*172

3.3.7.2.2نسبت‌های اهرمی PAGEREF _Toc412259153 h 31
4.3.7.2.2نسبت‌های سودآوری PAGEREF _Toc412259154 h 32
8.2.2 ارتباط میان نسبت‌ها و پیش‌بینی جریان نقد آتی PAGEREF _Toc412259155 h 32
1.8.2.2 معرفی نسبت‌ها PAGEREF _Toc412259156 h 33
1.1.8.2.2 نسبت‌های کفایت PAGEREF _Toc412259157 h 33
2.1.8.2.2 نسبت‌های کارایی PAGEREF _Toc412259158 h 34
9.2.2نسبت‌های مالی مبتنی بر صورت جریان‌های نقدی PAGEREF _Toc412259159 h 35
10.2.2 رویکردهای سود و جریان نقد آتی PAGEREF _Toc412259160 h 40
3.2 پیشینه پژوهش PAGEREF _Toc412259161 h 43
4.2 خلاصه فصل PAGEREF _Toc412259162 h 56
فصل سوم: روش های تحقیق
1.3 مقدمه PAGEREF _Toc412259163 h 59
2.3 طرح مسئله‌ی تحقیق PAGEREF _Toc412259164 h 59
3.3 روش تحقیق PAGEREF _Toc412259165 h 61
4.3 قلمرو تحقیق PAGEREF _Toc412259166 h 62
5.3 ابزار گردآوری اطلاعات PAGEREF _Toc412259167 h 62
6.3 روش گردآوری اطلاعات PAGEREF _Toc412259168 h 63
7.3 جامعه آماری، روش نمونه‌گیری و حجم نمونه PAGEREF _Toc412259169 h 63
8.3 فرضیه‌های تحقیق PAGEREF _Toc412259170 h 65
9.3متغیرهای تحقیق و نحوه اندازه‌گیری آن‌ها PAGEREF _Toc412259171 h 66
10.3 مدل تحقیق: PAGEREF _Toc412259172 h 66
11.3پایایی و اعتبار ابزار تحقیق PAGEREF _Toc412259173 h 67
12.3روش تجزیه و تحلیل داده‌ها PAGEREF _Toc412259174 h 67
13.3مدل‌های آماری و مراحل عمومی آزمون‌های آماری PAGEREF _Toc412259175 h 68
1.13.3 مدل رگرسیون PAGEREF _Toc412259176 h 69
2.13.3 آزمون خطی بودن PAGEREF _Toc412259177 h 70
3.13.3 آزمون خود همبستگی PAGEREF _Toc412259178 h 71
4.13.3 آزمون همسانی واریانس‌ها PAGEREF _Toc412259179 h 72
5.13.3 آزمون نرمال بودن پسماندها PAGEREF _Toc412259180 h 73
6.13.3 همبستگی PAGEREF _Toc412259181 h 73
7.13.3 ضریب همبستگی (r) PAGEREF _Toc412259182 h 74
8.13.3 ضریب تعیین (2r) PAGEREF _Toc412259183 h 75
14.3 خلاصه فصل PAGEREF _Toc412259184 h 76
فصل چهارم: برآورد مدل،تجزیه و تحلیل داده ها
1.4 مقدمه PAGEREF _Toc412259185 h 78
2.4 بررسی آماره‌های توصیفی متغیرهای فرضیه اول PAGEREF _Toc412259186 h 78
3.4آزمون‌های مربوط به فرضیه اول تحقیق PAGEREF _Toc412259187 h 80
1.3.4 ضرایب همبستگی PAGEREF _Toc412259188 h 80
2.3.4 آزمون‌های تعیین روش تخمین مدل PAGEREF _Toc412259189 h 81
4-4 بررسی آماره‌های توصیفی متغیرهای فرضیه دوم تحقیق PAGEREF _Toc412259190 h 84
4-5 آزمون‌های مربوط به فرضیه دوم تحقیق PAGEREF _Toc412259191 h 85
4-5-1 ضرایب همبستگی PAGEREF _Toc412259192 h 86
4-5-2 آزمون‌های تعیین روش تخمین مدل PAGEREF _Toc412259193 h 86
4-5-3 آزمون فرضیه اول تحقیق PAGEREF _Toc412259194 h 87
4-6 آزمون مانایی متغیرها PAGEREF _Toc412259195 h 89
4-7 خلاصه فصل PAGEREF _Toc412259196 h 90
فصل پنجم: نتیجه های تحقیق
1.5 مقدمه PAGEREF _Toc412259197 h 92
2.5 خلاصه تحقیق PAGEREF _Toc412259198 h 92
3.5 خلاصه نتایج آزمون فرضیه‌ها PAGEREF _Toc412259199 h 92
1.3.5 فرضیه اول PAGEREF _Toc412259200 h 92
2.3.5 فرضیه دوم PAGEREF _Toc412259201 h 94
4.5 محدودیت‌های تحقیق PAGEREF _Toc412259202 h 95
5-5 پیشنهادهای مبتنی بر نتایج تحقیق PAGEREF _Toc412259203 h 96
5-6 پیشنهاد برای تحقیقات آتی PAGEREF _Toc412259204 h 97
منابع فارسی: PAGEREF _Toc412259205 h 99
فهرست جداول
عنوان صفحه
TOC t "جدووووووووووووووووول,3" جدول 2-1: محاسبه جریان‌های نقدی حقوق صاحبان سهام PAGEREF _Toc412317781 h 17
جدول 2-2: محاسبه جریان نقدی آزاد PAGEREF _Toc412317782 h 18
جدول 23: خلاصه تحقیقات انجام‌شده در داخل کشور PAGEREF _Toc412317783 h 54
جدول 24: خلاصه تحقیقات انجام‌شده در خارج از کشور PAGEREF _Toc412317784 h 55
جدول 3 - 1: انتخاب نمونه آماری بر اساس حذف سیستماتیک PAGEREF _Toc412317785 h 64
جدول 3 - 2 صنعت‌های منتخب نمونه بورس اوراق بهادار PAGEREF _Toc412317786 h 65
جدول 4-1: آماره‌های توصیفی فرضیه اول PAGEREF _Toc412317787 h 79
جدول 4-2: ضرایب همبستگی فرضیه اول PAGEREF _Toc412317788 h 81
جدول 4-3: عامل تورم واریانس فرضیه اول PAGEREF _Toc412317789 h 81
جدول 4-4: آزمون F لیمر فرضیه اول PAGEREF _Toc412317790 h 82
جدول 4-5: آزمون هاسمن فرضیه اول PAGEREF _Toc412317791 h 82
جدول 4-6: خروجی نرم‌افزار مدل فرضیه اول PAGEREF _Toc412317792 h 83
جدول 4-7: آماره‌های توصیفی فرضیه دوم PAGEREF _Toc412317793 h 85
جدول 4-8: ضرایب همبستگی فرضیه دوم PAGEREF _Toc412317794 h 86
جدول 4-9: آزمون F لیمر فرضیه دوم PAGEREF _Toc412317795 h 87
جدول 4-10: آزمون هاسمن فرضیه دوم PAGEREF _Toc412317796 h 87
جدول 4-11: خروجی نرم‌افزار مدل فرضیه دوم PAGEREF _Toc412317797 h 88
جدول 4-12: آزمون مانایی متغیرها PAGEREF _Toc412317798 h 89

فهرست نمودارها
عنوان صفحه
TOC t "نمودارررررر,4" نمودار 2-1: رویکرد ارزشی شرکت در کاربرد جریان وجوه نقد تنزیل‌شده…………………………………….. PAGEREF _Toc412317990 h 18
نمودار 2-2: تفاوت بین جریان‌های وجوه نقد PAGEREF _Toc412317991 h 19

چکیده
پیش‌بینی جریان‌های نقدی یکی از اهداف مهم گزارشگری مالی است زیرا اطلاعات مهمی را برای استفاده‌کنندگان درون و برون‌سازمانی فراهم می‌سازد. در تصمیم‌گیری‌های اقتصادی پیش‌بینی مالی فعالیت مهمی محسوب می‌شود زیرا جریان‌های نقدی مبنایی برای فعالیت های عملیاتی، بازده سرمایه گذاری و سود پرداختی بابت تأمین مالی، مالیات بر درآمد، فعالیت های سرمایه گذاری و فعالیت های تأمین مالی می باشد.
هدف اصلی این مطالعه آزمون توان اجزای اصلی و غیر اصلی جریان‌های نقد برای پیش‌بینی جریان‌های نقدی آتی است. در راستای هدف پژوهش، دو فرضیه تدوین شده است که بر این اساس تأثیر هر یک از اجزای جریانات نقد بر پیش‌بینی جریان نقد آتی مورد سنجش قرار گرفته است. بدین منظور تعداد 106 شرکت از شرکت‌های پذیرفته‌شده در بورس اوراق بهادار تهران در قلمرو زمانی 1385 الی 1389 به عنوان نمونه انتخاب گردیده است و به منظور بررسی قابلیت پیش‌بینی اقلام مذکور از ضریب همبستگی پیرسون و تجزیه و تحلیل رگرسیون با داده‌های ترکیبی استفاده شده است.
نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که بین متغیرهای فروش و هزینه‌های عملیاتی (به عنوان اجزای اصلی جریان‌های نقدی) و جریان‌های نقدی آتی رابطه منفی و معنادار و بین متغیر بهای تمام‌شده کالای فروش رفته (به عنوان جزء اصلی دیگر جریان‌های نقدی) و جریان‌های نقدی آتی رابطه مثبت و معناداری وجود دارد.
همچنین بین متغیرهای بهره، مالیات و خالص سایر تحقق یافتنی ها (به عنوان اجزای غیر اصلی جریان وجه نقد) و جریان‌های نقدی آتی رابطه منفی و معنادار وجود دارد.
واژگان کلیدی: جریان نقدی، اجزای اصلی و غیر اصلی جریان نقد، جریان نقد آتی

فصل اول
کلیات پژوهش

1.1 مقدمه یکی از تحولات اخیر حسابداری، ضرورت تهیه «صورت جریان‌های نقدی» به عنوان یکی از صورت‌های مالی پایه توسط واحدهای تجاری است. پرسش‌هایی نظیر اینکه «آیا اجزای جریانهای نقد توان پیش‌بینی جریان نقد آتی را دارد؟» سال‌هاست که ذهن بسیاری از محققان را به خود مشغول کرده است. بر همین اساس تعدادی از فرضیات و نظریه‌های مختلف به منظور پاسخ به این پرسش‌ها مطرح شده است. با اینکه هنوز نظریه جامعی در این زمینه ارائه نشده است اما راهکارهایی وجود دارد که با اتکا به آن می‌توان با استفاده از اجزای اصلی و غیر اصلی جریان‌های نقد به جریان نقد آتی شرکت‌ها دست یافت. لذا این تحقیق با عنوان «تأثیر متغیرهای تشکیل دهنده جریانات نقدی (اجزای اصلی و غیر اصلی) در پیش‌بینی جریان نقد آتی شرکت‌ها» درصدد بررسی توان اجزای اصلی و غیر اصلی جریان‌های نقد برای پیش‌بینی جریان نقد آتی است. بر همین اساس در این فصل به مفاهیمی چون بیان مسئله، اهداف و ضرورت تحقیق پرداخته خواهد شد.

2.1بیان مسئله به دلیل اهمیت بسزای جریان‌های نقدی در موقعیت‌های واحدهای اقتصادی و ضرورت آن برای ادامه بقای آن‌ها، پیش‌بینی جریان‌های نقدی به عنوان یکی از اجزای لاینفک برنامه‌ریزی مالی، از موضوعات مهمی است که مورد توجه مدیران واحدهای اقتصادی قرار دارد. این امر از چنین اهمیتی برخوردار است که جریان‌های نقدی واحدهای اقتصادی را می‌توان به جریان گردش خون در بدن تشبیه کرد. وجه نقد از منابع مهم و حیاتی در هر واحد انتفاعی است و ایجاد توازن بین وجوه نقد در دسترس و نیازهای نقدی مهم‌ترین عامل سلامت اقتصادی هر واحد انتفاعی است. وجه نقد از طریق عملیات عادی و سایر منابع تأمین مالی به واحد انتفاعی وارد می‌شود و برای اجرای عملیات، پرداخت سود، پرداخت بهره و مالیات، بازپرداخت بدهی‌ها و گسترش واحد انتفاعی به کار می‌رود و بازتاب تصمیم‌گیری‌های مدیریت در مورد برنامه‌های کوتاه مدت و بلندمدت عملیاتی و طرح‌های سرمایه‌گذاری و تأمین مالی است. یکی از تحولات اخیر حسابداری، ضرورت تهیه «صورت جریان‌های نقدی» به عنوان یکی از صورت‌های مالی پایه توسط واحدهای تجاری است. تداوم فعالیت شرکت‌ها به عنوان یکی از مفروضات اساسی حسابداری، موضوعی است که عینیت بخشیدن به آن بدون در نظر گرفتن رخدادهای فعلی و نتایجی که در آینده برای آن متصور است، میسر نیست. نگرش تحلیلگران مالی به آینده بدون داشتن اطلاعات از وضعیت موجود، امری بعید به نظر می‌رسد. در این راستا فرآیند پیش‌بینی، جزء مهمی از فرآیند تصمیم‌گیری است زیرا آنچه که در آینده رخ خواهد داد را منعکس می‌کند. یکی از اهداف گزارشگری مالی کمک به سرمایه‌گذاران و اعتباردهندگان برای پیش‌بینی جریان‌های نقد آتی است. همچنین کمیته تدوین استانداردهای حسابداری ایران در بخش مفاهیم نظری گزارشگری مالی بیان نموده است که: «اتخاذ تصمیمات اقتصادی توسط استفاده‌کنندگان صورت‌های مالی، مستلزم ارزیابی واحد تجاری جهت ایجاد وجه نقد و قطعیت ایجاد آن است...». ارزیابی توان ایجاد وجه نقد از طریق تمرکز بر وضعیت مالی، عملکرد مالی و جریان‌های نقد واحد تجاری و استفاده از آن‌ها در پیش‌بینی جریان‌های نقدی مورد انتظار و سنجش انعطاف‌پذیری مالی، تسهیل می‌گردد (سازمان حسابرسی، 2002).
همچنین بر اساس مفاهیم بنیادی حسابداری مالی شماره یک آمریکا (SFAC) یکی از اهداف اصلی گزارشگری مالی به وسیله واحدهای تجاری، ارائه اطلاعاتی به سرمایه‌گذاران و اعتباردهندگان در جهت ارزیابی مقدار، زمان و میزان عدم اطمینان جریان‌های نقد حال و آینده است.
با توجه به اهمیت بسزای جریان‌های نقدی و نیاز به پیش‌بینی جریان وجوه نقد در تصمیمات اقتصادی مختلف، اهمیت این پیش‌بینی توسط بنیادهای استاندارد گذاری ملی و بین‌المللی حمایت‌شده و در این راستا محققین به طور مکرر از داده‌های حسابداری تعهدی و نقدی برای این پیش‌بینی استفاده نموده و نتایج متناقضی حاصل شده است اما مطالعات گذشته صریحاً قدرت اجزای جریان نقدی بر پیش‌بینی جریان نقد آتی را مورد بررسی قرار نداده است. تحلیل گران مالی بر اهمیت فراهم آوردن اطلاعات مربوط به اجزای جریانات نقدی (اجزای اصلی و غیر اصلی) تاکید می‌کنند و اینکه شفافیت و درستی و در دسترس بودن اطلاعات درباره جریان نقدی که از فعالیت‌های اصلی و غیر اصلی حاصل می‌شود، بخشی از اعتبار تجزیه و تحلیل خوب اطلاعات می‌باشد. توان و امکان دسترسی هر واحد انتفاعی به وجه نقد، مبنای بسیاری از تصمیم‌گیری‌ها و قضاوت‌ها درباره آن واحد است. به بیان دیگر، اطلاعات مربوط به جریان ورود و خروج وجه نقد در یک واحد انتفاعی شالوده بسیاری از تصمیم‌گیری‌ها و مبنای بسیاری از قضاوت‌های سرمایه‌گذاران، اعتباردهندگان و برخی دیگر از گروه‌های استفاده‌کننده از اطلاعات مالی را تشکیل می‌دهد. سرمایه‌گذاران و اعتباردهندگان برای برآورد جریان آتی وجوه نقد در یک واحد انتفاعی مشخصاً به تأثیر عملیات عادی و بازده سرمایه گذاریها وسود پرداختی بابت تأمین مالی، مالیات بر درآمد، فعالیت‌های تأمین مالی و سرمایه‌گذاری بر جریان وجوه نقد اهمیت می‌دهند. اگرچه اطلاعات مربوط به جریان وجوه نقد در مقایسه با اطلاعات مربوط به سودآوری که بر اساس حسابداری تعهدی اندازه‌گیری و ارائه می‌شود از لحاظ ارزیابی عملکرد واحد انتفاعی و مدیریت آن سودمندی کمتری دارد اما به تجربه نشان داده‌شده که رقم مربوط به سود نیز نمی‌تواند نشانه‌ی کامل و دقیقی از علائم حیاتی یک مؤسسه و ملاکی برای پیش‌بینی وضعیت آتی آن باشد. پیش‌بینی جریان نقدی مستلزم شماری تصمیمات اقتصادی به ویژه سرمایه‌گذاری می‌باشد. بدین لحاظ، تصمیمات مالی نسبت به گذشته اهمیت بیشتری یافته و مدیران را وادار ساخته با بهره‌گیری از فنون پیشرفته پیش‌بینی و تجزیه و تحلیل، نگرش خود را بلندمدت نموده و روش‌های کنترلی دقیق تر و گسترده‌تری را بکار گیرند. از طرفی سرمایه‌گذاران به دنبال برآورد جریان نقد مؤسسه‌ای که در آن سرمایه‌گذاری کرده‌اند هستند تا بتوانند درباره ارزش سهام خود به قضاوت بپردازند. همچنین برای برآورد ارزش سهام خود به اطلاعات جریان نقدی نیاز دارند، زیرا اغلب مدل های ارزشیابی سهام بر مبنای ارزش فعلی جریان نقدی مورد انتظار آن‌ها می‌باشند.
مسئله اصلی این است که امروزه در حرفه حسابداری از شاخص‌های مختلفی برای ارزیابی عملکرد واحد تجاری استفاده می‌شود که از جمله این شاخص‌ها می‌توان به شاخص مبتنی بر جریان وجه نقد اشاره نمود. این تحقیق به دنبال آن است که به روش علمی ثابت کند که آیا اجزای جریان نقد (اجزای اصلی و غیر اصلی) در بازار بورس ایران توانایی پیش‌بینی جریان‌های نقدی آتی شرکت‌ها را دارد یا خیر؟ به عبارت دیگر آیا اجزای اصلی و غیر اصلی جریان نقد با تفسیری که از آن خواهیم داشت، قدرت توضیحی و پیش‌بینی کنندگی جریان نقد آتی را دارد یا خیر؟ برای پاسخ به این سؤال باید بر مبانی نظری گزارشگری مالی تکیه کرد. چرا که بر اساس مبانی نظری گزارشگری مالی، بهترین شاخص برای ارزیابی عملکرد واحد تجاری شاخصی است که در فرآیند تصمیم‌گیری مفیدتر واقع شود.
3.1اهداف پژوهشتبیین نظری و تئوریک مبانی اقلام صورت جریان نقد و چگونگی ارتباط آن با پیش‌بینی جریان نقد یک سال پیش رو و جریان‌های نقدی آتی
بررسی عوامل موثر بر اقلام صورت جریان وجه نقد شرکت‌ها
بررسی تأثیرات اجزاء (اصلی و غیر اصلی) جریان نقد بر جریان نقد آتی شرکت‌ها در صنایع مختلف بورس اوراق بهادار
بررسی روش‌های معمول پیش‌بینی جریان نقد به تفکیک صنایع مختلف بورس اوراق بهادار
تبیین رابطه اقلام اصلی جریان نقد شرکت‌ها و پیش‌بینی جریان‌های نقد آتی یک سال پیش رو
تبیین رابطه اقلام غیر اصلی جریان نقد شرکت‌ها و پیش‌بینی جریان‌های نقد آتی یک سال پیش رو
تبیین رابطه جریان‌های نقدی جاری شرکت‌ها و پیش‌بینی جریان‌های نقد آتی
4.1ضرورت تحقیقبا توجه به اهمیت بسزای جریان‌های نقدی، نیاز به پیش‌بینی جریان نقد در تصمیمات اقتصادی مختلفی وجود دارد. اهمیت این پیش‌بینی توسط بنیادهای استاندارد گذاری ملی و بین‌المللی حمایت شده و در این راستا محققین به طور مکرر از داده‌های حسابداری تعهدی و نقدی برای این پیش‌بینی استفاده نموده و نتایج متناقضی حاصل شده است. چنانچه صورت جریان وجوه نقد بازتاب نتایج تصمیم‌‌های مدیران درباره فعالیت های عملیاتی، بازده سرمایه گذاریها و سود پرداختی بابت تأمین مالی، مالیات بر درآمد، فعالیت های سرمایه گذاری و فعالیت های تأمین مالی واحد تجاری باشد، در کنار سایر صورت‌های مالی، زمینه ارزیابی هر یک از تصمیم‌های یادشده فراهم می‌شود.
وجوه و یا به عبارتی پول، در بنگاه‌های اقتصادی همانند خون در بدن انسان، مایه حیات است. بنگاه‌های اقتصادی به منظور گردش عملیات و تداوم فعالیت خود و همچنین جهت دستیابی به هدف‌های خویش، از منابع وجوه استفاده می‌کنند. استفاده‌کنندگان از صورت‌های مالی نیز برای ارزیابی وضعیت مالی و اقتصادی مؤسسات بر آگاهی از چگونگی تأمین مالی مؤسسات ذیربط تاکید دارند، بنابراین برای کمک به تصمیم‌گیری‌های مفید اقتصادی باید اطلاعات مفید، مربوط، به هنگام و صحیح در اختیار استفاده‌کنندگان از صورت‌های مالی قرار گیرد. در این راستا، بنگاه‌های اقتصادی دست به تهیه و انتشار اطلاعاتی در قالب صورت‌های مالی می‌زنند. صورت‌های مالی بازتاب کلیه فعالیت‌ها و رویدادهای مالی، طی یک دوره‌ی زمانی (معمولاً یک سال) است. در سال‌های اخیر استفاده‌کنندگان از صورت‌های مالی به آگاهی از جریان‌های نقدی شرکت‌ها علاقه‌مند شده‌اند. صورت تغییرات در وضعیت مالی بر مبنای سرمایه در گردش، توانایی تشریح جریان‌های نقدی شرکت‌ها را ندارد؛ بنابراین از حدود سال‌های 1985 به بعد، تعدادی از کشورها، برای پاسخ به نیاز استفاده‌کنندگان از صورت‌های مالی تحقیقاتی درباره لزوم تهیه و انتشار صورت جریان‌های نقدی انجام دادند. امروزه بر اساس تئوری ذینفعان، رابطه‌ی تعاملی بین شرکت و ذینفعان (سرمایه‌گذاران، اعتباردهندگان و...) وجود دارد، به طوری که فعالیت‌های شرکت و نتایج آن کلیه‌ی ذینفعان را متأثر می‌سازد. صورت‌های مالی یکی از بهترین منابع اطلاعاتی در کنار سایر اطلاعات مانند اطلاعات اقتصادی جهت استفاده ذینفعان در رابطه با وضعیت مالی شرکت‌ها برای پیش‌بینی رویدادهای آتی به شمار می‌رود. یکی از این موارد، پیش‌بینی وقوع بحران مالی است که با استفاده از تجزیه و تحلیل نسبت‌های الگوهای مختلفی به وجود آمده است مانند الگو پیش‌بینی بیور، آلتمن، دیکن، تافلر، زاوگین، اسپرین‌گیت، والاس. موفق بودن الگوهای مذکور جهت پیش‌بینی، فرصت مناسبی را برای وسعت بخشیدن به تحقیقات پیشین فراهم می‌نماید به طوری که توسعه و بسط این الگوها با استفاده از متغیرهای صورت جریان وجوه نقد و متغیرهای کلان اقتصادی منطقی به نظر می‌رسد و تحقیق را به الگویی جدید و کاربردی هدایت می‌نماید.
سرمایه‌گذاران و تحلیل گران مالی از سود و جریان‌های نقدی به عنوان یکی از معیارهای ارزیابی شرکت‌ها به طور وسیعی استفاده می‌کنند. سرمایه‌گذاران علاقه دارند سود حاصل از سرمایه‌گذاری‌های خود را پیش‌بینی نمایند زیرا در اصل تفاوت در این پیش‌بینی‌هاست که تخصیص منابع سرمایه به بخش‌ها و واحدهای مختلف تجاری را تعیین می‌کند. آن‌ها با پیش‌بینی جریان‌های نقدی مورد انتظار آتی در باره ارزش جاری یک شرکت و ارزش یک سهم از سهام شرکت به قضاوت می‌پردازند. بر اساس همین پیش‌بینی‌هاست که یک سهامدار فعلی ممکن است تصمیم بگیرد سهامش را بفروشد یا نگه دارد.
یک سرمایه‌گذار بالقوه نیز با پیش‌بینی توزیع جریان‌های نقدی آتی یک سهام، تصمیم به خرید آن می‌گیرد و یا تشخیص می‌دهد در جای دیگری سرمایه‌گذاری کند. لذا انتظارات از توزیع جریان‌های نقدی آتی اوراق بهادار در تصمیمات سرمایه‌گذاری از درجه اول اهمیت برخوردارند و چون توزیع جریان‌های نقدی آتی به سود انباشته و رشد شرکت بستگی دارد، پس انتظارات از سودهای آتی در تصمیمات سرمایه‌گذاری بااهمیت تلقی می‌شوند، زیرا این انتظارات توسط بسیاری از سرمایه‌گذاران به عنوان یک فاکتور اصلی در پیش‌بینی توزیع سود سهام آتی بکار می‌رود و این سود نقدی سهام نیز نقش مهمی در تعیین ارزش سهام شرکت یا ارزش کل شرکت دارد. از آنجایی که توانایی واحد تجاری در ایجاد جریان‌های نقدی مطلوب، هم بر توانایی آن برای پرداخت سود سهام، بهره و هم بر قیمت‌های اوراق بهادار شرکت تأثیر می‌گذارد، لذا جریان‌های نقدی مورد انتظار سرمایه‌گذاران و اعتباردهندگان به جریان‌های نقدی مورد انتظار واحد تجاری که در آن سرمایه‌گذاری نموده یا به آن قرض داده‌اند مربوط می‌شود. لذا سرمایه‌گذاران علاقمندند برآوردهایی از وجوه نقد آتی در دسترس واحد تجاری داشته باشند.
5.1 فرضیه‌های پژوهشبین اجزای اصلی جریان نقد دوره جاری شرکت‌ها و جریان نقد آتی رابطه معنی‌داری وجود دارد.
بین اجزای غیر اصلی جریان نقد دوره جاری شرکت‌ها و جریان نقد آتی رابطه معنی‌داری وجود دارد.
6.1جامعه و نمونه آماریجامعه آماری پژوهش حاضر شرکت‌های پذیرفته‌شده در بورس اوراق بهادار تهران است. حجم نمونه 106شرکت بورسی در 10 صنعت منتخب طی سال‌های 1389-1385 می‌باشد.
در این تحقیق برای انتخاب نمونه آماری از روش حذف سیستماتیک استفاده خواهد شد. بدین منظور کلیه شرکت‌های جامعه آماری که دارای شرایط زیر باشند، به عنوان نمونه انتخاب و مابقی حذف خواهند شد:
اطلاعات مالی شرکت‌های نمونه در دسترس باشند.
سال مالی آن‌ها منتهی به پایان اسفندماه هر سال باشد.
عدم تغییر دوره مالی طی قلمرو زمانی تحقیق داشته باشند
شرکت‌های عضو صنایع سرمایه‌گذاری، بانک‌ها، هلدینگ، بیمه، نهادهای پولی و واسطه گر مالی نباشند.
اطلاعات مربوط به داده‌های صورت‌های مالی از ابتدای سال مالی 85 لغایت 89 در دسترس باشند.
شرکت‌های نمونه توقف معاملاتی بیش از 6 ماه طی دوره زمانی تحقیق نداشته باشند.
در این تحقیق داده‌های مورد نیاز مدل‌های تحقیق از نرم‌افزار ره‌آورد نوین، سایت رسمی سازمان بورس اوراق بهادار تهران، نرم‌افزار تدبیر پرداز استخراج می‌گردد و در صورت عدم وجود بخشی از اطلاعات مورد نیاز در نرم‌افزارهای مذکور، از صورت‌های مالی شرکت‌های نمونه استفاده خواهد شد. همچنین با مراجعه به منابع کتابخانه‌ای شامل کتب، مجلات هفتگی و ماهنامه‌ها، انتشارات مراکز تحقیقاتی و پژوهشی، پایان‌نامه‌های تحصیلی و رساله‌های تحقیقی مرتبط، جستجو در پایگاه‌های الکترونیکی اطلاعات و مراجعه به سازمان بورس و اوراق بهادار تهران، اطلاعات آماری مورد نیاز شرکت‌ها استخراج و برای نتیجه‌گیری مورد مطالعه و تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
7.1روش تحقیقاین تحقیق از نظر نوع پس رویدادی است، زیرا از اطلاعات گذشته شرکت‌ها استفاده خواهد کرد و از نظر تئوریک در حوزه تحقیقات اثباتی بوده و از نظر استدلال،‌ تحقیقات استقرایی می‌باشد. از آن جا که در این تحقیق آزمون همبستگی بین متغیرها انجام می‌شود، از نوع همبستگی بوده و روابط بین متغیرها را بررسی می‌کند. همچنین در این تحقیق، درصدد توصیف روابط بین متغیرها (وابسته و مستقل) با استفاده از آزمون‌های آماری هستیم. پس از تدوین مدل، ضرایب متغیرهای مستقل و اندازه تأثیر گذاری آن‌ها بر متغیر وابسته (جریان نقد آتی) با استفاده از متد اقتصادسنجی و روش رگرسیون حداکثر درست نمایی (MLE) مشخص خواهد شد.
8.1 تعریف مفاهیم و واژگان عملیاتی CFO t+1 متغیر وابسته: جریان نقد آتی
جریان وجه نقد: افزایش یا کاهش در مبلغ وجه نقد ناشی از معاملات با اشخاص حقیقی یا حقوقی مستقل از شخصیت حقوقی واحد تجاری و ناشی از سایر رویدادها.
جریان وجه نقد ناشی از فعالیت‌های عملیاتی: جریان‌های نقدی ورودی و خروجی ناشی از فعالیت‌های عملیاتی واحد تجاری و همچنین جریان‌های نقدی که ماهیتاً به طور مستقیم قابل ارتباط با سایر طبقات جریان‌های نقدی صورت جریان وجه نقد نباشد.
اجزای اصلی:
C-SALE t فروش کالا و ارائه خدمات به کسر از تغییرات در حساب‌های دریافتنی تجاری
COGS t C-بهای تمام‌شده کالای فروش رفته: مخارجی که وقوع آن‌ها برای تحصیل یا تولید کالا لازم است.
بهای تمام‌شده کالای فروش رفته به کسر از تغییرات در موجودی و حساب‌های پرداختنی
OE t C- هزینه‌های عملیاتی: جریان نقد عملیاتی و هزینه های اداری که بعنوان هزینه های عملیاتی محاسبه شده، عبارت است از : فروش منهای بهای تمام شده کالای فروش رفته منهای هزینه های عملیاتی قبل از استهلاک منهای تغییر در خالص سرمایه در گردش به استثنای تغییر در حساب های دریافتنی تجاری، موجودی کالا، مالیات پرداختنی و بهره پرداختنی.
اجزای غیر اصلی:
C- INT t بهره پرداختی: بهره را می‌توان در اصطلاح هزینه استفاده از سرمایه نامید. این پرداخت اضافی را می‌توان به صورت نسبت مابه‌التفاوت مبلغ دریافتی و مبلغ بازپرداخت در پایان یک دوره معین به کل پول دریافتی عنوان کرد.
C- TAX t مالیات پرداختی: مالیات بخشی از سود فعالیت‌های اقتصادی است که نصیب دولت می‌گردد.
OTHER t C- خالص سایر تحقق یافتنی ها : سود عملیاتی به کسر از جریان نقد و حساب‌های دریافتنی و موجودی و حساب‌های پرداختنی و استهلاک دارایی ثابت و نامشهود
9.1 ساختار کلی تحقیق در این فصل کلیات تحقیق ارائه و مقدمه، بیان مسئله، قلمرو تحقیق، فرضیه‌ها و تعریف عملیاتی متغیرها انجام گردید.
در فصل دوم ضمن بیان مقدمه، مفاهیم نظری تحقیق تشریح و تبیین می‌شود و پژوهش‌هایی که پیرامون موضوع تحقیق صورت گرفته است مورد بررسی قرار می‌گیرد.
در فصل سوم، ابتدا قلمرو زمانی تحقیق، سپس به بیان روش انجام تحقیق، جامعه و نمونه آماری پرداخته‌شده و در نهایت روش گردآوری اطلاعات و تجزیه و تحلیل داده‌ها و آزمون سؤالات ارائه می‌گردد.


فصل چهارم به تجزیه و تحلیل نتایج اختصاص یافته است. چگونگی طبقه‌بندی اطلاعات و تجزیه آن‌ها از طریق به‌کارگیری روش‌ها و مدل‌های آماری مورد استفاده، بیان‌شده و در نهایت نتایج آزمون فرضیه‌ها ارائه می‌شود.
در فصل پنجم ابتدا خلاصه تحقیق ارائه می‌شود. در ادامه نتایج پژوهش ارائه و با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه می‌شود. سپس محدودیت‌های تحقیق ذکرشده و در نهایت پیشنهادهایی برای تحقیقات آتی ارائه خواهد شد.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه‌ی پژوهش

1.2مقدمهپیش‌بینی جزء مهمی از فرآیند تصمیم‌گیری است، زیرا تصمیم‌گیری، آنچه در آینده رخ خواهد داد را منعکس می‌کند. در تصمیم‌گیری‌های اقتصادی، پیش‌بینی مالی فعالیت مهمی محسوب می‌شود. نیاز به پیش‌بینی جریان وجوه نقد در تصمیمات اقتصادی مختلف وجود دارد زیرا جریان‌های نقدی مبنایی برای پرداخت سود سهام، بهره، مالیات، بازپرداخت بدهی و ...هستند. اطلاعات مربوط به جریان‌های نقدی یک واحد تجاری برای استفاده‌کنندگان صورت‌های مالی در فراهم کردن مبنایی به منظور ارزیابی توان آن واحد در بکار گیری این وجوه سودمند است. با توجه به اهمیت بسزای جریان‌های نقدی، نیاز به پیش‌بینی جریان وجوه نقد در تصمیمات اقتصادی مختلف وجود دارد. این فصل، ضمن ارائه مطالبی در خصوص مفهوم، تاریخچه، انگیزهها، طبقه‌بندی و ابزارهای شناخته‌شده جریان نقد، به معرفی جریان نقد آتی و تأثیر اجزای تشکیل‌دهنده‌ی آن (اجزای اصلی و غیر اصلی) بر پیش‌بینی جریان نقد آتی که اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است، می‌پردازد و با مروری بر پژوهشهای (خارجی و داخلی) صورت گرفته در زمینه جریان نقد و پیش‌بینی جریان نقد آتی پایان می‌یابد.
2.2مبانی نظری1.2.2.جریان نقد جریان نقد از منابع مهم و حیاتی در هر واحد انتفاعی است و ایجاد توازن بین وجوه نقد در دسترس و نیازهای نقدی مهم‌ترین عامل سلامت اقتصادی هر واحد انتفاعی است. وجه نقد از طریق عملیات عادی و سایر منابع تأمین مالی به واحد انتفاعی وارد می‌شود و برای اجرای عملیات، بازده سرمایه گذاریها وسود پرداختی بابت تأمین مالی، پرداخت مالیات، بازپرداخت بدهی‌ها، گسترش واحد انتفاعی، تصمیم‌گیری‌های مدیریت در مورد برنامه‌های کوتاه و بلندمدت عملیاتی و فعالیت های سرمایه‌گذاری و تأمین مالی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تداوم فعالیت شرکت‌ها به عنوان یکی از مفروضات اساسی حسابداری، موضوعی است که عینیت بخشیدن به آن بدون در نظر گرفتن رخدادهای فعلی و نتایجی که در آینده برای آن متصور است، میسر نیست. در این راستا فرآیند پیش‌بینی، جزء مهمی از فرایند تصمیم‌گیری است زیرا آنچه که در آینده رخ خواهد داد را منعکس می‌کند. یکی از اهداف گزارشگری مالی کمک به سرمایه‌گذاران و اعتباردهندگان برای پیش‌بینی جریان‌های نقد آتی است. با توجه به اهمیت بسزای جریان‌های نقدی و نیاز به پیش‌بینی جریان وجوه نقد در تصمیمات اقتصادی مختلف، اهمیت این پیش‌بینی توسط بنیادهای استاندارد گذاری ملی و بین‌المللی حمایت‌شده و در این راستا محققین به طور مکرر از داده‌های حسابداری تعهدی و نقدی برای این پیش‌بینی استفاده نموده و نتایج متناقضی حاصل شده است؛ اما مطالعات گذشته صریحاً قدرت اجزای جریان نقدی بر پیش‌بینی جریان نقد آتی را مورد بررسی قرار نداده است؛ بنابراین با تجزیه اجزای جریان نقدی به اجزای اصلی و اجزای غیر اصلی و مقایسه و بررسی این اجزا در پیش‌بینی جریان نقد آتی، نقش هر یک را به طور جداگانه در پیش‌بینی جریان نقد آتی مورد بررسی قرار می‌دهیم؛ و به طور خاص به این موضوع خواهیم پرداخت که آیا اجزای جریانات نقدی (اجزای اصلی و اجزای غیر اصلی فعالیت‌های تجاری) در رابطه با جریانات نقد آتی اطلاعات متفاوتی ارائه می‌کنند یا خیر؟
تحلیل گران مالی بر اهمیت فراهم آوردن اطلاعات مربوط به اجزای جریانات نقدی (اجزای اصلی و غیر اصلی) تاکید می‌کنند و اینکه شفافیت و درستی و در دسترس بودن اطلاعات درباره جریان نقدی که از فعالیت‌های اصلی حاصل می‌شود؛ بخشی از اعتبار تجزیه و تحلیل خوب اطلاعات می‌باشد. برای داشتن تعریفی از اجزای جریانات نقدی همان‌گونه که سودهای اصلی را ناشی از فعالیت‌های اصلی شرکت می‌دانیم، تحقیق حاضر نیز، جریان‌های نقدی اصلی را ناشی از عملیات اصلی شرکت‌ها مانند، «فروش، بهای تمام‌شده کالای فروش رفته، هزینه‌های عملیاتی» تعریف می‌کند و جریان‌های نقدی غیر اصلی را «بهره، مالیات و خالص سایر تحقق یافتنی ها» می‌داند.
در مورد جریان وجوه نقد، مفاهیم اساسی شامل جریان نقدی حقوق صاحبان سهام و جریان نقدی آزاد وجود دارد. همچنین، جریان نقدی سرمایه‌ای نیز از واژه‌هایی است که مورد استفاده قرار می‌گیرد. همواره گفته می‌شود با بهبود جریان وجوه نقد، شرکت بهتر کار می‌کند و ثروت سهامداران آن افزایش می‌یابد. اغلب در متون مالی، تعریف زیر برای جریان نقدی حسابداری بیان می‌شود:
استهلاک+ سود خالص پس از کسر مالیات = جریان نقدی حسابداری
سه تعریف متفاوت دیگر از جریان وجوه نقد به این شرح ارائه می‌شود:
1- جریان نقدی حقوق صاحبان سهام: جریان نقدی است که پس از تأمین نیازهای سرمایه‌گذاری‌های انجام‌شده، نیازهای سرمایه در گردش، پرداخت هزینه‌های مالی، هزینه‌های کارکنان و ایجاد بدهی جدید، در شر‌کت باقی می‌ماند. جریان نقدی حقوق صاحبان سهام، جریان نقدی در دسترس سهامداران در داخل شرکت را نشان می‌دهد که برای تقسیم سود یا بازخرید سهام به کار می‌رود. جریان نقدی حقوق صاحبان سهام در هر دوره مالی به سادگی، تفاوت بین جریان وجوه نقد ورودی و جریان وجوه نقد خروجی در آن دوره را نشان می‌دهد.
جریان نقدی حقوق صاحبان سهام= جریان‌های وجوه نقد ورودی دوره- جریان‌های وجوه نقد خروجی دوره.
در زمان انجام پیش‌بینی‌ها، پیش‌بینی جریان نقدی حقوق صاحبان سهام در یک دوره باید با سود قابل تقسیم پیش‌بینی‌شده به علاوه بازخرید سهام در آن دوره، برابر باشد.
2- جریان نقدی آزاد: جریان نقدی حاصل از عملیات بعد ازکسر مالیات بدون احتساب بدهی ها و هزینه های بهره شرکت است؛ بنابراین، جریان نقدی آزاد، وجوه نقدی است که بعد از پوشش دادن نیاز های سرمایه گذاری و سرمایه در گردش و با فرض نبود بدهی، در دسترس شر‌کت قرار می‌گیرد. در شرکت‌های بدون بدهی یا فاقد اهرم مالی، جریان نقدی آزاد، همان جریان نقدی حقوق صاحبان سهام است. بعبارتی جریان نقدی آزاد، همان جریان نقدی حقوق صاحبان سهام است با فرض این‌که شرکت بدهی نداشته باشد. اغلب گفته می‌شود که جریان نقدی آزاد، وجوه نقد ایجادشده در شرکت برای تأمین وجوه مورد نیاز برای سهامداران و بستانکاران را نشان می‌دهد. این ادعا صحیح نیست، زیرا جریان نقدی سرمایه‌ای نشان می‌دهد که وجوه نقد ایجادشده به وسیله شرکت متعلق به سهامداران و بستانکاران است.
3- جریان نقدی سرمایه‌ای: جریان وجوه نقد در دسترس برای بستانکاران به علاوه جریان نقدی حقوق صاحبان سهام است. جریان نقدی بستانکاران شامل مجموع وجوه پرداخت‌شده برای بهره به علاوه بازپرداخت اصل وام (پس از کسر افزایش در اصل وام) است.
جریان نقدی بدهی + جریان نقدی حقوق صاحبان سهام= جریان نقدی سرمایه‌ای
1.1.2.2 نحوه محاسبه جریان‌های وجوه نقد
محاسبه جریان‌های وجوه نقد تعریف‌شده به این شرح صورت می‌گیرد:
1- جریان نقدی حقوق صاحبان سهام
جریان نقدی حقوق صاحبان سهام بر اساس مفهوم جریان وجوه نقد است و جریان وجوه نقد طی دوره، تفاوت بین جریان‌های داخلی و خارجی وجوه در آن دوره است. جریان نقدی حقوق صاحبان سهام به شرح جدول صفحه بعد محاسبه می‌شود.
جدول 2-1: محاسبه جریان‌های نقدی حقوق صاحبان سهامشرح مبلغ
سود خالص پس از مالیات اضافه (کسر) می‌گردد: xxx
استهلاک دارایی‌های مشهود و نامشهود xxx
افزایش در سرمایه در گردش (xxx)
پرداخت اصل بدهی‌های مالی (xxx)
افزایش در بدهی‌های مالی xxx
افزایش در سایر دارایی‌ها (xxx)
سرمایه‌گذاری ناخالص در دارایی‌های ثابت (xxx)
ارزش دفتری دارایی‌های ثابت فروخته‌شده و ‌کنار گذاشته‌شده xxx
جریان نقدی حقوق صاحبان سهام xxx
جریان نقدی حقوق صاحبان سهام، افزایش در وجه نقد طی دوره قبل از پرداخت سود سهام، بازخرید سهام و افزایش سرمایه است.
2- جریان نقدی آزاد
جریان نقدی آزاد برابر با جریان وجوه نقد شر‌کتی است که هیچ بدهی در سمت بدهی‌های ترازنامه خود نداشته باشد. محاسبه جریان نقدی آزاد، طبق محاسبات جدول صفحه بعد صورت می‌گیرد.
جدول 2-2: محاسبه جریان نقدی آزادشرح مبلغ
سود پس از ‌کسر مالیات اضافه (کسر) می‌گردد: xxx
استهلاک دارایی‌های مشهود و نامشهود xxx
افزایش در سرمایه در گردش (xxx)
افزایش در سایر دارایی‌ها (xxx)
سرمایه‌گذاری ناخالص در دارایی‌های ثابت (xxx)
بهره دریافت شده xxx
ارزش دفتری دارایی ثابت فروخته‌شده و ‌کنار گذاشته‌شده xxx
جریان نقدی آزاد xxx
با توجه به نحوه محاسبه جریان‌های وجوه نقد یادشده، اگر شرکت هیچ‌گونه بدهی نداشته باشد، جریان نقدی حقوق صاحبان سهام و جریان نقدی آزاد آن یکسان می‌شود.
3- جریان نقدی سرمایه‌ای
جریان نقدی سرمایه‌ای، جریان وجوه در دسترس برای همه بستانکاران و سهامداران است و شامل جریان نقدی حقوق صاحبان سهام و جریان نقدی بستانکاران است که برابر با بهره دریافت شده منهای افزایش در اصل بدهی‌ها است.
150013455803نمودار 2-1: رویکرد ارزشی شرکت در کاربرد جریان وجوه نقد تنزیل‌شدهنمودار 2-2: تفاوت بین جریان‌های وجوه نقد2376685080
2.1.2.2 رابطه بین سود خالص بعد از مالیات با جریان نقدی حقوق صاحبان سهام= جریان نقدی حقوق صاحبان سهام
سود خالص پس از کسر مالیات
+ استهلاک
- سرمایه‌گذاری ناخالص در دارایی‌های ثابت
- افزایش در سرمایه در گردش
- کاهش در بدهی‌های مالی
+ افزایش در بدهی‌های مالی
- افزایش در سایر دارایی‌ها
+ ارزش دفتری دارایی‌های ثابت فروخته‌شده
اگر در شر‌کتی که در حال رشد نیست(‌ در این حالت، مشتریان آن ثابت می‌مانند)، دارایی‌های ثابت با استهلاک یکسانی خریداری‌شده، بدهی‌ها ثابت نگاه داشته شده و فقط دارایی‌های کاملاً مستهلک‌ شده فروخته شوند، جریان وجوه نقد آن افزایش می‌یابد.
3.1.2.2 رابطه بین جریان نقدی حسابداری با جریان نقدی حقوق صاحبان سهام
اگر در شر‌کتی که در حال رشد نیست، بدهی‌ها ثابت نگه داشته شده و فقط دارایی‌های ثابت کاملا مستهلک شده فروخته شوند و دارایی های ثابت نیز خریداری نشود، جریان نقدی حسابداری آن برابر با جریان نقدی حقوق صاحبان سهام شرکت خواهد بود.
همچنین در مواردی که شرکت وجه نقد از مشتریان خود وصول و آن وجه نقد را به طلبکاران پرداخت می‌کند،( سرمایه در گردش شرکت صفر) و در آن دارایی‌های ثابت خریداری نمی‌شود، جریان نقدی حسابداری با جریان نقدی حقوق صاحبان سهام مساوی خواهد بود.
4.1.2.2 جریان‌های نقدی برگشتیگاهی اوقات، مردم درباره جریان نقدی حقوق صاحبان سهام برگشتی و جریان نقدی آزاد برگشتی صحبت می‌کنند. این جریان‌های نقدی نیز مشابه سایر روش‌های جریان‌های وجوه نقد محاسبه می‌شوند و فقط یک تفاوت وجود دارد. در این حالت، سود خالص، افزایش در سرمایه در گردش، افزایش در هزینه‌های استهلاک‌پذیر یا سرمایه‌گذاری ناخالص در دارایی‌های ثابت را شامل می‌شود و به عبارت دیگر، سرمایه‌گذاری در شرکت‌های تازه تأسیس را شامل نمی‌شود. (مجله حسابرس)
2.2.2 تکنیک های پیش‌بینی در طبقه‌بندی انواع روش‌های پیش‌بینی، به طور کلی این روش‌ها به دو دسته مدل های کیفی و مدل های کمی تقسیم می‌شوند. روش‌های کیفی شامل دلفی، مقایسات تکنولوژی مستقل زمانی، روش برآورد ذهنی، درخت مناسب، تحقیق مرفولوژیکی و... می‌باشد. روش‌های کمی، مدلهای کلی تک متغیره و یا چند متغیره را شامل می‌گردند. در مدل های تک متغیره، مواردی از قبیل روش‌های هموارسازی نمایی، باکس_جنکینز و تحلیل روند و در مدل های چند متغیره، روش‌هایی از قبیل رگرسیون چند گانه و تحلیل‌های اقتصادسنجی مورد توجه می‌باشند، ولی در روش‌های نوین، شبکه‌های عصبی مورد توجه قرارگرفته‌اند. (آذر و رجب زاده، 1382)
در تحقیقات اقتصادی، بیش‌ترین مدلهای پیش‌بینی مورد استفاده، روش‌های اقتصادسنجی، تحلیل‌های واریانس_ اتوکوواریانس و همبستگی و به طور کلی تحلیل‌های علّی بوده‌اند. در موضوعات مالی، روش‌های باکس_جنکینز و هموارسازی یا رگرسیون چند متغیره برای تحلیل‌های علّی در مسائلی مانند پیش‌بینی سود شرکت‌ها، قیمت سهام شرکت‌ها، پیش‌بینی اقلام ترازنامه و صورت جریان نقد و در موضوعات و مسائل بازرگانی، روش‌های کیفی (بیشتر روش دلفی) بیش‌ترین استفاده را داشته‌اند. شاید مهم‌ترین دلیل این نحوه کاربرد، مسبوق به سابقه بودن استفاده از این روش‌ها در این علوم مختلف است.
رویکردهای نوین مانند روش شبکه عصبی، در انواع مختلف مسائل پیش‌بینی و در علوم مختلف مالی، اقتصادی و بازرگانی مورد استفاده قرارگرفته‌اند و در تحقیقات مختلف به آن استناد شده است. تحقیقات متعددی در مقایسه بین روش‌های پیش‌بینی مطرح‌شده‌اند. خصوصاً در دهه اخیر، این مقایسات بین روش‌های شبکه عصبی و روش‌های اقتصادسنجی و یا باکس_جنکینز مطرح‌شده و انجام گرفته است. در نتایج بعضی از این تحقیقات، شبکه‌های عصبی خطاهای کمتری را نشان داده و در بعضی نتایج دیگر، روش‌های کلاسیک عنوان‌شده از جمله روش‌های باکس_ جنکینز یا اقتصادسنجی جواب‌های بهتری داده‌اند. معمولاً شبکه‌های عصبی در تحلیل سری‌های زمانی غیرخطی نتایج بهتری نسبت به سایر روش‌ها نشان می‌دهند.
3.2.2 مدل های پیش‌بینی کاربرد اصلی تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی «پیش‌بینی» است. بدیهی است، چنانچه وابستگی خاصی بین داده‌ها در طول زمان وجود داشته باشد، فرصت مناسبی پیش می‌آید تا با کمک آن مشاهدات بتوان روند آینده پدیده‌ای را پیش‌بینی کرد. یکی از وظایف اصلی مدیران، تصمیم‌گیری و سیاست‌گذاری برای آینده سازمان خویش است. پس تجزیه و تحلیل سری‌های زمانی و پیش‌بینی پدیده‌ها می‌تواند ابزار مناسبی برای تصمیم‌گیری مدیران باشد.
1.3.2.2 مدل میانگین متحرک
عناصر تصادفی در برخی از سری‌های زمانی ممکن است آن قدر قوی باشد که هر گونه نظمی را در سری زمانی از بین ببرند؛ بنابراین هر گونه تفسیر و تحلیل ذهنی و بصری در خصوص نمودار سری زمانی با مشکل رو به رو می‌شود. در چنین شرایطی، نمودار واقعی سری زمانی بسیار و ممکن است در عمل مجبور باشیم برای رسیدن به تصویر واضح از سری زمانی آن را «هموار» کنیم.
یکی از روش‌های هموارسازی «میانگین متحرک» است. اساس این روش در این ایده نهفته است که هر تغییر تصادفی بزرگ در هر لحظه از زمان اگر با نقاط هم‌جوارش میانگین گرفته شود، تأثیر ناچیزی از خود به جا خواهد گذاشت. ساده‌ترین فن از این نوع «میانگین متحرک ساده مرکزی (1m+2) نقطه» نامیده می‌شود. در این روش، نظر بر این است که هر مشاهده واقعی (Xt)  با میانگین خودش و m نقطه هم‌جوارش جایگزین شود.
5143534290
2.3.2.2 مدل نمو هموار ساده در بسیاری از موارد از مدل «نمو هموار ساده» برای پیش‌بینی مقادیر آینده سری زمانی استفاده می‌شود. این روش، یکی  از ساده‌ترین روش‌های پیش‌بینی است که مبنایی برای دیگر مدل های پیش‌بینی به حساب می‌آید. روش نمو هموار، برای آن دسته از سری‌های زمانی مفید است که تغییرات فصلی و دوره‌ای در آن مورد نظر نباشد. در این روش پیش‌بینی داده‌های دوره بعد عبارت است از:
هر قدر آلفا یا ضریب نمو هموار به صفر نزدیک شود نمایانگر بی‌ارزش بودن داده‌های اخیر است و هر قدر یا ضریب نمو هموار به «۱» نزدیک شود، نشان می‌دهد که داده‌های اخیر باارزش‌تر می‌باشند.
3238564135
3.3.2.2 مدل نمو هموار دوبل این روش متشکل از نمو هموار ساده با شاخص روند تعدیل شده است که نحوه محاسبه آن به شرح زیر است:
-381010160

4.2.2مفهوم و اهمیت جریان نقد
مفهوم معمولی اصطلاح وجوه با مفهوم خاصی که در حسابداری از آن استنباط می‌شود تفاوت دارد. در اصطلاح عادی وجوه جمع کلمه وجه به معنی پول نقد است. درحالی‌که در حسابداری اصطلاح وجوه معنی وسیع تری داشته و شامل هر نوع پول نقد یا معادل آن است که به مؤسسه وارد یا از آن خارج می‌شود. با این دیدگاه وجوه نقد از منابع بسیار مهم و حیاتی در مؤسسه تجاری بشمار می‌آید و ایجاد توازن مابین وجوه نقد در دسترس و نیازهای نقدی، مهم‌ترین عامل سلامت اقتصادی هر مؤسسه است وجه نقد از طریق عملیات عادی و سایر منابع تأمین مالی وارد مؤسسه می‌شود؛ و برای اجرای عملیات، بازده سرمایه گذاریها و سود پرداختی بابت تأمین مالی، پرداخت مالیات، فعالیت های سرمایه گذاری، فعالیت های تأمین مالی، بازپرداخت بدهی و گسترش واحد انتفاعی به مصرف می‌رسد. (خدامی پور و پوراحمد، 1389)
قابلیت دسترسی هر مؤسسه تجاری به وجه نقد، مبنای بسیاری از تصمیم‌گیری‌ها و قضاوت‌ها درباره آن مؤسسه است. به بیان دیگر، اطلاعات مربوط به جریان ورود و خروج وجه نقد در یک مؤسسه تجاری، مبنای بسیاری از تصمیم‌گیری‌ها و مبنای بسیاری از قضاوت‌های سرمایه‌گذاران، اعتباردهندگان و برخی دیگر از گروه‌های استفاده‌کننده از اطلاعات مالی را تشکیل می‌دهد. از سوی دیگر، سطح وجوه نقد باید به میزانی باشد که بتوان آن را با کارایی زیاد در مؤسسه به گردش آورد. چرا که وجوه نقد زیاد یا کم، هر دو به مفهوم عدم کارایی است. کمبود وجه به معنای آن است که کاری انجام نخواهد شد و وجوه زیاد نیز به معنای ضایعات است. در همین راستا چگونگی بهینه‌سازی موجودی نقد و کارا نمودن گردش وجوه نقد موضوعاتی است که در بحث مدیریت وجوه نقد و یا مدیریت نقدینگی به آن پرداخته می‌شود.
اگر یک شرکت بخواهد در عرصه تجارت باقی بماند، خالص جریان‌های نقدی حاصل از فعالیت‌های عملیاتی آن در بلندمدت باید مثبت باشد. شرکتی که جریان‌های نقدی ناشی از عملیاتش منفی باشد، قادر نخواهد بود همواره از سایر منابع، وجه نقد لازم را تأمین کند. در حقیقت، توان شرکت در تأمین وجه نقد از طریق فعالیت‌های سرمایه‌گذاری یا مالی تا حد زیادی به توانایی آن در تأمین وجه نقد از محل عملیات عادی شرکت بستگی دارد. اعتباردهندگان و سهامداران حاضر نیستند در شرکتی سرمایه‌گذاری کنند که از فعالیت‌های عملیاتی آن وجه نقد کافی فراهم نمی‌شود و در مورد پرداخت سود سهام، بهره ،مالیات و بدهی‌هایش در سررسید اطمینان وجود ندارد (خدامی پور و پوراحمد، 1389).
یکی از گزارش‌های مالی که در اختیار سرمایه‌گذاران قرار می‌گیرد، صورت جریان نقدی است. صورت جریان نقدی ابزار انتقال اطلاعات برای ارزیابی توان بازپرداخت بدهی، نقدینگی و انعطاف‌پذیری مالی است. وجه نقد از منابع مهم و حیاتی در هر واحد سودآوری است و ایجاد توازن وجوه نقد در دسترس و نیازهای نقدی، مهم‌ترین عامل سلامت اقتصادی هر واحد سودآور است. وجه نقد از طریق عملیات عادی و سایر منابع تأمین مالی، به واحد سودآور وارد می‌شود و برای اجرای عملیات، بازده سرمایه گذاریها و سود پرداختی بابت تأمین مالی، پرداخت مالیات، فعالیتهای سرمایه گذاری، فعالیتهای تأمین مالی، بازپرداخت بدهی‌ها و گسترش واحد سودآور به مصرف می‌رسد. روند ورود و خروج وجه نقد در هر واحد سودآور بازتاب تصمیم‌گیری‌های مدیریت در مورد برنامه‌های کوتاه و بلندمدت عملیاتی و طرح‌های سرمایه‌گذاری و تأمین مالی است (دستگیر و خدابنده، 1382). در صورت جریان وجوه نقد معمولاً وجوه نقد حاصل از فعالیت‌های عملیاتی بیانگر توانایی شرکت برای ایجاد جریان‌های نقدی است. با وجود این بسیاری از تحلیلگران مالی معتقدند وجوه نقد حاصل از فعالیت‌های عملیاتی وجوهی است که نه تنها باید در دارایی‌های ثابت جدیدی سرمایه‌گذاری شده تا شرکت بتواند سطح جاری فعالیت‌های خود را حفظ نماید بلکه بخشی از این وجوه نیز باید به منظور رضایت سهامداران تحت عنوان سود سهام و یا بازخرید آن بین آن‌ها توزیع شود. لذا وجوه نقد حاصل از فعالیت‌های عملیاتی به تنهایی نمی‌تواند به عنوان توانایی واحد تجاری برای ایجاد جریان‌های نقدی تلقی گردد.
شرکتی که دارای جریان وجه نقد بالایی باشد از مطلوبیت و محبوبیت بیشتری نزد سرمایه‌گذاران و بستانکاران برخوردار است. این مطلوبیت زمانی قابل‌قبول است که شرکت مرحله رشد را گذرانده باشد. در مقابل برخی از شرکت‌ها ممکن است با جریان وجه نقد منفی مواجه شوند، جریان وجه نقد منفی همیشه بد و نامطلوب نیست بلکه علل منفی شدن آن مهم بوده و بایستی مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. اگر بدان سبب منفی شده که سود خالص عملیاتی پس از کسر مالیات منفی باشد بی‌شک این نوع منفی شدن پیامد بدی را مخاطره می‌کند، زیرا که شرکت احتمالاً با مسائل و مشکلات عملیاتی روبرو شده است؛ اما چنانچه منفی شدن جریان وجه نقد ناشی از سرمایه‌گذاری وجوه در فرصت‌های سودآور موجود و به‌کارگیری منابع زیاد در اقلام سرمایه عملیاتی برای ادامه و تحقق رشد باشد، این نوع منفی شدن هیچ عیبی ندارد، مقطعی است و به دوره‌های کوتاه مدت زمان سرمایه‌گذاری مربوط می‌شود. مطلوبیت و سودآوری سرمایه‌گذاری در چنین فرصت‌هایی در بلندمدت ظاهر می‌شود و در درازمدت به مثبت شدن جریان وجه نقد منجر می‌گردد (رضوانی راز و همکاران، 1388).
5.2.2جریان‌های نقد آزاد و مدیریت سود بالا بودن میزان جریان نقدی آزاد برخلاف اهرم مالی، یک عامل مشوق در انجام رفتارهای فرصت‌طلبانه مدیران است. جنسن (1986) بیان می‌کند که وجود جریان نقدی آزاد بر میزان رفتارهای فرصت‌طلبانه مدیران تأثیر زیادی دارد. در شرایطی که یک شرکت دارای میزان زیادی از جریان نقدی آزاد است مدیر می‌تواند وجوه مازاد را در فرصت‌های مختلفی سرمایه‌گذاری کند. با توجه به محدود بودن فرصت‌های سرمایه‌گذاری مطمئن و پربازده، احتمالاً مدیران به سرمایه‌گذاری‌هایی دست خواهند زد که دارای بازدهای کمتر از نرخ هزینه سرمایه شرکت است و یا بسیار پرخطر هستند. به هزینه‌هایی که در این شرایط به سهامداران تحمیل می‌گردد در اصطلاح «هزینه‌های نمایندگی ناشی از جریان نقدی آزاد» اطلاق می‌گردد. هنگامی که شرکت با میزان زیادی از جریان نقدی آزاد مواجه باشد، میزان رفتارهای فرصت‌طلبانۀ مدیران نیز افزایش پیدا می‌کند. با افزایش اهرم مالی، به تدریج میزان این جریانات نقدی و در نتیجه میزان اختیارات مدیران در چگونگی مصرف وجوه نقد شرکت کاهش می‌یابد. با توجه به مطالب ذکرشده در قسمت‌های قبل، این موضوع می‌تواند به کاهش مدیریت سود منجر گردد. اگر شرکت‌هایی که درگیر افزایش اهرم مالی هستند دارای جریان نقدی آزاد محدودی باشند، در این صورت مدیران تلاش خواهند نمود وجوه نقد باقی‌مانده پس از بازپرداخت اصل و بهره بدهی‌ها را در سرمایه‌گذاری‌های مطمئن به منظور ارزش آفرینی برای سهامداران مصرف کنند و از سرمایه‌گذاری‌های پرخطر پرهیز خواهند نمود.
6.2.2مزایای صورت جریان‌های نقداطلاعات‌ ارائه‌ شده‌ در صورت‌ جریان‌ وجوه نقد در مقایسه‌ با صورتهای‌ جریان‌ وجوه‌ مبتنی‌ بر تغییر در سرمایه‌ در گردش‌ دارای‌ مزایای‌ زیر است‌:
الف.‌صورتهای‌ جریان‌ وجوه‌ مبتنی‌ بر تغییر در سرمایه‌ در گردش‌، ممکن‌ است‌ تغییرات‌ مرتبط‌ با نقدینگی‌ و تداوم‌ فعالیت‌ را پنهان‌ کند. برای‌ مثال‌، کاهش‌ قابل‌ ملاحظه‌ در وجه نقد موجود ممکن‌ است‌ به‌ خاطر افزایش‌ در موجودی‌ مواد و کالا یا بدهکاران‌ پنهان‌ بماند. بدین‌ ترتیب‌، واحدهای‌ تجاری‌ ممکن‌ است‌ علی‌رغم‌ گزارش‌ افزایش‌ در سرمایه‌ در گردش‌، دچار مشکل‌ نقدینگی‌ شوند. به‌گونه‌ای‌ مشابه‌، کاهش‌ در سرمایه‌ در گردش‌ لزوماً بیانگر کمبود نقدینگی‌ و خطر توقف‌ فعالیت‌ واحد تجاری‌ نیست‌.
ب‌.کنترل‌ وجوه نقد، یک‌ ویژگی‌ معمول‌ فعالیت‌ تجاری‌ است‌ و یک‌ تکنیک‌ تخصصی‌ حسابداری‌ به‌ شمار نمی‌رود. بدین‌ لحاظ‌ جریان‌ وجوه نقد مفهومی‌ است‌ که‌ در مقایسه‌ با تغییرات‌ در سرمایه‌ در گردش‌ از درک‌ و پذیرش‌ بیشتری‌ برخوردار است‌.
ج.در مدلهای‌ ارزیابی‌ واحدهای‌ تجاری‌، وجه نقد به عنوان‌ یک‌ داده‌ مستقیم‌ کاربرد دارد و لذا جریانهای‌ تاریخی‌ وجه نقد می‌تواند در این‌ گونه‌ موارد که‌ اطلاعات‌ مربوط‌ به‌ جریان‌ وجوه‌ مبتنی‌ بر تغییر در سرمایه‌ درگردش‌ فاقد کاربرد است‌، مورد استفاده‌ قرار گیرد.
د‌.صورتهای‌ جریان‌ وجوه‌ مبتنی‌ بر تغییر در سرمایه‌ در گردش‌ عمدتاً متکی‌ به‌ تفاوت‌ اقلام‌ دو ترازنامه‌ واحد تجاری‌ است‌ و درنتیجه‌ حاوی‌ اطلاعات‌ جدیدی‌ نیست‌ و تنها اطلاعات‌ موجود را با آرایش‌ متفاوتی‌ ارائه‌ می‌کند. صورت‌ جریان‌ وجوه نقد و یادداشتهای‌ توضیحی‌ مربوط‌ متضمن‌ اطلاعاتی‌ است‌ که‌ در صورتهای‌ جریان‌ وجوه‌ مبتنی‌ بر تغییرات‌ در سرمایه‌ در گردش‌ افشا نمی‌شود.(استانداردهای حسابداری)

7.2.2ماهیت صورت‌های جریان نقد صورت جریان‌های نقدی منبع تهیه اطلاعات، در ارتباط با تغییرات وجه نقد در طی دوره می‌باشد که می‌تواند برای ارزیابی نقدینگی شرکت، قابلیت انعطاف‌پذیری مالی و توانایی عملیاتی و ریسک شرکت مفید واقع شود.
معادل وجه نقد عبارت است از سرمایه‌گذاری‌های کوتاه مدت، یعنی سرمایه‌گذاری‌هایی با نقدینگی بالا که دارای ویژگی‌های زیر باشند:
الف) به سرعت و سهولت به مبالغی مشخص از وجه نقد قابل تبدیل باشد.
ب) تاریخ تبدیل آن به وجه نقد، آن قدر نزدیک باشد که احتمال تغییر در ارزش آن بعید به نظر برسد.
صورت‌ جریان‌ وجوه نقد باید منعکس‌ کننده‌ جریانهای‌ نقدی‌ طی‌ دوره‌ تحت‌ سرفصلهای‌ اصلی‌ زیر باشد:
ـفعالیتهای‌ عملیاتی‌،
ـبازده‌ سرمایه‌گذاریها و سود پرداختی‌ بابت‌ تأمین‌ مالی‌،
ـمالیات‌ بر درآمد،
ـفعالیتهای‌ سرمایه‌گذاری‌، و
- فعالیتهای‌ تأمین‌ مالی‌
در ارائـه‌ جریانهای‌ نقدی‌، رعایت‌ ترتیب‌ سرفصلها به‌ شرح‌ بالا و نیز ارائـه‌ جمع‌ جریانهای‌ نقدی‌ منعکس‌ شده‌ در هر سرفصل‌ و جمع‌ کل‌ جریانهای‌ نقدی‌ قبل‌ از سرفصل‌ فعالیتهای‌ تأمین‌ مالی‌ ضرورت‌ دارد.
صورت‌ جریان‌ وجوه نقد همچنین‌ باید شامل‌ صورت‌ تطبیق‌ مانده‌ اول‌ دوره‌ و پایان‌ دوره‌ وجه نقد باشد. صورت‌ تطبیق‌ مزبور باید هرگونه‌ تفاوتهای‌ ارزی‌ ناشی از مانده‌های‌ وجه نقد ارزی‌که‌ به‌ سود و زیان‌ منظور شده‌ است‌ منجمله‌ تفاوتهای‌ ارزی‌ ناشی از تسعیر جریانهای‌ نقدی‌ واحدهای‌ تجاری‌ فرعی‌ خارجی‌ به‌ نرخهایی‌ غیر از نرخ‌ تاریخ‌ ترازنامه‌ و سایر گردشهای‌ مربوط‌ را نشان‌ دهد
فعالیت‌های عملیاتی: فعالیتهای‌ عملیاتی‌ عبارت‌ از فعالیتهای‌ اصلی‌ مولد درآمد عملیاتی‌ واحد تجاری‌ است‌. فعالیتهای‌ مزبور متضمن‌ تولید و فروش‌ کالا و ارائـه‌ خدمات‌ است‌ و هزینه‌ها و درآمدهای‌ مرتبط‌ با آن‌ در تعیین‌ سود یا زیان‌ عملیاتی‌ درصورت‌ سود و زیان‌ منظور می‌شود. جریانهای‌ نقدی‌ ناشی از فعالیتهای‌ عملیاتی‌ اساساً دربرگیرنده‌ جریانهای‌ ورودی‌ و خروجی‌ نقدی‌ مرتبط‌ با فعالیتهای‌ مزبور است‌
بازده‌ سرمایه‌گذاریها و سود پرداختی‌ بابت‌ تأمین‌ مالی‌: بازده‌ سرمایه‌گذاریها و سود پرداختی‌ بابت‌ تأمین‌ مالی‌ دربرگیرنده‌ دریافتهای‌ حاصل از مالکیت‌ سرمایه‌گذاریها و سود دریافتی‌ از بابت‌ سپرده‌های‌ سرمایه‌گذاری‌ بلندمدت‌ و کوتاه‌مدت‌ بانکی‌ و نیز پرداختهای‌ انجام‌ شده‌ به‌ تأمین‌ کنندگان‌ منابع‌ مالی‌ است‌
مالیات‌ بر درآمد: به موجب‌ این‌ استاندارد، مجموع‌ جریانهای‌ نقدی‌ مرتبط‌ با مالیات‌ بر درآمد تحت‌ سرفصل‌ جداگانه‌ای‌ درصورت‌ جریان‌ وجوه نقد انعکاس‌ می‌یابد
فعالیتهای‌ سرمایه‌گذاری:‌ جریانهای‌ نقدی‌ منظور شده‌ تحت‌ سرفصل‌ ” فعالیتهای‌ سرمایه‌گذاری‌“ مشتمل‌بر جریانهای‌ مرتبط‌ با تحصیل‌ و فروش‌ سرمایه‌گذاریهای‌ کوتاه‌مدت‌، سرمایه‌گذاریهای‌ بلندمدت‌ و داراییهای‌ ثابت‌ مشهود و داراییهای‌ نامشهود و نیز پرداخت‌ و وصول‌ تسهیلات‌ اعطایی‌ به‌ اشخاص‌ مستقل‌ از واحد تجاری‌ بجز کارکنان‌ می‌باشد
فعالیتهای‌ تأمین‌ مالی‌: جریانهای‌ نقدی‌ ناشی از فعالیتهای‌ تأمین‌ مالی‌ شامل‌ دریافتهای‌ نقدی‌ از تأمین‌ کنندگان‌ منابع‌ مالی‌ خارج‌ از واحد تجاری‌ (شامل‌ صاحبان‌ سرمایه‌) و بازپرداخت‌ اصل‌ آن‌ است‌.(استاندارد های حسابداری)
1.7.2.2 تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی یکی از اهداف حسابداری تفسیر اطلاعات مالی و یا در واقع استفاده از صورت‌های مالی به منظور تصمیم‌گیری اشخاص و مراجع مختلف ازجمله سرمایه‌گذاران، بانک‌ها، بستانکاران و سایر علاقه‌مندان است. ضرورت تفسیر صورت‌های مالی به نحوی که نیاز استفاده‌کنندگان مختلف از صورت‌های مالی را برطرف می‌کند منجر به پیدایش و توسعه روش‌ها و فنونی شد که روابط بین ارقام مندرج در صورت‌های مالی را تعیین و امکان مقایسه، تفسیر و توجیه آن‌ها را فراهم کرده است. مجموعه این روش‌ها و فنون که در جریان پیشرفت حسابداری در پاسخ به نیازهای فزاینده اطلاعات مالی ابداع و توسعه یافته است، تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی نامیده می‌شود.
لی پولد معتقد است که استفاده‌کنندگان صورت‌های مالی جهت دستیابی به اهداف زیر اقدام به تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی می‌نمایند.
الف) صاحبان اوراق بهادار جهت ارزیابی ریسک و بازده اوراق بهادار، به پیش‌بینی قدرت مالی برآورد سودهای آینده علاقه‌مند هستند
ب) بستانکاران به شناسایی خطرات ذاتی موجود در بدهی‌ها و پیش‌بینی‌ جریان وجوه آینده اقدام می‌کنند.
ج) صاحبان سرمایه جهت تصمیم‌گیری در مورد نگهداری، فروش و یا خرید سهام شرکت به تجزیه تحلیل صورت‌های مالی متوسل می‌شوند.
2.7.2.2 ابزارهای اصلی تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی عمده‌ترین روش‌های تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شود:
الف) مقایسه و اندازه‌گیری‌های مربوط به اطلاعات مالی برای دو دوره یا بیشتر (تجزیه و تحلیل افقی یا روند)
ب) مقایسه و اندازه‌گیری مربوط به داده‌های مالی دوره جاری (تجزیه و تحلیل عمودی یا درونی)
ج) بررسی با اهداف خاص
د) خطر سنجی
ت) تجزیه و تحلیل سرمایه در گردش
3.7.2.2 نسبت‌های مالی نسبت‌های مالی متداول‌ترین ابزار تجزیه و تحلیل صورت‌های مالی می‌باشند که مورد استفاده تحلیلگران مالی جهت ارزیابی نقاط قوت و ضعف شرکت‌ها قرار می‌گیرند.
جهت به‌کارگیری نسبت‌های مالی می‌توان مقایسه‌های زیر را انجام داد:
1-مقایسه نسبت‌های مالی دوره جاری با نسبت‌های دوره قبل (روند)
2-مقایسه نسبت‌های مالی دوره جاری و دوره‌های قبل با نسبت‌های متوسط صنعت
3-مقایسه نسبت‌های موجود در صورت‌های مالی یک شرکت با یکدیگر (تجزیه و تحلیل درونی)
4-مقایسه نسبت‌های مالی دوره جاری با نسبت‌های بودجه‌ای
نسبت‌های مالی موجود در صورت‌های مالی اساسی، تحت این دو طبقه مورد بررسی قرار می‌گیرد:
صورت‌های مالی سنتی (ترازنامه و سود و زیان) و صورت جریان‌های نقدی
تعریف و بررسی نسبت‌های مالی مبتنی بر صورت‌های مالی سنتی:
نسبت‌های مالی به آن دسته از نسبت‌هایی اطلاق می‌شود که با استفاده از اطلاعات و ارقام موجود در ترازنامه و صورت سود و زیان محاسبه می‌گردد. گروه‌های مختلف استفاده‌کنندگان از این صورت‌ها معمولاً این نسبت‌ها را در چهار گروه اصلی زیر بکار می‌گیرند:
1.3.7.2.2نسبت‌های نقدینگی این گروه از نسبت‌ها شامل نسبت جاری و نسبت آنی می‌باشد و توانایی واحد تجاری را در بازپرداخت بدهی‌های کوتاه مدت ارزیابی می‌نماید.
2.3.7.2.2نسبت‌های فعالیت نسبت‌های فعالیت، کارایی مدیران را در استفاده بهینه از دارایی‌ها (منابع مالی در اختیار) نشان می‌دهد. نسبت گردش موجودی‌ها، نسبت گردش دارایی‌ها و دوره وصول مطالبات نمونه‌ای از نسبت‌های فعالیت‌ می‌باشند.
3.3.7.2.2نسبت‌های اهرمی این نسبت‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند. گروه اول به بخش بدهی‌ها و حقوق صاحبان سهام (مندرج در ترازنامه) مربوط است و مبالغی را که شرکت از طریق وام گرفتن تأمین می‌کند محاسبه می‌نماید که نمونه‌های آن عبارت‌اند از: نسبت بدهی‌های بلندمدت به حقوق صاحبان سهام و نسبت کل بدهی‌ها به کل دارایی‌ها. گروه دوم توان شرکت را در ایجاد سود کافی برای پرداخت‌های شرکت نشان می‌دهد، مانند توان پرداخت بهره.
4.3.7.2.2نسبت‌های سودآوری هدف به‌کارگیری نسبت‌های سودآوری تعیین میزان موفقیت واحد تجاری در کسب سود است. با استفاده از این نسبت‌ها، به بازده سهام شرکت از دیدگاه‌های متفاوت ذیل توجه می‌شود:
سود هر سهم
بازده حاصل از یک ریال فروش
بازده هر ریال از دارایی‌ها (سرمایه‌گذاری‌ها)
بازده حقوق صاحبان سهام
8.2.2 ارتباط میان نسبت‌ها و پیش‌بینی جریان نقد آتی تحلیلگران به منظور پیش‌بینی متغیرهای مالی و همچنین ارزیابی عملکرد نسبی واحدهای تجاری از نسبت‌های مالی استفاده می‌کنند. آن‌ها برای پیش‌بینی ورشکستگی، احتمال بازپرداخت نشدن وام در سررسید و همچنین ارزش سهام، نسبت‌های مالی را به دو دسته نقدینگی و سودآوری تقسیم می‌کنند. بمنظور ارزیابی، درآمد های غیر مترقبه حذف وعملکرد واقعی انعکاس می یابد. در چنین ارزیابی‌هایی، عملکرد سایر شرکت‌ها می‌تواند اطلاعاتی در باب عملکرد یک شرکت مشخص را فراهم کند. اگرچه مطالعات انجام‌شده در مورد جریان‌های نقدی نتایج کاملاً متفاوتی را در بر داشته، لیکن بسیاری از این تحقیقات، باارزش بودن اطلاعات جریان‌های نقدی را تأیید کرده است. نتایج این مطالعات به ویژه در پیش‌بینی ورشکستگی و نابسامانی واحدهای تجاری کاملاً صحیح بوده است.
1.8.2.2 معرفی نسبت‌ها این مطالعه نقطه آغازی در شناسایی و بسط تعدادی از نسبت‌های جریان‌های نقدی و استانداردهای مربوط به این نسبت‌ها است. صورت جریان‌های نقدی، فعل‌وانفعالات نقدی یک واحد تجاری را در پنج بخش فعالیت های عملیاتی، بازده سرمایه گذاریها و سود پرداختی بابت تأمین مالی، مالیات بر درآمد، فعالیت های سرمایه گذاری و سود پرداختی بابت تأمین مالی ارائه می‌کند. بخش مربوط به جریان‌های نقدی ناشی از فعالیت‌های عملیاتی، آثار نقدی معاملات و سایر رویدادهای مرتبط در تعیین سود خالص را به طور خلاصه ارائه می‌کند. فعالیت‌های عملیاتی شامل عملیات اصلی یک واحد تجاری، یعنی تولید و عرضه کالا و خدمات است. این‌گونه فعالیت‌ها دارای بیش‌ترین اهمیت در واحدهای تجاری است و همچنین اولین متغیر مورد توجه در این مطالعه است. این نسبت‌ها به منظور توصیف کیفیت استفاده و به دو دسته کفایت و کارایی تقسیم شده است.
1.1.8.2.2 نسبت‌های کفایت نسبت کفایت جریان‌های‌ نقدی، توانایی یک شرکت در تحصیل وجه‌ نقد کافی برای پرداخت بدهی‌ها، سرمایه‌گذاری‌ مجدد در عملیات و پرداخت سود به صاحبان‌ آن را به‌ طور مستقیم اندازه‌گیری می‌کند. دستیابی به عدد 1 برای این نسبت در طول‌ دوره‌ای چندساله بیانگر توانایی رضایت‌بخش‌ در تأمین نیازهای نقدی اولیه آن است. نسبت‌های پرداخت بدهی‌های بلندمدت، پرداخت‌ سود سهام و سرمایه‌گذاری مجدد، اطلاعات‌ اضافی را در خصوص اهمیت هر یک از اجزای‌ فوق فراهم می‌کند. هنگامی‌که این سه نسبت به‌ درصد تبدیل‌شده و با یکدیگر جمع جبری‌ شوند، درصد وجه نقد ناشی از عملیات را که‌ برای مصارف احتیاطی در دسترس است، نشان خواهند داد. اگرچه یک شرکت می‌تواند از جریان‌های‌ نقدی ناشی از عملیاتی، بازده سرمایه گذاریها، فعالیت‌های سرمایه‌گذاری و تأمین مالی نیز در بازپرداخت بدهی‌ها استفاده‌ کند، امّا جریان‌های نقدی ناشی از فعالیت‌های‌ عملیاتی منبع اصلی تأمین وجه نقد در درازمدت است. نسبت پوشش بدهی‌ها بیانگر دوره بازپرداخت آن‌هاست. این نسبت برآورد می‌کند با توجه به میزان فعلی وجه نقد ناشی‌ از عملیات، چند سال طول خواهد کشید تا همه‌ بدهی‌ها بازپرداخت شود.
نسبت تأثیر استهلاک دارایی‌ها نشان‌دهنده‌ درصد وجه نقد ناشی از فعالیت‌های عملیاتی در نتیجه برگرداندن استهلاک دارایی‌ها است. مقایسه این نسبت با نسبت سرمایه‌گذاری‌ مجدد این امکان را به دست می‌دهد که بتوان‌ کفایت سرمایه‌گذاری مجدد و هزینه‌های‌ نگهداری دارایی‌های یک شرکت را مورد ارزیابی‌ قرارداد. در طول چند سال، نسبت سرمایه‌گذاری‌ مجدد باید بیش از نسبت تأثیر استهلاک‌ دارایی‌ها باشد تا بتوان اطمینان حاصل کرد که‌ جایگزینی دارایی‌ها به اندازه کافی و به میزانی‌ بیش از ارزش جاری آن‌ها انجام پذیرفته است. از این نسبت می‌توان برای ارزیابی کارایی‌ استفاده کرد. یک شرکت هنگامی می‌تواند کاراتر باشد که استهلاک دارایی‌های آن به طور نسبی تأثیر کمتری بر وجه نقد ناشی از عملیات آن داشته باشد.
2.1.8.2.2 نسبت‌های کارایی سرمایه‌گذاران، بستانکاران و دیگرانی که جریان‌های نقدی یک‌ شرکت را بررسی می‌کنند، به صورت حساب‌ سود و زیان و اندازه‌گیری‌های مربوط به سود نیز توجه دارند. نسبت جریان‌های نقدی به‌ فروش، درصد مبلغ فروش تحقق‌یافته‌ به عنوان وجه نقد ناشی از فعالیت‌های عملیاتی‌ را نشان می‌دهد. در طول زمان، این نسبت باید بازده فروش شرکت را برآورد کند. نسبت‌ شاخص عملیات وجه نقد ناشی از فعالیت‌های‌ عملیاتی را با سود حاصل از عملیات مستمر مقایسه می‌کند. این نسبت همچنین قابلیت‌ تحصیل وجه نقد از طریق عملیات مستمر را اندازه‌گیری می‌کند. نسبت بازده جریان‌های‌ نقدی به دارایی‌ها مبنایی برای اندازه‌گیری‌ بازده دارایی‌های به کار گرفته‌شده به منظور مقایسه شرکت‌ها از لحاظ تحصیل وجه نقد (به جای تحصیل سود) از دارایی‌های آن‌ها نسبت‌ به یکدیگر است.
نسبت‌های کفایت و کارایی نمونه‌ای از اطلاعات به دست آمده از صورت جریان‌های‌ نقدی است که در دسترس استفاده‌کنندگان از صورت‌های مالی قرار می‌گیرد. لازم است به این‌ نکته توجه شود که همانند تمامی تجزیه و تحلیل‌ها، نسبت‌های مربوط به یک واحد تجاری‌ در طی یک دوره مالی، اطلاعات محدودی را ارائه می‌کند. نسبت‌های مالی هنگامی سودمندتر خواهند بود که به منظور تعیین میانگین و روند تغییرات، اقدام به محاسبه نسبت‌ها برای‌ یک دوره چندساله شود و سپس نتایج‌ به دست آمده با میانگین صنعت مربوط مقایسه گردد.
9.2.2نسبت‌های مالی مبتنی بر صورت جریان‌های نقدیبه نظر می‌رسد اطلاعات صورت جریان‌های نقدی علیرغم سودمند بودن، کمتر مورد استفاده قرارمی گیرد شاید دلیل این امر جدید بودن تهیه و ارائه صورت جریان‌های وجوه نقد توسط شرکت‌ها و در نتیجه عدم آشنایی کافی استفاده‌کنندگان در به‌کارگیری نسبت‌های این صورت می‌باشد، نظریه تمرکز نیز موید همین مطلب است، یعنی استفاده‌کنندگان همه اطلاعات در دسترس را به اندازه کافی تجزیه و تحلیل نمی‌کنند. لذا اطلاعات موجود در نسبت‌های صورت جریان‌های نقدی را کمتر بکار می‌گیرند. نسبت‌های مالی مبتنی بر صورت جریان‌های نقدی نیز همانند نسبت‌های مالی مبتنی بر صورت‌های مالی سنتی به چهار گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند:
الف) نسبت‌های ارزیابی توانایی پرداخت بدهی
ب) نسبت‌های کیفیت سود
ج) نسبت‌های مخارج سرمایه‌ای
د) نسبت‌های بازده جریان‌های نقدی
الف) نسبت‌های توانایی پرداخت و ایجاد نقدینگی:
این گروه از نسبت‌های موجود در صورت‌ جریان‌های نقدی تقریباً رهنمودی مشابه با گروه نسبت‌های نقدینگی که از صورت‌های مالی سنتی به دست می‌آید، ارایه می‌نماید. همان طوری که نسبت‌های نقدینگی توانایی پرداخت بدهی‌های شرکت را از محل دارایی‌های جاری نشان می‌دهد، نسبت توانایی پرداخت و ایجاد نقدینگی، به ارزیابی موسسه برای ایفای تعهدات و پرداخت سود سهام و بهره کمک می‌نماید. نسبت پوشش نقدی سود سهام و پوشش نقدی بدهی جزء این گروه از نسبت‌های صورت جریان‌های نقدی به شمار می‌رود:
الف -1) نسبت پوشش نقدی هزینه تأمین مالی: این نسبت نشانگر درصد پوشش هزینه‌های نقدی به وسیله وجه نقد حاصل از عملیات است. از طرفی این نسبت به اعتباردهندگان نشان می‌دهد که چند درصد کاهش در جریان وجه نقد خطری را متوجه بازپرداخت تعهدات مربوط به هزینه تأمین مالی موسسه نمی‌کند.
نسبت پوشش نقدی هزینه‌های تأمین مالی =هزینه بهره – وجه نقد حاصل از عملیاتسود سهام ممتازنسبت پوشش سود سهام=سود سهام ممتاز – هزینه بهره – وجه نقد حاصل از عملیاتسود سهام عادی
الف -2) نسبت پوشش نقدی بدهی: این نسبت به نسبت‌های زیر قابل تفکیک است:
نسبت پوشش نقدی حصه جاری بدهی‌های بلندمدت =وجه نقد حاصل از عملیات پس از کسر بهره و سود سهامحصه جاری بدهی‌های بلندمدتنسبت پوشش نقدی بدهی‌های جاری =وجه نقد حاصل از عملیات پس از کسر بهره و سود سهامبدهی‌های جاری
و یا به صورت کلی زیر بکار گرفت:
نسبت پوشش نقدی بدهی‌ها =وجه نقد حاصل از عملیات پس از کسر بهره و سود سهامبدهی‌های جاری +حصه جاری بدهی‌های بلند مدتنسبت‌های فوق نشان‌دهنده قدرت بازپرداخت بدهی جاری موسسه از محل جریان‌های نقدی حاصل از عملیات است. از آنجایی که یکی از معیارهای سنجش توانایی موسسه جهت تداوم فعالیت، توانایی موسسه در بازپرداخت تعهدات می‌باشد لذا از این نسبت‌ها می‌توان جهت ارزیابی توانایی موسسه جهت تداوم فعالیت و توانایی موسسه در بازپرداخت تعهدات استفاده نمود.
ب) نسبت‌های کیفیت سود:
اگر چه بسیاری از سرمایه‌گذاران، سودآوری را به عنوان عاملی تعیین‌کننده در پیش‌بینی توزیع سود سهام ونیز موفقیت وعدم موفقیت واحد تجاری در آینده می‌دانند ولی باید توجه داشت که در گزارش سود واحدهای تجاری، نشان داده نمی‌شود که سود کسب‌شده چگونه بر دارایی‌های موسسه اثر گذاشته است و آیا سود موجب افزایش وجه نقد موسسه نیز شده است؟ یا اینکه شرکت با وسیع‌تر کردن دامنه فروش‌های اعتباری خود، مبادرت به کسب سودهایی کرده که تنها موجب افزایش مطالبات شرکت شده است. اصولاً شرکت‌ها را بر حسب موفقیت در کسب سود و وجه نقد می‌توان به چهار گروه زیر طبقه‌بندی نمود:
کسب وجه نقد کسب سود شرح
ناموفق ناموفق گروه اول
موفق ناموفق گروه دوم
ناموفق موفق گروه سوم
موفق موفق گروه چهارم
به دلیل وجود اختلاف بین سود و جریان دریافت‌ها و پرداخت‌های شرکت است که ارائه صورت گردش وجوه نقد ضرورت می‌یابد و در همین راستا می‌توان از نسبت‌های کیفیت سود استفاده نمود. نسبت‌هایی که در این طبقه از نسبت‌های صورت جریان‌های نقدی قرار می‌گیرند، نسبت کیفیت نقدی سود و نسبت کیفیت نقدی فروش می‌باشد.
1_ب) نسبت کیفیت نقدی سود: از آنجایی که سود حسابداری شامل درآمدها و هزینه‌های تعهدی و همچنین هزینه‌های غیر نقدی مانند استهلاک است، اختلافی اساسی بین سود و وجه نقد حاصل از عملیات وجود دارد که از طریق این نوع نسبت‌ها مقایسه می‌شود.
نسبت کیفیت نقدی سود=وجه نقد حاصل از عملیاتسود قبل از کسر مالیات2_ب) نسبت کیفیت نقدی فروش: همچنان که قبلاً اشاره شد ممکن است مدیران واحدهای تجاری به منظور دست‌کاری سود در جهت مطلوب جلوه دادن واحد تجاری تحت سرپرستی خود و دستیابی به اهداف پاداشی اقدام به وسیع‌تر کردن دامنه فروش‌های اعتباری شرکت نمایند. در این صورت مشتریان رغبت بیشتری به خرید از خود نشان می‌دهند و سود موسسه نیز افزایش می‌یابد بدون آنکه موجب افزایش وجه نقد شود. این عمل می‌تواند حتی موجب کاهش وجه نقد شرکت، به دلیل افزایش خرید کالا و خدمات گردد. جهت بررسی این موضوع می‌توان از نسبت کیفیت نقدی فروش استفاده نمود:
کیفیت نقدی فروش=وجه نقد حاصل از عملیاتفروش
ج) نسبت‌های مخارج سرمایه‌ای:
دارایی‌های سرمایه‌ای که سهم عمده‌ای را در صورت وضعیت مالی مؤسسات به خود اختصاص داده است، منشأ فعالیت تولیدی مؤسسات می‌باشد. بنابراین شرکت‌ها برای اینکه بتوانند به فعالیت‌های خود ادامه دهند، ضروری است وجه نقد لازم را نه تنها جهت ایفای تعهدات خود، بلکه برای تأمین مخارج سرمایه‌ای موسسه فراهم نمایند. لذا تحلیلگران مالی در پی ابزاری هستند تا بتوانند توانایی شرکت‌ها را در زمینه تأمین مالی مخارج سرمایه‌ای موسسه فراهم نمایند.
1_ج) نسبت تحصیل دارایی‌های سرمایه‌ای: بیانیه شماره 95 هیئت تدوین استانداردهای حسابداری مالی، افشای جداگانه مخارج نقدی برای اموال، ماشین‌آلات و تجهیزات و جریان‌های نقدی ورودی حاصل از واگذاری آن‌ها را الزامی می‌داند. در صورت داشتن این اطلاعات، نسبت تحصیل دارایی‌های سرمایه‌ای به صورت زیر محاسبه می‌شود:
نسبت تحصیل دارایی‌های سرمایه‌ای=سود سهام پرداختی – وجه نقد حاصل از عملیاتمصارف وجه نقد برای تحصیل دارایی
2_ج) نسبت سرمایه‌گذاری به تأمین مالی:
نسبت سرمایه‌گذاری به تأمین مالی نشان‌دهنده ارتباط درونی جریان‌های نقدی جهت سرمایه‌گذاری از طریق وجوه حاصل از تأمین مالی می‌باشد که به صورت زیر محاسبه می‌گردد:
نسبت سرمایه‌گذاری به تأمین مالی=خالص جریان‌های نقدی برای سرمایه‌گذاریخالص جریان‌های نقدی حاصل از تأمین مالی

21

10-2-2- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) 24
3-2- نظریه ها و دیدگاهها 26
1-3-2- نظریه ها و دیدگاه های فضایی 27
2-3-2- سازمان فضایی و سطح بندی روستاها 34
4-2- نظریه سرمایه انسانی 36
1-4-2- تعریف و مفهوم سرمایه انسانی 37
2-4-2-سرمایه گذاری در سرمایه انسانی 37
3-4-2- تشکیل سرمایه انسانی از طریق آموزش و پرورش 38
5-2- نظام آموزش و پرورش ایران 39
6-2- مقاطع تحصیلی آموزش و پرورش در ایران 42
1-6-2- دوره ابتدایی 42
2-6-2- دوره راهنمایی تحصیلی (متوسطه اول) 42
3-6-2- دوره متوسطه عمومی 43
4-6-2- دوره پیش دانشگاهی 43
7-2- ضوابط و استانداردهای مربوط به خدمات آموزشی 44
1-7-2- استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان در مدارس ابتدایی و راهنمایی 45
8-2- مدرسه هوشمند 47
1-8-2- پیشینه هوشمندسازی مدارس 48
2-8-2- اهداف ایجاد مدارس هوشمند 49
3-8-2- پیش نیازها جهت اجرای مدارس هوشمند 50
فصل سوم:
مواد و روش ها 1-3 - پیش درآمد 52
2-3- موقعیت، حدود و وسعت منطقه مورد مطالعه 54
3-3- ویژگیهای طبیعی منطقه 55
1-3-3- زمین شناسی و ژئومورفولوژی 55
2-3-3- آب وهوا‌( اقلیم) 56
1-2-3-3- بادهای 120 روزه سیستان 62
3-3-3- منابع آب 62
4-3-3- خاکهای منطقه 64
5-3-3- وضعیت پوشش گیاهی 65
6-3-3- زندگی جانوری 65
4-3- ویژگیهای جغرافیای انسانی 66
1-4-3- بررسی وضعیت جمعیت منطقه 66
2-4-3- ترکیب جنسی جمعیت 68
3-4-3- وضعیت سواد 68
4- 4 – 3- کشاورزی 69
5-4-3- صنایع و معادن 70
6-4-3- فعالیت های عمرانی و خدماتی 71
1-6-4-3 مساکن روستایی 71
2-6-4-3- معابر و شبکه حمل ونقل 72
3-6-4-3- تأمین آب شرب 73
4-6-4-3- برق رسانی 73
5-6-4-3- خدمات بهداشتی و درمانی 73
6-6-4-3- سایر خدمات 74
7-4-3- ویژگی های فرهنگی و اجتماعی 74
8-4-3- جغرافیای تاریخی سیستان 75
9-4-3- آثار تاریخی منطقه 76
5-3- روش تحقیق 79
1-5-3- روشها و مراحل تحقیق 79
2-5-3- جامعه آماری 80
3-5-3-روش و ابزار گرد آوری داده ها 81
4-5-3- شاخص های مورد مطالعه 82
5-5-3- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات 83
فصل چهارم
یافته های تحقیق 1-4- پیش درآمد 85
2-4- یافته های توصیفی و تحلیلی 85
1-2-4- تغییرات مربوط به تعداد جمعیت و خانوار روستاهای مورد مطالعه 88
2-2-4- مراکز آموزشی مقطع ابتدایی 91
1-2-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس ابتدایی در دهستان محمدآباد 92
2-2-2-4- درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 98
3-2-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس ابتدایی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 100
4-2-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 101
5-2-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس ابتدایی دهستان 105
3-2-4- مراکز آموزشی مقطع راهنمایی 108
1-3-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس راهنمایی در دهستان محمدآباد 108
2-3-2-4-درجه بندی مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 116
3-3-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 117
4-3-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 118
5-3-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس راهنمایی دهستان 123
4-2-4- مراکز آموزشی مقطع متوسطه 124
1-4-2-4- پراکندگی و دسترسی به مراکز آموزشی متوسطه در دهستان محمدآباد 126
2-4-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مراکز آموزشی متوسطه دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 133
3-4-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 134
4-4-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس متوسطه دهستان 136
3-4- آزمون فرضیات 137
1-3-4- آزمون فرضیه نخست 138
2-3-4- آزمون فرضیه دوم 139
فصل پنجم
جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات 1-5- جمع بندی 143
2-5- نتیجه گیری 144
3-5- پیشنهادات 147
منابع 152
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه 14
جدول 1-2 -استانداردهای آموزشی و تعداددانش آموزان آنها در مدارس ابتدایی 46
جدول 2-2 -استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان آنها در مدارس راهنمایی 46
جدول 3-2-استانداردها و ضوابط خدمات آموزشی در مناطق روستایی کشور 47
جدول 1-3- مساحت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1391 54
جدول 2-3- وضع جوی منطقه سیستان بر حسب ماه: سال 1389 58
جدول 3-3- ویژگیهای عناصر اقلیمی منطقه سیستان 59
جدول 4-3- آمار تعدادی از عناصر اقلیمی ایستگاه سینوپتیک زابل طی سالهای 90-1380 60
جدول 5-3- تعداد جمعیت و خانوار شهرستان هامون در سالهای 1385 ، 1390 67
جدول 6-3- وسعت و تراکم جمعیت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1390 67
جدول 7-3- تعداد حانوار وجمعیت از نظر جنسیت در شهرستان هامون و دهستان محمدآباد در سال 1385 68
جدول 8-3- تعداد افراد باسواد و بی سواد بر حسب جنس در شهرستان هامون 69
جدول 9-3-طول محور های روستایی آسفالته شهرستان هامون در سال 1390 72
جدول 10-3- مراحل انجام تحقیق 80
جدول 1-4- طرح اتصال مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-1391 88
جدول 2-4- تعداد خانوار و جمعیت روستاهای مورد مطالعه دهستان محمد آباد در سالهای 1385 و 1390 89
جدول 3-4-مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع ابتدایی سال 92-1391 94
جدول 4-4- آمار مدارس ابتدایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان 97
جدول 5-4- وضعیت مدارس ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 از حیث درجه استاندارد آموزشی 98
جدول 6-4- مقایسه فضاهای آموزشی مقطع ابتدایی دهستان ازنظر محوطه و زیربنا با استانداردهای آموزشی درسالتحصیلی 92-91 101
جدول 7-4- توزیع کارکنان مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد از لحاظ جنسیت در سال تحصیلی 92-1391 107
جدول 8-4 مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع راهنمایی در سال تحصیلی 92-1391 112
جدول 9-4- آمار مدارس راهنمایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 115
جدول 10-4- مقایسه فضاهای آموزشی مدارس راهنمایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 121
جدول 11-4- آمار مدارس مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 131
جدول 12-4- مقایسه سرانه فضاهای آموزشی زیر بنا در مدارس متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 (متر مربع) 135
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-2-اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS 25
شکل 2-2- مدل فون تانن 29
شکل 3-2- سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر 30
شکل 4-2 -سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری 32
شکل 5-2- سطح بندی سکونتگاههای روستایی 36
شکل 1-3-نقشه تقسیمات سیاسی استان سیستان و بلوچستان 53
شکل 2-3- منحنی آمبروترمیک منطقه سیستان 57
شکل3-3- نمودار خلاصه پارامترهای محاسباتی دمای هوا در ایستگاه زابل 61
شکل 1-4- نمودار ستونی تعداد آموزشگاههای مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل 2-4- نمودار ستونی تعداد دانش آموزان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل3-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون از لحاظ مدرک تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 87
شکل 4-4- نمودار ستونی جمعیت سالهای 1385 و 1390 روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمدآباد 90
شکل 5-4- نقشه پراکندگی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 93
شکل 6-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 95
شکل 7-4- نمودار ستونی درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 در مقایسه با استانداردهای آموزشی 99
شکل8-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان (آموزشی،اداری و خدماتی) مقطع ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 106
شکل 9-4- نقشه پراکندگی مدارس راهنمایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 110
شکل 10-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی دهستان محمدآباد به مدارس راهنمایی در سال تحصیلی 92-91 113
شکل11-4- نقشه پراکندگی مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 127
شکل 12-4- نمودار ستونی مقایسه جمعیت دانش آموزی مدارس متوسطه دهستان محمدآباد به تفکیک رشته تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 128
شکل13-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 129
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
لفظ آموزش وپرورش در مفهومی وسیع به کلیه فرآیندهایی اطلاق می شود که زندگی فرهنگی را برای انسان تأمین می کند (جرالد ال،1389،11).
آموزش و پرورش فرآیندی زگهواره تا گور است که در هر جامعه ایی وجود داشته و اشکال گوناگونی دارد، از یادگیری براساس تجربه های زندگی تا آموزش و پرورش آموزشگاهی، از اجتماعات صنعتی تا غیر صنعتی، از محیط های روستایی تا شهری، بنابراین آموزش و پرورش یک پدیده اجتماعی است (علاقه بند، 1372، 4) .
آموزش رسمی نهاد مهمی برای انتقال دانش و فرهنگ از نسلی به نسل دیگر و پرورش آن دسته از خصایص آدمی است که به بازده اقتصادی، ثبات اجتماعی و ایجاد دانش های جدید کمک می کند، بخشی از این دانش همان نظری است که جامعه نسبت به خود نظام مدرسه پیدا می کند، برای آنکه یک نهاد نقش مهمی در جامعه ایفا کند لازم است مشروع باشد یعنی مردمی که از آن استفاده می کنند، باید معتقد باشند که این نهاد در خدمت منافع و نیازهای آنان است (کانوی، 1367، 13).
امروزه بسیاری از متفکران و متخصصان تعلیم و تربیت که طرفدار برداشتی نو و دیدی تازه در زمینه اصلاحات آموزشی هستند، بر این باورند که برنامه ریزی اصلاحات به منظور تجدید نظر اساسی در عملکرد گذشته و کنونی نظام های تعلیم و تربیت هر کشور باید در پرتو بررسی پیشینه تاریخی تحولات آموزش و پرورش و تحلیل وضعیت کنونی نظام آموزشی صورت گیرد، زیرا در این صورت می توان با دیدی تازه و جامع عواملی را که موجب رکود فعالیتهای فرهنگی و علمی
و شکل گیری دشواریهای کنونی نظام آموزشی شده است، شناسایی کرد (کانل ، 1373، 694).
اصولاً ساختار نظام آموزش و پرورش در ابعاد دوگانه بررسی می شود که عبارتند از:
1- بعد عمودی نظام که شامل مراحل تحصیلات رسمی با توجه به سن ورود به مدرسه و تعداد سالهای تحصیل در هر مرحله تحصیلی است.
2- بعد افقی نظام آموزش و پرورش که به تقسیمات درونی هر یک از مراحل تحصیلی یا دوره های آموزشی که شامل شاخه ها و رشته های تحصیلی است، اطلاق می شود مانند رشته های نظری و فنی و حرفه ایی در دوره متوسطه (آقازاده، 1388، 23).
مسئولان برنامه های اصلاحی آموزش و پرورش ممالک موفق معتقدند که اصلاح کمی و کیفی آموزش و پرورش باید از مقاطع تحصیلی پایین تر آغاز گردد تا بتوان شرایط تحول برای مقاطع بالاتر را مهیا ساخت، آنان تأکید دارند که بازسازی و اصلاح آموزش و پرورش فرآیندی نیست که بتوان آن را با اقدام ضربتی آن هم از رأس و قلّه ی هرم آموزشی آغاز کرد، بلکه اقدام اصلاحی متناسب و سنجیده باید از قاعده هرم آموزشی یعنی از سطح آموزش قبل از دبستان و آموزش ابتدایی شروع گردد تا بتوان آن را به صورت فرآیندی فراگیر و همه جانبه به سطوح بالای آموزشی (دوره متوسطه و آموزش عالی) هدایت کرد.اما متأسفانه این توصیه کارشناسان در فرهنگ برنامه ریزی کشور ما جایگاه شناخته شده ایی ندارد (همان،1388، 221-220).
با توجه به اینکه در اصل سوم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران به مسئله آموزش و پرورش و تربیت بدنی رایگان برای همه در تمام سطوح تأکید شده است و همچنین سطح بالای آموزش و سواد از ملاک های توسعه انسانی کشورها محسوب می شود لذا دسترسی جوامع روستایی و شهری به خدمات آموزشی و پراکنش مناسب مراکز آموزشی از اهمیت زیادی برخوردار است.
در این پژوهش وضعیت دسترسی دانش آموزان دهستان محمد آباد شهرستان هامون در منطقه سیستان به مراکز آموزشی ابتدایی، راهنمایی و متوسطه با استفاده از روش تحلیل فضایی و نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS مورد بررسی قرار می گیرد.
چارچوب اصلی این پژوهش ابتدا در فصل اول تحت عنوان مقدمه وکلیات تحقیق شامل بیان مسئله، سئوالات تحقیق، فرضیات تحقیق، اهمیت و ضرورت انجام تحقیق، اهداف تحقیق ، پیشینه ی تحقیق (مطالعات داخلی و خارجی) محدوده ی موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق می باشد.
فصل دوم شامل مبانی نظری تحقیق است که در آن پیش در آمد، تعاریف و مفاهیم و دیدگاه ها و نظریه ها ذکر می گردد.
در فصل سوم این پژوهش بعد از پیش در آمد ابتدا کلیات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه در قالب ویژگی های طبیعی و انسانی و سپس به بیان مواد و روش ها، جامعه آماری و روش ها و ابزار گردآوری داده ها و روش تجزیه و تحلیل اطلاعات پرداخته شده است.
فصل چهارم شامل یافته های تحقیق به صورت پیش درآمد و یافته های توصیفی بدست آمده از بررسیهای میدانی در سه مقطع ابتدایی، راهنمایی و متوسطه و آزمون فرضیات می باشد.
و فصل پنجم به جمع بندی ، نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات می پردازد.
2-1- بیان مسئله
انسان موجودی است تغییر پذیر با توانایی های بالقوه نامحدود که این توانایی ها می تواند تحت نظام و برنامه ریزی آموزشی و پرورشی به فعل تبدیل شود و جوامع انسانی را از مواهبی بسیارگران برخوردار نماید، بهبود در نحوه انجام وظیفه، امکان استفاده بیشتر از منابع محدود داخلی، کاهش هزینه ها و سرانجام تحقق هر چه بهتر هدف های سازمانی آنگاه میسر است که قابلیتها و مهارتهای منابع انسانی براثر آموزش و بهسازی تقویت شوند تا بتوانند نقش و سهم خود را در تلاشهای توسعه ایفا کنند (میر سپاسی، 1372، 297).
در قرن اخیر گرایش شدید به آموزش و پرورش رسمی، گسترش قابل ملاحظه مراکز آموزشی را سبب گردید و برداشت جامعه را درباره ی رسالت و مسئولیت مدرسه به کلی دگرگون کرد (معیری، 1381، 23).
مربیان، مدیران و معلمان بر کارکرد مدرسه در جهت تنویر افکار تأکید می کنند، اینها مدعی اند که آموزش رسمی جز مهمی از فرآیند مادام العمر آموزش و پرورش است که نه تنها شناخت پدیده های مهم بلکه خود فرآیند یادگیری را نیز به جوانان می آموزد، کار فرمایان، مدرسه را وسیله ایی برای فراهم آوردن مهارتها و آماده ساختن جوانان برای کارکردهای اقتصادی در جامعه ای که مرتباً تکنولوژی پیچیده تر می شود، می دانند (کانوی. 1367، 13).
امروزه گروه عظیمی از مردم کشور ما نیز تحصیل و در نتیجه پیشرفت را یکی از نیازهای اساسی خود می دانند. اکنون تعداد زیادی از انسان ها بایستی از حداقل دانش روز برخوردار باشند که این حداقل از مجموع چندین برابر حداکثر چند قرن گذشته بسیار بزرگتر و بیشتر و دارای کیفیتی کاملاً متفاوت است. لازم به یادآوری است، هر چه بر تعداد جمعیت دانش آموزی افزوده می شود از کیفیت تدریس و برنامه های آموزش و پرورش کاسته می شود، از طرف دیگر بدلیل عدم توجه به خصوصیات فردی فراگیران، تعدادی از آنها درس و مدرسه را رها کرده و جزء افراد کم سواد در می آیند، لذا باید متناسب با افزایش تعداد دانش آموزان توجه به آموزش متناسب، صورت گیرد. از نقطه نظر هزینه و مخارج این حقیقت مسلمی است که بایستی هر ساله مبلغ قابل توجهی بر بودجه آموزش و پرورش افزود و اگر دخالت کشورهای استعمارگر در امور سایر کشورها نبود معقول این بود که رقم اول بودجه هر کشور به جای امور نظامی به آموزش و پرورش اختصاص یابد. در جامعه اسلامی ما توجه به آموزش و پرورش منبعث از تأکید دین اسلام و قرآن کریم و سنت و سیره پیامبر و ائمه اطهار است، لذا پرورش نیروی انسانی خلاق و هماهنگ با معنویات حکومت اسلامی رسالتی است که بر دوش دستگاه تعلیم و تربیت قراردارد و تحقق آن ضامن موفقیت سایر سازمانها و نهادهای اجرایی کشور می باشد، به عبارتی دیگر توسعه اقتصادی و اجتماعی یک کشور مرهون توسعه آموزشی و فرهنگی است (عسکری و محسنی نیا، 1373، 48) .
باتوجه به اینکه در بعضی موارد عدم ساماندهی و عدم توزیع مناسب مراکز آموزشی در دهستان محمد آباد مشاهده می شود و در برخی از روستاها کمبود فضای آموزشی وجود دارد و در برخی دیگر از روستاها، فضاهای آموزشی ساخته شده بلا استفاده باقی مانده است و همچنین در بعضی از روستاها وضعیت مدارس از استانداردهای آموزشی فاصله دارد و این موارد باعث افت تحصیلی، ترک تحصیل و بازماندن دانش آموزان از تحصیلات بالاتر می شود لذا تحقیق حاضر تحت عنوان (تحلیل فضایی دسترسی به مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون) صورت گرفته است.
3-1- سئوالات تحقیق
1- آیا پراکنش مراکز آموزشی دهستان محمد آباد از نظر فضایی، متناسب با جمعیت روستایی می باشد؟
2- بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی چه ارتباطی وجود دارد؟
4-1- فرضیات تحقیق
1- آرایش فضایی متناسبی بین پراکندگی مراکز آموزشی با جمعیت روستایی دهستان وجود ندارد.
2- هماهنگی زیادی بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی وجود ندارد.
5-1- اهمیت و ضرورت تحقیق
کارکرد آموزشی در هر سرزمین زیر بنای توسعه اقتصادی - اجتماعی می باشد، جامعه ایی که از نظر سطح سواد و تخصص از موقعیتهای مناسب برخوردار نباشد، امکان ارتقاء کیفی برای جمعیت آن وجود ندارد، بنابراین گسترش خدمات آموزشی در ایجاد زمینه های مناسب برای توسعه اقتصادی - اجتماعی نواحی روستایی لازم است (مطیعی لنگرودی، 1390، 118- 117).
یکی از ابزارهای مهم برنامه ریزی در اختیار داشتن اطلاعات و آمار از وضع موجود می باشد که به برنامه ریز این امکان را می دهد تا با بررسی مسائل و تنگناها و تجزیه و تحلیل داده های آماری امکان تدوین برنامه ایی منطبق با مقتضیات زمان و مکان را فراهم آورد. از میان انواع برنامه ریزیها، برنامه ریزی آموزشی اساسی ترین و بنیادی ترین آنها می باشد، از عناصر مهم در فرآیندهای آموزشی وجود امکانات فیزیکی نظیرساختمان، تأسیسات و تجهیزات مربوطه می باشد که تأمین آن بویژه در کشورهای در حال توسعه بدلیل محدودیت منابع مالی تنگناهایی را در امر آموزش ایجاد می نماید، در کشور ما توجه به این امر مستلزم مکان گزینی مناسب فضاهای آموزشی است تا از این طریق ضمن بهره برداری کامل از فضا و امکانات، بازدهی مطلوب از سرمایه گذاری در این بخش حاصل آید و با توجه به اینکه تحقیق علمی اساسی ترین وسیله برای کنترل، اصلاح، تغییر و توسعه تعلیم و تربیت می باشد، لذا با انجام چنین پژوهش هایی می توان بعضی از مشکلات و نارساییهای موجود در بخش آموزش و پرورش مناطق روستایی را شناسایی کرد و در جهت حل این مشکلات راهکارهایی ارائه نمود.
به عنوان مثال بررسی امکانات موجود آموزش و پرورش در کشور نشان می دهد که این نوع امکانات در روستاهای کشور کمتر از امکانات موجود در شهرها است و این مسئله از زمان های گذشته تا کنون در روند مهاجرت روستاییان به نقاط شهری تأثیر گذار بوده است.
6-1- اهداف تحقیق
1- شناسایی توزیع فضایی مراکز آموزشی موجود در دهستان محمد آباد.
2- تعیین ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود با استانداردهای آموزشی جهت تصمیم گیری برای آینده.
7-1- پیشینه تحقیق
بطور طبیعی هر پژوهشی در تداوم پژوهش های پیشین به انجام می رسد، هم از دوباره کاریها در آن اجتناب می شود و هم از داده های تحقیقات پیشین برخوردار می گردد، ارتقا دانش نیز به همین تداوم وابسته است. (ساروخانی، 1385، 146).
بررسیهای بعمل آمده نشان می دهد که در زمینه تحلیل فضایی و مکانی دسترسی به مراکز آموزشی پژوهش هایی انجام گرفته است که نمونه هایی از مطالعات داخلی و خارجی عبارتند از:
1-7-1- مطالعات داخلی
- ناصری وجی واد (1384) تحلیل توزیع مکانی مراکز آموزشی با استفاده ازGISرا انجام دادند، نتیجه اینکه: کاربریهای عمومی در بسیاری از شهرها قادر به ارائه خدمات مطلوب به شهروندان نمی باشند، دستیابی به چنین هدفی منوط به شناخت معیارها و ضوابطی است که در مکان یابی مراکز خدماتی مورد استفاده قرار می گیرد، براین اساس اهم مشخصه ها: سازگاری، مطلوبیت و ظرفیت است که هر یک در زیر مجموعه خود به ضوابط کمی منتهی می شود و بدین لحاظ سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS مورد استفاده قرار گرفته و با استفاده از توابع تحلیل مکانی و براساس ترکیب عوامل و لایه های اطلاعاتی وضعیت موجود استقرار مدارس به لحاظ تناسب یا عدم تناسب با سایر کاربریهای شهر مورد استفاده قرار می گیرد.
- احد نژاد روشتی و همکاران (1391) در تحلیل پراکنش فضایی مراکز آموزشی منطقه 8 تبریز اعلام کردند که در این تحقیق با استفاده از روش های تحلیل نزدیک ترین همسایه و شاخص موران و با توجه به نتایج بدست آمده از مدل های ارزیابی چند معیاری و تحلیل سلسله مراتبی و ترسیم نقشه GIS مشخص شده است که بیشترین پراکنش های فضایی آموزشی در قسمت جنوب و جنوب غربی این منطقه قرار دارد و الگوی منظمی ندارد.
- غفاری گیلانی و همکاران (1390) در مطالعه مکان گزینی مدارس راهنمایی شهر آستارا به این نتیجه رسیدند که استفاده توام قواعد چند معیاری و قابلیت های GIS در انتخاب مسیر مناسب در روند ساماندهی مراکز آموزشی مؤثر است.
- محمدی و همکاران (1391) در مطالعه مکان یابی مدارس راهنمایی شهر کازرون به این نتیجه رسیدند که در شهر کازرون کمبود مدارس راهنمایی و توزیع ناعادلانه آنها به شدت احساس می شود و با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS و مدل همپوشانی شاخص ها بهترین مکان ها برای احداث مدارس راهنمایی پیشنهاد شده و اولویت بندی نیز صورت گرفته است.
- فرج زاده اصل و رستمی (1383) توزیع مراکز آموزشی در سطح شهرک معلم کرمانشاه را با استفاده از GIS برای مدارس ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان به تفکیک پسرانه و دخترانه ارائه کردند، نتایج نشان می دهد شهرک معلم کرمانشاه با کمبود فضای آموزشی مواجه است و نیازمند مکان های جدید برای احداث مدارس است.
- معصومی و فرج زاده در سال 1385 تحلیل فضایی کتابخانه های عمومی منطقه 12 تهران را با استفاده از GIS انجام دادند، نتیجه اینکه: با وجود کم بودن جمعیت منطقه 12 تهران نسبت به سایر مناطق، ولی تعدادکتابخانه ها از فراوانی بیشتری برخوردار است و کتابخانه های موجود، توزیع فضایی مناسبی ندارند و دسترسی به کتابخانه ها نیز در وضعیت مطلوبی قرار ندارد.
- نسترن (1382) در پژوهشی تعادل فضایی و پراکندگی نماگرهای آموزشی در مناطق شهری اصفهان را تبیین کرده و ضمن به تصویر کشیدن عدم تعادل در توزیع فضایی شاخص های آموزشی شهر اصفهان، راهکارهای دستیابی به وضع مطلوب و توزیع بهینه شاخص ها و زمینه های مناسب محرومیت زدایی را مورد بحث قرار داده است.
- اکبری (1390) در تحلیل فضایی و برنامه ریزی نارسائی های مراکز خدمات شهری یاسوج به این نتیجه رسید که شهر یاسوج به تناسب شدت گیری توسعه ی کالبدی و افزایش جمعیت از نظر ارائه خدمات شهری دچار نارسایی است و نتیجه این نوع توسعه کالبدی شتاب انحراف از استاندارد شاخص های خدماتی بوده است.
- کریمیان بستانی (1390) روند توزیع مراکز آموزشی در شهر زاهدان با تأکید بر عدالت اجتماعی را طی سال های 88-1380 بررسی نمود، نتایج تحقیق نشان می دهد: توزیع کنونی مراکز آموزشی در شهر زاهدان نه تنها در مناطق سه گانه متفاوت است بلکه طی سال های 88-1380 از روند نابرابری تبعیت نموده است، رشد ناموزون شهر نشینی در شهر زاهدان زمینه ساز نابرابری اجتماعی بویژه در امکانات آموزشی در بین شهروندان بوده است. همچنین، روند توزیع امکانات آموزشی به سوی عدم تعادل و تمرکزگرایی در منطقه2 است زیرا ضریب جینی در سال مبدأ محاسبه 985% و در سال مقصد 978% می باشد که حاکی از بیشتر شدن شکاف برخورداری از خدمات آموزشی بین مناطق شهری زاهدان است و با این روند شهر به سوی عدم تعادل پیش می رود و در نهایت دستیابی به مقدمات عدالت اجتماعی و توسعه پایدار در این شهر مشکل خواهد بود.
2-7-1- مطالعات خارجی
Moller (1998) مکان یابی مراکز آموزشی را در شهر کپنهاک دانمارک تحلیل کرده است. وی در این تحقیق الگویی برای مکان یابی فضاهای آموزشی ارائه کرده که بر مبنای محدوده بندی ثبت نامی فضاها با توجه به مسیرهای انتخابی صورت گرفته است.
Kucerova and kucera ( 2012 ) در تحقیقی با عنوان تغییرات در توزیع فضایی مدارس ابتدایی و اثر آنها بر جوامع روستایی به این نتیجه رسیدند که مدارس روستایی سازمان هایی فرهنگی، اجتماعی و آموزشی کاملی می باشند که از بسیاری از جهات با مدارس شهری متفاوت می باشند، نزدیکی و دسترسی به آنها اثرات فراوانی بر عملکردهای جوامع روستایی و زندگی روستاییان دارد، در نتیجه تغییر کلی جامعه، بهبود در حمل و نقل و کاهش جمعیت در مناطق خارج از شهر، تعداد مدارس ابتدایی همراه با متراکم شدن آنها در مناطق پرجمعیت تر کاهش می یابد. تأثیر نزدیکی مدارس بر زندگی روزانه در جوامع روستایی در مناطق خارج از شهر در مقایسه با وضعیت شهرهایی که در طی دوره مشاهده به صورت دموکراتیک اداره شدند تغییراتی نشان نداد.
Wang and Luo ( 2005) ارزیابی عوامل فضایی و غیر فضایی برای دسترسی به خدمات بهداشتی و سطح بهداشت را انجام دادند، نتیجه آنکه اوضاع نامساعد اجتماعی، اقتصادی، آموزشی و موانع فرهنگی مثل کمبود مدرسه در مناطقی که از لحاظ دسترسی به خدمات بهداشتی و درمانی ضعیف هستند می تواند موثر باشد.
در مطالعه سازمان یونسکو (1996)، سطح بندی حوزه نفوذ هر یک از مدارس در نقاط شهری براساس فاصله و زمان انجام شده است، در این پژوهش، مناطق کمبود و مازاد مدارس با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی تعیین و با تحلیل های شبکه مسیرهای بهینه برای دسترسی به فضاهای آموزشی مشخص شده است.
Gordon and Monastiriotis ( 2006 ) در تحقیقی با عنوان (آموزش، مکان ، آموزش: تحلیلی فضایی از نتایج آزمون مدارس راهنمایی انگلیسی) به این نتیجه رسیدند که رابطه بین جغرافیا و مدرسه ارتباطی دو جانبه می باشد، از یک طرف گمان می رود که نرخ رتبه های بالای امتحانی در سطح منطقه ایی مرتبط با ترکیب عالی و مناسب مسکونی، اجتماعی و همچنین مرتبط با عملکرد اقتصادی قوی تر می باشد، از طرف دیگر، ترکیب جمعیت منطقه ایی، فشارهای بازار کار و سیاستهای آموزشی منطقه ایی هم بر نرخ موفقیت مدرسه و هم بر شرایطی که تحت آن مدارس عمل می کنند تاثیر می گذارد.
Oakes (2006) در پروژه - ریسرچای تحت عنوان ( استراتژی های فرهنگی و توسعه: مفاهیمی برای مناطق روستایی چین) به این نتیجه رسید که استراتژی توسعه فرهنگی و آموزشی در روستاهای چین نشانه ی توسعه اقتصادی است.
Muleya (2006) طی تحقیقی که در مناطق روستایی زامبیا انجام داده است، مشکلات سکونتگاههای روستای را در مسائلی از قبیل دسترسی به مراکز و تسهیلات آموزشی، بهداشتی، مقاومت ساختمانها، حمل و نقل و زیست محیطی یافته است، در این راستا فرآیند برنامه ریزی را از دو بعد کاربری اراضی و برنامه ریزیهای اقتصادی، اجتماعی و آموزشی دانسته است.
8-1- محدوده موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق
آموزش و سواد، دو مقوله اساسی در توسعه فرهنگی و زمینه ساز دستیابی به توسعه پایدار انسانی به شمار می روند، سواد و آموزش بالاتر زمینه دستیابی به شغل بهتر، شرایط بهتر زندگی و انسانی تر کردن زندگی را فراهم می سازد و اجتماعی معقول تر و فضای متعادل را فراهم می آورد. نابسامانی در توزیع مناسب مراکز آموزشی و فقدان یک منطقه بندی مناسب در توزیع امکانات آموزشی و فاصله از استانداردهای آموزشی باعث دوری سکونتگاهها از عدالت اجتماعی خواهد شد، بر این اساس این تحقیق در صدد شناسایی توزیع مراکز آموزشی و بررسی ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی با استاندارد های آموزشی در روستاهای دهستان محمد آباد شهرستان هامون می باشد. در بررسی موضوع این پژوهش بعد از تصویب طرح پیشنهادی در خرداد ماه 1392، عملیات بررسی منابع مکتوب و جمع آوری داده ها و اطلاعات مرتبط با موضوع از همان خردادماه شروع شد و پس از تدوین کلیات تحقیق و مبانی نظری موضوع تحقیق در قالب فصول 1 و 2 از شهریورماه هم مطالعات میدانی و حضور در روستاها برای جمع آوری اطلاعات مربوط به شاخص های تحقیق و توزیع فضایی مراکز آموزشی انجام گرفته است. مکان های مورد مطالعه عبارتند از کلیه مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون به تفکیک مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه که اسامی روستاهای دارنده این مراکز در جدول شماره 1-1 ذکر شده است.
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه
ابتدایی
تمبکا، فیروزه ای، باغک، کیخا، دهکول، بهرام آباد، دهمیر، دک دهمرده، ابراهیم آباد، عباسیه، حمزه آباد، ذوالفقاری، شهرک بزرگ، چهارخمی، گزموم، پل اسبی، ده رضا، کوشه سفلی، کوشه علیا، سدکی، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، دیوانه و محمد آباد
راهنمایی فیروزه ای، کیخا، بهرام آباد، ابراهیم آباد، ذوالفقاری، شهرک، کوشه سفلی، سدکی، شهریاری، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، چهار خمی و محمدآباد
متوسطه سدکی، توتی، دولت آباد، تمبکا و محمد آباد
فصل دوم
مبانی نظری تحقیق

1-2- پیش درآمد
در راستای تبیین و ارائه چارچوب نظری تحقیق، این فصل به دو بخش جداگانه تقسیم شده است بخش اول تعاریف و مفاهیم: در این بخش محقق بر آن است تا به تعریف مهمترین واژه ها و مفاهیم مرتبط با موضوع از جمله فضا، فضای جغرافیایی، تحلیل فضایی، دسترسی، روستا، جامعه روستایی، دهستان، توزیع فضایی، آموزش و پرورش و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) بپردازد.
و بخش دوم دیدگاهها و نظریه ها: در این بخش سعی بر آن است تا به تحلیل دیدگاهها و نظریه های ارائه شده در راستای موضوع تحقیق پرداخته شود.
2-2 تعاریف و مفاهیم
1-2-2- فضا
فضا یکی از پیچیده ترین واژه های علمی است که در بین علوم مختلف با برداشتهای متفاوتی مصطلح بوده و در قلمرو هر علم تعریف خاصی از آن ارائه شده است. مفهوم فضا درابعاد وسیع و جامع خود، تجلی گاه رابطه میان تمام فعالیتهای انسانی است. واژه نامه نوین جغرافیایی فضا را پهنه ای از سرزمین تلقی می کند که در صحنه آن نظام های جریانی و فعالیتی، صورت بندیهای خاص خود را خلق می کنند. تعریف دیگر فضا عبارت است از گستره ی پیوسته ایی که در آن اشیاء و پدیده ها قرار گرفته و حرکت می کنند (آسایش و مشیری، 1389، 70) .
برخی از نویسندگان مانند اولمن فضا را مترادف با واژه ی موقعیت یعنی جایی که رابطه ی بین مکان ها را ممکن می سازد تعریف کرده است (رضوانی، 1391، 87).
2-2-2- فضای جغرافیایی
در جغرافیا، مفهوم فضا، به صورت علمی تقریباً از دهه ی 1950، با پروژه - ریسرچفرد کورت شیفر در مورد استثناگرایی در جغرافیا وارد ادبیات جغرافیایی شد. در جغرافیا، مفهوم فضا به دو صورت بکار گرفته می شود:
1- فضای مطلق که دارای کیفیت عینی، واقعی، مشخص و طبیعی می باشد.
2- فضای نسبی که بطور مداوم در اثر نیازهای اجتماعی، اقتصادی و شرایط تکنولوژیک در وسعت و فرم تغییر می یابد (شکویی، 1386، 286).
فضای جغرافیایی، فضایی است که مکان آن در زمین قابل تعیین است و از مجموعه ایی از مناسبات ترکیب پذیرفته و متحول می شود. فضای جغرافیایی فضایی است که مرحله ایی از دگرگونی را پشت سر نهاده و وجه مرئی آن را چشم انداز تشکیل می دهد، در جغرافیا، فضای جغرافیایی شامل فرآیندهای طبیعی تغییر یافته بوسیله انسان، شرایط اجتماعی تولید و تقسیم اجتماعی کار در یک مجموعه نظام یافته می باشد. بطور کلی فضای جغرافیایی ، تجلی گاه رابطه تمام فعالیتهای انسانی و مبین سطوح توسعه یافتگی جوامع می باشد (آسایش و مشیری، 1389، 71 -70).
3-2-2- تحلیل فضایی
روشی است برای تحلیل و تفسیر پدیده ها و نقاط که در مکان ها و فضاها پراکنده اند. یکی از ابزارهای تحلیل فضایی سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است.
جغرافیای انسانی را می توان به عنوان نوعی هندسه یعنی دانش فضایی به شمار آورد، فضایی که در آن نقاط، ساکنان و واقعیتهای جغرافیایی پراکنده شده اند و با چنین برداشتی می توان به تحلیل فواصل، تصاویر، ثابتها و متغیرها پرداخت، در تحلیل فضایی از داده های آماری استفاده می شود و فرجام کار آن به تمهید الگوهایی می انجامد که در نهایت، در امر سازماندهی یک سرزمین به کار می آیند (دروئو،1371،61).
4-2-2- روش تحلیل فضایی
در روش تحلیل فضایی ارتباط بسیار قوی میان انسان و محیط او برقرار می گردد. این تکنیک و روش های متداول آن به محققان کمک می نمایند، تا عناصر فضایی تشکیل دهنده محیط را شناسایی نموده و ضمن برقراری ارتباط متقابل میان عناصر، تحلیل جامعی از محیط به عمل آورند. مهمترین بعد فضایی، استفاده از رویکرد مطالعه انسان و پدیده های فیزیکی محاط بر آن است. با این روش، می توان به مکان رخداد پدیده ها آگاهی پیدا کرده و به چرایی این رویداد پاسخ داده شود: تحلیل فضایی در حقیقت مجموعه ایی از ابزارها، فنون و روش شناسی است که از طریق علم اطلاعات جغرافیایی انجام می پذیرد. در این تحلیل مجموعه ای فضایی از رفتار انسان مورد توجه قرار گفته، و امکان مطالعه در توزیع فضایی، الگوها و فرآیندهای مرتبط با پدیده های اجتماعی، اقتصادی، جمعیتی و جغرافیایی مهیا می گردد. مهمترین ابزارهایی که در تحلیل فضایی به کار گرفته می شوند، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، سیستم های تعیین موقعیت جهانی، سنجش از دور و آمار فضایی است (ذاکری، 1383، 93).
5-2-2- دسترسی
وجود یک تعریف قابل قبول برای دسترسی مشکل است زیرا دسترسی توسط برخی عوامل تحت تأثیر قرار می گیرد. دسترسی به مفهوم کاهش فاصله مکانی بین محل زندگی و تمرکز تسهیلات و خدمات و محل کار است، یعنی افراد متقاضی در کوتاهترین فاصله مکانی- زمانی (فضایی) به تسهیلات عمومی دسترسی داشته باشند که این امر به طور طبیعی مسأله عدالت اجتماعی و فضایی را در سطح مناطق مختلف برقرار می سازد. بطور کلی دسترسی به عنوان آزادی یا توانایی مردم برای برآوردن نیازهای اساسی به خاطر حفظ کیفیت زندگی تعریف شده است (رهنما و ذبیحی، 1390، 7).
در تحلیل سهولت دسترسی، عامل زمان- فاصله در دسترسی به خدمات تعیین می شود و برنامه ریزان و جغرافیدانان می توانند ضعف یا فقدان یا گسترش خدمات را در توسعه ی روستایی در یابند، همچنین ظرفیت سرمایه گذاری در بخش های ویژه برای افزایش سهولت دسترسی خانواده های روستایی و کاهش شکاف در عرضه ی خدمات بین خرده نواحی داخل ناحیه بخوبی مشخص می گردد (شکویی، 1373، 325).
6-2-2- روستا و جامعه روستایی
عدد جمعیت، نوع معیشت، وجود شهرداری، ساخت اجتماعی و اقتصادی از شاخص هایی هستند که می توانند مبنای تعریف روستا محسوب گردند. و در بعضی از منابع در تعریف روستا آمده است، روستا به جایی گفته می شود که شغل اکثریت مردم کشاورزی است در تعریف دیگر که امروزه ملاک تمایز شهر از روستا در ایران محسوب می شود وجود شهرداری است و براین اساس به سکونتگاههایی که شهرداری نداشته باشند روستا اطلاق می شود (وثوقی، 1369، 11).
در سال 2002، ویلیام وکاتچین، بیان کرده اند که نباید روستا را به سادگی در قالب دسته ایی از امور قابل مشاهده و توصیفی تعریف کرد. تعریف روستا باید شامل یک کلیت، محلی بودن و فعال بودن باشد که نشان دهنده ی ترکیب منحصر به فردی از نمایش جهانی است. تعاریف روستا بر پایه ویژگی محلی و مکانی قرار دارد که اثر آن در ساختارهای اصلی در سطح محلی از قبیل نمایش اجتماعی وجود دارد(Williams and Cutchin, 2002, 112-113).
جامعه روستایی به گروهی از انسان ها اطلاق می شود که دارای نحوه زندگی مشابه، زبان، آداب و رسوم و مقتضیات اجتماعی مشترکند. شیوه زندگی افراد در جامعه روستایی، عموما غیر رسمی است و چنین جوامعی دارای آداب و رسوم قوی و پایداری هستند (اشرفی، 1388، 115).
7-2-2- دهستان
دهستان از به هم پیوستن چند روستا، مکان و مزرعه ی همجوار در یک محدوده ی جغرافیایی معین تشکیل می شود که از لحاظ محیط طبیعی و انسانی همگن بوده و امکان خدمات رسانی و برنامه ریزی در سیستم و شبکه واحدی را فراهم می نماید. حداقل جمعیت دهستان با در نظر گرفتن وضع پراکندگی و اقلیمی کشور به سه درجه ی تراکمی زیاد (8000 نفر)، متوسط (6000 نفر) و کم (4000 نفر) تقسیم می گردد. مرکز دهستان، روستایی از همان دهستان است که مناسبترین مرکز خدمات روستایی آن محدود ه باشد (با در نظر گیری موقعیت یک نقطه از همان مجموعه با رعایت سهولت دسترسی و میزان جمعیت). برای ایجاد سهولت در خدمات رسانی و دسترسی، ارگان های ذیربط موظف اند نسبت به جذب تدریجی مزارع و مکان ها و روستاهای کوچک و همجوار که چندان آباد نیستند، در مراکز دهستانها و یا روستاهای بزرگ اقدام نمایند. در تعیین محدوده ی دهستان شاخص های اوضاع طبیعی منطقه از جمله حوضه آبخیز، پستی و بلندی و آب و هوا باید رعایت گردد (رهنمائی، 1369، 50-49).
دهستان قسمتی از تقسیمات کشوری است که معمولاً از چند روستا یا ده تشکیل می شود و خود قسمتی از یک بخش است و دهستان بوسیله ی دهدار اداره می گردد (جعفری، 1363، 61).
8-2-2- توزیع فضایی (پراکندگی)
چگونگی قرارگیری عناصر، پدیده ها ، نقاط و مکان ها بر روی سطح زمین، پراکندگی یا توزیع فضایی نامیده می شود. پراکندگی جغرافیایی از ارکان مهم و عمده ی مطالعات جغرافیایی بوده، به فهم و ادراک و بررسی خصوصیات موقعیت های جغرافیایی کمک می کند. به طور معمول جغرافیدانان از نقشه ها برای نشان دادن توزیع جغرافیایی پدیده ها در روی سطح زمین یا قسمتی از آن استفاده می کنند. جغرافیا، پدیده ها و فرآیندهایی را که به شکل همسان بر سطح زمین پراکنده نشده اند، مطالعه می کند. شرایط خاص مکان ها به شکل شگفت آوری بر پراکندگی مردم بر سطح زمین تأثیر می گذارد.پراکندگی انسان ها بر فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی هم اثر گذاشته است. علت پیدایش جغرافیا این است که ویژگی های محیط کره زمین و مردمی که درآن زندگی می کنند، از جایی به جای دیگر تفاوت دارد. بنابراین جغرافیا بر گونه گونی سطح زمین تأکید می ورزد و به مطالعه پراکندگی عواملی می پردازد که سبب تمایز یک قطعه زمین، از قطعه دیگری می شوند. درک پراکندگی عوامل جغرافیایی در روی سطح زمین، پیش نیاز درک کره زمین و انسان های ساکن آن است، زیرا این پراکندگی شرایط متفاوتی را ایجاد می کند که بر حیات در مکان های خاص تأثیر می گذارند. جوهر یک عامل جغرافیایی ایجاب می کند که آن عامل به صورت بی قاعده ایی روی سطح زمین، توزیع شده باشد ، به طرقی که سبب تمایز سطح زمین شود. یک مفهوم بنیادی از جغرافیا این است که برای دریافت پدیده ها و فرآیندها در هر مکان، به این تفاوتها یک ویژگی بارز ببخشد. این امر که برخی از مکان ها نسبت به مکان های دیگر برای مقاصد خاصی، بهتر است، برای مردمی که روی زمین زندگی می کنند، اهمیت خاصی دارد. به طور معمول توزیع فضایی دارای سه ویژگی است:
الف- تراکم نسبی: شامل تعداد پدیده ها و عناصر مورد مطالعه، تقسیم بر مساحت منطقه مورد مطالعه است.
ب- تفرق: بر خلاف تمرکز، شاخصی است که مقدار پخش یک پدیده و میزان پراکندگی یا تمرکز آن را در یک منطقه یا مکان نشان می دهد.
ج- بافت: طرز قرارگیری هندسی عناصر و پدیده ها را در فضا، بافت گویند که از جمله آنها می توان بافت خطی، بافت متمرکز و بافت متفرق را نام برد (پور احمد، 1388، 103-101).
عوارض طبیعی و پدیده های انسانی بطور یکسان و یکنواخت در نواحی جغرافیایی دیده نمی شوند بلکه پراکندگی آنها از نظر نوع و شکل به صورت نامساوی انجام می گیرد بطوری که در بعضی نواحی وجود پاره ایی از عوامل طبیعی و انسانی در سطوح گسترده تر و در بعضی دیگر به صورت محدودتر ظاهر می شوند. گاهی نیز ناحیه ایی فاقد یک یا چند پدیده ی طبیعی و انسانی است، علل پیدایش، ظهور، تکوین و همچنین عدم وجود آنها در مقیاسهای ناحیه ایی مورد مطالعه ی جغرافیا است (شکویی، 1364، 44).
9-2-2- آموزش و پرورش
برای واژه آموزش و پرورش تعاریف زیادی در منابع مختلف ذکر شده است اما در ذیل 3 مورد از این تعاریف ذکر شده است:
جان دیویی: آموزش و پرورش دوباره ساختن یا سازمان دادن تجربه است، به منظور اینکه معنای تجربه گسترش پیدا کند و برای هدایت و کنترل تجربیات بعدی، فرد را بهتر قادر سازد.
ژان ژاک روسو: آموزش و پرورش هنر یا فنی است که به صورت راهنمایی یا حمایت نیروهای طبیعی و استعدادهای فراگیر (متربی) و با رعایت قوانین رشد طبیعی و با همکاری خود او برای زیستن تحقق می پذیرد.
امیر حسین آریان پور: آموزش و پرورش عبارت است از فرآیند هدایت و جهت دهی عمدی تجارب انسانی.
10-2-2- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
تمامی علومی که به نحوی با GIS در اتباط هستند ، نظیر جغرافیا،برنامه ریزی شهری، عمران، کشاورزی، جنگلداری، محیط زیست، زمین شناسی و... هر کدام تعاریفی ازGISدارند، اما در اینجا چند تعریف از نظر علوم جغرافیایی ذکر شده است:
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستمی است برای جمع آوری، ذخیره سازی، کنترل، ادغام، پردازش، تحلیل و نمایش داده هایی که مرجع آنها زمین می باشد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک فناوری اطلاعاتی است که داده های فضایی و غیر فضایی را ذخیره، تحلیل و نمایش می دهد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک سیستم مدیریت پایگاه اطلاعات برای وارد کردن، ذخیره، بازیافت، تحلیل و نمایش اطلاعات فضایی (بعد مکانی) می باشد. آنچه از همه ی این تعریف استنباط می شود این است که GIS اولاً یک سیستم است که شامل اجزای منسجمی است که برای هدف خاصی تنظیم شده اند. ثانیاً نیاز به داده ها دارد که این داده ها فضایی و غیر فضایی هستند و می توانند نگهداری و بازیابی شوند.ثالثاً قدرت تحلیل دارد و می تواند بین داده های فضایی و غیر فضایی ارتباط منطقی برقرار کند(آسایش ومشیری،1389،277).
اهداف یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GISعبارتند از:1- گسترش بهره وری در به کارگیری نقشه ها و اطلاعات جغرافیایی2- بهبود مدیریت اطلاعات جغرافیایی3- ایجاد شیوه های راهبردی برتر در استفاده از اطلاعات جغرافیایی به منظور تقویت فرآیند تصمیم گیری(همان،1389،288).
امکانات سیستم اطلاعات جغرافیایی عبارتند از:1- انجام عملیات فضایی: بوسیله این سیستم امکان تحلیل همگانی و فضایی عوارض و روابط میان آنها براساس مختصات جغرافیایی وجود دارد2- ارتباط و پیوند بین انواع اطلاعات: در این سیستم، امکان ذخیره انواع اطلاعات و انواع نقشه های شماتیک به شکل فایلهای رایانه ایی وجود دارد. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی می تواند پنج عمل اصلی زیر را بر روی داده های مکانی و غیر مکانی انجام دهد: دریافت، ذخیره، پردازش، تحلیل و خروجی.

مهمترین استفاده و کاربردGISربط داده های کمّی و کیفی به مکان و فهم رابطه های موجود بین مکان ها است. اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی برGISمانند سه رأس یک مثلث هستند که با نبود هر یک از آنها مثلث پایگاه اطلاعاتی ناقص خواهد شد. این اجزا که در شکل 1-2 دیده می شوند عبارتند از موقعیت مطلق، موقعیت نسبی و ویژگیها(همان،1389،279).
شکل 1-2- اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS

منظور از موقعیت مطلق مختصات جغرافیایی x و yاست، و منظور از موقعیت نسبی، موقعیت توپولوژیک عارضه است یعنی موقعیت عارضه مورد نظر نسبت به سایر عوارض مجاور و منظور از ویژگیها چیستی آن عارضه است. این اطلاعات، معمولاً به صورت نقشه های مختلفی که نشانگر شرایط توپوگرافی، منابع آب، نوع خاک، جنگل، مراتع، اقلیم، زمین شناسی، جمعیت، املاک، تقسیمات کشوری و پدیده های زیر بنایی می باشد و به وسیله قابلیتهای انطباق و ترکیب اطلاعات فضایی و غیر فضایی GIS ارائه می گردد. این سیستم ابزار ایده آلی برای تجزیه و تحلیل داده های جغرافیایی، محیطی و فضایی و پیوند آنها با اطلاعات اجتماعی و اقتصادی محسوب می شود (همان،1389،280).
3-2- نظریه ها و دیدگاهها
نظریه (تئوری) در لغت به معنای اندیشیدن و تحقیق آمده است که از تئوریای یونانی گرفته شده است. با گسترش علوم، مفهوم این واژه نیز توسعه یافته و به اندیشیدن و تحقیق درباره ی هر مسئله ایی اطلاق شده است (توسلی، 1373، 204).
نظریه، مجموعه ایی از گفتارهایی است که بر مبنای قواعد منطبق با یکدیگر در ارتباط باشد و مبین بخشی از واقعیت گردد. در این تعریف، تأکید بر چند نکته زیر موضوع بحث را روشن می سازد:الف- نوع خاصی از گفتارها به عنوان عنصر اساسی نظریه ب- ارتباط میان این گفتارها بر مبنای قواعد منطبق (قیاس) ج- تبیین واقعیت (از راه قیاس) به عنوان هدف د- تطبیق نظریه با واقعیت (شکویی، 1364، 89).
البته شکی نیست که هر نظریه ایی در پی کشف حقیقت و قراردادن آن در حیطه عمل و تجربه است تا بتوان صحت و سقم آن را مشخص کرد، چرا که نظر و عمل مکمل یکدیگر هستند، هر چند برخی تعاریف بر نظری یا عملی بودن صرف آن تأکید می نماید (پاپلی یزدی و ابراهیمی، 1381، 12).
دیدگاه را می توان بر مبنای تفکرات افراد یا گروهها طبقه بندی کرد. گروه های ذینفع، طبقات اجتماعی، پیروان فرهنگ ها و خرده فرهنگها، هر یک از دیدگاه خاصی تبعیت می کنند. افتراق در ادراکات، اعتقادات و نگرشها، در شکل گیری دیدگاهها، نقش عمده ایی دارند. از آن میان در مفهوم دیدگاه ، دو عامل بیش از همه مهم به نظر می رسد:1- طبقات اجتماعی2- فرهنگها (شکویی، 1386، 122).
1-3-2- نظریه ها و دیدگاه های فضایی
دیدگاههای فضایی یکی از مهمترین مباحثی است که از نیمه دوم قرن بیستم به صورت گسترده ایی در مطالعات جغرافیایی رواج یافته است. از دهه 1950، جغرافیا به عنوان علم فضایی ، ابتدا در دانشگاه واشنگتن واقع در سیاتل آمریکا مورد توجه قرار می گیرد . این مکتب جغرافیایی می گوید : ابعاد فضایی سطح سیاره زمین موضوع مهم در علم جغرافیا است و در جهت تحلیل آن، به آمارها، نظریه ها، کامپیوتر، ساخت مدلهای جغرافیایی و ریاضی، نظریه مکان مرکزی، نظریه های اقتصادی، روش های کمی و بلاخره به تحلیل سیستمی نیازمندیم. در تحلیل فضایی، الگوهای سکونتگاهی، تدوین نظام فضایی در میزان جمعیت به وسعت مکان شهرها ، شهرکها و روستاها، محلات و مراکز ناحیه ای مورد تأکید قرار می گیرد(خانی،1371،100).
فرد کورت شیفر یکی از پیشگامان مهم مکتب تحلیل فضایی می گوید: در جغرافیا، باید تأکید بیشتر روی آرایش و انتظام پدیده ها در یک مکان صورت گیرد و توجه کمتری به خود پدیده ها معمول گردد (همان، 1371، 102).
یکی از نظریه ها و دیدگاههای فضایی مربوط به موضوع این تحقیق پراکندگی فضایی است: از نظر دیویدهاروی ، به تعداد عملکردهای انسانی و فرآیندهای اجتماعی فضاهای نسبی وجود دارد، در دیدگاه علم فضایی، مردم در فضاهای نسبی زندگی می کنند. پراکندگی فضایی، مجموعه ایی از واقعیتهای عینی است. هر یک از این واقعیتهای عینی، دارای محل استقرار ویژه و یک سطح مشخص می باشد. پراکندگی فضایی واقعیتهای عینی، بد انسان آرایش یافته است که می توان از نظر تراکم، الگویابی و پخش آنها به تحلیل و تدوین قوانین مربوطه پرداخت. در اغلب موارد، در شناخت پراکندگی فضایی، تنها روی یک پدیده ی واحد تأکید می کنند تا در جستجوی قوانین و صورتبندی پراکندگی فضایی پدیده، توفیق یابند. تصمیم گیری، ساز و کار اساسی در همه مسائل جغرافیایی است، در جغرافیا تصمیم گیری تأثیرات خود را در پراکندگی فضایی فعالیتهای انسانی، به صورت نمودی عینی ظاهر می سازد. مثلاً تصمیم گیری در مورد کاربری زمین در مزارع، چهره های مختلف جغرافیایی خلق می کند. از این رو، حاصل تصمیم گیری، بوسیله ی گروهها، افراد و سازمانهای دولتی، شکل گیری مجدد جغرافیایی است. روشن است که تصمیم گیریهای گروهی، فردی و دولتی، در زمینه محل استقرار فعالیتهای انسانی و یا کاربری زمین، در خلأ فکری صورت نمی گیرد، بلکه هر تصمیم گیری از یک سیاست یا ایدئولوژی و تفکر خاص تأثیر می پذیرد، یعنی در هر تصمیم گیری، همه ی شرایط محیطی، فرهنگی واقتصادی که تصمیم گیرندگان در داخل آن عمل می کنند تأثیر گذار می باشد. پراکندگی پدیده های جغرافیایی یا فعالیتهای اقتصادی، در سراسر سطح زمین و یا در داخل یک ناحیه، تحت شرایطی، شکل گیری الگوها را امکان پذیر می سازد. در سطح زمین، هر الگوی فضایی، غالباً از سه فرم هندسی نقاط (گره ها)، خطوط و حوزه ها و یک سطح جغرافیایی تشکیل می شود و محصول فرآیند فضایی ساختار فضایی است که در آن ، فضا بوسیله فرآیندهای اجتماعی، اقتصادی و طبیعی سازمان می یابد. این سازمان یابی از محل استقرار عناصر و اجزاء داخلی یک پراکندگی فضایی تأثیر می پذیرد. محل استقرار هر جزئی نسبت به هر یک از اجزا دیگر و جایگاه هر جزئی نسبت به همه ی اجزا، با هم و توام سازمان یابی فضایی را شکل می دهند. در واقع، ساختار فضایی، از آرایش و سازمان یابی پدیده ها که نتیجه ی فرآیندهای طبیعی، اجتماعی و اقتصادی است بوجود می آید (شکویی، 1386، 295-289).
نظریه و دیدگاه فضایی دیگری که مرتبط با موضوع این تحقیق می باشد نظریه مکان های مرکزی است نخستین تلاش برای شرح الگوهای مکانی را فون تانن با انتشار کتاب سرزمین منفرد به عنوان یکی از بانیان تئوری مکانی مطرح می سازد. وی فاصله محل زندگی کشاورزان را نسبت به یک بازار مرکزی براساس بهره موقعیتی در یک مدل دوایر متحمدالمرکز تشریح می نماید. شهر بزرگی را تصویر می کند که با دشتی بزرگ با حاصلخیزی یکنواخت، احاطه شده است. این شهر محدوده روستایی خود را از نظر کالا و خدمات تأمین می کند و برای عرضه مازاد تولیدات کشاورزی نواحی روستایی، بازار فراهم می سازد، در مدل فون تانن هزینه های حمل و نقل اهمیت بسیاری دارند. در نتیجه، کالاهای حجیم و سنگین و کالاهایی که هزینه حمل و نقل آنها بالاست در مجاورت شهر تولید می شوند و کالاهای سبک و کم حجم یا با هزینه حمل و نقل پایین در مکان های دورتر تولید می شوند. بدین ترتیب نظامی از دایره هایی هم مرکز، پیرامون شهر مرکزی بوجود می آیند. وی از طریق این مدل به دنبال بدست آوردن مناسب ترین محصول و کاربری زمین در یک ناحیه روستایی و اقتصاد کشاورزی است (شکل 2-2)(جمعه پور، 1385، 119).

شکل 2-2- مدل فون تانن
در عین حال اصطلاح مکان مرکزی با نام والتر کریستالر و کار پیشگامانه او با عنوان مکانهای مرکزی جنوب آلمان پیوند دارد. مرکزیت عبارت است از نقشی که یک مکان در رابطه با نقاط دیگر بر عهده دارد. مفاهیم کلیدی نظریه مکان مرکزی، دامنه کالا و ارزش آستانه هستند که به طور ضمنی به سلسله مراتب زیستگاهها و مرکزیت یک مکان ویژه دلالت می کنند. دامنه کالا در واقع مسافتی است که مردم برای تأمین خدمات و کالاهای معینی حاضر به طی آن می شوند. حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه کالا و خدمات خاص، ارزش آستانه را تشکیل می دهد. براساس مدل کریستالر سکونتگاهها را می توان در سطح ملی به مکانهای مرکزی رده بالاتر، رده پایین تر، پایین ترین رده و مکان های مرکزی معین طبقه بندی کرد. مرکزیت یک مکان براساس جایگاهی که در طبقه بندی به دست می آورد منعکس می شود (شکل 3-2)(همان،1385،121).

شکل 3-2 - سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر
مدل اصلی کریستالر متکی بر اصل بازاریابی است. نتیجه کاربرد این اصل پدید آمدن روابط متقابل سلسله مراتبی بین مکان های مرکزی است. توزیع مکان های مرکزی در فضای ناحیه ایی به گونه ای است که هر مکان در مرتبه خاص خود کالاها و خدمات مراکز فرودست خود را عرضه می کند. در این سلسله مراتب بازاری میدان برد کالا با سطح سلسله مراتب مکان مرکز و امکانات و قدرت خرید خریداران و شکل و ماهیت خدمات و تولید در رابطه است کریستالر معتقد بود که سلسله مراتب مرکزی می تواند براساس هر یک از اصول زیر ایجاد شود:
الف) اصل بازاریابی یا عرضه:در این حالت برای هر مرکز فرعی حداکثر حق انتخاب مراکز اصلی وجود دارد. در این نوع سلسله مراتب هر مکان مرکزی یک سوم هر شش مرکز فرعی تابعه خود به اضافه خود مرکز اصلی را زیر نفوذ دارد که معادل 3 مرکز می شود، کریستالر این مقدار را ارزشK می نامد که معادل شمارکل سکونتگاه های سطح معینی است که توسط یک مکان مرکزی متعلق به سطح بالاتر، خدمت داده می شود.
ب) اصل ترابری: در سلسله مراتبی که براساس این اصل شکل می گیرد، فاصله بین مراکز اصلی و فرعی به حداقل می رسد. در این حالت مراکز تا حد بیشتری در مسیر ترافیک بین مراکز اصلی قرار می گیرند. از آنجا که مراکز فرعی در مسیر بین مراکز اصلی واقع شده اند، وابستگی دوگانه دارند، بنابراین مطابق اصل ترابری ارزشKچهار است، یعنی هر مرکز اصلی نصف 6 مرکز فرعی به اضافه خود را زیر پوشش می گیرد.
ج) اصل اداری:اگر سکونتگاه ها مطابق این اصل استقرار یافته باشند هر مرکز، کنترل کامل 6 مرکز فرعی خود را بر عهده می گیرد و وابستگی تقسیم شده مراکز فرعی وجود ندارد، در نتیجه در این حالت ارزش K مساوی V خواهد بود یعنی 6 مرکز زیر نفوذ به اضافه خود مرکز اصلی است. (شکل 4-2)

شکل 4-2 - سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری
کریستالر معتقد است که الگوی استقرار براساس اصل بازاریابی بیشترین کارآیی را برای مصرف کنندگان روستایی و توزیع فرآورده های روستایی دارد، در حالی که الگوی ترابری کاراترین الگوی استقرار برای عرضه کنندگان شهری و الگوی اداری کاراترین الگو برای بوروکراتهای شهری است. این سه نوع نظم غیر قابل جمع نیستند و مناطق بزرگ می توانند ترکیبی از چند شکل فضایی را با هم داشته باشند. از میان همه مدل های تعیین استقرار فضایی، نظریه مکان مرکزی احتمالاً از همه پخته تر و مشهورتر است. اهمیت این نظریه درباره استقرار محل های سکونت، بسیار است، اما از آنجا که تنها با بخش خدمات سروکار دارد، تبیینی که ارائه می دهد جزئی است و کل ساختار فضایی را تبیین نمی کند. نظریه مکان مرکزی الگوی کاملی از سلسله مراتب سکونتگاهی در سطح نواحی را عرضه می دارد.مهمترین انتقاد وارد بر الگوی مکان مرکزی کریستالر این است که از ناحیه، برداشتی ذهنی و آرمانی بدون توجه به تفاوتهای طبیعی نواحی و رفتارهای انسانی کرده است.(همان،1385 ،123-119).
علاوه بر کریستالر، معروف ترین مدل ها در رابطه با ساختار سازمانی سکونتگاههای روستایی و سلسله مراتب مکان مرکزی، مدل لوش و گالپین است. تجزیه و تحلیل لوش مبتنی بر شبکه روستاهای کشاورزی است که در یک دشت زراعی به شکل مثلث پراکنده شده اند. گالپین و پیروانش مکان های مرکزی را از دیدگاه روستایی تجزیه و تحلیل کردند و از این راه سلسله مراتب عملکردی را به صورت تجربی به دست آوردند. به طور کلی تمامی نظریه های مکان مرکزی بر چهار اصل استوارند:1- یکسانی چشم انداز فرهنگی و فیزیکی2- نواحی واحد نامحدود3- قابلیت دسترسی یکسان مکان های مرکزی در تمام جهات 4- رفتار منطقی مصرف کننده. البته چنین شرایطی در سیستم های فضایی واقعی وجود ندارد و مهمترین انتقادی که بر این الگوها وارد شده است، نیز برهمین اصول است (همان، 1385، 124).
به این ترتیب در یک منطقه باید نظامی از آبادیهای مرکزی در مقیاس ها و اندازه های مختلف براساس بعد و کشش عرصه ی خدماتی و نوع فعالیتهای مستقر در آنها وجود داشته باشد. مقایسه ی اصول تئوری های مرکزیت مکانی و به ویژه تئوری کریستالر، با کیفیت خاص پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران به عنوان نقطه ی شروع، می تواند زمینه ایی برای شکل گیری تئوریهای مربوط به توضیح چگونگی پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران باشد (معصومی اشکوری، 1385، 98).
مکانهای مرکزی، مراکزی کانونی هستند که در آنها کالاها (بویژه کالاهای خدماتی و کشاورزی) و خدمات گوناگون (مانند آموزش وخدمات بهداشتی - درمانی) برای برآوردن نیازهای سکونتگاههای کوچک تر پیرامونی ارائه می شود. بنابراین می توان سکونتگاههای روستایی را براساس کارکردهای خدماتی آنها رده بندی کرد و با توجه به جایگاه هر یک از روستاها در ارائه خدمات و کالاها، آنها را در سطح معینی جای داده، به سطح بندی خدماتی سکونتگاهها پرداخت (سعیدی، 1390، 119).
2-3-2- سازمان فضایی و سطح بندی روستاها
در برنامه ریزی توسعه مناطق روستایی تعیین درست مراکز روستایی و مکان های توزیع خدمات اهمیت بسیاری دارد. ایجاد سازمان فضایی مناسب و ساخت مکانی مطلوب اهداف اصلی برنامه های توسعه مناطق روستایی را تشکیل می دهد. منظور از سازمان فضایی ساختار سلسله مراتبی سکونتگاهها، شبکه های ارتباطی که آنها را به هم وصل می کند و جریانهای برقرار بین آنها است. منظور از ساخت فضایی نیز ترکیب این عوامل یا ترتیب مکانها، شبکه یا خطوط پیوند و روابط یا کارکردهاست. سازمان فضایی مناسب، دارای ساخت سلسله مراتبی است که هر مرتبه براساس جایگاهی که اشغال کرده کارکردهای خود را در سیستم ایفا می کند (جمعه پور،1385 ،181).


الگوی روابط متقابل بین سکونتگاهها در صورتی که شرایط اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و سیاسی یکسانی برای همه آنها تصور شود، می تواند براساس این دو اصل تفسیر شود:1- اصولا مردم برای دستیابی به خدمات یا رفع نیازهای خود براساس قانون کمترین تلاش، مسیرهایی را انتخاب می کنند که با پیمودن حداقل فاصله حداکثر نیازهای خود را برآورده سازند.2- مردم مستقر در سطح پایین تر مکان های مرکزی همیشه برای رفع نیازهای خود به سوی سطح بالاتر سکونتگاهها حرکت می کنند. البته به شرط اینکه سکونتگاه بالاتر جاذبه کافی برای جذب مردم سکونتگاه پایین تر را از نظر ارائه کارکردهای مختلف داشته باشد. این دو شرط تعیین کننده چهارچوب جریان روابط متقابل بین نقاط مختلف در سلسله مراتب سکونتگاهی است (Maurya, 1991,67) .
هر چند ملاحظات اجتماعی، فرهنگی و سیاسی نیز در کنار رفتارهای اقتصادی در انتخاب مکان تأمین نیازهای خدماتی یا برآورده ساختن سایر نیازها توسط مردم اثر می گذارد، اگر به این اصل توجه داشته باشیم که همه روستاهای کوچک و بزرگ از نظر اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و دیگر عوامل نمی توانند تمامی نیازهایشان را با اتکا به خود برطرف نمایند، این مسئله روشن می شود که ارتباط بین سکونتگاهها در زمینه پوشش دادن نیازهای همدیگر به عنوان یک سیستم فضایی واحد اجتناب ناپذیر است. ساماندهی این ارتباط و جریانهای بین سکونتگاههاست که نیاز به برنامه ریزی فضایی را برای نواحی روستایی ایجاد می کند. در انتخاب مراکز روستایی در مراتب مختلف سکونتگاهی برای انتخاب درست مکان های استقرار خدمات و کارکردها به چند نکته باید توجه کرد که این نکات شامل موارد زیر است:1- انتخاب نقاط در هر سطح از سکونتگاهها که صورت گیرد، باید به گونه ایی باشد که مناسب ترین ارتباط سلسله مراتبی را برقرار سازند، بطوری که هر کدام از نقاط به بهترین شکل نقش خود را ایفا کند.2- الگوی ارتباط بین نقاط با در نظر داشتن پیمودن حداقل فاصله دسترسی به خدمات و کارکردهای مختلف تعریف شود.3- انتخاب مراکز توزیع خدمات یا کارکردها در مناطقی که هنوز هیچگونه الگویی از توزیع خدمات بویژه در سطوح پایین سکونتگاهها شکل نگرفته است به مراتب آسان تر از وقتی است که الگوی نامناسب و ناکارآمد شکل گرفته باشد.4-در شرایط مساوی سکونتگاههایی که نقشها و کارکردهای بیشتری بر عهده دارند یا جاذبه کارکردی بیشتری دارند از قابلیت بالاتری برای انتخاب به عنوان مرکز در مقایسه با نقاط هم سطح برخوردارند (Solanki and Dikit, 1991,173).
در سطح بندی روستاها، می توان به منظور خدمات رسانی، روستاهای کوچکتر رابه روستاهای بزرگتر و همجوار خود پیوند داد. (به طور مثال دو یا سه روستای سطح اول به یکی از روستاهای سطح دو، و مجموعه چند روستای سطح یک و دو را به روستایی در سطح سه ارتباط
داد، و بدین ترتیب، پیوند بین روستاهای سطوح پایین تر را با روستاهای سطوح بالاتر ایجاد نمود. در چنین شرایطی، هر گاه مجموعه ایی از روستاهای سطوح یک، دو و سه که از نظر تعداد جمعیت در حد ارزش آستانه (حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه ی کالا و خدمات خاص می باشد) برای ارائه یک نهاد خدماتی باشند، می توان روستای سطح سه را برای استقرار نهاد خدماتی مورد نیاز سایر روستاها انتخاب نمود(شکل5-2) (مطیعی لنگرودی، 1390، 122).

شکل 5-2 - سطح بندی سکونتگاههای روستایی
4-2- نظریه سرمایه انسانی

user8614

7-2- ضوابط و استانداردهای مربوط به خدمات آموزشی 44
1-7-2- استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان در مدارس ابتدایی و راهنمایی 45
8-2- مدرسه هوشمند 47
1-8-2- پیشینه هوشمندسازی مدارس 48
2-8-2- اهداف ایجاد مدارس هوشمند 49
3-8-2- پیش نیازها جهت اجرای مدارس هوشمند 50
فصل سوم:
مواد و روش ها 1-3 - پیش درآمد 52
2-3- موقعیت، حدود و وسعت منطقه مورد مطالعه 54
3-3- ویژگیهای طبیعی منطقه 55
1-3-3- زمین شناسی و ژئومورفولوژی 55
2-3-3- آب وهوا‌( اقلیم) 56
1-2-3-3- بادهای 120 روزه سیستان 62
3-3-3- منابع آب 62
4-3-3- خاکهای منطقه 64
5-3-3- وضعیت پوشش گیاهی 65
6-3-3- زندگی جانوری 65
4-3- ویژگیهای جغرافیای انسانی 66
1-4-3- بررسی وضعیت جمعیت منطقه 66
2-4-3- ترکیب جنسی جمعیت 68
3-4-3- وضعیت سواد 68
4- 4 – 3- کشاورزی 69
5-4-3- صنایع و معادن 70
6-4-3- فعالیت های عمرانی و خدماتی 71
1-6-4-3 مساکن روستایی 71
2-6-4-3- معابر و شبکه حمل ونقل 72
3-6-4-3- تأمین آب شرب 73
4-6-4-3- برق رسانی 73
5-6-4-3- خدمات بهداشتی و درمانی 73
6-6-4-3- سایر خدمات 74
7-4-3- ویژگی های فرهنگی و اجتماعی 74
8-4-3- جغرافیای تاریخی سیستان 75
9-4-3- آثار تاریخی منطقه 76
5-3- روش تحقیق 79
1-5-3- روشها و مراحل تحقیق 79
2-5-3- جامعه آماری 80
3-5-3-روش و ابزار گرد آوری داده ها 81
4-5-3- شاخص های مورد مطالعه 82
5-5-3- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات 83
فصل چهارم
یافته های تحقیق 1-4- پیش درآمد 85
2-4- یافته های توصیفی و تحلیلی 85
1-2-4- تغییرات مربوط به تعداد جمعیت و خانوار روستاهای مورد مطالعه 88
2-2-4- مراکز آموزشی مقطع ابتدایی 91
1-2-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس ابتدایی در دهستان محمدآباد 92
2-2-2-4- درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 98
3-2-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس ابتدایی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 100
4-2-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی مدارس ابتدایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 101
5-2-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس ابتدایی دهستان 105
3-2-4- مراکز آموزشی مقطع راهنمایی 108
1-3-2-4- پراکندگی و دسترسی به مدارس راهنمایی در دهستان محمدآباد 108
2-3-2-4-درجه بندی مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 116
3-3-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مدارس راهنمایی دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 117
4-3-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 118
5-3-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس راهنمایی دهستان 123
4-2-4- مراکز آموزشی مقطع متوسطه 124
1-4-2-4- پراکندگی و دسترسی به مراکز آموزشی متوسطه در دهستان محمدآباد 126
2-4-2-4- تراکم دانش آموز در کلاس های مراکز آموزشی متوسطه دهستان در مقایسه با استانداردهای آموزشی 133
3-4-2-4- وضعیت فضاها و تجهیزات آموزشی در مقایسه با استانداردهای آموزشی 134
4-4-2-4- بررسی وضعیت کادر آموزشی و سایر کارکنان مدارس متوسطه دهستان 136
3-4- آزمون فرضیات 137
1-3-4- آزمون فرضیه نخست 138
2-3-4- آزمون فرضیه دوم 139
فصل پنجم
جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات 1-5- جمع بندی 143
2-5- نتیجه گیری 144
3-5- پیشنهادات 147
منابع 152
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه 14
جدول 1-2 -استانداردهای آموزشی و تعداددانش آموزان آنها در مدارس ابتدایی 46
جدول 2-2 -استانداردهای آموزشی و تعداد دانش آموزان آنها در مدارس راهنمایی 46
جدول 3-2-استانداردها و ضوابط خدمات آموزشی در مناطق روستایی کشور 47
جدول 1-3- مساحت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1391 54
جدول 2-3- وضع جوی منطقه سیستان بر حسب ماه: سال 1389 58
جدول 3-3- ویژگیهای عناصر اقلیمی منطقه سیستان 59
جدول 4-3- آمار تعدادی از عناصر اقلیمی ایستگاه سینوپتیک زابل طی سالهای 90-1380 60
جدول 5-3- تعداد جمعیت و خانوار شهرستان هامون در سالهای 1385 ، 1390 67
جدول 6-3- وسعت و تراکم جمعیت دهستانهای شهرستان هامون در سال 1390 67
جدول 7-3- تعداد حانوار وجمعیت از نظر جنسیت در شهرستان هامون و دهستان محمدآباد در سال 1385 68
جدول 8-3- تعداد افراد باسواد و بی سواد بر حسب جنس در شهرستان هامون 69
جدول 9-3-طول محور های روستایی آسفالته شهرستان هامون در سال 1390 72
جدول 10-3- مراحل انجام تحقیق 80
جدول 1-4- طرح اتصال مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-1391 88
جدول 2-4- تعداد خانوار و جمعیت روستاهای مورد مطالعه دهستان محمد آباد در سالهای 1385 و 1390 89
جدول 3-4-مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع ابتدایی سال 92-1391 94
جدول 4-4- آمار مدارس ابتدایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان 97
جدول 5-4- وضعیت مدارس ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 از حیث درجه استاندارد آموزشی 98
جدول 6-4- مقایسه فضاهای آموزشی مقطع ابتدایی دهستان ازنظر محوطه و زیربنا با استانداردهای آموزشی درسالتحصیلی 92-91 101
جدول 7-4- توزیع کارکنان مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد از لحاظ جنسیت در سال تحصیلی 92-1391 107
جدول 8-4 مقایسه تعداد آموزشگاهها و تعداد دانش آموزان مقطع راهنمایی در سال تحصیلی 92-1391 112
جدول 9-4- آمار مدارس راهنمایی روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 115
جدول 10-4- مقایسه فضاهای آموزشی مدارس راهنمایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 121
جدول 11-4- آمار مدارس مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 131
جدول 12-4- مقایسه سرانه فضاهای آموزشی زیر بنا در مدارس متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-1391 (متر مربع) 135
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-2-اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS 25
شکل 2-2- مدل فون تانن 29
شکل 3-2- سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر 30
شکل 4-2 -سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری 32
شکل 5-2- سطح بندی سکونتگاههای روستایی 36
شکل 1-3-نقشه تقسیمات سیاسی استان سیستان و بلوچستان 53
شکل 2-3- منحنی آمبروترمیک منطقه سیستان 57
شکل3-3- نمودار خلاصه پارامترهای محاسباتی دمای هوا در ایستگاه زابل 61
شکل 1-4- نمودار ستونی تعداد آموزشگاههای مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل 2-4- نمودار ستونی تعداد دانش آموزان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون در سال تحصیلی 92-91 86
شکل3-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان مدیریت آموزش و پرورش شهرستان هامون از لحاظ مدرک تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 87
شکل 4-4- نمودار ستونی جمعیت سالهای 1385 و 1390 روستاهای مورد مطالعه در دهستان محمدآباد 90
شکل 5-4- نقشه پراکندگی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 93
شکل 6-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-1391 95
شکل 7-4- نمودار ستونی درجه بندی مدارس ابتدایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 در مقایسه با استانداردهای آموزشی 99
شکل8-4- نمودار دایره ای درصد کارکنان (آموزشی،اداری و خدماتی) مقطع ابتدایی دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 106
شکل 9-4- نقشه پراکندگی مدارس راهنمایی دهستان محمد آباد در سال تحصیلی 92-91 110
شکل 10-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی دهستان محمدآباد به مدارس راهنمایی در سال تحصیلی 92-91 113
شکل11-4- نقشه پراکندگی مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 127
شکل 12-4- نمودار ستونی مقایسه جمعیت دانش آموزی مدارس متوسطه دهستان محمدآباد به تفکیک رشته تحصیلی در سال تحصیلی 92-91 128
شکل13-4- نقشه دسترسی دانش آموزان روستایی به مراکز آموزشی متوسطه دهستان محمدآباد در سال تحصیلی 92-91 129
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
لفظ آموزش وپرورش در مفهومی وسیع به کلیه فرآیندهایی اطلاق می شود که زندگی فرهنگی را برای انسان تأمین می کند (جرالد ال،1389،11).
آموزش و پرورش فرآیندی زگهواره تا گور است که در هر جامعه ایی وجود داشته و اشکال گوناگونی دارد، از یادگیری براساس تجربه های زندگی تا آموزش و پرورش آموزشگاهی، از اجتماعات صنعتی تا غیر صنعتی، از محیط های روستایی تا شهری، بنابراین آموزش و پرورش یک پدیده اجتماعی است (علاقه بند، 1372، 4) .
آموزش رسمی نهاد مهمی برای انتقال دانش و فرهنگ از نسلی به نسل دیگر و پرورش آن دسته از خصایص آدمی است که به بازده اقتصادی، ثبات اجتماعی و ایجاد دانش های جدید کمک می کند، بخشی از این دانش همان نظری است که جامعه نسبت به خود نظام مدرسه پیدا می کند، برای آنکه یک نهاد نقش مهمی در جامعه ایفا کند لازم است مشروع باشد یعنی مردمی که از آن استفاده می کنند، باید معتقد باشند که این نهاد در خدمت منافع و نیازهای آنان است (کانوی، 1367، 13).
امروزه بسیاری از متفکران و متخصصان تعلیم و تربیت که طرفدار برداشتی نو و دیدی تازه در زمینه اصلاحات آموزشی هستند، بر این باورند که برنامه ریزی اصلاحات به منظور تجدید نظر اساسی در عملکرد گذشته و کنونی نظام های تعلیم و تربیت هر کشور باید در پرتو بررسی پیشینه تاریخی تحولات آموزش و پرورش و تحلیل وضعیت کنونی نظام آموزشی صورت گیرد، زیرا در این صورت می توان با دیدی تازه و جامع عواملی را که موجب رکود فعالیتهای فرهنگی و علمی
و شکل گیری دشواریهای کنونی نظام آموزشی شده است، شناسایی کرد (کانل ، 1373، 694).
اصولاً ساختار نظام آموزش و پرورش در ابعاد دوگانه بررسی می شود که عبارتند از:
1- بعد عمودی نظام که شامل مراحل تحصیلات رسمی با توجه به سن ورود به مدرسه و تعداد سالهای تحصیل در هر مرحله تحصیلی است.
2- بعد افقی نظام آموزش و پرورش که به تقسیمات درونی هر یک از مراحل تحصیلی یا دوره های آموزشی که شامل شاخه ها و رشته های تحصیلی است، اطلاق می شود مانند رشته های نظری و فنی و حرفه ایی در دوره متوسطه (آقازاده، 1388، 23).
مسئولان برنامه های اصلاحی آموزش و پرورش ممالک موفق معتقدند که اصلاح کمی و کیفی آموزش و پرورش باید از مقاطع تحصیلی پایین تر آغاز گردد تا بتوان شرایط تحول برای مقاطع بالاتر را مهیا ساخت، آنان تأکید دارند که بازسازی و اصلاح آموزش و پرورش فرآیندی نیست که بتوان آن را با اقدام ضربتی آن هم از رأس و قلّه ی هرم آموزشی آغاز کرد، بلکه اقدام اصلاحی متناسب و سنجیده باید از قاعده هرم آموزشی یعنی از سطح آموزش قبل از دبستان و آموزش ابتدایی شروع گردد تا بتوان آن را به صورت فرآیندی فراگیر و همه جانبه به سطوح بالای آموزشی (دوره متوسطه و آموزش عالی) هدایت کرد.اما متأسفانه این توصیه کارشناسان در فرهنگ برنامه ریزی کشور ما جایگاه شناخته شده ایی ندارد (همان،1388، 221-220).
با توجه به اینکه در اصل سوم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران به مسئله آموزش و پرورش و تربیت بدنی رایگان برای همه در تمام سطوح تأکید شده است و همچنین سطح بالای آموزش و سواد از ملاک های توسعه انسانی کشورها محسوب می شود لذا دسترسی جوامع روستایی و شهری به خدمات آموزشی و پراکنش مناسب مراکز آموزشی از اهمیت زیادی برخوردار است.
در این پژوهش وضعیت دسترسی دانش آموزان دهستان محمد آباد شهرستان هامون در منطقه سیستان به مراکز آموزشی ابتدایی، راهنمایی و متوسطه با استفاده از روش تحلیل فضایی و نرم افزار سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS مورد بررسی قرار می گیرد.
چارچوب اصلی این پژوهش ابتدا در فصل اول تحت عنوان مقدمه وکلیات تحقیق شامل بیان مسئله، سئوالات تحقیق، فرضیات تحقیق، اهمیت و ضرورت انجام تحقیق، اهداف تحقیق ، پیشینه ی تحقیق (مطالعات داخلی و خارجی) محدوده ی موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق می باشد.
فصل دوم شامل مبانی نظری تحقیق است که در آن پیش در آمد، تعاریف و مفاهیم و دیدگاه ها و نظریه ها ذکر می گردد.
در فصل سوم این پژوهش بعد از پیش در آمد ابتدا کلیات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه در قالب ویژگی های طبیعی و انسانی و سپس به بیان مواد و روش ها، جامعه آماری و روش ها و ابزار گردآوری داده ها و روش تجزیه و تحلیل اطلاعات پرداخته شده است.
فصل چهارم شامل یافته های تحقیق به صورت پیش درآمد و یافته های توصیفی بدست آمده از بررسیهای میدانی در سه مقطع ابتدایی، راهنمایی و متوسطه و آزمون فرضیات می باشد.
و فصل پنجم به جمع بندی ، نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات می پردازد.
2-1- بیان مسئله
انسان موجودی است تغییر پذیر با توانایی های بالقوه نامحدود که این توانایی ها می تواند تحت نظام و برنامه ریزی آموزشی و پرورشی به فعل تبدیل شود و جوامع انسانی را از مواهبی بسیارگران برخوردار نماید، بهبود در نحوه انجام وظیفه، امکان استفاده بیشتر از منابع محدود داخلی، کاهش هزینه ها و سرانجام تحقق هر چه بهتر هدف های سازمانی آنگاه میسر است که قابلیتها و مهارتهای منابع انسانی براثر آموزش و بهسازی تقویت شوند تا بتوانند نقش و سهم خود را در تلاشهای توسعه ایفا کنند (میر سپاسی، 1372، 297).
در قرن اخیر گرایش شدید به آموزش و پرورش رسمی، گسترش قابل ملاحظه مراکز آموزشی را سبب گردید و برداشت جامعه را درباره ی رسالت و مسئولیت مدرسه به کلی دگرگون کرد (معیری، 1381، 23).
مربیان، مدیران و معلمان بر کارکرد مدرسه در جهت تنویر افکار تأکید می کنند، اینها مدعی اند که آموزش رسمی جز مهمی از فرآیند مادام العمر آموزش و پرورش است که نه تنها شناخت پدیده های مهم بلکه خود فرآیند یادگیری را نیز به جوانان می آموزد، کار فرمایان، مدرسه را وسیله ایی برای فراهم آوردن مهارتها و آماده ساختن جوانان برای کارکردهای اقتصادی در جامعه ای که مرتباً تکنولوژی پیچیده تر می شود، می دانند (کانوی. 1367، 13).
امروزه گروه عظیمی از مردم کشور ما نیز تحصیل و در نتیجه پیشرفت را یکی از نیازهای اساسی خود می دانند. اکنون تعداد زیادی از انسان ها بایستی از حداقل دانش روز برخوردار باشند که این حداقل از مجموع چندین برابر حداکثر چند قرن گذشته بسیار بزرگتر و بیشتر و دارای کیفیتی کاملاً متفاوت است. لازم به یادآوری است، هر چه بر تعداد جمعیت دانش آموزی افزوده می شود از کیفیت تدریس و برنامه های آموزش و پرورش کاسته می شود، از طرف دیگر بدلیل عدم توجه به خصوصیات فردی فراگیران، تعدادی از آنها درس و مدرسه را رها کرده و جزء افراد کم سواد در می آیند، لذا باید متناسب با افزایش تعداد دانش آموزان توجه به آموزش متناسب، صورت گیرد. از نقطه نظر هزینه و مخارج این حقیقت مسلمی است که بایستی هر ساله مبلغ قابل توجهی بر بودجه آموزش و پرورش افزود و اگر دخالت کشورهای استعمارگر در امور سایر کشورها نبود معقول این بود که رقم اول بودجه هر کشور به جای امور نظامی به آموزش و پرورش اختصاص یابد. در جامعه اسلامی ما توجه به آموزش و پرورش منبعث از تأکید دین اسلام و قرآن کریم و سنت و سیره پیامبر و ائمه اطهار است، لذا پرورش نیروی انسانی خلاق و هماهنگ با معنویات حکومت اسلامی رسالتی است که بر دوش دستگاه تعلیم و تربیت قراردارد و تحقق آن ضامن موفقیت سایر سازمانها و نهادهای اجرایی کشور می باشد، به عبارتی دیگر توسعه اقتصادی و اجتماعی یک کشور مرهون توسعه آموزشی و فرهنگی است (عسکری و محسنی نیا، 1373، 48) .
باتوجه به اینکه در بعضی موارد عدم ساماندهی و عدم توزیع مناسب مراکز آموزشی در دهستان محمد آباد مشاهده می شود و در برخی از روستاها کمبود فضای آموزشی وجود دارد و در برخی دیگر از روستاها، فضاهای آموزشی ساخته شده بلا استفاده باقی مانده است و همچنین در بعضی از روستاها وضعیت مدارس از استانداردهای آموزشی فاصله دارد و این موارد باعث افت تحصیلی، ترک تحصیل و بازماندن دانش آموزان از تحصیلات بالاتر می شود لذا تحقیق حاضر تحت عنوان (تحلیل فضایی دسترسی به مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون) صورت گرفته است.
3-1- سئوالات تحقیق
1- آیا پراکنش مراکز آموزشی دهستان محمد آباد از نظر فضایی، متناسب با جمعیت روستایی می باشد؟
2- بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی چه ارتباطی وجود دارد؟
4-1- فرضیات تحقیق
1- آرایش فضایی متناسبی بین پراکندگی مراکز آموزشی با جمعیت روستایی دهستان وجود ندارد.
2- هماهنگی زیادی بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود دهستان ازنظرتعداددانش آموز وتجهیزات با استانداردهای آموزشی وجود ندارد.
5-1- اهمیت و ضرورت تحقیق
کارکرد آموزشی در هر سرزمین زیر بنای توسعه اقتصادی - اجتماعی می باشد، جامعه ایی که از نظر سطح سواد و تخصص از موقعیتهای مناسب برخوردار نباشد، امکان ارتقاء کیفی برای جمعیت آن وجود ندارد، بنابراین گسترش خدمات آموزشی در ایجاد زمینه های مناسب برای توسعه اقتصادی - اجتماعی نواحی روستایی لازم است (مطیعی لنگرودی، 1390، 118- 117).
یکی از ابزارهای مهم برنامه ریزی در اختیار داشتن اطلاعات و آمار از وضع موجود می باشد که به برنامه ریز این امکان را می دهد تا با بررسی مسائل و تنگناها و تجزیه و تحلیل داده های آماری امکان تدوین برنامه ایی منطبق با مقتضیات زمان و مکان را فراهم آورد. از میان انواع برنامه ریزیها، برنامه ریزی آموزشی اساسی ترین و بنیادی ترین آنها می باشد، از عناصر مهم در فرآیندهای آموزشی وجود امکانات فیزیکی نظیرساختمان، تأسیسات و تجهیزات مربوطه می باشد که تأمین آن بویژه در کشورهای در حال توسعه بدلیل محدودیت منابع مالی تنگناهایی را در امر آموزش ایجاد می نماید، در کشور ما توجه به این امر مستلزم مکان گزینی مناسب فضاهای آموزشی است تا از این طریق ضمن بهره برداری کامل از فضا و امکانات، بازدهی مطلوب از سرمایه گذاری در این بخش حاصل آید و با توجه به اینکه تحقیق علمی اساسی ترین وسیله برای کنترل، اصلاح، تغییر و توسعه تعلیم و تربیت می باشد، لذا با انجام چنین پژوهش هایی می توان بعضی از مشکلات و نارساییهای موجود در بخش آموزش و پرورش مناطق روستایی را شناسایی کرد و در جهت حل این مشکلات راهکارهایی ارائه نمود.
به عنوان مثال بررسی امکانات موجود آموزش و پرورش در کشور نشان می دهد که این نوع امکانات در روستاهای کشور کمتر از امکانات موجود در شهرها است و این مسئله از زمان های گذشته تا کنون در روند مهاجرت روستاییان به نقاط شهری تأثیر گذار بوده است.
6-1- اهداف تحقیق
1- شناسایی توزیع فضایی مراکز آموزشی موجود در دهستان محمد آباد.
2- تعیین ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی موجود با استانداردهای آموزشی جهت تصمیم گیری برای آینده.
7-1- پیشینه تحقیق
بطور طبیعی هر پژوهشی در تداوم پژوهش های پیشین به انجام می رسد، هم از دوباره کاریها در آن اجتناب می شود و هم از داده های تحقیقات پیشین برخوردار می گردد، ارتقا دانش نیز به همین تداوم وابسته است. (ساروخانی، 1385، 146).
بررسیهای بعمل آمده نشان می دهد که در زمینه تحلیل فضایی و مکانی دسترسی به مراکز آموزشی پژوهش هایی انجام گرفته است که نمونه هایی از مطالعات داخلی و خارجی عبارتند از:
1-7-1- مطالعات داخلی
- ناصری وجی واد (1384) تحلیل توزیع مکانی مراکز آموزشی با استفاده ازGISرا انجام دادند، نتیجه اینکه: کاربریهای عمومی در بسیاری از شهرها قادر به ارائه خدمات مطلوب به شهروندان نمی باشند، دستیابی به چنین هدفی منوط به شناخت معیارها و ضوابطی است که در مکان یابی مراکز خدماتی مورد استفاده قرار می گیرد، براین اساس اهم مشخصه ها: سازگاری، مطلوبیت و ظرفیت است که هر یک در زیر مجموعه خود به ضوابط کمی منتهی می شود و بدین لحاظ سیستم اطلاعات جغرافیایی یا GIS مورد استفاده قرار گرفته و با استفاده از توابع تحلیل مکانی و براساس ترکیب عوامل و لایه های اطلاعاتی وضعیت موجود استقرار مدارس به لحاظ تناسب یا عدم تناسب با سایر کاربریهای شهر مورد استفاده قرار می گیرد.
- احد نژاد روشتی و همکاران (1391) در تحلیل پراکنش فضایی مراکز آموزشی منطقه 8 تبریز اعلام کردند که در این تحقیق با استفاده از روش های تحلیل نزدیک ترین همسایه و شاخص موران و با توجه به نتایج بدست آمده از مدل های ارزیابی چند معیاری و تحلیل سلسله مراتبی و ترسیم نقشه GIS مشخص شده است که بیشترین پراکنش های فضایی آموزشی در قسمت جنوب و جنوب غربی این منطقه قرار دارد و الگوی منظمی ندارد.
- غفاری گیلانی و همکاران (1390) در مطالعه مکان گزینی مدارس راهنمایی شهر آستارا به این نتیجه رسیدند که استفاده توام قواعد چند معیاری و قابلیت های GIS در انتخاب مسیر مناسب در روند ساماندهی مراکز آموزشی مؤثر است.
- محمدی و همکاران (1391) در مطالعه مکان یابی مدارس راهنمایی شهر کازرون به این نتیجه رسیدند که در شهر کازرون کمبود مدارس راهنمایی و توزیع ناعادلانه آنها به شدت احساس می شود و با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی GIS و مدل همپوشانی شاخص ها بهترین مکان ها برای احداث مدارس راهنمایی پیشنهاد شده و اولویت بندی نیز صورت گرفته است.


- فرج زاده اصل و رستمی (1383) توزیع مراکز آموزشی در سطح شهرک معلم کرمانشاه را با استفاده از GIS برای مدارس ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان به تفکیک پسرانه و دخترانه ارائه کردند، نتایج نشان می دهد شهرک معلم کرمانشاه با کمبود فضای آموزشی مواجه است و نیازمند مکان های جدید برای احداث مدارس است.
- معصومی و فرج زاده در سال 1385 تحلیل فضایی کتابخانه های عمومی منطقه 12 تهران را با استفاده از GIS انجام دادند، نتیجه اینکه: با وجود کم بودن جمعیت منطقه 12 تهران نسبت به سایر مناطق، ولی تعدادکتابخانه ها از فراوانی بیشتری برخوردار است و کتابخانه های موجود، توزیع فضایی مناسبی ندارند و دسترسی به کتابخانه ها نیز در وضعیت مطلوبی قرار ندارد.
- نسترن (1382) در پژوهشی تعادل فضایی و پراکندگی نماگرهای آموزشی در مناطق شهری اصفهان را تبیین کرده و ضمن به تصویر کشیدن عدم تعادل در توزیع فضایی شاخص های آموزشی شهر اصفهان، راهکارهای دستیابی به وضع مطلوب و توزیع بهینه شاخص ها و زمینه های مناسب محرومیت زدایی را مورد بحث قرار داده است.
- اکبری (1390) در تحلیل فضایی و برنامه ریزی نارسائی های مراکز خدمات شهری یاسوج به این نتیجه رسید که شهر یاسوج به تناسب شدت گیری توسعه ی کالبدی و افزایش جمعیت از نظر ارائه خدمات شهری دچار نارسایی است و نتیجه این نوع توسعه کالبدی شتاب انحراف از استاندارد شاخص های خدماتی بوده است.
- کریمیان بستانی (1390) روند توزیع مراکز آموزشی در شهر زاهدان با تأکید بر عدالت اجتماعی را طی سال های 88-1380 بررسی نمود، نتایج تحقیق نشان می دهد: توزیع کنونی مراکز آموزشی در شهر زاهدان نه تنها در مناطق سه گانه متفاوت است بلکه طی سال های 88-1380 از روند نابرابری تبعیت نموده است، رشد ناموزون شهر نشینی در شهر زاهدان زمینه ساز نابرابری اجتماعی بویژه در امکانات آموزشی در بین شهروندان بوده است. همچنین، روند توزیع امکانات آموزشی به سوی عدم تعادل و تمرکزگرایی در منطقه2 است زیرا ضریب جینی در سال مبدأ محاسبه 985% و در سال مقصد 978% می باشد که حاکی از بیشتر شدن شکاف برخورداری از خدمات آموزشی بین مناطق شهری زاهدان است و با این روند شهر به سوی عدم تعادل پیش می رود و در نهایت دستیابی به مقدمات عدالت اجتماعی و توسعه پایدار در این شهر مشکل خواهد بود.
2-7-1- مطالعات خارجی
Moller (1998) مکان یابی مراکز آموزشی را در شهر کپنهاک دانمارک تحلیل کرده است. وی در این تحقیق الگویی برای مکان یابی فضاهای آموزشی ارائه کرده که بر مبنای محدوده بندی ثبت نامی فضاها با توجه به مسیرهای انتخابی صورت گرفته است.
Kucerova and kucera ( 2012 ) در تحقیقی با عنوان تغییرات در توزیع فضایی مدارس ابتدایی و اثر آنها بر جوامع روستایی به این نتیجه رسیدند که مدارس روستایی سازمان هایی فرهنگی، اجتماعی و آموزشی کاملی می باشند که از بسیاری از جهات با مدارس شهری متفاوت می باشند، نزدیکی و دسترسی به آنها اثرات فراوانی بر عملکردهای جوامع روستایی و زندگی روستاییان دارد، در نتیجه تغییر کلی جامعه، بهبود در حمل و نقل و کاهش جمعیت در مناطق خارج از شهر، تعداد مدارس ابتدایی همراه با متراکم شدن آنها در مناطق پرجمعیت تر کاهش می یابد. تأثیر نزدیکی مدارس بر زندگی روزانه در جوامع روستایی در مناطق خارج از شهر در مقایسه با وضعیت شهرهایی که در طی دوره مشاهده به صورت دموکراتیک اداره شدند تغییراتی نشان نداد.
Wang and Luo ( 2005) ارزیابی عوامل فضایی و غیر فضایی برای دسترسی به خدمات بهداشتی و سطح بهداشت را انجام دادند، نتیجه آنکه اوضاع نامساعد اجتماعی، اقتصادی، آموزشی و موانع فرهنگی مثل کمبود مدرسه در مناطقی که از لحاظ دسترسی به خدمات بهداشتی و درمانی ضعیف هستند می تواند موثر باشد.
در مطالعه سازمان یونسکو (1996)، سطح بندی حوزه نفوذ هر یک از مدارس در نقاط شهری براساس فاصله و زمان انجام شده است، در این پژوهش، مناطق کمبود و مازاد مدارس با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی تعیین و با تحلیل های شبکه مسیرهای بهینه برای دسترسی به فضاهای آموزشی مشخص شده است.
Gordon and Monastiriotis ( 2006 ) در تحقیقی با عنوان (آموزش، مکان ، آموزش: تحلیلی فضایی از نتایج آزمون مدارس راهنمایی انگلیسی) به این نتیجه رسیدند که رابطه بین جغرافیا و مدرسه ارتباطی دو جانبه می باشد، از یک طرف گمان می رود که نرخ رتبه های بالای امتحانی در سطح منطقه ایی مرتبط با ترکیب عالی و مناسب مسکونی، اجتماعی و همچنین مرتبط با عملکرد اقتصادی قوی تر می باشد، از طرف دیگر، ترکیب جمعیت منطقه ایی، فشارهای بازار کار و سیاستهای آموزشی منطقه ایی هم بر نرخ موفقیت مدرسه و هم بر شرایطی که تحت آن مدارس عمل می کنند تاثیر می گذارد.
Oakes (2006) در پروژه - ریسرچای تحت عنوان ( استراتژی های فرهنگی و توسعه: مفاهیمی برای مناطق روستایی چین) به این نتیجه رسید که استراتژی توسعه فرهنگی و آموزشی در روستاهای چین نشانه ی توسعه اقتصادی است.
Muleya (2006) طی تحقیقی که در مناطق روستایی زامبیا انجام داده است، مشکلات سکونتگاههای روستای را در مسائلی از قبیل دسترسی به مراکز و تسهیلات آموزشی، بهداشتی، مقاومت ساختمانها، حمل و نقل و زیست محیطی یافته است، در این راستا فرآیند برنامه ریزی را از دو بعد کاربری اراضی و برنامه ریزیهای اقتصادی، اجتماعی و آموزشی دانسته است.
8-1- محدوده موضوعی، زمانی و مکانی تحقیق
آموزش و سواد، دو مقوله اساسی در توسعه فرهنگی و زمینه ساز دستیابی به توسعه پایدار انسانی به شمار می روند، سواد و آموزش بالاتر زمینه دستیابی به شغل بهتر، شرایط بهتر زندگی و انسانی تر کردن زندگی را فراهم می سازد و اجتماعی معقول تر و فضای متعادل را فراهم می آورد. نابسامانی در توزیع مناسب مراکز آموزشی و فقدان یک منطقه بندی مناسب در توزیع امکانات آموزشی و فاصله از استانداردهای آموزشی باعث دوری سکونتگاهها از عدالت اجتماعی خواهد شد، بر این اساس این تحقیق در صدد شناسایی توزیع مراکز آموزشی و بررسی ارتباط بین وضعیت فضاهای آموزشی با استاندارد های آموزشی در روستاهای دهستان محمد آباد شهرستان هامون می باشد. در بررسی موضوع این پژوهش بعد از تصویب طرح پیشنهادی در خرداد ماه 1392، عملیات بررسی منابع مکتوب و جمع آوری داده ها و اطلاعات مرتبط با موضوع از همان خردادماه شروع شد و پس از تدوین کلیات تحقیق و مبانی نظری موضوع تحقیق در قالب فصول 1 و 2 از شهریورماه هم مطالعات میدانی و حضور در روستاها برای جمع آوری اطلاعات مربوط به شاخص های تحقیق و توزیع فضایی مراکز آموزشی انجام گرفته است. مکان های مورد مطالعه عبارتند از کلیه مراکز آموزشی دهستان محمد آباد شهرستان هامون به تفکیک مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه که اسامی روستاهای دارنده این مراکز در جدول شماره 1-1 ذکر شده است.
جدول 1-1- مراکز آموزشی مورد مطالعه
ابتدایی
تمبکا، فیروزه ای، باغک، کیخا، دهکول، بهرام آباد، دهمیر، دک دهمرده، ابراهیم آباد، عباسیه، حمزه آباد، ذوالفقاری، شهرک بزرگ، چهارخمی، گزموم، پل اسبی، ده رضا، کوشه سفلی، کوشه علیا، سدکی، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، دیوانه و محمد آباد
راهنمایی فیروزه ای، کیخا، بهرام آباد، ابراهیم آباد، ذوالفقاری، شهرک، کوشه سفلی، سدکی، شهریاری، آخوند غلامی، توتی، دولت آباد، چهار خمی و محمدآباد
متوسطه سدکی، توتی، دولت آباد، تمبکا و محمد آباد
فصل دوم
مبانی نظری تحقیق

1-2- پیش درآمد
در راستای تبیین و ارائه چارچوب نظری تحقیق، این فصل به دو بخش جداگانه تقسیم شده است بخش اول تعاریف و مفاهیم: در این بخش محقق بر آن است تا به تعریف مهمترین واژه ها و مفاهیم مرتبط با موضوع از جمله فضا، فضای جغرافیایی، تحلیل فضایی، دسترسی، روستا، جامعه روستایی، دهستان، توزیع فضایی، آموزش و پرورش و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) بپردازد.
و بخش دوم دیدگاهها و نظریه ها: در این بخش سعی بر آن است تا به تحلیل دیدگاهها و نظریه های ارائه شده در راستای موضوع تحقیق پرداخته شود.
2-2 تعاریف و مفاهیم
1-2-2- فضا
فضا یکی از پیچیده ترین واژه های علمی است که در بین علوم مختلف با برداشتهای متفاوتی مصطلح بوده و در قلمرو هر علم تعریف خاصی از آن ارائه شده است. مفهوم فضا درابعاد وسیع و جامع خود، تجلی گاه رابطه میان تمام فعالیتهای انسانی است. واژه نامه نوین جغرافیایی فضا را پهنه ای از سرزمین تلقی می کند که در صحنه آن نظام های جریانی و فعالیتی، صورت بندیهای خاص خود را خلق می کنند. تعریف دیگر فضا عبارت است از گستره ی پیوسته ایی که در آن اشیاء و پدیده ها قرار گرفته و حرکت می کنند (آسایش و مشیری، 1389، 70) .
برخی از نویسندگان مانند اولمن فضا را مترادف با واژه ی موقعیت یعنی جایی که رابطه ی بین مکان ها را ممکن می سازد تعریف کرده است (رضوانی، 1391، 87).
2-2-2- فضای جغرافیایی
در جغرافیا، مفهوم فضا، به صورت علمی تقریباً از دهه ی 1950، با پروژه - ریسرچفرد کورت شیفر در مورد استثناگرایی در جغرافیا وارد ادبیات جغرافیایی شد. در جغرافیا، مفهوم فضا به دو صورت بکار گرفته می شود:
1- فضای مطلق که دارای کیفیت عینی، واقعی، مشخص و طبیعی می باشد.
2- فضای نسبی که بطور مداوم در اثر نیازهای اجتماعی، اقتصادی و شرایط تکنولوژیک در وسعت و فرم تغییر می یابد (شکویی، 1386، 286).
فضای جغرافیایی، فضایی است که مکان آن در زمین قابل تعیین است و از مجموعه ایی از مناسبات ترکیب پذیرفته و متحول می شود. فضای جغرافیایی فضایی است که مرحله ایی از دگرگونی را پشت سر نهاده و وجه مرئی آن را چشم انداز تشکیل می دهد، در جغرافیا، فضای جغرافیایی شامل فرآیندهای طبیعی تغییر یافته بوسیله انسان، شرایط اجتماعی تولید و تقسیم اجتماعی کار در یک مجموعه نظام یافته می باشد. بطور کلی فضای جغرافیایی ، تجلی گاه رابطه تمام فعالیتهای انسانی و مبین سطوح توسعه یافتگی جوامع می باشد (آسایش و مشیری، 1389، 71 -70).
3-2-2- تحلیل فضایی
روشی است برای تحلیل و تفسیر پدیده ها و نقاط که در مکان ها و فضاها پراکنده اند. یکی از ابزارهای تحلیل فضایی سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) است.
جغرافیای انسانی را می توان به عنوان نوعی هندسه یعنی دانش فضایی به شمار آورد، فضایی که در آن نقاط، ساکنان و واقعیتهای جغرافیایی پراکنده شده اند و با چنین برداشتی می توان به تحلیل فواصل، تصاویر، ثابتها و متغیرها پرداخت، در تحلیل فضایی از داده های آماری استفاده می شود و فرجام کار آن به تمهید الگوهایی می انجامد که در نهایت، در امر سازماندهی یک سرزمین به کار می آیند (دروئو،1371،61).
4-2-2- روش تحلیل فضایی
در روش تحلیل فضایی ارتباط بسیار قوی میان انسان و محیط او برقرار می گردد. این تکنیک و روش های متداول آن به محققان کمک می نمایند، تا عناصر فضایی تشکیل دهنده محیط را شناسایی نموده و ضمن برقراری ارتباط متقابل میان عناصر، تحلیل جامعی از محیط به عمل آورند. مهمترین بعد فضایی، استفاده از رویکرد مطالعه انسان و پدیده های فیزیکی محاط بر آن است. با این روش، می توان به مکان رخداد پدیده ها آگاهی پیدا کرده و به چرایی این رویداد پاسخ داده شود: تحلیل فضایی در حقیقت مجموعه ایی از ابزارها، فنون و روش شناسی است که از طریق علم اطلاعات جغرافیایی انجام می پذیرد. در این تحلیل مجموعه ای فضایی از رفتار انسان مورد توجه قرار گفته، و امکان مطالعه در توزیع فضایی، الگوها و فرآیندهای مرتبط با پدیده های اجتماعی، اقتصادی، جمعیتی و جغرافیایی مهیا می گردد. مهمترین ابزارهایی که در تحلیل فضایی به کار گرفته می شوند، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، سیستم های تعیین موقعیت جهانی، سنجش از دور و آمار فضایی است (ذاکری، 1383، 93).
5-2-2- دسترسی
وجود یک تعریف قابل قبول برای دسترسی مشکل است زیرا دسترسی توسط برخی عوامل تحت تأثیر قرار می گیرد. دسترسی به مفهوم کاهش فاصله مکانی بین محل زندگی و تمرکز تسهیلات و خدمات و محل کار است، یعنی افراد متقاضی در کوتاهترین فاصله مکانی- زمانی (فضایی) به تسهیلات عمومی دسترسی داشته باشند که این امر به طور طبیعی مسأله عدالت اجتماعی و فضایی را در سطح مناطق مختلف برقرار می سازد. بطور کلی دسترسی به عنوان آزادی یا توانایی مردم برای برآوردن نیازهای اساسی به خاطر حفظ کیفیت زندگی تعریف شده است (رهنما و ذبیحی، 1390، 7).
در تحلیل سهولت دسترسی، عامل زمان- فاصله در دسترسی به خدمات تعیین می شود و برنامه ریزان و جغرافیدانان می توانند ضعف یا فقدان یا گسترش خدمات را در توسعه ی روستایی در یابند، همچنین ظرفیت سرمایه گذاری در بخش های ویژه برای افزایش سهولت دسترسی خانواده های روستایی و کاهش شکاف در عرضه ی خدمات بین خرده نواحی داخل ناحیه بخوبی مشخص می گردد (شکویی، 1373، 325).
6-2-2- روستا و جامعه روستایی
عدد جمعیت، نوع معیشت، وجود شهرداری، ساخت اجتماعی و اقتصادی از شاخص هایی هستند که می توانند مبنای تعریف روستا محسوب گردند. و در بعضی از منابع در تعریف روستا آمده است، روستا به جایی گفته می شود که شغل اکثریت مردم کشاورزی است در تعریف دیگر که امروزه ملاک تمایز شهر از روستا در ایران محسوب می شود وجود شهرداری است و براین اساس به سکونتگاههایی که شهرداری نداشته باشند روستا اطلاق می شود (وثوقی، 1369، 11).
در سال 2002، ویلیام وکاتچین، بیان کرده اند که نباید روستا را به سادگی در قالب دسته ایی از امور قابل مشاهده و توصیفی تعریف کرد. تعریف روستا باید شامل یک کلیت، محلی بودن و فعال بودن باشد که نشان دهنده ی ترکیب منحصر به فردی از نمایش جهانی است. تعاریف روستا بر پایه ویژگی محلی و مکانی قرار دارد که اثر آن در ساختارهای اصلی در سطح محلی از قبیل نمایش اجتماعی وجود دارد(Williams and Cutchin, 2002, 112-113).
جامعه روستایی به گروهی از انسان ها اطلاق می شود که دارای نحوه زندگی مشابه، زبان، آداب و رسوم و مقتضیات اجتماعی مشترکند. شیوه زندگی افراد در جامعه روستایی، عموما غیر رسمی است و چنین جوامعی دارای آداب و رسوم قوی و پایداری هستند (اشرفی، 1388، 115).
7-2-2- دهستان
دهستان از به هم پیوستن چند روستا، مکان و مزرعه ی همجوار در یک محدوده ی جغرافیایی معین تشکیل می شود که از لحاظ محیط طبیعی و انسانی همگن بوده و امکان خدمات رسانی و برنامه ریزی در سیستم و شبکه واحدی را فراهم می نماید. حداقل جمعیت دهستان با در نظر گرفتن وضع پراکندگی و اقلیمی کشور به سه درجه ی تراکمی زیاد (8000 نفر)، متوسط (6000 نفر) و کم (4000 نفر) تقسیم می گردد. مرکز دهستان، روستایی از همان دهستان است که مناسبترین مرکز خدمات روستایی آن محدود ه باشد (با در نظر گیری موقعیت یک نقطه از همان مجموعه با رعایت سهولت دسترسی و میزان جمعیت). برای ایجاد سهولت در خدمات رسانی و دسترسی، ارگان های ذیربط موظف اند نسبت به جذب تدریجی مزارع و مکان ها و روستاهای کوچک و همجوار که چندان آباد نیستند، در مراکز دهستانها و یا روستاهای بزرگ اقدام نمایند. در تعیین محدوده ی دهستان شاخص های اوضاع طبیعی منطقه از جمله حوضه آبخیز، پستی و بلندی و آب و هوا باید رعایت گردد (رهنمائی، 1369، 50-49).
دهستان قسمتی از تقسیمات کشوری است که معمولاً از چند روستا یا ده تشکیل می شود و خود قسمتی از یک بخش است و دهستان بوسیله ی دهدار اداره می گردد (جعفری، 1363، 61).
8-2-2- توزیع فضایی (پراکندگی)
چگونگی قرارگیری عناصر، پدیده ها ، نقاط و مکان ها بر روی سطح زمین، پراکندگی یا توزیع فضایی نامیده می شود. پراکندگی جغرافیایی از ارکان مهم و عمده ی مطالعات جغرافیایی بوده، به فهم و ادراک و بررسی خصوصیات موقعیت های جغرافیایی کمک می کند. به طور معمول جغرافیدانان از نقشه ها برای نشان دادن توزیع جغرافیایی پدیده ها در روی سطح زمین یا قسمتی از آن استفاده می کنند. جغرافیا، پدیده ها و فرآیندهایی را که به شکل همسان بر سطح زمین پراکنده نشده اند، مطالعه می کند. شرایط خاص مکان ها به شکل شگفت آوری بر پراکندگی مردم بر سطح زمین تأثیر می گذارد.پراکندگی انسان ها بر فعالیتهای اقتصادی و اجتماعی هم اثر گذاشته است. علت پیدایش جغرافیا این است که ویژگی های محیط کره زمین و مردمی که درآن زندگی می کنند، از جایی به جای دیگر تفاوت دارد. بنابراین جغرافیا بر گونه گونی سطح زمین تأکید می ورزد و به مطالعه پراکندگی عواملی می پردازد که سبب تمایز یک قطعه زمین، از قطعه دیگری می شوند. درک پراکندگی عوامل جغرافیایی در روی سطح زمین، پیش نیاز درک کره زمین و انسان های ساکن آن است، زیرا این پراکندگی شرایط متفاوتی را ایجاد می کند که بر حیات در مکان های خاص تأثیر می گذارند. جوهر یک عامل جغرافیایی ایجاب می کند که آن عامل به صورت بی قاعده ایی روی سطح زمین، توزیع شده باشد ، به طرقی که سبب تمایز سطح زمین شود. یک مفهوم بنیادی از جغرافیا این است که برای دریافت پدیده ها و فرآیندها در هر مکان، به این تفاوتها یک ویژگی بارز ببخشد. این امر که برخی از مکان ها نسبت به مکان های دیگر برای مقاصد خاصی، بهتر است، برای مردمی که روی زمین زندگی می کنند، اهمیت خاصی دارد. به طور معمول توزیع فضایی دارای سه ویژگی است:
الف- تراکم نسبی: شامل تعداد پدیده ها و عناصر مورد مطالعه، تقسیم بر مساحت منطقه مورد مطالعه است.
ب- تفرق: بر خلاف تمرکز، شاخصی است که مقدار پخش یک پدیده و میزان پراکندگی یا تمرکز آن را در یک منطقه یا مکان نشان می دهد.
ج- بافت: طرز قرارگیری هندسی عناصر و پدیده ها را در فضا، بافت گویند که از جمله آنها می توان بافت خطی، بافت متمرکز و بافت متفرق را نام برد (پور احمد، 1388، 103-101).
عوارض طبیعی و پدیده های انسانی بطور یکسان و یکنواخت در نواحی جغرافیایی دیده نمی شوند بلکه پراکندگی آنها از نظر نوع و شکل به صورت نامساوی انجام می گیرد بطوری که در بعضی نواحی وجود پاره ایی از عوامل طبیعی و انسانی در سطوح گسترده تر و در بعضی دیگر به صورت محدودتر ظاهر می شوند. گاهی نیز ناحیه ایی فاقد یک یا چند پدیده ی طبیعی و انسانی است، علل پیدایش، ظهور، تکوین و همچنین عدم وجود آنها در مقیاسهای ناحیه ایی مورد مطالعه ی جغرافیا است (شکویی، 1364، 44).
9-2-2- آموزش و پرورش
برای واژه آموزش و پرورش تعاریف زیادی در منابع مختلف ذکر شده است اما در ذیل 3 مورد از این تعاریف ذکر شده است:
جان دیویی: آموزش و پرورش دوباره ساختن یا سازمان دادن تجربه است، به منظور اینکه معنای تجربه گسترش پیدا کند و برای هدایت و کنترل تجربیات بعدی، فرد را بهتر قادر سازد.
ژان ژاک روسو: آموزش و پرورش هنر یا فنی است که به صورت راهنمایی یا حمایت نیروهای طبیعی و استعدادهای فراگیر (متربی) و با رعایت قوانین رشد طبیعی و با همکاری خود او برای زیستن تحقق می پذیرد.
امیر حسین آریان پور: آموزش و پرورش عبارت است از فرآیند هدایت و جهت دهی عمدی تجارب انسانی.
10-2-2- سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)
تمامی علومی که به نحوی با GIS در اتباط هستند ، نظیر جغرافیا،برنامه ریزی شهری، عمران، کشاورزی، جنگلداری، محیط زیست، زمین شناسی و... هر کدام تعاریفی ازGISدارند، اما در اینجا چند تعریف از نظر علوم جغرافیایی ذکر شده است:
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سیستمی است برای جمع آوری، ذخیره سازی، کنترل، ادغام، پردازش، تحلیل و نمایش داده هایی که مرجع آنها زمین می باشد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک فناوری اطلاعاتی است که داده های فضایی و غیر فضایی را ذخیره، تحلیل و نمایش می دهد. سیستم اطلاعات جغرافیایی، یک سیستم مدیریت پایگاه اطلاعات برای وارد کردن، ذخیره، بازیافت، تحلیل و نمایش اطلاعات فضایی (بعد مکانی) می باشد. آنچه از همه ی این تعریف استنباط می شود این است که GIS اولاً یک سیستم است که شامل اجزای منسجمی است که برای هدف خاصی تنظیم شده اند. ثانیاً نیاز به داده ها دارد که این داده ها فضایی و غیر فضایی هستند و می توانند نگهداری و بازیابی شوند.ثالثاً قدرت تحلیل دارد و می تواند بین داده های فضایی و غیر فضایی ارتباط منطقی برقرار کند(آسایش ومشیری،1389،277).
اهداف یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GISعبارتند از:1- گسترش بهره وری در به کارگیری نقشه ها و اطلاعات جغرافیایی2- بهبود مدیریت اطلاعات جغرافیایی3- ایجاد شیوه های راهبردی برتر در استفاده از اطلاعات جغرافیایی به منظور تقویت فرآیند تصمیم گیری(همان،1389،288).
امکانات سیستم اطلاعات جغرافیایی عبارتند از:1- انجام عملیات فضایی: بوسیله این سیستم امکان تحلیل همگانی و فضایی عوارض و روابط میان آنها براساس مختصات جغرافیایی وجود دارد2- ارتباط و پیوند بین انواع اطلاعات: در این سیستم، امکان ذخیره انواع اطلاعات و انواع نقشه های شماتیک به شکل فایلهای رایانه ایی وجود دارد. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی می تواند پنج عمل اصلی زیر را بر روی داده های مکانی و غیر مکانی انجام دهد: دریافت، ذخیره، پردازش، تحلیل و خروجی.

مهمترین استفاده و کاربردGISربط داده های کمّی و کیفی به مکان و فهم رابطه های موجود بین مکان ها است. اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی برGISمانند سه رأس یک مثلث هستند که با نبود هر یک از آنها مثلث پایگاه اطلاعاتی ناقص خواهد شد. این اجزا که در شکل 1-2 دیده می شوند عبارتند از موقعیت مطلق، موقعیت نسبی و ویژگیها(همان،1389،279).
شکل 1-2- اجزای یک پایگاه اطلاعاتی مبتنی بر GIS

منظور از موقعیت مطلق مختصات جغرافیایی x و yاست، و منظور از موقعیت نسبی، موقعیت توپولوژیک عارضه است یعنی موقعیت عارضه مورد نظر نسبت به سایر عوارض مجاور و منظور از ویژگیها چیستی آن عارضه است. این اطلاعات، معمولاً به صورت نقشه های مختلفی که نشانگر شرایط توپوگرافی، منابع آب، نوع خاک، جنگل، مراتع، اقلیم، زمین شناسی، جمعیت، املاک، تقسیمات کشوری و پدیده های زیر بنایی می باشد و به وسیله قابلیتهای انطباق و ترکیب اطلاعات فضایی و غیر فضایی GIS ارائه می گردد. این سیستم ابزار ایده آلی برای تجزیه و تحلیل داده های جغرافیایی، محیطی و فضایی و پیوند آنها با اطلاعات اجتماعی و اقتصادی محسوب می شود (همان،1389،280).
3-2- نظریه ها و دیدگاهها
نظریه (تئوری) در لغت به معنای اندیشیدن و تحقیق آمده است که از تئوریای یونانی گرفته شده است. با گسترش علوم، مفهوم این واژه نیز توسعه یافته و به اندیشیدن و تحقیق درباره ی هر مسئله ایی اطلاق شده است (توسلی، 1373، 204).
نظریه، مجموعه ایی از گفتارهایی است که بر مبنای قواعد منطبق با یکدیگر در ارتباط باشد و مبین بخشی از واقعیت گردد. در این تعریف، تأکید بر چند نکته زیر موضوع بحث را روشن می سازد:الف- نوع خاصی از گفتارها به عنوان عنصر اساسی نظریه ب- ارتباط میان این گفتارها بر مبنای قواعد منطبق (قیاس) ج- تبیین واقعیت (از راه قیاس) به عنوان هدف د- تطبیق نظریه با واقعیت (شکویی، 1364، 89).
البته شکی نیست که هر نظریه ایی در پی کشف حقیقت و قراردادن آن در حیطه عمل و تجربه است تا بتوان صحت و سقم آن را مشخص کرد، چرا که نظر و عمل مکمل یکدیگر هستند، هر چند برخی تعاریف بر نظری یا عملی بودن صرف آن تأکید می نماید (پاپلی یزدی و ابراهیمی، 1381، 12).
دیدگاه را می توان بر مبنای تفکرات افراد یا گروهها طبقه بندی کرد. گروه های ذینفع، طبقات اجتماعی، پیروان فرهنگ ها و خرده فرهنگها، هر یک از دیدگاه خاصی تبعیت می کنند. افتراق در ادراکات، اعتقادات و نگرشها، در شکل گیری دیدگاهها، نقش عمده ایی دارند. از آن میان در مفهوم دیدگاه ، دو عامل بیش از همه مهم به نظر می رسد:1- طبقات اجتماعی2- فرهنگها (شکویی، 1386، 122).
1-3-2- نظریه ها و دیدگاه های فضایی
دیدگاههای فضایی یکی از مهمترین مباحثی است که از نیمه دوم قرن بیستم به صورت گسترده ایی در مطالعات جغرافیایی رواج یافته است. از دهه 1950، جغرافیا به عنوان علم فضایی ، ابتدا در دانشگاه واشنگتن واقع در سیاتل آمریکا مورد توجه قرار می گیرد . این مکتب جغرافیایی می گوید : ابعاد فضایی سطح سیاره زمین موضوع مهم در علم جغرافیا است و در جهت تحلیل آن، به آمارها، نظریه ها، کامپیوتر، ساخت مدلهای جغرافیایی و ریاضی، نظریه مکان مرکزی، نظریه های اقتصادی، روش های کمی و بلاخره به تحلیل سیستمی نیازمندیم. در تحلیل فضایی، الگوهای سکونتگاهی، تدوین نظام فضایی در میزان جمعیت به وسعت مکان شهرها ، شهرکها و روستاها، محلات و مراکز ناحیه ای مورد تأکید قرار می گیرد(خانی،1371،100).
فرد کورت شیفر یکی از پیشگامان مهم مکتب تحلیل فضایی می گوید: در جغرافیا، باید تأکید بیشتر روی آرایش و انتظام پدیده ها در یک مکان صورت گیرد و توجه کمتری به خود پدیده ها معمول گردد (همان، 1371، 102).
یکی از نظریه ها و دیدگاههای فضایی مربوط به موضوع این تحقیق پراکندگی فضایی است: از نظر دیویدهاروی ، به تعداد عملکردهای انسانی و فرآیندهای اجتماعی فضاهای نسبی وجود دارد، در دیدگاه علم فضایی، مردم در فضاهای نسبی زندگی می کنند. پراکندگی فضایی، مجموعه ایی از واقعیتهای عینی است. هر یک از این واقعیتهای عینی، دارای محل استقرار ویژه و یک سطح مشخص می باشد. پراکندگی فضایی واقعیتهای عینی، بد انسان آرایش یافته است که می توان از نظر تراکم، الگویابی و پخش آنها به تحلیل و تدوین قوانین مربوطه پرداخت. در اغلب موارد، در شناخت پراکندگی فضایی، تنها روی یک پدیده ی واحد تأکید می کنند تا در جستجوی قوانین و صورتبندی پراکندگی فضایی پدیده، توفیق یابند. تصمیم گیری، ساز و کار اساسی در همه مسائل جغرافیایی است، در جغرافیا تصمیم گیری تأثیرات خود را در پراکندگی فضایی فعالیتهای انسانی، به صورت نمودی عینی ظاهر می سازد. مثلاً تصمیم گیری در مورد کاربری زمین در مزارع، چهره های مختلف جغرافیایی خلق می کند. از این رو، حاصل تصمیم گیری، بوسیله ی گروهها، افراد و سازمانهای دولتی، شکل گیری مجدد جغرافیایی است. روشن است که تصمیم گیریهای گروهی، فردی و دولتی، در زمینه محل استقرار فعالیتهای انسانی و یا کاربری زمین، در خلأ فکری صورت نمی گیرد، بلکه هر تصمیم گیری از یک سیاست یا ایدئولوژی و تفکر خاص تأثیر می پذیرد، یعنی در هر تصمیم گیری، همه ی شرایط محیطی، فرهنگی واقتصادی که تصمیم گیرندگان در داخل آن عمل می کنند تأثیر گذار می باشد. پراکندگی پدیده های جغرافیایی یا فعالیتهای اقتصادی، در سراسر سطح زمین و یا در داخل یک ناحیه، تحت شرایطی، شکل گیری الگوها را امکان پذیر می سازد. در سطح زمین، هر الگوی فضایی، غالباً از سه فرم هندسی نقاط (گره ها)، خطوط و حوزه ها و یک سطح جغرافیایی تشکیل می شود و محصول فرآیند فضایی ساختار فضایی است که در آن ، فضا بوسیله فرآیندهای اجتماعی، اقتصادی و طبیعی سازمان می یابد. این سازمان یابی از محل استقرار عناصر و اجزاء داخلی یک پراکندگی فضایی تأثیر می پذیرد. محل استقرار هر جزئی نسبت به هر یک از اجزا دیگر و جایگاه هر جزئی نسبت به همه ی اجزا، با هم و توام سازمان یابی فضایی را شکل می دهند. در واقع، ساختار فضایی، از آرایش و سازمان یابی پدیده ها که نتیجه ی فرآیندهای طبیعی، اجتماعی و اقتصادی است بوجود می آید (شکویی، 1386، 295-289).
نظریه و دیدگاه فضایی دیگری که مرتبط با موضوع این تحقیق می باشد نظریه مکان های مرکزی است نخستین تلاش برای شرح الگوهای مکانی را فون تانن با انتشار کتاب سرزمین منفرد به عنوان یکی از بانیان تئوری مکانی مطرح می سازد. وی فاصله محل زندگی کشاورزان را نسبت به یک بازار مرکزی براساس بهره موقعیتی در یک مدل دوایر متحمدالمرکز تشریح می نماید. شهر بزرگی را تصویر می کند که با دشتی بزرگ با حاصلخیزی یکنواخت، احاطه شده است. این شهر محدوده روستایی خود را از نظر کالا و خدمات تأمین می کند و برای عرضه مازاد تولیدات کشاورزی نواحی روستایی، بازار فراهم می سازد، در مدل فون تانن هزینه های حمل و نقل اهمیت بسیاری دارند. در نتیجه، کالاهای حجیم و سنگین و کالاهایی که هزینه حمل و نقل آنها بالاست در مجاورت شهر تولید می شوند و کالاهای سبک و کم حجم یا با هزینه حمل و نقل پایین در مکان های دورتر تولید می شوند. بدین ترتیب نظامی از دایره هایی هم مرکز، پیرامون شهر مرکزی بوجود می آیند. وی از طریق این مدل به دنبال بدست آوردن مناسب ترین محصول و کاربری زمین در یک ناحیه روستایی و اقتصاد کشاورزی است (شکل 2-2)(جمعه پور، 1385، 119).

شکل 2-2- مدل فون تانن
در عین حال اصطلاح مکان مرکزی با نام والتر کریستالر و کار پیشگامانه او با عنوان مکانهای مرکزی جنوب آلمان پیوند دارد. مرکزیت عبارت است از نقشی که یک مکان در رابطه با نقاط دیگر بر عهده دارد. مفاهیم کلیدی نظریه مکان مرکزی، دامنه کالا و ارزش آستانه هستند که به طور ضمنی به سلسله مراتب زیستگاهها و مرکزیت یک مکان ویژه دلالت می کنند. دامنه کالا در واقع مسافتی است که مردم برای تأمین خدمات و کالاهای معینی حاضر به طی آن می شوند. حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه کالا و خدمات خاص، ارزش آستانه را تشکیل می دهد. براساس مدل کریستالر سکونتگاهها را می توان در سطح ملی به مکانهای مرکزی رده بالاتر، رده پایین تر، پایین ترین رده و مکان های مرکزی معین طبقه بندی کرد. مرکزیت یک مکان براساس جایگاهی که در طبقه بندی به دست می آورد منعکس می شود (شکل 3-2)(همان،1385،121).

شکل 3-2 - سلسله مراتب مکانهای مرکزی کریستالر
مدل اصلی کریستالر متکی بر اصل بازاریابی است. نتیجه کاربرد این اصل پدید آمدن روابط متقابل سلسله مراتبی بین مکان های مرکزی است. توزیع مکان های مرکزی در فضای ناحیه ایی به گونه ای است که هر مکان در مرتبه خاص خود کالاها و خدمات مراکز فرودست خود را عرضه می کند. در این سلسله مراتب بازاری میدان برد کالا با سطح سلسله مراتب مکان مرکز و امکانات و قدرت خرید خریداران و شکل و ماهیت خدمات و تولید در رابطه است کریستالر معتقد بود که سلسله مراتب مرکزی می تواند براساس هر یک از اصول زیر ایجاد شود:
الف) اصل بازاریابی یا عرضه:در این حالت برای هر مرکز فرعی حداکثر حق انتخاب مراکز اصلی وجود دارد. در این نوع سلسله مراتب هر مکان مرکزی یک سوم هر شش مرکز فرعی تابعه خود به اضافه خود مرکز اصلی را زیر نفوذ دارد که معادل 3 مرکز می شود، کریستالر این مقدار را ارزشK می نامد که معادل شمارکل سکونتگاه های سطح معینی است که توسط یک مکان مرکزی متعلق به سطح بالاتر، خدمت داده می شود.
ب) اصل ترابری: در سلسله مراتبی که براساس این اصل شکل می گیرد، فاصله بین مراکز اصلی و فرعی به حداقل می رسد. در این حالت مراکز تا حد بیشتری در مسیر ترافیک بین مراکز اصلی قرار می گیرند. از آنجا که مراکز فرعی در مسیر بین مراکز اصلی واقع شده اند، وابستگی دوگانه دارند، بنابراین مطابق اصل ترابری ارزشKچهار است، یعنی هر مرکز اصلی نصف 6 مرکز فرعی به اضافه خود را زیر پوشش می گیرد.
ج) اصل اداری:اگر سکونتگاه ها مطابق این اصل استقرار یافته باشند هر مرکز، کنترل کامل 6 مرکز فرعی خود را بر عهده می گیرد و وابستگی تقسیم شده مراکز فرعی وجود ندارد، در نتیجه در این حالت ارزش K مساوی V خواهد بود یعنی 6 مرکز زیر نفوذ به اضافه خود مرکز اصلی است. (شکل 4-2)

شکل 4-2 - سلسله مراتب مرکزی براساس اصول بازار یابی، ترابری و اداری
کریستالر معتقد است که الگوی استقرار براساس اصل بازاریابی بیشترین کارآیی را برای مصرف کنندگان روستایی و توزیع فرآورده های روستایی دارد، در حالی که الگوی ترابری کاراترین الگوی استقرار برای عرضه کنندگان شهری و الگوی اداری کاراترین الگو برای بوروکراتهای شهری است. این سه نوع نظم غیر قابل جمع نیستند و مناطق بزرگ می توانند ترکیبی از چند شکل فضایی را با هم داشته باشند. از میان همه مدل های تعیین استقرار فضایی، نظریه مکان مرکزی احتمالاً از همه پخته تر و مشهورتر است. اهمیت این نظریه درباره استقرار محل های سکونت، بسیار است، اما از آنجا که تنها با بخش خدمات سروکار دارد، تبیینی که ارائه می دهد جزئی است و کل ساختار فضایی را تبیین نمی کند. نظریه مکان مرکزی الگوی کاملی از سلسله مراتب سکونتگاهی در سطح نواحی را عرضه می دارد.مهمترین انتقاد وارد بر الگوی مکان مرکزی کریستالر این است که از ناحیه، برداشتی ذهنی و آرمانی بدون توجه به تفاوتهای طبیعی نواحی و رفتارهای انسانی کرده است.(همان،1385 ،123-119).
علاوه بر کریستالر، معروف ترین مدل ها در رابطه با ساختار سازمانی سکونتگاههای روستایی و سلسله مراتب مکان مرکزی، مدل لوش و گالپین است. تجزیه و تحلیل لوش مبتنی بر شبکه روستاهای کشاورزی است که در یک دشت زراعی به شکل مثلث پراکنده شده اند. گالپین و پیروانش مکان های مرکزی را از دیدگاه روستایی تجزیه و تحلیل کردند و از این راه سلسله مراتب عملکردی را به صورت تجربی به دست آوردند. به طور کلی تمامی نظریه های مکان مرکزی بر چهار اصل استوارند:1- یکسانی چشم انداز فرهنگی و فیزیکی2- نواحی واحد نامحدود3- قابلیت دسترسی یکسان مکان های مرکزی در تمام جهات 4- رفتار منطقی مصرف کننده. البته چنین شرایطی در سیستم های فضایی واقعی وجود ندارد و مهمترین انتقادی که بر این الگوها وارد شده است، نیز برهمین اصول است (همان، 1385، 124).
به این ترتیب در یک منطقه باید نظامی از آبادیهای مرکزی در مقیاس ها و اندازه های مختلف براساس بعد و کشش عرصه ی خدماتی و نوع فعالیتهای مستقر در آنها وجود داشته باشد. مقایسه ی اصول تئوری های مرکزیت مکانی و به ویژه تئوری کریستالر، با کیفیت خاص پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران به عنوان نقطه ی شروع، می تواند زمینه ایی برای شکل گیری تئوریهای مربوط به توضیح چگونگی پراکندگی مراکز جمعیتی در ایران باشد (معصومی اشکوری، 1385، 98).
مکانهای مرکزی، مراکزی کانونی هستند که در آنها کالاها (بویژه کالاهای خدماتی و کشاورزی) و خدمات گوناگون (مانند آموزش وخدمات بهداشتی - درمانی) برای برآوردن نیازهای سکونتگاههای کوچک تر پیرامونی ارائه می شود. بنابراین می توان سکونتگاههای روستایی را براساس کارکردهای خدماتی آنها رده بندی کرد و با توجه به جایگاه هر یک از روستاها در ارائه خدمات و کالاها، آنها را در سطح معینی جای داده، به سطح بندی خدماتی سکونتگاهها پرداخت (سعیدی، 1390، 119).
2-3-2- سازمان فضایی و سطح بندی روستاها
در برنامه ریزی توسعه مناطق روستایی تعیین درست مراکز روستایی و مکان های توزیع خدمات اهمیت بسیاری دارد. ایجاد سازمان فضایی مناسب و ساخت مکانی مطلوب اهداف اصلی برنامه های توسعه مناطق روستایی را تشکیل می دهد. منظور از سازمان فضایی ساختار سلسله مراتبی سکونتگاهها، شبکه های ارتباطی که آنها را به هم وصل می کند و جریانهای برقرار بین آنها است. منظور از ساخت فضایی نیز ترکیب این عوامل یا ترتیب مکانها، شبکه یا خطوط پیوند و روابط یا کارکردهاست. سازمان فضایی مناسب، دارای ساخت سلسله مراتبی است که هر مرتبه براساس جایگاهی که اشغال کرده کارکردهای خود را در سیستم ایفا می کند (جمعه پور،1385 ،181).
الگوی روابط متقابل بین سکونتگاهها در صورتی که شرایط اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و سیاسی یکسانی برای همه آنها تصور شود، می تواند براساس این دو اصل تفسیر شود:1- اصولا مردم برای دستیابی به خدمات یا رفع نیازهای خود براساس قانون کمترین تلاش، مسیرهایی را انتخاب می کنند که با پیمودن حداقل فاصله حداکثر نیازهای خود را برآورده سازند.2- مردم مستقر در سطح پایین تر مکان های مرکزی همیشه برای رفع نیازهای خود به سوی سطح بالاتر سکونتگاهها حرکت می کنند. البته به شرط اینکه سکونتگاه بالاتر جاذبه کافی برای جذب مردم سکونتگاه پایین تر را از نظر ارائه کارکردهای مختلف داشته باشد. این دو شرط تعیین کننده چهارچوب جریان روابط متقابل بین نقاط مختلف در سلسله مراتب سکونتگاهی است (Maurya, 1991,67) .
هر چند ملاحظات اجتماعی، فرهنگی و سیاسی نیز در کنار رفتارهای اقتصادی در انتخاب مکان تأمین نیازهای خدماتی یا برآورده ساختن سایر نیازها توسط مردم اثر می گذارد، اگر به این اصل توجه داشته باشیم که همه روستاهای کوچک و بزرگ از نظر اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و دیگر عوامل نمی توانند تمامی نیازهایشان را با اتکا به خود برطرف نمایند، این مسئله روشن می شود که ارتباط بین سکونتگاهها در زمینه پوشش دادن نیازهای همدیگر به عنوان یک سیستم فضایی واحد اجتناب ناپذیر است. ساماندهی این ارتباط و جریانهای بین سکونتگاههاست که نیاز به برنامه ریزی فضایی را برای نواحی روستایی ایجاد می کند. در انتخاب مراکز روستایی در مراتب مختلف سکونتگاهی برای انتخاب درست مکان های استقرار خدمات و کارکردها به چند نکته باید توجه کرد که این نکات شامل موارد زیر است:1- انتخاب نقاط در هر سطح از سکونتگاهها که صورت گیرد، باید به گونه ایی باشد که مناسب ترین ارتباط سلسله مراتبی را برقرار سازند، بطوری که هر کدام از نقاط به بهترین شکل نقش خود را ایفا کند.2- الگوی ارتباط بین نقاط با در نظر داشتن پیمودن حداقل فاصله دسترسی به خدمات و کارکردهای مختلف تعریف شود.3- انتخاب مراکز توزیع خدمات یا کارکردها در مناطقی که هنوز هیچگونه الگویی از توزیع خدمات بویژه در سطوح پایین سکونتگاهها شکل نگرفته است به مراتب آسان تر از وقتی است که الگوی نامناسب و ناکارآمد شکل گرفته باشد.4-در شرایط مساوی سکونتگاههایی که نقشها و کارکردهای بیشتری بر عهده دارند یا جاذبه کارکردی بیشتری دارند از قابلیت بالاتری برای انتخاب به عنوان مرکز در مقایسه با نقاط هم سطح برخوردارند (Solanki and Dikit, 1991,173).
در سطح بندی روستاها، می توان به منظور خدمات رسانی، روستاهای کوچکتر رابه روستاهای بزرگتر و همجوار خود پیوند داد. (به طور مثال دو یا سه روستای سطح اول به یکی از روستاهای سطح دو، و مجموعه چند روستای سطح یک و دو را به روستایی در سطح سه ارتباط
داد، و بدین ترتیب، پیوند بین روستاهای سطوح پایین تر را با روستاهای سطوح بالاتر ایجاد نمود. در چنین شرایطی، هر گاه مجموعه ایی از روستاهای سطوح یک، دو و سه که از نظر تعداد جمعیت در حد ارزش آستانه (حداقل مجموع قدرت خرید لازم به منظور ایجاد تقاضای کافی برای عرضه ی کالا و خدمات خاص می باشد) برای ارائه یک نهاد خدماتی باشند، می توان روستای سطح سه را برای استقرار نهاد خدماتی مورد نیاز سایر روستاها انتخاب نمود(شکل5-2) (مطیعی لنگرودی، 1390، 122).

شکل 5-2 - سطح بندی سکونتگاههای روستایی
4-2- نظریه سرمایه انسانی
یکی از نظریه های مرتبط با آموزش و پرورش نظریه سرمایه انسانی است. پژوهش های متعدد پیرامون رابطه ی آموزش و بهره وری از همبستگی فراوان آنها خبر می دهند یعنی اثرهای مثبت سرمایه گذاری در زمینه ی سرمایه های انسانی بر توسعه منطقه ایی مشهود است، بدین ترتیب پدیده ی رسیدن به سرمایه گذاری در سرمایه ی انسانی و باز بودن درهای تبادل فضایی از عوامل تعیین کننده ی توسعه منطقه ایی می باشد (معصومی اشکوری، 1367، 77).
1-4-2- تعریف و مفهوم سرمایه انسانی
تعریف سرمایه انسانی عبارت است از: «ارتقاء و بهبود ظرفیت تولید افراد» هنگامی که از تشکیل سرمایه انسانی صحبت می شود، زمانی است که سرمایه گذاریهای مالی (چه به صورت مخارج تحصیلی و چه به صورت فداکاری و هزینه فرصتهای از دست رفته) صورت پذیرفته تا تغییرات و تحولاتی در افکار و افعال فرد به وجود آورد. این تغییرات و تحولات که در درون افراد متبلور شده و غیرقابل انفکاک می باشد و آنان را قادر می سازد تا:1- کالاها و خدمات بیشتر و یا بهتری تولید کنند.2- درآمدهای پولی بالاتری تحصیل کنند.3- درآمدهای خود را عاقلانه مصرف کنند.4- از زندگی لذت بیشتری ببرند. می توان از موارد زیر به عنوان مثال های جامعی برای چهار نوع ظرفیتی که همه ناشی از سرمایه گذاری در آموزش و پرورش می باشد. یاد کرد:1- تربیت یک برنامه ریز کامپیوتر که تواناییهای توسعه یافته او موجب افزایش تولید و ارتقاء تولید ملی می شود.2- استفاده های پولی و مالی ناشی از اخذ یک مدرک تحصیلی که در شرایط متعارف افرادی که از تحصیلات بیشتر و مدارک بالاتری برخوردارند، دارای درآمد بیشتری نیز می باشند.3- ذکاوت مصرف کننده در بودجه بندی و انتخاب مناسب و اولویت دادن به انتخابها.4- لذت بردن از نمایشنامه ها و استفاده و بهره برداری از کتابهای تاریخ و دیوان اشعار (عمادزاده، 1369، 77-76).
2-4-2-سرمایه گذاری در سرمایه انسانی
تحصیل علم و دانش چه از طریق نظام آموزشی (دبستان، دبیرستان و دانشگاه) و چه از طریق آموزش ضمن کار و خدمت، نمونه هایی از سرمایه گذاری در سرمایه انسانی به شمار می آید. سرمایه انسانی نه تنها از طریق تراکم و انباشت آموزش و پرورش، بلکه از راههای بی شمار دیگری نیز بوجود می آید، لیکن متداولترین انواع سرمایه گذاری در سرمایه انسانی عبارتند از:
1- آموزشهای قبل از مدرسه 2- دبستان، راهنمایی، دبیرستان، مدارس فنی و حرفه ایی و تحصیلات عالی3- آموزش های بعد از دانشگاه و فارغ التحصیلی 4- مهاجرت برای مشاغل و درآمدهای بالاتر5- مراقبت از تندرستی و بهداشت عمومی6- به دست آوردن اطلاعات کافی از عرضه و تقاضای کار و خدمات.سرمایه انسانی نیز مانند سرمایه مادی بایستی نگهداری و در صورت لزوم، تعمیر، ترمیم و تعویض شود تا بیکار نشده یا مورد اتلاف واقع نشود,21) Beker, 1975).
3-4-2- تشکیل سرمایه انسانی از طریق آموزش و پرورش
آموزش و پرورش تنها در دبستان، دبیرستان و دانشگاه نیست بلکه هر نوع آموزش و یادگیری، چه به صورت رسمی و یا غیر رسمی در داخل و یا خارج از این محل ها را نیز شامل می شود. هزینه های تحصیلات اضافی و آموزش ضمن خدمت به عنوان سرمایه گذاری و تشکیل سرمایه انسانی تلقی می شوند، زیرا چنین سرمایه گذاریهایی در آینده منبع بازده اقتصادی خواهند بود. بازده اقتصادی آموزش و پرورش برای کسانی که در این مورد سرمایه گذاری و هزینه های گوناگون را تقبل می کنند تا حد بسیار زیادی مسلم است. سرمایه گذاری آموزش و پرورش یا از طریق هزینه های دولتی و یا از طریق بخش خصوصی چه به صورت اعطا وامهای بلاعوض و چه به صورت مشارکت در هزینه ها و پرداخت شهریه توسط والدین یا خود دانشجویان انجام می پذیرد.
سرمایه گذاری در سرمایه انسانی دارای دو نوع بازده است، بازده پولی و درآمدی و بازده غیر پولی یا غیر درآمدی، افرادی که از تحصیلات بالاتری برخوردارند، در شرایط متعارف، درآمد بیشتری کسب می کنند، اندازه گیری بازده غیر پولی سرمایه گذاری در آموزش و پرورش گرچه مشکل است لیکن دارای اهمیت ویژه ایی است و آثار مهمتری دارد(عمادزاده،1369،81).
مشارکت آموزش و پرورش در کارایی و بهره وری تولید را می توان به سه عامل و یا سه اثر متفاوت تقسیم بندی کرد:1-اثرکاری که عبارتست از توانایی ایی که براثر آموزش و پرورش و یا آموزش ضمن خدمت در نیروی کار بوجود می آید.2- توانایی تخصیصی که عبارتست از توانایی انتخاب بهترین متغیرهای مناسب و ممکن.3- توانایی ابداع: از طریق سیستم آموزشی، قدرت ابداع و خلاقیت و اعتماد به نفس در افراد ارتقا می یابد. از طرف دیگر دانش تنها موردی نیست که در مدرسه و دانشگاه تحصیل می شود، بلکه تعهد، تقید، وفاداری، مسئولیت در برابر جامعه، نظم و انضباط، کوشا و ساعی بودن، وقت شناسی، وظیفه شناسی، اتکا به نفس، قابلیت تطابق، منتقد بودن و بلاخره میهن پرست بودن از جمله مواردی هستند که جامعه انتظار دارد در مدرسه به نوجوانان و جوانان بیاموزند و ضمن ارزیابی و سنجش دانش آموزان و دانشجویان به موارد فوق نیز توجه کنند (عمادزاده، 1369، 82-81).
اقتصاددانانی که طرفدار توزیع عادلانه تر درآمدها از طریق سرمایه انسانی هستند، معتقدند که تنها تئوری توضیح دهنده چگونگی توزیع درآمد، تئوری سرمایه انسانی است و دولتها بایستی از طریق کاهش تبعیض در ارائه خدمات آموزشی در جهت متعادل ساختن درآمدها تلاش کنند (Mincer, 1958,292).
5-2- نظام آموزش و پرورش ایران
بررسی تحولات آموزش و پرورش در ایران از هزاره پیشین تا عصرکنونی، بازگو کننده ی این واقعیت است که نهاد آموزش و پرورش در ایران باستان به ویژه در دوره هخامنشیان و ساسانیان متأثر از دو عامل حکومت و خاستگاه اجتماعی اقتدار طلبان جامعه بوده و خصلتی طبقاتی داشته است. نگاهی تحلیلی به وضعیت آموزش و پرورش از صدر اسلام تا قرن چهارم هجری نیز حکایت از آن دارد که در ایران همانند سایر ممالک جهان طی دوره نخستین نهادهای آموزش عمومی در جوار مساجد دایره بوده است، دوره ی آموزش در مکاتب و مدارس آن روزگار بستگی به وضع مالی خانواده و میزان معلومات معلم و استعداد و توانایی کودکان داشته و بدین سان تعمیم امر آموزش برای همه فرزندان ایران زمین میسر نبوده است. در قرون پنجم و ششم تا عصر صفویه به سبب وسعت خرابیها و تخریب مدارس و مراکز علمی و از بین بردن استادان و اربابان علم و ادب، امکان برقراری و توسعه کانونهای آموزشی مورد نیاز عامه میسر نشد. در دوره صفویه فرآیند تعلیم و تربیت تحت الشعاع مراجع و عقاید مذهبی که در آن عصر نیرومندترین عامل وحدت و یگانگی فرهنگ بود، قرار گرفت و گروه قلیلی از کودکان می توانستند در مکتب خانه ها درس بخوانند و ادامه تحصیل در مدارس بالاتر مستلزم ترک خانه و خانواده بود که برای اکثر فرزندان طبقه متوسط جامعه ممکن نبود.در دوره افشاریه، زندیه واوایل قاجاریه نیز به دلیل کشورگشایی و آشفتگی اوضاع سیاسی و اجتماعی به فرهنگ و تعلیم و تربیت عامه توجه نشد. با تأسیس دارالفنون در 1268 قمری یعنی 13 روز پس از قتل امیر کبیر که بانی و طراح آن بود گام مؤثری در توسعه آموزش و پرورش نوین ایران برداشته شد، همچنین ازآن زمان به بعد دولت مرکزی ایران مسئولانه در امر توسعه تعلیم و تربیت کشور اهتمام ورزید. باآغاز حکومت مشروطه و تشکیل قوه مقننه، تأسیس مدارس دولتی و ملی در حوزه وظایف دولت قرار گرفت و قانون تحصیل اجباری برقرار گردید. در سال 1300 شمسی قانون شورای عالی فرهنگ به تصویب مجلس رسید و عهده دار تنظیم امور مدارس از قبیل برنامه ریزی آموزشی، برگزاری امتحانات و صدور گواهینامه تحصیلی گردید. در سال 1312 شمسی قانون تربیت معلم به تصویب رسید و به موجب آن 25 دانشسرای مقدماتی برای تربیت معلمان دوره ابتدایی در سراسر کشور دایر گردید و مقرر شد دانشسرای عالی تهران به تربیت و آماده سازی دبیران متوسطه اقدام کند. در سال 1322 شمسی قانون آموزش اجباری به تصویب مجلس شورای ملی وقت رسید و به موجب آن مقرر شد طی دو سال در تمام کشورآموزش ابتدایی به صورت اجباری و همگانی به اجرا در آید. در سال 1328 برنامه آموزش ابتدایی برای روستاها 4 ساله و برای شهرها 6 ساله تعیین گردید. در سال 1330 دوره آموزش ابتدایی برای روستاها و شهرها به مدت شش سال و سن ورود هم شش سال تعیین شد.در برنامه های عمرانی اول و دوم به آموزش حرفه ایی و فنی توجه شد و در برنامه سوم عمرانی به برنامه ریزی آموزشی هم توجه شد. در سال 1339 به موجب قانون استخدام معلمان فنی به دولت اجازه داده شد تا فارغ التحصیلان دانشسراهای کشاورزی و هنرستانها را با پایه آموزگاری و مهندسان کشاورزی و صنایع را با پایه دبیری استخدام کند، در مهرماه 1341 به منظور تأمین معلمان مدارس دوره ابتدایی بویژه در مناطق روستایی مقرر شد که دولت هر سال عده ای از مشمولان دیپلم قانون نظام وظیفه را در قالب سپاه دانش مأمور آموزش در روستاها کند. در سال 1346 و زارت فرهنگ تقسیم شد و وزارت آموزش و پرورش عهده دار آموزش عمومی شد. در نظام جدید آموزش و پرورش، آموزش همگانی از شش سال به هشت سال شامل دو دوره پنج ساله و سه ساله تحصیلی با عنوان آموزش ابتدایی و راهنمایی مشخص شد، همچنین در طرح مذکور دوره آموزش متوسطه چهار سال تعیین شد. در سال 1358 شمسی پس از پیروزی انقلاب اسلامی، مطالعات گسترده ایی در زمینه مشکلات آموزش و پرورش آغاز و طرح های اصلاحی متعددی پیشنهاد شد مثلاً در سال 1361 طرح کاد (کار و دانش) در کلیه رشته های نظری دوره متوسطه اجرا شد و براساس آن دانش آموزان دوره متوسطه موظف بودند یک روز در هفته در مراکز و محیطهای واقعی کار مستقر در خارج از مدرسه به کسب مهارتهای مفید و مورد علاقه خود بپردازند. در سال 1364 به پیشنهاد وزارت آموزش و پرورش، شورایی به نام شورای تغییر بنیادی نظام آموزش و پرورش مأمور انجام بررسیهای لازم و ارائه ی طرح بنیادی آموزش و پرورش براساس قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران شد. در سال 1370 طرح های آزمایشی نظام جدید آموزش متوسطه به صورت نیمسالی واحدی به مرحله اجرا در آمد و در سال 1373 این طرح در سال های اول و دوم و سوم در کلیه رشته ها عملی شد و تا سال 1377 به تدریج تعمیم کامل اجرای طرح متوسطه جدید صورت گرفت و بعداً بدلیل مشکلات اجرای طرح نیمسال واحدی، طرح سال واحدی در مدارس متوسطه اجرا شد که اکنون نیز ادامه دارد (آقازاده، 1388، 40-30).
در سالهای اخیر نیز سیاست آموزش و پرورش به صورت نظام آموزش 6-3-3 یعنی دوره ابتدایی 6 سال و دوره متوسطه نیز شامل متوسطه اول 3 سال و متوسطه دوم 3 سال می باشد که بتدریج این طرح جایگزین نظام آموزشی قبلی می شود و در نهایت دوره پیش دانشگاهی حذف خواهد شد.

—d1143

شکل 2-11. خوشه‌بندی کاهشی .............................................................................................................................. 23
شکل 2-12. شبه‌کد الگوریتم MKF ........................................................................................................................ 26
شکل2-13. (الف) مجموعه داده با تعداد 10 خوشه واقعی. (ب) منحنی ........................................................ 29
شکل2-1۴. (الف) مجموعه داده (ب) منحنی مربوطه ..................................................................................... 29
شکل2-15. دو افراز اولیه با تعداد سه خوشه ........................................................................................................... 31
شکل2-16. نمونه‌های اولیه در نتایج الگوریتم ................................................................................ 36
شکل 2-17. زیر شبه کد الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی توسط مدل مخلوط .............................................................. 43
شکل 2-18. خوشه‌بندی ترکیبی ............................................................................................................................... 44
شکل 2-19. نمونه ماتریس، جهت تبدیل خوشه‌بندی به ابر گراف ................................................................. 45
شکل 2-20. ماتریس شباهت بر اساس خوشه برای مثال شکل (3-5) .................................................................... 46
شکل 2-21. الگوریتم افرازبندی ابر گراف ............................................................................................................... 47
شکل 2-22. الگوریتم فرا خوشه‌بندی ..................................................................................................................... 49
شکل2-23. الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر ماتریس همبستگی ...................................................................... 50
شکل2-24. الگوریتم افرازبندی با تکرار ................................................................................................................... 53
شکل2-25. نمایش گراف مجاورت در مراحل کاهش درجه ماتریس و شمارش آن ................................................ 54
شکل2-26. مثال روند تغییر توزیع تعداد خوشه ....................................................................................................... 55
شکل2-27. جریان کار عمومی برای پیاده‌سازی الگوریتم افرازبندی گراف .............................................................. 55
شکل 2-28. گراف تابع در بازه بین صفر و یک ............................................................................................. 62
شکل 2-29. الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی طیفی مبتنی بر انتخاب بر اساس شباهت ................................................ 63
شکل 2-30. مثالی از ماتریس اتصال ........................................................................................................................ 66
شکل 2-31. شبه کد خوشه‌بندی ترکیبی انتخابی لی‌مین .......................................................................................... 68
شکل 2-32. روش ارزیابی خوشهی یک افراز در روش MAX ............................................................................... 69
شکل 2-33. چهارچوب خوشهبندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب با استفاده از مجموعه‌ای از خوشه‌های یک افراز ...... 71
شکل 2-34. چهارچوب روش بهترین افراز توافقی اعتبارسنجی شده ...................................................................... 72
فصل سوم
شکل3-1. چهارچوب الگوریتم خوشه‌بندی خردمند با استفاده از آستانه‌گیری ......................................................... 82
شکل3-۲. محاسبه درجه استقلال دو خوشه‌بندی ..................................................................................................... 86
شکل3-3. تأثیر عدم تمرکز بر روی پیچیدگی داده ................................................................................................... 89
شکل3-3. تأثیر انتخاب افرازها در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب بر مقدار NMI ارزیابی‌شده ........................ 91
شکل3-4. شبه کد خوشه‌بندی خردمند با استفاده از آستانه‌گیری .............................................................................. 92
شکل3-5. دسته‌بندی الگوریتم‌های خوشه‌بندی ........................................................................................................ 94
شکل3-6. کد الگوریتم K-means به زبان استقلال الگوریتم‌ خوشه‌بندی ................................................................. 98
شکل3-7. تبدیل کد‌های شروع و پایان به گراف .................................................................................................... 100
شکل3-8. تبدیل عملگر شرط ساده به گراف ......................................................................................................... 100
شکل3-9. تبدیل عملگر شرط کامل به گراف ......................................................................................................... 101
شکل3-10. تبدیل عملگر شرط تو در تو به گراف ................................................................................................. 101
شکل3-11. تبدیل عملگر حلقه ساده به گراف ....................................................................................................... 102
شکل3-12. تبدیل عملگر حلقه با پرش به گراف ................................................................................................... 102
شکل3-13. پیاده‌سازی شرط ساده بدون هیچ کد اضافی ........................................................................................ 103
شکل3-14. پیاده‌سازی شرط ساده با کدهای قبل و بعد آن .................................................................................... 103
شکل3-15. پیاده‌سازی شرط کامل ......................................................................................................................... 104
شکل3-16. پیاده‌سازی شرط‌ تو در تو .................................................................................................................... 104
شکل3-17. پیاده‌سازی یک شرط کامل در یک شرط ساده .................................................................................... 105
شکل3-18. پیاده‌سازی یک شرط کامل در یک شرط کامل دیگر ........................................................................... 105
شکل3-19. پیاده‌سازی حلقه ساده .......................................................................................................................... 106
شکل3-20. پیاده‌سازی یک حلقه ساده داخل حلقه‌ای دیگر ................................................................................... 106
شکل3-21. پیاده‌سازی یک حلقه داخل یک شرط کامل ........................................................................................ 106
شکل3-22. پیاده‌سازی یک شرط کامل داخل یک حلقه ساده ................................................................................ 107
شکل3-23. ماتریس درجه وابستگی‌ کد ................................................................................................................. 108
شکل3-24. شبه کد مقایسه محتوای دو خانه از آرایه‌های استقلال الگوریتم .......................................................... 108
شکل3-25. چهارچوب خوشه‌بندی خردمند مبتنی بر گراف استقلال الگوریتم ...................................................... 110
شکل3-26. شبه کد خوشه‌بندی خردمند مبتنی بر گراف استقلال الگوریتم ............................................................ 113
فصل چهارم
شکل۴-۱. مجموعه داده Halfring .......................................................................................................................... 118
شکل4-2. الگوریتم K-means ................................................................................................................................ 121
شکل4-3. الگوریتم FCM ...................................................................................................................................... 121
شکل4-4. الگوریتم Median K-Flats .................................................................................................................... 122
شکل4-5. الگوریتم Gaussian Mixture ................................................................................................................ 122
شکل4-6. الگوریتم خوشه‌بندی Subtractive ......................................................................................................... 122
شکل4-7. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ..................................................................... 123
شکل4-8. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله Hamming ................................................................ 123
شکل4-9. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله Cosine ..................................................................... 123
شکل4-10. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ................................................................... 124
شکل4-1۱. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله Hamming .............................................................. 124
شکل4-1۲. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله Cosine .................................................................... 124
شکل4-1۳. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ............................................................... 124
شکل4-14. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله Hamming .......................................................... 125
شکل4-15. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله Cosine ............................................................... 125
شکل4-16. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ................................................................ 125
شکل4-17. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله Hamming ............................................................ 125
شکل4-18. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله Cosine ................................................................. 126
شکل4-19. طیفـی با استفاده از ماتریس شباهت نامتراکم ...................................................................................... 126
شکل4-20. طیفـی با استفاده از روش نیستروم با متعادل ساز .............................................................................. 127
شکل4-21. طیفـی با استفاده از روش نیستروم بدون متعادل ساز ......................................................................... 127
شکل4-22. نرم‌افزار تحلیل‌گر کد استقلال الگوریتم ............................................................................................... 128
شکل4-23. ماتریس AIDM ................................................................................................................................... 129
شکل4-24. میانگین دقت الگوریتم‌های خوشه‌بندی ............................................................................................... 131
شکل4-25. رابطه میان آستانه استقلال و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی اول ........................................ 133
شکل4-26. رابطه میان آستانه پراکندگی و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی اول ..................................... 133
شکل4-27. رابطه میان آستانه استقلال و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول .............................................. 134
شکل4-28. رابطه میان آستانه پراکندگی و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول ............................................ 134
شکل4-29. رابطه میان آستانه عدم تمرکز و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول ......................................... 135
شکل4-30. رابطه میان آستانه پراکندگی و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی دوم ..................................... 135
شکل4-31. رابطه میان آستانه پراکندگی و دقت نتایج نهایی در روش پیشنهادی دوم ............................................ 136
شکل4-32. رابطه میان آستانه عدم تمرکز و دقت نتایج نهایی در روش پیشنهادی دوم ......................................... 137
شکل4-33. مقایسه زمان اجرای الگوریتم‌ ............................................................................................................... 138
فصل اول
مقدمه
center3187700
1. مقدمه1-1. خوشه‌بندیبه عنوان یکی از شاخه‌های وسیع و پرکاربرد هوش مصنوعی، یادگیری ماشین به تنظیم و اکتشاف شیوه‌ها و الگوریتم‌هایی می‌پردازد که بر اساس آن‌ها رایانه‌ها و سامانه‌های اطلاعاتی توانایی تعلم و یادگیری پیدا می‌کنند. طیف پژوهش‌هایی که در مورد یادگیری ماشینی صورت می‌گیرد گسترده ‌است. در سوی نظر‌ی آن پژوهش‌گران بر آن‌اند که روش‌های یادگیری تازه‌ای به وجود بیاورند و امکان‌پذیری و کیفیت یادگیری را برای روش‌هایشان مطالعه کنند و در سوی دیگر عده‌ای از پژوهش‌گران سعی می‌کنند روش‌های یادگیری ماشینی را بر مسائل تازه‌ای اعمال کنند. البته این طیف گسسته نیست و پژوهش‌های انجام‌شده دارای مؤلفه‌هایی از هر دو رو‌یکرد هستند. امروزه، داده‌کاوی به عنوان یک ابزار قوی برای تولید اطلاعات و دانش از داده‌های خام، در یادگیری ماشین شناخته‌شده و همچنان با سرعت در حال رشد و تکامل است. به طور کلی می‌توان تکنیک‌های داده‌کاوی را به دو دسته بانظارت و بدون نظارت تقسیم کرد [29, 46].
در روش بانظارت ما ورودی (داده یادگیری) و خروجی (کلاس داده) یک مجموعه داده را به الگوریتم هوشمند می‌دهیم تا آن الگوی بین ورودی و خروجی را تشخیص دهد در این روش خروجی کار ما مدلی است که می‌تواند برای ورودی‌های جدید خروجی درست را پیش‌بینی کند. روش‌های طبقه‌بندی و قوانین انجمنی از این جمله تکنیک‌ها می‌باشد. روش‌های با نظارت کاربرد فراوانی دارند اما مشکل عمده این روش‌ها این است که همواره باید داده‌ای برای یادگیری وجود داشته باشد که در آن به ازای ورودی مشخص خروجی درست آن مشخص شده باشد. حال آنکه اگر در زمینه‌ای خاص داده‌ای با این فرمت وجود نداشته باشد این روش‌ها قادر به حل این‌گونه مسائل نخواهند بود [29, 68]. در روش بدون نظارت برخلاف یادگیری بانظارت هدف ارتباط ورودی و خروجی نیست، بلکه تنها دسته‌بندی ورودی‌ها است. این نوع یادگیری بسیار مهم است چون خیلی از مسائل (همانند دنیای ربات‌ها) پر از ورودی‌هایی است که هیچ برچسبی (کلاس) به آن‌ها اختصاص داده نشده است اما به وضوح جزئی از یک دسته هستند [46, 68]. خوشه‌بندی شاخص‌ترین روش در داده‌کاوی جهت حل مسائل به صورت بدون ناظر است. ایده اصلی خوشه‌بندی اطلاعات، جدا کردن نمونه‌ها از یکدیگر و قرار دادن آن‌ها در گروه‌های شبیه به هم می‌باشد. به این معنی که نمونه‌های شبیه به هم باید در یک گروه قرار بگیرند و با نمونه‌های گروه‌های دیگر حداکثر متفاوت را دارا باشند [20, 26]. دلایل اصلی برای اهمیت خوشه‌بندی عبارت‌اند از:
اول، جمع‌آوری و برچسب‌گذاری یک مجموعه بزرگ از الگوهای نمونه می‌تواند بسیار پرکاربرد و باارزش باشد.
دوم، می‌توانیم از روش‌های خوشه‌بندی برای پیدا کردن و استخراج ویژگی‌ها و الگوهای جدید استفاده کنیم. این کار می‌تواند کمک به سزایی در کشف دانش ضمنی داده‌ها انجام دهد.
سوم، با خوشه‌بندی می‌توانیم یک دید و بینشی از طبیعت و ساختار داده به دست آوریم که این می‌تواند برای ما باارزش باشد.
چهارم، خوشه‌بندی می‌تواند منجر به کشف زیر رده‌های مجزا یا شباهت‌های بین الگوها ممکن شود که به طور چشمگیری در روش طراحی طبقه‌بندی قابل استفاده باشد.
1-2. خوشه‌بندی ترکیبیهر یک از الگوریتم‌های خوشه‌بندی، با توجه به اینکه بر روی جنبه‌های متفاوتی از داده‌ها تاکید می‌کند، داده‌ها را به صورت‌های متفاوتی خوشه‌بندی می‌نماید. به همین دلیل، نیازمند روش‌هایی هستیم که بتواند با استفاده از ترکیب این الگوریتم‌ها و گرفتن نقاط قوت هر یک، نتایج بهینه‌تری را تولید کند. در واقع هدف اصلی خوشه‌بندی ترکیبی جستجوی بهترین خوشه‌ها با استفاده از ترکیب نتایج الگوریتم‌های دیگر است [1, 8, 9, 54, 56]. به روشی از خوشه‌بندی ترکیبی که زیرمجموعه‌ی منتخب از نتایج اولیه برای ترکیب و ساخت نتایج نهایی استفاده می‌شود خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب زیرمجموعه نتایج اولیه می‌گویند. در این روش‌ها بر اساس معیاری توافقی مجموعه‌ای از مطلوب‌ترین نتایج اولیه را انتخاب کرده و فقط توسط آن‌ها نتیجه نهایی را ایجاد می‌کنیم [21]. معیارهای مختلفی جهت انتخاب مطلوب‌ترین روش پیشنهاد شده است که معیار اطلاعات متقابل نرمال شده، روش ماکزیموم و APMM برخی از آن‌ها می‌باشند [8, 9, 21, 67]. دو مرحله مهم در خوشه‌بندی ترکیبی عبارت‌اند از:
اول، الگوریتم‌های ابتدایی خوشه‌بندی که خوشه‌بندی اولیه را انجام می‌دهد.
دوم، جمع‌بندی نتایج این الگوریتم‌های اولیه (پایه) برای به دست آوردن نتیجه نهایی.
1-3. خرد جمعینظریه خرد جمعی که اولین بار توسط سورویکی در سال 2004 در کتابی با همان عنوان منتشر شد، استنباطی از مسائل مطرح‌شده توسط گالتون و کندورست می‌باشد، و نشان می‌دهد که قضاوت‌های جمعی و دموکراتیک از اعتبار بیشتری نسبت به آنچه که ما انتظار داشتیم برخوردار است، ما تأثیرات این ایده را در حل مسائل سیاسی، اجتماعی در طی سال‌های اخیر شاهد هستیم. در ادبیات خرد جمعی هر جامعه‌ای را خردمند نمی‌گویند. از دیدگاه سورویکی خردمند بودن جامعه در شرایط چهارگانه پراکندگی، استقلال، عدم تمرکز و روش ترکیب مناسب است [55].
1-4. خوشه‌بندی مبتنی بر انتخاب بر اساس نظریه خرد جمعیهدف از این تحقیق استفاده از نظریه خرد جمعی برای انتخاب زیرمجموعه‌ی مناسب در خوشه‌بندی ترکیبی می‌باشد. تعاریف سورویکی از خرد جمعی مطابق با مسائل اجتماعی است و در تعاریف آن عناصر سازنده تصمیمات رأی افراد می‌باشد. در این تحقیق ابتدا مبتنی بر تعاریف پایه سورویکی از خرد جمعی و ادبیات مطرح در خوشه‌بندی ترکیبی، تعریف پایه‌ای از ادبیات خرد جمعی در خوشه‌بندی ترکیبی ارائه می‌دهیم و بر اساس آن الگوریتم پیشنهادی خود را در جهت پیاده‌سازی خوشه‌بندی ترکیبی ارائه می‌دهیم [55]. شرایط چهارگانه خوشه‌بندی خردمند که متناسب با تعاریف سورویکی باز تعریف شده است به شرح زیر می‌باشد:
پراکندگی نتایج اولیه، هر الگوریتم خوشه‌بندی پایه باید به طور جداگانه و بدون واسطه به داده‌های مسئله دسترسی داشته و آن را تحلیل و خوشه‌بندی کند حتی اگر نتایج آن غلط باشد.
استقلال الگوریتم، روش تحلیل هر یک از خوشه‌بندی‌های پایه نباید تحت تأثیر روش‌های سایر خوشه‌بندی‌های پایه تعیین شود، این تأثیر می‌تواند در سطح نوع الگوریتم (گروه) یا پارامترهای اساسی یک الگوریتم خاص (افراد) باشد.
عدم تمرکز، ارتباط بین بخش‌های مختلف خوشه‌بندی خرد جمعی باید به گونه‌ای باشد تا بر روی عملکرد خوشه‌بندی پایه تأثیری ایجاد نکند تا از این طریق هر خوشه‌بندی پایه شانس این را داشته باشد تا با شخصی سازی و بر اساس دانش محلی خود بهترین نتیجه ممکن را آشکار سازد.
مکانیزم ترکیب مناسب، باید مکانیزمی وجود داشته باشد که بتوان توسط آن نتایج اولیه الگوریتم‌های پایه را با یکدیگر ترکیب کرده و به یک نتیجه نهایی (نظر جمعی) رسید.
در این تحقیق دو روش برای ترکیب خوشه‌بندی ترکیبی و خرد جمعی پیشنهاد شده است. با استفاده از تعاریف بالا الگوریتم روش اول مطرح خواهد شد که در آن، جهت رسیدن به نتیجه نهایی از آستانه‌گیری استفاده می‌شود. در این روش الگوریتم‌های خوشه‌بندی اولیه غیر هم نام کاملاً مستقل فرض خواهند شد و برای ارزیابی استقلال الگوریتم‌های هم نام نیاز به آستانه‌گیری می‌باشد. در روش دوم، سعی شده است تا دو بخش از روش اول بهبود یابد. از این روی جهت مدل‌سازی الگوریتم‌ها و ارزیابی استقلال آن‌ها نسبت به هم یک روش مبتنی بر گراف شبه کد ارائه می‌شود و میزان استقلال به دست آمده در این روش به عنوان وزنی برای ارزیابی پراکندگی در تشکیل جواب نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جهت ارزیابی، روش‌های پیشنهادی با روش‌های پایه، روش‌ ترکیب کامل و چند روش معروف ترکیب مبتنی بر انتخاب مقایسه خواهد شد. از این روی از چهارده داده استاندارد و یا مصنوعی که عموماً از سایت UCI [76] جمع‌آوری شده‌اند استفاده شده است. در انتخاب این داده‌ها سعی شده، داده‌هایی با مقیاس‌ کوچک، متوسط و بزرگ انتخاب شوند تا کارایی روش بدون در نظر گرفتن مقیاس داده ارزیابی شود. همچنین جهت اطمینان از صحت نتایج تمامی آزمایش‌های تجربی گزارش‌شده حداقل ده بار تکرار شده است.
1-4-1- فرضیات تحقیقاین تحقیق بر اساس فرضیات زیر اقدام به ارائه روشی جدید در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب بر اساس نظریه خرد جمعی می‌کند.
۱ ) در این تحقیق تمامی آستانه‌گیری‌ها بر اساس میزان صحت نتایج نهایی و مدت زمان اجرای الگوریتم به صورت تجربی انتخاب می‌شوند.
۲ ) در این تحقیق جهت ارزیابی عملکرد یک الگوریتم، نتایج اجرای آن را بر روی‌داده‌های استاندارد UCI در محیطی با شرایط و پارامترهای مشابه نسبت به سایر الگوریتم‌ها ارزیابی می‌کنیم که این داده‌ها الزاماً حجیم یا خیلی کوچک نیستند.
۳ ) جهت اطمینان از صحت نتایج آزمایش‌ها ارائه‌شده در این تحقیق، حداقل اجرای هر الگوریتم بر روی هر داده ده بار تکرار شده و نتیجه‌ی نهایی میانگین نتایج به دست آمده می‌باشد.
4 ) از آنجایی که روش مطرح‌شده در این تحقیق یک روش مکاشفه‌ای است سعی خواهد شد بیشتر با روش‌های مکاشفه‌ای مطرح در خوشه‌بندی ترکیبی مقایسه و نتایج آن مورد بررسی قرار گیرد.
در این فصل اهداف، مفاهیم و چالش‌های این تحقیق به صورت خلاصه ارائه شد. در ادامه این تحقیق، در فصل دوم، الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایه و روش‌های خوشه‌بندی‌ ترکیبی مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین به مرور روش‌های انتخاب خوشه و یا افراز در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب خواهیم پرداخت. در فصل سوم، نظریه خرد جمعی و دو روش پیشنهادی خوشه‌بندی خردمند ارائه می‌شود. در فصل چهارم، به ارائه نتایج آزمایش‌های تجربی این تحقیق و ارزیابی آن‌ها می‌پردازیم و در فصل پنجم، به ارائه‌ی نتایج و کار‌های آتی خواهیم پرداخت.

فصل دوم
مروری بر ادبیات تحقیق
center2132965
2. مروری بر ادبیات تحقیق2-1. مقدمهدر این بخش، کارهای انجام‌شده در خوشه‌بندی و خوشه‌بندی ترکیبی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم. ابتدا چند الگوریتم‌ پایه خوشه‌بندی معروف را معرفی خواهیم کرد. سپس چند روش کاربردی جهت ارزیابی خوشه، خوشه‌بندی و افرازبندی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم. در ادامه به بررسی ادبیات خوشه‌بندی ترکیبی خواهیم پرداخت و روش‌های ترکیب متداول را بررسی خواهیم کرد. از روش‌های خوشه‌بندی ترکیبی، روش ترکیب کامل و چند روش معروف مبتنی بر انتخاب را به صورت مفصل شرح خواهیم داد.
2-2. خوشه‌بندیدر این بخش ابتدا انواع الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایه را معرفی می‌کنیم و سپس برخی از آن‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهیم سپس برای ارزیابی نتایج به دست آمده چند متریک معرفی خواهیم کرد.
2-2-1. الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایهبه طور کلی، الگوریتم‌های خوشه‌بندی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
1- الگوریتم‌های سلسله مراتبی
2- الگوریتم‌های افرازبندی
الگوریتم‌های سلسله مراتبی، یک روال برای تبدیل یک ماتریس مجاورت به یک دنباله از افرازهای تو در تو، به صورت یک درخت است. در این روش‌ها، مستقیماً با داده‌ها سروکار داریم و از روابط بین آن‌ها برای به دست آوردن خوشه‌ها استفاده می‌کنیم. یکی از ویژگی‌های این روش قابلیت تعیین تعداد خوشه‌ها به صورت بهینه می‌باشد. در نقطه مقابل الگوریتم‌های سلسله مراتبی، الگوریتم‌های افرازبندی قرار دارند. هدف این الگوریتم‌ها، تقسیم داده‌ها در خوشه‌ها، به گونه‌ای است که داده‌های درون یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به همدیگر داشته باشند؛ و درعین‌حال، بیش‌ترین فاصله و اختلاف را با داده‌های خوشه‌های دیگر داشته باشند. در این فصل تعدادی از متداول‌ترین الگوریتم‌های خوشه‌بندی، در دو دسته سلسله مراتبی و افرازبندی، مورد بررسی قرار می‌گیرند. از روش سلسله‌ مراتبی چهار الگوریتم‌ از سری الگوریتم‌های پیوندی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. و از الگوریتم‌های افرازبندی K-means، FCM و الگوریتم طیفی را مورد بررسی خواهیم داد.
2-2-1-1. الگوریتم‌های سلسله مراتبیهمان‌گونه که در شکل 2-1 مشاهده می‌شود، روال الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی را می‌تواند به صورت یک دندوگرام نمایش داد. این نوع نمایش تصویری از خوشه‌بندی سلسله مراتبی، برای انسان، بیشتر از یک لیست از نمادها قابل‌درک است. در واقع دندوگرام، یک نوع خاص از ساختار درخت است که یک تصویر قابل‌فهم از خوشه‌بندی سلسله مراتبی را ارائه می‌کند. هر دندوگرام شامل چند لایه از گره‌هاست، به طوری که هر لایه یک خوشه را نمایش می‌دهد. خطوط متصل‌کننده گره‌ها، بیانگر خوشه‌هایی هستند که به صورت آشیانه‌ای داخل یکدیگر قرار دارند. برش افقی یک دندوگرام، یک خوشه‌بندی را تولید می‌کند [33]. شکل 2-1 یک مثال ساده از خوشه‌بندی و دندوگرام مربوطه را نشان می‌دهد.

شکل 2-1. یک خوشه‌بندی سلسله مراتبی و درخت متناظر
اگر الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، دندوگرام را به صورت پایین به بالا بسازند، الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی نامیده می‌شوند. همچنین، اگر آن‌ها دندوگرام را به صورت بالا به پایین بسازند، الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی تقسیم‌کننده نامیده می‌شوند [26]. مهم‌ترین روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی الگوریتم‌های سری پیوندی می‌باشد که در این بخش تعدادی از کاراترین آن‌ها مورد بررسی قرار خواهند گرفت که عبارت‌اند از:
الگوریتم پیوندی منفرد
الگوریتم پیوندی کامل
الگوریتم پیوندی میانگین
الگوریتم پیوندی بخشی
2-2-1-1-1. تعاریف و نماد‌ها
شکل 2-2. ماتریس مجاورت
قبل از معرفی این الگوریتم‌ها، در ابتدا نمادها و نحوه نمایش مسئله نمایش داده خواهد شد. فرض کنید که یک ماتریس مجاورت متقارن داریم. وارده در هر سمت قطر اصلی قرار دارد که شامل یک جای گشت اعداد صحیح بین 1 تا است. ما مجاورت‌ها را عدم شباهت در نظر می‌گیریم. به این معنی است که اشیاء 1 و 3 بیشتر از اشیاء 1 و 2 به هم شبیه‌اند. یک مثال از ماتریس مجاورت معمول برای است که در شکل 2-2 نشان داده شده است. یک گراف آستانه، یک گراف غیر جهت‌دار و غیر وزن‌دار، روی گره، بدون حلقه بازگشت به خود یا چند لبه است. هر نود یک شیء را نمایش می‌دهد. یک گراف آستانه برای هر سطح عدم شباهت به این صورت تعریف می‌شود: اگر عدم شباهت اشیاء و از حد آستانه کوچک‌تر باشد، با واردکردن یک لبه بین نودهای ویک گراف آستانه تعریف می‌کنیم.
(2-1)if and only if
شکل 2-3 یک رابطه دودویی به دست آمده از ماتریس مربوط به شکل 2-2 را برای مقدار آستانه 5 نشان می‌دهد. نماد "*" در موقعیت ماتریس، نشان می‌دهد که جفت متعلق به رابطه دودویی می‌باشد. شکل 2-4، گراف‌های آستانه برای ماتریس را نمایش می‌دهد.

شکل 2-3. رابطه دودویی و گراف آستانه برای مقدار آستانه 5.

شکل 2-4. گراف‌های آستانه برای ماتریس
2-2-1-1-2. الگوریتم پیوندی منفرداین الگوریتم روش کمینه و روش نزدیک‌ترین همسایه نیز نامیده می‌شود [26]. اگر و خوشه‌ها باشند، در روش پیوندی منفرد، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-2)
که نشان‌دهنده فاصله (عدم شباهت) بین نقاط a و b در ماتریس مجاورت است. شکل 2-5 این الگوریتم را نمایش می‌دهد. شکل 2-6 دندوگرام حاصل از روش پیوندی منفرد را برای ماتریس ، را نشان می‌دهد.
Step 1. Begin with the disjoint clustering implied by threshold graph, which contains no edges and which places every object in a unique cluster, as the current clustering. Set.
Step 2. From threshold graph.
If the number of comonents (maximally connected subgraphs) in, is less than the number of clusters in the current clustering, redefiene the current clustering by naming each component of as a cluster.
Step 3. If consists of a single connected graph, stop. Else, setand go to step 2.
شکل 2-5. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی منفرد

شکل 2-6. دندوگرام پیوندی منفرد برای ماتریس
2-2-1-1-3. الگوریتم پیوندی کاملاین الگوریتم روش بیشینه یا روش دورترین همسایه نیز نامیده می‌شود. الگوریتم پیوندی کامل می‌گوید که وقتی دو خوشه و شبیه به هم هستند که بیشینه روی تمام ها در و کوچک باشد. به عبارت دیگر، در این الگوریتم، برای یکی کردن دو خوشه، همه جفت‌ها در دو خوشه باید شبیه به هم باشند [26]. اگر و خوشه‌ها باشند، در روش پیوندی کامل، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-3)
که نشان‌دهنده فاصله(عدم شباهت) بین نقاط a و در ماتریس مجاورت است. شکل 2-7 این الگوریتم و شکل 2-8 دندوگرام حاصل از این روش را برای ماتریس ، را نشان می‌دهد.
Step 1. Begin with the disjoint clustering implied by threshold graph, which contains no edges and which places every object in a unique cluster, as the current clustering. Set.
Step 2. From threshold graph.
If two of the current clusters from a clique (maximally complete sub graph) in, redefine the current clustering by merging these two clusters into a single cluster.
Step 3. If, so that is the complete graph on the nodes, stop. Else, set and go to step 2.
شکل 2-7. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی کامل

شکل 2-8. دندوگرام پیوندی کامل برای ماتریس
2-2-1-1-4. الگوریتم پیوندی میانگینالگوریتم پیوندی منفرد اجازه می‌دهد تا خوشه‌ها به صورت دراز و نازک رشد کنند. این در شرایطی است که الگوریتم پیوندی کامل خوشه‌های فشرده‌تری تولید می‌کند. هر دو الگوریتم مستعد خطا با داده‌های خارج از محدوده هستند. الگوریتم خوشه‌بندی پیوندی میانگین، یک تعادلی بین مقادیر حدی الگوریتم‌های پیوندی منفرد و کامل است. الگوریتم پیوندی میانگین همچنین، روش جفت-گروه بدون وزن با استفاده از میانگین حسابی نامیده می‌شود. این الگوریتم، یکی از پرکاربردترین الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی می‌باشد [26]. اگر یک خوشه با تعداد تا عضو، و یک خوشه دیگر با تعداد تا عضو باشند، در روش پیوندی میانگین، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-4)
که نشان‌دهنده فاصله(عدم شباهت) بین نقاط a و در ماتریس مجاورت است.
2-2-1-1-5. الگوریتم پیوندی بخشیروش پیوندی بخشی که از مربع مجموع خطا‌های (SSE) خوشه‌های یک افراز برای ارزیابی استفاده می‌کند، یکی دیگر از روش‌های سلسله مراتبی می‌باشد [60]. اگر یک خوشه با تعداد تا عضو، و یک خوشه دیگر با تعداد تا عضو باشند و نماد به معنای فاصله اقلیدسی و و مراکز خوشه‌های و باشد آنگاه در روش پیوندی بخشی، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-5)
2-2-1-2. الگوریتم‌های افرازبندییک خاصیت مهم روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، قابلیت نمایش دندوگرام است که تحلیل‌گر را قادر می‌سازد تا ببیند که چگونه اشیاء در سطوح متوالی مجاورت، در خوشه‌ها به هم پیوند می‌خورند یا تفکیک می‌شوند. همان طور که اشاره شد، هدف الگوریتم‌های افرازبندی، تقسیم داده‌ها در خوشه‌ها، به گونه‌ای است که داده‌های درون یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به همدیگر داشته باشند؛ و درعین‌حال، بیش‌ترین فاصله و اختلاف را با داده‌های خوشه‌های دیگر داشته باشند. آن‌ها یک افراز منفرد از داده را تولید می‌کنند و سعی می‌کنند تا گروه‌های طبیعی حاضر در داده را کشف کنند. هر دو رویکرد خوشه‌بندی، دامنه‌های مناسب کاربرد خودشان را دارند. معمولاً روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، نیاز به ماتریس مجاورت بین اشیاء دارند؛ درحالی‌که روش‌های افرازبندی، به داده‌ها در قالب ماتریس الگو نیاز دارند. نمایش رسمی مسئله خوشه‌بندی افرازبندی می‌تواند به صورت زیر باشد:
تعیین یک افراز از الگوها در گروه، یا خوشه، با داشتن الگو در یک فضای d-بعدی؛ به طوری که الگوها در یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به هم داشته و با الگوهای خوشه‌های دیگر بیش‌ترین، تفاوت را داشته باشند. تعداد خوشه‌ها،، ممکن است که از قبل مشخص‌شده نباشد، اما در بسیاری از الگوریتم‌های خوشه‌بندی افرازبندی، تعداد خوشه‌ها باید از قبل معلوم باشند. در ادامه برخی از معروف‌ترین و پرکاربردترین الگوریتم‌های افرازبندی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
2-2-1-2-1. الگوریتم K-meansدر الگوریتم مراکز خوشه‌ها بلافاصله بعد از اینکه یک نمونه به یک خوشه می‌پیوندد محاسبه می‌شوند. به طور معمول بیشتر روش‌های خوشه‌بندی ترکیبی از الگوریتم جهت خوشه‌بندی اولیه خود استفاده می‌کنند [37, 47, 57]. اما مطالعات اخیر نشان داده‌اند که با توجه به رفتار هر مجموعه داده، گاهی اوقات یک روش خوشه‌بندی خاص پیدا می‌شود که دقت بهتری از برای بعضی از مجموعه داده‌ها می‌دهد [1, 54]. اما الگوریتم به دلیل سادگی و توانایی مناسب در خوشه‌بندی همواره به عنوان انتخاب اول مطالعات خوشه‌بندی ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است. در شکل 2-10 شبه کد الگوریتم را مشاهده می‌کنید:
1. Place K points into the space represented by the objects that are being clustered.
These points represent initial group centroids.
2. Assign each object to the group that has the closest centroid.
3. When all objects have been assigned, recalculate the positions of the K centroids.
4. Repeat Steps 2 and 3 until the centroids no longer move. This produces a separation
of the objects into groups from which the metric to be minimized can be calculated
شکل 2-9. الگوریتم خوشه‌بندی افرازبندی
مقادیر مراکز اولیه‌ی‌ متفاوت برای الگوریتم می‌تواند منجر به خوشه‌بندی‌های مختلفی شود. به خاطر اینکه این الگوریتم مبتنی بر مربع خطا است، می‌تواند به کمینه محلی همگرا شود، مخصوصاً برای خوشه‌هایی که به طور خیلی خوبی از هم تفکیک نمی‌شوند، این امر صادق است. نشان داده شده است که هیچ تضمینی برای همگرایی یک الگوریتم تکراری به یک بهینه سراسری نیست [33]. به طور خلاصه می‌توان ویژگی‌های الگوریتم را به صورت زیر برشمرد:
1- بر اساس فاصله اقلیدسی تمامی ویژگی‌ها می‌باشد.
2- منجر به تولید خوشه‌هایی به صورت دایره، کره و یا ابر کره می‌شود.
3- نسبت به روش‌های دیگر خوشه‌بندی، ساده و سریع است.
4- همگرایی آن به یک بهینه محلی اثبات شده است، اما تضمینی برای همگرایی به بهینه سراسری وجود ندارد.
5- نسبت به مقداردهی اولیه مراکز خوشه‌ها خیلی حساس است.
2-2-1-2-2. الگوریتم FCMالگوریتم FCM اولین بار توسط دون [13] ارائه شد. سپس توسط بزدک [66] بهبود یافت. این متد دیدگاه جدیدی را در خوشه‌بندی بر اساس منطق فازی [62] ارائه می‌دهد. در این دیدگاه جدید، به جای اینکه داده‌ها در یک خوشه عضو باشند، در تمامی خوشه‌ها با یک ضریب عضویت که بین صفر و یک است، عضو هستند و ما در این نوع خوشه‌بندی، دنبال این ضرایب هستیم. در روش‌های معمول در جایی که ما داده داشته باشیم، جواب نهایی ماتریس خواهد بود که هر خانه شامل برچسب خوشه‌ی داده‌ی نظیر آن می‌باشد. ولی در این روش در صورت داشتن خوشه، جواب نهایی یک ماتریس خواهد بود که در آن هر ردیف شامل ضرایب عضویت داده‌ی نظیر به آن خوشه است. بدیهی است که جمع افقی هر ردیف (ضرایب عضویت یک داده خاص) برابر با یک خواهد بود. یک روش معمول جهت رسیدن به جواب‌هایی غیر فازی بر اساس نتایج نهایی الگوریتم فازی، برچسب‌زنی داده بر اساس آن ضریبی که مقدار حداکثر را در این داده دارد، می‌باشد. رابطه 2-6 معادله پایه در روش فازی است: [66]
(2-6) ,
در رابطه 2-6 متغیرm یک عدد حقیقی بزرگ‌تر از یک و درجه عضویت داده در خوشه j-ام می‌باشد، که خود ، i-امین داده d-بُعدی از داده‌ی مورد مطالعه می‌باشد و مرکز d-بعدی خوشه j-ام‌ است و هر روش معمول جهت اندازه‌گیری شباهت میان داده و مرکز خوشه می‌باشد. در روش خوشه‌بندی فازی مراکز خوشه () و درجه عضویت () با تکرار مکرر به ترتیب بر اساس رابطه‌های 2-7 و 2-8 به‌روزرسانی می‌شوند، تا زمانی که شرط توقف درست در آید. در این شرط مقدار یک مقدار توافقی بسیار کوچک‌تر از یک می‌باشد که مطابق با نوع داده و دقت خوشه‌بندی قابل جایگذاری خواهد بود. بدیهی است که هر چقدر این مقدار به سمت صفر میل کند درجه عضویت دقیق‌تر و مقدار زمان اجرا بیشتر خواهد بود [66].
(2-7)
(2-8)


مراحل اجرای الگوریتم در شبه کد شکل 2-11 شرح داده شده است:
1.Initialize matrix,
2.At k-step: calculate the centers vectors with

3.Update ,

4. If then STOP; otherwice returen to step 2.
شکل 2-10. الگوریتم فازی خوشه‌بندی
2-2-1-2-3. الگوریتم طیفیروش خوشه‌بندی طیفی که بر اساس مفهوم گراف طیفی [11] مطرح شده است، از ماتریس شباهت برای کاهش بعد داده‌ها در خوشه‌بندی استفاده می‌کند. در این روش یک گراف وزن‌دار بدون جهت به نحوی تولید می‌شود که رئوس گراف نشان‌دهنده‌ی مجموعه نقاط و هر یال وزن‌دار نشان‌دهنده‌ی میزان شباهت جفت داده‌های متناظر باشد. بر خلاف روش‌های کلاسیک، این روش، روی‌ داده‌ای پراکنده‌ در فضایی با شکل‌ هندسی غیر محدب، نتایج مطلوبی تولید می‌کند [63]. کاربرد این روش در محاسبات موازی [69, 70]، تنظیم بار [15]، طراحی VLSI [28]، طبقه‌بندی تصاویر [35] و بیوانفورماتیک [31, 59] می‌باشد.
در خوشه‌بندی طیفی از بردارهای ویژگی در ماتریس شباهت برای افراز مجموعه‌ داده استفاده می‌شود. در اغلب این روش‌ها، مقدار ویژه اولویت بردارها را تعیین می‌کند. ولی این نحوه‌ی انتخاب، انتخاب بهترین بردارها را تضمین نمی‌دهد. در اولین تحقیقی که در این زمینه توسط ژیانگ و گنگ [61] انجام شد، مسئله‌ی انتخاب بردارهای ویژگی مناسب جهت بهبود نتایج خوشه‌بندی پیشنهاد گردید. در روش پیشنهادی آن‌ها شایستگی هر یک از بردارهای با استفاده از تابع چگالی احتمال هر بردار تخمین زده می‌شود. وزنی به بردارهایی که امتیاز لازم را به دست آورندگ، اختصاص یافته و برای خوشه‌بندی از آن‌ها استفاده می‌شود. در کاری دیگر که توسط ژائو [64] انجام شده است، هر یک از بردارهای ویژه به ترتیب حذف می‌شوند و مقدار آنتروپی مجموعه بردارهای باقی‌مانده محاسبه می‌شود. برداری که حذف آن منجر به افزایش آنتروپی و ایجاد بی‌نظمی بیشتر در مجموعه داده شود، اهمیت بیشتری داشته و در رتبه بالاتری قرار می‌گیرد. سپس زیرمجموعه‌ای از مناسب‌ترین بردارها برای خوشه‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. الگوریتم خوشه‌بندی طیفی دارای متدهای متفاوتی جهت پیاده‌سازی است، که الگوریتم‌های برش نرمال، NJW، SLH وPF از آن جمله می‌باشد. در تمامی این روش‌ها، بخش اول، یعنی تولید گراف، مشترک می‌باشد. ما در ادامه ابتدا به بررسی بخش مشترک این روش‌ها می‌پردازیم. سپس به تشریح دو روش پر کاربرد برش نرمال و NJW می‌پردازیم.
در الگوریتم خوشه‌بندی طیفی، افراز داده‌ها بر اساس تجزیه‌ی ماتریس شباهت و به دست آوردن بردارها و مقادیر ویژه‌ی آن صورت می‌گیرد. مجموعه‌ی با داده‌یبعدی را در نظر بگیرید، می‌توان برای این مجموعه گراف وزن‌دار و بدون جهت را ساخت به صورتی که رئوس گراف نشان‌دهنده داده و یال‌ها که ماتریس شباهت را تشکیل می‌دهند بیانگر میزان شباهت بین هر جفت داده متناظر باشند. ماتریس شباهت به صورت رابطه 2-9 تعریف می‌شود:
(2-9)
تابع میزان شباهت بین دو داده را اندازه می‌گیرد. می‌تواند یک تابع گوسی به صورت باشد. که در آن فاصله‌ی بین دو نمونه را نشان می‌دهد و پارامتر مقیاس سرعت کاهش تابع با افزایش فاصله بین دو نمونه را مشخص می‌کند. در ادامه به بررسی دو الگوریتم خوشه‌بندی طیفی برش نرمال و NJW می‌پردازیم.
2-2-1-2-3-1. الگوریتم برش نرمالالگوریتم برش نرمال توسط شی و ملیک [35] برای قطعه‌بندی تصاویر ارائه شده است. در این روش، میزان تفاوت بین خوشه‌های مختلف و شباهت بین اعضا یک خوشه، بر اساس فاصله‌ی داده‌ها محاسبه می‌کند. رابطه 2-10 اشاره به مفهوم شباهت داده دارد که با استفاده از آن اقدام به ساخت گراف وزن‌دار می‌نماییم:
(2-10)
موقعیت i-امین داده (پیکسل در تصاویر) و بردار ویژگی از صفات داده (مانند روشنایی در تصاویر) می‌باشد. با کمک حد آستانه می‌توان میزان تنکی ماتریس شباهت را با توجه به تعداد اثرگذار داده‌های همسایه تعیین کرد. گام‌های این الگوریتم به صورت زیر می‌باشد:
محاسبه ماتریس درجه.
محاسبه ماتریس لاپلاسین.
محاسبه دومین بردار ویژگی متناظر با دومین کوچک‌ترین مقدار ویژه.
استفاده از برای خوشه‌بندی (قطعه‌بندی در تصاویر) گراف.
روش برش نرمال بیشتر در قطعه‌بندی تصاویر کاربرد دارد و معمولاً در خوشه‌بندی داده از سایر الگوریتم‌های خوشه‌بندی طیفی استفاده می‌کنند.
2-2-1-2-3-2. الگوریتم NJWایده الگوریتم استفاده از اولین بردار ویژه متناظر با بزرگ‌ترین مقدار ویژه ماتریس لاپلاسین است. مراحل این الگوریتم به صورت زیر می‌باشد: [51]
ساخت ماتریس شباهت با استفاده از رابطه 2-9.
محاسبه ماتریس درجه، و ماتریس لاپلاسین.
به دست آوردن اولین بردار ویژه متناظر با اولین بزرگ‌ترین مقدار ماتریسو تشکیل ماتریس ستونی.
نرمال سازی مجدد و تشکیل به طوری که همه سطرهای آن طول واحد داشته باشد.
خوشه‌بندی مجموعه داده بازنمایی شده با استفاده از.

2-2-1-2-4. الگوریتم خوشه‌بندی کاهشیالگوریتم خوشه‌بندی کاهشی یکی از سریع‌ترین الگوریتم‌های تک گذر، برای تخمین تعداد خوشه و مراکز آن‌ها در مجموعه‌ی داده می‌باشد. این مفهوم یعنی به جای تحت تأثیر قرار گرفتن محاسبات از ابعاد مسئله، متناسب با اندازه مسئله آن را انجام دهیم. با این وجود، مراکز واقعی خوشه الزاماً یکی از نقاط داده موجود در مجموعه داده نیست ولی در بیشتر موارد این انتخاب تخمین خوبی است که به صورت ویژه از این رویکرد در محاسبات کاهشی استفاده می‌شود. اگر هر نقطه از مجموعه داده به عنوان گزینه‌ای برای مرکز خوشه در نظر گرفته شود، معیار تراکم هر نقطه به صورت زیر تعریف می‌شود [79].
(2-11)
در رابطه بالا یک ثابت مثبت است، که نشان‌دهنده‌ی شعاع همسایگی (سایر نقاط داده که نزدیک‌ترین نقاط به این داده خاص هستند) می‌باشد، و نشان‌دهنده‌ی سایر داده‌های مجموعه، و نشان‌دهنده‌ی تعداد این داده‌ها است. از این روی، داده‌ای دارای بیش‌ترین مقدار تراکم می‌باشد که بیش‌ترین نقاط داده در همسایگی آن است. اولین مرکز خوشه بر اساس بزرگ‌ترین مقدار تراکم انتخاب می‌شود. بعد از این انتخاب میزان تراکم هر یک از نقاط داده به صورت زیر به‌روز می‌شود [79].
(2-12)
در رابطه بالا ثابت مثبت همسایگی را تعریف می‌کند که میزان کاهش تراکم قابل اندازه‌گیری را نشان می‌دهد. از آنجایی که نقاط داده در نزدیکی مرکز خوشه اول به طور قابل‌توجهی مقادیر چگالی را کاهش می‌دهند بعد از به‌روز کردن مقادیر تابع چگالی توسط رابطه بالا مرکز خوشه بعدی بر اساس داده‌ای که بزرگ‌ترین مقدار چگالی را دارد انتخاب می‌شود. این فرآیند آن قدر تکرار می‌شود تا به تعداد کافی مرکز خوشه ایجاد شود. پس از اتمام این فرآیند می‌توان توسط الگوریتم که مراکز داده در آن توسط فرآیند بالا به صورت دستی داده شده است (نه به صورت تصادفی)، داده‌ها را خوشه‌بندی کرد. شبه کد شکل زیر روند فرآیند بالا را نشان می‌دهد که در آن ابتدا مقادیر ثابت‌ها () و مجموعه داده به عنوان ورودی گرفته می‌شود و پس از ساخت مراکز داده مطابق با تعاریف بالا، این مراکز برای خوشه‌بندی در الگوریتم استفاده می‌شود [79].
Inputs Dataset, Constants
Output Clusters
Steps
1. Initialize constants and density values
2. Make a new cluster center.
3. Update density values
4. If the sufficient number of clusters are not obtained, go to 2.
3. Clustering the dataset by k-means, using fix centers.
شکل 2-11. خوشه‌بندی کاهشی
2-2-1-2-5. الگوریتم خوشه‌بندی Median K-Flatالگوریتم Median K-Flat یا به اختصار MKF مجموعه داده‌یرا به K خوشه‌ی افراز می‌کند که هر خوشه یک شبه فضای d-بُعدی تقریباً خطی می‌باشد. پارامتر‌ با فرض ماتریسی با ابعاد می‌باشد، که هر یک از خانه‌های آن تخمین شبه فضای خطی متعامد می‌باشد. قابل به ذکر است که می‌باشد. در این جا تخمین شبه فضای خوشه‌های را نام‌گذاری می‌کنیم. مطابق تعاریف بالا تابع انرژی برای افرازهای ‌ بر اساس شبه فضای به شکل زیر تعریف می‌شود [77].
(2-13)
این الگوریتم سعی می‌کند تا مجموعه داده را به خوشه‌های ‌تبدیل کند به نحوی که تابع انرژی کمینه باشد. تا وقتی که سطوح تخت اساسی به شکل شبه فضای خطی هستند ما می‌توانیم به صورت فرضی المان‌های X را در یک حوضه واحد نرمال کنیم به طوری که برای و تابع انرژی را به شکل زیر بیان کنیم: [77]
(2-14)
این الگوریتم برای کمینه‌سازی تابع انرژی الگوریتمMKF از روش کاهش گرادیان تصادفی استفاده می‌کند. مشتق تابع انرژی بر اساس ماتریس به شرح زیر است:
(2-15)
این الگوریتم نیاز به تطبیق بر اساس مؤلفه‌ی متعامد مشتق دارد. بخشی از مشتق که با شبه فضای موازی است به شرح زیر می‌باشد.
(2-16)
از این روی مؤلفه متعامد برابر است با رابطه 2-17 می‌باشد.
(2-17)
در رابطه بالا برابر با رابطه 2-18 است.
(2-18)
با در نظر گرفتن محاسبات بالا، الگوریتم MKF تصمیم می‌گیرد که داده تصادفی از مجموعه داده، عضو کدام باشد، و از این طریق شروع به چیدن داده‌ها می‌کند. آن گاه، الگوریتم تابع را به‌روز کند که در آن (مرحله زمانی) پارامتری است که توسط کاربر تعیین می‌شود. این فرآیند آن قدر تکرار می‌شود تا ضابطه همگرایی دیده شود. آنگاه هر نقطه از مجموعه داده به نزدیک‌ترین شبه فضای که تعیین‌کننده خوشه‌هاست اختصاص داده می‌شود. شبه کد زیر فرآیند الگوریتم MKF را نشان می‌دهد [77].
Input:
: Data, normalized onto the unit sphere, d: dimension of subspaces K: number of subspaces, the initialized subspaces. : step parameter.
Output: A partition of X into K disjoint clusters
Steps:
1. Pick a random point in X
2. Find its closest subspace , where
3. Compute by
4. Update
5. Orthogonalize
6. Repeat steps 1-5 until convergence
7. Assign each xi to the nearest subspace
شکل 2-12. شبه‌کد الگوریتم MKF [77]
2-2-1-2-6. الگوریتم خوشه‌بندی مخلوط گوسییک مخلوط گوسی یا همان را می‌توان ترکیب محدبی از چگالی‌های گوسی دانست. یک چگالی گوسی در فضای d-بُعدی به ازای میانگین، توسط ماتریس هم‌وردایی با ابعاد به صورت زیر تعریف می‌شود: [83]
(2-19)
در رابطه بالا پارامتر‌های و را تعریف می‌کند. از این روی مؤلفه به صورت زیر تعریف می‌شود:
(2-20)
در رابطه (2-20) پارامتر وزن مخلوط کردن و مؤلفه مخلوط می‌باشد. از آنجا که در مقایسه با تخمین چگالی غیر پارامتری، تعداد کمتری از توابع چگالی در تخمین چگالی مخلوط باید ارزیابی شود، از این روی ارزیابی چگالی کارآمدتر خواهد بود. علاوه بر آن، استفاده از اجرای محدودیت هموار کردن بر روی برخی از مؤلفه‌های مخلوط در نتیجه‌ی چگالی به ما اجازه می‌دهد تا چگالی مستحکم‌تری را تخمین بزنیم. الگوریتم حداکثر-انتظار یا همان به ما اجازه به‌روز کردن پارامتر‌های مؤلفه‌ی مخلوط را مطابق با مجموعه داده به ازای هر می‌دهد، به طوری که احتمال هرگز کوچک‌تر از مخلوط جدید نشود. به‌روز کردن الگوریتم می‌تواند در یک فرآیند تکراری برای تمامی مؤلفه‌های مطابق با رابطه‌های زیر انجام شود: [83]
(2-21)
(2-22)
(2-23)
(2-24)
در این تحقیق از روش پیشنهادی بومن و همکاران برای پیاده‌سازی الگوریتم مخلوط گوسی استفاده شده است. از آنجایی که روش پیاده‌سازی و توضیحات مربوط به الگوریتم مخلوط گوسی در روش ترکیب مبتنی بر مخلوط استفاده می‌شود از این روی در بخش روش‌های ترکیب نتایج با تابع توافقی آن را بررسی خواهیم کرد.
2-2-2. معیارهای ارزیابیدر یادگیری با ناظر ارزیابی راحت تر از یادگیری بدون ناظر است. برای مثال آن چیز که ما در رده‌بندی باید ارزیابی کنیم مدلی است که ما توسط داده‌های یادگیری به الگوریتم هوش مصنوعی آموزش داده‌ایم. در روش‌های با ناظر ورودی و خروجی داده معلوم است و ما بخشی از کل داده را برای آزمون جدا کرده و بخش دیگر را به عنوان داده یادگیری استفاده می‌کنیم و پس از تولید مدل مطلوب ورودی داده آزمون را در مدل وارد کرده و خروجی مدل را با خروجی واقعی می‌سنجیم. از این روی معیارهای بسیاری برای ارزیابی روش‌های با ناظر ارائه‌شده‌اند.
در یادگیری بدون ناظر روش متفاوت است. در این روش هیچ شاخص معینی در داده جهت ارزیابی وجود ندارد و ما به دنبال دسته‌بندی کردن داده‌ها بر اساس شباهت‌ها و تفاوت‌ها هستیم. از این روی برخلاف تلاش‌های خیلی از محققان، ارزیابی خوشه‌بندی خیلی توسعه داده نشده است و به عنوان بخشی از تحلیل خوشه‌بندی رایج نشده است. در واقع، ارزیابی خوشه‌بندی یکی از سخت‌ترین بخش‌های تحلیل خوشه‌بندی است [33]. معیارهای عددی، یا شاخص‌هایی که برای قضاوت جنبه‌های مختلف اعتبار یک خوشه به کار می روند، به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:
1- شاخص خارجی که مشخص می‌کند که کدام خوشه‌های پیداشده به وسیله الگوریتم خوشه‌بندی با ساختارهای خارجی تطبیق دارند. در این روش نیاز به اطلاعات اضافی مثل برچسب نقاط داده، داریم. آنتروپی یک مثالی از شاخص خارجی است.
2- شاخص داخلی که برای اندازه‌گیری میزان خوبی یک ساختار خوشه‌بندی بدون توجه به اطلاعات خارجی به کار می‌‌رود. یک نمونه از شاخص داخلی است.
3- شاخص نسبی که برای مقایسه دو خوشه‌بندی مختلف یا دو خوشه مختلف به کار می‌رود. اغلب یک شاخص خارجی یا داخلی برای این تابع استفاده می‌شود. برای مثال، دو خوشه‌بندی می‌توانند با مقایسه یا آنتروپی‌شان مقایسه شوند.
این فصل تعدادی از مهم‌ترین و رایج‌ترین روش‌های به‌کاررفته برای ارزیابی خوشه‌بندی را مرور خواهد کرد.
2-2-2-1. معیار SSEیک معیار داخلی ارزیابی خوشه‌بندی، مثل، می‌تواند برای ارزیابی یک خوشه‌بندی نسبت به خوشه‌بندی دیگر به کار رود. به علاوه، یک معیار داخلی اغلب می‌تواند برای ارزیابی یک خوشه‌بندی کامل یا یک خوشه تنها به استفاده شود. این اغلب به خاطر این است که این روش، سعی می‌کند تا میزان خوبی کلی خوشه‌بندی را به عنوان یک جمع وزن‌دار از خوبی‌های هر خوشه در نظر می‌گیرد. با استفاده از رابطه 2-25 محاسبه می‌شود [68].
(2-25)
کهیک نقطه داده در خوشه است و، j-امین ویژگی از داده X است. ، j-امین ویژگی از مرکز خوشه می‌باشد. برای مقایسه دو خوشه‌بندی مختلف روی یک داده با یک تعداد مشابه، تنها مقایسه مقدارهای متناظر آن‌ها کافی است. هر چه مقدار کمتر باشد، آن خوشه‌بندی بهتر خواهد بود. البته، وقتی تعداد نقاط داده در دو خوشه متفاوت باشند، مقایسه مستقیم از روی مقدار خوب نخواهد بود. بنابراین، یک خوشه معیار مناسب تری برای مقایسه است. رابطه 2-26 این معیار را نشان می‌دهد که در آن مقدار تعداد کل نمونه‌هاست [68].
(2-26)
تعداد درست خوشه‌ها در الگوریتم ، اغلب می‌تواند با استفاده از نگاه کردن به منحنی مشخص شود. این منحنی با رسم مقادیر به ازایهای مختلف به دست می‌آید. تعداد خوشه‌های بهینه با توجه به منحنی، ای است که به ازای آن نرخ کاهش مقدار، قابل چشم‌پوشی شود. شکل 2-13-ب منحنی را برای داده‌های شکل 2-13-الف، نشان می‌دهد.

(الف)
(ب)
شکل2-13. (الف) مجموعه داده با تعداد 10 خوشه واقعی. (ب) منحنی مربوطه [68]
همان طور که از شکل 2-13-ب برمی‌آید، برای مقادیرهای از صفر تا 10 شیب منحنی نسبت به بقیه مقادیر، تندتر می‌باشد. این امر نشان‌دهنده آن است که مقدار یک مقدار بهینه برای تعداد خوشه‌ها می‌باشد.

(الف)
(ب)
شکل2-14. (الف) مجموعه داده (ب) منحنی مربوطه [2]
شکل 2-14-ب نیز منحنی را برای داده‌های شکل 2-14-الف، نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که در این داده‌ها، چون تعداد خوشه‌ها نسبت به شکل 2-14-الف کاملاً گویا نیست، بنابراین، منحنی آن نیز نرم تر خواهد بود . اما با توجه به شکل 2-14-ب، می‌توان گفت که تعداد نسبتاً خوب باشد. چون منحنی برای های بعد از 8، دارای شیب کندتری خواهد شد. با توجه به نتایج فوق می‌توان گفت که اگرچه منحنی برای همه مسایل نمی‌تواند جواب بهینه برای تعداد بدهد، اما می‌تواند به عنوان یک معیار خوب برای این امر مطرح باشد.
2-2-2-2. معیار اطلاعات متقابل نرمال شدهمعیار اطلاعات متقابل () توسط کاور و توماس [71] معرفی شد که یک روش جهت اندازه‌گیری کیفیت اطلاعات آماری مشترک بین دو توزیع است. از آنجایی که این معیار وابسته به اندازه خوشه‌ها است در [54] روشی جهت نرمال سازی آن ارائه شده است. فرد و جین [19] روش نرمال سازی اطلاعات متقابل را اصلاح کردند و آن را تحت عنوان اطلاعات متقابل نرمال () ارائه داده‌اند. رابطه 2-27 اطلاعات متقابل نرمال شده را نشان می‌دهد[1, 2, 19] .
(2-27)
در رابطه 2-27 پارامتر کل نمونه‌ها است و یعنی افرازهایی که اندیس آن‌ها شامل i با تمام مقادیر j می‌باشد و یعنی افرازهایی که تمام مقادیر i با و اندیس j را شامل شود. از رابطه 2-28 محاسبه می‌شود [1, 2, 19].
(2-28)
, ,
در صورتی که دو افراز به صورت و که در آن کل داده و خوشه اول و خوشه دوم هر یک از افرازها باشد آنگاه نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد، نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد، نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد و نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد. در واقع و به ترتیب بیانگر کل نمونه‌های موجود در و می‌باشد [1].
شکل 2-15 دو افراز اولیه را نشان می‌دهد که میزان پایداری برای هر کدام از خوشه‌های به دست آمده هم محاسبه شده است. در این مثال الگوریتم به عنوان الگوریتم خوشه‌بندی اولیه انتخاب شده است و تعداد خوشه‌های اولیه برابر با سه نیز به عنوان پارامتر آن از قبل مشخص شده است. همچنین، در این مثال تعداد افرازهای موجود در مجموعه مرجع برابر با ۴۰ می‌باشد. در ۳۶ افراز نتایجی مشابه با شکل 2-15 (a) و در 4 حالت باقیمانده نیز نتایجی مشابه با شکل 2-15 (a) حاصل شده است [1].

شکل2-15. دو افراز اولیه با تعداد سه خوشه. (a) خوشه‌بندی درست (b) خوشه‌بندی نادرست [1]
از آن جایی که در مجموعه مرجع در ۹۰ % مواقع، داده‌های متراکم گوشه بالا‐چپ از شکل 2-15 در یک خوشه مجزا گروه‌بندی شده‌اند، بنابراین این خوشه باید مقدار پایداری بالایی را به خود اختصاص دهد. اگرچه این مقدار نباید دقیقاً برابر با یک باشد (چون در همه موارد این خوشه درست تشخیص داده نشده است)، مقدار پایداری با روش متداول اطلاعات متقابل نرمال شده مقدار یک را بر می‌گرداند. از آن جایی که ادغام دو خوشه سمت راست تنها در ۱۰ % موارد مانند شکل 2-15 (b) اتفاق افتاده است، خوشه حاصل باید مقدار پایداری کمی به دست آورد. اگر چه خوشه حاصل از ادغام دو خوشه سمت راستی، به ندرت ( ۱۰ % موارد) در مجموعه مرجع دیده شده است، مقدار پایداری برای این خوشه نیز برابر با یک به دست می‌آید. در اینجا مشکل روش متداول محاسبه پایداری با استفاده از اطلاعات متقابل نرمال شده ظاهر می‌شود. از آنجایی که معیار اطلاعات متقابل نرمال شده یک معیار متقارن است، مقدار پایداری خوشه بزرگ ادغامی سمت راست (با ۱۰ % تکرار) دقیقاً برابر با میزان پایداری خوشه متراکم گوشه بالا‐چپ (با ۹۰ % تکرار) به دست می‌آید. به عبارت دیگر در مواردی که داده‌های دو خوشه مکمل یکدیگر باشند، یعنی اجتماع داده‌های آن‌ها شامل کل مجموعه داده شود و اشتراک داده‌های آن‌ها نیز تهی باشد، مقدار پایداری برای هر دو به یک اندازه برابر به دست می‌آید. از دیدگاه دیگر، این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که تعداد خوشه‌های تشکیل‌دهنده مجموعه در خوشه‌بندی مرجع عددی بیشتر از یک باشد. هر زمان که با ادغام دو یا بیشتر از خوشه‌ها به دست آید، منجر به نتایج نادرست در مقدار پایداری می‌شود. ما این مشکل را تحت عنوان مشکل تقارن در اطلاعات متقابل نرمال شده می‌شناسیم. در سال‌های اخیر روش‌هایی جهت حل این مشکل ارائه‌شده‌اند که یکی از آن‌ها را علیزاده و همکاران در [1, 9]ارائه داده‌اند که در‌ آن بزرگ‌ترین خوشه از بین مجموعه مرجع (که بیش از نصف نمونه‌هایش در خوشه مورد مقایسه وجود دارد) جایگزین اجتماع همه خوشه‌ها می‌شود که ما آن را با عنوان روش Max می‌شناسیم. روش دیگر جهت رفع این مشکل معیار APMM می‌باشد. در ادامه به بررسی این معیار می‌پردازیم [1, 8, 67].
2-2-2-3. معیار APMMبر خلاف معیارکه برای اندازه‌گیری شباهت دو افراز طراحی شده است معیار روشی برای اندازه‌گیری میزان شباهت یک خوشه در یک افراز است که توسط عـلیزاده و همکاران [8, 67] معرفی شده است رابطه 2-29 این معیار را معرفی می‌کند.
(2-29)
در رابطه 2-29 پارامتر خوشه i-ام در افراز می‌باشد و افراز متناظر با خوشه در خوشه‌بندی است. پارامتر تعداد کل نمونه‌های مجموعه داده و تعداد نمونه‌های مشترک بین خوشه‌های و می‌باشد. همچنین، تعداد خوشه‌های موجود در افراز می‌باشد. در این روش برای محاسبه پایداری خوشه از رابطه 2-30 استفاده می‌کنیم [8, 67].
(2-30)
در رابطه 2-30 پارامتر نشان‌دهنده j-امین افراز از مجموعه مرجع است و تعداد کل افرازها است [8, 67]. از آنجایی که این معیار برای ارزیابی شباهت یک خوشه است می‌توان هم برای ارزیابی خوشه و هم برای ارزیابی افراز استفاده کرد. جهت استفاده از این معیار برای ارزیابی یک افراز کافی است آن را برای تک‌تک خوشه‌های آن افراز استفاده کنیم و در نهایت از کل مقادیر میانگین بگیریم.
2-۳. خوشه‌بندی ترکیبیکلمه’Ensemble‘ ریشه فرانسوی دارد و به معنی باهم بودن یا در یک زمان می‌باشد و معمولاً اشاره به واحدها و یا گروه‌های مکملی دارد که باهم در اجرای یک کار واحد همکاری می‌کنند. ترکیب تاریخ طولانی در دنیای واقعی دارد، نظریه هیئت‌منصفه ی کندورست که در سال 1785 میلادی مطرح شده است و این ایده را مطرح می‌کند که، احتمال نسبی درستی نظر گروهی از افراد (رأی اکثریت) بیشتر از نظر هر یک از افراد به تنهایی می‌باشد را می‌توان دلیلی برای ترکیب نتایج در دنیای واقعی دانست [10, 27]. خوشه‌بندی ترکیبی روشی جدید در خوشه‌بندی می‌باشد که از ترکیب نتایج روش‌های خوشه‌بندی متفاوت به دست می‌آید از آنجایی که اکثر روش‌های خوشه‌بندی پایه روی جنبه‌های خاصی از داده‌ها تاکید می‌کنند، در نتیجه روی مجموعه داده‌های خاصی کارآمد می‌باشند. به همین دلیل، نیازمند روش‌هایی هستیم که بتواند با استفاده از ترکیب این الگوریتم‌ها و گرفتن نقاط قوت هر یک، نتایج بهینه‌تری را تولید کند. هدف اصلی خوشه‌بندی ترکیبی جستجوی نتایج بهتر و مستحکم‌تر، با استفاده از ترکیب اطلاعات و نتایج حاصل از چندین خوشه‌بندی اولیه است [18, 54]. خوشه‌بندی ترکیبی می‌تواند جواب‌های بهتری از نظر استحکام، نو بودن، پایداری و انعطاف‌پذیری نسبت به روش‌های پایه ارائه دهد [3, 21, 54, 57]. به طور خلاصه خوشه‌بندی ترکیبی شامل دو مرحله اصلی زیر می‌باشد : [34, 54]
1- تولید نتایج متفاوت از خوشه‌بندی‌ها، به عنوان نتایج خوشه‌بندی اولیه بر اساس اعمال روش‌های مختلف که این مرحله را، مرحله ایجاد تنوع یا پراکندگی می‌نامند.
2- ترکیب نتایج به دست آمده از خوشه‌بندی‌های متفاوت اولیه برای تولید خوشه نهایی؛ که این کار توسط تابع توافقی (الگوریتم ترکیب‌کننده) انجام می‌شود.

user8342

استفاده از اطلاعات و نتایج موجود در پژوهش بدون ذکر مرجع مجاز نمی باشد.
00مالکیت نتایج و حق نشر
کلیه حقوق معنوی این اثر و محصولات آن (مقالات مستخرج ، کتاب ، برنامه های رایانه ای ، نرم افزار ها و تجهیزات ساخته شده است ) متعلق به دانشگاه صنعتی شاهرود می باشد . این مطلب باید به نحو مقتضی در تولیدات علمی مربوطه ذکر شود .
استفاده از اطلاعات و نتایج موجود در پژوهش بدون ذکر مرجع مجاز نمی باشد.
* متن این صفحه نیز باید در ابتدای نسخه های
تقدیر و تشکر
با تشکر از اساتید بزرگوارم جناب آقابان دکتر اکبرزاده، عباسنژاد و محمدیون که شایسته هر نوع سپاس، تجلیل و تکریم هستند. همچنین پدر و مادر عزیزم که در تمامی مراحل پشتیبان من بودند.
چکیده
در تحقیق حاضر مسئله خنک کاری مغز به روش انتقال حرارت معکوس به منظور کاهش آسیب های احتمالی مورد بررسی قرار گرفته است. کاهش دمای مغزفواید بسیاری در مقابل آسیب های تراماتیک و ایشکمیک مغز دارد و می تواند بیمار را مدت بیشتری در وضعیت حیاتی نگه دارد. هندسه مغز به عنوان یک فرض ساده کننده، به صورت یک نیمکره متقارن در نظر گرفته شده است. مسئله معکوس با روش گرادیان مزدوج حل شده است.اساس روش بر مبنای مینیمم سازی تابع هدفی است که که به صورت مجموع مربعات تفاضل دماهای محاسبه شده و دماهای اندازه گیری شده از آزمایش بر روی مرز خارجی مغز تعریف می گردد. با حدس یک شار اولیه مسئله را حل کرده، توزیع دما و شار حرارتی مورد نظر به منظور کاهش دمای مرکز مغز به میزان 5 درجه ( رسیدن به دمای 33 درجه)، به دست آمده اند. توابع محاسبه شده با استفاده از روش معکوس با توابع دقیق مقایسه شدهاند.
فهرست علائم و اختصارات:
C گرمای ویژه، J/ kg d جهت گام بهینه
eRMS خطای RMS
k هدایت گرمایی بافت، W/m °C
Ns تعداد سنسورها
n بردار عمود بر سطح
q شار حرارتی W/m2q'''m نرخ تولید گرمای متابولیک W/m3R شعاع سر m
S تابع هدف
Tدما KTa0 دمای مرکزی بدن Kt زمان sWb نرخ خون تزیق وریدی kg/(mas)Y دمای مورد نظر(اندازهگیری شده)
Greek letters a نفوذپذیری گرمایی m2/sβ اندازه گام حل
γ ضریب الحاقی
ε پارامتر توقف
θ زمان بیبعد
λ متغیر مسئله حساسیت
ρ چگالی بافت زنده kg/m3b خون
r* مشتق نسبت به r*
z* مشتق نسبت به z*η مشتق نسبت به ηξ مشتق نسبت به ξSuperscripts k تعداد تکرارها

فهرست مطالب
عنوانشماره صفحه
TOC o h z u فصل اول: مقدمه PAGEREF _Toc418272714 h 11-1 مقدمه: PAGEREF _Toc418272715 h 21-2- تاریخچه: PAGEREF _Toc418272716 h 7فصل دوم: بررسی روش‌های بهینه‌سازی توابع PAGEREF _Toc418272717 h 152-1 مسائل بهینه‌سازی PAGEREF _Toc418272718 h 162-2 دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی PAGEREF _Toc418272719 h 172-3 راه‌حل کلی PAGEREF _Toc418272720 h 182-4 نرخ هم‌گرائی PAGEREF _Toc418272721 h 192-5-1 محاسبه گرادیان PAGEREF _Toc418272722 h 222-5-2 تعیین طول گام بهینه در جهت کاهش تابع PAGEREF _Toc418272723 h 232-6 معیار هم‌گرائی PAGEREF _Toc418272724 h 242-7 روش کاهش سریع PAGEREF _Toc418272725 h 252-8 مقدمه ای بر روش انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272726 h 252-8-1 مقدمه PAGEREF _Toc418272727 h 252-8-2 مشکلات حل مسائل انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272728 h 272-8-3 ارزیابی روش‌های مسائل معکوس حرارتی PAGEREF _Toc418272729 h 312-8-4 تکنیک‌های حل مسائل انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272730 h 322-8-5 تکنیک I PAGEREF _Toc418272731 h 342-8-5-1 شرح تکنیک PAGEREF _Toc418272732 h 342-8-5-2 روش‌های محاسبه ضرایب حساسیت PAGEREF _Toc418272733 h 372-8-6 تکنیک II PAGEREF _Toc418272734 h 382-8-6-1 متد گرادیان مزدوج PAGEREF _Toc418272735 h 382-8-6-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک دوم PAGEREF _Toc418272736 h 442-8-6-3 اندازه‌گیری پیوسته PAGEREF _Toc418272737 h 452-8-7 تکنیک III PAGEREF _Toc418272738 h 462-8-7-1 روش گرادیان مزدوج با مسئله اضافی جهت تخمین پارامترها PAGEREF _Toc418272739 h 462-8-7-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک سوم PAGEREF _Toc418272740 h 492-8-8 تکنیک IV PAGEREF _Toc418272741 h 502-8-8-1 گرادیان مزدوج با مسئله الحاقی برای تخمین توابع PAGEREF _Toc418272742 h 502-8-8-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک چهارم PAGEREF _Toc418272743 h 52فصل سوم: مدل ریاضی PAGEREF _Toc418272744 h 543-1 مقدمه PAGEREF _Toc418272745 h 553-2 مدل‌های هدایت گرمایی PAGEREF _Toc418272746 h 553-2-1 مدل پنز PAGEREF _Toc418272747 h 553-2-2 مدل چن هلمز [26] PAGEREF _Toc418272748 h 60فصل چهارم: تخمین شار حرارتی گذرا در حالت متقارن محوری PAGEREF _Toc418272749 h 614-1- فیزیک مسئله PAGEREF _Toc418272750 h 624-2- محاسبه توزیع دما در حالت گذرا PAGEREF _Toc418272751 h 63در این بخش به بررسی روش حل معادلات انتقال حرارت متقارن محوری در حالت گذرا پرداخته میشود. PAGEREF _Toc418272752 h 634-2-1 معادله حاکم PAGEREF _Toc418272753 h 634-2-2- معادلات حاکم در دستگاه مختصات عمومی PAGEREF _Toc418272754 h 644-2-3- متریک ها و ژاکوبین های تبدیل PAGEREF _Toc418272755 h 654-2-4 تبدیل معادلات از صفحه فیزیکی به صفحه محاسباتی PAGEREF _Toc418272756 h 674-2-5- گسسته سازی معادلات PAGEREF _Toc418272757 h 694-2-6 شرایط مرزی مسئله PAGEREF _Toc418272758 h 714-3 مسئله معکوس PAGEREF _Toc418272759 h 744-3-1 مسئله حساسیت PAGEREF _Toc418272760 h 754-3-2 مسئله الحاقی PAGEREF _Toc418272761 h 764-3-3 معادله گرادیان PAGEREF _Toc418272762 h 764-3-4 روش تکرار PAGEREF _Toc418272763 h 774-5: تخمین شار حرارتی مجهول در مدل سه لایه PAGEREF _Toc418272764 h 774-5-1 معادله حاکم PAGEREF _Toc418272765 h 784-5-2 شرایط مرزی مساله PAGEREF _Toc418272766 h 784-5-3 مسئله معکوس PAGEREF _Toc418272767 h 804-5-3-1 مسئله حساسیت PAGEREF _Toc418272768 h 804-5-3-2 مسئله الحاقی PAGEREF _Toc418272769 h 81فصل پنجم: نتایج PAGEREF _Toc418272770 h 82نتیجه گیری: PAGEREF _Toc418272771 h 94پیوست الف PAGEREF _Toc418272772 h 95پیوست ب PAGEREF _Toc418272773 h 96اعتبارسنجی حل مستقیم PAGEREF _Toc418272774 h 96مراجع: PAGEREF _Toc418272775 h 115
فهرست جداول
جدول2-1- دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی18
جدول 4-1. خواص لایه های استفاده شده79
جدول5-1. خطایRMS برای توابع مختلف در نظر گرفته شده برای شار حرارتی88

فهرست اشکال
شکل 2-1- نمودار روند بهینه‌سازی تابع هدف19
شکل 2-2- جهت‌های سریع‌ترین افزایش21
شکل3-1. المان در نظر گرفته‌شده برای به دست آوردن معادله انتقال حرارت زیستی پنز56
شکل 4-1 نمایش فیزیک مسئله62
شکل 4-2 - نمایش صفحه مختصات فیزیکی و محاسباتی64
شکل 4-3-نمایش گره مرکزی و هشت گره همسایه آن70
شکل 4-4- نمایش صفحه محاسباتی71
شکل 4-5- نمایش شرایط مرزی در صفحه فیزیکی71
شکل 4-6- نمایش مساله سه لایه در صفحه محاسباتی78
شکل 4-7- نمایش هندسه مساله متشکل از سه لایه مختلف بافت مغز، استخوان و پوست سر80
شکل5-1 شبکه مورد استفاده در حل مسئله و موقعت سنسورها83
شکل 5-2. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد85
شکل 5-3. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد85
شکل 5-4. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابعی ترکیبی از sin و cos میباشد86
شکل5-5. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد86
شکل 5-6. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پلهای میباشد87
شکل5-7. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابعی ترکیبی از sin و cos میباشد87
شکل 5-8. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد89
شکل 5-9. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد89
شکل 5-10. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع سینوس و کسینوس میباشد90
شکل 5-11. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد90
شکل 5-12. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد91
شکل 5-13. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع سینوس-کسینوس میباشد91
شکل 5-14. مقایسه دمای محاسبه شده و دمای دقیق.92
شکل 5-15. شار محاسبه شده92
ضمائم:
شکل1- هندسه مستطیلی با شرایط مرزی دما ، عایق و شار حرارت96
شکل2- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 1 پس از 12 ثانیه97
شکل3- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 2 پس از 12 ثانیه98
شکل4- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 4 پس از 12 ثانیه98
شکل5- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 5 پس از 12 ثانیه99
شکل6- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره7 پس از 12 ثانیه99
شکل7- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 8 پس از 12 ثانیه100
شکل8- هندسه منحنی با شرایط مرزی عایق و شار حرارتی101
شکل9- مقایسه منحنی توزیع دما برای گره میانی پس از 60 ثانیه101
شکل 10- نمایش هندسه منحنی متشکل از سه لایه مختلف آزبست ، فولاد و آلومینیم102
شکل 11- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر برای مسئله چندلایه103
شکل 12- نمایش کانتورهای توزیع دمای FLUENT برای مسئله چندلایه103
شکل 13- نمایش شبکه 30*30104
شکل 14- نمایش شبکه 40*40105
شکل 15- نمایش شبکه 50*50105
شکل 16- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله یک‌لایه106
شکل 17- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله دولایه106
شکل 18- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله سه لایه107
شکل 19- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله یک‌لایه107
شکل 20- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله دولایه108
شکل 21- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله سه لایه108
شکل 22- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله یک‌لایه109
شکل 23- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله دولایه110
شکل 24- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله سه لایه110
شکل 25- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر برای هندسه نامنظم با تقارن محوری111
شکل 26- نمایش کانتورهای توزیع دمای FLUENT برای هندسه نامنظم با تقارن محوری112
شکل 27- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر113
شکل 28- نمایش منحنیهای توزیع دمای مرکز کره113
شکل 29- نمایش منحنیهای توزیع دمای نقطهای که در موقعیت r=5 cm قرارگرفته114
شکل 30- نمایش منحنیهای توزیع دمای نقطهای که بر روی سطح کره قرارگرفته است114
فصل اول: مقدمه1-1 مقدمه: توسعه کامپیوتر و ابزار محاسباتی، رشد روش‌های عددی را برای مدل‌سازی پدیده‌های فیزیکی تسریع کرده است. برای مدل‌سازی یک پدیده فیزیکی به یک مدل ریاضی و یک روش حل نیاز است. مدل‌سازی مسائل هدایت حرارتی نیز بهمانند دیگر پدیده‌های فیزیکی با حل معادلات حاکم امکان‌پذیر است. برای حل مسائل هدایت حرارتی به اطلاعات زیر نیاز داریم:
هندسه ناحیه حل
شرایط اولیه
شرایط مرزی (دما یا شار حرارتی سطحی)
خواص ترموفیزیکی
محل و قدرت منبع حرارتی درصورتی‌که وجود داشته باشند.
پس از حل معادلات حاکم توزیع دما در داخل ناحیه حل به دست میآید. این نوع مسائل را مسائل مستقیم حرارتی می‌گوییم. روش‌های حل مسائل مستقیم از سال‌ها پیش توسعه‌یافته‌اند. این روش‌ها شامل حل مسائلی با هندسه پیچیده و مسائل غیرخطی نیز میگردند. علاوه بر این پایداری و یکتایی این روش‌ها نیز بررسی‌شده است. روش‌های اولیه عمدتاً بر مبنای حل‌های تحلیلی بودهاند.
این روش‌ها بیشتر برای مسائل خطی و با هندسه‌های ساده قابل‌استفاده هستند. برعکس، روش‌های عددی دارای این محدودیت نبوده و برای کاربردهای مهندسی بیشتر موردتوجه هستند.
دسته دیگر از این مسائل که در دهه‌های اخیر موردتوجه قرارگرفته‌اند، مسائل معکوس حرارتی هستند. در این نوع از مسائل یک یا تعدادی از اطلاعات موردنیاز برای حل مستقیم، دارای مقدار معلومی نمی‌باشند و ما قصد داریم از طریق اندازه‌گیری دما در یک یا چند نقطه از ناحیه موردنظر، به تخمین مقادیر مجهول بپردازیم.
به‌طورکلی می‌توان گفت که در مسائل مستقیم حرارتی، علت(شار حرارتی، هندسه و...) معلوم، و هدف یافتن معلول(میدان دما) است. اما در مسائل معکوس حرارتی، معلول(دما در بخش‌ها و یا تمام میدان)، معلوم است، و هدف یافتن علت (شار حرارتی، هندسه و...) است.
مسائل انتقال حرارت معکوس که IHTP نیز نامیده می‌شوند با استناد بر اندازه‌گیری‌های دما و یا شار حرارتی، کمیت‌های مجهولی را که در آنالیز مسائل فیزیکی در مهندسی گرمایی ظاهر می‌شوند، تخمین می‌زنند. به‌عنوان‌مثال، در مسائل معکوسی که با هدایت حرارت مرتبط می‌باشند، با استفاده از اندازه‌گیری دما در جسم می‌توان شار حرارتی مرز را اندازه‌گیری نمود. این در حالی است که در مسائل هدایت حرارت مستقیم با داشتن شار حرارتی، میدان دمای جسم مشخص می‌شود. یکی از مهم‌ترین مزایای IHTP همکاری بسیار نزدیک میان تحقیقات آزمایشگاهی و تئوری است. به‌عنوان‌مثال در تحقیقات آزمایشگاهی با استفاده از حس‌گر می‌توان دمای جسم را تعیین نمود. این دما به‌عنوان داده‌های ورودی معادلات تئوری برای اندازه‌گیری شار حرارتی مورداستفاده قرار می‌گیرد. درنتیجه جواب‌های به‌دست‌آمده از روابط تئوری تطابق بسیار خوبی با جواب‌های حقیقی خواهند داشت.
هنگام حل IHTP همواره مشکلاتی وجود دارد که باید تشخیص داده شوند. به علت ناپایداری جواب‌های IHTP، این مسائل ازلحاظ ریاضی در گروه مسائل بدخیم دسته‌بندی می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر، به‌واسطه وجود خطاهای اندازه‌گیری در آزمایش‌ها، ممکن است جواب کاملاً متفاوتی به دست آید. برای غلبه بر این مشکلات روش‌هایی پیشنهاد داده‌شده‌اند که حساسیت جواب مسئله به خطای موجود در داده‌های ورودی را کمتر می‌کند. ازجمله این روش‌ها می‌توان به استفاده از دماهای زمانه‌ای بعدی، فیلترهای هموارسازی دیجیتالی اشاره نمود.
در سالهای اخیر تمایل به استفاده از تئوری و کاربرد IHTP رو به افزایش است. IHTP ارتباط بسیار نزدیکی با بسیاری از شاخه‌های علوم و مهندسی دارد. مهندسان مکانیک، هوافضا، شیمی و هسته‌ای، ریاضی‌دانان، متخصصان فیزیک نجومی، فیزیکدانان و آماردانان همگی با کاربردهای متفاوتی که از IHTP در ذهن دارند، به این موضوع علاقه‌مند می‌باشند.
مغز در داخل استخوان جمجمه و نخاع در داخل ستون فقرات جای گرفته است. سه پرده که درمجموع منژ نامیده میشوند، مغز و نخاع را از اطراف محافظت می‌کنند. مغز بیشترین انرژی بدن را مصرف میکند و منطقهی گرمی از بدن است. وزن مغز زن و مرد باهم متفاوت است. خوب است بدانیم که هنگام سکته مغزی فشار داخل جمجمه بالا می‌رود و داخل مغز به‌شدت گرم می‌شود پس باید به‌سرعت از فشار داخل جمجمه کاست تا بیمار دچار آسیب بیشتر نشود. همچنین، تخمین زده می‌شود در مغز انسان حدود یک‌صد میلیارد سلول عصبی یا نرون فعالیت می‌کنند . نرون یا سلول عصبی بر اساس مکانیسم الکتروشیمیایی فعالیت می‌کند ، اختلاف‌پتانسیل ناشی از افزایش و کاهش بار الکتریکی در یک نرون که از منفی 70 میلی ولت تا مثبت 70 میلی ولت در نوسان است باعث رها شدن یا ریلیز مواد مخدر طبیعی یا همان ناقل‌های عصبی از انتهای سلول عصبی یا آکسون می‌شود. فعالیت الکتریکی یک‌صد میلیارد سلول عصبی ، حرارت بسیار زیادی تولید می‌کند.
مغز برای خنک کردن خود نیاز به یک سیستم خنک‌کننده قوی دارد. در مغز انسان حدود 16 هزار کیلومتر رگ و مویرگ خونی وجود دارد. یکی از وظایف اصلی این سیستم علاوه بر تأمین سوخت میلیاردها سلول ،خنک کردن مغز است. به عبارتی حرارت مغز توسط این سیستم جذب می‌شود و با گردش خود درجاهایی مثل پیشانی، صورت و گوش‌ها آزاد می‌شود و خنک می‌شود. مصرف سیگار با افزایش غلظت خون باعث می‌شود تا حرکت خون در این مویرگ‌ها سخت شود و عملیات سوخت‌رسانی و خنک کردن مغز به‌درستی انجام نشود. به عبارتی افراد سیگاری مغزشان داغ‌تر از افراد غیر سیگاری است و سوخت کمتری به مغزشان می‌رسد. ریزش مو و دیرخواب رفتن یکی از نتایج بالا بودن دمای مغز است. اختلال در عملکرد سلول‌های عصبی و به دنبال آن اختلال در آزادسازی ناقل‌های عصبی و کنترل سیستم هورمونی از دیگر نتایج این وضعیت است.
از سوی دیگر، چندی پیش پزشکان برای نجات نوزادی از روش خنک کردن مغز استفاده  کردند که در نوع خودش بی‌نظیر و شگفت‌انگیز بود. نوزاد انگلیسی که هنگام تولد بند ناف به دور گردنش پیچیده شده بود و نفس نمی‌کشید، (اکسیژن کافی به مغزش نمی‌رسید) با فن خنک کردن مغز (به مدت 3روز) به زندگی بازگشت. پزشکان برای کم کردن نیاز مغز این نوزاد به اکسیژن، با استفاده از گاز زنون مغز او را سرد کرند. برای این کار از دستگاه جدیدی استفاده شد. آنان با جای دادن آلتی در مغز نوزاد، سر نوزاد را خنک نگه داشتند.نوزاد که مغزش به مدت 3 روز با این تکنیک خنک نگه‌داشته شد؛ در حال حاضر، در آغوش مادرش به زندگی لبخند میزند.
ممکن است که تقلا برای خوابیدن، بعد از یک روز خسته‌کننده با سرشماری گوسفندان یا خوردن قرصهای خواب هم چندان مؤثر نباشد، اما پژوهشگران دانشکده پزشکی پتینزبورگ در آخرین اجلاس «خواب» سال 2011 روش جالبی را برای درمان بیخوابی پیشنهاد کردند: خنک کردن مغز!
آن‌ها یک کلاه پلاستیکی خنک‌کننده ابداع کردند که قسمت‌های پیشانی را میپوشاند و با پایین آوردن دمای مغز می‌تواند به خواب سریع فرد کمک کند. پزشکان در تحقیقی که روی افراد عادی و بیمارانی که از بیخوابی رنج میبردند انجام دادند، افراد بیخواب بعد از پوشیدن این کلاه خاص، به‌طور میانگین در زمان 13 دقیقه به خواب رفتند، یعنی زمانی برابر افراد  سالم. دانشمندان فکر می‌کنند که این کلاه با پایین آوردن دمای مغز  سبب کاهش سوخت‌وساز آن (به‌ویژه در ناحیه پیشانی مغز) میشود و به خواب سریعتر و راحتتر فرد کمک میکند. هنوز این کلاهها به‌صورت تجاری وارد بازار نشده‌اند. همچنین عوارض احتمالی استفاده از آن‌ها مشخص نشده‌اند؛ مثلاً معلوم نیست که استفاده از این کلاه‌ها سبب تشدید علائم افراد مبتلابه سینوزیت خواهد شد یا نه؟ محققان دانشگاه نیویورک در پژوهش‌های مختلف خود دریافتند، خمیازه کشیدن نقش مهمی در تنظیم درجه حرارت مغز به عهده دارد. درصورتی‌که ناحیه سر «گرم» باشد، خمیازه با تحریک جریان خون و ضربان قلب گرمای بالای آن را کاهش میدهد. چرخه خواب و استرس، تابع نوسان درجه حرارت مغز است و کار خمیازه آن‌که این دمای پیوسته در حال تغییر را تنظیم و متوازن ‌کند. توضیح ساده محققان دانشگاه وین این است که ما با خمیازه کشیدن، دمای اطراف را دست‌کاری می‌کنیم. به تعبیر دیگر، دهن‌دره همانند ترموستات مغز عمل می‌کند. گروه تحقیقاتی دانشگاه وین برای بررسی این فرضیه، تناوب خمیازه کشیدن شهروندان در ماه‌های تابستانی و زمستانی را زیر نظر گرفت. مشابه همین بررسی در هوای خشک و ۳۷ درجه آریزونا انجام شد.
پژوهش‌ها نشان داد که مردم وین در تابستان بیشتر از زمستان خمیازه می‌کشند اما در آمریکا نتیجه کاملاً برعکس بود. علت روشن بود: متوسط دمای وین در تابستان ۲۰ درجه است و این متوسط حرارت زمستانی در آریزونا است. محققان آمریکایی و اتریشی بر این اساس فرضیه‌‌ای را طرح کردند: تعداد خمیازه‌ها به فصل سال یا بلندی و کوتاهی روز یا روشنایی و تاریکی محیط ربط ندارد بلکه موضوع به درجه حرارت ۲۰ درجه برمی‌گردد.
یک افشانه بینی که می‌تواند جان هزاران مبتلابه بیماری قلبی را نجات دهد توسط محققان انگلیسی مورد کار آزمایی قرارگرفته است. یک دستگاه ویژه برای پمپاژ سرد‌کننده پزشکی در بینی بیمار در حال انتقال به بیمارستان مورداستفاده قرار می‌گیرد. کارشناسان بر این باورند که این درمان می‌تواند جان افراد زیادی را نجات داده و از ابتلای تعداد زیادی از بیماران به آسیب‌های مغزی شدید و دائمی جلوگیری کند.
خدمات اورژانس ساحل جنوب شرفی بنیاد بهداشت انگلیس اولین سرویس آمبولانسی است که از این ابداع سوئیسی به‌عنوان بخشی از کار آزمایی پزشکان بیمارستان رویال ساسکس کانتی استفاده می‌کند. ماده سردکننده که توسط یک ماسک صورت منتقل می‌شود، جریان مداومی از مایع در حال تبخیر را به حفره بینی بیمار می‌فرستد. محققان توانسته‌اند پیشرفت‌های بزرگی را در نجات زندگی بیماران قلبی به دست آورند اما بسیاری با آسیب‌های چشمگیری در سلول‌های مغزی روبرو شده و در اثر کمبود اکسیژن ناشی از توقف عملکرد قلب می‌میرند. 
ایده افشانه بینی، خنک‌سازی هر چه سریع‌تر مغز در محل تماس پایه مغز با مدخل بینی است. گفته می‌شود خنک کردن مغز می‌تواند از سلول‌های مغزی در زمان نبود اکسیژن در خون محافظت کند. اگر این درمان زودهنگام ارائه شود، بیمار شانس بهبود بیشتری داشته و این فناوری جدید به پیراپزشکان اجازه خواهد داد پیش از رسیدن بیمار به بیمارستان عملیات خنک‌سازی را آغاز کنند. در حال حاضر برخی از خدمات اورژانس انگلیس از شیوه‌های مختلف فرآیند خنک‌سازی مانند قطره نمکی سرد و پدهای خنک‌کننده پیش از رسیدن بیمار به بیمارستان استفاده می‌کنند. اما این روش‌ها به‌طور مستقیم مغز را هدف قرار نداده و به‌جای آن بر خنک‌سازی کل بدن و خون برای دستیابی به تأثیر مشابه تکیه‌دارند.
1-2- تاریخچه:مطالعات آسیب‌شناسی مغزی به‌طور تجربی نشان می‌دهد که سرد کردن مغز پس از یک ایشکمی مغزی میتواند میزان صدمات وارده بر مغز را کاهش دهد. آسیب تراماتیک مغز(TBI) که معمولاً براثر آسیب‌های خارجی در تصادفات و ... اتفاق میافتد و آسیب ایشکمیک مغز که در اثر سکته مغزی ایجاد می‌شود، سبب آسیب‌های فراوانی بر مغز میشود. آزمایش‌ها و بررسی‌های مختلف نشان داده‌اند که کاهش دمای مغز حتی در حد 1 الی 2 درجه سانتی‌گراد فواید بسیاری از قبیل: محافظت در مقابل سکته, کاهش ورم و آماس و کاهش فشار داخلی مغز (ICP) دارد. سادگی و راندمان بالای سرمادرمانی مغز باعث شده است تا پزشکان از آن به‌عنوان یک‌راه حل کلینیکی جهت درمان نوزادانی که از عارضه خفگی (نرسیدن اکسیژن) در زمان تولد رنج می‌برند، استفاده کنند. همچنین سرد کردن فوری مغز درست در دقایق اولیه پس از حمله ایشکمی، امری مهم و ضروری در کاهش پیامدها و صدمات وارده بر مغز و نجات بیمار است. این عمل (سرد کردن فوری مغز) موجب افت متابولیسم مغز شده و درنتیجه نیاز آن را به دریافت اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن و بالطبع خون‌رسانی کاهش میدهد. گزارش‌های منتشرشده نشان دادهاند که کمخونی اثر مخرب کمتری روی مغز بجای خواهد گذاشت. علی‌رغم اینکه هنوز به‌طور کامل مشخص نشده است که عمل خنک کردن چطور به محافظت از مغز کمک میکند، آزمایش‌های بسیاری نشان دادهاند که کاهش دما در بافت مغز از عملکرد مغز در مقابل آسیب‌های ایشکمیک محافظت می‌کند. همچنین این کار سبب کاهش التهاب و تثبیت فشار داخلی مغز می‌شود[1-3]. همچنین، در اکثر بررسی‌های بیمارستانی که روی گروه‌های کوچک که از TBI رنج میبردند، انجام‌شده است، نتایج این حقیقت که خنک کردن مغز آثار خوبی هم در کوتاهمدت و هم در بلندمدت دارد را تأیید میکند[4-7]. اخیراً یتینگ و همکاران[8] در تحقیق خود گزارش کردند که با خنک کاری مغز از طریق صورت می‌توان به بهبود عملکرد عصبی کمک کرد. آن‌ها در نتایج خود نشان دادند که با استفاده از روش خنک کاری مغز از طریق صورت می‌توان از مغز در مقابل آسیب ایشکمیک محافظت کرد. همچنین نشان دادند که مشکلات مغزی ناشی از آن قابل‌درمان است.
ملاحظات انتقال حرارت مغز در حیات کسانی که در آب‌های سرد غرق میشوند، نیز مؤثر است. به‌طوری‌که در اثر این پدیده بازگشت به زندگی افرادی که در آب‌های سرد غرق‌شده‌اند، حتی تا پس از 66 دقیقه نیز گزارش‌شده است. این مسئله عموماً به خاطر قطع فعالیت متابولیکی مغز و اثرات محافظتی این سردشدگی است. موارد ذکرشده لزوم و اهمیت بررسی انتقال حرارت از مغز را با سیال اطراف نمایان می‌سازند.
اساساً انتقال حرارت در مغز در قالب تبادل حرارت خارجی (انتقال حرارت از سر)، تبادل حرارت داخل و تولید حرارت متابولیکی است. این اثرات با شرایط مرزی، سیرکولاسیون خون، نرخ متابولیسم مغز و ابعاد سر تغییر می‌کنند. بررسی تأثیر عوامل مختلف در پدیده انتقال حرارت از مغز با دشواری روبروست. بخصوص که امکان انجام آزمایش‌های تجربی در این زمینه به دلیل خطرات موجود و محدودیت‌های ابزاری ممکن نیست. لذا این بررسی‌ها نیازمند یک مدل مطمئن با خصوصیات فیزیکی و شرایط محیطی واقعی می‌باشند.
مطالعه و بررسی عکس‌العمل خنک شدن سر در مقابل مکانیسم‌های مختلف خنک کاری، می‌تواند ابزاری در جهت طراحی و ساخت تجهیزات قابل‌حمل جهت خنک کاری‌های اورژانس در وسایل نقلیه پزشکی باشد که با آنها دمای مغز در 30 دقیقه از Cº37 به Cº34 رسیده و لذا متابولیسم آن تا 30% کاهش مییابد. این مطالعات در طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع و ایجاد محیط‌های ارگونومیک جهت راحتی افراد نیز می‌تواند موردتوجه قرار گیرد. در یک سری مدل‌سازی‌های کامپیوتری انجام‌شده[9-11] نشان داده است که دمای مغز انسان در نقاط مرکزی و داخلی بسیار متفاوت‌اند از نقاطی که نزدیکی سطح قرار دارند. گرادیان دمای بسیار بزرگی در نزدیکی سطح مغز اتفاق می‌افتد که به‌صورت آزمایشگاهی با افزایش فاصله از سر کاهش مییابد[12,13].
هدف کلی رسیدن به دمای میانگین 33 در مغز در مدت‌زمان 30 دقیقه است[14]. البته باید خاطرنشان کرد که خنک کردن مغز تا دماهای پایین‌تر سبب افزایش ریسک ابتلا به لرزشهای غیرقابل‌کنترل و کاردیاک ارست میشود.
یکی از سؤالهای مهم برای انتخاب روش مناسب برای خنک کردن مغز این است که بفهمیم هر یک از این روشها چطور دمای مغز را کاهش میدهند. ازآنجاکه اندازهگیری نتایج حاصل از خنک کردن مغز در بافت زنده فراتر از فنّاوری حاضر است، ارائه و بهبود مدلهایی که به‌طور دقیق تغییرات دما و همچنین محدودیتها را نشان میدهد، میتواند موفقیت بزرگی باشد.
مسئله مهم دیگر تبادل گرمایی بین پوست سر و محیط اطراف است که به کمک ضریب انتقال حرارت توصیف می‌شود. برای رسیدن هدف که خنک کردن مغز در نقاط مرکزی است، نیاز به استفاده از دستگاهی است که ضریب انتقال حرارت بزرگی ایجاد کند. در حالت ایدئال، دستگاهی با این مشخصات قادر خواهد بود دمای پوست سر را همدما با دمای دستگاه ثابت نگه دارد.
عموماً گزارش‌های انتقال حرارت از مغز تاکنون به دو صورت بوده است. یک دسته از این مطالعات شبیه‌سازی را تنها از جنبه انتقال حرارت در داخل بافت‌ها مدنظر قرار داده و در بهترین حالت انتقال حرارت جابجایی را با ضریب انتقال حرارت جابجایی در مدل خود بکار گرفته‌اند[11,15-17]. دسته دیگر بدون مدل نمودن انتقال حرارت درون بافت، تنها به بررسی الگوی جریان خارج از بدن (به‌صورت تجربی) پرداخته‌اند.
همچنین مدل‌سازی از توزیع دما در سر یک انسان بالغ تحت سرما درمانی با گذاشتن یخ روی سر توسط دنیس و همکارانش[16] صورت گرفته است. گزارش زو و همکارانش[17] نیز شامل مدل‌سازی ریاضی سرد شدن مغز با شرایط مرزی دما ثابت است. سوکستانسکی و همکارش[12] با استفاده از روش تحلیلی اثر عوامل مختلف را بر دمای مغز بررسی کرده و دبی و دمای جریان خون ورودی به بافت را تنها عامل مؤثر بر دمای مغز دانسته‌اند. این مدل‌سازی‌ها با فرض ثابت بودن دمای سطح پوست همراه بوده و در آن‌ها هوای اطراف و جنبه انتقال حرارت جابجایی در سال اطراف سر در نظر گرفته نشده است.
از طرف دیگر، از جنبه خارجی کلارک و همکارانش[18] مطالعه‌ای برای تعیین جابجایی آزاد در اطراف سر را انجام داده و منتشر کرده‌اند که در این تحقیق تأثیر حالت‌های مختلف بدن (خوابیده و ایستاده) بر الگوی جریان هوای اطراف سر به‌صورت تجربی مطالعه شده و ضخامت تقریبی لایه‌مرزی حرارتی و میزان انتقال حرارت در نقاط مختلف سر به کمک سیستم نوری شلیرن و کالریمتر سطحی در آن سالها اندازه‌گیری شده است.
بسیاری از کارهای انجام‌شده در این زمینه اثرات مثبتی برای محافظت از مغز داشته‌اند و توانسته دما را تا 7 درجه سانتی‌گراد در مدت‌زمان 1 ساعت کاهش بدهد، بااین‌حال متدهایی که به کاهش دمای بیشتر کمک می‌کنند تهاجمی هستند که منجر به عوارض بعدی روی بیمار میشود. لازم به ذکر است، در حالت کلی دو روش برای اعمال خنک کاری به‌صورت غیرتهاجمی وجود دارد: خنک کردن سر به کمک دستگاه‌های خنک‌کن و خنک کردن کل بدن.
سرد کردن تمام بدن یک نوزاد تازه متولدشده در ۶ ساعت نخست تولد می‌تواند از آسیب‌های مغزی ناشی از فقدان اکسیژن در جریان زایمان‌های دشوار جلوگیری کند و یا از شدت آن به میزان قابل‌توجهی بکاهد. به گزارش فرانس پرس هزاران کودک سالانه در سطح دنیا متولد شوند که به دلیل برخی مشکلات در بدو تولد مانند نرسیدن اکسیژن به آن‌ها و یا نرسیدن خون به مغزشان در معرض خطر مرگ یا معلولیت قرار می‌گیرند. خنک کردن بدن به‌اندازه چند درجه یعنی اعمال نوعی هایپوترمی خفیف نیاز مغز به اکسیژن را کاهش داده و دیگر پروسه‌هایی را که می‌توانند به آسیب مغزی دچار شوند، کند می‌کند. این شیوه درمان به افراد بالغ نیز در بهبودی پس از تجربه ایست قلبی کمک می‌کند.
در قالب تکنیک هایپوترمی یا همان خنک کردن مغز، نوزاد درون یک پتوی خاص حاوی آب سرد قرار داده می‌شود. این پتو دمای بدن نوزاد را برای مدت ٣ روز تا سطح ٣/٩٢ درجه فارنهایت (۵/٣٣ درجه سانتی‌گراد) پایین آورده و سپس به‌تدریج بدن را دوباره گرم کرده و درجه حرارت را به وضعیت نرمال حدود ۶/٩٨ درجه فارنهایت برمی‌گرداند. این نوزادان ١٨ تا ٢٢ ماه بعد مورد معاینه قرار گرفتند که نتایج یافته‌ها نشان داد مرگ یا معلولیت‌های قابل‌توجه همچون فلج مغزی تنها در ۴۴ درصد نوزادانی که بدنشان خنک شده بود، رخ داد رقمی که در نوزادان تحت درمان‌های معمول به ۶۴ رسید و هیچ‌گونه عوارض جانبی همچون مشکلات در ریتم قلب درنتیجه این شیوه درمان رخ نداد. طبق این یافته‌ها، خنک کردن مغز نوزادان به میزان ٢ تا ۵ درجه سانتی‌گراد می‌تواند احتمال معلولیت و مرگ آن‌ها در اثر کمبود اکسیژن درنتیجه کنده شدن جفت از دیواره رحم پیش از تولد و فشردگی بند ناف را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.
آزوپاردی و همکاران[19] بررسی روی گروهی از بچهها در سن 6 و 7 سالگی که به‌منظور تعیین اینکه آیا خنک کردن مغز بعد از خفگی حین زایمان یا پس از زایمان در بلندمدت اثری دارد یا خیر، انجام دادند. نتایج اولیه آنها نشانگر این بود که اثرات خوبی در افراد با IQ بالاتر از 85 دیده میشد.
ژو و همکاران[20] اثربخشی و امنیت خنک کردن ملایم سر را در انسفالوپاتی هیپوکسیک-ایشکمیک در نوزادان تازه متولدشده موردبررسی قراردادند. در تحقیق آنها نوزادان مبتلابه HIE به‌صورت تصادفی انتخاب‌شده بودند.عمل خنک کردن از 6 ساعت بعد از تولد، درحالی‌که دما در قسمت حلق و بینی حدود Cº 34 و در قسمت تحتانی حدود Cº 4.5 بود، شروع شد و 72 ساعت طول کشید. متأسفانه نتایج اولیه منجر به مرگ و ناتوانیهای شدید شده بود. ویلرم و همکارانش[15] با مدل‌سازی سرد کردن مغز نوزاد به این نتیجه رسیدند که با قرار دادن سر در محیط با دمای پایین (10 درجه سانتی‌گراد) تنها مناطق سطحی مغز تا حدود Cº33-34 سرد می‌شود و تغییر دمای محسوسی در مناطق عمقی آن به وجود نخواهد آمد.
دنیس و همکاران[16] هندسه واقعی سر انسان را در نظر گرفتند و خنک کردن سر و گردن انسان را با روش المان محدود موردبررسی قراردادند. آنها در کار خود همزمان علاوه بر استفاده از یک کلاهک خنک‌کن، پکهایی از یخ روی سر و گردن قراردادند. بر اساس نتایجشان، وسیلهی دیگری نیز برای خنک کاری موردنیاز است که دمای قسمتهای مرتبط دیگر نیز کاهش یابد و درنتیجه به هدف موردنظر که در قبل ذکرشده بود، برسند. مسئله را در چهار حالت مختلف که موقعیت مکانی خنک کاری متفاوت بوده بررسی کرده‌اند، که متأسفانه به دمای 33 درجه سانتی‌گراد در مدت 30 دقیقه نرسیده‌اند.
گلوکمن و همکاران[21] از یک کلاه خنک‌کن روی سر استفاده کردند و دمای قسمت تحتانی بدن را نیز در 34-35 ثابت نگه داشتند. نتایج آنها نشان می‌دهد بااینکه این کار اثر قابل قبولی روی نوزادانی که موردبررسی قرارگرفته بودند، نداشته است. اما در کل به زنده ماندن بیماران بدون اثرات شدید عصبی کمک میکند.
اسپوزیتو و همکاران[22] در تحقیق خود، محدودیتها و اثرات جانبی روشهای کنونی خنککاری مغز را بررسی کردهاند. همچنین در مورد مزایا و معایب تزریق مایع خنک در رگهای خونی بحث کرده‌اند. همچنین پلی و همکاران[23] ارتباط بین دمای مغز و خنک کردن سطح سر و گردن را موردتحقیق قراردادند و در کار دیگر، ناکامورا و همکاران[24] تأثیر خنک کاری سر و گردن را بر دمای کلی بدن بررسی کردهاند.
ازآنجاکه در هیچ‌یک از بررسیهای انجام‌شده به دمای ۳۳ درجه در مدت‌زمان ۳۰ دقیقه که مطلوب پزشکان است، نرسیده‌اند برای اولین بار با استفاده از روش انتقال حرارت معکوس شار حرارتی و شرایط مرزی مناسب مدنظر است. در این روش با معلوم بودن جواب هدف که کاهش دما تا ۳۳ درجه و زمان ۳۰ دقیقه است، بهترین شرایط برای رسیدن به آن محاسبه می‌شوند. همچنین معادلات موردنظر معادلات انتقال حرارت در بافت زنده پنز که غیر فوریه‌ای بوده می‌باشند. هندسه مغز به‌صورت یک نیمکره در نظر گرفته‌شده است. مسئله با استفاده از روش مختصات عمومی و در حالت متقارن محوری حل‌شده است. علت استفاده از این روش این است که قادر به اعمال روی هر هندسه پیچیده دیگر خواهد بود که در کارهای آینده قطعاً موردنیاز خواهد بود. در این روش، صفحه فیزیکی نامنظم مسئله به صفحه محاسباتی مستطیل شکل تبدیل می‌شود.
فصل دوم: بررسی روش‌های بهینه‌سازی توابع
در این فصل به معرفی و بررسی روش‌هایی که برای بهینه‌سازی توابع استفاده می‌شوند، می‌پردازیم. ابتدا به تعریف مسئله بهینه‌سازی پرداخته و در ادامه مفاهیم مربوط به روند انجام فرایند بهینه‌سازی در یک مسئله معرفی می‌شوند. انواع روش‌های مستقیم و غیرمستقیم بهینه‌سازی معرفی می‌شوند. ازآنجاکه در این پایان‌نامه از روش غیرمستقیم برای بهینه‌سازی استفاده کرده‌ایم، بنابراین بیشتر به این روش‌ها پرداخته‌ایم. در تمامی این روش‌ها محاسبه گرادیان تابع الزامی است، بنابراین بررسی خواص و نحوه محاسبه آن آورده شده است. در ادامه شرح مختصری از انواع روش‌های غیرمستقیم به همراه الگوریتم محاسباتی آن‌ها آورده شده است.
2-1 مسائل بهینه‌سازییک مسئله بهینه‌سازی می‌تواند به‌صورت زیر بیان شود:
تعیین بردار به‌گونه‌ای که تابع تحت شرایط زیر مینیمم شود.
(2-1)
که در آن یک بردار n بعدی به نام بردار طراحی، تابع هدف و و به ترتیب قیدهای برابری و نابرابری نامیده می‌شوند. در حالت کلی تعداد متغیرها و تعداد قیود یا رابطه‌ای باهم ندارند. مسئله فوق یک مسئله بهینه‌سازی مقید نامیده می‌شود. در مسائلی که قیودی وجود ندارند با یک مسئله بهینه‌سازی نامقید روبرو هستیم.
نقطه را مینیمم یا نقطه سکون تابع هدف مینامیم اگر داشته باشیم:
(2-2)
شرط بالا یک شرط لازم است درصورتی‌که ماتریس هسین معین مثبت باشد آنگاه حتماً نقطه مینیمم نسبی خواهد بود. یعنی اگر داشته باشیم:
(2-3)
البته شرط بالا در صورتی صادق است که تابع مشتق‌پذیر باشد.
2-2 دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازیروش‌های حل مسائل مینیمم سازی به دودسته روش‌های جستجوی مستقیم و روش‌های کاهشی تقسیم‌بندی می‌شوند.
برای استفاده از روش‌های جستجوی مستقیم در محاسبه نقطه مینیمم، تنها به مقدار تابع هدف نیاز است و نیازی به مشتقات جزئی تابع نیست. بنابراین اغلب، روش‌های غیرگرادیانی یا روش‌های مرتبه صفر نامیده می‌شوند زیرا از مشتقات مرتبه صفر تابع استفاده می‌کنند. این روش‌ها بیشتر برای مسائلی کاربرد دارند که تعداد متغیرها کم و یا محاسبه مشتقات تابع مشکل می‌باشند و به‌طورکلی کارایی کمتری نسبت به روش‌های کاهشی دارند.
روش‌های کاهشی علاوه بر مقدار تابع به مشتقات اول و در برخی موارد به مشتقات مرتبه دوم تابع هدف نیز نیاز دارند. ازآنجاکه در روش‌های کاهشی، اطلاعات بیشتری از تابع هدفی که (از طریق مشتقات آن) مینیمم می‌شود، مورداستفاده قرار می‌گیرد، این روش‌ها کارایی بیشتری نسبت به روش‌های جستجوی مستقیم دارند.
روش‌های کاهشی همچنین روش‌های گرادیانی نیز نامیده می‌شوند. دراین‌بین روش‌هایی که فقط به مشتق اول تابع هدف نیاز دارند، روش‌های مرتبه اول و آن‌هایی که به مشتق اول و دوم هر دو نیاز دارند، روش‌های مرتبه دوم نامیده می‌شوند. در جدول(2-1) روش‌هایی از هر دودسته آمده است.
جدول2-1- دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی
روش‌های کاهشی روش‌های جستجوی مستقیم
بیشترین کاهش
گرادیان مزدوج
روش نیوتن
روش لونبرگ- مارکورات
میزان متغیر روش جستجوی تصادفی
جستجوی شبکه
روش تک متغیر
جستجوی الگو
2-3 راه‌حل کلیتمام روش‌های مینیمم سازی نامقید اساساً تکراری هستند و ازاین‌رو از یک حدس اولیه شروع می‌کنند و به شکل ترتیبی به سمت نقطه مینیمم پیش می‌روند. طرح کلی این روش‌ها در شکل2-1 نشان داده‌شده است.
باید توجه شود تمام روش‌های مینیمم سازی نامقید:
1. نیاز به نقطه اولیه برای شروع تکرار دارند.
2. با یکدیگر تنها در نحوه تولید نقطه بعدی از تفاوت دارند.
-76200-5219700با نقطه اولیه شروع کنید
شرط همگرایی برقرار است؟
خیر
قرار دهید
قرار دهید
را بیابید
نقطه جدید را تولید کنید
را بیابید
بله
قرار دهید و توقف کنید
00با نقطه اولیه شروع کنید
شرط همگرایی برقرار است؟
خیر
قرار دهید
قرار دهید
را بیابید
نقطه جدید را تولید کنید
را بیابید
بله
قرار دهید و توقف کنید

شکل 2-1- نمودار روند بهینه‌سازی تابع هدف
2-4 نرخ هم‌گرائیروش‌های مختلف بهینه‌سازی، نرخ همگرایی مختلف دارند. به‌طورکلی یک روش، همگرایی از مرتبه دارد اگر داشته باشیم:
(2-4)
که و نقاط محاسبه‌شده در پایان تکرارهای و هستند. نقطه بهینه و نشان‌دهنده طول یا نرم بردار است که از رابطه زیر به دست میآید:
(2-5)
اگر و باشد، روش همگرای خطی (متناظر باهمگرایی آهسته) و اگر باشد، روش همگرای مرتبه دوم (متناظر باهمگرایی سریع) نامیده می‌شود. یک روش بهینه‌سازی، همگرای فوق خطی است اگر:
(2-6)
تعریف دیگری برای روش همگرایی مرتبه دوم وجود دارد: اگر یک روش مینیمم سازی با استفاده از روند دقیق ریاضی بتواند نقطه مینیمم یک تابع درجه دوم متغیره را در تکرار پیدا کند. روش همگرای مرتبه دوم نامیده می‌شود.
2-5 گرادیان تابع
گرادیان تابع، یک بردار n مؤلفه ایست که با رابطه زیر داده می‌شود:
(2-7)
اگر از یک نقطه در فضای n بعدی در راستای گرادیان حرکت کنیم، مقدار تابع با سریع‌ترین نرخ افزایش می‌یابد. بنابراین جهت گرادیان، جهت بیشترین افزایش نیز نامیده می‌شود.
4768851778003′
1
2
1′
2′
3
4
4′
X
Y
003′
1
2
1′
2′
3
4
4′
X
Y

