طراحی جاده جنگلی با استفاده از الگوریتم کوتاه‌ترین مسیر و سیستم اطلاعات جغرافیایی

نوع مقاله : علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور

2 استادیار، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشجوی دکترا، گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

هدف پژوهش حاضر طراحی جاده جنگلی کم هزینه‌تر از طریق تهیه نقشه پهنه‌بندی هزینه جاده‌سازی و در نظر گرفتن مهمترین عوامل مؤثر در هزینه جاده‌سازی با کمک AHP و بکارگیری الگوریتم حل مسئله کوتاه‌ترین مسیر (Shortest Path) می‌باشد. در پژوهش حاضر از بین عوامل مختلفی که در طراحی جاده‌های جنگلی تأثیرگذارند 5 عامل شیب عرضی، هیدرولوژی، زمین‌شناسی،‌ خاک‌شناسی و شیب طولی در نظر گرفته شد. بعد از وزن‌دهی و تلفیق عوامل هزینه جاده‌سازی، اقدام به تهیه نقشه پهنه‌بندی هزینه در نرم‌افزار Arc GIS 9.3 گردید. در مرحله بعد با استفاده از الگوریتم کوتاه‌ترین‌ مسیر اقدام به طراحی جاده شد. به‌منظور مقایسه الگوریتم با روش رایج، از مسیر طراحی شده توسط یک کارشناس مجرب و آشنا به منطقه استفاده شد و با در نظر گرفتن نقطه شروع و پایان، یک مسیر واقعی توسط کارشناس طراحی گردید. طول و هزینه ساخت مسیر جاده طراحی شده به‌وسیله الگوریتم به‌ترتیب 55 و 65 درصد کمتر از مسیر جاده طراحی شده توسط کارشناس، قبل از اصلاح در طبیعت می‌باشد. طول مسیر طراحی شده به‌وسیله الگوریتم، 19 درصد و هزینه ساخت آن 21 درصد کمتر از مسیر طراحی شده توسط کارشناس، بعد از اصلاح در طبیعت می‌باشد. این اختلاف معادل 916000000 ریال هزینه کمتر برای واریانت ارائه شده به‌وسیله الگوریتم کوتاه ترین مسیر است. نتایج این تحقیق نشان داد که با استفاده از نقشه پهنه‌بندی هزینه و الگوریتم کوتاه‌ترین مسیر می‌توان مسیری با طول و هزینه ساخت کمتری نسبت به طراحی دستی توسط کارشناس طراحی کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Planning Forest Road Alignment Using a Shortest Path Algorithm and Geographic Information System

نویسندگان [English]

  • Pejman Imani 1
  • Akbar Najafi 2
  • Sma'eil Ghajar 3
1 MSc student, Dept. of Forestry, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University
2 Assistant Professor, Dept. of Forestry, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University
3 PhD student, Dept. of Forestry, Faculty of Natural Resources and Marine Sciences, Tarbiat Modares University
چکیده [English]

The main purpose of the current study was to design less costly forest roads using cost zoning map. For this purpose, the most important effective factors on cost of forest road construction were weighted using the Analytical Hierarchy Process (AHP). Five factors, terrain slope, hydrology, geology formations, soil texture and road slope, were weighted using the AHP. The cost zoning map was developed after weighting the supposed factors and overlay their corresponding map in ESRI Arc GIS 9.3 environment. In Next step, two variants of forest road were planned to connect the start point to the end point, using a 1) Shortest Path (SP) algorithm and 2) a skill expert. The results showed that the length and the cost of the variant planned by SP algorithm were 55% and 65% lower than the path planned by the expert before designing in the field, respectively. The results of the study after designing both planned variants in the field, demonstrated that the length and the cost of the SP-based feasible path were 19% and 21% lower than the expert-based variants, respectively. This means the SP saved 916000000 Rials. The results showed that using the zoning map cost in combination with a shortest path algorithm can lead to a more favorite layout of the forest roads than traditional methods of planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • algorithm
  • Shortest Path
  • forest road
  • Analytical Hierarchy Process
  • planning
  • construction cost

مراجع

- Abdi, E., Majnounian, B., Darvish Sefat, A., Mashayekhi, Z. and Sessions, J., 2009. A GIS-MCE based model for forest road planning. Journal of Forest Science, 55(4): 171–176.
- Anderson, A.E. and Nelson, J., 2004. Projecting vector based road networks with shortest path algorithm. Canadian Journal of Forest Research, 34(7): 1444-1457.
- Chung, W. and Sessions, J., 2001. Designing a forest road network using heuristic optimization techniques. Council on Forest Engineering (COFE), Conference Proceedings: Appalachian Hardwoods: Managing Change”, Snowshoe: 15-18.
- Epstein, R., Morales, R.J., Seron, J. and Weintraub, A., 1999. Use of OR Systems in the Chilean forest industries. Interfaces, 29(1): 23-34.
- Epstein, R., Sessions, J., Sessions, B., Sapunar, P., Nieto, E., Bustamante, F. and Musante, H., 2001. PLANEX: A system to identify landing locations and access. The International Mountain Logging and 11th Pacific Northwest Skyline Symposium, Seattle, WA: 190-193.
- Liu, K. and Sessions, J., 1993. Preliminary planning of road system using digital terrain model. Journal of Forest Engineering, 4(1): 27-32.
- Mohammadi Samani, K., Hosseiny, S.A., Lotfalian, M. and Njafi, A., 2010. Planning road network in mountain forests using GIS and Analytic Hierarchical Process. Caspian Journal of Environmental Sciences, 8(2): 151-162.
- Mohd Hasmadi, I., Pakhriazad, H.Z. and Mohamad, F.S., 2010. Geographic information system-allocation model for forest path: a case study in Ayer Hitman forest reserve, Malaysia. American Journal of Applied Sciences, 7(3): 376-380.
- Naghdi, R. and Babapour, R., 2009. Planning and evaluating of forest roads network with respect to environmental aspects via GIS application (Case study: Shafaroud forest, northern Iran). Proceeding of Second International Conference on Environmental and Computer Science, Dubai, UAE: 424-427.
- Sessions, J. and Chung, W., 2003. NETWORK 2000: A program for optimizing large fixed and variable cost transportation problems. In: Proceedings of the 2000 Systems Analysis Symposium in Forest Resources, Aspen, September 28–30, Volume 7, Managing Forest Ecosystems, Dordrecht, Kluwer Academic Press: 81-86.
- Stuckelberger, J.A., Heinimann, H.R. and Burlet, E.C., 2006. Modeling spatial variability in the life-cycle costs of low-volume forest roads. European Journal of Forest Research, 125(5): 377-390.
- Twito, R.H., Reutebuch, S.E., Stephen, E., McGaughey, R.J. and Mann. C.N., 1987. Preliminary logging analysis system (PLANS): overview. U.S. Department of Agriculture Forest Services, Pacific Northwest Research Station, Gen. Tech. Rep. PNW-GTR-199, 24 p.
- Yu, C., Lee, J. and Munro-Stasiuk, M.J., 2003. Extensions to least-cost path algorithms for roadway planning. Int. J. Geogr. Sci., 17(4): 361-376.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار