کاربری اراضی و عوامل ایجاد کننده آن از ضروریات محسوب می­شود. در این زمینه داده­های سنجش از دور به­دلیل داشتن ویژگی­هایی مانند پوشش وسیع، به­هنگام بودن، تکراری بودن، توان تفکیک طیفی، رادیومتریک و مکانی بالا، فرمت رقومی و امکان پردازش رایانه­ای، از قابلیت بالایی برای بررسی تغییرات زمانی و مکانی پوشش­گیاهی و کاربری اراضی برخوردار هستند (11). داده­های ماهواره­ای برای مطالعه تغییرات پوشش در کوتاه­ترین  زمان، با کم­ترین هزینه و بیش­ترین دقت است (12). علاوه بر اهمیت داشتن اطلاعات به روز از پوشش اراضی به­ویژه در مناطق شهری، آگاهی از تغییرات و تحولات آن در یک دوره زمانی نیز برای برنامه­ریزان و مدیران بسیار حایز اهمیت است. به همین دلیل استفاده از روش­های آشکارسازی تغییرات برای مشخص کردن روند تغییرات با گذشت زمان ضروری به­نظر می­رسد. روش­های متعددی برای آشکارسازی تغییرات وجود دارد که از میان آن­ها، مقایسه پس از طبقه­بندی معمول­ترین روش است (7 و 13). برای کشف و ارزیابی این تغییرات، استفاده از فنون و ابزارهای سنجش از دور (RS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) برای تولید اطلاعات مکانی و برخورداری از امکانات تحلیلی می­تواند نقش اساسی داشته باشد (14). مطالعات زیادی در خصوص استفاده از تصاویر ماهواره­ای در تهیه نقشه کاربری اراضی انجام شده است که از جمله می­توان به مطالعات ذیل اشاره نمود:

آشکارسازی تغییرات پوشش و کاربری اراضی توسط Fan و همکاران  برای 5 شهر در منطقه گوانگژو (Guangzhow) چین صورت پذیرفت، آن­ها از تصاویرTM و ETM ماهواره لندست مربوط به سال­های 1998 و 2003 برای تهیه نقشه کاربری اراضی و پوشش اراضی استفاده کردند. در این تحقیق کاربری اراضی با استفاده از طبقه­بندی نظارت شده با روش حداکثر احتمال تهیه شدند (15). طبق مطالعات انجام شده توسط Alig و همکاران در ایالات متحده با استفاده از تصاویر TM سال 1982 و TM سال 1997 گستره اراضی شهری حدود 34 درصد افزایش نشان می­دهد که این افزایش عمدتاً ناشی از تغییر اراضی کشاورزی و جنگلی بوده است (16). بر اساس تحقیق Zhang و همکارش در کشور چین الگوهای کاربری اراضی در این کشور تغییرات شدیدی را از سال­های دهه­ی 1980 داشته است. این تغییرات عمدتاً مربوط به افزایش سطح اراضی شهری و ساخته شده و نیز کاهش اراضی کشاورزی و جنگلی بوده است (17). محمد اسماعیل پایش تغییرات کاربری اراضی شهر کرج را در دو دوره زمانی 1366 تا 1381 با استفاده از تصاویر ماهواره­ای لندست­هایTM  و ETM با روش طبقه­بندی نظارت شده مورد بررسی قرار داد. نتایج بیان کرد که به­طور میانگین هر سال 6/300 هکتار بر وسعت اراضی ساخته شده افزوده شده که قسمت اعظم آن با پیشروی در اراضی کشاورزی بوده است (18). یوسفی و همکاران مطالعه­ای که در زمینه پایش تغییرات کاربری اراضی در شهرستان مریوان با استفاده از تصاویر سنجنده­های TM و ETM ماهواره لندست طی دوره 16 ساله با روش طبقه­بندی مجدد انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که بیش­ترین تغییرات مربوط به اراضی کشاورزی و جنگلی می­باشد. این تغییرات در جهت کاهش اراضی جنگل و کشاورزی این منطقه بوده است، از طرف دیگر سطح کاربری مسکونی طی دوره مورد مطالعه افزایش یافته است (19). فیضی­زاده و همکاران با استفاده از تصاویر ماهواره­ایETM⁺ لندست 7، نقشه کاربری اراضی شهرستان ملکان را استخراج نمودند. آن­ها برای طبقه­بندی تصاویر ماهواره­ای از الگوریتم حداکثر احتمال استفاده کردند (20). همه این مطالعات نشان می­دهد که تصاویر سنجش از دور از قابلیت بالایی برای استخراج نقشه­های کاربری اراضی برخوردار بوده و در سراسر جهان توسط محققین برای ارزیابی کاربری اراضی به­کار گرفته می­شود. امروزه برنامه­ریزی و مدیریت فضاهای شهری نیازمند دستیابی به اطلاعات دقیق فضایی در زمان­های متوالی در خصوص تغییرات کاربری­های اراضی می­باشد. در حقیقت نقشه­های کاربری و پوشش اراضی مدیران و برنامه­ریزان را در امر اتخاذ تدابیر صحیح و تصمیم­گیری­های اصولی یاری نموده و نقش بسیار مهمی را در توسعه و برنامه­ریزی منطقه­ای ایفا می­نماید. بدین منظور دانش مربوط به کاربری و پوشش اراضی در رابطه با برنامه­ریزی و مدیریت فعالیت­های سرزمین ضروری است (21). هدف این پژوهش آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر سنجنده ETM⁺ ماهواره لندست 7 سال 1999 و تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست 8 سال 2014 در منطقه قائم­شهر واقع در استان مازندران می­باشد.

مواد و روش ها

موقعیت محدوده مطالعاتی

شهرستان قائم­شهر یکی از شهرستان­های مرکزی استان مازندران در ایران است. این شهر دارای مساحت 5/458 کیلومترمربع است که 93/1 درصد کل مساحت استان را به­خود اختصاص داده است. قائم­شهر ازجنوب با شهرستان سوادکوه و از شمال با شهرستان جویبار، از شرق با شهرستان ساری و از غرب با شهرستان بابل هم­مرز می­باشد. ارتفاع از سطح دریا 2/51 متر است. جمعیت این شهرستان بر پایه آمار نفوس و مسکن سال90 برابر 320741 نفر می­باشد، که 203741 نفر در مناطق شهری و117000 نفر در مناطق روستایی ساکن هستند (22). منطقه مورد مطالعه در موقعیت جغرافیایی '45 °52 تا '57 °52 طول شرقی ،'22 °36 تا '31 °36 عرض شمالی واقع شده است (شکل 1).

شکل 1- موقعیت محدوده مورد مطالعه

Figure 1. The study area

تهیه تصاویر ماهواره­ای مناسب از منطقه، مرحله­ای بسیار مشکل بود، چرا که درخصوص تصاویر ماهواره­ای مورد استفاده باید تصاویری انتخاب گردد که پوشش ابر هر تصویر بیش از 5 درصد نباشد. با توجه به شرایط اقلیمی خاص منطقه و ابری بودن منطقه در اکثر مواقع سال در انتخاب تصاویر محدودیت وجود داشت. در این پژوهش مطابق جدول (1) از تصویر ماهواره­ای لندست 7 و لندست 8 استفاده گردید. نرم­افزار­های  مورد استفاده در این پژوهش ENVI4.7،ArcGIS 9.3  و Google Earth می­باشد.

جدول 1- سنجنده و بازه زمانی مورد استفاده در مطالعه

Table 1. Sensor and time period used in the study

در زمان دریافت تصویر، هیچ­گونه پردازشی روی آن­ها صورت نگرفته بود، پس لازم بود که تصحیحات هندسی و اتمسفری بر روی تصاویر اعمال شود. به ­منظور تصحیح هندسی تصاویر، تعداد20 نقطه به ­صورت پراکنده درتمام تصاویر از روی نقشه­های توپوگرافی250000: 1 منطقه که از سازمان ملل و هم­چنین سازمان نقشه­نگاری وزارت دفاع آمریکا تهیه شده بود انتخاب گردید و در ضمن برای افزایش دقتت صحیح هندسی، ازنقاط کنترل زمینی که در زمان انجام عملیات از منطقه ثبت گردیده بود، کمک گرفته شد و هم­چنین با حذف نقاط نامناسب باید سعی می­شد مقدارRMS  کمتر از 1 شود، به­طوری­که RMS  (خطای جزر میانگین مربعات) OLI به 429/0 رسید. جهت تصحیح اتمسفری تصاویر ETM نیز پس از اصلاح تصاویر OLI با استفاده از روش تصویر به تصویر و خطای 638/0 این تصحیح انجام گرفت که دارای دقت قابل قبولی می­باشد. در این تحقیق جهت پردازش تصاویر و پایش تغییرات از ترکیب باندهای 5، 4 و 3 مربوط به ماهواره ETM و هم­چنین از ترکیب باندهای 7، 5 و 4 مربوط به ماهواره OLI به ترتیب در (RGB) استفاده شد. براتی­ قهفرخی و همکاران (1388) در بررسی تغییرات کاربری اراضی حوزه قلعه شاهرخ باندهای 3، 4، 5 و 7 ماهواره TM و ETM را به ­عنوان بهترین ترکیب باندی انتخاب کردند (23). در روش نظارت شده برای طبقه­بندی پیکسل­ها، کاربر باید تعدادی مناطق تعلیمی معرف برای هر یک از کلاس­های از پیش تعیین شده انتخاب نماید. تجربه کاربر در شناسایی و مکان­یابی مناطق تعلیمی بسیار مفید می­باشد. در حالت ایده­آل، باید در مناطق تعلیمی مناطق یکنواختی از پوشش یافت شود. اگر چه انتخاب نقاط تعلیمی ممکن است خسته کننده باشد با وجود این، روش نظارت شده از نظر اکثر محققین مقدم است زیرا این روش معمولاً تعریف دقیق و صحیح­تری از کلاس­ها نسبت به روش غیرنظارت شده می­دهد. تاکنون روش­های مختلفی از الگوریتم­های رقومی برای آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده­های سنجش از دور ایجاد شده­اند (24 و 25). مهم­ترین روش­های تشخیص تغییرات عبارتند از: 1-تفاضل تصاویر 2- تقسیم تصاویر 3- تحلیل مولفه­های اصلی 4- استفاده از منطق فازی 5- مقایسه پس از طبقه­بندی و 6- طبقه­بندی طیفی زمانی. الگوریتم استفاده شده در این پژوهش  روش حداکثر احتمال می­باشد که این روش رایج­ترین روش است، زیرا معمولاً نتایج بهتری نسبت به حداقل فاصله تا میانگین یا طبقه­بندی کننده متوازی­السطوح دارد (26). روش حداکثر احتمال یک روش آماری نظارت شده برای شناسایی الگو­هاست، احتمال تعلق یک پیکسل به هر کدام از کلاس­های از پیش تعیین شده محاسبه می­گردد و سپس این پیکسل­ها به آن کلاسی که دارای بیشترین احتمال است اختصاص داده می­شوند (27). حسن این الگوریتم در طبقه­بندی داده­های ماهواره­ای مخصوصاً در تهیه نقشه کاربری اراضی توسط حسینی (1381) و علوی­پناه و مسعودی (1380) تأیید شده که به مزیت این الگوریتم بر سایر الگوریتم­ها تأکید نموده است (28 و 29). وجود آشنایی اولیه با منطقه و انجام عملیات صحرایی نشان داد که کاربری­های اصلی در منطقه شامل اراضی دارای پوشش جنگلی، اراضی شهری و مسکونی، اراضی کشاورزی، اراضی باغات و پهنه آبی بودند. با استفاده از نمونه­های تعلیمی برداشت شده اقدام به طبقه­بندی نظارت شده به روش حداکثر احتمال گردید و نقشه کاربری اراضی اولیه برای هر تصویر استخراج شد.