شکل 2-2- جهت‌های سریع‌ترین افزایش
اما جهت بیشترین افزایش یک خاصیت محلی است و نه سراسری. این مطلب در شکل2-2 نشان داده‌شده است. در این شکل، بردار گرادیان محاسبه‌شده در نقاط 1، 2 ، 3، 4 به ترتیب در جهت‌های ٰ11 ، ٰ22 ، ٰ33، ٰ44 قرار دارد. بنابراین در نقطه 1 مقدار تابع در جهت ٰ11 با سریع‌ترین نرخ افزایش می‌یابد و به همین ترتیب اگر به تعداد بی‌نهایت مسیر کوچک در جهت‌های سریع‌ترین افزایش حرکت کنیم، مسیر حرکت یک منحنی شبیه به منحنی 4-3-2-1 خواهد بود.
ازآنجاکه بردار گرادیان جهت بیشترین افزایش مقدار تابع را نشان می‌دهد، منفی بردار گرادیان جهت سریع‌ترین کاهش را نشان می‌دهد. بنابراین انتظار داریم روش‌هایی که از بردار گرادیان برای بهینه‌سازی استفاده می‌کنند نسبت به روش‌های دیگر سریع‌تر به نقطه مینیمم برسند. بنابراین دو قضیه زیر را بدون اثبات می‌آوریم.
1.بردار گرادیان جهت سریع‌ترین افزایش را نشان می‌دهد.
2. بیشترین نرخ تغییر تابع در هر نقطه ، برابر اندازه بردار گرادیان در آن نقطه است.
2-5-1 محاسبه گرادیانمحاسبه گرادیان نیاز به محاسبه مشتقات جزئی دارد. سه حالت وجود دارد که محاسبه گرادیان را مشکل می‌کند:
1. تابع در تمامی نقاط مشتق‌پذیر است، اما محاسبه مؤلفه‌های بردار گرادیان غیرعملی است.
2. رابطه‌ای برای مشتقات جزئی می‌توان به دست آورد، اما محاسبه آن نیازمند زمان محاسباتی زیادی است.
3. گرادیان تابع در تمامی نقاط تعریف‌نشده باشد.
در مورد اول می‌توان از فرمول تفاضل محدود پیشرو برای تخمین مشتق جزئی استفاده کرد:
(2-8)
برای یافتن نتیجه بهتر می‌توان از فرمول اختلاف مرکزی محدود زیر استفاده کرد:
(2-9)
در روابط بالا یک کمیت اسکالر کوچک و برداری n بعدی است که مؤلفه ام آن یک، و مابقی صفر هستند. در محاسبات، مقدار را می‌بایست با دقت انتخاب نمود، زیرا کوچک بودن بیش‌ازحد آن ممکن است اختلاف میان مقادیر محاسبه‌شده تابع در و را بسیار کوچک کرده، و موجب افزایش خطای گرد کردن شود و نتایج را با خطا همراه سازد. به همین ترتیب بزرگ بودن بیش‌ازاندازه نیز خطای برشی را در محاسبه گرادیان ایجاد می‌کند. در حالت دوم استفاده از فرمول‌های تفاضل محدود پیشنهاد میشود. برای حالت سوم با توجه به این نکته که گرادیان در تمام نقاط تعریف‌شده نیست، نمی‌توان از فرمول‌های تفاضل محدود استفاده کرد. بنابراین در این موارد مینیمم کردن فقط با استفاده از روش‌های مستقیم امکان‌پذیر است.
2-5-2 تعیین طول گام بهینه در جهت کاهش تابعدر بیشتر روش‌های بهینه‌سازی، نیاز است که نقطه مینیمم در یک راستای مشخص را تعیین نمود. بنابراین لازم است نرخ تغییر تابع هدف از یک نقطه مانند ، درراستای مشخصی مانند ، نسبت به پارامتری چون محاسبه شود. باید در نظر داشت که موقعیت هر نقطه در این راستا را می‌توان با توجه به نقطه ، به‌صورت نشان داد. بنابراین نرخ تغییر تابع نسبت به این متغیر در راستای را می‌توان به‌صورت زیر نشان داد:
(2-10)
که در رابطه فوق مؤلفه -ام است. از طرفی داریم:
(2-11)
که و مؤلفه‌های -ام و هستند. بنابراین نرخ تغییر تابع در راستای برابر است با:
(2-12)
درصورتی‌که تابع را در راستای مینیمم کند، در نقطه می‌توان نوشت:
(2-13)
بنابراین مینیمم تابع، در راستای ، در نقطه می‌باشد.
2-6 معیار هم‌گرائیمعیارهای زیر می‌توانند برای بررسی هم‌گرائی در محاسبات تکراری به کار روند:
درصورتی‌که تغییرات تابع در دو تکرار متوالی از مقدار معینی کوچک‌تر شود:
(2-14)
زمانی که مشتقات جزئی (گرادیان مؤلفه‌ها) به‌اندازه کافی کوچک شود:
(2-15)
زمانی که تغییرات بردار موردنظر در دو تکرار متوالی کوچک شود:
(2-16)
که ، و مقادیر معین کوچکی در نظر گرفته می‌شوند.
2-7 روش کاهش سریعاستفاده از قرینه بردار گرادیان به‌عنوان جهت مینیمم سازی اولین بار توسط کوشی انجام گرفت. در این روش محاسبات از نقطه‌ای مانند شروع‌شده و طی فرآیندهای تکراری با حرکت در جهت سریع‌ترین نرخ کاهش، نهایتاً به نقطه مینیمم می‌رسد. مراحل مختلف این روش را می‌توان به‌صورت زیر در نظر گرفت:
1. شروع محاسبات از یک نقطه دلخواه به‌عنوان اولین تکرار
2. یافتن جهت به‌صورت
3. محاسبه طول گام بهینه در جهت و قرار دادن و یا .
4.بررسی بهینه بودن نقطه و پایان محاسبات در صورت مینیمم بودن این نقطه، در غیر این صورت قرار دادن و ادامه محاسبات از مرحله 2.
2-8 مقدمه ای بر روش انتقال حرارت معکوس2-8-1 مقدمه
با ظهور مواد مخلوط مدرن و وابستگی شدید خواص ترموفیزیکی آن‌ها به دما و مکان، روش‌های معمولی برای محاسبه آن‌ها راضی‌کننده نیستند. همچنین انتظارات عملیاتی صنعتی مدرن هر چه بیشتر و بیشتر پیچیده شده‌اند و یک محاسبه دقیق در محل از خواص ترموفیزیکی تحت شرایط واقعی عملیات ضرورت پیدا کرد. شیوه انتقال حرارت معکوس(IHTP) می‌تواند جواب‌های رضایت بخشی برای این‌گونه حالات و مسائل به دست دهد.
سود عمده IHTP این است که شرایط آزمایش را تا حد امکان به شرایط واقعی نزدیک می‌سازد.
کاربرد عمده تکنیک IHTP شامل محدوده‌های خاص زیر می‌باشند (در میان سایرین)
محاسبه خواص ترموفیزیکی مواد به‌عنوان‌مثال؛ خواص ماده سپر حرارتی در طی ورودش به اتمسفر زمین و برآورد وابستگی دمایی ضریب هدایت قالب سرد در طی باز پخت استیل
برآورد خواص تشعشعی بالک و شرایط مرزی در جذب، نشر و بازپخش مواد نیمه‌رسانا
کنترل حرکت سطح مشترک جامد - مایع در طی جامدسازی
برآورد شرایط ورود و شار حرارتی مرزی در جابجایی اجباری درون کانال‌ها
برآورد همرفت سطح مشترک بین سطوح متناوباً در تماس
نظارت خواص تشعشعی سطوح بازتاب‌کننده گرم‌کننده‌ها و پنلهای برودتی
برآورد وابستگی دمایی ناشناخته ضریب هدایت سطوح مشترک بین ذوب و انجماد فلزات در طی ریخته‌گری
برآورد توابع واکنشی
کنترل و بهینه‌سازی عملیات پروراندن لاستیک
برآورد شکل مرزی اجسام
برآورد این‌گونه خواص از طریق تکنیک‌های رایج کاری به‌شدت دشوار یا حتی غیرممکن است. اگرچه با اعمال آنالیز انتقال حرارت معکوس، این‌گونه مسائل نه‌تنها می‌توانند حل شوند، بلکه ارزش اطلاعات مطالعات افزوده‌شده و کارهای تجربی سرعت می‌گیرند.
2-8-2 مشکلات حل مسائل انتقال حرارت معکوسبرای تشریح مشکلات اصلی حل مسائل انتقال حرارت معکوس، جامد نیمه بینهایت () در دمای اولیه صفر در نظر می‌گیریم. برای زمان‌های سطح مرزی در تحت یک شار گرمایی متناوب به فرم قرارگرفته است. جایی که و ω به ترتیب دامنه و فرکانس نوسان شار گرمایی هستند و t متغیر زمان است. بعد از گذشت حالت متغیر، توزیع دمایی شبه - ثابت در جامد با توزیع دمایی زیر به دست می‌آید:
(2-17)
جایی که پخشندگی حرارتی و k ضریب رسانایی حرارتی جامد هستند.
معادله بالا نشان می‌دهد که پاسخ دمایی دارای یک تأخیر فاز نسبت به شار اعمالی سطحی می‌باشد و این تأخیر برای مکان‌های عمیق‌تر درون جسم واضح‌تر می‌باشد. درصورتی‌که این شار بتواند برآورد شود، این تأخیر دمایی نیاز به برداشت اطلاعات پس از اعمال شار حرارتی را آشکار می‌کند.
دامنه نوسان دما در هر مکانی، ، با قرار دادن در معادله به دست می‌آید. لذا:
(2-18)
این معادله نشان می‌دهد که به‌صورت توانی با افزایش عمق و با افزایش فرکانس تغییر می‌کند.
اگر دامنه شار حرارتی سطحی (q) به‌وسیله بکار بردن اندازه‌گیری مستقیم دما در نقاط داخلی اندازه‌گیری گردد آنگاه هرگونه خطای اندازه‌گیری با عمق x و فرکانس ω به‌صورت توانی بزرگنمایی می‌شود، که به‌صورت معادله زیر نشان داده می‌شود:
(2-19)
برای تخمین شار حرارتی مرزی جانمایی یک حس‌گر در عمق x از سطح، جایی که دامنه نوسانات دما بسیار بزرگ‌تر از خطاهای اندازه‌گیری‌اند، ضروری می‌باشد. در غیر اینصوررت تشخیص اینکه نوسانات دمایی در اثر شار حرارتی یا خطای اندازه‌گیری بوده غیرممکن خواهد بود، که منجر به عدم یگانگی جواب معادله خواهد شد.
ازآنجاکه خطاها در دقت روش‌های معکوس بسیار مؤثرند، بک ([26-28]) توصیفات این‌گونه خطاها را به‌صورت 8 نکته بیان نموده است.
خطاها به مقدار اصلی اضافه می‌شوند که مقدار اندازه‌گیری شده، مقدار واقعی و یک خطای رندوم می‌باشد.
خطای دمایی دارای میانگین صفر می‌باشد. یعنی . جایی که یک عملگر اندازه است، آنگاه گفته می‌شود که خطا بدون پیش مقدار است.
خطا دارای انحراف ثابت است، که عبارت است از
(2-20)
که به معنای استقلال انحراف از اندازه‌گیری است.
خطاهای مرتبط با اندازه‌گیری‌های مختلف ناهمبسته هستند. دو خطای اندازه‌گیری و (که ) ناهمبسته هستند اگر کوواریانس و صفر باشد. یعنی
(2-21)
در این حالت خطاهای و هیچ تأثیری یا رابطه‌ای بر هم ندارند.
خطاهای اندازه‌گیری دارای یک توزیع نرمال (گوسی) است. با توجه به فرضیات 2، 3 و 4 بالا توزیع احتمال به‌وسیله معادله زیر داده می‌شود
(2-22)
پارامترهای معرفی کننده خطا مثل معلوم هستند.
تنها متغیری که دارای خطاهای رندوم می‌باشد دمای اندازه‌گیری شده است. پارامترهای اندازه‌گیری شده مکان‌های اندازه‌گیری شده، ابعاد جسم گرم شونده و تمامی کمیت‌هایی که در فرمول نویسی ظاهرشده‌اند به‌دقت مشخص هستند.
اطلاعات پیشین کمیت‌ها جهت تخمین موجود نیست (می‌تواند پارامتر یا تابع باشند) اگر این اطلاعات موجود می‌بود می‌توانست جهت بهبود تخمین مقادیر بکار رود.
در ادامه چندین تکنیک مختلف برای حل مسائل IHTP را معرفی می‌نماییم. این‌گونه تکنیک‌ها معمولاً نیازمند حل مستقیم مربوطه می‌باشد. البته ارائه روش‌هایی که مسائل معکوس را بدون ارتباط با مسائل مستقیم حل کنند بسیار دشوار است.
تکنیک‌های حل مسائل می‌توانند به‌صورت زیر طبقه‌بندی شوند:
روش‌های معادلات انتگرالی
روش‌های تبدیل انتگرال
روش‌های حل سری
روش‌های چندجمله‌ای
بزرگنمایی معادلات هدایت گرمایی
روش‌های عددی مثل تفاضل محدود، المان محدود و المان مرزی
تکنیک‌های فضایی با اعمال فیلترینگ نویز اضافی مثل روش نرم کردن
تکنیک فیلترینگ تکرارشونده [29]
تکنیک حالت پایدار
روش تابع مشخصه متوالی بک
روش لوبنرگ - مارگارت برای مینیمم کردن نرم کوچک‌ترین مربعات
روش منظم سازی تیخونوف
روش منظم سازی تکراری برآورد توابع و پارامترها
الگوریتم ژنتیک [30]
2-8-3 ارزیابی روش‌های مسائل معکوس حرارتیاگر مسائل معکوس شامل تعداد زیادی پارامتر مانند برآورد شار حرارتی گذرا در زمان‌های مختلف باشند، ممکن است نوساناتی در حل رخ دهد. یک روش برای کاهش این ناپایداری‌ها استفاده از منظم سازی تیخونوف می‌باشد.
2-8-4 تکنیک‌های حل مسائل انتقال حرارت معکوسهدف اصلی این بخش معرفی تکنیک‌هایی جهت حل مسائل انتقال حرارت معکوس و روابط ریاضی موردنیاز می‌باشد.
گر چه تکنیک‌های زیادی موجود هستند، اما در اینجا به ذکر 4 تکنیک قدرتمند بسنده می‌کنیم.
لونبرگ - مارکوت برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج با مسئله اضافی برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج با مسئله اضافی برای تخمین توابع
این روش‌ها معمولاً کافی، تطبیق‌پذیر، مستقیم و قدرتمند جهت غلبه بر مشکلات موجود در حل معادلات انتقال حرارت معکوس می‌باشند.
تکنیک I: این تکنیک یک روش تکراری برای حل مسائل کوچک‌ترین مربعات تخمین پارامترهاست. این روش اولین بار در سال 1966 توسط لونبرگ [31] ایجاد شد، سپس در سال 1963 مارکوارت [32] همان تکنیک را با استفاده از روشی دیگر به دست آورد. حل مسائل معکوس به این روش، نیازمند محاسبه ماتریس حساسیت J می‌باشد. ماتریس حساسیت به‌صورت زیر تعریف می‌گردد:
(2-23)
جایی که:

تعداد اندازه‌گیری I =
تعداد پارامترهای نامعلوم N =
دمای iام تخمین زده‌شده
پارامتر jام نامعلوم
این ضریب حساسیت نقش مهمی را در تکنیک‌های I تا III ایفا می‌کند و در ادامه روش‌های متفاوت حل بیان خواهد شد.
این روش برای حل معادلات خطی و غیرخطی بسیار مؤثر است. گر چه در مسائل غیرخطی با افزایش پارامترهای نامعلوم ممکن است حل ماتریس حساسیت به درازا بکشد.
تکنیک II روش گرادیان مزدوج در بهینه‌سازی را جهت تخمین پارامترها بکار می‌برد، که همانند تکنیک I نیازمند حل ماتریس حساسیت بوده که مخصوصاً در حالت غیرخطی وقتی تعداد پارامترها زیاد شوند کاری زمان‌بر است.
تکنیک‌های III و IV: روش گرادیان مزدوج در کوچک‌سازی را با مسئله اضافی بکار می‌برد[33-36]
روش III مخصوصاً برای مسائلی که جهت تخمین ضریب آزمایشی در تخمین توابع بکار برده می‌شوند مناسب است. مسئله اضافی در جهت کاهش نیاز به حل ماتریس حساسیت استفاده می‌شود.
تکنیک IV روشی برای تخمین توابع می‌باشد مخصوصاً وقتی‌که اطلاعات مقیاسی درباره فرم تابع کمیت نامعلوم در دسترس نباشد.
تکنیک‌های اول، سوم و چهارم به همراه شرط توقف مناسب جهت تکرارهایشان؛ جزء دسته تکنیک‌های خطی سازی تکراری هستند.
در ادامه به بررسی و معرفی گام‌های اولیه و الگوریتم حل این روش‌ها با استفاده از روش تمام دامنه می‌پردازیم.
2-8-5 تکنیک I2-8-5-1 شرح تکنیک
این روش برای حل مسائل غیرخطی ابداع شد گر چه می‌توان آن را در مسائل خطی بسیار ناهنجار که از طریق مرسوم قابل‌حل نمی‌باشند نیز اعمال کرد. گام‌های اصلی روش به‌صورت زیر است:
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
پروسه تکرار
شرط توقف
حل الگوریتم
این روش یک متد کاهشی شدید می‌باشد. در حل مسئله مستقیم، هدف یافتن دمای گذرا می‌باشد. در حل مسئله غیرمستقیم، هدف یافتن پارامتر نامعلوم با استفاده از دمای گذرای اندازه‌گیری شده در نقاط مختلف می‌باشد.
ماتریس حساسیت یا ماتریس ژاکوبین به‌صورت زیر تعریف می‌شود:
(2-24)
N: تعداد کل پارامترهای نامعلوم
I: تعداد کل اندازه‌گیری
المان‌های ماتریس حساسیت ضریب حساسیت نامیده شده و با نشان داده می‌شود. برای معادلات خطی این ماتریس تابع پارامترهای مجهول نیست اما در حالت غیرخطی ماتریس دارای پارامتری وابسته به p (مجهول) می‌باشد.
ذکر این نکته ضروری است که ماتریس که شرط شناسایی نامیده می‌شود نبایستی برابر صفر باشد زیرا اگر این مقدار برابر صفر با حتی مقداری بسیار کوچک باشد، پارامتر مجهول را نمی‌توان از پروسه معادلات تکراری به دست آورد.
مسائلی که شرط شناسایی تقریباً صفر داشته باشند مسائل ناهنجار نامیده می‌شوند. مسائل انتقال حرارت معکوس عموماً از این دسته‌اند؛ مخصوصاً در نزدیکی حدس اولیه‌ای که برای پارامترهای نامعلوم بکار می‌بریم.
ضریب حساسیت ، میدان حساسیت دمای اندازه‌گیری شده با توجه به تغییرات پارامتر مجهول p می‌باشد. میزان اندک نشان‌دهنده این است که تغییرات زیاد باعث تغییرات اندکی در می‌شوند به‌آسانی قابل‌فهم است که در این‌گونه موارد تخمین کاری دشوار می‌باشد زیرا عملاً هر مقدار گستره بزرگی از ها را در برمی‌گیرد. در حقیقت وقتی ضریب حساسیت کوچک استJTJ≃0 بوده و مسئله ما ناهنجار می‌باشد. به همین علت داشتن ضرایب حساسیت غیر وابسته خطی با اندازه بزرگ مطلوب می‌باشد، تا مسئله معکوس به خطاهای اندازه‌گیری حساس نبوده و پارامترها به‌صورت دقیق تخمین زده شوند. لازم است که تغییرات ضریب حساسیت قبل از حل مسئله آزمایش شود. این‌گونه آزمایش‌ها بهترین مکان حس‌گر و زمان اندازه‌گیری در طی حل را به دست می‌دهد.
لونبرگ - مارکارت برای کاستن از این وابستگی، از دو پارامتر (عامل استهلاک) و (ماتریس قطری) استفاده کردند. هدف از اعمال ترم کاهش نوسانات و ناپایداری‌ها در طی شرایط ناهنجار؛ از طریق بزرگ کردن مؤلفه‌هایش در مقایسه با در شرایط موردنیاز، می‌باشد.
عامل استهلاک در ابتدای پروسه تکرار بزرگ در نظر گرفته می‌شود تا در ناحیه اطراف حدس اولیه بکار رود. با کمک این روش دیگر لازم نیست ماتریس در ابتدای پروسه نامساوی صفر باشد. چون در ابتدا ضریب بزرگ است. روش لونبرگ یک به سمت متد کاهشی شدید گرایش دارد، اما با ادامه پروسه تکرار و کوچک‌تر شدن ضریب در طی این پروسه، روش به سمت روش گوس گرایش پیدا می‌کند. شرط توقف پیشنهادی توسط دنیس و شنابل کوچک بودن فرم کوچک‌ترین مربعات، گرادیان تابع مجهول و همگرایی پارامترها را چک می‌کند.
الگوریتم محاسباتی لونبرگ - مارکارت را می‌توان در موارد استفاده از چندین حس‌گر ارتقا بخشید.
2-8-5-2 روش‌های محاسبه ضرایب حساسیت
روش‌های متعددی جهت محاسبه ضرایب حساسیت موجود است که در ادامه سه نمونه از آن‌ها ذکرشده است.
تحلیل مستقیم
مسائل مقدار مرزی
تقریب تفاضل محدود
روش تحلیل مستقیم: اگر مسئله مستقیم هدایت خطی بوده و حل تحلیل برای حوزه دمایی موجود باشد، ضریب حساسیت با تفاضل گیری جواب در جهت (پارامتر نامعلوم) به دست می‌آید.
اگر غیر وابسته به باشد، آنگاه مسئله معکوس جهت محاسبه خطی خواهد بود.
در مسائلی که چندین درجه بزرگی موجود باشد، ضریب حساسیت نسبت به هرکدام از پارامترها باید چندین مرتبه بزرگ‌تر باشد که این موضوع خود باعث ایجاد مشکلات و سختی‌هایی در مقایسه و شناسایی وابستگی خطی بودن شود. این سختی‌ها را می‌توان با آنالیز ابعادی ضرایب حساسیت یا با استفاده از فرمول زیر کاهش داد:
(2-25)
با توجه به اینکه ضریب حساسیت ذکرشده در بالا هم واحد با درجه حرارت است، مقایسه مرتبه بزرگی آن راحت‌تر است.
مسائل مقدار مرزی: یک مسئله مقدار مرزی می‌تواند با تفاضل گیری از مسئله مستقیم اصلی نسبت به ضرایب مجهول جهت به دست آوردن ضرایب حساسیت بکار رود. اگر مسئله هدایت مستقیم خطی باشد، ساختار مسئله حساسیت مربوطه ساده و مستقیم است. در حالت‌های پیشرفته حل ضرایب حساسیت می‌تواند بسیار زمان‌بر باشد و بایستی از روش‌های عددی مثل تفاضل محدود بهره گرفت.
تقریب تفاضل محدود: می‌توان تفاضل اول ظاهرشده در تعریف را از طریق تفاضل پیشرو یا تفاضل مرکزی حل کرد اما برای حل به این روش لازم است N مجهول اضافی در حالت اول و N2 مجهول اضافی در حالت دوم محاسبه شود که خود بسیار زمان‌بر خواهد بود.
2-8-6 تکنیک II 2-8-6-1 متد گرادیان مزدوجروش گرادیان مزدوج روش تکرار مستقیم و قدرتمندی درزمینه حل مسائل خطی و غیرخطی معکوس می‌باشد. در پروسه تکرار، در هر تکرار یک گام مناسب در جهت ترولی انتخاب می‌شود تا تابع موردنظر را کاهش دهد.
جهت نزولی از ترکیب خطی جهت منفی گرادیان در گام تکرار حاضر با جهت نزولی تکرار پیشین به دست می‌آید. این ترکیب خطی به‌گونه‌ای است که زاویه جهت نزولی و جهت منفی گرادیان کمتر از ۹۰° باشد تا مینیمم شدن تابع موردنظر حتمی گردد[34,37-39]. روش گرادیان مزدوج با شرط توقف مناسب به‌دست‌آمده از تکنیک تنظیم تکرارها، که در آن مقدار تکرارها به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که جواب پایدار به دست دهد، در حل مسائل معکوس بکار می‌رود.
الگوریتم روش به‌صورت گام‌های زیر است:
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
پروسه تکرار
شرط توقف
الگوریتم محاسباتی
در ادامه به بررسی گام‌های فوق پرداخته خواهد شد.
در حل مسئله معکوس شار حرارتی مجهول را به‌صورت تابعی خطی به فرم زیر در نظر می‌گیریم:
(2-26)
که در آن تابع تست معلوم و پارامترهای مجهول می‌باشند.
بدین ترتیب تخمین تابع مجهول به تخمین پارامترهای مجهول ، تقلیل می‌یابد. این‌گونه پارامترها را می‌توان با روش تفاضل مربعات مجهولی حل کرد.
(2-27)
S: مجموع مربعات خطاها یا تابع موردنظر
p: بردار پارامترهای مجهول
: دمای تخمین زده‌شده در زمان
: دمای اندازه‌گیری شده در زمان
: تعداد کل پارامترهای مجهول
I: تعداد کل اندازه‌گیری‌ها، به‌طوری‌که
ذکر دو نکته در اینجا ضروری می‌نماید:
بردار گرادیان جهت سریع‌ترین افزایش را نشان می‌دهد، لذا قرینه بردار جهت سریع‌ترین کاهش را نشان می‌دهد. بنابراین روش‌هایی که از بردار گرادیان جهت بهینه‌سازی استفاده می‌کنند نسبت به روش‌های دیگر سریع‌تر به نقطه مینیمم می‌رسند.
بیشترین نرخ تغییر تابع f در هر نقطه ، برابر اندازه بردار گرادیان در آن نقطه است. در بیشتر روش‌های بهینه‌سازی نیاز است که نقطه مینیمم در یک راستای مشخص تعیین گردد. یعنی لازم است نرخ تغییر تابع هدف از یک نقطه مانند در راستای مشخصی مانند نسبت به پارامتری چون محاسبه شود.
لذا اگر نرخ تغییر تابع در راستای برابر باشد با
(2-28)
و درصورتی‌که تابع f را در جهت مینمم کند؛ مینمم تابع در نقطه خواهد بود زیرا
(2-29)
پروسه تکرار در روش گرادیان مزدوج جهت کمینه‌سازی نرم داده‌شده به‌صورت زیر می‌باشد
(2-30)
جایی که جستجوگر سایز گام، جهت نزول و بالانویس k نمایانگر تعداد تکرار است.
جهت نزولی به‌صورت پیوستگی جهت گرادیان و و جهت نزولی تکرار قبلی می‌باشد که فرم ریاضی آن به‌صورت زیر است:
(2-31)
تعاریف گوناگونی برای ضریب همبستگی موجود است. به‌عنوان‌مثال بسط پولاک - ریبیر (معادله 2-32) در مراجع[37,40,41] و بسط فلچر - ریوز (معادله 2-33) در مراجع[37,38,40] آمده است.
(2-32) γk=j=1N∇S(pk)j∇Spk-∇S(pk-1)jj=1N∇S(pk-1)2j k=1,2,…
وقتی‌که برای k=0 شرط مرزی γ0=0 برقرار باشد.
(2-33) γk=j=1N∇S(pk)2jj=1N∇S(pk-1)2j k=1,2,…
بسط جهت گرادیان نسبت به پارامتر مجهول p به‌صورت
(2-34)
می‌باشد. جایی که ماتریس حساسیت می‌باشد. به‌عبارت‌دیگر درایه jام جهت گرادیان را می‌توان از فرم صریح
(2-35)
به دست آورد.
هرکدام از بسط‌های ذکرشده در مراجع جهت باعث ایجاد زاویه کمتر از بین جهت نزول و جهت منفی گرادیان شده، درنتیجه تابع بهینه می‌گردد.[36]
این بسط‌ها در مسائل خطی هم‌ارز بوده اما در مسائل غیرخطی، بر طبق برخی مشاهدات، بسط پولاک - ریبیر باعث بهبود همگرایی می‌شود. باید دانست که اگر باشد، در تمامی تکرارها جهت نزول همان جهت گرادیان می‌باشد و طول گام بهینه کاهشی به دست خواهد آمد گر چه روش گام بهینه کاهشی به‌سرعت روش گرادیان مزدوج همگرا نمی‌شود. گام جستجو از کمینه ساختن تابع نسبت به به دست می‌آید.
(2-36)
با جایگذاری از معادله (2-30) در معادله بالا و همچنین خطی سازی بردار دمای با بسط سری تیلور گام جستجو به‌صورت ماتریس زیر به دست خواهد آمد:
(2-37)
پس از محاسبه ماتریس حساسیت به یکی از روش‌های گفته‌شده در قبل، جهت گرادیان ، ضریب همبستگی و گام جستجو پروسه تکرار تا رسیدن به‌شرط توقف که طبق قانون اختلاف می‌باشد ادامه پیدا می‌کند.
(2-38) : شرط توقف
(2-39) Yti-T(xmeas,ti≈σi
σ: انحراف معیار استاندارد
(2-40) Ԑ=i=1Iσi2=Iσ2
اگرچه استفاده از این فرضیه جهت تکنیک I لازم نیست؛ زیرا تکنیک اول به‌صورت اتوماتیک با کنترل پارامتر استهلاک و کاهش شدید صعود بردار پارامترها در پروسه تکرار از ناپایداری جواب‌ها جلوگیری می‌کند. استفاده از قانون اختلاف نیازمند اطلاعات اولیه از انحراف استاندارد خطای اندازه‌گیری می‌باشد. یک روش جایگزین می‌تواند استفاده از اندازه‌گیری‌های اضافی باشد.
2-8-6-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک دومبا فرض آنکه دماهای اندازه‌گیری شده در زمان‌های بوده و حدس اولیه برای بردار مجهول p باشد. ابتدا قرار داده و سپس:
گام 1: حل معادله مستقیم حرارت با استفاده از و به دست آوردن بردار دمای اندازه‌گیری
گام 2: ارائه حل اگر شرط توقف (2-38) ارضا نشده باشد.
گام 3: حل ماتریس حساسیت از معادله (2-35) به یکی از روش‌های گفته‌شده
گام 4: با دانستن Y، و جهت گرادیان از معادله (2-34) به‌دست‌آمده سپس از معادلات (2-32) یا (2-33) محاسبه می‌گردد.
گام 5: جهت نزول از معادله (2-31) محاسبه می‌آید.
گام 6: با دانستن ، Y، و گام جستجو از معادله (2-37) به دست می‌آید.
گام 7: با دانستن و و حدس جدید از معادله (2-30) به دست می‌آید.
گام 8: بجای k، 1+k را جایگزین کرده به گام 1 بازمی‌گردد.
2-8-6-3 اندازه‌گیری پیوستهتا اینجا فرض بر گسسته بودن دامنه زمانی و دماهای اندازه‌گیری شده بوده است. در حالتی که تعداد داده‌ها به‌اندازه‌ای باشد که بتوان آن‌ها را تقریباً پیوسته در نظر گرفت نیازمند برخی اصلاحات در فرم اولیه، بردار گرادیان(معادله 4-18)، گام جستجو(معادله 4-21) و تلورانس (معادله 4-24) مورداستفاده در قانون اختلاف می‌باشد.
با فرض پیوستگی اطلاعات اندازه‌گیری شده انتگرال تابع در بازه زمان 0≤t≤tf به‌صورت:
(2-41)
نوشته‌شده که تابع گرادیان معادله بالا نیز به‌صورت
(2-42)
نوشته می‌گردد. به‌عبارت‌دیگر هر جزء بردار گرادیان به فرم
(2-43)
خواهد بود. در ادامه گام جستجو نیز باید به فرم پیوسته برای دامنه زمان بازنویسی گردد.
که این مهم با بهینه‌سازی تابع برحسب در دامنه محقق می‌گردد. لذا
(2-44)
که این معادله بسیار شبیه به فرم گسسته می‌باشد.
تلورانس نیز به‌صورت نوشته می‌گردد و الگوریتم حل همچنان دست‌نخورده باقی خواهد ماند.
در مسائلی که هدف تعیین ضرایب پارامتری شده تابع مجهول باشد تکنیک III راه‌حلی جایگزین جهت پرهیز از حل چندباره ماتریس حساسیت در به دست آوردن جهت گرادیان و گام جستجو می‌باشد.
2-8-7 تکنیک III 2-8-7-1 روش گرادیان مزدوج با مسئله اضافی جهت تخمین پارامترهادر این بخش به تشریح روشی دیگر از متد گرادیان مزدوج پرداخته می‌شود که با کمک حل دو مسئله کمکی، مسئله حساسیت و مسئله اضافی، به حل گام جستجو و معادله گرادیان می‌پردازد. این روش مخصوصاً در مسائلی که هدف یافتن ضرایب توابع امتحانی بکار رفته در فرم تابع مجهول می‌باشد کاربرد دارد.
جهت راحتی مراحل بعدی آنالیز، مقادیر اندازه‌گیری شده پیوسته فرض می‌گردد.
فرم معادله تفاضل مربعات به‌صورت
(2-45)
است. مطابق قبل دمای اندازه‌گیری شده و دمای تخمین زده‌شده در نقطه در بازه زمانی می‌باشد.
گام‌های اصلی حل به شرح زیر بوده که در ادامه به شرح بیشتر هرکدام پرداخته می‌شود.
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
مسئله حساسیت
مسئله اضافی الحاقی
معادله گرادیان
پروسه تکرار
شرط توقف
الگوریتم محاسباتی
گام‌های اول و دوم همانند سابق بوده لذا از شرح مجدد خودداری می‌گردد. در گام سوم تابع حساسیت حاصل حل مسئله حساسیت به‌صورت مشتق وابسته دما در جهت آشفتگی تابع مجهول تعریف می‌شود.
این مسئله می‌تواند با فرض اینکه دما با مقدار دچار آشفتگی شده وقتی‌که چشمه حرارتی با میزان دچار انحراف گردیده به دست آید. که انحراف از مجموع انحراف هر یک از پارامترهایش حاصل‌شده است.
(2-46)
اکنون اگر در معادله مستقیم با و با جایگزین گردد، معادله حساسیت به دست خواهد آمد.
عامل لاگرانژ جهت بهینه‌سازی تابع استفاده می‌گردد. این عامل جهت محاسبه تابع گرادیان با کمک حل مسئله الحاقی در مسئله حساسیت لازم می‌باشد. در این راستا با ضرب معادله مشتق جزئی مسئله مستقیم در ضریب لاگرانژ و انتگرال‌گیری آن در حوزه زمان و جمع معادله حاصل بافرم اولیه تابع ، جایگزین به دست می‌آید.
مشتق وابسته در جهت آشفتگی از جایگزینی ، و بجای ، و در معادله به‌دست‌آمده و صرف‌نظر کردن از ترم‌های درجه دوم حاصل می‌شود. می‌توان با حل جزءبه‌جزء طرف راست مسئله و صرف‌نظر کردن از انتگرال‌های شامل به فرم ساده‌شده معادله الحاقی دست‌یافت.
بنا بر تعریف، مشتق وابسته در جهت بردار به‌صورت
(2-47)
نوشته می‌شود. استفاده از معادله الحاقی برای آن دسته از مسائلی که حل تحلیل نداشته و نیاز به استفاده از روش‌های تفاضل محدود است، مناسب می‌باشد. با این روش، گرادیان با حل تنها یک معادله الحاقی به دست می‌آید. درحالی‌که روش دوم نیازمند حل N باره مسئله مستقیم جهت به دست آمدن ضرایب حساسیت می‌باشد.
گام جستجو که جهت بهینه‌سازی تابع در هر تکرار بکار می‌رود از خطی سازی دمای تخمین زده‌شده در فرم بهینه تابع با کمک بسط سری تیلور به دست می‌آید.
(2-48)
که حل مسئله حساسیت حاصل از قرار دادن در محاسبه معادله (2-46) می‌باشد.
باید توجه داشت که در هر گام تکرار لازم است یک مسئله حساسیت جهت محاسبه حل گردد.
شرط توقف نیز همانند تکنیک به‌صورت می‌باشد.
2-8-7-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک سومبه‌صورت خلاصه الگوریتم حل به‌صورت زیر می‌باشد. با قرار دادن ، فرضیات و مطابق تکنیک II می‌باشد.
مرحله 1: محاسبه از معادله و آنگاه حل معادله مستقیم جهت به دست آوردن
مرحله 2: بررسی شرط توقف و ارائه حل در صورت ارضاء نشدن آن
مرحله 3: حل معادله الحاقی جهت محاسبه با دانستن و
مرحله 4: با دانستن ، به دست آوردن پارامترهای بردار گرادیان
مرحله 5: با دانستن ، محاسبه و آنگاه جهت نزول
مرحله 6: با قرار دادن ، محاسبه و سپس حل مسئله حساسیت برای به دست آوردن
مرحله 7: با دانستن ، به دست آوردن گام جستجو
مرحله 8: با دانستن و، محاسبه تخمین جدید و جایگزینی k با 1+k و آنگاه بازگشت به مرحله 1
2-8-8 تکنیک IV2-8-8-1 گرادیان مزدوج با مسئله الحاقی برای تخمین توابعدر این روش هیچ اطلاعات اولیه از فرم تابع مجهول به‌جز فضای تابع موجود نیست. در اینجا تابع به‌صورت زیر تعریف می‌گردد.
(2-49)
و گام‌های حل نیز مانند تکنیک III می‌باشد.
تفاوت این روش با دو تکنیک قبل در این است که دیگر به‌صورت ساده پارامتری نوشته نمی‌شود. حل مسائل الحاقی و حساسیت در حالت کلی بسیار شبیه حالت تکنیک III می‌باشد. اما جهت محاسبه معادله گرادیان دیگر نمی‌توان مانند گذشته عمل نمود.
از مقایسه مسئله الحاقی و می‌توان معادله گرادیان را به دست آورد.
(2-50)
تابع مجهول از بهینه‌سازی به دست خواهد آمد. لذا پروسه تکرار به‌صورت
(2-51)
خواهد بود. که در آن ، جهت نزول، به‌صورت زیر می‌باشد.
(2-52)
همچنین ضریب نیز می‌تواند از هرکدام از بسط‌های پولاک - ریبیر و یا فلچر - ریوز به دست آید.
در انتها نیز از بهینه‌سازی نسبت به و پس از ساده‌سازی با اعمال بسط سری تیلور، مشتق‌گیری نسبت به و مساوی صفر قرار دادن آن، به دست می‌آید.
(2-53)
که در آن جواب مسئله حساسیت با جایگزینی می‌باشد.
ازآنجاکه معادله گرادیان در زمان نهایی همواره صفر می‌باشد لذا حدس اولیه هرگز تحت پروسه تکرار تغییر نمی‌کند. لذا تابع تخمین زده‌شده می‌تواند از جواب دقیق منحرف گردد که جهت غلبه بر این موضوع می‌توان از بازه زمانی بزرگ‌تر از بازه موردنیاز استفاده نمود. همچنین می‌توان با تکرار حل معکوس و استفاده از جواب تکرار قبل جهت حدس اولیه نیز اثر این مشکل را کاهش داد.
شرط توقف نیز مانند تکنیک پیشین می‌باشد که در موارد بدون خطا می‌تواند مقداری بسیار کوچک یا حتی صفر داشته باشد.
2-8-8-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک چهارمبه‌صورت خلاصه الگوریتم محاسباتی این تکنیک به شرح زیر می‌باشد:
مرحله 1: حل معادله مستقیم و محاسبه بر اساس
مرحله 2: بررسی شرط توقف و ادامه حل در صورت ارضا نشدن آن
مرحله 3: با دانستن و ، حل معادله الحاقی و به دست آوردن
مرحله 4: حل با دانستن
مرحله 5: با دانستن گرادیان ، محاسبه از هرکدام از بسط‌های ذکرشده و نیز جهت نزول
مرحله 6: با قرار دادن و حل معادله حساسیت، به دست آوردن
مرحله 7: با دانستن ، به دست آوردن گام جستجو
مرحله 8: با دانستن گام جستجو و جهت نزول، محاسبه مقدار جدیدو بازگشت به مرحله 1
حل معادله مستقیم جواب‌های دقیق را به دست می‌دهد.
برای محاسبه داده‌های دارای خطا می‌توان از راه‌حل زیر استفاده نمود:
(2-54)
که در آن ω متغیر رندوم با پراکندگی نرمال که دارای هسته اصلی صفر و انحراف معیار استاندارد می‌باشد. با اطمینان 99% به‌صورت -2.576<ω<2.576 بوده که می‌تواند از زیر برنامه IMSL یا DRRNOR به دست آید [31]. این مقادیر می‌تواند بجای داده‌های آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده جهت حل معکوس استفاده شود.
فصل سوم: مدل ریاضی
3-1 مقدمهطبیعت پیچیده انتقال حرارت در بافتهای زنده مانع مدل‌سازی ریاضی دقیقی شده است. فرضیات و ساده‌سازی‌هایی باید انجام شود. در ادامه مروری مختصر بر معادلات و توزیع دما دربافت‌های زنده خواهیم داشت.
3-2 مدل‌های هدایت گرماییاز معادله انتقال حرارت زیستی پنز [25]شروع می‌کنیم که در سال 1948 ارائه‌شده است. ویژگی این معادله ساده بودن آن و کاربردی بودنش در شرایط خاص است.مدل‌هایی که در این بخش ارائه گردیده مدل‌های ماکروسکوپیکی است که بیشتر از سایر مدل‌ها در توصیف انتقال گرما مورداستفاده قرار می‌گیرند.
3-2-1 مدل پنزمعادله پنزبر اساس فرض‌های ساده کننده‌ای طبق فاکتور زیر است:
تعادل گرمایی: انتقال حرارت بین خون و بافت در بسترهای کپیلاری و همچنین رگ‌ها انجام می‌شود. ازاین‌رو از انتقال حرارت بین خون و بافت قبل و بعد از ورود به بافت صرف‌نظرمی‌شود.
2) تزریق وریدی خون: جریان خون در مویرگ‌های کوچک، ایزوتروپیک فرض می‌شود. این فرض باعث می‌شود جهت جریان کم‌اهمیت شود.
3)آرایش رگ‌ها:
رگ‌های خونی بزرگ‌تر در همسایگی بستر مویرگ‌های کپیلاری هیچ نقشی در تبادل حرارت بین بافت و خون مویرگ ایفا نمی‌کند. بنابراین، مدل پنزهندسهی رگ‌های اطراف را در نظر نمی‌گیرد.
4) دمای خون:
فرض می‌شود که خون با همان دمای هسته بدن Ta0 به مویرگها میرسد که به‌طور مداوم با بافت‌ها که در دمای T قرار دارند، تبادل گرمایی می‌کنند. بر اساس این فرضیات معادله پنز اثر خون را به‌عنوان یک منبع حرارتی ایزوتروپیک (یا چاه گرمایی) مدل کرده است که با نرخ جریان خون و اختلاف دمای بینTa0و T متناسب است.در این مدل، خونی که مسیر خود را آغاز می‌کند، تا زمانی که به مویرگ‌هاورگه‌ای درون بافت‌ها برسد در نظر گرفته می‌شود (المان بافتی که خون در آن واردشده است را در شکل 3-1.درنظر بگیرید). المان به‌اندازه کافی بزرگ است که رگ‌ها و مویرگ‌ها را در برداشته باشد، امّا در مقایسه با ابعادی که ما موردبررسی قرار می‌دهیم کوچک است.
1311275299085
شکل3-1. المان در نظر گرفته‌شده برای به دست آوردن معادله انتقال حرارت زیستی پنز
با نوشتن معادله انرژی به‌صورت زیر داریم:
(3-1) Ein+Eg-Eout=E
در اینجا از اثر جابجایی صرف‌نظر شده و به‌جای آن ترم مربوط به تزریق وریدی خون اضافه‌شده است. ساده‌ترین راه برای بررسی این ترم این است که آن را به‌صورت ترم تولید انرژی در نظر بگیریم.
اگرنرخ انرژی اضافه‌شده توسط خون در واحد حجم بافت:q''bانرژی متابولیک تولیدشده در واحد حجم بافت:q''mبا درنظر گرفتن المان موجود در شکل 1 خون با دمای مرکزی بدن به آن وارد می‌شودTa0 و در داخل المان به دمای تعادل المان بافت که T است، می‌رسد.
(3-2) q'''b=ρbCbWbTa0-T
که در معادله فوق، Cb گرمای ویژه خون، Wb نرخ خون تزریق وریدی بر واحد حجم بافت و ρb چگالی خون هست.
با استفاده از معادله انرژی و حذف کردن ترم جابجایی و استفاده از موارد فوق داریم:
(3-3) ∇.k∇T+ρbCbWbTa0-T+q'''m=ρC∂T∂t
که Cگرمای ویژه بافت، k هدایت گرمایی و ρ چگالی بافت است.


در معادله فوق اولین‌ترم مربوط به هدایت در 3 جهت است. با توجه به سیستم مختصات موردنظر ما به سه حالت زیر تبدیل می‌شود:
مختصات کارتزین،
(3-4) ∇.k∇T=∂∂xk∂T∂x+∂∂yk∂T∂y
مختصات استوانه‌ای،

user8310

1-1- تاریخچه 4
1-2- تجربیات انجام شده در زمینه موتور گازسوز 5
1-3-اقدامات انجام شده برای نصب توربوشارژر 7
1-4-معرفی پروژه حاضر 10
فصل دوم- توربوشارژ کردن موتورهای احتراق داخلی 11
2-1- هدف توربوشارینگ 12
2-2- روشهای پرخورانی 12
2-3- مقایسه موتورهای توربوشارژ شده و تنفس طبیعی 15
2-3-1- انواع سیستمهای توربوشارژری 16
2-3-2- توربوشارژر فشار ثابت 16
2-4 توربوشارژینگ با سیستم ضربانی 17
2-5- سیستم‌های تک توربوشارژری 19
2-5-1- سیستم‌های ترتیبی 21
2-5-2- سیستم‌های دومرحله‌ای 21
فصل سوم-تغییرات موتور برای تجهیز به توربوشارژر 23
3-1- استفاده از توربوشارژر برای موتور گازسوز 24
3-2- تغییرات موتور برای تجهیز به توربوشارژر 24
3-3- کاهش مشکلات توربوشارژینگ 25
3-3-1- جلوگیری از تولید کوبش 25
3-3-1-1- روش های جلوگیری از تولید کوبش 26
3-3-2- کنترل افزایش فشار در توربوشارژر 28
3-3-3- زمانبندی سوپاپ های ورودی و خروجی 30
3-3-6- تأثیر توربوشارژر بر آلودگی خروجی 30
فصل چهارم- انطباق توربوشارژر 31
4-1- انطباق موتور و توربوشارژر 32
4-2- تعیین پارامترهای توربین و کمپرسور 32
4-3- انتخاب توربوشارژر 34
4-4 نواحی کاری کمپرسور 35
4-5- دریچه کنترل توربین 37
4-6- تاخیر در عملکرد توربوشارژر 37
4-7 تغییر در شرایط ورودی 38
4-8- فصل پنجم-مدلسازی موتور 40
5-1- مقدمه 41


5-2- تحلیل جریان در راهگاههای موتور با استفاده از رفتار موج فشاری 41
5--3 محاسبه پارامترهای عملکردی موتور 43
5-3- 1- فشار موثر متوسط اندیکاتوری و ترمزی 43
5-3-2- توان و مصرف سوخت ویژه 44
5-4- مدلسازی بازده حجمی 44
5-5- مدلسازی اصطکاک موتور 45
5-6- مدل اصطکاک جریان سیال 46
5-7-محاسبه ضریب جریان 47
5-8- محاسبه دبی جریان عبوری از سوپاپ 48
5-9-مدل انتقال حرارت بین سیال و راهگاههای جریان 49
5-10-مدلسازی انتقال حرارت در داخل سیلندر 49
5-11- مدلسازی پرخورانی موتور با استفاده از عملکرد پرخوران
5-11-1- انتخاب کمپرسور
5-11-2-انتخاب توربین 51
51
52
فصل شش - مدلسازی موتور EF7 با استفاده از نرم افزار GT-POWER 54
6-1- مدلسازی پورت های ورودی و خروجی 55
6-2- مدلسازی منیفولد و دریچه گاز 55
6-3- مدلسازی انژکتور 58
6-4- مشخصات سیلندر 59
6-5- مدلسازی توربوشارژر 60
6-6- مدلسازی خنک کن میانی 60
6-7- مدلسازی کاتالیست 61
6-8- مدلسازی احتراق 61
فصل هفت- نتایج توربوشارژ کردن موتور EF7 63
7-1- تغییرات اعمال شده به موتور تنفس طبیعی 64
7-2- تعیین هدف 66
7-3- نکاتی در مورد انتخاب توربوشارژر 67
7-4- مشخصات توربوشارژرهای انتخابی 68
7-5- اصطکاک موتورEF7 69
7-6- انتقال حرارت در داخل سیلندر 70
7-7- کالیبراسیون مدل موتور پرخورانی شده 70
7-8- پارامترهای عملکردی موتورEF7 در حالت بار کامل 84
7-9- مقایسه عملکرد دو توربوشارژر با استفاده از نتایج مدل 80
7-10- تعیین بهینه پارامترهای طراحی موتور پرخوران شده با استفاده از مدل 85
(فصل)هشتم-آنالیز حساسیت موتور EF7 95
8-1- آنالیز حساسیت 96
8-1-1- فشار موثر متوسط ترمزی 98
8-1-2-مصرف مخصوص ترمزی سوخت 99
8-1-3- راندمان حجمی 101
8-1-4-سرعت توربین 102
8-1-5- راندمان کمپرسور 104
8-1-6- فشار در پائین دست کمپرسور 105
8-1-7-جریان هوا 107
8-1-8- جریان سوخت 108
8-1-9- گشتاور ترمزی موتور 110
8-1-10- دمای پائین دست کمپرسور 111
8-1-11- دمای پائین دست خنک کن 113
8-1-12- دمای منیفولد 114
8-1-13- فشار منیفولد 116
8-1-14- فشار ورودی توربین 117
8-1-15- فشار خروجی توربین 119
8-1-16- دمای ورودی توربین 120
8-1-17- دمای خروجی از توربین 122
8-1-18- راندمان توربین 123
8-1-19- راندمان اندیکاتوری موتور 125
8-1-20- توان مصرفی کمپرسور 126
8-1-21- فشار موثر متوسط اندیکاتوری 128
8-1-22- ماکزیمم فشار سیلندر 129
8-1-23- درجه ماکزیمم فشار سیلندر 130
8-1-24- ماکزیمم دمای سیلندر 132
8-1-25- فشار ورودی به سیلندر 134
8-1-26- دمای ورودی به سیلندر 135
8-1-27- فشار خروجی از سیلندر 137
8-1-28- دمای خروجی از سیلندر 138
فصل نهم-سوپرشارژ کردن موتور توربوشارژ شده 140
9-1- هدف از سوپرتوربوشارژ کردن 141
9-2- سوپرشارژر روتز
9-3- مدلسلزی و نتایج سوپر شارژینگ 142
143
پیشنهادات
لیست مقالات ارائه شده 151
151
نتایج 152
ضمیمه 156
مراجع 161
چکیده انگلیسی 166
فهرست جداول
جدول(2-1) مقایسه یک موتور توربوشارژری و تنفس طبیعی با گشتاور و توان حداکثر برابر
جدول (5-1) توضیح پارامترهای معادله (5-18)
جدول (6-1) مشخصات هندسی سیلندر موتور تنفس طبیعی
جدول (7-1) مشخصات هندسی سیلندر موتور پرخوران شده
جدول (7-2) مقادیر ثابت فشار موثر متوسط اصطکاکی در دورهای مختلف
جدول(8-1) جدول تعریف متغیرها و مقدار آنها
جدول (8-2) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار موثر متوسط ترمزی
جدول (8-3) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی مصرف مخصوص ترمزی سوخت
جدول (8-4) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی راندمان حجمی
جدول (8-5) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی سرعت توربین
جدول (8-6) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی راندمان کمپرسور
جدول (8-7) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار در پائین دست کمپرسور
جدول (8-8) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی جریان هوا
جدول (8-9) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی جریان سوخت
جدول (8-10) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی گشتاور موتور
جدول (8-11) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای پائین دست کمپرسور
جدول (8-12) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای پائین دست خنک کن
جدول (8-13) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای منیفولد
جدول (8-14) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار منیفولد
جدول (8-15) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار ورودی توربین
جدول (8-16) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار خروجی توربین
جدول (8-17) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای ورودی توربین
جدول (8-18) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای خروجی از توربین
جدول (8-19) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی راندمان توربین
جدول (8-20) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی راندمان اندیکاتوری موتور
جدول (8-21) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی راندمان توربین
جدول (8-22) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار موثر متوسط اندیکاتوری
جدول (8-23) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی ماکزیمم فشار سیلندر
جدول (8-24) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی درجه مربوط به ماکزیمم فشار
جدول (8-25) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی ماکزیمم دمای سیلندر
جدول (8-26) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار ورودی به سیلندر
جدول (8-27) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای ورودی به سیلندر
جدول (8-28) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی فشار خروجی از سیلندر
جدول (8-29) دسته بندی متغیرها بر حسب میزان تاثیر روی دمای خروجی از سیلندر
جدولA-1 نام های توربین و کمپرسور دو توربوشارژر
جدول A-2 مشخصات عملکرد کمپرسور توربوشارژر1
جدول A-3 مشخصات عملکرد کمپرسور توربوشارژر 2
جدول(A-4 ) مشخصات عملکردی توربین
فهرست اشکال
شکل (2-1) یک نمونه سوپرشارژ
شکل(2-2) طرز کار توربوشارژر به صورت شماتیک
شکل (2-4) نحوه ارتباط توربوشارژ فشار ثابت با موتور به صورت طرحواره
شکل(3-1) رابطه بین نسبت تراکم و افزایش فشار ورودی موتور
شکل (4-1) نقشه عملکرد یک کمپرسور
شکل (4-2) مشخصه یک توربین جریان محوری
شکل(5-1) المان در نظر گرفته شده
شکل (6-1) طرحواره پورت های ورودی و خروجی
شکل (6-2) مدل سازی منیفولد توسط چند انشعاب
شکل (6-3) قرار دادن دستگاه مختصات در مرکز انشعاب
شکل (6-4) دریچه گاز
شکل (6-5) مشخصات هندسی سیلندر
شکل(6-6) زمانبندی جرقه در دورهای مختلف(TDC=0)
شکل (7-1) منحنی لیفت و زمانبندی سوپاپ های ورودی و خروجی برای دو موتور تنفس طبیعی و پرخوران شده EF7
شکل (7-2 ) مقدار افزایش مورد نظر درگشتاور موتور در حالت تمام بار
شکل (7-3) مقادیر بیشینیه فشار سیلندر در دورهای مختلف برای یک موتور پرخورانی شده مشابه با موتورEF7 در حالت تمام بار
شکل (7-4) فشار موثر متوسط اصطکاک در دورهای مختلف در حالت بار کامل
شکل (7-5) بازده اندیکه در دورهای مختلف در حالت بار کامل
شکل(7-6) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 1500
شکل(7-7) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 2000
شکل(7-8) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 2500
شکل(7-9) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 3500
شکل(7-10) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 4800
شکل(7-11) منحنی فشار لحظه ای داخل سیلندر در حالت بار کامل در دور rpm 5000
شکل(7-12) نتایج کالیبراسیون فشار بعد از کمپرسور برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-13) نتایج کالیبراسیون دبی هوا در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-14) نتایج کالیبراسیون بازده حجمی در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-15) نتایج کالیبراسیون گشتاور موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-16) نتایج کالیبراسیون فشار موثر متوسط ترمزی موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-17) نتایج کالیبراسیون جریان سوخت موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-18) نتایج کالیبراسیون فشار بعد از خنک کن موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-19) نتایج کالیبراسیون فشار گازهای خروجی قبل از توربین موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-20) نتایج کالیبراسیون فشار گازهای خروجی بعد از توربین موتور پورخوران شده در دورهای مختلف برای دو حالت بار کامل و بار جزیی در زمانی که درصد فشردگی پدال گاز 25 درصد می باشد
شکل(7-21) بازده ترمزی در دورهای مختلف
شکل(7-22) گشتاور اندیکه در دورهای مختلف
شکل(7-23) گشتاور ترمزی در دورهای مختلف
شکل(7-24) مصرف سوخت ویژه ترمزی در دورهای مختلف
شکل(7-25) فشار مؤثر متوسط پمپاژ در دورهای مختلف
شکل(7-26) دمای خروجی از خنک کن میانی در دورهای مختلف
شکل(7-27) مقادیر گشتاور موتور EF7 TC که از توربوشارژر (1)برای پرخورانی استفاده شده است و گشتاور مورد نظر در حالت تمام بار
شکل(7-28) مقادیر گشتاور موتور EF7 TC که از توربوشارژر (2)برای پرخورانی استفاده شده است و گشتاور مورد نظر در حالت تمام بار
شکل(7-29) مقایسه بازده کمپرسور دو توربوشارژر در دورهای مختلف و در حالت تمام بار
شکل(7-30) مقادیر گشتاور خروجی موتور حاصل از مدل در ارتفاع ۲۰۰۰ متر از سطح دریا
شکل(7-31) بازده کمپرسور دو توربوشارژر در دورهای مختلف موتور در حالت بار کامل
شکل(7-32) دور توربوشارژر در مقابل دور موتور در حالت بار کامل
شکل(7-33) مقادیر فشار بیشینه داخل سیلندر در مقابل دور موتور قبل از اصلاح در پارامترهای طراحی
شکل(7-34) زمانبندی جرقه موتور در دورهای مختلف برای دو حالت تنفس طبیعی( (NAو پرخوران شده) (TC
شکل(7-35) دمای گازهای ورودی به توربین در دورهای مختلف برای زمانبندی جرقه جدید برای موتور TC
شکل(7-36) فشار بیشینه داخل سیلندر در دورهای مختلف برای زمانبندی جرقه جدید برای موتور TC
شکل(7-37) فشار بیشینه داخل سیلندر موتور پورخوران شده در مقابل دور با زمانبندی جرقه جدید و نسبت تراکم 9.8
شکل(7-38) تعیین بهترین زمان باز شدن سوپاپ ورودی در دورrpm1500
شکل(7-39) شکل(7-43) منحنی سوپاپ ورودی و خروجی موتور برای دو حالت تنفس طبیعی و پرخوران شده
شکل(7-40) مقادیر بازده حجمی موتور پرخوران شده با دو منحنی سوپاپ مختلف در مقابل دور موتور
شکل(7-41) نقاط کارکردی موتور بر روی منحنی عملکردی کمپرسور در حالت بار کامل
شکل(7-42) نقاط کارکردی موتور بر روی منحنی عملکردی توربین در حالت بار کامل
شکل(7-43) مقدار دبی جرمی عبوری از دریچه کنترل توربین در دورهای مختلف
شکل(7-44) بازده حجمی موتور EF7 در مقابل دور موتور برای دو حالت تنفس طبیعی و پرخورانی شده
شکل(7-45) مقادیر گشتاور ترمزی در مقابل دور موتور برای موتور EF7 در حالت تنفس طبیعی و پرخورانی شده
شکل(7-46) مقادیر فشار بیشینه سیلندر در دورهای مختلف موتور برای دو حالت تنفس طبیعی و پرخورانی شده
شکل(7-47) دمای گازهای حاصل از احتراق در خروجی منیفولد خروجی در موتورEF7 برای دو حالت تنفس طبیعی و پرخورانی شده
شکل(7-48) ماکزیمم فشار سیلندر
شکل(7-49) سرعت گردشی کمپرسور
شکل(7-50) شکل BMEP موتور EF7 مدل شده
نمودار (8-1) آنالیز حساسیت فشار موثر متوسط ترمزی
نمودار (8-2) متوسط مقادیر مطلق فشار موثر متوسط ترمزی در سرعت های مختلف
نمودار (8-3) نتایج آنالیز حساسیت برای مصرف مخصوص ترمزی سوخت
نمودار (8-4) متوسط مقادیر مصرف مخصوص ترمزی سوخت در سرعت های مختلف
نمودار (8-5) نتایج آنالیز حساسیت برای راندمان حجمی
نمودار (8-6) متوسط مقادیر راندمان حجمی در سرعت های مختلف
نمودار (8-7) نتایج آنالیز حساسیت برای سرعت توربین
نمودار (8-8) متوسط مقادیر سرعت توربین در سرعت های مختلف موتور
نمودار (8-9) نتایج آنالیز حساسیت برای راندمان کمپرسور
نمودار (8-10) متوسط مقادیر راندمان کمپرسور در سرعت های مختلف
نمودار (8-11) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار در پائین دست کمپرسور
نمودار (8-12) متوسط مقادیر فشار در پائین دست کمپرسور در سرعت های مختلف
نمودار (8-13) نتایج آنالیز حساسیت برای جریان هوا
نمودار (8-14) متوسط مقادیر جریان هوا در سرعت های مختلف
نمودار (8-15) نتایج آنالیز حساسیت برای جریان سوخت
نمودار (8-16) متوسط مقادیر جریان سوخت در سرعت های مختلف
نمودار (8-17) نتایج آنالیز حساسیت برای گشتاور ترمزی موتور
نمودار (8-18) متوسط مقادیر گشتاور موتور در سرعت های مختلف
نمودار (8-19) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای پائین دست کمپرسور
نمودار (8-20) متوسط مقادیر دمای پائین دست کمپرسور در سرعت های مختلف
نمودار (8-21) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای پائین دست خنک کن
نمودار (8-22) متوسط مقادیر دمای پائین دست خنک کن در سرعت های مختلف
نمودار (8-23) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای منیفولد
نمودار (8-24) متوسط مقادیر دمای منیفولد در سرعت های مختلف
نمودار (8-25) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار منیفولد
نمودار (8-26) متوسط مقادیر فشار منیفولد در سرعت های مختلف
نمودار (8-27) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار ورودی توربین
نمودار (8-28) متوسط مقادیر فشار ورودی توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-29) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار خروجی توربین
نمودار (8-30) متوسط مقادیر فشار خروجی توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-31) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای ورودی توربین
نمودار (8-32) متوسط مقادیر دمای ورودی توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-33) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای خروجی از توربین
نمودار (8-34) متوسط مقادیر دمای خروجی از توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-35) نتایج آنالیز حساسیت برای راندمان توربین
نمودار (8-36) متوسط مقادیر راندمان توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-37) نتایج آنالیز حساسیت برای راندمان اندیکاتوری موتور
نمودار (8-38) متوسط مقادیر راندمان اندیکاتوری موتور در سرعت های مختلف
نمودار (8-39) نتایج آنالیز حساسیت برای توان مصرفی کمپرسور
نمودار (8-40) متوسط مقادیر راندمان توربین در سرعت های مختلف
نمودار (8-41) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار موثر متوسط اندیکاتوری
نمودار (8-42) متوسط مقادیر فشار موثر متوسط اندیکاتوری در سرعت های مختلف
نمودار (8-43) نتایج آنالیز حساسیت برای ماکزیمم فشار سیلندر
نمودار (8-44) متوسط مقادیر ماکزیمم فشار سیلندر در سرعت های مختلف
نمودار (8-45) نتایج آنالیز حساسیت برای درجه ماکزیمم فشار سیلندر
نمودار (8-46) متوسط مقادیر درجه مربوط به ماکزیمم فشار در سرعت های مختلف
نمودار (8-47) نتایج آنالیز حساسیت برای ماکزیمم دمای سیلندر
نمودار (8-48) متوسط مقادیر ماکزیمم دمای سیلندر در سرعت های مختلف
نمودار (8-49) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار ورودی به سیلندر
نمودار (8-50) متوسط مقادیر فشار ورودی به سیلندر در سرعت های مختلف
نمودار (8-51) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای ورودی به سیلندر
نمودار (8-52) متوسط مقادیر دمای ورودی به سیلندر در سرعت های مختلف
نمودار (8-53) نتایج آنالیز حساسیت برای فشار خروجی از سیلندر
نمودار (8-54) متوسط مقادیر فشار خروجی از سیلندر در سرعت های مختلف
نمودار (8-55) نتایج آنالیز حساسیت برای دمای خروجی از سیلندر
نمودار (8-56) متوسط مقادیر دمای خروجی از سیلندر در سرعت های مختلف
شکل(9-1) منحنی عملکرد موتور توربوشارژ شده و تنفس طبیعی در حالت بار کامل
شکل(9-2) مسیر جریان هوا در کمپرسور روتز
شکل(9-3) طریقه اتصال توربوشارژ و سوپرشارژ به موتور
شکل(9-4) نحوه قرار گیری سوپرشارژ و توربوشارژ در مدل
شکل(9-5) انطباق ناصحیح موتور و یک سوپرشارژ روتز
شکل(9-6) نقشه عملکرد کمپرسور همراه نقاط عملکردی موتور در حالت بار کامل
شکل(9-7) فشار داخل سیلندر با نسبت دنده5.1 در حالت بار کامل
شکل(9-8) دمای گازهای ورودی به توربین در حالت بار کامل
شکل(9-9) مقایسه توان ترمزی دو موتور توربوشارژ شده و سوپرتوربوشارژ شده
شکل(9-10) مقایسه گشتاور ترمزی دو موتور توربوشارژ شده و سوپرتوربوشارژ شده
شکل(9-11) مقایسه راندمان حجمی دو موتور توربوشارژ شده و سوپرتوربوشارژ شده
شکل(9-12) میزان گشودگی دریچه میان گذر
شکل(9-13) میزان افزایش گشتاور توسط سوپرشارژ بعد از رعایت حد کوبش
شکل(9-14) میزان افزایش راندمان حجمی توسط سوپرشارژ بعد از رعایت حد کوبش
فهرست علائم
دما
فشار
دور N
قطر D
شعاع R
دبی جرمی
ظرفیت گرمایی ویژه گاز
حجم جاروب شده
فشار منیفولد
دمای منیفولد
سطح
سرعت صوت
سرعت صوت بی بعد
طول
ضریب تخلیه جریان
سطح موثر
عدد پرانتل
نرخ جریان سوخت انژکتور(g/s)
سرعت موتور(rpm)
حجم جابجایی(liter)
نسبت سوخت به هوا
تعداد سیلندرها
مدت تزریق(بر حسب زاویه لنگ)
مقدمه
متوسط غلظت آلاینده هائی مانند منواکسیدکربن، هیدروکربنهای نسوخته و اکسیدهای نیتروژن در بسیاری از نقاط شهر تهران بیشتر از حد مجاز توصیه شده توسط سازمان بهداشت جهانی می‌باشد. با توجه به رشد سریع ترافیک، وضعیت در آینده بدتر خواهد شد.
با توجه به اینکه 89 درصد از منابع آلوده کننده هوای تهران مربوط به خودروها است جایگزینی سوختهای پاکتر که هم از نظر اقتصادی با صرفه تر و هم از لحاظ اثرات زیست محیطی آلودگی کمتری داشته باشند مورد توجه قرار گرفته و بصورت یک ضرورت اجتماعی مطرح گردیده است[1].
گاز سوختی ارزان با آلودگی کمتر است و در صورت فراهم شدن امکان دسترسی بیشتر، یکی از بهترین سوختهای جایگزین بنزین و گازوئیل می‌باشد. با گازسوز کردن خودروها، منواکسیدکربن، هیدروکربنهای نسوخته، دی اکسید گوگرد و ذرات معلق حاصل از احتراق به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می‌یابند. علاوه براین سرب بعنوان یکی از زیانبارترین آلوده کننده ها به کلی حذف می‌شود و همچنین از سروصدای موتور نیز کاسته می‌شود.
در مقایسه موتورهای گازسوز با موتورهای بنزینی، توان حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد کاسته می‌شود. دو علت عمده این کاهش یکی حالت گازی سوخت CNGدر هنگام تزریق به موتور می‌باشد که مقداری از فضای هوای ورودی به موتور را اشغال می‌نماید و باعث افت راندمان حجمی می‌گردد، دلیل دیگر بالابودن نسبت هوا به سوخت در شرایط استوکیومتری گاز نسبت به بنزین می‌باشد که برای گاز این رقم در حدود 17.2 به یک می‌باشد و برای بنزین 14.7 به یک می‌باشد. این عامل نیاز بیشتر موتور گازسوز به هوا را نسبت به موتور بنزینی معلوم می سازد یعنی به زبان دیگر اگر بتوان آن مقدار گازی را وارد موتور نماییم که مقدار انرژی آزاد شده آن معادل مقدار بنزین وارد شده به موتور باشد، می‌بایست هوای بیشتری نسبت به حالت بنزینی وارد موتور گردد.
چون مقدار هوای ورودی به موتور در حالت گازی حتی کمتر از مقدار آن درحالت بنزینی می‌باشد بنابراین در موتورهای گازسوز برای بهبود عملکرد نیاز به هوای بیشتری می‌باشد. با توجه به مقاومت گاز طبیعی در مقابل خوداشتعالی می‌توان توان کاسته شده را توسط روشهای مختلفی جبران کرد. اگر خواستار تشویق مردم برای استفاده از گاز طبیعی هستیم کاهش توان در زمان استفاده از گاز طبیعی قابل قبول نیست. روشی که در این نوشتار برای بدست آوردن قدرت بیشتر ارائه می‌شود، عبارت است از بکارگیری توربوشارژر به منظور افزایش دبی جرمی هوا و متعاقب آن افزایش راندمان حجمی و قدرت موتور. همچنین با استفاده از پرخورانی می‌توان برخی از آلاینده های موتور را با هوادهی بیشتر یا اصطلاحا فقیرسوز کردن موتور درحد پائین تری نگه داشت.
فصل اول
مقدمه و مرور بر تحقیقات انجام شده در گذشته
1-1- تاریخچه
توربوشارژینگ موتورهای احتراق داخلی ایده ای بود که به فاصله کمی از اختراع موتورهای احتراق داخلی مطرح گردید. در سال 1885 دایملر پروژه - ریسرچای درباره استفاده از یک فن یا کمپرسور برای اضافه کردن هوای ورودی به موتور دریافت کرد. در سال 1902 لوییس رنو برای اولین بار توربوشارژری از نوع سانتریفیوژ ساخت و بر روی موتور نمونه ای نصب کرد. این توربوشارژر توسط تسمه به میل لنگ متصل می‌گشت و با پنج برابر سرعت آن دوران می‌کرد. اولین سوپرشارژ متحرک با دود اگزوز (توربوشارژ) بین سال های 1909 و 1912 توسط دکتر آلفرد بوچی سوئیسی ساخته شد. اولین نمونه موتور دیزل مجهز به توربوشاژر را او در سال 1915 ارائه کرد[2]. در توربوشارژر ساخت بوچی توربین و کمپرسور هر دو از نوع جریان محوری بودند که توسط اتصال مکانیکی به میل لنگ موتور متصل می شدند. امروزه به این نوع موتور، موتور مرکب اتلاق می‌شود. بعد از چند سال بوچی مدل اصلاح شده ای را مطرح کرد که در آن اتصال مکانیکی بین موتور و توربوشارژر برداشته شده بود، ولی اتصال مکانیکی بین توربین و کمپرسور کماکان پابرجا بود. اولین توربوشارژر ساخت بوچی از نوع جریان یکنواخت بود که با موفقیت و اقبال روبرو نگردید. در سال 1925 بوچی سیستم موفق توربوشارژ ضربه ای ارائه کرد، که به مدل بوچی معروف می‌باشد. رونق بیشتر توربوشارژینگ زمانی آغاز شد که توربوشارژرها بر روی موتورهای سیلندر و پیستونی هواپیماها نصب گردید و میزان سقف پرواز را افزایش داد. زیرا در این هواپیما این مشکل وجود داشت که با اوج گرفتن هواپیما به علت کاهش فشار، قدرت خروجی موتور شدیدا کاهش می‌یافت و این امر سقف پرواز را محدود می‌کرد. با بکارگیری توربوشارژرها و افزایش فشار ورودی کمک زیادی به افزایش ارتفاع پرواز شد. تا زمان جنگ جهانی دوم صنعت توربوشارژر توسعه زیادی یافت. بکارگیری توربوشارژر بر روی موتور دیزلی بهترین روش برای کاهش هزینه های مصرف سوخت، کاهش جای مورد نیاز برای موتور و کاهش وزن موتور، افزایش راندمان و کاهش صدا بود. در دهه هفتاد میلادی استفاده از توربوشارژر برای موتورهای بنزینی بسیار رواج پیدا کرد و کمپانیها خودروهای اسپرتی خود را با موتورهای توربوشارژری ارائه کردند ولی به دلیل تاخیر عملکرد توربوشارژر این موتورها با استقبال مصرف کنندگان روبرو نشدند. توفیق توربوشارژینگ در صنعت خودروهای سواری از زمان ارائه توربو دیزل هایی بود که می‌توانستند با حجم مساوی با موتورهای بنزینی برابری کنند و از لحاظ آلودگی در سطح پائین تری نسبت به موتورهای بنزینی قرار بگیرند[3].1-2- تجربیات انجام شده در زمینه موتور گازسوز
فعالیت های انجام شده را می‌توان به دو دسته کلی مدل سازی موتورها و انطباق تقسیم بندی نمود. تا به امروز، بیشتر تلاشها به مدل سازی موتورهای احتراق داخلی محدود بوده است. از اینرو در ابتدا به تاریخچه مدل سازی موتور می پردازیم.
نخستین قدم جدی در این راه توسط بنسون و آناند برداشته شد[4]. این دو دانشمند مدل شبیه سازی تحلیلی موتور را پایه گذاری کردند. در این مدل هر فرآیند به چند مدل ساده ریاضی تبدیل می شد که برای هر یک از این مدل ها فرم های خاصی از معادلات بقا صادق بود. این زیر مجموعه ها در نهایت به یکدیگر مرتبط می شدند. این مدل سازی علیرغم محدودیت زیاد به علت سادگی و دقت مناسب هنوز از روش های متداول و معتبر به حساب می‌آید.
چند سال بعد این روش بهبود یافت. بنسون و بورا[5] با در نظر گرفتن مدل احتراق دو ناحیه ای با کمک روش عددی رانگ کوتا توانستند به نتایجی بسیار نزدیک به اندازه گیری های تجربی دست یابند. امروزه این روش به دلیل سادگی و جامع بودن یکی از معتبرترین روش های تحلیلی برای آنالیز موتور به حساب می‌آید.
با افزایش بهای بنزین و بحران جهانی سوخت در دهه 1970 مطالعات بنیادی روی سوخت های جایگزین از جمله گاز طبیعی رونق یافت. این روند بار دیگر در دهه 1990 و به منظور غلبه بر مشکل آلودگی محیط زیست احیا گردید. برای شناخت بیشتر و بهتر خواص موتورهای گاز طبیعی ویکس وموسکوا[6] به روش تجربی و با کمک یک دستگاه اندازه گیری فشار غیرخطی، نرخ گذرای هوای عبوری از موتور را در حالات مختلف کاری اندازه گیری کردند.
ویزینسکی و واگنر[7] از دانشگاه بیرمنگام تحقیقات مفصلی بر روی نوع خاصی از سیستم EGR انجام دادند. با استفاده از گازهای خروجی از موتور که سرشار از هیدروژن می‌باشد، توانستند راندمان احتراق را به نحو قابل توجهی افزایش دهند.
در کنار این تحلیل ها تلاش های زیادی برای تعیین استانداردها و دسته بندی مزایا و معایب این موتورها به عمل آمد. از آن جمله وگزین و گوروویچ [8] مزایا و معایب گاز طبیعی مایع شده را برای اتوبوسها و کامیونها بررسی نمودند.
همزمان با تحقیقات انجام شده در زمینه های احتراق داخلی و انتقال حرارت، سیستم های کنترلی مورد استفاده نیز تحت بررسی قرار گرفتند تا با بهینه سازی آن ها آلودگی محیط کاهش و راندمان موتورها افزایش یابد. از جمله این فعالیتها و تحقیقات می‌توان به تلاش مالم و کیست [9] اشاره کرد. آنها با اندازه گیری بار و دور موتور در محدوده وسیع دما و ترکیب آن ها با اندازه گیری دینامیکی فشار و ارتعاش سیلندر سیستم های کنترلی را تحت بررسی قراردادند.
در همین زمان تحقیقات مفصلی نیز بر روی انطباق موتور و توربوشارژر انجام شد. پنج دانشمند ژاپنی به نامهای فوکوزاوا، شیمادو، کاکوهوما، اندو و تاناکا تغییرات راندمان حرارتی موتور گازسوز شش سیلندر را نسبت به پارامترهای نسبت تراکم، شکل محفظه احتراق، اثر سوپاپها و خود توربوشارژر مورد برسی قراردادند[10].
در لابراتوار ملی ماشین های گازی NGML یک سری آزمایش توسط چپمن از دانشگاه کانزاس برای تطابق توربوشارژر و موتور گاز طبیعی دو زمانه صورت گرفت[11] تا اثر این تطابق روی راندمان این مجموعه و میزان تولید NOx مورد بررسی قرارگیرد.
پلکمنس، دوکوکلیر، و لنارس اتوبوسها و کامیونهای با سوخت دیزل را با گاز طبیعی از لحاظ میزان سوخت توان و میزان ایجاد آلاینده ها مورد مقایسه قرار دادند[12].
همچنین با استفاده از مدلسازی یکبعدی بسیاری از مهندسان فعالیت هایی در زمینه بهینه سازی عملکرد موتور انجام داده اند که از آن جمله می‌توان به انتخاب توربوشارژر متناسب با یک موتور مشخص اشاره نمود.[13]
در کشور ما در سال های اخیر چند پروژه تحقیقاتی نیز به ثبت رسیده است که در آنها با مدلسازی یک موتور تغذیه طبیعی، رفتار کاری موتور توربوشارژری را پیش بینی می‌نماید[14].
1-3- اقدامات انجام شده برای نصب توربوشارژر
اقدامات فراوانی برای نصب توربوشارژر بر روی خودروها و بهینه سازی آن صورت گرفته است. در یک تحقیق تاثیر تغییرات زمان بندی سوپاپ ها بر روی قدرت و کاهش مصرف سوخت موتورهای توربوشارژری بررسی شده است[15]. در این پروژه - ریسرچبیان شده است که برای کاهش مصرف سوخت احتیاج به افزایش نسبت تراکم می‌باشد و برای جلوگیری از تولید کوبش، بازخوراند گاز اگزوز در حالت بار کامل راهکار مناسبی است. در عین حال بیان می‌دارد چهار سوپاپه بودن این موتور قدرت آن را تا 20% افزایش می‌دهد.
در تحقیق دیگر موتور 6 سیلندر جگوار با حجم 4 لیتر به سوپرشارژر و خنک کن هوا مجهز گردیده است[16]. هدف اصلی این پروژه افزایش گشتاور این موتور در دورهای پائین و کاهش آلایندگی بوده است. پس از انجام تمامی تغییرات و نصب سوپرشارژر این نتیجه حاصل شد که در حالت دریچه کاملا باز خروجی موتور بسیار مطلوب است و از قدرت خروجی موتور 12 سیلندر جگوار پیشی می‌گیرد و افزایش قدرتی بین 35 تا 50% با موتور 6 سیلندر اولیه حاصل می‌شود. در نهایت جگوار توانسته است با انتخاب مناسب سوپرشارژر میزان قدرت موتور چهار لیتری خود را به موتور 6 لیتری تنفس طبیعی برساند، در حالیکه مصرف سوخت آن در حد موتور چهار لیتری تنفس طبیعی می‌باشد.
طی یک تحقیق توسط اسپیندلر، اقدام به نصب توربوشارژر بر روی یک موتور بنزینی(با حداکثر قدرت 70 کیلو وات) با هدف افزایش قدرت، کاهش مصرف ویژه سوخت و کاهش آلودگی، شده است[17]. بعد از آزمایش تعداد زیادی توربوشارژر با سطح مقطع های مختلف، این نتیجه حاصل شد که هر چه سطح مقطع کوچک تر باشد، میزان گشتاور در سرعت های پائینتر افزایش می‌یابد ولی میزان فشار خروجی موتور در سرعت های بالاتر زیاد خواهد بود. لذا لازم است شرایط بهینه ای بین این دو مسئله انتخاب گردد. آزمایشها نشان داده است استفاده از توربین هایی با دو ورودی حائز ارجحیت می‌باشد[17]. در نهایت روش بهینه ای که انتخاب گردیده است روش ضربانی به همراه توربینی با دو ورودی می‌باشد. نتیجه این تغییرات افزایش قدرت موتور تا 120 اسب بخار با منحنی گشتاوری مشابه موتور تنفس طبیعی با همان قدرت با مزیت کوچکی ابعاد و کمی وزن (150 کیلوگرم در مقابل 185 کیلوگرم) و نیز کم بودن آلاینده های گاز اگزوز می‌باشد.
در تحقیق دیگر موتورهای هینو که بر روی کامیون ها کاربرد دارد با هدف بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش آلودگی ها بخصوص اکسیدهای نیتروژن به توربوشارژر مجهز گردیده است[18]. در نتیجه بهبود مصرف سوخت، افزایش گشتاور در سرعت های بالا و ثابت ماندن میزان تولید NOx حاصل شده است. به عنوان یک نتیجه گیری در این پروژه - ریسرچذکر شده است که در انتخاب توربوشارژر اگر هدف افزایش شتاب اولیه و قدرت در سرعت پائین باشد، استفاده از یک توربوشارژر با اندازه کوچک و دریچه فرار مناسب می‌باشد. در صورتیکه هدف کاهش مصرف سوخت در سرعت های بالای موتور باشد، استفاده از یک توربوشارژر با اندازه بزرگ توصیه می‌گردد.
فیلیپی در سال 1994 انطباق توربوشارژر با موتور را به صورت میانیابی در نقشه عملکرد توربوشارژر انجام داد9]1 .[در این تحقیق سه مدل برای سطح سوپاپ در نظر گرفته شد و سعی شده است تا برای به دست آوردن راندمان بیشتر، بهترین مدل سوپاپ به دست آید. در این تحقیق از فناوری سطح متغیر سوپاپ و از مدل صفر بعدی (مدل ترمودینامیکی) برای موتور استفاده شد. برای احتراق مدل شعله دو ناحیه‌ای در نظر گرفته شد که بدین ترتیب شکل محفظه احتراق در محاسبات تأثیر خواهد داشت.
واتسون در بررسی انطباق موتور به توربوشارژر به انطباق موتور لیلاند با چند توربوشارژر متفاوت پرداخت[20]، او عملیات انطباق را توافقی بین گشتاور، توان خروجی موتور، محدوده سرعت موتور، محدودیت دما ، فشار و آلودگی موتور دانست. وی استفاده از توربوشارژرهای هندسه متغیر را بهترین راه توربوشارژرینگ دانست اما در عین حال این نوع توربوشارژرها را از نظر قیمت و قابلیت اطمینان مناسب نمی‌دانست.
اینوال و یوهانسون در سال 1997 روی موتور گاز طبیعی سوز توربورشارژر شده Volvo TD 102 شش نوع پیستون مختلف با محفظه احتراق متفاوت را آزمایش کردند و سرعت متوسط و توربولانس را با سرعت‌سنج لیزری اندازه‌گیری نمودند[21]. آنها علاوه بر موارد فوق، انتقال حرارت، فشار، بازده و آلودگی را اندازه‌گیری کردند. بیشترین توربولانس در محفظه کوارتت در نزدیکی نقطه مرگ بالا مشاهده شد. اندازه‌گیری فشار و انتقال حرارت نیز نشان می‌دهد که این محفظه احتراق سریعی دارد. در عین حال، این محفظه احتراق بیشترین محدوده لاندا را بین کوبش و عدم اشتعال دارد. همچنین کمترین میزان NOx و HCرا دارا می‌باشد و بهترین حالت پایداری احتراق را دارا می‌باشد. دو محفظه احتراق توربین و نبولا نسبت به حالت قبل احتراق نامناسب‌تری دارند. محفظه‌های احتراق دیگر شرایط بدتری را نشان می‌دهد.
گوارنی و سندال[22] در سال 2002 موتور احتراق جرقه‌ای را به صورت یک بعدی مدل کردند و نتایج آن را با نتایج تجربی مقایسه کردند و مدل خود را برای پیش‌بینی راندمان منیفولد و طراحی آن و زمان‌بندی سوپاپ‌ها بسیار کاربردی دانستند و دقت مدل خود را با بررسی تجربی روی موتور نشان دادند.
1-4- معرفی پروژه حاضر
در بخش اول این پروژه تاریخچه ابداع و اقدامات انجام شده برای نصب توربوشارژر مرور می‌شود. در بخش دوم هدف استفاده از توربوشارژینگ و روش های آن توضیح داده می‌شود. بخش سوم تغییرات موتور برای تجهیز به توربوشارژر، مشکلات توربوشارژینگ و روش های کاهش آن را بیان می‌کند. در بخش چهارم به معادلات حاکم بر توربوشارژر، انتخاب و انطباق توربوشارژر مناسب پرداخته می‌شود. بخش پنجم معادلات و روش مدلسازی موتور و توربوشارژر در نرم افزار GT POWER توضیح داده می‌شود. بخش هفتم مدلسازی موتورEF7 توربوشارژ شده گاز سوز ارائه می‌شود، سپس برای اطمینان از صحت عملکرد این مدل نتایج بدست آمده از مدلسازی در حالت تمام بار و بار جزیی در زمانی که میزان فشردگی دریچه گاز 25 درصد است، روش کالیبراسیون و مقایسه نتایج آن با نتایج تست های تجربی آورده می‌شود. در بخش هشتم آنالیز حساسیت موتور توربوشارژ شده برای بسیاری از پارامترهای عملکردی موتور و توربوشارژر و دما و فشار اکثر نقاط نسبت به شرایط هوای ورودی، تایمینگ سوپاپ ها، زمان جرقه، نسبت تراکم و تغییر هندسه سیستم مکش و تخلیه انجام می‌شود. در بخش نهم سوپرشارژ کردن موتور توربوشارژ شده به منظور افزایش فشار تقویتی در دورهای پائین موتور که توربوشارژ قادر به تامین آن به دلیل سرعت پائین خود، نمی‌باشد توضیح داده می‌شود و به دنبال آن نتایج سوپرتوربوشارژ کردن موتور EF7 گازسوز نشان داده می‌شود. در آخر نتایج به دست آمده از انجام پژوهش بیان شده است.

فصل دوم
توربوشارژ کردن موتورهای احتراق داخلی
2-1- هدف توربوشارژینگ
بطور کلی توربوشارژرها را به دو منظور عمده در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار می دهند.
استفاده از توربوشارژر به جهت بالا بردن توان و عملکرد بهتر موتور، دراین حالت می‌توان با افزایش فشار و چگالی هوای ورودی و اضافه کردن مقدار پاشش سوخت توان یک موتور را تا دو برابر افزایش داد. بنابراین با طراحی مناسب قطعاتی مانند پیستونها، شاتونها، یاتاقانها و سایر اجزا موتور برای شرایط توربوشارژرینگ می‌توان مقدار قدرت به وزن موتور را بالا برد و بجای استفاده از موتورهایی با حجم بالا و قدرت بالا، موتورهای کم حجم تر و مجهز به توربوشارژر با راندمان و قدرت بالا استفاده نمود.
استفاده از توربوشارژر جهت کاهش آلایندگی موتور، هرگاه با ثابت نگه داشتن مقدار سوخت وارد شده به موتور مقدار هوای ورودی را افزایش دهیم می‌توانیم مقدار آلایندگی موتور را کاهش دهیم این روش عمدتًا در موتورهای دیزلی که مخلوط شدن سوخت و هوا بسیار مهم و کیفیت احتراق بسته به این موضوع می‌باشد بسیار حائز اهمیت می‌باشد. واردکردن هوای فشرده با ثابت نگه داشتن سوخت باعث بهبود احتراق و کاهش آلایندگی بدلیل بالا رفتن میزان نسبت هوا به سوخت در موتور می‌گردد.
در بعضی موارد هر دو روش را در یک موتور انجام می‌دهند یعنی با بالا بردن نسبتًا زیاد فشار هوای ورودی و افزایش کم سوخت نسبت به موتور معمولی می‌توان هم توان یک موتور را بالا برد هم مقدار آلایندگی موتور را کاهش داد .[23]
2-2- روشهای پرخورانی
دو روش کلی برای پرخورانی در موتورهای احتراق داخلی وجود دارد:
پرخورانی توسط سوپرشارژها
سوپرشارژها پرخورانهایی می‌باشند که تنها از یک کمپرسور تشکیل شده اند. این کمپرسور توسط تسمه یا چرخ دنده از میل لنگ موتور نیرو گرفته و باعث افزایش فشار هوای ورودی به موتور می‌گردد. از مزایای سوپرشارژها، می‌توان به عکس العمل سریع پرخوران در دورهای پائین موتور اشاره نمود که بدلیل متصل بودن سوپرشارژها توسط تسمه یا چرخ دنده به میل لنگ موتور، این امکان فراهم می‌گردد. بنابراین با افزایش سریع دور موتور، پرخوران به سرعت فعال می‌گردد. از معایب سوپرشارژها توان گرفته شده از میل لنگ موتور است که در حدود ۳۰ درصد از توان افزایش یافته توسط سوپرشارژر است که می‌بایست صرف خود سوپرشارژر گردد. در شکل (2-1) یک نمونه سوپرشارژ نشان داده شده است.

شکل(2-1) یک نمونه سوپرشارژر
پرخورانی توسط توربوشارژرها
توربوشارژرها، پرخورانهایی هستند که از یک توربین و یک کمپرسور با شافت مشترک تشکیل شده اند. در این پرخورانها قسمت ورودی توربین به فلانچ خروجی چند راهه دود متصل می‌گردد و قسمت خروجی توربین به مسیر اگزوز متصل می‌شود. در هنگام خروج محصولات احتراق از چندراهه خروجی، گازهای گرم با سرعت بالا به پره های توربین نیرو وارد می‌نماید و باعث چرخش آن می‌شود و پس از انتقال انرژی خود به پره ها از توربین خارج می گردد. شفت متصل به این چرخ توربین از سمت دیگر به چرخ پره کمپرسور متصل می‌باشد که با چرخش و سرعت بالای خود سیال ورودی(هوا) را از ورودی کمپرسور که به مسیر صافی هوا متصل می‌باشد به داخل کمپرسور شعاعی یا گریز از مرکز کشیده و با عبور از صدا خفه کن وارد چرخ‌گردان کمپرسور می‌شود و پس از انتقال انرژی از پره‌های چرخ‌گردان به این هوا، موجب شتاب گرفتن و به تبع افزایش سرعت آن می‌شود، سپس به درون دیفیوزر هدایت می‌شود. در درون دیفیوزر انرژی جنبشی هوا به انرژی فشاری تبدیل شده و با فشار زیاد وارد خروجی کمپرسور که به مسیر چند راهه ورودی متصل می‌باشد می‌گردد. از طرفی دیگر بالا رفتن فشار هوا منجر به گرم شدن آن می‌گردد. افزایش دما در شروع تراکم موجب مشکلات خود اشتعالی و کوبش در قسمت انتهای مرحله تراکم و یا در طی احتراق می‌گردد. به این دلیل کمپرسورها می‌توانند به یک پس‌خنک‌کن مجهز گردند تا دمای هوای متراکم شده ورودی را کاهش دهند. پس‌خنک‌کن، مبدل های گرما هستند که اغلب از هوای بیرون به عنوان سیال خنک کننده استفاده می‌کنند. همچنین بسیاری از توربوشارژرها دارای یک میان‌بر هستند که در صورت عدم نیاز به افزایش فشار هوای ورودی، گازهای خروجی می‌توانند توربوشارژر را دور بزنند. توربین‌های پیشرفته امروزی دارای هندسه تغییر سطح مقطع ورودی از طریق پره های راهنمای ورودی توربین می‌باشند، به طوریکه با نقاط عملیاتی مختلف موتور، حداکثر بازده حاصل گردد. برای مثال هنگامی که موتور با سرعت پائین در حال فعالیت است، جریان سطح مقطع با بسته شدن این پره‌های راهنما کاهش می‌یابد. توربوشارژرها ممکن است به یک تانک روغن اضطراری نیز مجهز باشند که اگر سیستم روغن‌کاری اصلی موتور از کار افتاد، این سیستم رزرو بتواند روغن‌کاری روتورهای دوار در میان دو یاتاقان صفحه‌ای شعاعی را انجام دهد. توربوشارژرها را وسیعتر ازسوپرشارژرها مورد استفاده قرار می‌دهند. توربوشارژرها بخشی از انرژی جنبشی گازهای خروجی اگزوز را که در موتورهای معمولی تلف می‌گردد را به کار تبدیل کرده و به موتور باز می گرداند، همچنین بالا بودن فشار هوای ورودی و مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا باعث بهتر شدن کیفیت احتراق می‌گردد. بنابراین راندمان حرارتی در موتورهای توربوشارژ شده نسبت به موتورهای معمولی بالاتر می‌باشد. در شکل(2-2) طرز کار توربوشارژر نشان داده شده است.

شکل(2-2) طرز کار توربوشارژر به صورت شماتیک
2-3- مقایسه موتورهای توربوشارژ شده و تنفس طبیعی
یکی از اهدافی که در استفاده از توربوشارژر مطرح است، جایگزین کردن یک موتور تنفس طبیعی با یک موتور توربوشارژ شده کوچکتر که مصرف سوخت آن کمتر است می‌باشد. در این جایگزینی نباید تغییرات منفی در مشخصات رفتاری موتور نظیر قدرت، گشتاور و آلاینده‌ها بوجود آید. همچنین با توجه به اینکه موتور توربوشارژ شده گرانتر از موتور تنفس طبیعی است باید کاهش مصرف سوخت موتور توربوشارژ شده این اختلاف قیمت را جبران ‌نماید. جدول(2-1) به مقایسه موتور توربوشارژ شده و تنفس طبیعی در حالتی که حداکثر گشتاور و قدرت یکسانی دارد می‌پردازد.
جدول(2-1) مقایسه یک موتور توربوشارژری و تنفس طبیعی با گشتاور و توان حداکثر برابر
مزایا معایب
کاهش تلفات سوخت کاهش نسبت تراکم
کاهش افت اصطکاکی عمل بد دریچه کنترل سوخت در حالت گذرا
کاهش افت پمپاژ در دورهای پائین افزایش تنشهای حرارتی
کاهش آلودگیهای HC,CO افزایش آلودگیهای ناشی از NOx *
کاهش وزن موتور ( افزایش توان ویژه) نیاز به روانکاری پیشرفته‌
کاهش اثرات تغییر شرایط محیط بر موتور افزایش هزینه تولید
کاهش ابعاد موتور نیاز به خنک کن میانی
افزایش بازده گشتاور نامناسب در دور پائین **
* با اضافه نمودن خنک کن میانی NOX از حالت تنفس طبیعی هم کمتر می‌گردد.
** با توربوشارژر هندسه متغیر این اشکال رفع می‌شود.
2-5- انواع سیستمهای توربوشارژری
براساس نحوه ورود گازهای اگزوز به توربین توربوشارژر و ثبات یا نوسان جریان ورودی به توربین از دو نوع سیستم مختلف توربوشارژ کردن استفاده می‌شود.
2-5-1- توربوشارژر فشار ثابت
یک موتور رفت و برگشتی ذاتاً یک وسیله با جریان غیردائم است. گازهای خروجی از سیلندر یک جریان غیر‌دائمی را به وجود می‌آورد. از طرفی، توربو ماشینها برای جریان دائمی طراحی و ساخته می‌شوند. البته توربینها می‌توانند تحت شرایط غیر دائم کار کنند ولی بازده شان در مقایسه با شرایط دائم بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش خواهد یافت. بنابراین ترکیب موتور و توربین عمل مشکلی خواهد بود. بوچی (مبتکر سوئیسی توربوشارژر) از یک محفظه با حجم مناسب برای کنترل و ثابت کردن جریان گاز غیردائمی خروجی از سیلندر استفاده کرد. بنابراین بدین گونه جریان ورودی به توربین یکنواخت و فشار ثابت گردید. حجم منیفولد دود یا حجم مخزن، وابسته به فرکانس ضربان گازهای خروجی است که به تناوب از هر سیلندر خارج می‌شود. شدت ضربان گازهای خروجی تابعی از بار موتور، زمانبندی سوپاپ دود، سطح ورودی توربین و حجم منیفولد است. معمولا نسبت حجم منیفولد دود به حجم موتور برای تبدیل نوسانات به فشار ثابت بزرگتر از یک می‌باشد. این نسبت برای موتورهای با تعداد سیلندر بیشتر، در مقایسه با موتورها با تعداد سیلندر کمتر، کوچکتر است. قاعده خاصی را نمی‌توان برای این امر بیان نمود ولی بازه آن ما بین 4/1 تا 6 در تغییر است. یکی از مشکلات ایجاد فشار ثابت در ورودی توربین این است که در صورت تغییر ناگهانی بار یا دور موتور، فشار در مخزن بصورت آرام تغییر کرده و بنابراین انرژی گازهای ورودی به توربین بتدریج زیاد می‌شود که این امر باعث ایجاد تأخیر در پاسخ موتور است. بنابراین اگر تغییر سریع دور یا بار موتور مورد نظر باشد، سیستم فشار ثابت مناسب نخواهد بود. شکل (2-4) نحوه ارتباط توربوشارژ فشار ثابت با موتور را نشان می‌دهد.

