Προσομοιώση εξέλιξης και επέκτασης ασκικών περιοχών με χρήση κυψελοειδών αυτόματων: Εφαρμογή του υποδείγματςο SLEUTH στο Πολεοδομοικό Συγκρότημα Ηρακλείου Κρήτης

Abstract

Η παρούσα εργασία εξετάζει την επίδραση του φαινομένου της αστικής διάχυσης στην επέκταση και εξέλιξη των αστικών περιοχών. Η μοντελοποίηση των διαχρονικών αλλαγών με χρήση αστικών μοντέλων προσφέρεται ως ένα εργαλείο, το οποίο μπορεί να συνεισφέρει στην ανάλυση και πρόγνωση των δυναμικών αστικής επέκτασης. Στο πλαίσιο αυτό, μέσω της συνδυαστικής χρήσης του Κυψελοειδούς Αυτόματου (ΚΑ) μοντέλου Sleuth και των Γ.Σ.Π., επιχειρήθηκε να μοντελοποιηθεί η αστική ανάπτυξη, με σκοπό να διαφανούν οι μελλοντικές πιθανολογικές τάσεις της αστικοποίησης. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκε η διαφοροποιημένη επίδραση των δεδομένων εισαγωγής στο μοντέλο, τόσο αναφορικά με την ποιότητα και το είδος των πρωτογενών πηγών δεδομένων που πρέπει να αναζητούνται, όσο και σε σχέση με την αξιοποίηση του υπολογιστικού χρόνου και την ελαχιστοποίηση του επεξεργαστικού φόρτου. Ως μελέτη περίπτωσης επιλέχθηκε η ευρύτερη περιοχή του Πολεοδομικού Συγκροτήματος του Ηρακλείου Κρήτης, το οποίο έχει σημειώσει ιδιαίτερα σημαντική πληθυσμιακή και αντίστοιχη οικοδομική δραστηριότητα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν ιστορικά στιγμιότυπα, ως δεδομένα εισαγωγής στο μοντέλο, για μια χρονική περίοδο πενήντα ενός ετών, τα οποία διαφοροποιήθηκαν, είτε ως προς το πλήθος, είτε ως προς τη συχνότητα. Η μελέτη έδειξε ότι η χρήση των πιο πρόσφατων και με τη μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης στιγμιότυπων οδηγεί σε πιο αξιόπιστα αποτελέσματα κατά την εκτέλεση του μοντέλου, μειώνοντας σημαντικά τους χρόνους επεξεργασίας και παρέχοντας αντίστοιχα πιο σταθερές προβλέψεις. Παράλληλα, η συμβολή των Γ.Σ.Π., τόσο για τη συλλογή και προεπεξεργασία των δεδομένων, όσο και για τη μελέτη και ανάλυση των παρατηρούμενων προτύπων της αστικής ανάπτυξης αποδείχθηκε ιδιαίτερα σημαντική αναδεικνύοντας τα οφέλη που μπορούν να αποκομιστούν ως προς τη σημασία των δυνατοτήτων ανάλυσης και μοντελοποίησης με χρήση ΚΑ μοντέλων.

The present thesis examines the effect of the urban sprawl phenomenon to the evolution of urban areas. The modeling of temporal changes with the use of urban models can contribute to the analysis and foremost to the prognosis of urban expansion dynamics. In this context, through the combined use of the Sleuth Cellular Automaton (CA) model and G.I.S., a modeling of urban development was attempted, with the intention of allowing the future potential tendencies of urbanization to transpire. Simultaneously, the differing effect of the input data to the model was explored, regarding the quality and the nature of the primary sources that must be sought out, as well as in relation to the utilization of calculating time and the minimization of processing load. As case study, the greater area of the Urban Agglomeration of Herakleion, Crete was chosen, where significant population and corresponding construction activity increase have been noted. To this end, historical instances, as model data inputs, for a 50-year time period were utilized, which were differentiated either in terms of amount or frequency. The study showed that the use of the more recent and more frequent instances leads to more reliable results during the application of the model, considerably decreasing calculation times and correspondingly providing steadier predictions. Additionally, the contribution of G.I.S. to the collection and preprocessing of data, as well as to the study and analysis of the observed templates of urban development, proved very significant, highlighting the benefits that can be obtained concerning the importance of the analysis and the modeling potential, by using CA models.