برای رفع پیکسل­های نویز تصاویر طبقه­بندی شده از فیلتر اکثریت 3×3 استفاده شد و سپس دقت نقشه­های به­دست آمده از الگوریتم حداکثر احتمال برآورد گردید. برآورد دقت برای درک نتایج به­دست آمده و به کاربردن این نتایج برای تصمیم­گیری­ها خیلی مهم هستند. معمول­ترین پارامترهای برآورد دقت شامل دقت کلی، دقت تولید کننده، دقت کاربر و ضریب کاپا هستند(7) که برای محاسبه ضریب کاپا پیکسل­هایی که درست طبقه­بندی نشده­اند نیز دخالت داده می­شوند. از این رو معیار مناسبی برای مقایسه نتایج طبقه­بندی­های مختلف می­باشد. دقت طبقه­بندی نقشه­ها از طریق ضریب کاپا (رابطه1) محاسبه گردید (30).

در این رابطه r تعداد ردیف ها در ماتریس، X_ii تعداد مشاهدات در ردیف i و ستون i، X_i+ و X_+I  به ترتیب معرف مجموع سطر i ام و مجموع ستونi  ام ماتریس خطا هستند و N تعداد عناصر ماتریس خطا است.

 پس از تهیه نقشه کاربری اراضی، نقشه­های مربوط به دو دوره در محیط GIS روی­هم­گذاری شدند و نقشه تغییرات با استفاده از روش مقایسه بعد از طبقه­بندی تهیه گردید.

نتایج

با استفاده از  تصاویر ماهواره ای سطح منطقه به 5 واحد کاربری تقسیم گردید، این واحدها شامل اراضی مسکونی، اراضی باغات، اراضی کشاورزی، اراضی جنگلی و پهنه آبی می­باشد. با تعیین و پالایش ­ای تعلیمی تصاویر مربوط به هر تاریخ به صورت مجزا طبقه­بندی شد (شکل2).

شکل 2- نقشه کاربری اراضی سال 1999 و 2014

Figure 2. Land use maps for 1999 and 2010

پس از طبقه­بندی تصاویر به منظور ارزیابی صحت تصاویر طبقه­بندی شده جدول خطا برای محاسبه صحت کلی و ضریب کاپای نقشه، تولید و مقایسه نتایج صورت گرفت. نتایج صحت کلی و ضریب کاپا برای تصاویر  ETM⁺و  OLIدر جدول (2) درج شده است. همان­گونه که اعداد جدول صحت طبقه­بندی را نشان می­دهد در این مطالعه نتایجی با صحت بسیار بالا به­دست آمده است که علت آن استفاده از تصاویر نرم­افزار گوگل ارث در تهیه نقاط تعلیمی، سطح زیاد نقاط تعلیمی و دقت در انتخاب نقاط تعلیمی بوده است. نتایج صحت کلی و ضریب کاپای بدست آمده در تصاویر ETM⁺ و OLI برای بررسی میزان تغییرات در منطقه نشان داد که تصاویر ماهواره­ای قابلیت شناسایی تغییرات را دارا می­باشند. در مرحله بعد نقشه­های هر سال با هم مقایسه شدند. از روش مقایسه پس از طبقه­بندی برای آشکارسازی تغییرات رخ داده در منطقه استفاده شد و نتایج این روش در جدول (3) و شکل (3) ارایه شده است.

جدول 2- نتایج صحت کلی وضریب کاپا برای تصاویرETM⁺ و OLI

Table 2. The results of the overall accuracy and Kappa coefficient for ETM+  and OLI image

شکل 3- نقشه تغییرات کاربری اراضی از سال 1999 تا 2014

Figure 3. Changes map of 1999 to 2014

جدول 3- میزان تغییرات کاربری اراضی بر حسب هکتار

Table 3. Amount of land use changes (Hectares)

با توجه به نقشه­ها و جداول، 5 طبقه کاربری در دوره های مختلف در این منطقه مشاهده گردید و مساحت طبقات مختلف کاربری اراضی در دو دوره زمانی مربوط به سال­های 1999و2014 میلادی در شهرستان قائم­شهر در جدول (4) درج شده است.

جدول 4- مساحت کاربری­های اراضی برحسب هکتار

Table 4. The area of land use (Hectares)

نتایج حاصل از این پژوهش بیان­گر این است که مساحت اراضی کشاورزی با گذشت زمان کاهش چشم­گیری داشته، به­طوری­که از     38/10483 هکتار در سال 1999 میلادی به  92/5731 هکتار در سال 2014 رسیده است (به میزان 32/45 درصد کاهش داشته است)، به­طوری­که قسمت عمده تغییرات آن مربوط به تبدیل اراضی کشاورزی به اراضی باغی می­باشد. این در حالی است که میزان اراضی باغی در شهرستان قائم­شهر طی همین دوره 26/27 درصد افزایش داشته است. مساحت اراضی مسکونی (ساخته شده) با گذشت زمان افزایش داشته است، یعنی از حدود 03/4479 هکتار در سال 1999 میلادی به حدود74/6874 هکتار در سال 2014 رسیده است (حدود 48/53 درصد افزایش). نتایج بیان­گر این است که سطح اراضی جنگلی حدود 91/7 درصد کاهش یافته است. از طرفی سطح اراضی پهنه آبی نیز در دوره زمانی مورد مطالعه کاهش داشته است، یعنی از حدود 13/1004 هکتار در سال 1999 به 28/845 هکتار در سال 2014 رسیده است (حدود 82/15 درصد کاهش).

بحث و نتیجه­گیری

نتایج صحت کلی و ضریب کاپای به­دست آمده در تصاویر ETM⁺ و OLI برای بررسی میزان تغییرات در منطقه نشان داد که تصاویر ماهواره­ای قابلیت شناسایی تغییرات را دارا می­باشند، در این مطالعه نتایجی با صحت بسیار بالا نسبت به تحقیقات مشابه به­دست آمده است (31 و 32) که علت آن استفاده از تصاویر نرم­افزار گوگل ارث در تهیه نقاط تعلیمی، سطح زیاد نقاط تعلیمی و دقت در انتخاب نقاط تعلیمی بوده است. این نتیجه با نظریه جانسن (33) که صحت قابل قبول طبقه­بندی کاربری اراضی را با استفاده از تصاویر ماهواره­ای 85 درصد می­داند، مطابقت دارد.