شکل (2-4) نحوه ارتباط توربوشارژ فشار ثابت با موتور به صورت طرحواره
حجم بزرگ چندراهه ورودی ما را از ثابت ماندن فشار در ورودی توربوشارژ مطمئن می سازد .برای دستیابی به نسبت فشارهای بالاتر از یک، توربوشارژ باید دارای راندمان بالای 45 درصد باشد،پس با داشتن یک توربوشارژر با راندمان بالای 45 درصد فشار ورودی از فشار خروجی بیشتر می‌شود. بنابراین هنگامی که سوپاپ های ورودی و خروجی با هم باز باشند(قیچی سوپاپ ها در زمان تخلیه) مقداری هوای تازه وارد سیلندر می‌شود که باعث تخلیه کامل گازهای سوخته از داخل سیلندر خواهد شد.
2-5-2- توربوشارژینگ با سیستم ضربانی
نقطه ضعف سیستم فشار ثابت این است که بطور کامل از انرژی جنبشی گازهائی خروجی استفاده نمی‌کند. زمانی که گاز با فشار زیاد از سطح نیمه باز سوپاپ تخلیه عبور می‌کند سرعتش به طور محسوس افزایش می‌یابد ولی این گازهای سرعت بالا بطور ناگهانی وارد محفظه تخلیه با حجم وسیع می‌شود و با گاز سرعت پائین برخورد می‌کند و بدلیل پدیده مخلوط شدن اتلافات اصطکاکی بوجود می‌آید و تمام انرژی جنبشی گاز به انرژی فشاری تبدیل نمی‌شود و بخشی از آن به هدر می‌رود. با استفاده از توربوشارژینگ ضربانی می‌توان بخش عمده ای از انرژی گازهای خروجی را به توربین منتقل نمود. برای رسیدن به این منظور بهتر است تلفات ناشی از خفانش جریان در هنگام عبور از سوپاپ خروجی را کاهش داد. بنابراین هر چقدر سوپاپ دود سریعتر باز شود، این تلفات کمتر می‌شود. تلفات ناشی از خفانش وقتی اتفاق می‌افتد که مدت زمان اندکی از باز شدن سوپاپ دود گذشته و سطح جریان گذرنده از اطراف سوپاپ بسیار کم است. در این حالت سرعت سیال به سرعت صوت می‌رسد و هنگامی که سیال به پورت خروجی می‌رسد ناگهان بدلیل افزایش سطح مقطع منبسط می‌شود که این امر باعث تلفات خفانشی می‌گردد. بنابراین هر چه سوپاپ خروجی سریعتر باز شود و همچنین هرچه نسبت سطح گلوگاه سوپاپ به سطح پورت خروجی به مقدار ۱ میل کند تلفات خفانشی کمتر می‌شود.
از مزیت های پرخورانی ضربانی این است که می‌توان با طراحی مناسب، فشار را در پائین دست سوپاپ خروجی به نحو مطلوبی کمتر از فشار سیلندر و فشار منیفولد ورودی(در لحظه ای که سوپاپ ورودی و خروجی هر دو باز است) رساند. اما در پرخورانی با فشار ثابت فشار در مخزن و رانرهای خروجی برابر است. بنابراین نمی‌توان فشار را در پائین دست سوپاپ خروجی کاهش داد. در طراحی منیفولد خروجی یک موتور پرخورانی شده طول رانرهای خروجی را باید نسبتًا طولانی در نظر گرفت تا امواج فشاری منعکس شده از توربین به سوپاپ خروجی در حالیکه باز می‌باشد نرسد. ولی معمولا طول رانرهای خروجی را کوتاه تر در نظر می‌گیرند تا انرژی گازهای خروجی از سیلندر کاهش نیابد در عوض همان طور که بیان شد زمان باز ماندن سوپاپ خروجی را کاهش می‌دهند تا امواج فشاری منعکس شده به داخل سیلندر راه نیابند[24]. همچنین انتخاب منیفولد خروجی کوچک باعث خواهد شد که فشار در منیفولد خروجی در لحظه ای که سوپاپ دود باز می‌شود سریعتر افزایش یابد و در نتیجه سرعت پاسخ نیز بیشتر شود.
یکی از بزرگترین مزایای پرخورانی ضربانی نسبت به پرخورانی فشار ثابت این است که می‌توان انرژی بیشتری از گازهای خروجی را که قابلیت تبدیل شدن به کار مفید را دارند در اختیار توربین قرار داد. اما نکته ای که باید به آن توجه کرد این است که ناپایا بودن جریان باعث می‌شود که توربین در ناحیه ای با بازده پائین کار کند. زیرا در پورخورانی ضربانی وقتی که فشار گازهای خروجی بالا می‌رود، این امر باعث شتاب گرفتن پره های توربین می‌شود و وقتی که فشار پائین می‌آید حرکت پره های توربین نیز کند می‌شود. بنابراین مقداری از انرژی همیشه صرف شتاب دهی به پره های توربین می‌شود و این امر باعث کاهش کارایی توربین می‌گردد[24].
اگر در این سیستم از توربین با کارایی بالا استفاده نشود تمام انرژی هایی که از سیستم فشار ثابت، بیشتر جذب می‌شود از بین می‌رود و این سیستم دیگر مزیتی نسبت به سیستم فشار ثابت ندارد چون راندمان توربین مستقیما بر راندمان موتور تاثیر می‌گذارد[17]. برای بالا بردن راندمان توربین باید فواصل بین گازرسانی به توربین را کاهش داد و در ضمن از قیچی سوپاپ ها استفاده کنیم، با این حال راندمان توربین از حالتی که جریان پایا داریم کمتر است. اگر دو سیلندر به ورودی توربین متصل باشد، بازدهی توربین به دلیل فاصله هوایی ایجاد شده، کاهش می‌یابد. به همین دلیل سیستم ضربه ای هنگامی مناسب می‌باشد که تعداد سیلندرهای ورودی به توربین حداقل سه عدد باشند.
2-6- سیستم‌های تک توربوشارژری
رفتار یک سیستم تک توربوشارژری همگام با پیشرفت توربوشارژرها بهبود می‌یابد که این توسعه برای کامل شدن نیازمند زمان است. توربین های در دسترس با یا بدون دریچه فرار، بازده کافی برای تأمین توان مورد نیاز کمپرسور جهت تولید فشار کافی در سرعت‌های پائین و در حالت گذرا را ندارند. علاوه براین، تغییرات دبی در یک کمپرسور جریان شعاعی یک پارامتر محدودکننده دیگر است[25]. محدوده جریان با افزایش نسبت فشار کاهش می‌یابد، اگر توان کافی برای رساندن کمپرسور به حالت خفگی یا سرج در جریان موجود باشد، این موضوع می‌تواند مشکل ایجاد کند. همچنین در نسبت فشارهای بالاتر دستیابی به محدوده قابل استفاده بسیار سخت تر می‌شود.
در سال 1990، محققان پورشه طی یک بررسی موتور مدل 944 چهار سیلندر پورشه را با چهار سیستم مختلف توربو را مورد آزمایش قرار دادند. آنها سیستم استاندارد را که حجم منیفولد زیادی داشت به یک سیستم کوچکتر شده تغییر دادند و به این منیفولد کوچک شده یک توربوشارژر تک ورودی با دریچه فرار، یک توربوشارژر با ورودی دوگانه (ولی با یک دریچه فرار) و یک توربوشارژر با هندسه متغیر(VTG) متصل کردند و برای به دست آوردن رفتار حالت گذرا آزمایشاتی انجام دادند. شبیه‌سازی وسیله نقلیه را روی دنده دوم و با 2000rpm و فشار متوسط مؤثر ترمزی bar2 آغاز کردند و حالت گذرا را با تغییر دور تا فشار متوسط مؤثر ترمزی bar15 مورد بررسی قرار دادند[33].
با توربورشارژرVTG عکس‌العمل توربوشارژر حدود60% بهبودی داشت برای ورودی دوگانه 24% و برای حالت تک ورودی با کاهش اندازه منیفولد این بهبودی حدود 22% بود. بهبود زیاد در حالت هندسه متغیر، نه فقط به خاطر تغییرات رفتار جریان در توربین بلکه به خاطر کاهش شصت درصدی در اینرسی روتور بود. قابلیت تغییر هندسه در این توربوشارژر اجازه انتخاب پره توربینی که 18% کوچکتر باشد، را می‌دهد. در نهایت آنها به این نتیجه رسیدند که بازده کلی یک توربوشارژر با ممان اینرسی روتور آن متناسب است. در این زمینه مقالات متعددی به چاپ رسیده است. مؤثرترین تکنولوژی موجود (VGT) است که به خاطر دمای بالای موتورهای احتراق جرقه‌ای نیازمند طراحی پیشرفته است[25]. تکنولوژی دیگر که در آن عرض نازل توربین تغییر می‌کند (VNT) است[26].
ویلاند تحقیقاتی را برای کاهش زمان عکس‌العمل توربورشارژر انجام داد. با استفاده از پره توربین از جنس SiN (نیترید سیلیسم) اینرسی (فقط اینرسی پره توربین) 64% کاهش داشت و با جنسTiAl این کاهش به 50% نسبت به حالت استاندارد رسید[27]. راه‌حل دیگر برای بهبود عکس‌العمل توربوشارژر کاهش اصطکاک در یاتاقان‌هاست. ویلاند نشان داد که در سرعت‌های پائین توانی که صرف مقابله با اصطکاک می‌شود یک سوم کل توان توربین است. با تغییر در بلبرینگ، توان لازم برای مقابله با اصطکاک به 50% کاهش می‌یابد. در شرایطی که توان توربین در سرعت‌های پائین و به تبع آن در دبی جرمی پائین، بالا می‌رود کمپرسور می‌تواند به حالت سرج برسد. برای جلوگیری از سرج، کمپرسور باید محدوده وسیع‌تری را تحت پوشش قرار دهد[28].
2-7- سیستم‌های ترتیبی
نوع دیگر مورد استفاده در توربوشارژرهای با هندسه متغیر استفاده از سیستم‌های ترتیبی است. به این صورت که به جای تغییر در هندسه یک توربوشارژر تعداد توربوشارژرها افزایش یابد. دلیل استفاده از این سیستم ازدیاد دامنه تغییرات جریان برای تأمین فشار مورد نیاز است.
محققین ولوو آزمایش‌هایی در زمینه سیستم‌های ترتیبی در سال 1991 انجام دادند]39[. آنها روی موتور 6 سیلندر با فشار نهایی کمی کمتر از 2barتحقیقات خود را انجام دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که اینرسی یک سیستم توربوشارژری موازی30% پائین‌تر از یک سیستم تک توربوشارژری با همان مشخصات نهایی است و به علت کمی اینرسی، عکس‌العمل بهتری نشان خواهد داد. آنها به این نتیجه رسیدند که سیستم ترتیبی سری مزایای بیشتری از سیستم ترتیبی موازی دارد. دلیل آن این است که رسیدن به حالت گذرای یکنواخت برای حالت موازی مشکل‌تر است. سیستم سری محدوده جریان را باریکتر می‌سازد، زیرا جریان باید از دو کمپرسور عبور کند بنابراین اجازه رسیدن به فشارهای بالاتر را می‌دهد. این سیستم شامل یک توربوشارژر فشار پائین و یک توربوشارژر فشار بالا است که توربین فشار پائین می‌تواند با یک شیر پروانه‌ای از مسیر خارج شود. شیر دیگر می‌تواند کمپرسور را از حالت سری به موازی تبدیل کند. کارخانه‌های پورشه و مزدا از این سیستم‌های برای موتورهای خود استفاده می‌کنند. در این سیستم از توربوشارژرهای یکسان استفاده می‌شود.
2-8- سیستم‌های دومرحله‌ای
معمولاً این سیستم برای فشارهای بالای 2bar است. محققین کارخانه kkk سیستم دو مرحله‌ای را برای فشار مطلق 3bar برای موتور دیزل در نظر گرفتند. این سیستم شامل دو توربوشارژر با سایزهای متفاوت به همراه دریچه فرار در قسمت فشار بالا و نیز خنک‌کن میانی برای هر مرحله است. این سیستم برای یک موتور 12 لیتری دیزلی استفاده شد. مقدار افزایش در قسمت فشار بالا و پائین نسبت به حالت استاندارد تک توربوشارژری 85% و 112% گردید[30].
فصل سوم
تغییرات موتور برای تجهیز به توربوشارژر
3-1- استفاده از توربوشارژر برای موتور گازسوز
معمولا موتورهایی که تبدیل به گازسوز می‌شوند از ابتدا برای سوخت بنزین و بدون استفاده از پرخوران طراحی شده اند لذا در هنگام استفاده از پرخوران برای این موتورها می‌بایست به این نکته توجه نمود که فشارهای دینامیکی، ارتعاشات و نیروهای وارده به قطعات موتور نباید بیش از آنچه که در موتور معمولی است باشد. بنابراین دراستفاده از پرخوران برای یک موتور گازسوز باید سعی نمود تا با در نظر گرفتن محدودیت های تعیین شده برای موتور بنزینی بدون پرخوران نسبت به بهبود عملکرد آن اقدام گردد. اضافه کردن توان در این موتورها می‌بایست با بررسی بیشتر قطعات و مشخص نمودن حد دوام آن ها صورت پذیرد.
3-2- تغییرات موتور برای تجهیز به توربوشارژر
از آنجاییکه هدف از نصب توربوشارژر علاوه بر افزایش قدرت، افزایش بازده موتور و نیز احتمالا کاهش آلودگی می‌باشد، بر روی قسمت های دیگر موتور نیز لازم است تغییراتی انجام گیرد. برای مثال سیستم پاشش سوخت باید طوری تغییر کند که میزان افزایش سوخت مورد نیاز موتور را با توجه به جرم افزوده هوا تامین کند. همینطور در منیفولدها باید تغییراتی داده شود تا هم امکان نصب توربوشارژر میسر گردد و هم امکان حداکثر استفاده از انرژی ضربه ای موجود در منیفولد میسر گردد. از سوی دیگر با توجه به ایجاد اختلاف فشار مثبت فشار بین منیفولد ورودی و خروجی احتیاج به تغییر زمان بندی سوپاپ ها و همچنین میزان همپوشانی سوپاپ ها می‌باشد. علاوه بر این تغییر زمانبندی سیستم جرقه احتمال دارد موجب بهبود عملکرد موتور گردد که تغییرات احتمالی آن از طریق انجام مدلسازی و نیز از طریق انجام آزمون قابل بررسی می‌باشد.
مباحثی که در زمینه تغییرات لازم موتور ذکر گردید مطالب مربوطه به تصحیح عملکرد موتور از لحاظ بازده و توان خروجی می‌باشد. لازم به ذکر است که تغییراتی نیز در مورد سیستم های جانبی موتور لازم الاجرا هستند. از قبیل تغییر در سیستم های خنک کاری و روغن کاری. با توجه به افزوده شدن دما و فشار در موتور توربوشارژری میزان حرارت تحویلی به بدنه موتور نیز افزایش می‌یابد. اگر سیستم خنک کاری جوابگوی این مازاد حرارت نباشد دمای سطح داخلی موتور افزایش می‌یابد، که این امر موجب اختلال در کیفیت روغن و کاهش گرانروی و عملکرد نامناسب آن می‌گردد. لذا عملکرد سیستم خنک کاری باید مورد بررسی قرار گیرد. در مورد سیستم روغن کاری نیز افزایش روغن مصرفی توربوشارژر برای روغن کاری یاتاقان ها موجب بازنگری بر روی سیستم روغنکاری می‌گردد که در صورت کافی نبودن ظرفیت سیستم پمپاژ روغن موتور باید تمهیداتی برای رفع این نقیصه به کار گرفته شود.
نوع دیگر از ملاحظات در نصب توربوشارژر بر روی موتورهای تنفس طبیعی تحلیل مقاومت بدنه موتور در برابر تنش های مکانیکی و حرارتی القا شده در اثر افزایش فشار و دما توسط توربوشارژر می‌باشد. بنابر ادعای واتسون[24] اگر میزان افزایش قدرت موتور تا حدود 50 درصد قدرت موتور تنفس طبیعی باشد موتور قابلیت تحمل تنش های ناشی از نصب توربوشارژر را خواهد داشت، ولی اگر افزایش قدرت خروجی مورد نظر بیش از این مقدار باشد، طراحی مجدد بعضی از قطعات موتور لازم می‌باشد.
3-3- کاهش مشکلات توربوشارژینگ
3-3-1- جلوگیری از تولید کوبش
در مرحله احتراق پس از جرقه زدن شمع شعله اولیه تشکیل می‌شود که به آن شعله جلویی گفته می‌شود. این شعله شروع به پیشروی در میان مخلوط نسوخته می‌کند و با گذشت زمان در مرحله احتراق حجم گازهای نسوخته کمتر و کمتر می‌شود و این موجب می‌گردد تا دمای مخلوط انتهایی افزایش یابد تا حدی که ممکن است مخلوط به دمای اشتعال برسد. یعنی قبل از رسیدن شعله جلویی مخلوط یا گازهای انتهایی خودبخود مشتعل می‌شوند. این اشتعال خودبخودی بسیار سریع و لحظه ای می‌باشد و موجب ایجاد موج های فشاری در داخل محفظه احتراق می‌شود. از این پدیده بنام پدیده ناک یا کوبش تعبیر می‌شود. کوبش موجب خرابی در سر سیلندر و پیستون و نیز باعث کاهش بازده و افزایش آلاینده هایی نظیر منوکسید کربن می‌شود.
3-3-1-1- روش های جلوگیری از تولید کوبش
کاهش نسبت تراکم. کاهش نسبت تراکم باعث کاهش فشار و دما در انتهای مرحله تراکم می‌شود و این کاهش احتمال خود اشتعالی را کمتر می‌کند. اکثر موتورهای اشتعال جرقه ای توربوشارژ شده در مقایسه با موتورهای تنفس طبیعی نسبت تراکم کمتری دارند. به عنوان مثال طبق شکل(3-1) برای یک موتور تنفس طبیعی با نسبت تراکم 9 اگر بخواهیم فشار تقویتی را 0.5 بار اضافه کنیم باید برای جلوگیری از کوبش، نسبت تراکم را به 6.7 برسانیم[24].

شکل(3-1) رابطه بین نسبت تراکم و افزایش فشار ورودی موتور [24]
البته کاهش نسبت تراکم باعث کاهش راندمان موتور می‌شود ولی این کاهش در راندمان در مقایسه با افزایش بر اثر توربوشارژ کردن چندان زیاد نیست. کاهش در نسبت تراکم باید تا حدامکان کم باشد تا هم راندمان کاهش زیادی نداشته باشد و هم از محدوده خود اشتعالی فاصله گرفته شود. به طور کلی نسبت افزایش فشار در توربوشارژر مناسب با افزایش قدرت مورد نظر انجام می‌گیرد و سپس میزان نسبت تراکم برای حصول حاشیه امنیتی نسبت به تولید کوبش به طور تجربی بدست می‌آید. متاسفانه روش کلی برای انتخاب نسبت تراکم قابل ارائه نمی‌باشد زیرا شروع کوبش شدیدا وابسته به اندازه های موتور، کنترل فشار توربوشارژر و خواص سوخت می‌باشد. اگر روشی برای تعیین میزان کاهش نسبت تراکم موجود نباشد، کاهش دو واحدی نسبت تراکم میانگین مناسبی می‌باشد[24]. مهمترین نکته برای جلوگیری از کوبش پائین نگه داشتن دمای هوای ورودی به موتور می‌باشد.
ریتارد کردن جرقه. به تاخیر انداختن جرقه باعث کاهش دمای احتراق می‌شود. ریتارد جرقه باعث کاهش دما و فشار مخلوط هوا و سوختی که در دورترین فاصله به شعله واقع هستند شده و این امر باعث کاهش احتمال بروز کوبش یا خودسوزی و یا شدت آن می‌شود. ریتاردکردن زاویه جرقه با توجه به اینکه باعث کاهش فشار در مرحله انبساط می‌شود در نتیجه موجب کاهش بازده موتور نیز می‌شود ولی تاثیر آن کمتر از کاهش بازده موتور به دلیل کاهش نسبت تراکم است .[24]البته به تاخیر انداختن زاویه جرقه در حالت بار کامل کاربرد دارد و در حالت بار جزئی نیاز به ریتاردکردن زاویه جرقه نداریم و زاویه جرقه در همان حالت آوانس باقی می ماند. زیرا درحالت بار جزئی مسئله ناک نداریم و به تاخیر انداختن زاویه جرقه که منجر به کاهش بازده می‌شود مناسب نیست. به دلیل اینکه تغییر نسبت تراکم موتور جهت کنترل ناک و فشار و دمای بیشینه سیلندر بسیار سخت و مقرون به صرفه نمی‌باشد، معمولا نسبت تراکم موتور را تا حد ممکن بالا در نظر می‌گیرند و یا ثابت نگه می دارند و با استفاده از تنظیم زاویه جرقه کوبش و دما و فشار بیشینه داخل سیلندر را کنترل می‌کنند. تغییر و تنظیم زمانبندی جرقه به مراتب راحتتر و آسانتر از تغییر نسبت تراکم در موتور می‌باشد. از نکات منفی به تاخیر انداختن زاویه جرقه به هدر رفتن مقدار بیشتری از انرژی در مرحله تخلیه و افزایش دمای گازهای خروجی است که ممکن است به توربین آسیب برساند و این یک مشکل جدی برای سازندگان توربوشارژر می‌باشد.
کاهش حداکثر فاصله مخلوط سوخت و هوا از شمع. برای دستیابی به این امر محفظه احتراق باید طوری طراحی گردد که دورترین نقطه از شمع در فاصله قابل قبولی باشد و جبهه احتراق به سرعت و قبل از جذب حرارت اضافی به این منطقه برسد.
خنک کاری هوای ورودی به موتور. افزایش دمای هوا در کمپرسور و تأثیر آن بر ضربه را می‌توان با استفاده از خنک میانی کاهش داد. با استفاده از خنک کن میانی و کاهش دمای محیط امکان کوبش کاهش می‌یابد و نیاز به تاخیر در زمان جرقه کم می‌شود و می‌توانیم از نسبت تراکم بالاتری نسبت به موتورهای پرخورانی شده بدون خنک کن میانی استفاده کنیم. همچنین خنک کن میانی باعث افزایش بازده حجمی می‌شود زیرا با کاهش دمای هوای ورودی چگالی هوا نیز افزایش می‌یابد و باعث می‌شود که جرم بیشتری از مخلوط هوا و سوخت وارد سیلندر شود. نقاط ضعف این سیستم افزایش حجم منیفولد ورودی و به تبع آن کاهش سرعت پاسخگویی موتور و قیمت بالای آن می‌باشد. چون این خنک‌کن بین کمپرسور و موتور قرار دارد به آن خنک میانی نیز می‌گویند. عبور از خنک‌کن میانی مقداری افت فشار را برای گاز در پی دارد، ولی به علت افزایش چگالی گاز پس از خنک کاری و افزایش قدرت به دنبال آن، این افت فشار قابل اغماض است.
در موتور دارای خنک‌کن میانی، به دلیل افزایش جریان هوا، نسبت سوخت به هوا ضعیف می‌شود و در پی آن دمای ورودی به توربین کم می‌شود در نتیجه انرژی قابل دستیابی در توربین کم می‌شود و در نهایت فشار در سیلندر کاهش پیدا می‌کند ولی اثر افزایش چگالی از اثر کاهش فشار بیشتر است. استفاده از خنک‌کن میانی باعث افزایش قدرت خروجی موتور بدون افزایش یافتن بار حرارتی خواهد شد، مصرف سوخت کم شده و به دلیل مخلوط سوخت به هوای ضعیف، تولید دود نیز کم خواهد شد. مزایای استفاده از خنک‌کن میانی بر همگان روشن است ولی شرایط استفاده از آن بستگی به وجود مایع خنک‌کننده با دمای مناسب و ملاحظات اقتصادی دارد.
با توجه به اینکه سازندگان موتور برای موتورهایشان نسبت به کوبش حاشیه امنیتی در نظر می‌گیرند، می‌توان موتورها را به ملایمت توربوشارژ کرد بدون اینکه کوبش اتفاق بیفتد.
3-3-2- کنترل افزایش فشار در توربوشارژر
کنترل فشار در توربوشارژر شامل کنترل افزایش فشار در کمپرسور می‌باشد. این کنترل می‌تواند به چند طریق صورت پذیرد. اول آنکه در انتخاب توربوشارژر تا حد امکان باید تلاش شود که توربوشارژری که برای موتور انتخاب می‌شود افزایش فشار هوای ورودی موردنظر را تامین نماید. یعنی توان موتور با انتخاب توربوشارژر مناسب تا حد موردنظر افزایش یابد و کمتر و یا بیش از توان موردنظر نشود. اگر از توربین بزرگتر استفاده شود مقدار افزایش فشار هوا و درنهایت توان موتور در دورهای پائین کمتر از حد موردنظر و در دورهای بالا بیش از حد موردنظر خواهد بود. همچنین موجب کاهش در سرعت پاسخ توربوشارژر می‌شود. اگر توربین یک توربوشارژر کوچکتر از حد ایده آل انتخاب شود آنگاه افزایش فشار ورودی هوا و درنهایت توان موتور در دورهای پائین بیش از حد مجاز و در دورهای بالا کمتر از حد مجاز خواهد بود. بنابراین انتخاب توربوشارژر مناسب برای موتور جهت دسترسی به توان و افزایش فشار هوای ورودی خود عاملی مهم در کنترل افزایش فشار خواهد بود.
یک روش دیگر برای کنترل فشار هوای ورودی به داخل موتور استفاده از یک شیر در منیفولد ورودی می‌باشد ولی این روش مناسب نیست زیرا این عمل باعث می‌شود که مقداری از کار تولیدی در توربین به هدر رود و همچنین باعث افزایش تلفات پمپاژ می‌شود. روش دیگری که اکثرا برای کنترل افزایش فشار در توربوشارژر استفاده می‌شود، استفاده از یک شیر در ورودی توربین می‌باشد، که به دریچه کنترل توربین معروف است. اگر فشار گازهای حاصل از احتراق از حد مجاز بالا رود این شیر باز شده و مقداری از گازهای ورودی به توربین را منحرف کرده و به خروجی توربین منتقل می‌کند. در حقیقت این عمل دور زدن گازهای ورودی به توربین است.
با بازشدن این شیر از ورود قسمتی از گازهای حاصل از احتراق به داخل توربین جلوگیری می‌شود. در نتیجه انرژی وارد شده به توربین کاهش می‌یابد و موجب می‌گردد که کار تولیدی توربین و کار منتقل شده به کمپرسور کاهش یابد. پس در نتیجه افزایش فشار در کمپرسور نیز کاهش یافته و به این ترتیب فشار هوای ورودی به داخل موتور کاهش می‌یابد و در نتیجه فشار و دمای بیشینه سیلندر کنترل می‌شود.
یکی دیگر از راههای کنترل افزایش فشار در توربوشارژر استفاده از یک نازل در ورودی توربین می‌باشد که سطح مقطع آن متغیر است. در دورهای پائین سطح مقطع نازل کوچکتر و در دورهای بالا سطح مقطع آن بزرگتر می‌شود تا انرژی مورد نیاز برای توربین مهیا شود. با کنترل انرژی ورودی به داخل توربین با استفاده از این روش می‌توان افزایش فشار در توربوشارژر را کنترل نمود. روش دیگر برای کنترل توربوشارژر استفاده از یک نازل در خروجی توربین است و این نازل باعث افزایش افت فشار در حالتی که دبی گازهای ورودی به توربین بیشتر از حد مجاز باشد می‌شود. بنابراین این عمل باعث می‌شود که در توربین فشار پائین دست ایجاد شود و نسبت فشار در توربین کاهش یابد.
3-3-3- زمانبندی سوپاپ های ورودی و خروجی
در دورهای پائین و به بخصوص در دورهای کمتر از 2000rpm انرژی گازهای خروجی کم است و بنابراین برای افزایش توان در این دورها توسط توربوشارژر با مشکل مواجه می شویم. چون در دورهای بالا مشکل افزایش توان نداریم طراحی زمانبندی و منحنی لیفت سوپاپ ها به گونه ای است که بهترین بازده حجمی را در دورهای پائین و بخصوص کمتر از2000rpm داشته باشیم.
به طور کلی کمترکردن مقدار برخاستگی سوپاپ ورودی و کاهش دادن مدت زمان باز بودن آن در دورهای کمتر از 2400rpm نسبت به دورهای بالا، موجب افزایش بازده حجمی می‌شود. تغییر دیگری نیز در طراحی سوپاپ موتور پرخورانی شده انجام می‌پذیرد و آن کاهش زمانی است که هر ۲ سوپاپ ورودی و خروجی باز هستند. زیرا وقتی در پورت ورودی به دلیل افزایش نسبت فشاری که در کمپرسور صورت می‌گیرد فشار بالا می‌رود، مقداری از مخلوط به راهگاه خروجی راه می‌یابد. در این صورت با افزایش آلاینده ها نظیر هیدروکربن های نسوخته و همچنین کاهش بازده موتور روبرو می شویم. یا ممکن است بدلیل ایجاد فشار پائین دست توسط توربین مقداری از گازهای حاصل از احتراق به داخل راهگاه ورودی وارد شود که این امر نیز خطرناک است زیرا دمای گازهای حاصل از احتراق بالا می‌باشد و ممکن است که مخلوط هوا و سوخت داخل منیفولد مشتعل شود.[24]
3-4- تأثیر توربوشارژر بر آلودگی خروجی
موتور توربوشارژ شده به علت اینکه مقدار و دمای هوای ورودی آن نسبت به موتور تنفس طبیعی بیشتر است آلودگی مونواکسیدکربن و هیدروکربن نسوخته آن کمتر می‌شود. اما به علت دمای بالا و افزایش فشار متوسط ترمزی میزان اکسیدهای نیتروژن آن افزایش می‌یابد[31]. البته باید تأثیر خنک‌کن میانی بر آلودگی اکسیدهای نیتروژن مورد توجه قرار گیرد.

user8286

جدول4-1. مجموعه داده ........................................................................................................................................ 117
جدول4-2. لیست مجموعه الگوریتم‌های پایه ........................................................................................................ 119
جدول4-3. جدول نگاشت استاندارد کد ................................................................................................................ 120
جدول4-4. دقت نتایج این الگوریتم‌های خوشه‌بندی را نسبت به کلاس‌های واقعی داده ...................................... 130
جدول4-5. جدول مقایسه معیار اطلاعات متقابل نرمال‌ شده (NMI) نتایج آزمایش .............................................. 132

فهرست تصاویر و نمودار
فصل دوم
شکل 2-1. یک خوشه‌بندی سلسله مراتبی و درخت متناظر ..................................................................................... 10
شکل 2-2. ماتریس مجاورت .................................................................................................................................... 11
شکل 2-3. رابطه دودویی و گراف آستانه ................................................................................................................. 12
شکل 2-4. گراف‌های آستانه برای ماتریس ........................................................................................................ 12
شکل 2-5. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی منفرد ..................................................................... 13
شکل 2-6. دندوگرام پیوندی منفرد برای ماتریس............................................................................................... 13
شکل 2-7. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی کامل ...................................................................... 14
شکل 2-8. دندوگرام پیوندی کامل برای ماتریس ............................................................................................... 14
شکل 2-9. الگوریتم خوشه‌بندی افرازبندی...................................................................................... 16
شکل 2-10. الگوریتم فازی خوشه‌بندی ...................................................................................................... 18
شکل 2-11. خوشه‌بندی کاهشی .............................................................................................................................. 23
شکل 2-12. شبه‌کد الگوریتم MKF ........................................................................................................................ 26
شکل2-13. (الف) مجموعه داده با تعداد 10 خوشه واقعی. (ب) منحنی ........................................................ 29
شکل2-1۴. (الف) مجموعه داده (ب) منحنی مربوطه ..................................................................................... 29
شکل2-15. دو افراز اولیه با تعداد سه خوشه ........................................................................................................... 31
شکل2-16. نمونه‌های اولیه در نتایج الگوریتم ................................................................................ 36
شکل 2-17. زیر شبه کد الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی توسط مدل مخلوط .............................................................. 43
شکل 2-18. خوشه‌بندی ترکیبی ............................................................................................................................... 44
شکل 2-19. نمونه ماتریس، جهت تبدیل خوشه‌بندی به ابر گراف ................................................................. 45
شکل 2-20. ماتریس شباهت بر اساس خوشه برای مثال شکل (3-5) .................................................................... 46
شکل 2-21. الگوریتم افرازبندی ابر گراف ............................................................................................................... 47
شکل 2-22. الگوریتم فرا خوشه‌بندی ..................................................................................................................... 49
شکل2-23. الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر ماتریس همبستگی ...................................................................... 50
شکل2-24. الگوریتم افرازبندی با تکرار ................................................................................................................... 53
شکل2-25. نمایش گراف مجاورت در مراحل کاهش درجه ماتریس و شمارش آن ................................................ 54
شکل2-26. مثال روند تغییر توزیع تعداد خوشه ....................................................................................................... 55
شکل2-27. جریان کار عمومی برای پیاده‌سازی الگوریتم افرازبندی گراف .............................................................. 55
شکل 2-28. گراف تابع در بازه بین صفر و یک ............................................................................................. 62
شکل 2-29. الگوریتم خوشه‌بندی ترکیبی طیفی مبتنی بر انتخاب بر اساس شباهت ................................................ 63
شکل 2-30. مثالی از ماتریس اتصال ........................................................................................................................ 66
شکل 2-31. شبه کد خوشه‌بندی ترکیبی انتخابی لی‌مین .......................................................................................... 68
شکل 2-32. روش ارزیابی خوشهی یک افراز در روش MAX ............................................................................... 69
شکل 2-33. چهارچوب خوشهبندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب با استفاده از مجموعه‌ای از خوشه‌های یک افراز ...... 71
شکل 2-34. چهارچوب روش بهترین افراز توافقی اعتبارسنجی شده ...................................................................... 72
فصل سوم
شکل3-1. چهارچوب الگوریتم خوشه‌بندی خردمند با استفاده از آستانه‌گیری ......................................................... 82
شکل3-۲. محاسبه درجه استقلال دو خوشه‌بندی ..................................................................................................... 86
شکل3-3. تأثیر عدم تمرکز بر روی پیچیدگی داده ................................................................................................... 89
شکل3-3. تأثیر انتخاب افرازها در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب بر مقدار NMI ارزیابی‌شده ........................ 91
شکل3-4. شبه کد خوشه‌بندی خردمند با استفاده از آستانه‌گیری .............................................................................. 92
شکل3-5. دسته‌بندی الگوریتم‌های خوشه‌بندی ........................................................................................................ 94
شکل3-6. کد الگوریتم K-means به زبان استقلال الگوریتم‌ خوشه‌بندی ................................................................. 98
شکل3-7. تبدیل کد‌های شروع و پایان به گراف .................................................................................................... 100
شکل3-8. تبدیل عملگر شرط ساده به گراف ......................................................................................................... 100
شکل3-9. تبدیل عملگر شرط کامل به گراف ......................................................................................................... 101
شکل3-10. تبدیل عملگر شرط تو در تو به گراف ................................................................................................. 101
شکل3-11. تبدیل عملگر حلقه ساده به گراف ....................................................................................................... 102
شکل3-12. تبدیل عملگر حلقه با پرش به گراف ................................................................................................... 102
شکل3-13. پیاده‌سازی شرط ساده بدون هیچ کد اضافی ........................................................................................ 103
شکل3-14. پیاده‌سازی شرط ساده با کدهای قبل و بعد آن .................................................................................... 103
شکل3-15. پیاده‌سازی شرط کامل ......................................................................................................................... 104
شکل3-16. پیاده‌سازی شرط‌ تو در تو .................................................................................................................... 104
شکل3-17. پیاده‌سازی یک شرط کامل در یک شرط ساده .................................................................................... 105
شکل3-18. پیاده‌سازی یک شرط کامل در یک شرط کامل دیگر ........................................................................... 105
شکل3-19. پیاده‌سازی حلقه ساده .......................................................................................................................... 106
شکل3-20. پیاده‌سازی یک حلقه ساده داخل حلقه‌ای دیگر ................................................................................... 106
شکل3-21. پیاده‌سازی یک حلقه داخل یک شرط کامل ........................................................................................ 106
شکل3-22. پیاده‌سازی یک شرط کامل داخل یک حلقه ساده ................................................................................ 107
شکل3-23. ماتریس درجه وابستگی‌ کد ................................................................................................................. 108
شکل3-24. شبه کد مقایسه محتوای دو خانه از آرایه‌های استقلال الگوریتم .......................................................... 108
شکل3-25. چهارچوب خوشه‌بندی خردمند مبتنی بر گراف استقلال الگوریتم ...................................................... 110
شکل3-26. شبه کد خوشه‌بندی خردمند مبتنی بر گراف استقلال الگوریتم ............................................................ 113
فصل چهارم
شکل۴-۱. مجموعه داده Halfring .......................................................................................................................... 118
شکل4-2. الگوریتم K-means ................................................................................................................................ 121
شکل4-3. الگوریتم FCM ...................................................................................................................................... 121
شکل4-4. الگوریتم Median K-Flats .................................................................................................................... 122
شکل4-5. الگوریتم Gaussian Mixture ................................................................................................................ 122
شکل4-6. الگوریتم خوشه‌بندی Subtractive ......................................................................................................... 122
شکل4-7. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ..................................................................... 123
شکل4-8. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله Hamming ................................................................ 123
شکل4-9. الگوریتم پیوندی منفرد با استفاده از معیار فاصله Cosine ..................................................................... 123
شکل4-10. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ................................................................... 124
شکل4-1۱. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله Hamming .............................................................. 124
شکل4-1۲. الگوریتم پیوندی کامل با استفاده از معیار فاصله Cosine .................................................................... 124
شکل4-1۳. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ............................................................... 124
شکل4-14. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله Hamming .......................................................... 125
شکل4-15. الگوریتم پیوندی میانگین با استفاده از معیار فاصله Cosine ............................................................... 125
شکل4-16. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله اقلیدسی ................................................................ 125
شکل4-17. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله Hamming ............................................................ 125
شکل4-18. الگوریتم پیوندی بخشی با استفاده از معیار فاصله Cosine ................................................................. 126
شکل4-19. طیفـی با استفاده از ماتریس شباهت نامتراکم ...................................................................................... 126
شکل4-20. طیفـی با استفاده از روش نیستروم با متعادل ساز .............................................................................. 127
شکل4-21. طیفـی با استفاده از روش نیستروم بدون متعادل ساز ......................................................................... 127
شکل4-22. نرم‌افزار تحلیل‌گر کد استقلال الگوریتم ............................................................................................... 128
شکل4-23. ماتریس AIDM ................................................................................................................................... 129
شکل4-24. میانگین دقت الگوریتم‌های خوشه‌بندی ............................................................................................... 131
شکل4-25. رابطه میان آستانه استقلال و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی اول ........................................ 133
شکل4-26. رابطه میان آستانه پراکندگی و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی اول ..................................... 133
شکل4-27. رابطه میان آستانه استقلال و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول .............................................. 134
شکل4-28. رابطه میان آستانه پراکندگی و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول ............................................ 134
شکل4-29. رابطه میان آستانه عدم تمرکز و دقت نتیجه نهایی در روش پیشنهادی اول ......................................... 135
شکل4-30. رابطه میان آستانه پراکندگی و زمان اجرای الگوریتم در روش پیشنهادی دوم ..................................... 135
شکل4-31. رابطه میان آستانه پراکندگی و دقت نتایج نهایی در روش پیشنهادی دوم ............................................ 136
شکل4-32. رابطه میان آستانه عدم تمرکز و دقت نتایج نهایی در روش پیشنهادی دوم ......................................... 137
شکل4-33. مقایسه زمان اجرای الگوریتم‌ ............................................................................................................... 138
فصل اول
مقدمه
center3187700
1. مقدمه1-1. خوشه‌بندیبه عنوان یکی از شاخه‌های وسیع و پرکاربرد هوش مصنوعی، یادگیری ماشین به تنظیم و اکتشاف شیوه‌ها و الگوریتم‌هایی می‌پردازد که بر اساس آن‌ها رایانه‌ها و سامانه‌های اطلاعاتی توانایی تعلم و یادگیری پیدا می‌کنند. طیف پژوهش‌هایی که در مورد یادگیری ماشینی صورت می‌گیرد گسترده ‌است. در سوی نظر‌ی آن پژوهش‌گران بر آن‌اند که روش‌های یادگیری تازه‌ای به وجود بیاورند و امکان‌پذیری و کیفیت یادگیری را برای روش‌هایشان مطالعه کنند و در سوی دیگر عده‌ای از پژوهش‌گران سعی می‌کنند روش‌های یادگیری ماشینی را بر مسائل تازه‌ای اعمال کنند. البته این طیف گسسته نیست و پژوهش‌های انجام‌شده دارای مؤلفه‌هایی از هر دو رو‌یکرد هستند. امروزه، داده‌کاوی به عنوان یک ابزار قوی برای تولید اطلاعات و دانش از داده‌های خام، در یادگیری ماشین شناخته‌شده و همچنان با سرعت در حال رشد و تکامل است. به طور کلی می‌توان تکنیک‌های داده‌کاوی را به دو دسته بانظارت و بدون نظارت تقسیم کرد [29, 46].
در روش بانظارت ما ورودی (داده یادگیری) و خروجی (کلاس داده) یک مجموعه داده را به الگوریتم هوشمند می‌دهیم تا آن الگوی بین ورودی و خروجی را تشخیص دهد در این روش خروجی کار ما مدلی است که می‌تواند برای ورودی‌های جدید خروجی درست را پیش‌بینی کند. روش‌های طبقه‌بندی و قوانین انجمنی از این جمله تکنیک‌ها می‌باشد. روش‌های با نظارت کاربرد فراوانی دارند اما مشکل عمده این روش‌ها این است که همواره باید داده‌ای برای یادگیری وجود داشته باشد که در آن به ازای ورودی مشخص خروجی درست آن مشخص شده باشد. حال آنکه اگر در زمینه‌ای خاص داده‌ای با این فرمت وجود نداشته باشد این روش‌ها قادر به حل این‌گونه مسائل نخواهند بود [29, 68]. در روش بدون نظارت برخلاف یادگیری بانظارت هدف ارتباط ورودی و خروجی نیست، بلکه تنها دسته‌بندی ورودی‌ها است. این نوع یادگیری بسیار مهم است چون خیلی از مسائل (همانند دنیای ربات‌ها) پر از ورودی‌هایی است که هیچ برچسبی (کلاس) به آن‌ها اختصاص داده نشده است اما به وضوح جزئی از یک دسته هستند [46, 68]. خوشه‌بندی شاخص‌ترین روش در داده‌کاوی جهت حل مسائل به صورت بدون ناظر است. ایده اصلی خوشه‌بندی اطلاعات، جدا کردن نمونه‌ها از یکدیگر و قرار دادن آن‌ها در گروه‌های شبیه به هم می‌باشد. به این معنی که نمونه‌های شبیه به هم باید در یک گروه قرار بگیرند و با نمونه‌های گروه‌های دیگر حداکثر متفاوت را دارا باشند [20, 26]. دلایل اصلی برای اهمیت خوشه‌بندی عبارت‌اند از:
اول، جمع‌آوری و برچسب‌گذاری یک مجموعه بزرگ از الگوهای نمونه می‌تواند بسیار پرکاربرد و باارزش باشد.
دوم، می‌توانیم از روش‌های خوشه‌بندی برای پیدا کردن و استخراج ویژگی‌ها و الگوهای جدید استفاده کنیم. این کار می‌تواند کمک به سزایی در کشف دانش ضمنی داده‌ها انجام دهد.
سوم، با خوشه‌بندی می‌توانیم یک دید و بینشی از طبیعت و ساختار داده به دست آوریم که این می‌تواند برای ما باارزش باشد.
چهارم، خوشه‌بندی می‌تواند منجر به کشف زیر رده‌های مجزا یا شباهت‌های بین الگوها ممکن شود که به طور چشمگیری در روش طراحی طبقه‌بندی قابل استفاده باشد.
1-2. خوشه‌بندی ترکیبیهر یک از الگوریتم‌های خوشه‌بندی، با توجه به اینکه بر روی جنبه‌های متفاوتی از داده‌ها تاکید می‌کند، داده‌ها را به صورت‌های متفاوتی خوشه‌بندی می‌نماید. به همین دلیل، نیازمند روش‌هایی هستیم که بتواند با استفاده از ترکیب این الگوریتم‌ها و گرفتن نقاط قوت هر یک، نتایج بهینه‌تری را تولید کند. در واقع هدف اصلی خوشه‌بندی ترکیبی جستجوی بهترین خوشه‌ها با استفاده از ترکیب نتایج الگوریتم‌های دیگر است [1, 8, 9, 54, 56]. به روشی از خوشه‌بندی ترکیبی که زیرمجموعه‌ی منتخب از نتایج اولیه برای ترکیب و ساخت نتایج نهایی استفاده می‌شود خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب زیرمجموعه نتایج اولیه می‌گویند. در این روش‌ها بر اساس معیاری توافقی مجموعه‌ای از مطلوب‌ترین نتایج اولیه را انتخاب کرده و فقط توسط آن‌ها نتیجه نهایی را ایجاد می‌کنیم [21]. معیارهای مختلفی جهت انتخاب مطلوب‌ترین روش پیشنهاد شده است که معیار اطلاعات متقابل نرمال شده، روش ماکزیموم و APMM برخی از آن‌ها می‌باشند [8, 9, 21, 67]. دو مرحله مهم در خوشه‌بندی ترکیبی عبارت‌اند از:
اول، الگوریتم‌های ابتدایی خوشه‌بندی که خوشه‌بندی اولیه را انجام می‌دهد.
دوم، جمع‌بندی نتایج این الگوریتم‌های اولیه (پایه) برای به دست آوردن نتیجه نهایی.
1-3. خرد جمعینظریه خرد جمعی که اولین بار توسط سورویکی در سال 2004 در کتابی با همان عنوان منتشر شد، استنباطی از مسائل مطرح‌شده توسط گالتون و کندورست می‌باشد، و نشان می‌دهد که قضاوت‌های جمعی و دموکراتیک از اعتبار بیشتری نسبت به آنچه که ما انتظار داشتیم برخوردار است، ما تأثیرات این ایده را در حل مسائل سیاسی، اجتماعی در طی سال‌های اخیر شاهد هستیم. در ادبیات خرد جمعی هر جامعه‌ای را خردمند نمی‌گویند. از دیدگاه سورویکی خردمند بودن جامعه در شرایط چهارگانه پراکندگی، استقلال، عدم تمرکز و روش ترکیب مناسب است [55].
1-4. خوشه‌بندی مبتنی بر انتخاب بر اساس نظریه خرد جمعیهدف از این تحقیق استفاده از نظریه خرد جمعی برای انتخاب زیرمجموعه‌ی مناسب در خوشه‌بندی ترکیبی می‌باشد. تعاریف سورویکی از خرد جمعی مطابق با مسائل اجتماعی است و در تعاریف آن عناصر سازنده تصمیمات رأی افراد می‌باشد. در این تحقیق ابتدا مبتنی بر تعاریف پایه سورویکی از خرد جمعی و ادبیات مطرح در خوشه‌بندی ترکیبی، تعریف پایه‌ای از ادبیات خرد جمعی در خوشه‌بندی ترکیبی ارائه می‌دهیم و بر اساس آن الگوریتم پیشنهادی خود را در جهت پیاده‌سازی خوشه‌بندی ترکیبی ارائه می‌دهیم [55]. شرایط چهارگانه خوشه‌بندی خردمند که متناسب با تعاریف سورویکی باز تعریف شده است به شرح زیر می‌باشد:
پراکندگی نتایج اولیه، هر الگوریتم خوشه‌بندی پایه باید به طور جداگانه و بدون واسطه به داده‌های مسئله دسترسی داشته و آن را تحلیل و خوشه‌بندی کند حتی اگر نتایج آن غلط باشد.
استقلال الگوریتم، روش تحلیل هر یک از خوشه‌بندی‌های پایه نباید تحت تأثیر روش‌های سایر خوشه‌بندی‌های پایه تعیین شود، این تأثیر می‌تواند در سطح نوع الگوریتم (گروه) یا پارامترهای اساسی یک الگوریتم خاص (افراد) باشد.
عدم تمرکز، ارتباط بین بخش‌های مختلف خوشه‌بندی خرد جمعی باید به گونه‌ای باشد تا بر روی عملکرد خوشه‌بندی پایه تأثیری ایجاد نکند تا از این طریق هر خوشه‌بندی پایه شانس این را داشته باشد تا با شخصی سازی و بر اساس دانش محلی خود بهترین نتیجه ممکن را آشکار سازد.
مکانیزم ترکیب مناسب، باید مکانیزمی وجود داشته باشد که بتوان توسط آن نتایج اولیه الگوریتم‌های پایه را با یکدیگر ترکیب کرده و به یک نتیجه نهایی (نظر جمعی) رسید.
در این تحقیق دو روش برای ترکیب خوشه‌بندی ترکیبی و خرد جمعی پیشنهاد شده است. با استفاده از تعاریف بالا الگوریتم روش اول مطرح خواهد شد که در آن، جهت رسیدن به نتیجه نهایی از آستانه‌گیری استفاده می‌شود. در این روش الگوریتم‌های خوشه‌بندی اولیه غیر هم نام کاملاً مستقل فرض خواهند شد و برای ارزیابی استقلال الگوریتم‌های هم نام نیاز به آستانه‌گیری می‌باشد. در روش دوم، سعی شده است تا دو بخش از روش اول بهبود یابد. از این روی جهت مدل‌سازی الگوریتم‌ها و ارزیابی استقلال آن‌ها نسبت به هم یک روش مبتنی بر گراف شبه کد ارائه می‌شود و میزان استقلال به دست آمده در این روش به عنوان وزنی برای ارزیابی پراکندگی در تشکیل جواب نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جهت ارزیابی، روش‌های پیشنهادی با روش‌های پایه، روش‌ ترکیب کامل و چند روش معروف ترکیب مبتنی بر انتخاب مقایسه خواهد شد. از این روی از چهارده داده استاندارد و یا مصنوعی که عموماً از سایت UCI [76] جمع‌آوری شده‌اند استفاده شده است. در انتخاب این داده‌ها سعی شده، داده‌هایی با مقیاس‌ کوچک، متوسط و بزرگ انتخاب شوند تا کارایی روش بدون در نظر گرفتن مقیاس داده ارزیابی شود. همچنین جهت اطمینان از صحت نتایج تمامی آزمایش‌های تجربی گزارش‌شده حداقل ده بار تکرار شده است.
1-4-1- فرضیات تحقیقاین تحقیق بر اساس فرضیات زیر اقدام به ارائه روشی جدید در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب بر اساس نظریه خرد جمعی می‌کند.
۱ ) در این تحقیق تمامی آستانه‌گیری‌ها بر اساس میزان صحت نتایج نهایی و مدت زمان اجرای الگوریتم به صورت تجربی انتخاب می‌شوند.
۲ ) در این تحقیق جهت ارزیابی عملکرد یک الگوریتم، نتایج اجرای آن را بر روی‌داده‌های استاندارد UCI در محیطی با شرایط و پارامترهای مشابه نسبت به سایر الگوریتم‌ها ارزیابی می‌کنیم که این داده‌ها الزاماً حجیم یا خیلی کوچک نیستند.
۳ ) جهت اطمینان از صحت نتایج آزمایش‌ها ارائه‌شده در این تحقیق، حداقل اجرای هر الگوریتم بر روی هر داده ده بار تکرار شده و نتیجه‌ی نهایی میانگین نتایج به دست آمده می‌باشد.
4 ) از آنجایی که روش مطرح‌شده در این تحقیق یک روش مکاشفه‌ای است سعی خواهد شد بیشتر با روش‌های مکاشفه‌ای مطرح در خوشه‌بندی ترکیبی مقایسه و نتایج آن مورد بررسی قرار گیرد.
در این فصل اهداف، مفاهیم و چالش‌های این تحقیق به صورت خلاصه ارائه شد. در ادامه این تحقیق، در فصل دوم، الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایه و روش‌های خوشه‌بندی‌ ترکیبی مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین به مرور روش‌های انتخاب خوشه و یا افراز در خوشه‌بندی ترکیبی مبتنی بر انتخاب خواهیم پرداخت. در فصل سوم، نظریه خرد جمعی و دو روش پیشنهادی خوشه‌بندی خردمند ارائه می‌شود. در فصل چهارم، به ارائه نتایج آزمایش‌های تجربی این تحقیق و ارزیابی آن‌ها می‌پردازیم و در فصل پنجم، به ارائه‌ی نتایج و کار‌های آتی خواهیم پرداخت.

فصل دوم
مروری بر ادبیات تحقیق
center2132965
2. مروری بر ادبیات تحقیق2-1. مقدمهدر این بخش، کارهای انجام‌شده در خوشه‌بندی و خوشه‌بندی ترکیبی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم. ابتدا چند الگوریتم‌ پایه خوشه‌بندی معروف را معرفی خواهیم کرد. سپس چند روش کاربردی جهت ارزیابی خوشه، خوشه‌بندی و افرازبندی را مورد مطالعه قرار می‌دهیم. در ادامه به بررسی ادبیات خوشه‌بندی ترکیبی خواهیم پرداخت و روش‌های ترکیب متداول را بررسی خواهیم کرد. از روش‌های خوشه‌بندی ترکیبی، روش ترکیب کامل و چند روش معروف مبتنی بر انتخاب را به صورت مفصل شرح خواهیم داد.
2-2. خوشه‌بندیدر این بخش ابتدا انواع الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایه را معرفی می‌کنیم و سپس برخی از آن‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهیم سپس برای ارزیابی نتایج به دست آمده چند متریک معرفی خواهیم کرد.
2-2-1. الگوریتم‌های خوشه‌بندی پایهبه طور کلی، الگوریتم‌های خوشه‌بندی را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم کرد:
1- الگوریتم‌های سلسله مراتبی
2- الگوریتم‌های افرازبندی
الگوریتم‌های سلسله مراتبی، یک روال برای تبدیل یک ماتریس مجاورت به یک دنباله از افرازهای تو در تو، به صورت یک درخت است. در این روش‌ها، مستقیماً با داده‌ها سروکار داریم و از روابط بین آن‌ها برای به دست آوردن خوشه‌ها استفاده می‌کنیم. یکی از ویژگی‌های این روش قابلیت تعیین تعداد خوشه‌ها به صورت بهینه می‌باشد. در نقطه مقابل الگوریتم‌های سلسله مراتبی، الگوریتم‌های افرازبندی قرار دارند. هدف این الگوریتم‌ها، تقسیم داده‌ها در خوشه‌ها، به گونه‌ای است که داده‌های درون یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به همدیگر داشته باشند؛ و درعین‌حال، بیش‌ترین فاصله و اختلاف را با داده‌های خوشه‌های دیگر داشته باشند. در این فصل تعدادی از متداول‌ترین الگوریتم‌های خوشه‌بندی، در دو دسته سلسله مراتبی و افرازبندی، مورد بررسی قرار می‌گیرند. از روش سلسله‌ مراتبی چهار الگوریتم‌ از سری الگوریتم‌های پیوندی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. و از الگوریتم‌های افرازبندی K-means، FCM و الگوریتم طیفی را مورد بررسی خواهیم داد.
2-2-1-1. الگوریتم‌های سلسله مراتبیهمان‌گونه که در شکل 2-1 مشاهده می‌شود، روال الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی را می‌تواند به صورت یک دندوگرام نمایش داد. این نوع نمایش تصویری از خوشه‌بندی سلسله مراتبی، برای انسان، بیشتر از یک لیست از نمادها قابل‌درک است. در واقع دندوگرام، یک نوع خاص از ساختار درخت است که یک تصویر قابل‌فهم از خوشه‌بندی سلسله مراتبی را ارائه می‌کند. هر دندوگرام شامل چند لایه از گره‌هاست، به طوری که هر لایه یک خوشه را نمایش می‌دهد. خطوط متصل‌کننده گره‌ها، بیانگر خوشه‌هایی هستند که به صورت آشیانه‌ای داخل یکدیگر قرار دارند. برش افقی یک دندوگرام، یک خوشه‌بندی را تولید می‌کند [33]. شکل 2-1 یک مثال ساده از خوشه‌بندی و دندوگرام مربوطه را نشان می‌دهد.

شکل 2-1. یک خوشه‌بندی سلسله مراتبی و درخت متناظر
اگر الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، دندوگرام را به صورت پایین به بالا بسازند، الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی نامیده می‌شوند. همچنین، اگر آن‌ها دندوگرام را به صورت بالا به پایین بسازند، الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی تقسیم‌کننده نامیده می‌شوند [26]. مهم‌ترین روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی الگوریتم‌های سری پیوندی می‌باشد که در این بخش تعدادی از کاراترین آن‌ها مورد بررسی قرار خواهند گرفت که عبارت‌اند از:
الگوریتم پیوندی منفرد
الگوریتم پیوندی کامل
الگوریتم پیوندی میانگین
الگوریتم پیوندی بخشی
2-2-1-1-1. تعاریف و نماد‌ها
شکل 2-2. ماتریس مجاورت
قبل از معرفی این الگوریتم‌ها، در ابتدا نمادها و نحوه نمایش مسئله نمایش داده خواهد شد. فرض کنید که یک ماتریس مجاورت متقارن داریم. وارده در هر سمت قطر اصلی قرار دارد که شامل یک جای گشت اعداد صحیح بین 1 تا است. ما مجاورت‌ها را عدم شباهت در نظر می‌گیریم. به این معنی است که اشیاء 1 و 3 بیشتر از اشیاء 1 و 2 به هم شبیه‌اند. یک مثال از ماتریس مجاورت معمول برای است که در شکل 2-2 نشان داده شده است. یک گراف آستانه، یک گراف غیر جهت‌دار و غیر وزن‌دار، روی گره، بدون حلقه بازگشت به خود یا چند لبه است. هر نود یک شیء را نمایش می‌دهد. یک گراف آستانه برای هر سطح عدم شباهت به این صورت تعریف می‌شود: اگر عدم شباهت اشیاء و از حد آستانه کوچک‌تر باشد، با واردکردن یک لبه بین نودهای ویک گراف آستانه تعریف می‌کنیم.
(2-1)if and only if
شکل 2-3 یک رابطه دودویی به دست آمده از ماتریس مربوط به شکل 2-2 را برای مقدار آستانه 5 نشان می‌دهد. نماد "*" در موقعیت ماتریس، نشان می‌دهد که جفت متعلق به رابطه دودویی می‌باشد. شکل 2-4، گراف‌های آستانه برای ماتریس را نمایش می‌دهد.

شکل 2-3. رابطه دودویی و گراف آستانه برای مقدار آستانه 5.

شکل 2-4. گراف‌های آستانه برای ماتریس
2-2-1-1-2. الگوریتم پیوندی منفرداین الگوریتم روش کمینه و روش نزدیک‌ترین همسایه نیز نامیده می‌شود [26]. اگر و خوشه‌ها باشند، در روش پیوندی منفرد، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-2)
که نشان‌دهنده فاصله (عدم شباهت) بین نقاط a و b در ماتریس مجاورت است. شکل 2-5 این الگوریتم را نمایش می‌دهد. شکل 2-6 دندوگرام حاصل از روش پیوندی منفرد را برای ماتریس ، را نشان می‌دهد.
Step 1. Begin with the disjoint clustering implied by threshold graph, which contains no edges and which places every object in a unique cluster, as the current clustering. Set.
Step 2. From threshold graph.
If the number of comonents (maximally connected subgraphs) in, is less than the number of clusters in the current clustering, redefiene the current clustering by naming each component of as a cluster.
Step 3. If consists of a single connected graph, stop. Else, setand go to step 2.
شکل 2-5. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی منفرد

شکل 2-6. دندوگرام پیوندی منفرد برای ماتریس
2-2-1-1-3. الگوریتم پیوندی کاملاین الگوریتم روش بیشینه یا روش دورترین همسایه نیز نامیده می‌شود. الگوریتم پیوندی کامل می‌گوید که وقتی دو خوشه و شبیه به هم هستند که بیشینه روی تمام ها در و کوچک باشد. به عبارت دیگر، در این الگوریتم، برای یکی کردن دو خوشه، همه جفت‌ها در دو خوشه باید شبیه به هم باشند [26]. اگر و خوشه‌ها باشند، در روش پیوندی کامل، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-3)
که نشان‌دهنده فاصله(عدم شباهت) بین نقاط a و در ماتریس مجاورت است. شکل 2-7 این الگوریتم و شکل 2-8 دندوگرام حاصل از این روش را برای ماتریس ، را نشان می‌دهد.
Step 1. Begin with the disjoint clustering implied by threshold graph, which contains no edges and which places every object in a unique cluster, as the current clustering. Set.
Step 2. From threshold graph.
If two of the current clusters from a clique (maximally complete sub graph) in, redefine the current clustering by merging these two clusters into a single cluster.
Step 3. If, so that is the complete graph on the nodes, stop. Else, set and go to step 2.
شکل 2-7. الگوریتم خوشه‌بندی سلسله مراتبی تراکمی پیوندی کامل

شکل 2-8. دندوگرام پیوندی کامل برای ماتریس
2-2-1-1-4. الگوریتم پیوندی میانگینالگوریتم پیوندی منفرد اجازه می‌دهد تا خوشه‌ها به صورت دراز و نازک رشد کنند. این در شرایطی است که الگوریتم پیوندی کامل خوشه‌های فشرده‌تری تولید می‌کند. هر دو الگوریتم مستعد خطا با داده‌های خارج از محدوده هستند. الگوریتم خوشه‌بندی پیوندی میانگین، یک تعادلی بین مقادیر حدی الگوریتم‌های پیوندی منفرد و کامل است. الگوریتم پیوندی میانگین همچنین، روش جفت-گروه بدون وزن با استفاده از میانگین حسابی نامیده می‌شود. این الگوریتم، یکی از پرکاربردترین الگوریتم‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی می‌باشد [26]. اگر یک خوشه با تعداد تا عضو، و یک خوشه دیگر با تعداد تا عضو باشند، در روش پیوندی میانگین، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-4)
که نشان‌دهنده فاصله(عدم شباهت) بین نقاط a و در ماتریس مجاورت است.
2-2-1-1-5. الگوریتم پیوندی بخشیروش پیوندی بخشی که از مربع مجموع خطا‌های (SSE) خوشه‌های یک افراز برای ارزیابی استفاده می‌کند، یکی دیگر از روش‌های سلسله مراتبی می‌باشد [60]. اگر یک خوشه با تعداد تا عضو، و یک خوشه دیگر با تعداد تا عضو باشند و نماد به معنای فاصله اقلیدسی و و مراکز خوشه‌های و باشد آنگاه در روش پیوندی بخشی، فاصله آن‌ها برابر خواهد بود با:
(2-5)
2-2-1-2. الگوریتم‌های افرازبندییک خاصیت مهم روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، قابلیت نمایش دندوگرام است که تحلیل‌گر را قادر می‌سازد تا ببیند که چگونه اشیاء در سطوح متوالی مجاورت، در خوشه‌ها به هم پیوند می‌خورند یا تفکیک می‌شوند. همان طور که اشاره شد، هدف الگوریتم‌های افرازبندی، تقسیم داده‌ها در خوشه‌ها، به گونه‌ای است که داده‌های درون یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به همدیگر داشته باشند؛ و درعین‌حال، بیش‌ترین فاصله و اختلاف را با داده‌های خوشه‌های دیگر داشته باشند. آن‌ها یک افراز منفرد از داده را تولید می‌کنند و سعی می‌کنند تا گروه‌های طبیعی حاضر در داده را کشف کنند. هر دو رویکرد خوشه‌بندی، دامنه‌های مناسب کاربرد خودشان را دارند. معمولاً روش‌های خوشه‌بندی سلسله مراتبی، نیاز به ماتریس مجاورت بین اشیاء دارند؛ درحالی‌که روش‌های افرازبندی، به داده‌ها در قالب ماتریس الگو نیاز دارند. نمایش رسمی مسئله خوشه‌بندی افرازبندی می‌تواند به صورت زیر باشد:
تعیین یک افراز از الگوها در گروه، یا خوشه، با داشتن الگو در یک فضای d-بعدی؛ به طوری که الگوها در یک خوشه بیش‌ترین شباهت را به هم داشته و با الگوهای خوشه‌های دیگر بیش‌ترین، تفاوت را داشته باشند. تعداد خوشه‌ها،، ممکن است که از قبل مشخص‌شده نباشد، اما در بسیاری از الگوریتم‌های خوشه‌بندی افرازبندی، تعداد خوشه‌ها باید از قبل معلوم باشند. در ادامه برخی از معروف‌ترین و پرکاربردترین الگوریتم‌های افرازبندی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
2-2-1-2-1. الگوریتم K-meansدر الگوریتم مراکز خوشه‌ها بلافاصله بعد از اینکه یک نمونه به یک خوشه می‌پیوندد محاسبه می‌شوند. به طور معمول بیشتر روش‌های خوشه‌بندی ترکیبی از الگوریتم جهت خوشه‌بندی اولیه خود استفاده می‌کنند [37, 47, 57]. اما مطالعات اخیر نشان داده‌اند که با توجه به رفتار هر مجموعه داده، گاهی اوقات یک روش خوشه‌بندی خاص پیدا می‌شود که دقت بهتری از برای بعضی از مجموعه داده‌ها می‌دهد [1, 54]. اما الگوریتم به دلیل سادگی و توانایی مناسب در خوشه‌بندی همواره به عنوان انتخاب اول مطالعات خوشه‌بندی ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است. در شکل 2-10 شبه کد الگوریتم را مشاهده می‌کنید:
1. Place K points into the space represented by the objects that are being clustered.
These points represent initial group centroids.
2. Assign each object to the group that has the closest centroid.
3. When all objects have been assigned, recalculate the positions of the K centroids.
4. Repeat Steps 2 and 3 until the centroids no longer move. This produces a separation
of the objects into groups from which the metric to be minimized can be calculated
شکل 2-9. الگوریتم خوشه‌بندی افرازبندی
مقادیر مراکز اولیه‌ی‌ متفاوت برای الگوریتم می‌تواند منجر به خوشه‌بندی‌های مختلفی شود. به خاطر اینکه این الگوریتم مبتنی بر مربع خطا است، می‌تواند به کمینه محلی همگرا شود، مخصوصاً برای خوشه‌هایی که به طور خیلی خوبی از هم تفکیک نمی‌شوند، این امر صادق است. نشان داده شده است که هیچ تضمینی برای همگرایی یک الگوریتم تکراری به یک بهینه سراسری نیست [33]. به طور خلاصه می‌توان ویژگی‌های الگوریتم را به صورت زیر برشمرد:
1- بر اساس فاصله اقلیدسی تمامی ویژگی‌ها می‌باشد.
2- منجر به تولید خوشه‌هایی به صورت دایره، کره و یا ابر کره می‌شود.
3- نسبت به روش‌های دیگر خوشه‌بندی، ساده و سریع است.
4- همگرایی آن به یک بهینه محلی اثبات شده است، اما تضمینی برای همگرایی به بهینه سراسری وجود ندارد.
5- نسبت به مقداردهی اولیه مراکز خوشه‌ها خیلی حساس است.
2-2-1-2-2. الگوریتم FCMالگوریتم FCM اولین بار توسط دون [13] ارائه شد. سپس توسط بزدک [66] بهبود یافت. این متد دیدگاه جدیدی را در خوشه‌بندی بر اساس منطق فازی [62] ارائه می‌دهد. در این دیدگاه جدید، به جای اینکه داده‌ها در یک خوشه عضو باشند، در تمامی خوشه‌ها با یک ضریب عضویت که بین صفر و یک است، عضو هستند و ما در این نوع خوشه‌بندی، دنبال این ضرایب هستیم. در روش‌های معمول در جایی که ما داده داشته باشیم، جواب نهایی ماتریس خواهد بود که هر خانه شامل برچسب خوشه‌ی داده‌ی نظیر آن می‌باشد. ولی در این روش در صورت داشتن خوشه، جواب نهایی یک ماتریس خواهد بود که در آن هر ردیف شامل ضرایب عضویت داده‌ی نظیر به آن خوشه است. بدیهی است که جمع افقی هر ردیف (ضرایب عضویت یک داده خاص) برابر با یک خواهد بود. یک روش معمول جهت رسیدن به جواب‌هایی غیر فازی بر اساس نتایج نهایی الگوریتم فازی، برچسب‌زنی داده بر اساس آن ضریبی که مقدار حداکثر را در این داده دارد، می‌باشد. رابطه 2-6 معادله پایه در روش فازی است: [66]
(2-6) ,
در رابطه 2-6 متغیرm یک عدد حقیقی بزرگ‌تر از یک و درجه عضویت داده در خوشه j-ام می‌باشد، که خود ، i-امین داده d-بُعدی از داده‌ی مورد مطالعه می‌باشد و مرکز d-بعدی خوشه j-ام‌ است و هر روش معمول جهت اندازه‌گیری شباهت میان داده و مرکز خوشه می‌باشد. در روش خوشه‌بندی فازی مراکز خوشه () و درجه عضویت () با تکرار مکرر به ترتیب بر اساس رابطه‌های 2-7 و 2-8 به‌روزرسانی می‌شوند، تا زمانی که شرط توقف درست در آید. در این شرط مقدار یک مقدار توافقی بسیار کوچک‌تر از یک می‌باشد که مطابق با نوع داده و دقت خوشه‌بندی قابل جایگذاری خواهد بود. بدیهی است که هر چقدر این مقدار به سمت صفر میل کند درجه عضویت دقیق‌تر و مقدار زمان اجرا بیشتر خواهد بود [66].
(2-7)
(2-8)
مراحل اجرای الگوریتم در شبه کد شکل 2-11 شرح داده شده است:
1.Initialize matrix,
2.At k-step: calculate the centers vectors with

3.Update ,

4. If then STOP; otherwice returen to step 2.
شکل 2-10. الگوریتم فازی خوشه‌بندی
2-2-1-2-3. الگوریتم طیفیروش خوشه‌بندی طیفی که بر اساس مفهوم گراف طیفی [11] مطرح شده است، از ماتریس شباهت برای کاهش بعد داده‌ها در خوشه‌بندی استفاده می‌کند. در این روش یک گراف وزن‌دار بدون جهت به نحوی تولید می‌شود که رئوس گراف نشان‌دهنده‌ی مجموعه نقاط و هر یال وزن‌دار نشان‌دهنده‌ی میزان شباهت جفت داده‌های متناظر باشد. بر خلاف روش‌های کلاسیک، این روش، روی‌ داده‌ای پراکنده‌ در فضایی با شکل‌ هندسی غیر محدب، نتایج مطلوبی تولید می‌کند [63]. کاربرد این روش در محاسبات موازی [69, 70]، تنظیم بار [15]، طراحی VLSI [28]، طبقه‌بندی تصاویر [35] و بیوانفورماتیک [31, 59] می‌باشد.
در خوشه‌بندی طیفی از بردارهای ویژگی در ماتریس شباهت برای افراز مجموعه‌ داده استفاده می‌شود. در اغلب این روش‌ها، مقدار ویژه اولویت بردارها را تعیین می‌کند. ولی این نحوه‌ی انتخاب، انتخاب بهترین بردارها را تضمین نمی‌دهد. در اولین تحقیقی که در این زمینه توسط ژیانگ و گنگ [61] انجام شد، مسئله‌ی انتخاب بردارهای ویژگی مناسب جهت بهبود نتایج خوشه‌بندی پیشنهاد گردید. در روش پیشنهادی آن‌ها شایستگی هر یک از بردارهای با استفاده از تابع چگالی احتمال هر بردار تخمین زده می‌شود. وزنی به بردارهایی که امتیاز لازم را به دست آورندگ، اختصاص یافته و برای خوشه‌بندی از آن‌ها استفاده می‌شود. در کاری دیگر که توسط ژائو [64] انجام شده است، هر یک از بردارهای ویژه به ترتیب حذف می‌شوند و مقدار آنتروپی مجموعه بردارهای باقی‌مانده محاسبه می‌شود. برداری که حذف آن منجر به افزایش آنتروپی و ایجاد بی‌نظمی بیشتر در مجموعه داده شود، اهمیت بیشتری داشته و در رتبه بالاتری قرار می‌گیرد. سپس زیرمجموعه‌ای از مناسب‌ترین بردارها برای خوشه‌بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. الگوریتم خوشه‌بندی طیفی دارای متدهای متفاوتی جهت پیاده‌سازی است، که الگوریتم‌های برش نرمال، NJW، SLH وPF از آن جمله می‌باشد. در تمامی این روش‌ها، بخش اول، یعنی تولید گراف، مشترک می‌باشد. ما در ادامه ابتدا به بررسی بخش مشترک این روش‌ها می‌پردازیم. سپس به تشریح دو روش پر کاربرد برش نرمال و NJW می‌پردازیم.
در الگوریتم خوشه‌بندی طیفی، افراز داده‌ها بر اساس تجزیه‌ی ماتریس شباهت و به دست آوردن بردارها و مقادیر ویژه‌ی آن صورت می‌گیرد. مجموعه‌ی با داده‌یبعدی را در نظر بگیرید، می‌توان برای این مجموعه گراف وزن‌دار و بدون جهت را ساخت به صورتی که رئوس گراف نشان‌دهنده داده و یال‌ها که ماتریس شباهت را تشکیل می‌دهند بیانگر میزان شباهت بین هر جفت داده متناظر باشند. ماتریس شباهت به صورت رابطه 2-9 تعریف می‌شود:
(2-9)
تابع میزان شباهت بین دو داده را اندازه می‌گیرد. می‌تواند یک تابع گوسی به صورت باشد. که در آن فاصله‌ی بین دو نمونه را نشان می‌دهد و پارامتر مقیاس سرعت کاهش تابع با افزایش فاصله بین دو نمونه را مشخص می‌کند. در ادامه به بررسی دو الگوریتم خوشه‌بندی طیفی برش نرمال و NJW می‌پردازیم.
2-2-1-2-3-1. الگوریتم برش نرمالالگوریتم برش نرمال توسط شی و ملیک [35] برای قطعه‌بندی تصاویر ارائه شده است. در این روش، میزان تفاوت بین خوشه‌های مختلف و شباهت بین اعضا یک خوشه، بر اساس فاصله‌ی داده‌ها محاسبه می‌کند. رابطه 2-10 اشاره به مفهوم شباهت داده دارد که با استفاده از آن اقدام به ساخت گراف وزن‌دار می‌نماییم:
(2-10)
موقعیت i-امین داده (پیکسل در تصاویر) و بردار ویژگی از صفات داده (مانند روشنایی در تصاویر) می‌باشد. با کمک حد آستانه می‌توان میزان تنکی ماتریس شباهت را با توجه به تعداد اثرگذار داده‌های همسایه تعیین کرد. گام‌های این الگوریتم به صورت زیر می‌باشد:
محاسبه ماتریس درجه.
محاسبه ماتریس لاپلاسین.
محاسبه دومین بردار ویژگی متناظر با دومین کوچک‌ترین مقدار ویژه.
استفاده از برای خوشه‌بندی (قطعه‌بندی در تصاویر) گراف.
روش برش نرمال بیشتر در قطعه‌بندی تصاویر کاربرد دارد و معمولاً در خوشه‌بندی داده از سایر الگوریتم‌های خوشه‌بندی طیفی استفاده می‌کنند.
2-2-1-2-3-2. الگوریتم NJWایده الگوریتم استفاده از اولین بردار ویژه متناظر با بزرگ‌ترین مقدار ویژه ماتریس لاپلاسین است. مراحل این الگوریتم به صورت زیر می‌باشد: [51]
ساخت ماتریس شباهت با استفاده از رابطه 2-9.
محاسبه ماتریس درجه، و ماتریس لاپلاسین.
به دست آوردن اولین بردار ویژه متناظر با اولین بزرگ‌ترین مقدار ماتریسو تشکیل ماتریس ستونی.
نرمال سازی مجدد و تشکیل به طوری که همه سطرهای آن طول واحد داشته باشد.
خوشه‌بندی مجموعه داده بازنمایی شده با استفاده از.

2-2-1-2-4. الگوریتم خوشه‌بندی کاهشیالگوریتم خوشه‌بندی کاهشی یکی از سریع‌ترین الگوریتم‌های تک گذر، برای تخمین تعداد خوشه و مراکز آن‌ها در مجموعه‌ی داده می‌باشد. این مفهوم یعنی به جای تحت تأثیر قرار گرفتن محاسبات از ابعاد مسئله، متناسب با اندازه مسئله آن را انجام دهیم. با این وجود، مراکز واقعی خوشه الزاماً یکی از نقاط داده موجود در مجموعه داده نیست ولی در بیشتر موارد این انتخاب تخمین خوبی است که به صورت ویژه از این رویکرد در محاسبات کاهشی استفاده می‌شود. اگر هر نقطه از مجموعه داده به عنوان گزینه‌ای برای مرکز خوشه در نظر گرفته شود، معیار تراکم هر نقطه به صورت زیر تعریف می‌شود [79].
(2-11)
در رابطه بالا یک ثابت مثبت است، که نشان‌دهنده‌ی شعاع همسایگی (سایر نقاط داده که نزدیک‌ترین نقاط به این داده خاص هستند) می‌باشد، و نشان‌دهنده‌ی سایر داده‌های مجموعه، و نشان‌دهنده‌ی تعداد این داده‌ها است. از این روی، داده‌ای دارای بیش‌ترین مقدار تراکم می‌باشد که بیش‌ترین نقاط داده در همسایگی آن است. اولین مرکز خوشه بر اساس بزرگ‌ترین مقدار تراکم انتخاب می‌شود. بعد از این انتخاب میزان تراکم هر یک از نقاط داده به صورت زیر به‌روز می‌شود [79].
(2-12)
در رابطه بالا ثابت مثبت همسایگی را تعریف می‌کند که میزان کاهش تراکم قابل اندازه‌گیری را نشان می‌دهد. از آنجایی که نقاط داده در نزدیکی مرکز خوشه اول به طور قابل‌توجهی مقادیر چگالی را کاهش می‌دهند بعد از به‌روز کردن مقادیر تابع چگالی توسط رابطه بالا مرکز خوشه بعدی بر اساس داده‌ای که بزرگ‌ترین مقدار چگالی را دارد انتخاب می‌شود. این فرآیند آن قدر تکرار می‌شود تا به تعداد کافی مرکز خوشه ایجاد شود. پس از اتمام این فرآیند می‌توان توسط الگوریتم که مراکز داده در آن توسط فرآیند بالا به صورت دستی داده شده است (نه به صورت تصادفی)، داده‌ها را خوشه‌بندی کرد. شبه کد شکل زیر روند فرآیند بالا را نشان می‌دهد که در آن ابتدا مقادیر ثابت‌ها () و مجموعه داده به عنوان ورودی گرفته می‌شود و پس از ساخت مراکز داده مطابق با تعاریف بالا، این مراکز برای خوشه‌بندی در الگوریتم استفاده می‌شود [79].
Inputs Dataset, Constants
Output Clusters
Steps
1. Initialize constants and density values
2. Make a new cluster center.
3. Update density values
4. If the sufficient number of clusters are not obtained, go to 2.
3. Clustering the dataset by k-means, using fix centers.
شکل 2-11. خوشه‌بندی کاهشی
2-2-1-2-5. الگوریتم خوشه‌بندی Median K-Flatالگوریتم Median K-Flat یا به اختصار MKF مجموعه داده‌یرا به K خوشه‌ی افراز می‌کند که هر خوشه یک شبه فضای d-بُعدی تقریباً خطی می‌باشد. پارامتر‌ با فرض ماتریسی با ابعاد می‌باشد، که هر یک از خانه‌های آن تخمین شبه فضای خطی متعامد می‌باشد. قابل به ذکر است که می‌باشد. در این جا تخمین شبه فضای خوشه‌های را نام‌گذاری می‌کنیم. مطابق تعاریف بالا تابع انرژی برای افرازهای ‌ بر اساس شبه فضای به شکل زیر تعریف می‌شود [77].
(2-13)
این الگوریتم سعی می‌کند تا مجموعه داده را به خوشه‌های ‌تبدیل کند به نحوی که تابع انرژی کمینه باشد. تا وقتی که سطوح تخت اساسی به شکل شبه فضای خطی هستند ما می‌توانیم به صورت فرضی المان‌های X را در یک حوضه واحد نرمال کنیم به طوری که برای و تابع انرژی را به شکل زیر بیان کنیم: [77]
(2-14)
این الگوریتم برای کمینه‌سازی تابع انرژی الگوریتمMKF از روش کاهش گرادیان تصادفی استفاده می‌کند. مشتق تابع انرژی بر اساس ماتریس به شرح زیر است:
(2-15)
این الگوریتم نیاز به تطبیق بر اساس مؤلفه‌ی متعامد مشتق دارد. بخشی از مشتق که با شبه فضای موازی است به شرح زیر می‌باشد.
(2-16)
از این روی مؤلفه متعامد برابر است با رابطه 2-17 می‌باشد.
(2-17)
در رابطه بالا برابر با رابطه 2-18 است.
(2-18)
با در نظر گرفتن محاسبات بالا، الگوریتم MKF تصمیم می‌گیرد که داده تصادفی از مجموعه داده، عضو کدام باشد، و از این طریق شروع به چیدن داده‌ها می‌کند. آن گاه، الگوریتم تابع را به‌روز کند که در آن (مرحله زمانی) پارامتری است که توسط کاربر تعیین می‌شود. این فرآیند آن قدر تکرار می‌شود تا ضابطه همگرایی دیده شود. آنگاه هر نقطه از مجموعه داده به نزدیک‌ترین شبه فضای که تعیین‌کننده خوشه‌هاست اختصاص داده می‌شود. شبه کد زیر فرآیند الگوریتم MKF را نشان می‌دهد [77].
Input:
: Data, normalized onto the unit sphere, d: dimension of subspaces K: number of subspaces, the initialized subspaces. : step parameter.
Output: A partition of X into K disjoint clusters
Steps:
1. Pick a random point in X
2. Find its closest subspace , where
3. Compute by
4. Update
5. Orthogonalize
6. Repeat steps 1-5 until convergence
7. Assign each xi to the nearest subspace
شکل 2-12. شبه‌کد الگوریتم MKF [77]
2-2-1-2-6. الگوریتم خوشه‌بندی مخلوط گوسییک مخلوط گوسی یا همان را می‌توان ترکیب محدبی از چگالی‌های گوسی دانست. یک چگالی گوسی در فضای d-بُعدی به ازای میانگین، توسط ماتریس هم‌وردایی با ابعاد به صورت زیر تعریف می‌شود: [83]
(2-19)
در رابطه بالا پارامتر‌های و را تعریف می‌کند. از این روی مؤلفه به صورت زیر تعریف می‌شود:
(2-20)
در رابطه (2-20) پارامتر وزن مخلوط کردن و مؤلفه مخلوط می‌باشد. از آنجا که در مقایسه با تخمین چگالی غیر پارامتری، تعداد کمتری از توابع چگالی در تخمین چگالی مخلوط باید ارزیابی شود، از این روی ارزیابی چگالی کارآمدتر خواهد بود. علاوه بر آن، استفاده از اجرای محدودیت هموار کردن بر روی برخی از مؤلفه‌های مخلوط در نتیجه‌ی چگالی به ما اجازه می‌دهد تا چگالی مستحکم‌تری را تخمین بزنیم. الگوریتم حداکثر-انتظار یا همان به ما اجازه به‌روز کردن پارامتر‌های مؤلفه‌ی مخلوط را مطابق با مجموعه داده به ازای هر می‌دهد، به طوری که احتمال هرگز کوچک‌تر از مخلوط جدید نشود. به‌روز کردن الگوریتم می‌تواند در یک فرآیند تکراری برای تمامی مؤلفه‌های مطابق با رابطه‌های زیر انجام شود: [83]
(2-21)
(2-22)
(2-23)
(2-24)
در این تحقیق از روش پیشنهادی بومن و همکاران برای پیاده‌سازی الگوریتم مخلوط گوسی استفاده شده است. از آنجایی که روش پیاده‌سازی و توضیحات مربوط به الگوریتم مخلوط گوسی در روش ترکیب مبتنی بر مخلوط استفاده می‌شود از این روی در بخش روش‌های ترکیب نتایج با تابع توافقی آن را بررسی خواهیم کرد.
2-2-2. معیارهای ارزیابیدر یادگیری با ناظر ارزیابی راحت تر از یادگیری بدون ناظر است. برای مثال آن چیز که ما در رده‌بندی باید ارزیابی کنیم مدلی است که ما توسط داده‌های یادگیری به الگوریتم هوش مصنوعی آموزش داده‌ایم. در روش‌های با ناظر ورودی و خروجی داده معلوم است و ما بخشی از کل داده را برای آزمون جدا کرده و بخش دیگر را به عنوان داده یادگیری استفاده می‌کنیم و پس از تولید مدل مطلوب ورودی داده آزمون را در مدل وارد کرده و خروجی مدل را با خروجی واقعی می‌سنجیم. از این روی معیارهای بسیاری برای ارزیابی روش‌های با ناظر ارائه‌شده‌اند.


در یادگیری بدون ناظر روش متفاوت است. در این روش هیچ شاخص معینی در داده جهت ارزیابی وجود ندارد و ما به دنبال دسته‌بندی کردن داده‌ها بر اساس شباهت‌ها و تفاوت‌ها هستیم. از این روی برخلاف تلاش‌های خیلی از محققان، ارزیابی خوشه‌بندی خیلی توسعه داده نشده است و به عنوان بخشی از تحلیل خوشه‌بندی رایج نشده است. در واقع، ارزیابی خوشه‌بندی یکی از سخت‌ترین بخش‌های تحلیل خوشه‌بندی است [33]. معیارهای عددی، یا شاخص‌هایی که برای قضاوت جنبه‌های مختلف اعتبار یک خوشه به کار می روند، به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:
1- شاخص خارجی که مشخص می‌کند که کدام خوشه‌های پیداشده به وسیله الگوریتم خوشه‌بندی با ساختارهای خارجی تطبیق دارند. در این روش نیاز به اطلاعات اضافی مثل برچسب نقاط داده، داریم. آنتروپی یک مثالی از شاخص خارجی است.
2- شاخص داخلی که برای اندازه‌گیری میزان خوبی یک ساختار خوشه‌بندی بدون توجه به اطلاعات خارجی به کار می‌‌رود. یک نمونه از شاخص داخلی است.
3- شاخص نسبی که برای مقایسه دو خوشه‌بندی مختلف یا دو خوشه مختلف به کار می‌رود. اغلب یک شاخص خارجی یا داخلی برای این تابع استفاده می‌شود. برای مثال، دو خوشه‌بندی می‌توانند با مقایسه یا آنتروپی‌شان مقایسه شوند.
این فصل تعدادی از مهم‌ترین و رایج‌ترین روش‌های به‌کاررفته برای ارزیابی خوشه‌بندی را مرور خواهد کرد.
2-2-2-1. معیار SSEیک معیار داخلی ارزیابی خوشه‌بندی، مثل، می‌تواند برای ارزیابی یک خوشه‌بندی نسبت به خوشه‌بندی دیگر به کار رود. به علاوه، یک معیار داخلی اغلب می‌تواند برای ارزیابی یک خوشه‌بندی کامل یا یک خوشه تنها به استفاده شود. این اغلب به خاطر این است که این روش، سعی می‌کند تا میزان خوبی کلی خوشه‌بندی را به عنوان یک جمع وزن‌دار از خوبی‌های هر خوشه در نظر می‌گیرد. با استفاده از رابطه 2-25 محاسبه می‌شود [68].
(2-25)
کهیک نقطه داده در خوشه است و، j-امین ویژگی از داده X است. ، j-امین ویژگی از مرکز خوشه می‌باشد. برای مقایسه دو خوشه‌بندی مختلف روی یک داده با یک تعداد مشابه، تنها مقایسه مقدارهای متناظر آن‌ها کافی است. هر چه مقدار کمتر باشد، آن خوشه‌بندی بهتر خواهد بود. البته، وقتی تعداد نقاط داده در دو خوشه متفاوت باشند، مقایسه مستقیم از روی مقدار خوب نخواهد بود. بنابراین، یک خوشه معیار مناسب تری برای مقایسه است. رابطه 2-26 این معیار را نشان می‌دهد که در آن مقدار تعداد کل نمونه‌هاست [68].
(2-26)
تعداد درست خوشه‌ها در الگوریتم ، اغلب می‌تواند با استفاده از نگاه کردن به منحنی مشخص شود. این منحنی با رسم مقادیر به ازایهای مختلف به دست می‌آید. تعداد خوشه‌های بهینه با توجه به منحنی، ای است که به ازای آن نرخ کاهش مقدار، قابل چشم‌پوشی شود. شکل 2-13-ب منحنی را برای داده‌های شکل 2-13-الف، نشان می‌دهد.

(الف)
(ب)
شکل2-13. (الف) مجموعه داده با تعداد 10 خوشه واقعی. (ب) منحنی مربوطه [68]
همان طور که از شکل 2-13-ب برمی‌آید، برای مقادیرهای از صفر تا 10 شیب منحنی نسبت به بقیه مقادیر، تندتر می‌باشد. این امر نشان‌دهنده آن است که مقدار یک مقدار بهینه برای تعداد خوشه‌ها می‌باشد.

(الف)
(ب)
شکل2-14. (الف) مجموعه داده (ب) منحنی مربوطه [2]
شکل 2-14-ب نیز منحنی را برای داده‌های شکل 2-14-الف، نشان می‌دهد. مشاهده می‌شود که در این داده‌ها، چون تعداد خوشه‌ها نسبت به شکل 2-14-الف کاملاً گویا نیست، بنابراین، منحنی آن نیز نرم تر خواهد بود . اما با توجه به شکل 2-14-ب، می‌توان گفت که تعداد نسبتاً خوب باشد. چون منحنی برای های بعد از 8، دارای شیب کندتری خواهد شد. با توجه به نتایج فوق می‌توان گفت که اگرچه منحنی برای همه مسایل نمی‌تواند جواب بهینه برای تعداد بدهد، اما می‌تواند به عنوان یک معیار خوب برای این امر مطرح باشد.
2-2-2-2. معیار اطلاعات متقابل نرمال شدهمعیار اطلاعات متقابل () توسط کاور و توماس [71] معرفی شد که یک روش جهت اندازه‌گیری کیفیت اطلاعات آماری مشترک بین دو توزیع است. از آنجایی که این معیار وابسته به اندازه خوشه‌ها است در [54] روشی جهت نرمال سازی آن ارائه شده است. فرد و جین [19] روش نرمال سازی اطلاعات متقابل را اصلاح کردند و آن را تحت عنوان اطلاعات متقابل نرمال () ارائه داده‌اند. رابطه 2-27 اطلاعات متقابل نرمال شده را نشان می‌دهد[1, 2, 19] .
(2-27)
در رابطه 2-27 پارامتر کل نمونه‌ها است و یعنی افرازهایی که اندیس آن‌ها شامل i با تمام مقادیر j می‌باشد و یعنی افرازهایی که تمام مقادیر i با و اندیس j را شامل شود. از رابطه 2-28 محاسبه می‌شود [1, 2, 19].
(2-28)
, ,
در صورتی که دو افراز به صورت و که در آن کل داده و خوشه اول و خوشه دوم هر یک از افرازها باشد آنگاه نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد، نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد، نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد و نشان‌دهنده تعداد نمونه‌های مشترک موجود در و می‌باشد. در واقع و به ترتیب بیانگر کل نمونه‌های موجود در و می‌باشد [1].
شکل 2-15 دو افراز اولیه را نشان می‌دهد که میزان پایداری برای هر کدام از خوشه‌های به دست آمده هم محاسبه شده است. در این مثال الگوریتم به عنوان الگوریتم خوشه‌بندی اولیه انتخاب شده است و تعداد خوشه‌های اولیه برابر با سه نیز به عنوان پارامتر آن از قبل مشخص شده است. همچنین، در این مثال تعداد افرازهای موجود در مجموعه مرجع برابر با ۴۰ می‌باشد. در ۳۶ افراز نتایجی مشابه با شکل 2-15 (a) و در 4 حالت باقیمانده نیز نتایجی مشابه با شکل 2-15 (a) حاصل شده است [1].