در طول زمان، الگوهای پوشش زمین و به تبع آن کاربری اراضی دچار تغییر و دگرگونی اساسی می­شوند و عامل انسانی می­تواند بیش­ترین نقش را در این فرآیند ایفا  نماید (34). یکی از عواملی که بر کاربری­های زمین اثر می­گذارد افزایش جمعیت است. توسعه شهر در ارتباط تنگاتنگی با میزان رشد جمعیت شهری است و در این ارتباط افزایش طبیعی شهری، میزان مهاجرت خالص به شهر، انتقال ساخت جمعیتی جوامع غیر شهری به شهر و ساخت جمعیت شهر از عوامل اساسی به­شمار می­روند (35). مهاجرت نیز به­عنوان یکی از معلول­های سیاسی اقتصادی و اجتماعی که خود تاثیر عمده­ای در ایجاد ساختارهای جدید اقتصادی – اجتماعی دارد، نقش عمده­ای در توسعه­ی شهر و تغییر کاربری آن بر عهده دارد (36). مساحت اراضی مسکونی (ساخته شده) با گذشت زمان افزایش داشته است که مساعد بودن شرایط آب و هوایی, رشد طبیعی جمعیت و مهاجرت به این شهرستان از علل اصلی افزایش اراضی مسکونی می باشد. بر طبق آمار مرکز آمار ایران، رشد طبیعی جمعیت در سال 1375 از 261549 به 320741 در سال 1391 رسیده است (37) و مجموع مهاجران وارد شده از سال 1375تا 1390 از کل کشور به شهرستان قائمشهر 69465 نفر می­باشد (37). علت مهاجرت در این شهر را می­توان جستجوی کار در این شهر دانست، زیرا  قائمشهر به عنوان شهر صنعتی در استان، جاذب جمعیت قابل توجهی بوده است. انتقال شغل، تحصیلات دانشگاهی و انجام خدمت سربازی از دیگر دلایل مهاجرت به قائمشهر است. در پژوهشی مشابه، حنیفه­پور و جباری در سال 1392 در باقرشهر به این نتیجه رسیدند که مهاجرت به باقرشهر موجب تغییر کاربری­های کشاورزی و فضای سبز به کاربری شهری شده است (38). بدین ترتیب رشد شتابان شهرنشینی باعث عدم انسجام در ساختار فضایی و قطبی شدن یک یا چند کانون شهری شده است. قائمشهر نیز در فرآیند توسعه و گسترش شهرهای ایران، دچار دگرگونی و تغییراتی شده است. استقرار کارخانه نساجی قائمشهر، گونی­بافی قائمشهر، فرش ماشینی قائمشهر، صنایع غذایی: مثل کنسروسازی قائمشهر در این امر تأثیر بسزایی داشته است علاوه بر این امر عبور راه آهن تهران_ شمال از قائمشهر نقش زیادی در پویایی این کانون­ها ایفا کرده است (39). در نتیجه  جمعیت اضافه شده به مسکن و خدمات بیش­تری نیاز دارند. با توجه به آمار تغییر کاربری­های مختلف به مسکونی بوده است، می­توان به این نتیجه رسید که عامل رشد جمعیت و نیاز به مسکن در تغییر کاربری اراضی شهر قائمشهر تأثیر داشته است (40). در منطقه مورد مطالعه نیز بخش قابل توجهی از تبدیلات اراضی باغی و کشاورزی مربوط به جایگزین شدن کاربری مسکونی به جای این اراضی می­باشد. که این اتفاق بیشتر در قسمت­های شمالی و شمال­غربی و شرقی منطقه اتفاق افتاده ( شکل 2). علت این امر هم می­توان قیمت پایین زمین­های کشاورزی و باغات هم­چنین تقاضای زیاد مهاجران کم بضاعت قشر کارگر که به قصد کار به این شهر صنعتی مهاجرت می­کنند دانست، که به علت صرفه اقتصادی نداشتن برای کشاورز سعی در فروش این زمین­ها و رسیدن به سود بیشتر سعی در فروش زمین­های آبا و اجدادی خود دارند. زائری امیرانی و سفیانیان (1390) در مطالعه­ای در اصفهان به بررسی تغییرات کاربری اراضی پرداختند و بیان داشتند رشد جمعیت عامل اصلی افزایش سطح کاربری مسکونی می­باشد (41). Peijun و همکاران در سال 2010 در پژوهش خود به این نتیجه رسیدندکه که مناطق مسکونی و انسان­ساخت روندی افزایشی داشته، در حالی­که زمین­های کشاورزی کاهش یافته است زیرا با افزایش جمعیت، زمین­های کشاورزی به شهر تبدیل شده است (42). امروز کشاورزان تمایلی برای تغییر روند کشت و کار ندارند و محصولات تولید شده نیز پاسخگوی هزینه‌های تولید نیست پس بهترین راه برای یک کشاورز فروختن قطعه‌ای از زمین کشاورزی خود برای امرار معاش مقطعی است. از دیگر دلایل تغییر در کاربری کشاورزی صرفه نبودن تولید در بخش کشاورزی، واردات محصولات کشاورزی، افزایش هزینه‌های بخش کشاورزی، ریسک­پذیر بودن این فعالیت، روش‌های سنتی کاشت، داشت و برداشت محصولات و افزایش ضایعات در بخش کشاورزی، به روز نبودن تولیدات شهر با نیازهای صادراتی و مصرف داخلی و چشمگیر نبودن فعالیت صنایع تبدیلی، سن بالای کشاورزان، پایین بودن سطح سواد و وارث شدن نسلی از این کشاورزان که برای تولید در این بخش اهمیتی قائل نیستند و خود را کشاورز نمی‌دانند، سرعت روند تبدیل زمین­های کشاورزی به خانه، باغ‌های تفریحی و ویلا را افزایش داده است (43). یوسفی و همکاران در مطالعات خود در زمینه پایش تغییرات کاربری اراضی مریوان به نتایج مشابهی رسیدند و اعلام داشتند که بیش­ترین تغییرات مربوط به کاربری کشاورزی این منطقه بوده و روند تغییرات آن کاهشی می­باشد (19). عبد­الکاوی و همکاران در پژوهشی به این نتیجه رسیدند که تبدیل زمین بایر به کشاورزی بسیار زیاد بوده و این هم به­دلیل مساعد بودن منطقه برای کشاورزی است (44). از سوی دیگر تبدیل این اراضی به مناطق مسکونی از مهم­ترین دلایل کاهش اراضی کشاورزی در این منطقه می­باشد. یکی دیگر از کاربری­های موجود در منطقه اراضی جنگلی است که این کاربری روند کاهشی داشته است. کرمی نیز در مطالعات خود در زمینه تغییرات کاربری اراضی در غرب کشور به نتایج مشابهی رسید و اعلام داشت سطح کاربری اراضی جنگل این قسمت از کشور در سال­های اخیر کاهش یافته است (45). علل­ این کاهش اراضی منطقه مورد بررسی، حاشیه نشینان جنگل هستند، که با تصرف حاشیه جنگل و تبدیل آن به اراضی کشاورزی غیرمجاز و رها کردن این زمین­ها به علت از دست دادن ذخایر غذایی خاک سبب این کاهش چشم­گیر شده­اند. از دلایل دیگر هم می­توان افزایش جمعیت که خود دلیلی بر افزایش اراضی مسکونی است و هجوم مردم به مناطق جنگلی برای اهداف خوش­نشینی و توریستی که هم باعث افزایش اراضی مسکونی برای خدمات به توریست­ها می­شود و هم سبب از بین رفتن جنگل­ها می­شود، قطع درختان و آتش­سوزی­های شدید در جنگل­های طی چندسال گذشته دانست. که این عامل هم سبب افزایش کاربری زمین بایر شده است. از دیگر دلایل تغییر کاربری این منطقه تغییر کاربری به علت مشکلات اقتصادی مردم و به­صرفه نبودن فعالیت کشاورزی است. سیاست­های نادرست دولت در منطقه، جایگاه مبهم مدیریت در محدودة حریم شهر نیز بر تشدید این مسایل دامن می­زند (46).  کاربری پهنه­ی آبی نیز در منطقه مورد مطالعه کاهش چشم­گیری داشته است که علت این امر را می­توان افزایش ساخت و ساز در حاشیه رودخانه­ها به علت افزایش جمعیت، آلودگی آب به علت افزایش جمعیت و صنایع، بارش کمتر در چندسال گذشته نسبت به سال­های قبل­تر  و برداشت بیشتر از آب رودخانه­ها برای کشاورزی دانست.

  در نتیجه با توجه به این­که آگاهی از الگوهای کاربری اراضی و تغییرات آن در طول زمان پیش نیازی برای استفاده مطلوب از سرمایه ملی است، از این­رو استخراج نقش­­های کاربری اراضی به عنوان مهم­ترین هدف در مدیریت پایگاه منابع طبیعی می­تواند مورد توجه قرار گیرد. در حال حاضر استفاده از فن­آوری سنجش از دور، بهترین وسیله در استخراج نقشه­های مربوط به کاربری­ها است (47). در مدیریت منابع طبیعی و محیط زیست و مدیریتی شهری، برنامه­ریزی برای کاربری سرزمین، تهیه نقشه­های کاربری سرزمین و شناخت توان و استعداد اراضی لازم است و منبع مهم اطلاعاتی برای اتخاذ سیاست­های اصولی و تدوین برنامه­های توسعه به­شمار می­رود. بنابراین، اطلاعات کاربری سرزمین، به منزله اطلاعات پایه، نقش بسیار مهمی در مدیریت منابع طبیعی و شهری ایفا می­کند (48). اما مشکل برنامه­ریزی برای مدیریت شهر که تقریباً همه برنامه­ریزان و سیاست­گذاران بخش منابع طبیعی کشور بر این نکته اتفاق نظر دارند، این است که منابع در حال زوال و تخریب است و با شیوه­های کنونی بهره­برداری این روند هم­چنان ادامه خواهد داشت. عوامل مؤثر در این تخریب اگرچه کم و بیش شناسایی و معرفی شده­اند، این عوامل به­طور دقیق و ریشه­ای به ویژه در حوزه­های اقتصادی و اجتماعی و فرهنگی، تحقیق و بررسی نشده­اند و سهم و نقش آن­ها در تخریب منابع طبیعی مشخص نشده است (49). این مشکل گریبان شهرستان  قائم­شهر را نیز گرفته است زیرا با وجود منابع طبیعی بسیار در اطراف شهر برنامه­ریزی اصولی و درستی صورت نگرفته است. نتایج کلی حاکی از تغییرات زیاد کاربری اراضی این منطقه طی دوره 15 ساله می­باشد. بیش­ترین تغییرات مربوط به کاربری کشاورزی و با روندی کاهشی است، به­طوری­که قسمت عمده تغییرات آن مربوط به تبدیل اراضی کشاورزی به اراضی باغی می­باشد. از آن­جایی که بخشی از منطقه را پوشش جنگلی در بر گرفته است، این کاربری نیز دارای تغییرات زیادی می­باشد. روند تغییرات در جهت کاهش اراضی جنگلی بوده که قسمت عمده آن مربوط به تبدیل کاربری جنگلی به کاربری باغات می­باشد و هم­چنین سطح اراضی پهنه آبی در دوره زمانی مورد مطالعه کاهش یافته است. در نتیجه افزایش جمعیت طی دهه­های اخیر، بخش قابل توجهی از سایر کاربری­ها به کاربری مسکونی تبدیل شده است. در منطقه مورد مطالعه نیز بخش قابل توجهی از اراضی باغی و کشاورزی به کاربری مسکونی تغییر یافته است.