شکل2-15. دو افراز اولیه با تعداد سه خوشه. (a) خوشه‌بندی درست (b) خوشه‌بندی نادرست [1]
از آن جایی که در مجموعه مرجع در ۹۰ % مواقع، داده‌های متراکم گوشه بالا‐چپ از شکل 2-15 در یک خوشه مجزا گروه‌بندی شده‌اند، بنابراین این خوشه باید مقدار پایداری بالایی را به خود اختصاص دهد. اگرچه این مقدار نباید دقیقاً برابر با یک باشد (چون در همه موارد این خوشه درست تشخیص داده نشده است)، مقدار پایداری با روش متداول اطلاعات متقابل نرمال شده مقدار یک را بر می‌گرداند. از آن جایی که ادغام دو خوشه سمت راست تنها در ۱۰ % موارد مانند شکل 2-15 (b) اتفاق افتاده است، خوشه حاصل باید مقدار پایداری کمی به دست آورد. اگر چه خوشه حاصل از ادغام دو خوشه سمت راستی، به ندرت ( ۱۰ % موارد) در مجموعه مرجع دیده شده است، مقدار پایداری برای این خوشه نیز برابر با یک به دست می‌آید. در اینجا مشکل روش متداول محاسبه پایداری با استفاده از اطلاعات متقابل نرمال شده ظاهر می‌شود. از آنجایی که معیار اطلاعات متقابل نرمال شده یک معیار متقارن است، مقدار پایداری خوشه بزرگ ادغامی سمت راست (با ۱۰ % تکرار) دقیقاً برابر با میزان پایداری خوشه متراکم گوشه بالا‐چپ (با ۹۰ % تکرار) به دست می‌آید. به عبارت دیگر در مواردی که داده‌های دو خوشه مکمل یکدیگر باشند، یعنی اجتماع داده‌های آن‌ها شامل کل مجموعه داده شود و اشتراک داده‌های آن‌ها نیز تهی باشد، مقدار پایداری برای هر دو به یک اندازه برابر به دست می‌آید. از دیدگاه دیگر، این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که تعداد خوشه‌های تشکیل‌دهنده مجموعه در خوشه‌بندی مرجع عددی بیشتر از یک باشد. هر زمان که با ادغام دو یا بیشتر از خوشه‌ها به دست آید، منجر به نتایج نادرست در مقدار پایداری می‌شود. ما این مشکل را تحت عنوان مشکل تقارن در اطلاعات متقابل نرمال شده می‌شناسیم. در سال‌های اخیر روش‌هایی جهت حل این مشکل ارائه‌شده‌اند که یکی از آن‌ها را علیزاده و همکاران در [1, 9]ارائه داده‌اند که در‌ آن بزرگ‌ترین خوشه از بین مجموعه مرجع (که بیش از نصف نمونه‌هایش در خوشه مورد مقایسه وجود دارد) جایگزین اجتماع همه خوشه‌ها می‌شود که ما آن را با عنوان روش Max می‌شناسیم. روش دیگر جهت رفع این مشکل معیار APMM می‌باشد. در ادامه به بررسی این معیار می‌پردازیم [1, 8, 67].
2-2-2-3. معیار APMMبر خلاف معیارکه برای اندازه‌گیری شباهت دو افراز طراحی شده است معیار روشی برای اندازه‌گیری میزان شباهت یک خوشه در یک افراز است که توسط عـلیزاده و همکاران [8, 67] معرفی شده است رابطه 2-29 این معیار را معرفی می‌کند.
(2-29)
در رابطه 2-29 پارامتر خوشه i-ام در افراز می‌باشد و افراز متناظر با خوشه در خوشه‌بندی است. پارامتر تعداد کل نمونه‌های مجموعه داده و تعداد نمونه‌های مشترک بین خوشه‌های و می‌باشد. همچنین، تعداد خوشه‌های موجود در افراز می‌باشد. در این روش برای محاسبه پایداری خوشه از رابطه 2-30 استفاده می‌کنیم [8, 67].
(2-30)
در رابطه 2-30 پارامتر نشان‌دهنده j-امین افراز از مجموعه مرجع است و تعداد کل افرازها است [8, 67]. از آنجایی که این معیار برای ارزیابی شباهت یک خوشه است می‌توان هم برای ارزیابی خوشه و هم برای ارزیابی افراز استفاده کرد. جهت استفاده از این معیار برای ارزیابی یک افراز کافی است آن را برای تک‌تک خوشه‌های آن افراز استفاده کنیم و در نهایت از کل مقادیر میانگین بگیریم.

–409

فهرست مطالبعنوان صفحه TOC o "1-3" h z u چکیده PAGEREF _Toc417289220 h 1فصل اول: کلیات تحقیق1-1- بیان مساله PAGEREF _Toc417289223 h 31-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق PAGEREF _Toc417289224 h 41-3- سؤالات تحقیق PAGEREF _Toc417289225 h 51-4- اهداف PAGEREF _Toc417289226 h 51-5- تعاریف و کلیات PAGEREF _Toc417289227 h 61-6- جمع بندی و جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق PAGEREF _Toc417289232 h 12فصل دوم: مروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق2-1- مرور منابع PAGEREF _Toc417289235 h 142-1-1- بررسی پژوهش‌های انجام شده در داخل کشور PAGEREF _Toc417289236 h 142-1-2- بررسی پژوهش‌های انجام شده در خارج از کشور PAGEREF _Toc417289237 h 19فصل سوم: مواد و روش‌ها3-1- مواد و روش‌ها PAGEREF _Toc417289240 h 223-1-1- مواد PAGEREF _Toc417289241 h 223-1-1-1- رویشگاه زاگرس PAGEREF _Toc417289242 h 223-1-1-2- زیست بوم استان ایلام PAGEREF _Toc417289243 h 223-1-1-3- منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289244 h 233-1-1-4- اقلیم PAGEREF _Toc417289246 h 233-1-1-5- زمین‌شناسی PAGEREF _Toc417289250 h 253-2- روش انجام تحقیق PAGEREF _Toc417289251 h 263-2-1- تهیه نقشه‌های عوامل فیزیوگرافی PAGEREF _Toc417289256 h 263-2-2- نمونه‌بردای خاک PAGEREF _Toc417289258 h 273-2-2-1- آزمایشات خاک PAGEREF _Toc417289262 h 283-2-3- جامعه آماری، روش نمونه‏گیری و حجم نمونه PAGEREF _Toc417289266 h 283-2-4- متغیر‌های مورد بررسی PAGEREF _Toc417289268 h 283-2-5- روش‌ها و ابزار تجزیه و تحلیل داده‏ها PAGEREF _Toc417289272 h 29فصل چهارم: نتایج4-1- نتایج PAGEREF _Toc417289276 h 314-1-1- تهیه نقشه عوامل فیزیوگرافی PAGEREF _Toc417289277 h 314-2- تهیه نقشه شبکه آماربرداری PAGEREF _Toc417289281 h 334-3- پوشش گیاهی PAGEREF _Toc417289284 h 344-4- مشخصات رویشی توده مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289286 h 344-4-1- آنالیز همبستگی میان خصوصیات رویشی PAGEREF _Toc417289296 h 374-5- بررسی مشخصه‌های کمی و کیفی بادام کوهی تحت تأثیر عوامل فیزیوگرافی: PAGEREF _Toc417289300 h 384-5-1- ارتفاع از سطح دریا PAGEREF _Toc417289301 h 384-5-2- جهت‌های جغرافیایی PAGEREF _Toc417289304 h 394-5-3- شیب دامنه PAGEREF _Toc417289308 h 404-6- وضعیت خاک منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289312 h 424-6-1- بررسی وضعیت خاک در طبقات مختلف ارتفاعی PAGEREF _Toc417289313 h 424-6-2- بررسی وضعیت خاک در جهت‌های مختلف جغرافیایی PAGEREF _Toc417289316 h 424-6-3- بررسی وضعیت خاک در شیب‌های مختلف PAGEREF _Toc417289319 h 434-6-4- ضریب همبستگی بین متغیر‌های رویشی و خصوصیات خاک PAGEREF _Toc417289323 h 44فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری5-1- بحث و نتیجه گیری PAGEREF _Toc417289328 h 475-2- پیشنهادات PAGEREF _Toc417289329 h 49منابع PAGEREF _Toc417289330 h 50
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 1-1- لیست گیاهان شناسایی شده در تیپ Amygdalusarabica- Annual grasses PAGEREF _Toc417289230 h 10جدول 1-2 لیست گیاهان شناسایی شده در تیپ AmygdalusarabicQuercusbrantii- PAGEREF _Toc417289231 h 11جدول 4-1- لیست فلورستیک گونه‌های گیاهی منطقه مطالعاتی PAGEREF _Toc417289285 h 34جدول 4-2- نتایج اندازه‌گیری مشخصه‌‌های رویشی توده بادام کوهی PAGEREF _Toc417289287 h 35جدول 4-3- آنالیز همبستگی میان پارامتر‌های رویشی بادام کوهی منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289298 h 37جدول 4-4- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با طبقات مختلف ارتفاعی PAGEREF _Toc417289302 h 38جدول 4-6- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با جهت‌های جغرافیایی PAGEREF _Toc417289305 h 39جدول 4-7- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی PAGEREF _Toc417289306 h 40جدول 4-8- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با درصد شیب PAGEREF _Toc417289309 h 41جدول 4-9- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی PAGEREF _Toc417289310 h 41جدول 4-10- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی PAGEREF _Toc417289314 h 42جدول 4-11- مقایسه مشخصه‌های خاک در جهات جغرافیایی PAGEREF _Toc417289317 h 43جدول 4-12- مقایسه مشخصه‌های خاک در شیب‌های مختلف PAGEREF _Toc417289320 h 44جدول 4-13- ضریب همبستگی بین مشخصه‌های رویشی و خصوصیات خاک PAGEREF _Toc417289324 h 45
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شکل 1-1- نمایی از درختچه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه (ذخیره‌گاه بادام کلم بدره) PAGEREF _Toc417289229 h 9شکل 3-1- موقعیت منطقه مورد مطالعه در کشور، استان و شهرستان PAGEREF _Toc417289245 h 23شکل 3-2- آمبروترمیک حوزه کلم (ایستگاه هواشناسی ایلام طی دوره‌ی آماری 1392-1370) PAGEREF _Toc417289249 h 25شکل 3-3- نمایی از نمونهبرداری خاک در رویشگاه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289261 h 27شکل 4-1- نقشه مدل رقومی ارتفاعی (DEM) منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289278 h 31شکل 4-3- نقشه کلاسه‌های شیب در منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289279 h 32شکل 4-4- نقشه جهات جغرافیایی در منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289280 h 32شکل 4-5- شبکه آماربرداری 200×200 متر و نحوه قرارگیری پلاتها PAGEREF _Toc417289282 h 33شکل 4-6- جانمایی قطعات نمونه آماربرداری بر روی تصاویر ماهوار‌ه‌ای Google Earth PAGEREF _Toc417289283 h 33شکل4-7- تعداد در هکتار گونه بادام کوهی در قطعات نمونه منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289291 h 36شکل4-8- تعداد در طبقات قطری تاج گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289293 h 36شکل 4-9- تعداد در طبقات ارتفاعی گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289295 h 36شکل 4-10- رابطه رگرسیونی بین قطر تاج و ارتفاع درختچه‌های بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه PAGEREF _Toc417289299 h 37
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 4-1- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل ارتفاع از سطح دریا بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی PAGEREF _Toc417289303 h 39نمودار 4-2- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی PAGEREF _Toc417289307 h 40نمودار 4-3- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی PAGEREF _Toc417289311 h 41نمودار 4-4- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی PAGEREF _Toc417289315 h 42نمودار 4-5- مقایسه مشخصه‌های خاک در جهات جغرافیایی PAGEREF _Toc417289318 h 43نمودار 4-6- مقایسه مشخصه‌های خاک در شیب‌های مختلف PAGEREF _Toc417289322 h 44نمودار 4-7- ضریب همبستگی بین مشخصه‌های رویشی و خصوصیات خاک PAGEREF _Toc417289325 h 45
چکیدهدر این مطالعه، ذخیره‌گاه بادام کوهی (Amygdalus Arabica Olive) منطقه کلم شهرستان بدره در استان ایلام که یک دخیره گاه تیپیک می‌باشد، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا در منطقه، محدوده ذخیره‌گاه بادامک، شناسایی و پلیگون آن به ‌صورت رقومی بسته شد. در داخل محدوده‌‌های مشخص شده شبکه آماربرداری به ابعاد 200×200 متر به‌ صورت منظم- سیستماتیک تصادفی طراحی و برای اندازه‌گیری درختچه‌ها و از قطعات نمونه دایره‌ای شکل با مساحتی به روش حداقل سطح تعیین گردید. نتایج اندازه گیری مشخصه‌های کمی و کیفی نشان داد که این مشخصه‌ها در حال نوسان بوده و برای بررسی وضعیت خاک رویشگاه مورد مطالعه، برخی مشخصه‌‌های فیزیکی و شیمیایی خاک از قبیل بافت خاک، ماده آلی، کربن آلی، اسیدیته، نیتروژن کل، وزن مخصوص ظاهری و هدایت الکتریکی (Ec) در مرکز هر قطعه نمونه مورد اندازهگیری و مطالعه قرار گرفت. مقایسه میانگین‌ها در ارتباط با مشخصه ارتفاع از سطح دریا نشان داد که در ارتفاعات پائین منطقه مورد مطالعه که اکثراً در داخل دره واقع شده بودند (طبقه ارتفاعی 1000-900 متر)، تعداد درختچهها، تعداد جستها و وضعیت شادابی دارای میانگین بیش‌تری بوده و بالعکس در ارتفاعات بالاتر (طبقه ارتفاعی 1200-1100 متر) میانگین ارتفاع درختچهها و قطر تاج بیش‌تر بوده است. در ارتباط با عامل فیزیوگرافی جهت دامنه نتایج نشان داد که در جهت‌های شرقی منطقه مورد مطالعه، تعداد درختچهها، تعداد جستها و ارتفاع و قطر تاج آنها دارای میانگین بیش‌تری بوده و در جهت‌های شمالی وضعیت شادابی درختچهها نسبت به دیگر جهت‌ها بهتر بوده است. نتایج بررسی خصوصیات کمی و کیفی بادام کوهی در شیب‌های مختلف نشان داد که در طبقات شیب 60-45 درصد بیش‌‌ترین تعداد درختچه و تعداد جست گروه دیده میشود و در مناطق کم شیب از تعداد درختچه کاسته میشود. در کلاسه‌‌های شیب 45-30 درصد ارتفاع، قطر تاج و وضعیت شادابی درختچه‌های بادام کوهی از میانگین بالاتری برخوردار است.
با توجه به نتایج ضریب همبستگی پیرسون، تعداد درختچهها و قطر تاج آنها با ماده آلی خاک در سطح 5 درصد دارای همبستگی مثبت و معنیدار می‌باشد. همچنین بین تعداد درختچهها و تعداد جست گروهها با نیتروﮊن کل به ترتیب در سطح احتمال 1 درصد و 5 درصد همبستگی مثبت و معنی دار وجود دارد. مشخصه‌های کمی و کیفی درختچه‌های بادام کوهی با مشخصه‌های خاک از جمله اسیدیته، درصد شن، ماده آلی و نیتروﮊن کل رابطه مثبت و با مشخصه‌های خاک از جمله درصد رس و سیلت رابطه منفی وجود دارد، هر چند معنی دار نمیباشند.
کلمات کلیدی: بادام کوهی، عوامل فیزیوگرافی، ذخیره‌گاه کلم، شهرستان بدره
فصل اولکلیات تحقیق1635760889000
1-1- بیان مسالهاستان ایلام دارای 641667 هکتار جنگل و 1146280 هکتار مرتع می‌باشد که در مجموع بیش از 87 درصد استان را عرصه‌های منابع طبیعی تشکیل میدهد، این مقدار برابر 4% جنگل‌ها و 1% مراتع کشور و همچنین 10% سطح جنگل‌ها و 6% مراتع زاگرس می‌باشد. 66 درصد جنگل‌‌های استان را جنگل تنک تشکیل میدهد و جزء جوامع جنگلی مناطق خشک و نیمه‌خشک سلسله جبال زاگرس بوده و تیپ غالب آن را گونه بلوط ایرانی با 90%، گونه پسته وحشی 6% و 4% بقیه را بادام کوهی، داغداغان، کیکم، بادامک و غیره را شامل می‌شود. از جمله گونه‌های نادر گیاهی استان ایلام میتوان به مورد، بادام، بادامک، گلابی وحشی، سماق، ارغوان، لرگ، زربین و. . . اشاره کرد که ذخیرهگاه‌های جنگلی استان را تشکیل میدهند.
بادام کوهی درختچه‌ای متعلق به خانواده گلسرخیان تا ارتفاع 6 متر، با شاخه‌های متعدد، ایستاده و بدون کرک، سبز رنگ و استوان‌های، برگ‌های خطی، گل‌ها به قطر 25 میلی‌متر و موسم گلدهی آن اسفند تا فروردین ماه می‌باشد (مظفریان 1383). از نظر اکولوژیکی، جنگل‌‌های بادامک به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل بازدارنده بروز سیل در مناطق کوهستانی و تخریب اراضی و محصولات کشاورزی در بسیاری از مناطق جغرافیایی و اکولوژیکی مطرح میباشند.
ذخیره‌گاه بادام کوهی منطقه کلم بدره، جزء رویشگاه‌‌های با اهمیت و از ذخایر ژنتیکی درختچه‌ای در ایران محسوب میشود. عدم شناخت کافی از این ذخیره‌گاه مانع جدی در احیاء رویشگاه‌‌های تخریب یافته آن و برنامهریزی به منظور مدیریت بهینه رویشگاه‌‌های موجود خواهد بود. بر این اساس آگاهی از نیاز رویشگاهی این گونه و تعیین مشخصه‌های کمی و کیفی آن میتواند کمک شایانی برای استفاده مناسب از این گونه به همراه داشته باشد. در این راستا آگاهی از ویژگی‌های خاک رویشگاه این گونه نقش مؤثری در پیشنهاد گونه‌های سازگار با شرایط خاک در مناطق مشابه دارد، بنابراین میتوان از نتایج این پژوهش برای اصلاح، احیاء و حفاظت پوشش گیاهی مناطق با شرایط مشابه استفاده نمود. با توجه به بومی بودن گونه بادامک، ارزش اقتصادی از نظر تولید میوه، دارویی، صنعتی و خوراکی، اهمیت اکولوژیکی و استفاده از آن در طرح‌های آبخیزداری و حفاظت و احیاء و جلوگیری از فرسایش خاک و نبود اطلاعات کافی در خصوص گونه بادامک، اقدام به انتخاب آن برای بررسی و مطالعه رویشگاهی آن در ذخیره‌گاه کلم شهرستان بدره شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش می‌تواند برای جنگل کاری موفق گونه بادامک در استان ایلام به کار گرفته شود.
1-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقیقیکی از وسیع‌ترین مناطق رویشی کشور منطقه زاگرس است که با پنچ میلیون هکتار جنگل تقریباً وسعتی معادل 40 درصد از کل جنگل‌‌های کشور را به خود اختصاص داده است. ارزشمندی این جنگل‌ها به لحاظ زیست محیطی ایجاب میکند که گونه‌های ارزشمند این مناطق مورد توجه علمی بیش‌تری قرار گیرند. قدم اول در حفاظت از این ذخیره‌های ارزشمند ملی آشنایی کامل با ویژگی‌های بومشناختی و بومسازگان آنهاست. جنس بادام یکی از با ارزش‌ترین رستنی‌های ایران می‌باشد که در بخش کوهستانی منطقه ایرانی و تورانی در مرکز، شرق و غرب پراکنش دارد. این جنس دارای بیش از 40 گونه در پاره ای از نقاط جهان می‌باشد که بیش از 30 گونه از آن در ایران رویش دارد (ایران نژاد پاریزی 1374). گونه‌های جنس بادام به علت دارا بودن خواص دارویی، صنعتی و خوراکی از لحاظ اقتصادی حائز اهمیت میباشند. گونه گیاهی بادامک در بسیاری از نقاط کشور امکان رویش دارد (الوانی نژاد 1378). بنابراین شایسته است که برای حفظ تنوع گون‌های، توسعه منابع طبیعی کشور و حفظ ارزش‌های زیست محیطی، چنین گونه‌هایی مورد توجه علمی بیش‌تری واقع شوند.
بادامک به عنوان یکی از گونه‌های درختچه‌ای مناسب برای بسیاری از مناطق اکولوژیک کشور مورد توجه بوده و سالهاست در اراضی شیبداری که در معرض خطر فرسایش آبی هستند، کشت میگردد. به جهت ماهیت اجرای طرح‌های تثبیت بیولوژیک، شناخت عوامل توسعه دهنده و یا محدود کننده گونه‌های گیاهی اهمیت به سزایی دارد. اولین گام در انتخاب گونه گیاهی مناسب، شناخت بستر مناسب برای بقا، رشد، زادآوری و استمرار تولید می‌باشد. از جمله مهم‌ترین عوامل در موفقیت طرحها و پروژه‌های جنگل‌شناسی و مدیریت جنگل، شناخت ویژگی‌ها، نیازها و فرایند‌های رویشی گیاه و اثر متقابل آنها با شرایط رویشگاه است. رشد گیاهان علاوه بر خصوصیات ژنتیکی، به عوامل محیطی و رویشگاهی بستگی دارد که این عوامل محیطی مجموع‌های از خصوصیات خاک، توپوگرافی، آب و هوا، اقلیم و دیگر نهاده‌‌های اکولوژیک هستند. در برنامهریزی‌های اصلاح و توسعه منابع طبیعی، ضمن لزوم بررسی‌های گیاه شناسی برای هر گونه گیاهی، شناخت نیاز‌های محیطی گیاه نیز باید مورد توجه متخصصان مربوطه قرار گیرد.
در این راستا، آگاهی از خواهش‌های بومشناختی گونه بادامک در ذخیره‌گاه جنگلی کلم شهرستان بدره در استان ایلام از نظر خاک، اقلیم، شرایط توپوگرافی و سایر عوامل محیطی میتواند برنامه‌‌های حفاظت، احیاء و توسعه این منابع جنگلی را با موفقیت بیش‌تری همراه کند.
در اغلب عرصه‌های ملی بویژه در استان ایلام در حال حاضر امکان استفاده از گونه‌های درختی فراهم نیست و تجربیات اخیر حکایت از عدم استقرار و یا استقرار ضعیف جنگل‌کاری با گونه‌های درختی دارد. بنابراین در حال حاضر استفاده از گونه‌های درختچه‌ای همچون بادامک که میتواند نقش پیش‌آهنگ را در عرصه‌های تخریب یافته جنگل‌‌های زاگرس داشته باشد، تنها راهکار موجود است. یکی از مناسب‌ترین گونه‌های موجود به منظور احیای مناطق تخریب یافته استفاده از انواع بادام بویژه بادامک است. تحقیق حاضر نیز با هدف بررسی شرایط و نیاز رویشگاهی گونه بادامک در ذخیرهگاه کلم شهرستان بدره انجام گرفت که نتایج حاصل از آن میتواند به عنوان یک دستاورد مهم در جهت مدیریت بهینه این ذخیره‌گاه و همچنین در برنامهریزی‌های حفاظت، احیاء، توسعه و مدیریت هر چه دقیق‌تر این گونه ارزشمند مورد استفاده قرار گیرد.
1-3- سؤالات تحقیقخصوصیات کمی و کیفی جوامع درختچه‌ای بادام کوهی در ارتباط با ارتفاع از سطح دریا و جهت جغرافیایی تغییر میکند؟
آیا تراکم درختچه‌های بادام کوهی در یال‌ها بیش‌تر از درهها است؟
1-4- اهداف بررسی شرایط رویشگاهی گونه بادام کوهی در ذخیرهگاه جنگلی کلم شهرستان بدره
تعیین مشخصه‌های کمی و کیفی درختچه بادام کوهی ذخیرهگاه جنگلی کلم شهرستان بدره
1-5- تعاریف و کلیات1- پوشش گیاهی
پوشش گیاهی عبارت از انواع درختان، بوته‌ها و علوفه و چمن و سبزی که در سطح زمین استقرار می‌یابد به عبارتی هرگونه سرسبزی در سطح زمین را سطح پوشش گیاهی نامند (‌جنگل، مرتع، زراعت) فقدان پوشش گیاهی در سطح زمین از عوامل عمده تخریب سطح خاک توسط باران می‌باشد. پوشش گیاهی مانعی است در مقابل باران که به سطح خاک برخورد می‌نماید. برخورد باران به سطح خاک باعث جابجایی خاکدانه‌ها و فرسایش خاک می‌شود. فرسایش خاک حاصلخیز فقر پوشش و نابودی آن‌را در پی دارد‌. عدم وجود پوشش گیاهی نیز نابودی خاک را در پی دارد. به عبارتی پوشش گیاهی و خاک برای حفظ خود مکمل یکدیگرند‌. عدم وجود یکی باعث نابودی دیگری می‌شود. این ارتباط حیاتی به حیات بشر و موجودات زنده ارتباط دارد.
2- اُت اکولوژی
الف) مطالعه و شناخت روابط و چگونگی رفتار جمعیت یک گونه در رویشگاه و تعامل با اجزاء آن است، که در مدیریت علمی رویشگاه‌‌های یک گونه به منظور حفظ، احیاء و اصلاح آنها حائز اهمیت می‌باشد (مهاجر 1385).
ب) شاخه‌ای از علم اکولوژی که روابط بین یک ارگانیسم یا گونه را با محیط زنده و غیر زنده (رویشگاه آن) مورد مطالعه قرار میدهد.
3- رویشگاه
مجموعه عوامل اقلیمی، خاکی و پستی بلندی که در یک محل وجود دارد و شرایط لازم و کافی را برای استقرار و رشد و توسعه درختان بوجود میآورد. رویشگاه مترادف پایگاه به کار برده میشود (مهاجر 1385).
4- شرایط اکولوژیکی
دامنه پراکنش گونه‌‌های درختی در جنگل‌‌های زاگرس متفاوت بوده و هر گونه دارای نیاز رویشگاهی خاصی می‌باشد. در منطقه اکولوژیک زاگرس گونه‌‌های مختلفی انتشار دارند که در فرم‌‌های مختلف زمین، در جهت‌‌های جغرافیایی مختلف، در ارتفاعات مختلف از سطح دریا، بر روی خاک‌‌های مختلف با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مختلف دارای گسترش‌گاه ویژه‌ای هستند (زهره‌وندی و همکاران 1390).
5- ذخیرهگاه جنگلی
ذخیره‌گاه جنگلی عرصه‌ای جنگلی است که به دلایل اکولوژیک و یا دخالت‌‌های انسانی دچار آسیب شده و با خطر انقراض یک یا چند گونه جنگلی روبه رو است. با توجه به این که چنین پدید‌های نابودی تنوع زیستی را در زیست کره به دنبال خواهد داشت لازم است با هدف جلوگیری از چنین اتفاقی، برنام‌های را برای حفاظت از این مناطق و به منظور استمرار زادآوری اجرا کرد.
6- بادام کوهی
پراکنش جنس بادام از نظر تقسیم بندی‌های جغرافیای گیاهی در منطقه ایرانوـ تورانی است و از حوزه دریای مدیترانه تا آسیا گسترش دارد. پراکنش اصلی آن در جنوب غرب آسیا و خاورمیانه است؛ اما تعداد بسیار کمی از گونه‌ها در چین و مغولستان وهمین طور جنوب شرق اروپا رویش دارند. بررسی‌های تکاملی نشان داده است که تکامل بادام در مناطق استپی خشک، بیابان‌ها و مناطق کوهستانی تحت شرایط سخت صورت پذیرفته و این جنس با زیسگاه‌های خشک و نیمه خشک سازگار شده است. بادام در ارتفاعات و بر روی دامنه‌‌های صخره ای، سنگی، سنگریزه‌ای و یا بستر‌های شنی یا رسی رشد می‌کند. این جنس نیازمند مناطق نورگیر باز است و هم چنین در استپ‌ها و استپ ـ جنگل‌ها می‌روید.
جنس Amygdalus به خانواده Rosaceae گل سرخیان تعلق دارد. در حال حاضر این تیره تقریباً دارای 90 جنس و 3000 گونه می‌باشد و در ایران دارای 4 زیرتیره، 30 جنس و تقریباً 27 گونه و 7 طایفه است. بادام کوهی درختچه‌ای است خاردار شاخه‌‌های آن در ابتدا صاف و قهوه‌ای روشن است پس از چندی رنگ آن به خاکستری روشن یا تیره تبدیل می‌شود. گل بادام روی شاخه‌‌های یکساله به صورت جانبی و انفرادی پدیدار می‌شود. گسترش اصلی جنس بادام در منطقه ایرانی- تورانی است و معمولاً در نواحی جنوب غربی آسیا پراکنده اند. گونه‌‌های بادام در شرایط متفاوتی از جمله در شیب جنوبی رشته کوه‌‌های البرز تا شیب شمالی کوه‌های مکران در جنوب ایران گسترش دارد و رشد می‌کند (وفادار و دیگران 2008). گونه A. arabica در غرب ایران پراکنده است که دارای شاخه‌های شیاردار و دمبرگ 7 میلی‌متری است. این گونه به دلیل اهمیت اقتصادی، دارویی و کشاورزی از زمان‌‌های بسیار دور مورد توجه بوده و در برابر فرسایش از خاک نگهداری می‌کنند و به دلیل وجود اسید‌های چرب غیراشباع و آمیگدالین مصارف دارویی بالایی دارد (شنگ مین 2003).
بلندی درخت بادام به 6 ‌تا10 متر می‌رسد. ریشه آن قوی است و به طور عمودی تا 3 متر در زمین فرو می‌رود و به همین دلیل نسبت به خشکی و کم‌آبی مقاوم است. تنه درختان بادام در جوانی به رنگ خاکستری شفاف و صاف که به‌ تدریج رنگ آن تیره‌تر می‌شود. برگ بادام کشیده و نوک‌تیز و چرمی و کلفت است و بنابراین در هوای گرم و خشک مقاوم است.
از نظر اکولوژیکی، دما مهم‌ترین فاکتور اقلیمی برای گونه بادام است. بادام برای جوانه زنی یکنواخت در بهار، به سرمای زمستانه متوسطی نیاز دارد. درخت بادام سرمای زمستان را در حد متوسطی تحمل می‌کند ولی به علت زود باز شدن گل‌‌های آن تحمل این درخت نسبت به سرمای بهاره کمتر است. نیاز سرمایی برای باز شدن عادی جوانه‌ها بسته به نوع دما متفاوت بوده و از 100 تا 700 ساعت پائین‌تر از 2/7 درجه سانتی‌گراد متغیر است. خواب جوانه‌ها به علت وجود غلظت زیاد قند در آنها می‌باشد. درخت بادام سرمای زمستانه را تا 20- درجه سانتی گراد تحمل می‌کند. در صورتی که سرما بیش از این حد باشد و سرد شدن هوا نیز به تدریج صورت گرفته باشد، درخت بادام مقاومت بیش‌تری به سرما خواهد داشت. عامل محدود کننده کاشت بادام سرمای بهاره بخصوص در زمان گل یا بلافاصله پس از تشکیل میوه است. شیب‌های جنوبی برای کاشت بادام خیلی مطلوب است و زمین‌های هموار نیز در صورتی که دارای هوای ملایمی باشند می‌توانند مورد استفاده قرار گیرد. در مناطقی که سرمای بهاره متداول است باید از ارقام دیر گلده استفاده شود. بنابراین نسبت به سرمای دیررس بهاره بسیار حساس هستند بادام برای رساندن میوه خود نیاز به 8-6 ماه فصل رشد دارد و در تابستان خواهان هوای گرم و خشک می‌باشد و در مناطقی که متوسط بارندگی کمتر از 250 میلی‌لیتر در سال دارد، به خوبی رشد می‌کند (خاتم‌ساز 1371).
مناسب‌‌ترین خاک برای بادام خاک‌‌های لومی می‌باشند، اما با توجه به این‌که درختان بادام اغلب در خاک‌‌های غیر حاصلخیز کاشته می‌شوند، بنابراین قبل از کاشت برای تعیین میزان کمبود مواد غذایی باید تجزیه خاک صورت گیرد. تجزیه برگی نیز برای تشخیص مقدار و نوع عناصر غذایی خاک مفید است.
درخت بادام بی برگ در جنگل‌‌های زاگرسی به عنوان گونه پرستار و پیش‌آهنگ شناخته شده و یکی از مقاوم‌‌ترین درختان به خشکی و گرما در میان درختان و درختچه‌‌های جنگلی شناخته می‌شود. با توجه به اینکه کشور ما یکی از کشور‌های دارای آب و هوای خشک بوده و کمبود آب در کشاورزی و باغبانی مطرح می‌باشد توسعه‌ی کشت و کار گونه‌‌های مختلف بادام در مناطق مناسب ضروری می‌نماید (شکل 1-1).

شکل 1-1- نمایی از درختچه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه (ذخیره‌گاه بادام کلم بدره)7- تیپ‌های گیاهی منطقه
الف) تیپ Amygdalus arabica- Annual grasses
این تیپ در شیب شمالی منطقه در محدوده طول شرقی 25. 1 54 46 تا 22. 2 59 46 و عرض شمالی 6. 5 2233 تا 15. 2 24 33 واقع شده است. به علت شرایط اکولوژیکی و فشار چرای دام، گرایش پوشش گیاهی منطقه منفی است. گونه‌های علفی منطقه مورد مطالعه نیز شامل گراس و فورب یکساله می‌باشند و گیاهان بوته‌ای به صورت محدود وجود دارند. خاک این تیپ عمیق و دارای املاح گچ و آهک و مارن می‌باشد. بافت خاک متوسط تا سنگین دارای ساختمان توده‌ای، مقدار خلل و فرج متوسط با تعداد زیاد و ریشه‌های ریز با تعداد متوسط واکنش در برابر HCL زیاد، هدایت الکتریکی 74/0 دسی‌زیمنس بر متر و اسیدیته آن برابر 78/7 می‌باشد. از نظر پایداری خاکدانه‌ها بسیار سخت و درصد اشباع آن برابر 48 درصد و مقدار کربنات کلسیم در این افق 48 درصد است. میزان لاشبرگ 5 درصد می‌باشد و در این تیپ 29 درصد سنگریزه دیده می‌شود میزان خاک لخت 1/31 درصد می‌باشد. پوشش گیاهی در این تیپ دارای 5/9 درصد تاج پوشش می‌باشد. لیست گیاهان موجود در این تیپ در جدول1-1 ارائه شده است.
جدول 1-1- لیست گیاهان شناسایی شده در تیپ Amygdalusarabica- Annual grassesردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل زیستی
1 گاوزبان خارک‌دار Anchusa strigosa Labill Boraginaceae He
2 گون Astragalu neomozafarina ina Papilionaceae Ch
3 بارهنگ Plantago psylium Plantaginaceae He
4 دانه تسبیح Aegilo pscrassa Gramineae Th
5 جو هرز (قلطاس) Hordeum glaucum Gramineae Th
6 بادامک Amygdalus lycioides Rosaceae Ph
7 گلرنگ زرد Carthamus oxycanthalis Compositae Th
8 شکر تیغال مشهدی Echinops ritroides Bunge Compositae He
9 دگر گل گندمی Hetheranthelium piliferum Gramineae Th
10 زنگوله ای شرقی Onosma heliotropium Boraginaceae He
11 سدابی زگیل دار Haplophylumtuberculatum Rutaceae He
12 طوسک ایتالیایی Scabiosa rotate Dipsacaceae Th
13 ترشک Rumexephedroides Polygonaceae Th
14 بهمن Stipa capensis Thunb Gramineae Th
15 ختمی Alceaaucheri Malvaceae He
16 سوزن چوپان Erodium ciconium Geraniceae Th
17 بادام کوهی Amygdalus Arabica olive Rosaceae Ph
18 خنجوک Pistachia khinjuk Anacardiaceae Ph
19 چچم شکننده Loliumrigidum Gramineae Th
20 شبدر Trifolium campester Papilionaceae Th
21 شکر تیغال Echinopsritroides Compositae He
22 گوش بره Phlomis persica Bioss Labiatae He
23 کنگر Gundelia tournefortii Compositae He
24 علف جارو Bromus danthonia Gramineae Th
25 جارو علفی بامی Bromus tectorum Gramineae Th
26 مریم گلی Salvia bracteata Labiatae He
27 گچ دوست Gypsophila pallida Caryophyllaceae He
28 بله جی جی Astragalus fasciculifolius Papilionaceae Ch
شکل زیستی: تروفیت :Th، همیکریپتوفیت :He، کامفیت :Ch، فانروفیتPh
ب) تیپ Quercus brantii- Amygdalus arabica
این تیپ در قسمت شمال غربی منطقه قرار گرفته است و در بین طول شرقی 2. 2 53 46 تا 28. 6 57 46 و عرض شمالی 16. 9 21 33 تا 36 23 33 واقع شده است. این تیپ دارای شیب زیاد و عمق خاک کم تا متوسط بوده و سنگ بستر در بعضی قسمت‌‌های آن نمایان شده است. پوشش گیاهی درختی بیش‌تر از نوع بلوط ایرانی همراه با پایه‌‌های پراکند‌های از بنه است. بافت خاک متوسط تا سنگین دارای ساختمان توده‌ای، مقدار خلل و فرج زیاد با اندازه متوسط و بدون ریشه و واکنش در برابر HCL زیاد، هدایت الکتریکی 76/0 دسی‌زیمنس بر متر و اسیدیته آن برابر 65/7 می‌باشد. از نظر پایداری خاکدانه‌ها سخت و درصد اشباع آن برابر 2/32 درصد و مقدار کربنات کلسیم در این افق 5/68 درصد است. میزان لاشبرگ 5 درصد می‌باشد و در این افق 7/26 درصد سنگریزه دیده می‌شود و خاک لخت 35 درصدد می‌باشد. درصد پوشش گیاهی این تیپ 49/20 درصد می‌باشد.
جدول 1-2 لیست گیاهان شناسایی شده در AmygdalusarabicQuercusbrantii-ردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل زیستی
1 جارو علفی هرز Bromus danthonia Gramineae Th
2 گلرنگ زرد Carthamu soxycanthalis Compositae Th
3 جاشیر Ferulago macrocarpa Umbelliferae He
4 بابونه Anthemis altissima Compositae Th
5 کنگر Gundeliatournefortii Compositae He
6 دانه گنجشکی Helianthemum salisifolim Cistaceae Th
7 شیرپنیر موئین Galium setaceum Rosaceae Th
8 دم روباهک Lophocloaphleoides Gramineae Th
9 خشخاش هرز Papaverdubium Papaveraceae Th
10 لعل کوهستان Olivier adecombens Umbelliferae Th
11 بادام کوهی Amygdalus arabica Rosaceae Ph
12 دانه تسبیح Aegilopscrassa Gramineae Th
13 جو وحشی Hordeum glaucum Gramineae Th
14 طوسک ایتالیایی Scabiosa rotate Dipsacaceae Th
15 بارهنگ کتانی Plantago psyllium Plantaginaceae He
16 بلوط ایرانی Quercus brantii Fagaceae Ph
17 شکر تیغال Echinopsritroides Compositae He
18 بله جی جی Astragalus fasciculifolius Papilionaceae Ch
19 زوال Eryngium billardieri Umbelliferae He
20 شبدر Trifolium campester Papilionaceae Th
شکل زیستی: تروفیت :Th، ژئوفیت :GE، همیکریپتوفیت :He، کامفیت :Ch، فانروفیتPh
8- خواص دارویی
بادام ملین بوده و روغن بادام ضد یبوست است مخصوصاً می‌توان از روغن بادام رفع یبوست بچه‌ها استفاده کرد.
بادام برای درمان زخم روده‌ها و مثانه و اسهال مفید است.
بادام تقویت کننده نیروی جنسی است و تولید اسپرم را زیاد می‌کند، بادام آسیاب شده و با عسل مخلوط شده، برای درد کبد و سرفه مفید است.
شکوفه بادام را دم نموده و به عنوان مسهل برای اطفال می‌توان استفاده کرد.
دم کرده پوست قهوه‌ای رنگ مغز بادام بهترین دارو برای تسکین درد و التهاب مجاری تنفسی است.
روغن بادام خواب آور است و بی خوابی را از بین می برد.
مالیدن روغن بادام برروی پوست التهاب را رفع کرده و سوختگی را درمان می‌کند.
ریشه درخت بادام برای درمان انواع دردها مفید است و برای پاک کردن طحال، کلیه و دفع کرم رود به کار می رود.
1-6- جمع بندی و جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیقبا توجه به گسترش رویشگاهی وسیع گونه بادام کوهی در کشور متاسفانه در ارتباط با بررسی رویشگاهی این گونه تحقیقات در داخل کشور اندک می‌باشد و بجز چند توده بادام کوهی در استان‌های کرمان و چهارمحال بختیاری در دیگر مناطق مطالعه جامعی صورت نگرفته است. در استان ایلام گونه درختچه‌ای بادام کوهی منطقه کلم شهرستان بدره به عنوان ذخیره‌گاه از سوی سازمان جنگل‌ها، مرتع و آبخیزداری کشور معرفی شده است که تاکنون هیچگونه مطالعه‌ای در مورد بررسی خصوصیات رویشگاهی آن صورت نگرفته است. به همین دلیل و به منظور شناخت و کسب اطلاعات و نیز به دلیل اینکه این گونه از گونه‌هایی با ارزش ژنتیکی و اقتصادی بالاست و رویشگاه آن در استان به عنوان ذخیرهگاه معرفی شده است، مطالعات در خصوص این گونه ضروری احساس شده و هدف این مطالعه نیز بررسی شرایط رویشگاهی گونه بادام کوهی ذخیرهگاه جنگلی کلم بدره می‌باشد.

فصل دوممروری بر ادبیات و پیشینه تحقیق1903095284480000
2-1- مرور منابع2-1-1- بررسی پژوهش‌های انجام شده در داخل کشورپیری (1391)، مطالعه شرایط رویشگاهی لرگ در دره لارت شهرستان بدره استان ایلام پرداخت عرصه تحت پوشش توده لرگ پس از ثبت موقعیت تمام پایه های لرگ در، آماربرداری صدرصد از مشخصه های کمی و کیفی انجام شد خاک منطقه دارای بافت رسی – لومی تا شنی – رسی – لومی با میانگین اسیدیته برابر 34/7 بوده است نتایج نشان داد که حداقل و حداکثر قطر پایه ها به ترتیب 7 و 91 سانتی متر بوده حداقل و حداکثر ارتفاع درختان بترتیب5/0 و20 متر می باشد میانگین ارتفاع درختان به روش لوری 34/14 متر محاسبه گردید تجدید حیات درختان به طور متوسط برابر 5/770 اصله در هکتار و جنگل ناهمسال و نامنظم می باشد.
قربانی (1391)، بررسی برخی از خصوصیات اکولوژی گونه مورد را در سه ذخیره گاه جنگلی تنوره آبدانان، زرآب زرین آباد، و روستای مورد از توابع بخش چوار در استان ایلام پرداخت نتایج نشان داد که محدوده ارتفاعی مورد بین 826 تا 1100 متر ارتفاع از سطح دریا بوده و بیشترین پارامتر ارتفاع و قطر به ترتیب 02/3، 88/3 مربوط به ذخیره گاه زرین آباد از نظر پارامتر شادابی و تعداد زادآوری ذخیرگاه چوار اختلاف معنی داری نسبت به دو ذخیرگاه دیگر می باشد . خاک رویشگاه چوار سیلتی – لومی و دو رویشگاه دیگر رسی – لومی بوده . نتایج همبستگی بین متغیرها نشان داد که در هر سه رویشگاه بین قطر تاج و ارتفاع پایه ها همبستگی مثبت وجود دارد . در رویشگاه چوار زاداوری درختان با میزان کربن آلی و پتاسیم خاک دارای همبستگی مثبت و دررویشگاه آبدانان بین ارتفاع پایه ها و میزان اسیدیته خاک همبستگی منفی بسیار قوی وجود دارد .
گودرزی و همکاران (1391)، در تحقیقی تأثیر فیزیوگرافی و برخی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک را بر روی پراکنش گونه بادامک در چهار منطقه از استان مرکزی مورد مطالعه قرار دادند. در این پژوهش پس از جنگل گردشی و بررسی مقدماتی منطقه و با توجه به متغیر‌هایی مانند جهت جغرافیایی، ارتفاع از سطح دریا و شیب اقدام به پیاده نمودن 61 قطعه با استفاده از دستگاه GPS در چهار منطقه جلایر ساوه، نیمور محلات، جفتان تفرش و سرآبادان تفرش گردید. نتایج به دست آمده از آزمون تجزیه واریانس یک طرفه نشان داد که بیش‌‌ترین ارتفاع از سطح دریا، شیب، آهک، هدایت الکتریکی و فسفر در منطقه نیمور محلات، بیش‌‌ترین مقدار درصد شن و سطح مقطع تاج در هکتار در مناطق جلایر ساوه و سرآبادان تفرش، بیش‌‌ترین تعداد درخت در هکتار در منطقه سرآبادان تفرش و کم ‌ترین ارتفاع از سطح دریا و سیلت در منطقه جلایر ساوه وجود دارد. همچنین تحلیل مولفه‌‌های اصلی بیانگر آن است که همه مشخصه‌‌های رویشی در جهت مثبت محور اول پراکنده شدهاند. منطقه جلایر ساوه بیش ‌ترین همبستگی مثبت را با محور اول و نیمور محلات با محور دوم نشان می‌دهد. در ربع اول و در مناطق سرآبادان و جلایر ساوه درصد شن و ازت کل و در ربع دوم و در منطقه نیمور محلات ارتفاع از سطح دریا، شیب و فسفر و در ربع چهارم و در منطقه جفتان تفرش کربن آلی از مهم ‌ترین عوامل تأثیرگذار بر پراکنش بادامک میباشند.
صیادی و همکاران (1391)، در مطالعه خود به بررسی اثر توپوگرافی و خصوصیات خاک بر خصوصیات کمی و کیفی بادام کوهی در ذخیرهگاه رحمت آباد شهرستان آبیک استان قزوین پرداختند. آماربرداری از پایه‌‌های بادام کوهی و ثبت مشخصات کمی و کیفی به صورت صد در صد انجام گرفت. مشخصه‌های مورد نظر از لحاظ جنگل‌شناسی شامل تعداد درختان، ارتفاع کامل، قطر متوسط تاج، قطر یقه (مجموع جست‌‌های تشکیل دهنده تنه) و مشخصه‌های کیفی شامل فرم تنه، وضعیت شادابی و سلامت تاج، سلامت تنه، انحنا و پیچیدگی تنه مورد سنجش قرار گرفت. برداشت نمونه‌های خاک از عمق 20-0 سانتیمتری به صورت انتخابی، در نقاطی که وضعیت پوشش گیاهی و توپوگرافی به طور واضحی تغییر می‌کرد با در نظر گرفتن قطعه نمونه‌‌هایی صورت گرفت. نتایج تحقیق نشان داد که بین تعداد پایه در هکتار بادام و ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت اختلاف معنیداری وجود دارد. همچنین در این تحقیق معلوم شد که از بین خصوصیات فیزیکی خاک تنها درصد سنگریزه و درصد تخلخل با برخی از خصوصیات کمی بادام کوهی همبستگی دارد.
میرآزادی و همکاران (1391)، تحقیقی را در ارتباط با بررسی وضعیت رویشگاه‌‌های طبیعی درختچه مورد در استان لرستان و چگونگی حفاظت از آنها انجام دادند. هدف از پژوهش آنها بررسی رویشگاه‌‌های درختچه مورد در استان لرستان و بررسی میزان تخریب این رویشگاه‌ها بود، به این منظور 31 رویشگاه عمده این درختچه در استان لرستان شناسایی گردید و پس از مراجعه به این مناطق ویژگی‌های رویشگاهی و خاکی آنها مورد اندازهگیری قرار گرفت، نتایج این تحقیق نشان داد که رویشگاه‌‌های مورد در استان لرستان به شدت تخریب یافته بوده و روند نزولی و قهقرایی طی میکنند، با توجه به نتایج به دست آمده این محققان آنچه بیش از هر عامل دیگری امروزه در زمینه حفظ منابع طبیعی به ویژه در سطح ملی می‌تواند تأثیرات مثبت داشته باشد، افزایش معرفت و آگاهی جامعه در زمینه منابع طبیعی و شناخت مسایل و مشکلات زیست محیطی است.
فیروزبخت و همکاران (1391)، مطالعه‌ای را تحت عنوان ارزیابی و تعیین شرایط رویشگاهی بنه atlantica Pistacia در جنگل‌‌های زاگرس مرکزی انجام دادند. در این تحقیق خصوصیات گیاه شناسی، اقلیمی، رویشگاهی، خاک شناسی، زمین شناسی، مورفولوژیک، فیزیولوژیک، جنگل‌شناسی و پوشش‌های همراه بنه در زاگرس مرکزی و ایران مورد بررسی و مطالعه قرارگرفت. همچنین اهمیت جنگل‌‌های بنه در اکوسیستم زاگرس مورد نقد قرارگرفته و یکسری پیشنهادها برای حفظ جنگل‌‌های بنه ارائه گردیده است.
توکلی نکو و همکاران (1390)، در بررسی رویشگاه‌‌های بادامک در استان قم دریافتند که تراکم درختچه‌‌های بادامک در دامنه‌ها بیش‌تر است. از نظر ارتفاع، قطر تاج، مساحت تاج پوشش و مساحت تاج پوشش در واحد سطح، درختچه‌های موجود در درهها وضعیت بهتری داشتند و مقادیر آن برای دامنه بیش‌تر از یال‌ها بود. از نظر رشد سالانه درختچه‌ها، با اندازه‌گیری فاصله میان گره‌ها و محاسبه رشد طولی شاخه در سال جاری، بیش‌‌ترین مقادیر در دره‌ها و پس از آن در دامنه‌ها و یال‌ها مشاهده شد. همچنین جهت جغرافیایی نقش مهمی در پراکنش بادامک نشان داد، به طوری که بیش‌‌ترین تراکم درختچه‌ها در شیب‌‌های جنوبی و شرقی و کم‌ترین مقدار آن در شیب‌‌های شمالی و غربی مشاهده گردید. همچنین از دیگر عوامل موثر بر پراکنش بادامک شرایط خاک و به ویژه بافت خاک بود که در مواردی که خاک با بافت متوسط تا سبک همراه با سنگریزه وجود داشت، تراکم درختچه‌‌های بادامک بیش‌‌ترین مقدار بود.
رجبی نوفاب (1390)، در پایاننامه کارشناسی ارشد خود به برآورد ترسیب کربن در دو گیاه بادام کوهی و مو و بررسی امکان واسنجی مدل‌های ترسیب کربن (مطالعه موردی ایستگاه حسین آباد استان فارس) پرداخت و نتایج وی نشان داد که مقدار کربن آلی ترسیب شده در خاک تحت درختچه‌های بادامکوهی و مو به ترتیب 1/354 و 4/227 تن در هکتار است. هدایت الکتریکی از مهم‌ترین عوامل خاکی تأثیرگذار بر میزان کربن آلی خاک در درختچه بادام است در حالی که در گونه مو اسیدیته از جمله فاکتور‌های مهم تأثیرگذار بر میزان ترسیب کربن است. همچنین بیان کردند که با توجه به نتایج این تحقیق، ضروری به نظر میرسد اقدامات لازم در جهت افزایش پتانسیل ترسیب کربن در عرصه‌های مختلف کشور انجام گیرد تا قدمی در راستای کاهش غلظت کربن در جو به منظور کاهش تغییر اقلیم برداشته شود.
روانبخش و همکاران (1389)، در مطالعه خود تحت عنوان بررسی کمی و کیفی ذخیرهگاه جنگلی ارس- شیرخشت اوشان در البرز مرکزی، نشان دادند که این توده دو تیپ جنگلی اصلی شیرخشت- ارس و شیر خشت – راناس دارد. گونه‌های این توده در اشکوب درختی شامل ارس، بنه، پلاخور و تا بوده و در اشکوب درختچه‌ای، شیرخشت، راناس، تنگرس، نسترن و زرشک دیده میشوند. توده دارای ساختار ناهمسال نامنظم بوده است. همچنین تجدید حیات توده در بخش انبوه 7 برابر بیش از بخش تنک است. شادابی و سلامت توده با رتبه دهی به 7 گونه اصلی، مورد بررسی قرار گرفت.
الوانینژاد (1387)، در مطالعه خود جهت بررسی عوامل مؤثر بر پراکنش گونه بادام کوهی در دو منطقه مختلف استان فارس دریافت که عامل جهت جغرافیایی نقش مهمی در پراکنش گونه بادام کوهی ایفا میکند به طوریکه این گونه بیش‌تر در جهت‌های جنوبی، شرقی و جنوب شرقی که آفتابگیر هستند ظاهر میشود. در منطقه دشت موک بیش‌‌ترین پراکنش مربوط به ارتفاع 2150-1900 متر و در منطقه دربک 1870-1600 می‌باشد. همچنین ایشان بیان کردند که از لحاظ آب و هوایی رویشگاه‌‌های بادام اغلب در مناطق نیمه خشک، مدیترانه ای گرم و خشک حتی مناطق مرطوب و خشک میتوانند مشاهده شوند.
سالاریان و همکاران (1387)، در بررسی نیاز رویشگاهی گونه بادامک در جنگل‌‌های زاگرس (استان چهارمحال و بختیاری) به این نتیجه رسیدند که جهت جغرافیایی عامل بسیار مهمی در پراکنش بادامک می‌باشد، به طوری که میانگین ارتفاع، تعداد جست، قطر یقه، قطر تاج و درصد تاج پوشش این گونه در جهت جنوبی بیش‌تر از جهت شمالی بوده است. همچنین طبقه ارتفاعی 1800 تا 1900 متر از سطح دریا بهترینمحدوده رویشی برای گونه بادامک در منطقه مورد مطالعه در استان چهارمحال و بختیاری است.
سهرابی و همکاران (1387) مطالعه‌ای تحت عنوان بررسی خصوصیات رویشگاهی و جنگل‌شناسی توده لرگ در استان لرستان انجام دادند. در بررسی به‌عمل آمده مشخص شد که شرایط اقلیمی رویشگاه لرگ در شول‌آباد نیمه‌مرطوب سرد و محل استقرار این توده تراس کوچک رودخانه‌ای با بافت خاک لومی رسی می‌باشد که به مرور زمان در اثر ته‌نشینی رسوبات آن به ‌وجود آمده است. درختان در حاشیه رودخانه دائمی مستقر شده‌اند و سنگ بستر آن دارای سازند آهکی است. حداقل و حداکثر قطر درختان لرگ به ‌ترتیب 2 و 128 سانتی‌متر، میانگین رویش قطری سالانه‌ درختان این توده برابر با 8/3 میلی‌متر و موجودی سرپا در توده مورد مطالعه برابر 5/389 سیلو در هکتار تعیین شد. حداکثر و حداقل ارتفاع درختان لرگ در رویشگاه به ترتیب 28 و 3/2 متر برآورد شد.
مهدی‌فر و ثاقب طالبی (1385)، مطالعه‌ای با عنوان بررسی مشخصات کمی کیفی و خصوصیات رویشگاهی دارمازو به منظور شناخت خصوصیات رویشگاهی گونه دارمازو انجام دادند. نتایج حاصل نشان می‌دهد که مساحت رویشگاه این گونه در منطقه 5751 هکتار بوده. پراکنش آن از ارتفاع 1200 تا 2400 متر از سطح دریا می‌باشد که در محدوده ارتفاعی 1200 تا 2000 متر از سطح دریا منطقه مورد مطالعه تشکیل تیپ داده و از 2000 تا 2400 متر به صورت پراکنده در منطقه حضور دارد. بافت خاک رویشگاه مورد مطالعه متوسط (لومی)، نسبتاً سنگین (لومی رسی) تا سنگین (رسی) می‌باشد و اسیدیته آنها از 4/7 تا 8 متغیر است که نشان دهنده‌ی آهکی بودن این خاک‌هامی‌باشد. ماده آلی در خاک نسبتاً خوب است. در مجموع جهت‌های شمالی و فرم‌های دره و دامنه در محدوده ارتفاعی 1200 تا 1600 متر بالاتر از سطح دریا رویشگاه‌‌های مناسبی از نظر خصوصیات کمی و کیفی درختان دارمازو هستند. از نظر خصوصیات کیفی نیز مشخص شد که بهترینوضعیت شاخه دهی (درختان بدون شاخه) در فرم دامنه (6/74 %) و در طبقه ارتفاعی 1200تا 1600 متر (7/73 %) قرار دارند.
رحمانی و همکاران (1382)، اثر تنش شوری بر رشد دو گونه وحشی و دو ژنوتیپ از گونه اهلی بادام را مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که طول و قطر نهال‌ها، وزن خشک برگ، ساقه و ریشه با افزایش شوری کاهش پیدا نمود. اثر شوری با سوختگی حاشیه برگ آغاز شده، بعد به داخل برگ توسعه یافته و در نهایت خشکی برگ و ریزش آنها را به دنبال داشت. غلظت بیش از 1200 میلیگرم در لیتر نمک در ابتدای رشد، سبب آسیب جدی و کاهش شدید رشد شده و در نهایت خشکی تمام ژنوتیپها را به دنبال داشت. در غلظت پایین نمک، بادام‌های اهلی رشد بیش‌تری نسبت به ژنوتیپ‌های وحشی داشته، ولی در غلظت 1200 میلیگرم در لیتر نمک، بادام لیسیوئیدس نسبت به ژنوتیپ‌های اهلی بادام رشد بیش‌تری نشان داد.
ایران نژاد پاریزی (1374)، در بررسی اکولوژیکی جوامع گیاهی گونه‌‌های طبیعی بادام در استان کرمان، مشخص کرد که گونه بادام کوهی بیش‌‌ترین پراکنش را در استان کرمان داشته است. این گونه در اغلب مناطق کوهستانی و تپه ماهوری این استان، با درجات انبوهی و فرم حیاتی مختلف دیده میشود.
2-1-2- بررسی پژوهش‌های انجام شده در خارج از کشوررئوستا و دیگران (2013) در برآورد میزان ترسیب کربن گونه بادامک (Amygdalus scoparia) به این نتیجه رسیدند که ارزش اقتصادی ترسیب کربن این گونه در هر هکتار 871/12 دلار امریکا می‌باشد و با توجه به ارزش اقتصادی این گونه از لحاظ حفاظت آب و خاک آن را برای پروژه‌های جنگل‌کاری در مناطق خشک و نیمه خشک پیشنهاد کردند.
دوگان و دیگران (2011) طی تحقیقی به مطالعه‌ تعیین بعضی از خصوصیات اکولوژیکی و اهمیت اقتصادی گونه پنج انگشت با نام علمی Vitex agnus-castus که یک گونه مدیترانه‌ای است و از گونه‌های همراه درختچه مورد می‌باشد، پرداختند. نتایج آنها نشان داد که این گونه در منطقه مورد مطالعه (ترکیه) در خاک‌های با بافت لومی و کمی قلیایی رشد میکند و مناطق با درصد کربنات کلسیم پائین، میزان مواد آلی بالا و خاک‌های غنی از نیتروژن و فسفات را ترجیح میدهد.
آرخی و دیگران (2010) در مطالعه خود گزارش کردند که ارتفاع از سطح دریا بر پراکنش گونه Amygdalus orientalis تأثیر گذار است.
گورتاپه و دیگران (2006) گسترشگاه و مناطق اکولوژیک 11 گونه بادام را مورد مطالعه قرار دادند و نشان دادند که جنس بادام در مناطق بین 7/39 و 36 درجه عرض جغرافیایی و بیش‌تر در دامنه‌های ارتفاعی 1100 تا 2300 متر از سطح دریا با خاک با بافت سبک و متوسط رشد میکند و بر اثر بهرهبرداری غیر اصولی، این جنس در معرض خطر قرار گرفته است.
خِرسات و دیگران (2006) بیان کردند که مقدار شوری بر مشخصه‌های کمی و کیفی بادامک تأثیر منفی داشته است که احتمالاً افزایش آن موجب افزایش خشکی محیط، افزایش فشار اسمزی محلول خاک، سمیت یونها، عدم امکان جذب آب از سوی ریشه‌ی گیاه و اختلال در جذب برخی از عناصر غذایی می‌شود.
بادانو و دیگران (2005) در تحقیق خود در ارتباط با بررسی تأثیر جهت دامنه بر روی الگوی پراکنش گونه بادام، نتیجه گرفتند که عوامل رویشی این گونه در جهت جنوبی وضعیت مناسب‌تری نسبت به جهت شمالی دارد.
فلامینی و دیگران (2004) طی مطالعه‌ای بیان کردند که رشد و عملکرد درختچه‌های مورد در اکوسیستمها تحت تأثیر عوامل مختلفی نظیر نوع گونه، اقلیم منطقه، نوع خاک، ارتفاع از سطح دریا و موقعیت جغرافیایی می‌باشد. ویژگی‌های مختلف خاک بر چگونگی رشد و نمو و نیز بر میزان مواد مؤثره این گونه تأثیر دارند. هر یک از این عوامل میتوانند تأثیر به سزایی بر کمیت و کیفیت محصول گیاهان داشته باشند.
اسمیت (1996) در پژوهش خود بیان میکند هر رویشگاهی که تنوع زیستی بیش‌تری داشته باشد، پایداری اکولوژیکی و حاصلخیزی بیش‌تری را خواهد داشت و یک اکوسیستم پایدار و پویا خواهد بود. و از بین مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر تنوع یک رویشگاه می‌توان به عوامل مختلف خاکی و فیزیوگرافی اشاره کرد.
بروایس و زوهاری (1995) در تحقیقی بر روی 26 گونه مختلف بادام، ارتفاع از سطح دریا را به عنوان عامل محدودکننده پراکنش گونه‌های بادام معرفی کردند.
دنیسوف (1982) در بررسی پراکنش و تغییر پذیری بادام‌های وحشی در کشور آذربایجان بیان کرد که ارتفاع از سطح دریا به عنوان عامل محدود کننده در پراکنش این گونهها میتواند مد نظر قرار گیرد و دو فرم بوته‌ای در دامنه زانگ زوار در آذربایجان گزارش شده است که برای برنامه‌های اصلاح نژاد میتوان از آنها استفاده کرد.
آلبرجینا (1978) در مطالعه‌ای که در قسمت جنوب غربی سیسیل ایتالیا بر روی گونه بادام Amygdalus Webbii داشت، بیان میکند که این گونه بر روی انواع خاک‌های آهکی تا آتشفشانی رشد نموده و از نظر ارتفاعی در ارتفاع 900 متر از سطح دریا پراکنش دارد.

فصل سوممواد و روش‌ها1865630194246500
3-1- مواد و روش‌ها3-1-1- مواد3-1-1-1- رویشگاه زاگرسرویشگاه زاگرس بخش وسیعی از رشته کوه زاگرس را شامل می‌شود که از شمال‌غربی کشور یعنی شهرستان پیرانشهر در آذربایجان غربی شروع و تا حوالی شهرستان فیروزآباد در فارس امتداد می‌یابد و محدوده ای به طول 1300 و عرض متوسط 200 کیلومتر را می‌پوشاند. جنگل‌‌های زاگرس که تحت عنوان جنگل‌‌های نیمه خشک طبقه‌بندی شدند، با وسعت 5 میلیون هکتار، 40% کل جنگل‌‌های ایران را به خود اختصاص داده‌اند. این منطقه بیش‌‌ترین تأثیر را در تامین آب، حفظ خاک، تعدیل آب و هوا و تعدیل اقتصادی و اجتماعی در کل کشور دارد. از مهم‌‌ترین گونه‌‌های درختی و درختچه‌ای حوزه زاگرس می‌توان به گونه‌‌هایی از قبیل بلوط ایرانی، مازودار، ویول، کیکم، بنه، کلخونک، بادامک، داغداغان، دافنه، ارس و گلابی اشاره نمود.
3-1-1-2- زیست بوم استان ایلاماستان ایلام با حوضه جغرافیایی و سیاسی به ابعاد 20150 کیلومتر مربع، حدود 2/1 درصد از مساحت کشور را تشکیل داده است (شکل 3-1). این استان در غرب رشته کوه‌‌های زاگرس بین 4540 تا 4803 طول شرقی و 3203 تا 3402 عرض شمالی قرار گرفته است. شهر ایلام (مرکز استان) در قسمت شمالی استان و در فاصله 745 کیلومتری جنوب غربی تهران واقع شده است. این استان از جنوب به استان خوزستان و کشور عراق، از شرق با استان لرستان، از شمال و شمال غرب با استان کرمانشاه همسایه بوده و از سمت غرب دارای 425 کیلومتر مرز مشترک با کشور عراق است. حدود طبیعی این استان 220 کیلومتر طول و حدود 100 کیلومتر عرض دارد و از شمال به کوه قلاجه تا رود سیمره در شرق و از جنوب به رودخانه دویرج و از غرب به کشور عراق توسط سلسه جبال حمرین محدود شده است (سازمان جغرافیایی نیرو‌های مسلح 1386).
3-1-1-3- منطقه مورد مطالعهمنطقه مورد مطالعه بنام ذخیرهگاه بادام کلم در شهرستان بدره و در استان ایلام واقع شده و در تقسیم بندی کلی هیدرولوژی استان جزء حوزه آبریز سیمره می‌باشد. عرصه طرح ذخیره‌گاه بادام کلم به مساحت 64/63 هکتار در استان ایلام، شهرستان دره شهر، بخش بدره، دهستان دوستان و در غرب روستای کلم قرار گرفته و در محدوده جغرافیایی 33 درجه، 22 دقیقه و 41 ثانیه تا 33 درجه، 23دقیقه و 33 ثانیه عرض شمالی و 46 درجه، 53 دقیقه و4 ثانیه تا 46درجه، 55 دقیقه و 11ثانیه شرقی در استان ایلام واقع شده است (شکل 3-1). نوع گونه‌‌های جنگلی همراه در این رویشگاه شامل بادامک، زالزالک، بنه، بلوط ایرانی و انواع گونه‌‌های علفی یکساله و چند ساله شامل: انواع گون، جو دوسر – گلرنگ زرد- گوش بره – مریم نخودی-چچم – هندوانه ابوجهل و ... می‌باشد.
گونه اصلی و حفاظتی در این ذخیره‌گاه بادام کوهی (Amygdalus arabica) می‌باشد که دارای وضعیت ساختاری نسبتاٌ ناهمسال می‌باشد و زادآوری در این گونه به خوبی مشاهده میشود. حداقل و حداکثر ارتفاع از سطح دریا به ترتیب 900 و 1200 متر می‌باشد. در حاشیه ذخیره‌گاه دو روستای کلم بالا و پایین وجود دارد که سامان عرفی دامداران این دو روستا می‌باشد. با توجه به مشکلات اجتماعی و تقسیمات عرفی برخی تخلفات و تجاوز به عرصه در سال‌های ابتدایی وجود داشت که به مرور مرتفع گردید.

شکل 3-1- موقعیت منطقه مورد مطالعه در کشور، استان و شهرستان
3-1-1-4- اقلیمایستگاه هواشناسی ایلام طی دوره‌ی آماری (1392-1370) که متوسط بارندگی سالیانه در این منطقه 6/667 میلی‌متر بوده که از این میزان 1/20 درصد در فصل بهار، 1/0 درصد در فصل تابستان، 9/31 درصد در فصل پاییز و 9/47 درصد در فصل زمستان می‌باشد. بارندگی‌ها عمدتاً در فصل زمستان و بعد از آن در فصل پاییز و سپس بهار ‌تداوم دارند تابستان فصل خشک منطقه می‌باشد و از خرداد تا اواسط آبان‌ماه اوقات خشک سال هستند. بعلت ورود سامانه‌‌های بارش‌زا و ویژگی فصل بهار‌، عمدتاً بارش‌ها در این فصل رگباری بوده و به دلیل عدم پوشش‌گیاهی مناسب اکثراً سیلابی هستند‌. حداکثر مطلق دما که تا کنون در این ایستگاه به ثبت رسیده است 4/41 درجه سانتی‌گراد بوده است. میانگین دمای سالانه در ایستگاه فوق الذکر 8/16 درجه سانتیگراد می‌باشد. حداقل مطلق دمای ثبت شده در طول دوره آماری 6/13- درجه سانتی‌گراد بوده است. پایین‌‌ترین دما‌های ثبت شده در این ایستگاه مربوط به بهمن ماه می‌باشد یعنی بهمن ماه سرد‌ترین ماه سال است. اما گرم‌‌ترین ماه سال مرداد ماه بوده که حداکثر مطلق دما‌های ثبت شده مربوط به اواخر تیر ماه و مرداد ماه می‌باشد. این ایستگاه دارای 11روز یخبندان می‌باشد. روز یخبندان از نظر هواشناسی به روزی اطلاق می‌شود که حداقل دما صفر و کمتر از آن است. براین اساس در دوره آماری دما‌های صفر و زیر صفر استخراج و پس از بررسی ‌نهایی مشخص گردید، ایستگاه فوق‌الذکر به طور متوسط دارای 35 روز یخبندان است‌. یکی دیگر از پارامتر‌های اقلیمی میزان ساعات آفتابی در سال است. که میانگین آن در سال 2857 ساعت می‌باشد ابرناکی آسمان از دیگر پارامتر‌های اقلیمی است که مشخص کننده دمای زمین و انرژی رسیده به زمین می‌باشد و رابطه مستقیمی با میزان بارندگی دارد‌. به طور متوسط ایستگاه دارای 42 روز در سال ابرناکی است. از دیگر پارامتر‌های مورد بررسی رطوبت هوا است. رطوبت نسبی تأثیر بسزایی در اقلیم، پوشش گیاهی و غیره دارد‌. متوسط رطوبت در این ایستگاه 40 درصد بوده که متوسط حداکثر 55 و متوسط حداقل 25 درصد است. بیش‌‌ترین میزان رطوبت نسبی ماهانه در بهمن ماه با 62 درصد و کم‌ترین میزان رطوبت نسبی در مرداد ماه 19 درصد است. تبخیر از مهم‌ترین پارامتر‌های اقلیمی مخصوصاًدر مناطق خشک است. میزان متوسط تبخیر سالانه 2/1892 میلی متر است. بیش‌‌ترین مقدار تبخیر در تیرماه به میزان 5/367 میلی متر و کم‌ترین میزان 0 میلی متر در زمستان است. باد غالب در منطقه غربی و باد نایب غالب جنوب‌شرقی است. بررسی گلباد سالانه نشان می‌دهد که وزش‌‌های باد، بالای 2 متر بر ثانیه هستند. حداکثر بادی که تاکنون در منطقه به ثبت رسیده است 25 متر بر ثانیه بوده که از جنوب‌غرب به سمت شمال شرق وزش داشته است. جدول فراوانی باد سالانه نشان می‌دهد که بیش‌‌ترین بادها، بین 2 تا 4 متر بر ثانیه سرعت داشته است‌. در گلباد فروردین ماه مشاهده می‌شود که در این ماه باد غالب جنوبی و نایب غالب غربی است. در اردیبهشت ماه نیز باد غالب غربی و باد نایب غالب جنوب‌شرق است‌. در خردادماه‌ تا مهر‌ماه غالب غربی و نایب غالب شمال‌غربی است. اما در آبانماه باد غالب غربی و نایب غالب جنوب‌شرقی است. در آذرماه تا اسفند ماه باد غالب جنوب‌شرقی و باد نایب غالب شرقی است‌. محاسبه فرمول‌‌های مربوط به تعیین اقلیم نشان می‌دهد در روش آمبرژه نوع اقلیم مرطوب معتدل و در روش دومارتن نوع اقلیم نیمه مرطوب است. در روش گوسن (آمبروترمیک) فصل خشک منطقه از اواسط اردیبهشت ماه آغاز و تا اواسط مهر‌ماه ادامه دارد (شکل 3-2). یعنی تقریباً 5 ماه از سال منحنی درجه حرارت در بالای منحنی بارندگی قرار دارد و فقط 5 ماه از سال فصل مرطوب منطقه محسوب می‌شود.
شکل 3-2- آمبروترمیک حوزه کلم (ایستگاه هواشناسی ایلام طی دوره‌ی آماری 1392-1370)3-1-1-5- زمین‌شناسیذخیرهگاه کلم شهرستان بدره در زون ساختاری زاگرس چین خورده قرار می‌گیرد. عمده سنگ‌‌های منطقه را، واحدهای آهکی و شیلی مربوط به مزوزوییک و سنوزوییک تشکیل داده‌اند. سازند گچساران با لیتولوژی انیدریت و مارن و میان لایه آهکی بیش‌ترین وسعت را در منطقه دارد. سایر واحدهای سنگی موجود در حوزه عبارتند از سازند آهکی سروک سازند ایلام با لیتولوژی سنگ آهک و میان لایه شیل، سازند پابده با تناوب شیل و آهک و مارن، سازند شیلی گورپی، سازند آسماری، بخش آهکی امام حسن و سازند انیدریتی گچساران. از نظر ساختاری مهم‌ترین ساختار موجود در حوزه چین‌ها هستند (مطالعات تفصیلی- اجرایی حوزه آبخیز کلم دره‌شهر، 1390). در حوزه کلم با توجه به لیتولوژی واحدهای سنگی، پوشش گیاهی خوب و شرایط آب و هوایی، هوازدگی فیزیکی، زیستی و شیمیایی قابل مشاهده است. همچنین با استناد بر آمار و اطلاعات هواشناسی، تعیین اقلیم ذخیرهگاه بادام منطقه نشان داد که در روش آمبرژه نوع اقلیم مرطوب معتدل و در روش دومارتن نوع اقلیم نیمه مرطوب است. این گونه اغلب در اقلیمهای نیمهمرطوب با زمستانهای نسبتاً سرد مستقر میشود. سالاریان و همکاران (1387) نیز اذغان نمودند که گونه بادام کوهی اغلب در اقلیم‌های نیمهمرطوب مستقر میشوند.
3-2- روش انجام تحقیقاین مطالعه از نوع مطالعات تحلیلی بوده و برای جمعآوری اطلاعات از سه روش کتابخانه‌ای، میدانی و آزمایشگاهی استفاده شده است. در این تحقیق ابتدا برای تعیین مبانی نظری و پیشینه‌ی تحقیق از شیوه کتابخانه‌ای اقدام گردیده و پس از مطالعه کتابخانه‌ای و جستجوی الکترونیکی و به موازات مطالعات مستمر نظری بخشی از اطلاعات مورد نیاز نیز با استفاده از فرم‌‌های آماربرداری در منطقه تهیه و جمع آوری گردید.
ابتدا در منطقه، محدوده ذخیرهگاه بادامک، شناسایی و پلیگون آن به‌صورت رقومی (به ‌وسیله دستگاه GPS در سیستم مختصات UTM با بیضوی WGS84) بسته شد. در داخل محدوده‌‌های مشخص شده شبکه آماربرداری به ابعاد 200×200 متر به‌ صورت منظم- تصادفی (سیستماتیک) طراحی و برای اندازه‌گیری درختچهها و آماربرداری از قطعات نمونه دایره‌ای شکل با مساحتی که به روش حداقل سطح به دست آمده و با توجه به تراکم درختچه‌‌های بادامک حداقل 10 تا 15 پایه در هر قطعه نمونه قرار گیرد، استفاده گردید.
در این قطعات نمونه مشخصه‌های کمی و کیفی همچون تعداد درختچه، ارتفاع و دو قطر عمود بر هم تاج درختچهها، تعداد جست، درجه شادابی درختچهها، میزان ابتلا به آفت و بیماری آنها و زادآوری اندازهگیری گردید. همچنین در هر قطعه نمونه با توجه به طول و عرض جغرافیایی، وضعیت فیزیوگرافی و توپوگرافی (ارتفاع منطقه و میزان و جهت شیب دامنه نیز ثبت میشود) نیز ثبت گردید.
ابزار‌های اندازهگیری مشخصات کمی و کیفی درختچه‌های بادامک شامل موارد ذیل است: دستگاه GPS برای تعیین مرکز قطعه نمونه و یافتن موقعیت، شاخص (ژالن) درجهبندی شده یا دستگاه سونتو برای اندازه گیری گردید. ارتفاع درختچهها، متر نواری برای اندازه گیری قطر تاج درختان و ارتفاع تاج.
3-2-1- تهیه نقشه‌های عوامل فیزیوگرافیپس از مشخص شدن محدوده رویشگاه بر روی نقشه توپوگرافی 1:25000، بمنظور کنترل و نحوه قرار گیری قطعات نمونه در ارتباط با مشخصه‌‌های فیزیوگرافی، توسط نرم افزار Arc GIS 10 نقشه منطقه رقومی شده و از ابزار Topo to Raster برای تهیه نقشه‌های DEM و پس از آن نقشه‌‌های ارتفاع از سطح دریا، شیب و جهت دامنه استفاده شد. سه طبقه ارتفاع از سطح دریا ( 900-1000، 1000 تا 1100 و 1100 تا 1200 متر)، پنج طبقه شیب (0-20، 20-40، 40-60، 60-80 و بیش‌تر از 80 درصد) و پنج جهت جغرافیای (شمال، جنوب، شرق، غرب و بدون جهت) در محدوده مورد مطالعه مشخص شد.
3-2-2- نمونهبردای خاکبرای بررسی وضعیت خاک رویشگاه مورد مطالعه، برخی مشخصه‌‌های فیزیکی و شیمیایی خاک از قبیل بافت خاک، ماده آلی، کربن آلی، اسیدیته (pH)، نیتروژن کل، وزن مخصوص ظاهری و هدایت الکتریکی (Ec) در مرکز هر قطعه نمونه مورد اندازهگیری و مطالعه قرار گرفت. برای این منظور در مرکز هر قطعه نمونه با حفر پروفیل خاک تا عمق ممکنه که با توجه به صخر‌های بودن منطقه کمتر از 20 سانتیمتر بود، نمونه‌های خاک برداشت شد (شکل 3-3). نمونه‌های خاک پس از طی مراحل اولیه آماده سازی برای انجام مطالعات خاکشناسی به آزمایشگاه منتقل شدند.
شکل 3-3- نمایی از نمونهبرداری خاک در رویشگاه مورد مطالعه3-2-2-1- آزمایشات خاکدر محیط آزمایشگاه نمونهها در هوای آزاد خشک گردید و بعد از خرد نمودن کلوخهها، جدا کردن ریشه‌ها، سنگ و سایر ناخالصیها، از الک 2 میلی‌متری عبور داده شدند (هرناندز و همکاران 2004).
بافت خاک با استفاده از روش دانسیمتری بایکاس (زرین کفش 1371) و وزن مخصوص ظاهری به روش کلوخه بر حسب گرم بر سانتیمتر مکعب مطالعه شد (بلیک و‌ هارتج 1986). ماده آلی و کربن آلی با استفاده از روش سرد بر مبنای اکسیداسیون کربن آلی به کمک بیکرمات پتاسیم (K2Cr2O) در محیط کاملاً اسیدی H2SO4)) اندازگیری گردید (آلیسون 1975).
خصوصیات اندازه‌گیری شده خاک در این مطالعه شامل PH خاک، EC خاک، وزن مخصوص ظاهری، مقدار ماده آلی و نیتروژن بود. در این مطالعه از روش مبتنی بر برآورد درصد کربن آلی خاک استفاده شد. کربن آلی به طور متوسط 58% ماده آلی را تشکیل میدهد و درصد ماده آلی را می‌توان با ضرب کردن کربن آلی در عامل وان-بنون لن یا 724/1 به دست آورد.
3-2-3- جامعه آماری، روش نمونه‏گیری و حجم نمونهجامعه آماری مورد مطالعه در این تحقیق ذخیرهگاه گونه بادام کوهی واقع در منطقه کلم شهرستان بدره می‌باشد که آماربرداری از درختچه‌های بادام کوهی به صورت نمونه‌ای بوده و حجم نمونه بستگی به تعداد قطعات نمونه و تعداد درختان قرار گرفته در هر قطعه نمونه دارد.
3-2-4- متغیر‌های مورد بررسی
در این مطالعه اطلاعات کمی و کیفی درختچه‌های بادام کوهی شامل قطر تاج، ارتفاع، تعداد درختچه، تعداد جست گروه و مشخصه کیفی شامل شادابی در رویشگاه کلم بدره برداشت شد. برای تعیین شادابی چهار طبقه سرسبزی تاج درختچه‌ها در نظر گرفته شد (پاور و دیگران 1995) که شامل درجه 1: بیش از 75، درجه 2: بین 50 تا 75، درجه 3: بین 25 تا 50 و درجه 4: کمتر از 25 درصد تاج سرسبز بودند.
سطح تاج با اندازه‌گیری سطح سایه انداز تاج درختان (منظور سطحی است که تصویر تاج درختان به هنگامی که نور خورشید عمود میتابد بر روی سطح زمین ایجاد می‌کند که با اندازه گیری قطر بزرگ و کوچک تاج درخت تعیین میگردد).
برای برداشت متغیر‌های مورد بررسی از ابزار و لوازم فنی کار مانند متر نواری، GPS و اسپری رنگی جهت نشانهگذاری استفاده شد. همچنین در این ذخیرهگاه در مراکز قطعه نمونهها، نمونه‌های خاک از عمق 0 تا 20 سانتیمتری جهت آزمایش‌های فیزیک و شیمی خاک برداشت شد.
3-2-5- روش‌ها و ابزار تجزیه و تحلیل داده‏هابه منظور تجزیه تحلیل دادهها ابتدا پس از تعیین نرمال بودن دادهها به وسیله آزمون کای اسکور و همگن بودن دادهها بوسیله آزمون لون برای مشخصه‌های کمی مانند قطر تاج، از آزمون تجزیه واریانس و برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون دانکن استفاده شد. برای داده‌های کیفی مانند شادابی که به صورت رتبه‌ای بودند از آزمون‌های ناپارامتری، برای مقایسه‌‌های کلی از آزمون کروسکال -والیس و برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون من ویتنی استفاده گردید. برای تجزیه و تحلیل دادهها از نرم افزار‌های آماری همچون Excel و SPSS استفاده شد.

فصل چهارمنتایج1739265290957000
4-1- نتایج4-1-1- تهیه نقشه عوامل فیزیوگرافیبرای بررسی تأثیر عوامل فیزیوگرافی بر مشخصات کمی و کیفی درختچه‌‌های بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه، نقشه‌‌های مشخصه‌‌های شیب، جهت و ارتفاع از سطح دریا در محیط GIS تهیه شد.
برای تهیه نقشه‌های فیزیوگرافی ابتدا مدل رقومی ارتفاع با استفاده از خطوط توپوگرافی با منحنی میزان‌‌ 20 متری تهیه گردید (4-1) و سپس نقشه‌های شیب، جهت دامنه و ارتفاع از سطح دریا تهیه و کلاسهبندی شدند. اشکال 4-2، 4-3 و 4-4 نقشه‌های فیزیوگرافی مورد استفاده در این تحقیق را نشان می‌دهند.

شکل 4-1- نقشه مدل رقومی ارتفاعی (DEM) منطقه مورد مطالعهشکل 4-2- نقشه طبقات ارتفاع از سطح دریا در منطقه مورد مطالعه

شکل 4-3- نقشه کلاسه‌های شیب در منطقه مورد مطالعه
شکل 4-4- نقشه جهات جغرافیایی در منطقه مورد مطالعه4-2- تهیه نقشه شبکه آماربرداریهمان طور که در فصل مواد و روش‌ها توضیح داده شد پس از تهیه نقشه محدوده مورد مطالعه و بازدید میدانی از منطقه مورد مطالعه و با توجه به تراکم مناسب گونه بادام کوهی در سطح منطقه تصمیم به طراحی شبکه آماربرداری 200 * 200 گرفته شد و برای طراحی و پیاده کردن پلات‌ها در روی نقشه از نرم افزار GIS 10 و اکستنشن ET Geo Wizards استفاده شد. پس از طراحی شبکه و پیاده کردن آن بر روی نقشه محدوده مورد مطالعه مشخص شد که تعداد 19 پلات دایره‌ای در منطقه قرار گرفته است (شکل 4-5 و 4-6). برای انجام مراحل بعدی کار مختصات جغرافیایی (UTM) این نقاط و محدوده وارد دستگاه GPS شد.

شکل 4-5- شبکه آماربرداری 200×200 متر و نحوه قرارگیری پلاتها
شکل 4-6- جانمایی قطعات نمونه آماربرداری بر روی تصاویر ماهوار‌ه‌ای Google Earth4-3- پوشش گیاهیپس از آن لیست فلورستیک گیاهان منطقه مطالعاتی بر حسب خانواده، جنس، گونه، شکل رویشی و دیرزیستی تهیه گردید. در ذخیره‌گاه بادام کلم شهرستان بدره گونه غالب، درختچه بادام کوهی می‌باشد. لیست فلورستیک گیاهان شناسایی شده در کل سطح ذخیره‌گاه در جدول (4-1) ارائه شده است.
جدول 4-1- لیست فلورستیک گونه‌های گیاهی منطقه مطالعاتیردیف نام فارسی نام علمی خانواده شکل رویشی دیرزیستی موارد استفاده
1 ون Pistacia Atlantica Anacardiaceae درخت چندساله حفاظت خاک- صنعتی
2 گل گاوزبان Anchusa Italica Boraginaceae فورب چند‌ساله دارویی‌- مرتعی
3 آفتاب پرست Heliotropium Dolosum Boraginaceae فورب یکساله مرتعی
4 زنگوله ای Onosma Asperrimum Boraginaceae فورب چند ساله مرتعی
5 گچ دوست Gypsophila Pilosa Caryophyllaceae فورب چند ساله مرتعی
6 خارکو Noaea Mucronata Chenopodiaceae فورب چند ساله مرتعی
7 دانه گنجشکی Helianthemum Salicifolium Cistaceae فورب یکساله مرتعی
8 بابونه Anthemis SP Compositae فورب یکساله مرتعی
9 همیشه بهار Calendula Persica Compositae فورب یکساله مرتعی
10 گلرنگ وحشی Carthomus Oxycantha Compositae فورب یکساله مرتعی
11 گل گندم Centurea Bruguieriana Compositae فورب یکساله مرتعی
12 ریش گوشی Crepis Kotschyana Compositae فورب یکساله مرتعی
13 شکر تیغال Echinops Ritroides Compositae فورب یکساله مرتعی
14 کنگر Gundelia Tournefortii Compositae فورب چند ساله مرتعی
15 ماهوی وحشی Lactca Orientalis Compositae فورب چند ساله مرتعی
16 پیچک Convolvulus Chondrilloides Convolvulaceae فورب چندساله مرتعی
17 کیسه کشیش Capsella Bur*astoris Cruciferae فورب یکساله مرتعی
18 منداب Eruca Sativa Cruciferae فورب یکساله مرتعی
19 موچه Lepidium Latifolium Cruciferae فورب یکساله مرتعی
20 شب بو Longipetalo Matthiola Cruciferae فورب یکساله مرتعی
21 آجیل مزرعه Neslia Apiculata Cruciferae فورب یکساله مرتعی
22 رعنا زیبا Scobiosa Rotata Dipsaceae فورب یکساله مرتعی
23 شیر شگ Euphorbia Denticulata Euphorbiaceae فورب چندساله حفاظت خاک
24 سوزن چوپان (نوک‌لک‌لکی) Erodium Ciconium Geraniaceae فورب یکساله مرتعی
4-4- مشخصات رویشی توده مورد مطالعهدر این مطالعه رویشگاه هدف به صورت تصادفی سیستماتیک آماربرداری شد و مشخصه‌‌های تراکم تعداد، قطر تاج، ارتفاع، شادابی و تعداد جست اندازه‌گیری شدند. میانگین تعداد درختچهها در هکتار 240 اصله به دست آمد. بر این اساس بیش‌‌ترین تعداد در هکتار 298 اصله بوده و کم‌ترین تعداد نیز 130 اصله بوده است. با توجه به اندازهگیری‌های به عمل آمده، قطر تاج بادام در منطقه مورد مطالعه از 25/0 تا 85/5 متر متغیر است و میانگین آن 61/1 متر می‌باشد. از نظر ارتفاع، داده‌های اندازهگیری شده بین 3/0 تا 2/4 در نوسان بوده و میانگین آن 77/1 متر بدست آمد. از نظر میزان شادابی درختان بادام، میانگین شادابی توده 69/1 بدست آمد. نتایج این مطالعه نشان داد که به‌طور میانگین هر درخت بادام دارای 77/7 جست بوده که نتایج نشان داد که بیش‌‌ترین تعداد جست 40 عدد و کم‌ترین مقدار آن 1 عدد می‌باشد. (جدول 4-2).
جدول 4-2- نتایج اندازه‌گیری مشخصه‌‌های رویشی توده بادام کوهیمیانگین انحراف معیار بیشنه کمینه
تعداد در هکتار 240 32/10 298 130
قطر تاج 61/1 35/1 85/5 25/0
ارتفاع 77/1 02/1 2/4 3/0
تعداد جست 77/7 65/8 40 1
شادابی 69/1 75/0 1 3
به منظور شناخت بهتر ساختمان توده‌های جنگلی آگاهی از ساختمان افقی و عمودی جنگل بسیار ضروری می‌باشد. در جنگل‌‌های بادام منطقه، ساختار جنگل به دلیل استفاده و وابستگی جنگل نشینان تحت تأثیر قرار گرفته است. برای مدیریت این منابع جنگلی کسب اطلاعات ساختار افقی و عمودی توده بادام منطقه امری ضروری به نظر میرسد که مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی ساختار افقی و ساختار توده از لحاظ همسال، ناهمسالی، مسن و جوانی ساختار میتوان از نمودار اشکوب بندی جنگل و پراکنش درختان در طبقات قطری استفاده کرد.
نتایج نمودار تعداد در هکتار، تعداد در طبقات ارتفاعی و تعداد در طبقات قطری تاج توده بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه نشان میدهد که توده مورد نظر تقریباً یک توده همسال منظم می‌باشد. در کل میتوان نتیجه گیری کرد که جنگل فوق دارای ساختار همسال و جوان می‌باشد (اشکال 4-7 تا 4-9).