منابع

1. مخدوم. م، درویش­صفت. ع. ا، جعفرزاده. هـ.و مخدوم. ع، 1380، ارزیابی و برنامه‌ریزی محیط‌زیست با سامانه اطلاعات جغرافیایی، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ چهارم.
2. Ramankutty N., 2006. Global Land Cover Change: Recent Progress, Remaining Challenges. Pages 9- 40.in Lambin, E. F. and H. Geist. (Eds.). Land-use and Land-cover Change. Springer. Berlin Heidelberg New York. 222 PP.
3. Helming K., 2008. Sustainability Impact Assessment of Land use Changes. Springer. Berlin Heidelberg, New York. PP 507.
4. World Bank Environment Department, 1993. Environmental Assessment Sourcebook, Update No. 3, April.
5. Yang X., Lo C., 2002. Using a time series of satellite imagery to detect land use and land cover changes in the Atlanta, Georgia metropolitan area. International Journal of Remote Sensing, 23: 1775- 1798.
6. Chen J., Gong P., He C., Pu R. and Shi P., 2003. Land-use/land-cover change detection using improved change-vector analysis. Photogrammetric engineering and remote sensing, 69: 369-380.
7. Lu D., Mausel P., Brondizio E. and Moran, E., 2004. Change detection techniques. Int.J.RemoteSens.Vol. 25, No. 12, PP. 2365-2401.
8. Kelarestaghi A., JafarianJeloudar Z., 2011. Land use/cover change and driving force analyses in parts of northern Iran using RS and GIS techniques. Arabian Journal of Geosciences 4, 401-411.
9. Kamusoko C., Aniya M., 2007. Land use/cover change and landscape fragmentation analysis in the Bindura District, Zimbabwe. Land Degradation & Development 18, 221-233.
10. Yuan F., Bauer M. E., Heinert N. J., Holden G. R., 2005. “Multi-level Land Cover Mapping of the Twin Cities (Minnesota) Metropolitan Area with Multi-seasonal Landsat TM/ETM+ Data”, Geocarto International, P 317–328.
11. Jensen J.R., 2007. Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective. Pearson Hall, p 592.
12. Letchumy B. M., and MdSaid M., 2009. Land Use Land Cover Change Detection Using Remote Sensing Application for Land Sustainability, International Conference on Fundamental and Applied Sciences (ICFAS 2012).
13. Omo-Irabor O. O., Oduyemi K., 2007. “A hybrid image classification approach for the systematic analysis of land cover (LC) changes in the Niger delta region”, 5th   International Symposium on spatial data quality, The Netherlands. 
14. Scheer L., Sitko R., 2007. Assessment of some forest characteristics employing Ikonos satellite data. Journal of Forest Science, 53: pp 345–351.
15. Fan F., Wang Q., Wang, Y., 2007. Land use and land cover change in Guangzhou, China, from 1998 to 2003, based on Landsat TM/ETM+ imagery. Sensors 7: 1323-1342.
16. Alig R.J., Kline J. D., and Lichtenstein M., 2004. Urbanization on the US landscape: Looking ahead in the 21st century. Landscape Urban Plan, 69: 219–234.
17. Zhang J., Zhang Y., 2007. Remote sensing research issues of the national land use change the national land use change program of China. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, P 461–472.
18. محمداسماعیل. ز، 1389، پایش تغییرات کاربری اراضی کرج با استفاده از تکنیک سنجش از دور، نشریه پژوهش خاک (علوم و آب). 24 (1):81.
19. یوسفی.ص، مرادی. ح، حسینی. س. ح و میرزایی. س،1390، پایش تغییرات کاربری اراضی مریوان با استفاده از سنجنده­های TM و ETM⁺ ماهواره landsat، مجله کاربرد سنجش از دور و  GISدر علوم منابع طبیعی. 2(3): صص97-105.
20. فیضی­زاده. ب، عزیزی. ج و ولیزاده. ک، 1386، استخراج کاربری­های اراضی شهرستان ملکان با استفاده از تصاویر ماهواره­ای ETM⁺ لندست 7، مجله امایش سرزمین. 2(3): صص1-10.
21. تولایی. س و حاجی­نوروزی ن، 1385، تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده ازGIS  و RS، مطالعه موردی شهرستان پاکدشت، نشریه علوم جغرافیایی، ش 6 و 7، صص 27-40.
22. حسینی. س. ع و رستم­تاش. ح، 1392، بررسی اثرات طراحی شهری بر کیفیت محیط شهری با استفاده از GIS (نمونه موردی: شهرستان قائم­شهر)، اولین کنفرانس معماری و فضای شهری پایدار، دانشگاه فردوسی مشهد، 15 صفحه.
23. براتی­قهفرخی. س، سلطانی­کوپایی. س، خواجه­الدین ج و رایگانی. ب، 1388، بررسی تغییرات کاربری اراضی در زیر حوزه قلعه شاهرخ با  استفاده از سنجش از دور، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 47 (1)، صص 349-365.
24. Prenzel B., 2004. Remote sensing-based quantification of land-cover and land-use change for planning. Progress in Planning 61, 281-300.
25. Longley P. A., 2002. Geographical information systems: will developments in urban remote sensing and GIS lead to ‘better’ urban geography? Progress in Human Geography, vol 26, 2: pp. 231-239.
26. Tso B., Mather P.M., 2009. Classification methods for remotely sensed data. 2nd ED. Chapter 2-3, Taylor and Francis Group. America. P 376
27. Munyati C.h., 2004. Use of principal component analysis (PCA) of remote sensing images in wetland change detection on the Kafue flats, Zambia. Geocarto Int. Vol.19, No.3, PP11-22.
28. حسینی. س. ز، 1381، بررسی قابلیت داده­های ماهواره­ای لندست ETM⁺ در تهیه نقشه کاربری اراضی (مطالعه موردی چمستان مازندران)، پایان­نامه کارشناسی­ارشد دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران،120صفحه.
29. علوی­پناه. س.ک و مسعودی. م، 1380، تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از داده­های رقومی ماهواره لندست TM و سیستم اطلاعات جغرافیایی، مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 8(1): صص76-65.
30. بنیادی. ا. ا و حاجی­قادری. ط، 1386، تهیه نقشه جنگل­های طبیعی استان زنجان با استفاده از داده­های سنجندهETM⁺  ماهواره لندست 7، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 42 (11)، صص 627-638.
31. ارزانی. ح، میرآخورلو. خ و حسینی. س. ز، 1388، تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از داده­های سنجندهETM⁺ ماهواره لندست 7 (مطالعه موردی قسمتی از مراتع حوزه آبخیزطالقان)، فصل­نامه­­ی علمی_پژوهشی تحقیقات مرتع و بیابان ایران. 16 (2): صص160-150.
32. Hager W.H., 1987. Lateral outflow over side weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 113(4): 491-504.
33. Jensen J.R., 2004. Digital change detection. Introductory digital image processing: A remote

sensing perspective: 467-494.

34. رسولی. ع .ا، زرینبال. م و شفیعی. م، 1388، کاربرد تصاویر ماهواره­ای با هدف تشخیص تغییرات کاربری اراضی و ارزیابی تاثیرات محیط زیستی، پژوهش­های آبخیز داری در پژوهش­ها و سازندگی، شماره82، صص 2 -11.
35. شمس. م و ملک­حسینی. ا، 1389، بررسی لزوم احداث شهر جدید در اطراف شهر کرمانشاه، فصل­نامه علمی_ پژوهشی جغرافیای انسانی، سال دوم، شماره سوم، صص 89-99.
36. خلیل عراقی. م، 1376، شناخت عوامل موثر درگسترش بیرویه شهر تهران، انتشارات دانشگاه تهران.
37. www.amar.org.ir
38. جباری. ب و حنیفه­پور. م، 1392، افزایش جمعیت و تغییر کاربری اراضی کشاورزی (مطالعه موردی: باقر شهر)، اولین همایش ملی جغرافیا، شهرسازی و توسعه پایدار.
39. تولایی. س و خزایی. ا. ل، 1385، الگوی توزیع فضایی جمعیت در نظام شهری، استان مازندران، مجله علمی_ پژوهشی انجمن جغرافیایی ایران، شماره 10 و 11.
40. حسینیان­آهنگرانی. س.ز و سعیدنیا. س. ا، 1392، بررسی و ارزیابی علل تغییر کاربری اراضی شهر قائمشهر براساس مصوبات کمیسیون ماده 5، اولین کنفرانس ملی معماری و فضاهای شهری پایدار، مشهد مقدس.
41. زائری ­امیرانی. آ و سفیانیان. ع، 1390، بررسی روند تغییرات پوشش اراضی و رشد جمعیت در محدوده شهر اصفهان با استفاده از سنجش از دور طی سال­های 1378-1366، همایش ملی ژئوماتیک تهران.
42. Peijun D.U., Xingli L., Wen C., Yan, L., Huapeng Z., 2010. Monitoring urban land cover and vegetation change by multi-temporal remote sensing information; Mining Science and Technology 20: 0922–0932.
43. امیرنژاد. ح، 1392، بررسی عوامل موثر بر تمایل کشاورزان جهت تغییر کاربری اراضی در استان مازندران، مجله تحقیقات اقتصاد کشاورزی، شماره 4، صص 87-106.
44. Abd El-Kawy O.R, Rød J.K.  Ismail H.A., Suliman A.S., 2011. Land use and land cover change detection in the western Nile delta of Egypt using remote sensing data; Applied Geography 31: 483-494.
45. کرمی. ف،1383، مطالعه قابلیت داده­های ماهواره­ای لندست جهت تعیین تخریب در جنگل­های زاگرس. پایان­نامه کارشناسی ارشد دانشکده منابع طبیعی ساری دانشگاه مازندران،71 صفحه.
46. Khakpor B., Velayati S., Kianejad G.H., 2007. The change pattern of land use in Baboltown during 1362 to 1387. Geography magazine and the development of district, 9, 45-64.
47. لطفی. ص، محمودزاده. ح، عبدالهی. م و سالکفرخی. ر، 1389، کاربرد تصاویر ماهواره­ای اسپات برای تهیه نقشه کاربری اراضی شهرستان مرند با رویکرد شیگرا، مجله کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در برنامه­ریزی، سال اول، شماره2، صص 47- 56.
48. مهرابی. ع. ا، محمدی. م، محسنی ساروی. م، جعفری. م و قربانی. م، 1392، بررسی نیروهای محرک انسانی مؤثر بر تغییرات کاربری سرزمین (مطالعه موردی: روستاهای سیدمحله و دراسرا تنکابن)، نشریه مرتع و آبخیزداری، مجله منابع طبیعی ایران، دوره 66، شماره 2، صص 307-320.
49. Ansari N., SeyedAkhlaghiShal J. and Ghasemi M.H., 2008. The socio-economic factorseffective on the destruction of the country natural resources and its contribution in the destruction. The research of Iran range and desert, 15(4), 508-524.