شکل4-7- تعداد در هکتار گونه بادام کوهی در قطعات نمونه منطقه مورد مطالعه
شکل4-8- تعداد در طبقات قطری تاج گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه
شکل 4-9- تعداد در طبقات ارتفاعی گونه بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه4-4-1- آنالیز همبستگی میان خصوصیات رویشینتایج نشان داد که در ذخیره‌گاه بادام کوهی بین قطر تاج با ارتفاع درختان و تعداد جست با ارتفاع با قطر تاج همبستگی وجود دارد و بین شادابی و سایر خصوصیات رویشی همبستگی قابل قبولی دیده نشد. در جدول 4-3 آنالیز همبستگی میان عناصر رویشی گونه بادام کوهی با هم آمده است. براساس نتایج حاصله در رویشگاه بین قطر تاج و ارتفاع در سطح 99 درصد و نیز بین تعداد جست و قطر تاج و ارتفاع در سطح 95 درصد همبستگی وجود دارد (جدول 4-3). بر این اساس رابطه رگرسیونی بین قطر تاج و ارتفاع درختچه‌‌های بادام کوهی رسم شد (شکل 4-10).جدول 4-3- آنالیز همبستگی میان پارامتر‌های رویشی بادام کوهی منطقه مورد مطالعهپارامتر قطر ارتفاع شادابی تعداد جست
قطر 1 . 67** -. 18 . 42*
ارتفاع . 67** 1 -. 05 . 35*
شادابی -. 18 -. 05 1 -. 19
تعداد جست . 42* . 35* -. 19 1
**. معنی‌داری در سطح 01/0
*. معنی‌داری در سطح 05/0

شکل 4-10- رابطه رگرسیونی بین قطر تاج و ارتفاع درختچه‌های بادام کوهی در منطقه مورد مطالعه4-5- بررسی مشخصه‌های کمی و کیفی بادام کوهی تحت تأثیر عوامل فیزیوگرافی:4-5-1- ارتفاع از سطح دریانتایج تجزیه واریانس اثر فاکتور‌های فیزیوگرافی بر مشخصه‌های کمی گونه بادام کوهی در رویشگاه مورد مطالعه نشان میدهد که در ارتباط با عامل ارتفاع از سطح دریا، تعداد درختچهها و شادابی با افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش یافته به طوریکه درختچه‌های نزدیک به داخل دره که ارتفاع از سطح دریای کمتری داشتند از وضعیت شادابی بهتر و تعداد در هکتار بیش‌تری برخوردار بودند و این وضعیت در مقایسه با طبقات ارتفاعی بالاتر دارای اختلاف معنیدار و قابل مشاهد‌ه‌ای در سطح احتمال 95 درصد بود (جدول 4-2). در مورد مشخصه‌های کمی ارتفاع درختچهها و قطر تاج درختچهها نیز اختلاف معنیدار بین ارتفاعات مختلف دیده شده، اما این اختلاف در جهت عکس و منفی بود، بعبارتی با کاهش ارتفاع از سطح دریا در منطقه مورد مطالعه از ارتفاع درختچهها و قطر تاج آنها به طور معنیداری کاسته میشود. در مورد مشخصه تعداد جست گروه هیچ‌گونه اختلاف معنیدار و قابل توجهی در ارتفاعات مختلف منطقه دیده نشد (جدول 4-4).
جدول 4-4- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با طبقات مختلف ارتفاعیردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس
df F p
1 تعداد در هکتار 2 *42/4 018/0
2 ارتفاع درختچه 2 *03/1 02/0-
3 قطر تاج 2 *362/3 026/0-
4 تعداد جست گروه 2 ns39/0 68/0
5 وضعیت شادابی 2 *18/3 031/0
نتایج مقایسه میانگین‌ها در ارتباط با مشخصه ارتفاع از سطح دریا نشان داد که در ارتفاعات پائین منطقه مورد مطالعه که اکثراً در داخل دره واقع شده بودند (طبقه ارتفاعی 1000 -900 متر)، تعداد درختچهها، تعداد جستها و وضعیت شادابی دارای میانگین بیش‌تری بوده و برعکس در ارتفاعات بالاتر (طبقه ارتفاعی 1200 - 1100 متر) میانگین ارتفاع درختچهها و قطر تاج بیش‌تر بوده است (جدول 4-5).
جدول 4-5- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل ارتفاع از سطح دریا بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی
متغیر مشخصه
کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
ارتفاع از سطح دریا 1000-900 a25 b62/1 b52/1 a9 a95/1
1100-1000 b23 b68/1 b5/1 a8 b7/1
1200-1100 b15 a95/1 a7/1 a8 b6/1

نمودار 4-1- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل ارتفاع از سطح دریا بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-5-2- جهت‌های جغرافیایینتایج تجزیه واریانس در ارتباط با مشخصه جهت دامنه نشان دهنده اختلاف معنی دار آماره‌های تعداد در هکتار درختچهها، تعداد جست گروهها، ارتفاع درختچهها و وضعیت شادابی می‌باشد، به طوریکه در جهت‌‌های شرقی تراکم بادام کوهی، ارتفاع آنها و تعداد جست گروه‌ها بیش‌تر از سایر جهتها بود که این اختلاف از لحاظ آماری نیز معنی دار بوده است. در مورد تأثیر جهت دامنه بر وضعیت شادابی تاج نیز اختلاف معنی دار دیده شد، اما در مورد قطر تاج درختچه‌های بادام اختلاف معنی دار از لحاظ آماری دیده نشد (جدول 4-6).
جدول 4-6- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با جهت‌های جغرافیاییردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس


df F p
1 تعداد در هکتار 4 *42/3 018/0
2 ارتفاع درختچه 4 *08/3 02/0
3 قطر تاج 4 ns59/0 66/0
4 تعداد جست گروه 4 *162/4 12/0
5 وضعیت شادابی 4 *28/4 081/0
نتایج مقایسه میانگین‌ها در ارتباط با عامل فیزیوگرافی جهت دامنه نشان داد که در جهت‌های شرقی منطقه مورد مطالعه، تعداد درختچهها، تعداد جستها و ارتفاع و قطر تاج آنها دارای میانگین بیش‌تری بوده و در جهت‌های شمالی وضعیت شادابی درختچهها نسبت به دیگر جهت‌ها بهتر بوده است (جدول 4-7).
جدول 4-7- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهیمتغیر مشخصه
کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
جهت جغرافیایی شمال b14/17 b72/1 a58/1 b4/7 a85/1
جنوب b85/21 b75/1 a61/1 b71/7 b67/1
شرق a25/23 a89/1 a66/1 a55/8 b79/1
غرب b14/15 b65/1 a63/1 b51/7 b63/1

نمودار 4-2- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل جهت دامنه بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-5-3- شیب دامنهاز نظر مشخصه درصد شیب تنها تعداد درختچهها و تعداد جست گروها از نظر آماری اختلاف معنیدار را در سطح احتمال 95 درصد نشان دادند، به طوریکه با افزایش درصد شیب در منطقه مورد مطالعه تعداد درختچه‌ها و جست گروها به طور قابل توجهی افزایش مییابد (جدول 4-8).
جدول 4-8- نتایج تجزیه و تحلیل مشخصه‌های رویشی بادام کوهی در ارتباط با درصد شیبردیف مشخصه‌‌های کمی و کیفی بادام کوهی نتایج تجزیه واریانس
df F p
1 تعداد در هکتار 4 *37/8 018/0
2 ارتفاع درختچه 4 ns33/1 02/0
3 قطر تاج 4 ns29/1 66/0
4 تعداد جست گروه 4 *03/7 12/0
5 وضعیت شادابی 4 ns53/0 081/0
نتایج بررسی خصوصیات کمی و کیفی بادام کوهی در شیب‌های مختلف نشان داد که در طبقات شیب 45-60 درصد بیش‌‌ترین تعداد درختچه و تعداد جست گروه دیده میشود و در مناطق کم شیب از تعداد درختچه کاسته میشود. در کلاسه‌‌های شیب 30-45 ارتفاع، قطر تاج و وضعیت شادابی درختچه‌های بادام کوهی از میانگین بالاتری برخوردار است (جدول 4-9).
جدول 4-9- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهیمتغیر مشخصه کلاسه تعداد ارتفاع (m) قطر تاج (m2) تعداد جست شادابی
درصد شیب 15-0 b5/15 a67/1 a51/1 b8 a6/1
30-15 b4/23 a9/1 a71/1 b31/7 a7/1
45-30 b25/31 a9/1 a76/1 b6/7 a2
60-45 a38 a53/1 a5/1 a25/8 a93/1
حروف نامشابه در هر ردیف نشان دهنده اختلاف معنی داری در سطح 5 در صد است.

نمودار 4-3- مقایسه‌ی میانگین تأثیر عامل شیب بر مشخصه‌های کمی بادام کوهی4-6- وضعیت خاک منطقه مورد مطالعه4-6-1- بررسی وضعیت خاک در طبقات مختلف ارتفاعیمقایسه مشخصه‌‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی در جدول 4-11 ارائه شده است. همانگونه که ملاحظه می‌گردد هدایت الکتریکی خاک (EC)، کربن (C)، نیتروﮊن کل (N) و ماده آلی (OM) در طبقه ارتفاعی 1100 تا 1200 متر از سطح دریا بیش‌تر از سایر طبقات می‌باشد. pH خاک در کلیه طبقات ارتفاعی تقریباً مشابه (بیش از 7) بوده است. مقایسه آماری مشخصه‌های خاک در ارتباط با ارتفاع از سطح دریا نشان داد که اختلاف معنیداری بین کربن و ماده آلی در سطح پنج درصد و نیتروﮊن کل در سطح یک درصد با ارتفاع از سطح دریا وجود دارد. در مورد سایر مشخصه‌های خاک اختلاف معنی دار از لحاظ آماری مشاهده نشد (جدول 4-10).
جدول 4-10- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی طبقه ارتفاعی
مشخصه 1000-900 1100-1000 1200-1100
pH 12/7 16/7 13/7
EC 51/1 64/1 93/1
C *24/1 *30/1 *56/1
N **10/0 **11/0 **13/0
ماده آلی (OM) *13/2 *25/1 *69/2
** معنی داری در سطح 1 درصد، * معنی داری در سطح 5 درصد، ns عدم معنی داری

نمودار 4-4- مقایسه مشخصه‌های خاک در طبقات مختلف ارتفاعی4-6-2- بررسی وضعیت خاک در جهت‌های مختلف جغرافیاییجدول 4-12 مقایسه مشخصه‌‌های خاک را در جهت‌های مختلف جغرافیایی نشان میدهد. همان طور که ملاحظه میشود میانگین مشخصه‌های pH و EC خاک در جهت‌های شرقی بیش‌تر بوده (pH در تمام جهات قلیایی بوده است) و میانگین مشخصه‌های کربن، نیتروﮊن و ماده آلی در جهت‌‌های جنوبی بیش‌تر از سایر جهات می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که تنها کربن و ماده آلی دارای اختلاف معنی‌دار در سطح احتمال 95 درصد با جهات مختلف جغرافیایی دارند.

bew225

با سپاس از دوستان بزرگوارم جناب آقای مهندس مرتضی نوری، جناب آقای مهندس فرزاد کریمی، جناب آقای مهندس سعید هدایتی و جناب آقای مهندس یاسر مردانی که علاوه بر راهنماییهای ارزنده، همکاری شایستهای در جمعآوری منابع و اطلاعات مورد نیاز با اینجاب داشتهاند. زحمات بیشائبهی همکلاسیهای خوبم در دوران کارشناسی، جناب آقایان مهندس حسین ابراهیمی، مهندس مصطفی عزیزی، مهندس جواد حمایتی، مهندس حامد ظهرابی، مهندس علی‌رضا عرفانی و همکلاسیهای دوره کارشناسی ارشد مهندس شهاب میرزائی، مهندس موسی محمودیبرام، مهندس یحیی تفضلی، مهندس صالح شاهرخی، مهندس اسماعیل احمدیحق، مهندس ذکریا محمدی‌تمری، مهندس علی عوضزاده، مهندس علیاصغر داورپناه، مهندس محمد سلامی، مهندس احمد مجیدی و سرکارخانم مهندس زهرا توکلی‌تبار و سرکارخانم مهندس راضیه نوروزی را ارج مینهم. آخر از همه و نه کمتر از همه، سپاس عمیق خود را نثار روستانشینان بخش مارگون شهرستان بویراحمد میسازم و برای ایشان توفیق روز افزون مسئلت مینمایم.
آبان 1392
علی اصغر احمدیکیش
نام خانوادگی: احمدیکیش نام: علیاصغر
رشته و گرایش: توسعه روستایی/ توسعه کشاورزی مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد
تاریخ دفاع: 28/8/1392 استاد راهنما: دکتر مصطفی احمدوند
علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی:
مورد مطالعه بخش مارگون در شهرستان بویراحمد
چکیده
هدف توسعه، رشد و تعالی همه جانبهی جوامع بشری است. از اینرو، در فرآیند برنامهریزی توسعه، شناخت و درک شرایط و مقتضیات جوامع انسانی و نیازهای آنان در ابعاد مختلف از جمله اقدامات ضروری محسوبمیگردد. از طرفی، با توجه به آنکه زیربنا و اساس هر کشوری، روستا و جمعیت روستایی است، برای ارتقای کیفیت زندگی و معشیت این جمعیت باید استراتژی‌های خاص و متناسب با شرایط اقلیمی و فرهنگی- اجتماعی آنها اتخاذ گردند. بنابراین، برای رسیدن به توسعهی روستایی باید نخست امکانات، تنگناها و ظرفیتهای موجود هر روستا مشخص شوند و بر اساس آن برای هر روستا یا مجموعهای از روستاها برنامهریزی دقیق صورت پذیرد. به عبارت دیگر، با پی بردن به علل توسعهنیافتگی روستاها، میتوان برنامهریزی مناسبی برای دستیابی به توسعه پایدار داشت. لذا، هدف مطالعهی حاضر بررسی علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی بخش مارگون در شهرستان بویراحمد بود. به این منظور از دو رویکرد کمّی و کیفی بهره گرفته شد. در بخش کمّی به تعیین و تفکیک روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته از طریق سطحبندی پرداخته شد. برای این بخش پژوهش از روش اسکالوگرام گاتمن استفاده به عمل آمد. نتایج حاصل از اسکالوگرام نشان داد که روستاهای درصحه، بیدک، باغچه، رتین، نسه‌مورغم، دربید، یورک علیا، زیرنا، کلوار، بالرود، موشمی‌علیا، گهورمرده، لهفرخ موشمی، سرچال، تاکسیسهسفلی، قلعه سقاوه در سطح پنجم توسعه‌یافتگی و در سطح اول اولویت برنامهریزی قرار گرفتند. جوبریز، شهنیز و موشمیسفلی نیز در سطح اول توسعهیافتگی و در سطح پنجم اولویت برنامهریزی بودند. به این ترتیب روستاهای سطح پنجم، در گروه توسعه‌نیافته‌ترین روستاها و در سطح اول از نظر اولویت برنامهریزی توسعه قرار گرفته که باید مورد توجه بیشتری باشد. همچنین روستاهای سطح اول توسعهیافتگی (جوبریز، شهنیز، موشمی سفلی) در بهترین وضع بودند. با توجه به اینکه در سطح پنجم توسعهیافتگی بیشترین روستاها (17 از 47 روستا) قرار داشتند، چنین استنباط می‌گردد که روستاهای این بخش بسیار توسعهنیافته میباشند. همچنین در این پژوهش علل توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون نیز بررسی شد. به منظور جمعآوری دادهها در این قسمت، از پرسشنامه و به منظور تجزیه و تحلیل آنها از تحلیل عاملی و مقایسه میانگینها بهره گرفته شد. در این زمینه ابتدا به منظور اندازه‌گیری انسجام درونی داده‌ها برای بهره‌گیری از تکنیک تحلیل عاملی از آزمون KMO و آماره بارتلت استفاده شد. محاسبات انجام شده نشان داد که انسجام درونی داده‌ها برای بهره‌گیری از تکنیک تحلیل عاملی مناسب (KMO برابر با 712/0) و آماره بارتلت نیز در سطح یک درصد معنی‌دار بود. در این بررسی با توجه به ملاک کیسِر، دَه عامل با مقدار ویژه بالاتر از یک استخراج شد که به نامهای مدیریتی، اجتماعی، اقتصادی، نگرشی، زیربنایی، رضایتی، فردی، مشارکتی، اخلاقی، و مالی و اعتباری نامگذاری شدند. این عوامل در مجموع 21/73 درصد از واریانس کل عاملها را تبیین میکنند. همچنین یافتههای استخراج شده از مقایسه میانگینها بین این عوامل در دوگروه روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته نشان داد که بین میانگین عاملهای اجتماعی، مالی و اعتباری، مشارکتی، زیربنایی، اخلاقی و فردی بین دو گروه تفاوت معناداری وجود دارد. همچنین برای تعیین اهمیت هر یک از این عوامل در تفکیک دو گروه از تابع تشخیص استفاده به عمل آمد، که عاملهای عمرانی، مالی و اعتباری، و مشارکتی بیشترین اهمیت را در تفکیک دو گروه داشتند. در بخش کیفی نیز در بررسی و تحلیل علل توسعهنیافتگی روستایی در بخش مارگون شهرستان بویراحمد، از نظریهی بنیادی استفاده شد. نتایج حکایت از آن دارد که عوامل توسعهنیافتگی روستاها را سه گروه دولت، خود مردم روستا و همچنین مسائل مربوط به محیط روستا به وجود میآورند که در نهایت این عوامل با توجه به تقسیمبندیهای کدگذاری محوری به پنج گروه اجتماعی، اقتصادی، محیطی، فرهنگی، و سیاسی و اداری تقسیمبندی شدند. با توجه به مدل ارائه شده و همچنین کدگذاری محوری، عوامل توسعهنیافتگی مربوط به دولت شامل عدم تخصیص بودجه و اعتبارات لازم به روستاها، وضع قوانین مشابه برای شهر و روستا، مدیریت سلیقهای، رابطه در سطح ادارات، اقدامات مقطعی در رسیدگی به روستاها، عمل نکردن به برنامههای تدوین شده، بیعدالتی دولت مرکزی و عدم پیگیری مسئولین استانی، اعتقاد نداشتن به روستاها، فساد اداری، کشمکشهای سیاسی، عدم ارائه تسهیلات و قوانین سخت اخذ تسهیلات، بی‌توجهی مسئولین، اختیارات کم مدیریت روستا، و عوامل مربوط به مردم روستا شامل نبود مدیریت آگاه و با دانش، عدم همکاری با مدیریت روستا و نهادهای دولتی، عدم آگاهی از حقوق خود، عدم پیگیری مردم، مهاجرت، اختلافهای طایفهای، در بُعد محیطی و طبیعی نیز محدودیت اراضی کشاورزی، کمبود آب کشاورزی، واقع شدن روستاها در ارتفاعات، نحوهی استقرار روستا، ناهموار بودن روستا و زمین‌های کشاورزی بودند. با توجه به نتایج حاصل، در پایان پیشنهاد میشود که تأمین خدمات و امکانات مورد نیاز و خدماترسانی بر اساس نظام سلسله مراتبی سکونتگاههای روستایی باید مدنظر قرار گیرد. همچنین انجام مطالعات کارشناسی جهت ساماندهی روستاهای پراکنده، خصوصاً روستاهای کم جمعیت با توجه به وجود حدود 110 روستای زیر 20 خانوار در این بخش، توصیه میگردد.
کلمات کلیدی: اسکالوگرام، توسعهنیافتگی، توسعهروستایی، نظریه بنیانی، مارگون
فهرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه................................................................................................................................................................................1
1-1-اهمیت موضوع.........................................................................................................................................................................1
1-2- بیان مسئله......................................................................................................................................................................................6
1-3- اهداف تحقیق.................................................................................................................................................................................7
1-3-1- هدف کلی.............................................................................................................................................................................7
1-3-2- اهداف اختصاصی.................................................................................................................................................................7
1-4- سؤالات تحقیق...............................................................................................................................................................................7
فصل دوم: مبانی نظری پژوهش و مرور پیشینهنگاشتهها................................................................................................................8
2-1- تعاریف و مفاهیم............................................................................................................................................................................8
2-1-1- تعریف روستا...................................................................................................................................................................8
2-1-2- تعریف توسعه..................................................................................................................................................................8
2-1-3-توسعه روستایی و مفهوم آن.......................................................................................................................................10
2-1-4- توسعه همه جانبه روستایی.......................................................................................................................................11
2-1-4-1- توسعه فرهنگی......................................................................................................................................... 12
2-1-4-2- توسعه اجتماعی..........................................................................................................................................14
2-1-4-3- توسعه اقتصادی .........................................................................................................................................14
2-1-4-4- توسعه سیاسی...........................................................................................................................................16
2-1-4-5- توسعه انسانی.............................................................................................................................................17
2-1-5-توسعه پایدار.................................................................................................................................................................17
2-1- 6-توسعهنیافتگی.............................................................................................................................................................19
2-2- آثار و پیامدهای توسعه روستایی..........................................................................................................................................21
2-2-1- اشتغال............................................................................................................................................................................21
2-2-2- جلوگیری از مهاجرت.................................................................................................................................................22
2-3- تاریخچه توسعه روستایی در ایران.........................................................................................................................................22
2-4- موانع توسعه روستایی در ایران................................................................................................................................................26
2-4-1- موانع ساختی.................................................................................................................................................................26
2-4-1-1-فقدان سیستم اصلاحات اراضی شایسته.........................................................................................................26
2-4-1-2- مشکلات اداری اجرایی برنامههای عمرانی....................................................................................................27
2-4-2- موانع اجتماعی..............................................................................................................................................................27
2-4-2-1 کاهش میزان روستانشینی و جمعیت روستاها...........................................................................................27
2-4-2-2-کمبود فرصتهای شغلی در مناطق روستایی و پایین بودن سطح درآمد روستاییان........................27
2-4-3- کشاورزی و اقتصاد.......................................................................................................................................................28
2-4-3-1-عدم گسترش بخشنوین اقتصادی................................................................................................................28
2-4-4- تله محرومیت......................................................................................................................................................................28
2-5- جایگاه توسعه روستایی در برنامههای توسعه ایران.............................................................................................................29
2-5-1- جایگاه توسعه روستایی در برنامههای توسعه پیش از انقلاب.........................................................................29
2-5-2- توسعه روستایی در برنامههای توسعه پس از انقلاب...................................................................................... 32
2-6- راهبردهای توسعه روستایی ....................................................................................................................................................34
2-6-1- راهبرد نیازهای اساسی...........................................................................................................................................34
2-6-2- راهبرد روستا شهر...................................................................................................................................................35
2-6-3- الگوی عبیدالله خان.................................................................................................................................................36
2-7- نظریههای توسعه نیافتگی.........................................................................................................................................................36
2-7-1- نظریه نوسازی...........................................................................................................................................................36
2-7-1-1-نظریهپردازان نظریه نوسازی.......................................................................................................................37
2-7-1-1-1-نظریه ساخت اجتماعی و رشد هوزلیتز...........................................................................................38
2-7-1-1-2- نظریه لرنر..............................................................................................................................................38
2-7-1-1-3- نظریه مراحل رشد روستو..................................................................................................................38
2-7-1-1-4-شومپیتر...................................................................................................................................................39
2-7-1-1-5- نظریه تفکیک ساختاری نیل اسملسر..............................................................................................40
2-7-1-1-6- نظریه خرده فرهنگ راجرز.................................................................................................................40
2-7-1-1-7- نظریه روانشناختی هوزلیتز و دیگران..............................................................................................40
2-7-2- نظریه وابستگی.............................................................................................................................................................41
2-7-2-1- نظریهپردازان وابستگی...................................................................................................................................42
2-7-2-1-1- فرانک........................................................................................................................................................42
2-7-2-1-2- پل باران....................................................................................................................................................43
2-7-2-1-3- کاردوزو......................................................................................................................................................43
2-7-2-1- 4- نظریه دوسانتوس...................................................................................................................................44
2-8- نظریه انگیزه به پیشرفت .........................................................................................................................................................44
2-9- مطالعات تجربی پیرامون علل توسعهنیافتگی روستاهای ایران.........................................................................................45
2-10- جمع بندی از مرور پیشینه نگاشتهها.................................................................................................................................48
فصل سوم: مواد و روشها....................................................................................................................................................................49
3-1- معرفی منطقه مورد مطالعه......................................................................................................................................................49
3-1-1- پیشینهی تاریخی.........................................................................................................................................................49
3-1-2- جغرافیای طبیعی.........................................................................................................................................................50
3-1-2-1- موقعیت جغرافیایی استان کهگیلویه و بویراحمد ..............................................................................50
3 -1-2-2- شهرستان بویراحمد................................................................................................................................50
3 -1-2-3- منطقه مارگون..........................................................................................................................................51
3-2- روش تحقیق................................................................................................................................................................................52
3-2-1- روش مورد استفاده در مرحله اول پژوهش: تعیین و تفکیک روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته منطقه مورد مطالعه (بخش مارگون)...............................................................................................................................................................52
3-2-1-1 روششناسی...............................................................................................................................................................52
3-2-1-2 جامعه و نمونه مرحله اول پژوهش........................................................................................................................53
3-2-1-3- روش گردآوری دادهها در مرحله اول پژوهش..................................................................................................55
3-2-2- روشهای مورد استفاده در مرحله دوم پژوهش: بررسی علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی منطقه مورد مطالعه (بخش مارگون).........................................................................................................................................................................55
3-2-2-1- تحلیل عاملی...........................................................................................................................................................55
3-2-2-1-1- جامعه و نمونه................................................................................................................................................56
3-2-2-1-2- ابزار گردآوری دادها......................................................................................................................................56
3-2-2-1-3- پایایی و روایی پرسشنامه...........................................................................................................................56
3-2-2-1-3-1- اعتبار (روایی)...........................................................................................................................................56
3-2-2-1-3- 2- اعتماد (پایایی).....................................................................................................................................57
3-2-2-2- روش کیفی تئوری بنیادی....................................................................................................................................58
3-2-2-2-1- جامعه و نمونه....................................................................................................................................................62
3-2-2-2-1-1- انواع نمونهگیری در تحقیقات کیفی....................................................................................................62
3-2-2-2-2- ابزار گردآوری دادها.....................................................................................................................................63
3-2-2-2-3- اعتبار و پایایی تحقیق.................................................................................................................................63
3-3- نحوه تجزیه و تحلیل دادهها در کل مراحل پژوهش...........................................................................................................64
3-4- تعاریف مفهومی و عملیاتی متغیرهای پژوهش....................................................................................................................64
3-4-1- روستا..............................................................................................................................................................................64
3-4-2- خانوار معمولی..............................................................................................................................................................65
3-4-3- سرپرست خانوار...........................................................................................................................................................65
3-4-4- ویژگیهای فردی..........................................................................................................................................................65
3-4-4- 1- جنس...................................................................................................................................................................65
3-4-4-2- سن........................................................................................................................................................................65
3-4-4- 3- وضعیت تأهل....................................................................................................................................................65
3-4-4- 4- سطح سواد.........................................................................................................................................................65
3-4-4-5- شغل......................................................................................................................................................................66
3-4-3- توسعه..............................................................................................................................................................................66
3-4-4- توسعه نیافتگی..............................................................................................................................................................66
فصل چهارم: یافتهها و بحث................................................................................................................................................................67
4-1- مقدمه............................................................................................................................................................................................67
4-2- یافتههای مربوط به مرحله اول پژوهش: رتبهبندی و سطحبندی مناطق روستایی منطقه مورد مطالعه.................67
4-2-1- یافتههای حاصل از اسکالوگرام ..........................................................................................................................67
4-2-1-1- رتبهبندی روستاهای بخش مارگون...............................................................................................................68
4-2-1-2- سطحبندی و سلسله مراتب سکونتگاههای روستایی منطقه مورد مطالعه.............................................69
4-3- بخش دوم پژوهش: تعیین علل توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون......................................................................70
4-3-1- یافتههای توصیفی.......................................................................................................................................................70
4-3-1-1- ویژگیهای سن و جنس افراد.........................................................................................................................70
4-3-1-2- سطح تحصیلات.................................................................................................................................................71
4-3-1-3- شغل افراد مورد مطالعه....................................................................................................................................72
4-3-1-4- ویژگیهای فردی در روستاهای توسعهنیافته...............................................................................................72
4-3-1-5- ویژگیهای فردی در روستاهای توسعهیافته................................................................................................73
4-3-2- تحلیل عاملی علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی..............................................................................................74
4-3-3-2- مقایسه میانگین بین دو گروه توسعه یافته و توسعه نیافته...........................................................................77
4-2-3-2-1- عامل اجتماعی...............................................................................................................................................77
4-2-3-2-2- مالی و اعتباری..............................................................................................................................................77
4-2-3 -2-3- فردی (شخصیتی).......................................................................................................................................78
4-2-3 -2-4- مشارکتی.......................................................................................................................................................79
4-2-3 -2-5-زیربنایی.........................................................................................................................................................79
4-2-3 -2-6-نگرشی (ایستاری) ......................................................................................................................................80
4-2-3 -2-7- اخلاقی..........................................................................................................................................................80
4-2-3 -2-8- رضایتی..........................................................................................................................................................81
4-2-3 -2-9- مدیریتی........................................................................................................................................................81
4-2-3-2-10- اقتصادی.......................................................................................................................................................82
4-2-3 -2- 11- مقایسه عوامل کلی توسعهنیافتگی......................................................................................................82
4-2-3- یافتههای حاصل از تابع تشخیص: تعیین مدل پیشبینی کننده توسعه.........................................................84
4-2-4- یافتههای حاصل از روش کیفی نظریه بنیادی.....................................................................................................86
4-2-4- 1- کدگذاری باز......................................................................................................................................................86
4-2-4- 1- کدگذاری محوری.............................................................................................................................................87


4-2-4-3- کدگذاری انتخابی و طراحی مدل...................................................................................................................89
4-2-4- 4- خط سیر داستانی.............................................................................................................................................91
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادها..............................................................................................................................................93
5-1- مقدمه..........................................................................................................................................................................................93
5-2- نتیجهگیری.................................................................................................................................................................................94
5-2-1- نتایج مرحله اول: تعیین روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته.............................................................................94
5-2-2- نتایج مرحله دوم پژوهش: علل توسعه نیافتگی مناطق روستایی منطقه مورد مطالعه......................................95
5-2-2-1- نتایج حاصل از تحلیل عاملی...........................................................................................................................95
5-2-2-2- نتایج حاصل از تابع تشخیص..........................................................................................................................95
5-2-2-2- نتایج حاصل از تئوری بنیادی.........................................................................................................................96
5-3- پیشنهادها....................................................................................................................................................................................97
منابع......................................................................................................................................................................................................100
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول 2-1- راهبردهای توسعه روستایی............................................................................................................................................35
جدول 3-1- تعداد روستاهای بالای بیست خانوار بخش مارگون...................................................................................................56
جدول3-2- جامعه آماری و حجم نمونه..............................................................................................................................................58
جدول 3-3- مقدار آماره KMO و آزمون بارتلت ...........................................................................................................................59
جدول 3-4- فرایند کلی ساخت نظریه بنیادی...................................................................................................................................63
جدول 3-5- شاخصهای مورد استفاده در پژوهش...........................................................................................................................54
جدول 4-1- رتبهبندی مناطق روستایی بر اساس مدل اسکالوگرام.............................................................................................69
جدول 4-2- سطحبندی و سلسله مراتب سکونتگاههای رو ستایی بخش مارگون......................................................................70
جدول 4-3- مشخصات سن و جنس نمونه مورد مطالعه.................................................................................................................71
جدول 4-4- سطح تحصیلات مورد مطالعه.........................................................................................................................................72
جدول 4-5- شغل افراد مورد مطالعه....................................................................................................................................................73
جدول 4- 6- توزیع فراوانی بر حسب ویژگیهای فردی در روستاهای توسعهنیافته.................................................................74
جدول 4-7- ویژگیهای فردی روستاهای توسعهیافته......................................................................................................................75
جدول 4-8 - تحلیل عاملی عوامل توسعهنیافتگی روستاهای شهرستان بویراحمد.....................................................................76
جدول4-9 - تعداد عاملهای استخراج شده و سهم هر یک از آنها.............................................................................................78
جدول 4-10- مقایسه مؤلفههای اجتماعی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته................................................................78
جدول 4-11- مقایسه مؤلفههای مالی و اعتباری در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته.....................................................79
جدول 4- 12- مقایسه مؤلفههای فردی (شخصیتی) در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته..............................................80
جدول 4- 13- مقایسه مؤلفههای مشارکتی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته..............................................................80
جدول 4-14- مقایسه مؤلفههای زیربنایی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته.................................................................81
جدول 4-15- مقایسه مؤلفههای نگرشی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته...................................................................81
جدول 4-16- مقایسه مؤلفههای صداقت در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته...................................................................82
جدول 4-17- مقایسه مؤلفههای رضایتی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته..................................................................82
جدول 4-18- مقایسه مؤلفههای نهادی و مدیریتی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته................................................82
جدول 4-19- مقایسه مؤلفههای اقتصادی در روستاهای توسعهیافته و توسعهنیافته................................................................83
جدول 4-20- مقایسه میانگینها عوامل کلی توسعه نیافتگی در روستاهای توسعه یافته و توسعهنیافته.............................83
جدول 4-21- معنیداری تابع تشخیص..............................................................................................................................................85
جدول 4-22- نتایج حاصل از تحلیل ممیزی......................................................................................................................................86
جدول4-23- مفهومسازی دادههای حاصل از تئوری بنیادی..........................................................................................................85
جدول4-24- ساخت طبقات گسترده..................................................................................................................................................88
فهرست شکلها و نمودارها
عنوان صفحه
شکل 2-1- متغیرهای فرهنگی پیش برنده توسعه فرهنگی............................................................................................................14
شکل 2- 2- شاخص اقتصادی و اجتماعی توسعه و نحوه ارتباط آنها باهم.................................................................................16
شکل 2-3- جنبههای توسعه پایدار از دید..........................................................................................................................................19
شکل 2-4- تله محرومیت.......................................................................................................................................................................29
شکل 2-5- سلسله مراتب هرم توسعه..................................................................................................................................................36
شکل 2-6- حوزهای نظریه نوسازی......................................................................................................................................................37
شکل 3-1- موقعیت جغرافیایی استان کهکیلویه و بویراحمد..........................................................................................................51
شکل 3-2- موقعیت شهرستان بویراحمد در استان کهکیلویه و بویراحمد...................................................................................52
شکل 3-3- موقعیت منطقهی مارگون در استان کهکیلویه و بویراحمد ......................................................................................53
شکل 3-4- مدل مفهومی- نشانه.........................................................................................................................................................62
شکل 3-5- مدل پارادایمی در نظریه بنیادی......................................................................................................................................63
شکل 4-1 مدل پارادایمی پژوهش.........................................................................................................................................................89
شکل4-2-مدل نهایی پژوهش................................................................................................................................................................91
فصل اول
مقدمه
1-1- اهمیت موضوع
توسعه، که به تعبیری میتوان به گرایش بشر به تغییر و دستیابی به سطوح بالاتر و کیفیت بهتر زندگی اتلاق کرد، قدمتی به عمر بشر دارد. از میان زمینههای متعدد توسعه، توسعهی روستایی یکی از عمده مباحث در این میان بوده و در بسیاری از کشورهای جهان بهویژه در کشورهای در حال توسعه که بخش زیادی از جمعیت آنها در روستاها زندگی میکنند، مورد تأکید است (قلیپور، 1385). با وجود این، توسعه روستایی در چند دهه اخیر همواره یکی از دغدغههای اصلی توسعه در ایران و اکثر کشورهای در حال توسعه بوده و در بسیاری از کشورها، توسعهی روستایی راهبردی با اهمیت برای تأمین نیازهای اساسی از جمله غذا است؛ با این وجود هنوز سهم جوامع روستایی جهان سوم از توسعه و پیشرفت بسیار اندک است (یدقار، 1383).
در این راستا، رشد و توسعه از سوی اقتصاددانان، جامعهشناسان و محققان برخی از علوم به عنوان یک مقوله اجتماعی- اقتصادی مورد توجه قرار گرفته است. از جمله دشواری در بررسی توسعه اقتصادی و دگرگونی اجتماعی، مشخص کردن مفهوم توسعه و رشد بود. توسعه همان رشد اقتصادی نیست، توسعه جریانی چند بُعدی است که خود تجدید سازمان و سمتگیری متفاوت کل نظام اقتصادی و اجتماعی را بر عهده دارد. به عبارت ساده میتوان گفت با توجه به اینکه هدف اصلی توسعه حذف نابرابریهاست، بهترین مفهوم توسعه، رشد همراه با عدالت اجتماعی است (قرخلو و حبیبی به نقل از هادر، 1375). بنا به تعریف بانک جهانی، توسعه روستایی راهبردی است که برای بهبود زندگی اجتماعی و اقتصادی مردم فقیر روستایی طراحی شده است. از اینرو، باید به نحو مناسبی برای افزایش تولید و بالا بردن بهرهوری تلاش شود (مختاریحصاری و زارعی‌دستگردی، 1386). توسعه و توسعه‌روستایی به معنا و مفهومی که امروزه از آن استفاده میشود، مفهومی با سابقه است، هر چند که از لحاظ محتوا و کارکرد، به طور مداوم تغییر کرده است (فاضلنیا و همکاران به نقل از یوان، 1389). فرآیند بهبود زندگی انسان به وسیله دانشهای گوناگون همچون روانشناسی، بهداشت، اقتصاد محیط زیست و جامعهشناسی مورد توجه و
بررسی بوده است. در ادبیات اقتصادی، بهبود در کیفیت زندگی به عنوان توسعه تلقی میشود (کاستانزا و همکاران، 2007). توسعه اجتماعی و به اصطلاح متداولتر، عمران جامعه روستایی بر ایجاد تحول و توسعه در تمام سطوح و اقشار اجتماعی و بر عموم زمینههای عملیاتی مرتبط تأکید دارد و تغییر و تکامل در نظامهای اجتماعی و سازماندهی امور جامعه را ضروری میداند. این توسعه به منظور اصلاح و پیشرفت همهجانبه و یکپارچه منطقه، نیازمندیها و تأمین اهداف و آرمان‌های آنی و آتی مردم جهت‌گیری و پی‌ریزی میشود (شهبازی، 1388). بنابراین، رشد و توسعه بسیاری از کشورها در گرو ساماندهی عرصههای مناطق روستایی است (سعیدی، 1387). همچنین، امروزه از جغرافیای روستایی به عنوان اهرمی در برنامه‌ریزی‌های ملی، منطقهای و محلی به منظور توسعه روستایی و در نهایت توسعه کشور استفاده می‌شود (مهدوی، 1377). توجه به رهیافتها و تعادل منطقهای، کاهش ناهمگونی و نابرابری منطقهای و بخشی سیاستگذاری و برنامهریزی منطقهای برای توزیع هدفها که بر حسب ویژگیهای ساختاری امکانات و محدودیتهای هر منطقه تغییر میکند، مستلزم مطالعه و شناخت خصوصیات هر منطقه با توجه به جایگاه آن در کل نظام منطقهای می‌باشد (روزبهان، 1390).
قرن بیست یکم در شرایطی آغاز شد که رشد فزاینده جمعیت و تأمین غذا یکی از دل مشغولیهای جهان به شمار میرفت. بر اساس برآورد انجام شده تا سال 2025 جهان باید جمعیت 3/8 ملیارد نفری را تغذیه کند. اگرچه در حال حاضر غذای کافی برای تغذیه تمام افراد تولید میگردد، اما حدود 800 میلیون نفر به غذای کافی دسترسی ندارند. در چنین شرایطی توسعهی روستایی و کشاورزی با مسائل و مشکلات و چالشهای متعددی مواجه گردیده که باید برای آنها پاسخ مناسب جستجو شود. همچنین، آمار سرشماری سال 1390 نشان میدهد، جمعیت کشور به 75 میلیون و 149 هزار و 669 نفر رسیده که این تعداد جمعیت در 21 میلیون و 185 هزار خانوار قرار دارند و نسبت زندگی شهری به روستایی هم به این ترتیب است که 71 درصد جمعیت کشور شهری و 29 درصد در روستاها زندگی میکنند، که این نشان‌گر افزایش جمعیت شهری در کشور است. در این میان، استان کهگیلویه و بویراحمد نیز دارای جمعیت 658629 نفر میباشد که 310518 نفر در روستاهای استان زندگی میکنند و 121236 نفر از این جمعیت روستایی در روستاهای شهرستان بویراحمد سکونت دارند (مرکز آمار ایران، 1391).
از طرف دیگر روستاها مرکز تولیدات کشاورزی، دامی، صنایع دستی و کانون تأمین مایحتاج خوراکی جمعیت 75 میلیون نفری کشور به شمار میآیند. به اعتباری میتوان آنها را کانون تولید ثروت و ارزش افزوده در کشور برشمرد، زیرا به رغم سرمایهگذاری اندک در مقایسه با شهرها، حدود یک سوم تولید ناخالص ملی کشور از آنها به دست میآید (سرتیپیپور، 1385).
شایان ذکر است که اقتصاد کشورهای جهان سوم از جمله کشور ما اغلب بر تولیدات کشاورزی متکی است و فعالیتهای کشاورزی هم در روستا انجام میشود. لذا، از یک طرف به خاطر بهبود روشهای سنتی تولید کشاورزی و بهرهبرداری بهینه از زمین و منابع تولید و توزیع محصولات کشاورزی و متعاقب آن کمکردن گرسنگی و محو فقر و از طرف دیگر، به منظور نوسازی اجتماعی و فرهنگی روستاها که خود منبعث از توجه به مسائل انسانی و ضرورتهای سیاسی است، موضوع توسعه روستایی و اهمیت آن آشکار میشود. به همین دلیل است که گفته میشود مشکلات آینده جهان سوم اعم از بیکاری، فقر، کمبود درآمد، گرسنگی، کمبود تولید و غیره باید در روستاها حل و فصل شود. بنابراین، توسعهروستایی به خاطر حل مشکلات مزبور و مخصوصاً برآوردن نیازهای اساسی مردم روستایی از اهمیت و اولویت خاصی برخوردار است (آسایش، 1388). همانطور که در بالا گفته شد، نه تنها از نظر وزن جمعیتی، بلکه از نظر اقتصادی نیز جامعه روستایی حائز اهمیت است. روستاها به عنوان تولید کننده مواد غذایی هستند و همچنین روستاها از طریق تولید محصولات کشاورزی بخش قابل ملاحظهای از مواد اولیه صنعت را تأمین میکنند و بخش روستایی سهم قابل توجهی در اشتغال، تولید ناخالص ملی و اقتصاد کشورهای در حال توسعه دارد و اکثریت مردم فقیر در روستاها زندگی میکنند (جمعهپور، 1389). اهمیت روستاها به عنوان واحدهای تولیدی کوچک از این نظر قابل توجه است که خالی از سکنه شدن هر یک از این روستاها به معنی تعطیلی یک واحد تولیدی و تبدیل جمعیت تولیدکننده دارای شغل و مسکن به جمعیت مصرفکننده و فاقد شغل و سرپناه است (جمعه‌‌‌پور، 1389). تعداد جمعیت نه تنها بیانگر کمیت یا وزن جمعیتی یک سکونتگاه سرزمین است، بلکه بازتاب عمل بسیاری از ویژگی‌های طبیعی، فرهنگی، اجتماعی، اقتصادی و سیاسی است (جمعهپور به نقل از مسیرا، 1389). این در حالی است که، تجربه چند دهه اخیر در زمینه توسعه و وضیعت جامعه روستایی نشان میدهد که این بخش از جامعه از جایگاه مناسبی برخوردار نبوده است. نگاه نابرابر به جامعه شهری و روستایی پیامدهای نامناسبی همچون دوگانگی در سطح جامعه شهری و روستایی و سطوح منطقهای، تشدید فقر در جامعه روستایی، موج مهاجرت به شهرها و تخلیه روستاها، بدون استفاده ماندن بسیاری از منابع تولید کشاورزی، کاهش میزان تولید و افزایش وابستگی کشور به مواد غذایی وارداتی و بروز مشکلات شهری در مهاجرت گسترده روستاییان به شهرها، مشکلات جمعیتی دیگری را برای هر دو جامعه شهری و روستایی به همراه دارد (جمعهپور، 1386). لزوم ساماندهی و توزیع بهینه جمعیت در سطح کشور در راستای بهرهبرداری مناسب از منابع و امکانات کشور از دیگر نکاتی است که اهمیت توسعهروستایی را روشن می‌سازد. در وضع موجود، استقرار جمعیت کشور به شکل موزونی نیست. با بیان عدم توانایی مناطق شهری در جذب جمعیتی که به شهرها مهاجرت میکنند، مناطق روستایی یکی از گزینههایی است که در صورت تجهیز میتوانند بخشی از جمعیت مازاد را در خود جای دهند و ضمن کاستن از مشکلات شهری، بستر مناسبتری را برای توزیع جمعیت فراهم آورند (رضوانی، 1390). جایگاه روستا در فرآیندهای توسعه اقتصادی، اجتماعی و سیاسی و در مقیاسهای محلی، منطقهای، ملی، بینالمللی و پیامدهای توسعهنیافتگی مناطق روستایی چون فقر گسترده، نابرابری فزاینده، رشد سریع جمعیت، بیکاری، مهاجرت، حاشیهنشینی شهری و غیره موجب توجه به توسعه‌روستایی و تقدم آن بر جامعه شهری گردیده است. از طرفی، محور بودن انسان در فرآیند توسعه، ضرورت توجه به مناطق روستایی که برخوردار از نیروی عظیم انسانی هستند، انسانی که هم به عنوان هدف توسعه و هم مهمترین ابزار توسعه محسوب میشود را اهمیت میبخشد. در مناطق روستایی این نیروی انسانی به صورت سازماننیافته و غیرمتمرکز وجود دارد، فرآیند و وضیعتی که شکسته شدن اراده و روحیه انسانی را به دنبال دارد. اگر بهرهبرداری از نیروی کار مازاد در جوامع روستایی را به عنوان عنصری مؤثر در فرآیند توسعه ملی لحاظ گردد، نقش توسعهروستایی در فرآیند توسعه باید جایگاه و اهمیت خود را پیدا کند (ازکیا، 1384).
فزون بر این، حراست از هویت و توسعه فرهنگی ضرورت توجه به نقش و جایگاه روستاها در فرآیندهای توسعه فرهنگی در مقیاس محلی، منطقهای، ملی و بینالمللی را دو چندان میکند و از طرف دیگر پیامدهای توسعهنیافتگی مناطق روستایی از لحاظ فرهنگی ضرورت توجه به توسعه فرهنگی مناطق روستایی و حتی تقدم آن بر توسعه فرهنگی شهری را موجب شده است. توسعه نواحی روستایی از منظر حفظ میراث فرهنگی نیز حائز اهمیت است. بسیاری از آثار و بناهای باستانی و تاریخی کشور در نواحی روستایی قرار دارند. فزون بر این، روستاییان مهمترین حافظان آداب، فرهنگ و سنن بومی کشورند. در این فرهنگ، دانش بومی نیز نهفته است که با بهرهگیری مناسب از آن و تلفیق آن با دانش جدید می‌توان زمینه بهرهبرداری معقول و منطقی از منابع را فراهم آورد (رضوانی، 1390).
شواهد فراوانی از نقش گسترده روستاییان در زندگی اجتماعی و سیاسی وجود دارد. از نظر تاریخی دهقانان خود یکی از نیروهای عمده ضد فئودالی در انقلاب فرانسه بودند و در فروپاشی نظام فئودالی نقشی مؤثر ایفا کردند. نقش دهقانان در جنبشهای فاشیستی و ضد مدرنیستی قرن بیستم نیز چشمگیر بوده است. در ایران، شورشهای جسته گریخته دهقانی در سالهای انقلاب مشروطه از جمله در سال 1287 در منطقه رشت رخ داد، همچنین شورشهای مشابهی در قوچان، آذربایجان، بم و جیرفت به وقوع پیوست. جنبش جنگل نیز از یک دیدگاه شورش دهقانی بود. همچنین پس از شهریور 1320 مسئله اراضی- دهقانی دوباره توجه احزاب و سیاستمداران را به خود جلب نمود و نیروهای دهقانی در حکومتهای خود مختار نقش داشتند که پس از جنگ جهانی دوم در سالهای 1324 در آذربایجان و کردستان تشکیل شد. در تحولات انقلاب سال 1357، نخست در چند مورد حمایت برخی از اقشار روستایی از رژیم شاه ظاهر شد، اما با گسترش جنبش انقلابی از میان رفت (وثوقی و هاشمی، 1384).
لزوم حفظ محیط زیست و بهرهبرداری بهینه از منابع طبیعی از ضرورتهای توسعهی روستایی است. روستاییان به دلیل شیوه زندگی و نوع معیشت خود بهرهبرداران اصلی و مستقیم منابع طبیعی محسوب میشوند و حدود 90 درصد از عرصههای طبیعی کشور را در اختیار دارند و از آنها بهرهبرداری میکنند (مهدوی، 1377). با توجه به اهمیت و ضرورت محیط زیست و حفاظت از منابع طبیعی برای بقاء و تداوم و پایداری زندگی انسان، ارتقاء شرایط زندگی و معیشت در نواحی روستایی و تأمین نیازهای اولیه و اساسی روستاییان از طریق برنامهریزی توسعهی روستایی، زمینه حفاظت از محیط زیست کشور را فراهم خواهد ساخت (رضوانی، 1390).
آسیبپذیری شدید روستاها در برابر سوانح و مخاطرات طبیعی از دیگر مسائل روستاهای کشور است. کشور ایران جزء ده کشور اول حادثهخیز جهان است و هر ساله حوادث طبیعی مانند زلزله، سیل، رانش زمین و مانند آن خسارت مالی و جانی بسیاری را بر روستاها و اقتصاد کشور تحمیل میکند (رضوانی، 1390).
توسعهروستایی جزئی از برنامه توسعهای هرکشور محسوب میشود که موجب دگرگونسازی ساخت اجتماعی، اقتصادی بوده و عاملی در بهبود شرایط زندگی افراد کم درآمد ساکن روستا و خودکفایی آنان در روند توسعه کلان کشور میباشد (امینی، 1388). به عبارت دیگر، روستا و جامعه روستایی بخش مهمی از جوامع در حال توسعه را تشکیل میدهند. تجربه توسعه بهویژه در این گروه از جوامع نشان میدهد که توسعهروستایی نقش مهمی در رسیدن به اهداف توسعه در سطح ملی دارد، بهگونهای که بسیاری از صاحبنظران، توسعهی روستایی را موتورمحرکه توسعه کشورهای جهان سوم بهویژه در مراحل توسعه بر شمردهاند و دستیابی به آن را ضروری و اجتنابناپذیر میدانند (جمعهپور، 1386).
تولن، معتقد است که جهان سوم از طریق برنامهریزی روستایی و توسعه روستاها است که به توسعه دست مییابد، نه از طریق بهرهگیری از گسترش خیالی منافع توسعه شهرها در روستاها (ازکیا، 1384). ضرورت توجه به توسعهروستایی ناشی از ضرورتهای توسعه کشاورزی، توزیع بهینه جمعیت، استفاده از ظرفیتهای تولیدی، بازسازی ظرفیتهای تولیدی، بازسازی اقتصادی کشور، عدالت اجتماعی، رفع فقر و محدودیتهای اجتماعی میباشد و همچنین عدهی زیادی از صاحبنظران، توسعهکشاورزی و روستایی را امر ناگزیر توسعه ملی کشورهای جهان سوم میدانند، و معتقدند که بدون توسعه کشاورزی و روستایی، رشد صنعتی و ملی یا موفق نخواهد بود و یا اگر موفق باشد عدم تعادلی شدید در اقتصاد ایجاد خواهد کرد که موجب نابرابری، بیکاری و فقر گسترده میشود (آسایش، 1388). به این ترتیب از نظر تودارو توسعه ملی منوط به توسعهروستایی و توسعه روستایی منوط به پیشرفت کشاورزی و توسعه هماهنگ روستایی و شهری است.
در فرآیند برنامهریزی و توسعهروستایی از لحاظ وضع موجود و سطح توسعهیافتگی بررسی تفاوت‌های محلی و ناحیهای در زمینه توسعه، تبیین عوامل مؤثر در توسعه و نهایتاً تلاش برای حل مسائل و مشکلات و تأمین نیازها در راستای تعدیل نابرابریها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این راستا، شاخصهایی مانند راه، بهداشت و آموزش از جمله شاخصهایی هستند که میتوانند وضع برخورداری یا محرومیت و فقر مناطق روستایی را نشان دهند (شعبان و بهل،2000). شایان ذکر است که تدوین اصول نظامند توسعه روستایی قبل از هر چیز مستلزم شناخت تواناییها، ظرفیتها و استعدادهای انسانی و طبیعی هر واحد مناطق روستایی و از طرف دیگر آگاهی از محدودیتها، تنگناها و نارساییهای آن است. لذا، تنها در سایه این آگاهیهاست که میتوان اولویتهای برنامهریزی را در توسعه مناطق روستایی معین نمود و بر اساس آنها فرایند توسعه را در این مناطق پیگیری کرد (خداپناه و بیگمحمدی، 1388).
به طور کلی اهمیت و ضرورت توجه به توسعه روستایی از جهات زیر قابل بررسی است (مؤسسه توسعه روستایی ایران، 1381):
1. سکونت حدود 30 درصد جمعیت کشور در مناطق روستایی، انسانی بودن مسئله توسعهی روستایی را ایجاب میکند. در واقع به لحاظ انسانی لازم است که مردم روستایی به ویژه افراد فقیر همپای انسانهایی که در شهر زندگی میکنند از این فرصتها استفاده نمایند؛
2. نقش روستاییان در تولید محصولات غذایی و کشاورزی، طبق بررسی انجام شده بیش از هشتاد درصد فعالیتها و تولیدات کشاورزی مربوط به روستاییان میباشد؛
3. از لحاظ زیستمحیطی حدود 80 تا 90 درصد عرصههای طبیعی کشور در کنترل و فعالیتهای روستاییان است؛
4. وجود فقر در روستاها و ضرورت محو آن از دیگر ضرورتهای توسعه روستایی است. طبق بررسیهای انجام شده 4/26 درصد خانوارهای روستایی کشور زیر خط فقر قرار دارند و با توجه به این که بخشی از فقر موجود در شهرها نیز منشأ روستایی دارد، تأمین نیازهای اساسی جمعیت روستایی و کاهش و محو فقر در کانون اهداف توسعه روستایی است.
1-2- بیان مسئله
هدف از برنامهریزی روستایی، توسعه فراگیر و همهجانبه روستا میباشد، اما چند دهه فعالیت در عرصه‌‌ی توسعه روستایی کشور نشان میدهد که نه تنها توسعهی مورد نظر در روستاهای کشور اتفاق نیفتاده، بلکه همواره شاهد آن بوده که روستاها خالی از سکنه شده و مهاجرت روستاییان به شهرها و رشد بیرویه جمعیت شهرها و توسعه نامتوازن و بر هم خوردن تعادل اقتصادی و جمعیتی شده است. برنامهریزی ابزاری برای تبدیل وضع موجود به وضع مطلوب با هدف توسعه و عمران میباشد، بدیهی است برای رسیدن به وضع مطلوب در درجه اول باید شناخت دقیق و همهجانبه از وضع موجود داشت (تقوایی و نیلیپور طباطبایی به نقل از مؤمنی، 1385). لذا، با توجه به اینکه هدف کلی توسعه، رشد و تعالی همه جانبه جوامع انسانی است (آسایش، 1388)، از اینرو، در فرآیند برنامهریزی برای دستیابی به توسعه و قرار گرفتن در مسیر آن، شناخت و درک شرایط و مقتضیات جوامع انسانی و نیازهای آنان در ابعاد مختلف از جمله اقدامات ضروری در این زمینه است.
با توجه به آنکه زیربنا و اساس هر کشوری را روستا و جمعیت روستایی تشکیل میدهد و روستا جزء سرمایههای اساسی و ملی محسوب میشود، همچنین برای ارتقای کیفیت زندگی و معشیت این جمعیت ساکن باید استراتژیهای خاص و مناسب با شرایط اقلیمی و فرهنگی- اجتماعی ساختی هر روستا در نظر گرفت که بتوان به توسعه روستایی دست یافت. پیشرفت و ارتقای سطح زندگی اقتصادی و اجتماعی روستاییان باید جزئی از برنامههای اصلی و ملی کشور باشد تا بتوان در راه توسعه روستایی قدمی به جلو برداشت. برای رسیدن به توسعه روستایی باید اول امکانات و تنگناها و ظرفیتهای موجود هر روستا مشخص شود و بر اساس، آن برای هر روستا یا مجموعهای از روستاها برنامهریزی دقیق صورت گیرد.
بهطور کلی، با توجه به این که استان کهگیلویه و بویراحمد استانی نیمهروستایی میباشد و بیشتر مواد مصرفی کشاورزی در شهرهای استان در روستاها تولید میشوند و در برخی از مناطق، بهخصوص مناطق روستایی توسعه و توسعهنیافتگی روستایی با چالشهای متعددی روبهرو بوده و هست، بهطوری که اینک شاهد مهاجرت بیرویه به شهرها و حاشیه نشینی، رشد بیکاری، بهوجود آمدن شغلهای کاذب و خالی شدن روستاها از سکنه بوده و باعث بدون استفاده ماندن بخش مهمی از منبع خدادادی استان بهخصوص شهرستان بویراحمد شده است. همچنین تحقیقات مختلف انجام شده نشان میدهد که استان کهگیلویه و بویراحمد از نظر شاخصهای مختلف توسعه در رتبههای آخر درجه توسعهیافتگی روستایی قرار دارد. در تحقیقی که بهوسیله سپهردوست (1390) انجام گرفت؛ روستاهای استان از نظر شاخصهای توسعه سلامت جزء بدترین استانها و در بین کل استانهای کشور در رتبه 29 قرار داشتند. تحقیق دیگری که بهوسیله حسینی (1375) انجام گرفت، نشان داد استان از نظر شاخص توسعه راه روستایی و نسبت آبادیهای دارای پزشک در بین 24 استان کشور در رتبه 24 و شاخصهای بهداشتی در رتبه 23، جمعیتی و زیربنایی در رتبه 24، اقتصادیدر رتبه 16، در رتبهبندی کلی در مقایسه با سایر مناطق روستایی کشور در رتبه 23 قرار گرفت. با توجه به اینکه شاخصهای توسعه روستایی در کشور گویای توسعهنیافتگی روستاهای کهگیلویه و بویراحمد میباشد، با توسعه روستایی در شهرستان بویراحمد و افزایش شاخصهای توسعه میتوان از محرومیت این روستاها کاست و به سمت پیشرفت اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی استان نزدیک شد. لذا، در همین راستا پژوهش حاضر به موضوع علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی بخش مارگون شهرستان بویراحمد به منظور برنامهریزیهای توسعهروستایی پرداخته است. بنابراین، مهمترین پرسشی که مطرح میشود این است که، با توجه به موقعیت جغرافیایی استان و شهرستان بویراحمد و همچنین برخورداری از منابع روزمینی و زیرزمینی فراوان، چرا هنوز از نظر شاخصهای توسعهای جزء توسعهنیافتهترین استانهای کشور قرار دارد و علل توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون در شهرستان بویراحمد به عنوان یکی از بخشهای استان کدامند؟ یکی از خلاءهای اساسی روستاهای استان کمبود مطالعات و تحقیقات و ضعف شناخت در مورد آنهاست، نتایج حاصل از این پژوهش میتواند رهنمودی علمی جهت برنامهریزان و سیاستگذاران ملی و منطقهای به منظور ارزیابی عینی و عملی از چگونگی بازدهی طرحها و برنامههای توسعهای در دهههای گذشته در این ناحیه باشد و در صورت لزوم به بازبینی برنامهها و تجدید سازمان نهادی آنها کمک نماید تا سرمایهگذاریها هدفمندتر و توسعه محقق شود.
1-3- اهداف تحقیق
1-3-1- هدف کلی
هدف کلی این تحقیق بررسی علل توسعهنیافتگی مناطق روستایی بخش مارگون در شهرستان بویراحمد میباشد که اهداف اختصاصی زیر را به دنبال دارد:
1-3-2- اهداف اختصاصی
1. شناسایی موانع اقتصادی توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد؛
2. شناسایی موانع اجتماعی توسعه نیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد؛ 3. تعیین موانع سیاسی و اداری توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد؛ 4. شناسایی موانع فرهنگی توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد؛ 5. شناسایی موانع محیطی توسعه روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد.
1-4- پرسشهای پژوهش
1. موانع اقتصادی توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد کدامند؟
2. موانع اجتماعی توسعه نیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد کدامند؟ 3. موانع سیاسی و اداری توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد کدامند؟ 4. موانع فرهنگی توسعهنیافتگی روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد چیست؟ 5. موانع محیطی توسعه روستاهای بخش مارگون شهرستان بویراحمد کدامند؟
-201930-1910461فصل دوم
مبانی نظری و مرور پیشینه نگاشتهها
2-1- تعاریف و مفاهیم
2-1-1-تعریف روستا
برخی از جامعهشناسان و پژوهشگران جامعه روستایی به منظور تعریف روستا یا ده، ویژگیها و ملاکهای گوناگونی را قرار دادهاند، به عنوان مثال جمعیت، نوع معیشت، تحرکات اجتماعی و اقتصادی را مبنای تعریف قرار دادهاند.
ده یا قریه عبارت است از مرکز جمعیت و محل سکونت حداقل 250 نفر یا 50 خانوار که درآمد اکثریت افراد آنها از طریق کشاورزی حاصل شود. در سرشماری 1345 داشتن حداقل پنج هزار نفر به عنوان ملاک شهر بودن اعلام شد. در سال 1352 جمعیت در تفکیک شهر و روستا مورد غفلت قرار گرفت، در این سال ده یا روستا به محلی گفته شد که شامل مجموعهای از مزارع، باغها و اماکن مسکونی و غیر مسکونی که دارای کدخدا باشند. گروهی نیز وحدت جغرافیایی را ملاک قرار دادند و روستا را کوچکترین مرکز تجمع و حیات انسانی در کشور دانستند که شخصیتی اداری و سیاسی یافته است (خسروی، 1372). طبق مرکز آمار ایران، روستا عبارت از سکونتگاههایی است که تولید غالب آن کشاورزی و دامپروری بوده و جمعیت آنها حداکثر 5000 نفر باشد (راهب، 1384). در نهایت اینکه تعاریفی که از روستا ارائه شده است به دلیل آنکه در حوزههای علوم مختلف صورت گرفته، متعدد است. همانطور که ذکر شد تعاریف روستا عمدتاً بر اساس محورهای همچون معیشت و اقتصاد حاکم، ویژگیهای اجتماعی یا جمعیتی، ساختار کالبدی و نحوه اداره جامعه صورت گرفته است. این در حالی است که چنانچه ملاحظه میشود در تعریف اول قانون جمعیت و معیشت مورد نظر بوده است.
2-1-2- تعریف توسعه
ارائه تعریفی جامع و مانع از توسعه امکانپذیر نمیباشد، چون توسعه در هر زمان و مکان دارای تعاریف زیادی بوده است. واژه توسعه در مکتبهای مختلف و از دیدگاههای مختلف تعاریف متعددی را
به خود اختصاص داده و این امر ریشه در نوع بینش فلسفی افراد، جهانبینی و ایدئولوژی آنها دارد. در فرهنگ دهخدا توسعه به معنی وسعت آمده است، در زمینه مسائل اقتصادی، اجتماعی و سیاسی توسعه، معانی دشوار و پیچیدهای دارد. همچنین، از دیدگاه متخصصان مختلف معانی متنوع و ویژهای به خود میگیرد. از اینرو، گفتهاند که توسعه یک کلمه گمراه کننده است. توسعه در جوامع مختلف مخصوصاً از نظر ابعاد انسانی معانی مختلفی پیدا میکند، پیچیدگی تعریف توسعه وقتی مشکل میشود که با کلمات و مفاهیم پیچیده اقتصادی، اجتماعی و انسانی همراه شود (زمانیپور، 1387). در آغاز، توسعه بر حسب رشد اقتصادی تعریف میشد و افزایش متغیرهای کلان اقتصادی مانند تولید ناخالص داخلی، سرمایهگذاری، درآمد و مانند آن نشانه توسعهیافتگی جوامع به شمار می‌آمد. یکی از دشواریها که در بررسی آثار مربوط به توسعه و توسعهنیافتگی وجود دارد، مشخص کردن مفهوم توسعه و رشد است. عمدتاً مفاهیم رشد و توسعه اقتصادی با هم مترادف در نظر گرفته میشوند، حال آنکه رشد و توسعه مفهوم مجزا و جدا از هم میباشند، چرا که رشد منجر به توسعه نمیشود. ممکن است رشد اتفاق بیفتد و درآمد افزایش پیدا کند، لیکن توسعه اتفاق نیفتد (عباسی سورشجانی، 1385). در دهه 1960 شناسایی توسعه با رشد اقتصادی مورد انتقاد قرار گرفت و صاحبنظرانی مانند سیرز، میردال، و استرتن و مؤسسات و سازمانهای بینالمللی بیان نمودند که مناطق در حال توسعه با اینکه دارای رشد اقتصادی بالایی هستند، اما تغییر چندانی در شرایط تودههای فقیر رخ نداده، در نتیجه توسعه تنها رشد اقتصادی نبوده و تغییر در ساختارهای اقتصادی میباشد. سیرز فرمولی سه وجهی برای اصلاح توسعه بیان نمود که عبارت است از کاهش فقر و سوءتغذیه، کاهش نابرابری درآمد و بهبود وضعیت اشتغال. به این ترتیب مفهوم توسعه در فرآیند توسعه زمانی، همواره به سوی جامع شدن، چند بعدنگری در بر گرفتن شرایط و عوامل ساختاری و مردمیتر حرکت کرده است. اگر در آغاز نگرش به توسعه سختافزاری بود، امروزه بررسی عوامل توزیعی بیانگر توجه بیشتر توسعه نسبت به برابری در توزیع ثمرات رشد اقتصادی و اهمیت بیشتر قائل شدن به جنبههای نرم‌افزاری یا هنجاری– رفتاری توسعه است (پیشگامیفر و همکاران، 1391). اولین نکته درباره توسعه این است که این مفهوم دارای بار ارزشی است و تقریباً مترادف با کلمه بهبود به کار می‌رود. در این زمینه برشتایین بیان میکند اشتیاق برای غلبه بر سوءتغذیه، فقر، مرض، که از شایعترین دردهای بشری است، در زمره اهداف توسعه به شمار میرود. گولت اظهار میدارد توسعه علاوه بر اهداف اقتصادی و اجتماعی، هدفهای فرهنگی و سیاسی هم داشته باشد، توسعه تمام تغییرات نظام اجتماعی را در بر میگیرد، تغییراتی که جامعه را از وضعیت نامناسب فعلی به سمت یک وضع انسانی بکشاند. پل استرین معتقد است که هدف غایی توسعه باید فراهم آوردن و بهبود مستمر در وضع افراد باشد و ثمرات خود را نصیب همگان کند (معصومی اشکوری، 1376). بروگفیلد بیان میدارد فرآیند عامی که در این زمینه وجود دارد، این است که توسعه را بر حسب پیشرفت به سوی اهداف رفاهی نظیر تقلیل فقر، بیکاری و کاهش نابرابری تعریف شود (ازکیا و غفاری، 1386). هدف اصلی توسعه بر مفاهیمی چون کیفیت زندگی یعنی دخالت دادن شاخصهای کیفی و اجتماعی و تأمین رفاه و عدالت اجتماعی متمرکز است (بیگدلی، 2006). دانشمندان علوم اجتماعی از توسعه تعاریف متعددی ارائه دادهاند. تودارو معتقد است که توسعه جریانی چند بعدی است که مستلزم تغییرات اساسی در ساخت اجتماعی، طرز تلقی عامه مردم و نهادهای ملی و نیز تسریع رشد اقتصادی، کاهش نابرابری و ریشه کن کردن فقر مطلق است (تودارو، 1390). بسیاری از متفکران بزرگ و مشهور دنیای اقتصاد همچون آدام اسمیت، بایر، کلارک، هیرشمن، میردال، روستو و شولتز توسعه را به یک معنا دانستهاند و آن تحول بنیادی از جامعه کهن به جامعه نوین است. بنابراین، میتوان توسعه را حرکتی برنامهریزی شده و مدون برای ایجاد تغییر و تحول در کلیه عوامل و شرایط جامعه (در ابعاد سازمانی مدیریتی و اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و سیاسی) به منظور کاهش تنشها و افزایش رفاه و آسایش مردم دانست، به گونهای که جامعه بتواند پیوسته به سوی ایجاد امنیت و عدالت اجتماعی سوق یابد (تقوایی و احمدی، 1381). بنابراین، با توجه به تعاریف و مباحث گفته شده پیرامون توسعه، میتوان اذعان کرد توسعه برای تحول انسان است و خود هدف نیست، بلکه ابزاری است تا انسان را متناسب با مکانی که در آن زیست میکند به جایگاه و موقعیت شایسته برساند. در مجموع توسعه باید جامع، یکپارچه و چندبعدی باشد و در بُعد فرهنگی و سیاسی، آزادی و در بٌعد اقتصادی عدالت، همراه با تولید اندیشه، قدرت و ثروت و در پیوند و تعامل موزن و هماهنگ با یکدیگر و در روابط و مناسبات اجتماعی عادلانه، محور اصلی توسعه را تشکیل دهند.
2-1-3- توسعهی روستایی و مفهوم آن
ادبیات توسعهی روستایی تعاریف متعددی از توسعه روستایی را در بر دارد. هر چند این تعاریف مؤلفه‌های مشترک فراوانی دارند، لیکن تفاوتهای مشهودی نیز دارند. برای تبیین مناسبتر مفهوم توسعه روستایی به برخی تعاریف مطرح شده، اشاره میگردد.
دیاسین معتقد است، توسعه روستایی راهبردی است که به منظور بهبود زندگی اقتصادی، اجتماعی گروه خاصی از مردم (روستاییان فقیر) طراحی شده است. این فرآیند شامل بسط منافع توسعه بین فقیرترین اقشاری است که در مناطق روستایی در پی کسب معاش هستند. این گروه شامل کشاورزان خردهپا، خوشنشینان و کشاورزان بیزمین است (ازکیا به نقل دیاسین، 1384). در تعریف دیگری، توسعهروستایی به نوینسازی جامعه روستایی میپردازد و آن را از یک انزوای سنتی به جامعه‌ای تغییر خواهد داد که با اقتصاد ملی عجین شده باشد. بنابراین، هدف توسعهروستایی در محدوه یک بخش خلاصه نمیشود، بلکه مواردی چون بهبود و بهرهوری، افزایش اشتغال، تأمین حداقل قابل قبول غذا و مسکن، آموزش و بهداشت را در بر میگیرد (ازکیا، 1384). این امر متضمن انتقال منافع به افراد بسیار فقیری است که در نواحی روستایی در پی امرار معاش هستند. این گروه شامل کشاورزان خردهپا، اجارهداران و افراد فاقد زمین است (چمبرز، 1376).
از طرفی، توسعهی روستایی فرآیند افزایش انتخاب مردم، گسترش مشارکت مردم، تواناسازی مردم برای تصمیمگیری، افزایش رفاه و خوشبختی، گسترش فرصتها و ظرفیتهای بالقوه و تواناسازی زنان و همه مردم برای کارگروهی انجام دادن است (افتخاری و همکاران، 1382). توسعهی روستایی به معنای کلی آن شامل نوسازی روستاها و شیوه بهرهبرداری کشاورزی، پرورش و تجهیز نیروی انسانی و تأمین خدمات عمومی مورد نیاز روستاییان به منظور ارتقاء سطح زندگی ساکنان روستا و ادغام روستانشینان در جامعه و اقتصاد ملی میباشد. مهمترین اقدامات عمرانی که از سوی دولتها در کشورهای جهان سوم در راستای توسعهروستایی انجام شد، شامل ایجاد و گسترش زیربناها از قبیل برقرسانی، تأمین آب آشامیدنی، احداث راهها و ایجاد خطوط ارتباطی تلگرافو تلفن، ایجاد تأسیسات آموزشی، ارتقاء خدمات بهداشتی میباشد. علاوه بر اقدامات عمرانی، راهکارهای کشاورزی نظیر توزیع مجدد زمین از طریق اصلاحات اراضی، ارائه خدمات ترویجی، توسعه تعاونیها، تأمین منابع اعتباری مورد نیاز سرمایه‌گذاری در کشاورزی ارائه شد (زاهدی مازندرانی، 1390).
شاید هنوز تعریف ماهاتما گاندی از توسعه روستایی تنها تعریفی باشد که تمامی جنبههای لازم را در خود دارد. او توسعه روستایی را به سادگی تبدیل روستاها به مکانهای قابل زیست و متناسب با رشد و تعالی انسانی معرفی کرده است (سعیدی، 1387).
به طور کلی با توجه به تعاریف بالا میتوان گفت که توسعه دارای سه رکن اساسی است که به موازات یکدیگر پیش میرود (سعیدی، 1387):
رشد اقتصادی به معنای افزایش تولید، ایجاد مشاغل جدید، ریشهکنی فقر و گرسنگی؛
برابری و عدالت به معنای توزیع عادلانه تولیدات و ثروتها، تأمین امکانات بهداشتی، آموزشی برای همه اقشار جامعه و برقراری عدالت؛
شکوفایی انسان به معنای اعطای آزادی فردی و اجتماعی و تقویت اعتماد به نفس و تکامل و تعالی معنوی انسان در مسیر زندگی.
2-1-4- توسعه همه جانبه روستایی
روشی که برای اجرای هم زمان فعالیتهای مربوط به برنامهریزی چند منظوره به کار گرفته می‌شود، در هر دو سطح کلان و خرد صورت میپذیرد و بخشهای کشاورزی، صنعت و خدمات را در بر می‌گیرد و ابعاد اجتماعی، اقتصادی، فضایی و سازماندهی فرآیند توسعه را شامل می‌گردد (زیاری، 1381).
توسعهپایدار، توسعهای است که بتواند نیازهای نسل حاضر را بدون لطمه به نیازهای نسل آینده برآورده کند. در این تعریف، هر توسعهای که منجر به از بین رفتن منابع طبیعی و تخریب محیطزیست شود، ارزش منفی دارد. عدم تعادل بین رشد جمعیت و تولیدات کشاورزی، کشورهای در حال توسعه را با چالش جدی روبهرو ساخته و فشار روز افزون جمعیت و محدودیتهای ذخیره غذایی، توجه جهانی را به تحقیق درباره محیط غذا و تغذیه جلب نموده است. کشاورزی پایدار در قالب نظام یکپارچه تولیدات دامی و زراعی میتواند نیازهای اساسی انسان را تأمین کند (براک، 2005). توسعه عبارت است از رشد همراه با افزایش ظرفیتهای تولیدی اعم از ظرفیتهای فیزیکی، انسانی و اجتماعی. در توسعه رشد کمّی حاصل خواهد شد، اما در کنار آن نهادهای اجتماعی نیز متحول می‌شود، نگرش تغییر خواهد کرد، انسان پرورش یافته و تواناییهایش ظهور پیدا میکند. توان بهره‌برداری از منابع موجود به صورت پویا افزایش خواهد یافت. بنابراین، نمیتواند در بخشی از اقتصاد یا بخشی از جامعه اتفاق بیفتد. ویژگیهای توسعه فراگیر بودن آن است. از طرفی توسعه حد ندارد، چرا که محور آن انسان است که هر روز خلاقتر از دیروز است. البته مفهوم توسعه به معنای عام فراتر از توسعه اقتصادی است، چرا که حداقل چهار بعد اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و فرهنگی برای توسعه شناخته شده است و جامعه توسعهیافته جامعهای است که در تمام ابعاد توسعهیافته باشد. بنابراین، نمیتوان حرکتهای تک‌بعدی و غیر مستمر را در جهت توسعه دانست و چنین جامعهای را توسعهیافته تلقی کرد (سلیمی‌فر، 1381).
2-1-4-1- توسعه فرهنگی
اساساً فرهنگ یکی از عوامل تحقق توسعه است، از اینرو، توسعه فرهنگی هم یکی از پیش شرط‌های بنیادی تحقق توسعه و هم یکی از آرمانهای بنیادی توسعه در جامعه است. از اینرو، بیشتر صاحبنظران توسعه، از جمله کارگزاران و مسئولان ملی و بینالمللی تأکید خاصی بر فرهنگ به عنوان یکی از مهمترین عوامل تحقق توسعه دارند (باباییفرد به نقل از فابیریو، 1389).
به طور کلی، نوع برداشت از فرهنگ، شیوه تعریف توسعه فرهنگی را مشخص میکند. از اینرو در یک تلقی میتوان برای فرهنگ معنای عام در نظر گرفت. به این صورت که تمامی ابعاد مادی و معنوی جامعه را در بر میگیرد. در این مفهوم تمامی دستآوردهای بشر از ابزار و فنون تا ارزشها و آداب و رسوم در زمره عناصر فرهنگی قرار میگیرند، اما فرهنگ در معنای خاص در این مفهوم در ابعاد معنوی جامعه محدود میشود و تنها شامل دستاوردهای غیر مادی میباشد (شیرکوند، 1391).
فرهنگ به عنوان مجموعهای از باورها، نگرشها و اعتقادهای قلبی یک گروه و جامعه است و همچنین تشکیل دهنده شیوه زندگی آنها است. زمانی که شیوه زندگی بر مبنای فرهنگ قوی علمی و توسعهیافته قرار گرفت، به راحتی میتوان بنیانهای توسعه را استوار ساخت. بنابراین، میتوان عنوان کرد کارآمدترین عنصر زیربنایی دیگر تحولات اجتماعی است. همانطور که عقیده به خود فرهنگ خودباوری، خوداتکایی و رویکرد به فضائل انسانی و کرامت را به همراه میآورد، در برابر باورهای باطل فرهنگ خودباختگی، وابستگی را موجب میشود. فرهنگ در تعریف کوهن عبارت است از دستاوردها، عقاید و مجموعهای از قواعد معاشرت که به کار گرفته میشود (کوهن، 1964).
توسعه فرهنگی فرآیندی است که طی آن ایجاد تغییراتی در حوزههای ادراکی، شناختی و گرایشی انسانها، قابلیتها و باورها، شخصیت ویژهای در آنها به وجود میآورد که حاصل این باورها و قابلیتها، رفتارها و کنشهایی است که مناسب توسعه است. به عبارتی، حاصل فرآیند توسعه فرهنگی کنار گذاشتن خردهفرهنگهای نامناسب توسعه است (ازکیا و غفاری، 1384). در مجموع، توسعه فرهنگی را میتوان فرآیند ارتقای شئون فرهنگ جامعه در راستای اهداف مطلوب دانست که زمینهساز رشد و تعالی انسان خواهد شد (شیرکوند، 1391).
یونسکو در سالهای 1998 و 2002 به ارئه شاخصهای فرهنگی پرداخت. در این گزارش 125 شاخص به عنوان شاخصهای فرهنگی آمده است که به شرح زیر هستند(ستاریفر، 1388):
الف: فعالیتهای فرهنگی شامل روزنامه، کتاب، کتابخانه، موسیقی، بایگانی، رادیو، تلویزیون، سینما، هنرهای نمایشی، تعطیلات عمومی، تجارت کالای فرهنگی، ارتباط و فناوری جدید.
ب: فعالیتهای فرهنگی شامل روزنامه، کتاب، سینما، مبادلات فرهنگی، حقوق بشر، ترجمه و انتشارات کتاب خارجی، محیطزیست.
با مطالعه در حوزه اندیشه توسعه، شاخصها و متغیرهایی دیده میشود که در دو گروه جای دادهاند. گروهی از این متغیرها را موافق و تقویت کننده توسعه و گروهی مخالف جریان و تضعیف کننده توسعه مورد ارزیابی و تحلیل عملی قرار دادهاند، این متغیرهای مخالف و موافق توسعه در سه حوزه کلی به صورت زیر ارائه شده است: 1. پویای فکری و عقلی در مقابل آن جمودی فکری و عقلی 2. عادات، رسوم و سنن آگاهی بخشی و در مقابل عادات، رسوم و سنتهای بسته 3. پویایی مذهب و باورهای دینی در مقابل ایستایی مذهب و باورهای دینی. بر این اساس، در شکل 2-1 برخی از مهمترین عوامل و عناصر و متغیرهای فرهنگی دخیل در توسعه در سه حوزه ذکر شده بالا آورده شده است.
شکل2-1- متغیرهای فرهنگی پیش برنده توسعه فرهنگی
32829501936750013150852010840013201651854200019951709101متغیرهای فرهنگی پیشبرنده
00متغیرهای فرهنگی پیشبرنده

3542665202565پویایی فکری
0پویایی فکری
4033520-63500265366512382500723265164465عادات و رسوم آگاهی بخش
00عادات و رسوم آگاهی بخش
2108200200660پویایی مذهب و باورهای دینی
00پویایی مذهب و باورهای دینی

–37

2-7 معرفی اجمالی فرآیند تحلیلی شبکه ای ANP23
2-8 مقایسه روش های AHP و ANP24
2-9 گام های فرآیند تحلیل شبکه26
2-10 ابر ماتریس28
2-11 پیشینه منطق فازی29
2-12 متغیر های زبانی 30
2-13 روش های علم مدیریت فازی 31
2-14 مجموعه های فازی 34
2-15 منطق فازی چگونه به کار گرفته می شوند 35
2-16 کاربردهای منطق فازی 36
2-17 تفاوت میان نظریه احتمالات و منطق فازی37
2-18 معرفی اجمالی روش تاپسیس38
2-19 گام های تاپسیس39
2-20 تامین کننده / مقدمه 43
2-21 زنجیره تامین 45
2-22 معرفی شرکت صنعتی نیرو محرکه46
2-23 پیشینه ی تحقیق49
فصل سوم : روش شناسائی پژوهش(متدولوژی)
3-1 مقدمه53
3-2 روش تحقیق53
3-3 روش گرد آوری اطلاعات 54
3-4 جامعه آماری 56
3-5 حجم نمونه57
3-6 شاخص های مربوط به متغیر های تحقیق و سوالات مربوط به پرسشنامه58
3-7 تعیین روایی پرسشنامه 59
3-8 پایایی پرسشنامه 59
3-9 تصمیم گیری در شرایط فازی61
3-10 تکنیک SAW64
فصل چهارم : تجزیه وتحلیل داده های آماری
4-1 مقدمه 66
4-2 فاز رتبه بندی 66
فصل پنجم : نتیجه گیری وپیشنهادات
5-1– مقدمه 82
5-2– نتایج حاصل از به کار گیری تکنیک تاپسیس فازی83
5-3 ارائه پیشنهادات بر اساس یافتههای پژوهش84
5-4 محدودیت های تحقیق85
5-5 پیشنهادات برای تحقیقات آتی 85
پیوست
پرسشنامه یک88
پرسشنامه شماره دو 90
منابع115
چکیده انگلیسی119
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
جدول 3-1 شاخص های مربوط به پرسشنامه اول 58
جدول 3-2 مقدار آلفای کرونباخ برای متغیر های پژوهش60
جدول 4-1 متغیر های زبانی برای تعیین وزن هر یک از معیارها67
جدول 4-2 ماتریس تصمیم گیری و اوزان فازی 71
جدول 4-3 ماتریس تصمیم گیری و اوزان فازی 72
جدول 4-4 ماتریس نرمالیز شده ی فازی73
جدول 4-5 مجموعه نقاط ایده آل مثبت74
جدول 4-6 مجموعه نقاز ایده آل منفی 75
جدول 4-7 ضریب نزدیکی و رتبه نهایی عوامل موثر بر انتخاب تامین کننده76
جدول 4-8 اوزان نرمالیز شده ی ابعاد 78
جدول 4-9 ماتریس اولیه عوامل – گزینه ها78
جدول 4-10ماتریس بی مقیاس شده با استفاده از روش خطی79
جدول 4-11اوزان نهایی و رتبه نهایی هر یک از تامین کنندگان 79
جدول 5-1- ضریب نزدیکی و رتبه نهایی عوامل موثر بر انتخاب تامین کننده83
جدول 5-2 نتایج حاصل از به کار گیری تکنیک SAW 83
فهرست نگاره ها
عنوان صفحه
نگاره 2-1 تفاوت روش های MADM و MCDM 19
نگاره 2-2 تقسیم بندی مدل های MADM 20
نگاره 2-3 مدل ارزیابی برای MADM 22
نگاره 2-4 مقایسه روش های ANP و AHP 25
نگاره 2-5 روش های مدیریت فازی33
نگاره 2-6 نگاشت پیوسته عضویت یک مجموعه فازی35
فصل اول
کلیات پژوهش
1-1 مقدمه
درنیمه دوم قرن بیستم پدیدار شدن و رشد سریع بنگاههای اقتصادی وشرکتها منجر به تغییر اساسی در قوانین حاکم بر تولید و بازار گردید. مدیران شرکتها دریافتند که بجز مسائل مربوط به تولیدو محصول ،به بخش های دیگرهمانند خرید مواد اولیه و همچنین مسائل مربوط به مشتری توجه ویژه ای نمایند که این امر باعث بوجود آمدن مدیریت زنجیره تامین گردید.در زنجیره تامین یکی از مسایل بسیار مهم و استراتژیک، انتخاب درست و اصولی تامین کننده 2 می باشد بطوری که این تامین کننده بتواند بیشترین و بالاترین نیازها و معیارهای شرکت را پوشش دهد. مدیران دریافتند که برای انتخاب تامین کننده استفاده از روش سنتی (بر اساس قیمت پیشنهادی) مناسب نمی باشد چرا که علاوه بر قیمت مسایل بسیاری همچون : گارانتی، عمل به تعهدات مثل زمان ومکان سفارشات ، تخفیفات کیفیت مدت زمان همکاری و....در کیفیت و کمیت تولید محصول و حتی فروش دخیل می باشند. دراین عرصه برای تحلیل و آنالیز این معیارهای متعدد و مختلف که گاها از یک جنس هم نبودند ومسایل پیچیده انتخاب وتصمیم گیری مدیران را ملزم به استفاده از تکنیکهای جدید کرد. یکی ازاین تکنیکها استفاده از مدلهای تصمیم گیری چند معیاره بود که توانست مسایل بسیاری را در انتخاب بهترین تصمیم حل نماید .
در این تحقیق مدل جدیدی از روش Topsis فازی و از روش ANP فازی برای حل این مسئله استفاده می- شود . این روش از جمله روشهای مبتنی بر اطلاعات کامل از ارجحیت تصمیم گیران است که جزئیات آن در بخش سوم پژوهش تشریح خواهد شد.
1- 2 بیان مساله :
پس از گذر فضای تولید و بازار از روشهای سنتی و قدیم و ورود به فضای مدرن و پیچیده امروزی و نا کارامد شدن تکنیکها و ابزارهای سنتی و قدیمی مدیران شرکتها برای بقای شرکتها و بنگاههای اقتصادی خود چاره ای جز استفاده از ابزارها و مدلها و راه حل های جدید برای تصمیم گیرهای بهتر خود نمی_ دیدند،چرا که در این محیط پرتلاطم بازارها و رقابتهای شدید و بودن رقبای قدرتمند در محیط حتی گاها یک تصمیم اشتباه ممکن است شرکت را از رقبا طوری عقب بندازد که شرکت نتواند آنرا جبران نماید و موجب نابودی شرکت گردد.
یکی از این روشها و تکنیکها استفاده از مدیریت تامین و یا زنجیره تامین می باشد .زنجیره تامین در واقع اهمیت داشتن و توجه به تمامی قسمتهای تولید از مواد اولیه تا مشتریان می باشد. یکی از بخشهای مهم و استراتژیک در زنجیزه تامین بخش مواد اولیه و تامین کنندگان می باشد.در دنیای امروزی در هر زمینه و صنعتی تامین کنندگان متعددی برای تامین مواد و قطعات اولیه وجود دارد که مدیران میتوانند با توجه به شرایط موجود بهترین آنها را انتخاب نماییند و ازطرف دیگر بخوبی دریافتند که دیگر روش سنتی و قدیم میسر نمی -باشد، چرا که مدیران دریافته اند که معیارهای فراوانی به غیر از قیمت مثل کیفیت، گارانتی، مدت زمان همکاری وزمان تحویل دارای اهمیت ویژه ای میباشد.
حال سوال مهمی که پیش می آید این است که مدیران چگونه و از چه راه و روشی بهترین تامین کننده را انتخاب نمایند و به عبارت دیگر : باتوجه به معیارهای متعدد موجود و تامین کنندگان فراوان روش انتخاب بهترین تامین کننده چیست؟
برای حل این مشکل را حلهای مختلفی وجود دارد که یکی از راحلها استفاده از تکنیک MADM فازی می_ باشد.
حال باتوجه به احساس نیاز به استفاده از این تکنیک در الویت بندی تامین کنندگان بر اساس معیارهای موجود و در نهایت ارایه یک راه کار مناسب برای تصمیم گیری بهتر مدیران این تحقیق انجام گردیده است.مهمترین مسئله در این تحقیق یافتن پاسخی به این سوالات است که:
آیا استفاده از روش MADMفازی موجب انتخاب بهترین تامین کننده بدون دخالت شخصی کارشناسان خواهد شد؟
1-3 اهمیت و ضرورت تحقیق:
انتخاب بهترین تامین کننده همواره یکی از دغدغه های اصلی و مهم مدیران می باشد چرا که با انتخاب درست و مناسب تامین کننده مدیران موفق خواهند شد که سود بیشتری را عاید شرکت خود نمایند . برای انتخاب بهترین تامین کننده راهکار های فروانی ارائه گردیده است که هریک از آنان دارای معایب و مزایایی می باشند . به دلیل وجود معیارهاو شاخص های متعدد در انتخاب تامین کنندگان ، که بعضا این معیارها دارای ابهام می باشند و از یک نوع نیز نمی باشند مدل تصمیم گیری چند معیاره فازی پیشنهاد می_ گردد. با توجه به آنچه که مطرح گردید الویت بندی تامین کنندگان به عنوان یک مساله تصمیم گیری چند معیاره در نظر گرفت . از مزایای این مدل میتوان به عدم یکسان سازی واحد معیارها و تجزیه و تحلیل معیارهای کمی وکیفی بطور همزمان اشاره کرد .
1-4 اهداف اساسی انجام تحقیق و سوال اصلی:
1-4-1 اهداف علمی :
انتخاب و ارایه تکنیکی که بتوان به واسطه آن بهترین تامین کننده را انتخاب کرد .
1-4-2 اهداف کاربردی :
اولویت بندی تامین کنندگان شرکت نیروی محرکه با روش MADM فازی
نتیجه این تحقیق در تمامی سازمانها ی تولیدی کاربرد خواهد داشت.
1-4-3 پرسش اصلی تحقیق:
باتوجه به معیارها و شاخص های متعدد تامین کنندگان شرکت نیرو محرکه ، با یه کار گیری روش MADM فازی چه تامین کننده هایی نسبت به سایر تامین کنندگان در الویت قرار می گیرند ؟
1-5 فرضیات تحقیق
با توجه به کاربردی بودن این تحقیق و استفاده از مدل های ریاضی(MADM ) و منطق فازی برای انتخاب تامین کنندگان فرضیه ای وجود ندارد که بخواهیم رد یا قبول کنیم .
1-6 استفاده کنندگان تحقیق
نتایج این تحقیق در شرکت های تولیدی کاربرد دارد ولی بهره ور اصلی این تحقیق شرکت نیروی محرکه باشد .
1-7 روش تحقیق
با توجه به اینکه این تحقیق نظری و کاربردی است روش تحقیق مناسب موردی و زمینه ای (case study ) می باشد . این روش تصویر جامع و گسترده در موردی ویژه ارائه می کند و پژوهشگر تمام مواردی که در زمینه ای خاص مطرح است مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد تلاش می شود هر چه بیشتر متغیر های ناخواسته کنترل شود و متغیر های مستقل بیشتری مورد بررسی قرارگیرد . در این روش موقعیت قبلی و فعلی در زمینه ای که مطرح است مورد بررسی قرار خواهد گرفت و اغلب بررسی های تطبیقی نیز انجام خواهد گرفت و مقایسه ای وسیع و گسترده در زمینه ای که مورد نظر است با سایر موارد و شاخص ها انجام می گردد و آنگاه پیشنهاداتی ارائه خواهد شد .
برای انجام تحقیق موردی زمینه ای اولین گام برخورد پژوهشگر با موقعیت مساله است که بر اساس آن موضوع شکل میگیرد و بر پایه موضوع نیز سوال ها ، اهداف و بیان مساله مطرح می گردد. پس از گرد آوری داده ها و پاسخ به سوالات دسترسی به اهداف اصلی و فرعی امکان پذیر می شود در این روش تحقیق به دنبال حقیقت یعنی آنچه که باید باشد کاوش می شود .
1-8 روش گردآوری اطلاعات
روش گرد آوری اطلاعات در این تحقیق تلفیقی از روش میدانی و کتابخانه ای است زیرا به نسبت نیاز از آن استفاده خواهد شد و ابزار های آن بانک های اطلاعاتی ، مجلات ، کتاب ها و اینترنت و .....است .
1-9 ابزار گردآوری اطلاعات
ابزارهای گردآوری عبارتند از :
1-9-1 مطالعه :
جهت گردآوری مفاهیم اولیه و مفروضات تئوریک
1-9-2 مشاهده و بررسی اسناد :
جهت گردآوری اطلاعات مورد نیاز در ارتباط با رابطه بین داده ها و ستاده ها .
1-9-3 مصاحبه تخصصی :
جهت استفاده از نظرات کارشناسان مربوطه با موضوع تحقیق و کسب اطلاعات مورد نیاز.
1-9-4 فیش برداری :
جهت جمع آوری اطلاعات مورد نیاز از منابع و مقالات مرتبط با موضوع تحقیق.
1- 10روش های تجزیه و تحلیل
روش تصمیم گیری با شاخص های چند گانه: در مواقعی کاربرد دارد که گزینه ها از قبل تعیین شده باشند و هدف انتخاب یکی از گزینه ها ی موجود از طریق مقایسه آنها در حضور شاخص های متعدد تاثیر گذار بر ارجحیت گزینه هاست. در بین روش های گوناگونی که در حوزه تصمیم گیری با شاخص های چند گانه وجود دارد، روش ANP برای این تحقیق انتخاب شد. روش فوق توسط ساعتی ابداع شده و تفاوت آن با روش های دیگر به بررسی روابط داخلی و بیرونی میان معیارها و شاخص ها بر می گردد . نرم افزار آن نیز Super decicion می باشد . TOPSIS روشی است که با آن می توان مساله تحلیلی در تصمیم گیری با شاخص های چندگانه را به عنوان سامانه ای هندسی در نظر گرفت که در آن m گزینه با n معیار مورد ارزیابی قرار می گیرد نرم افزار تجزیه و تحلیل آن Topsis می باشد .
1-11 قلمرو تحقیق
1-11 -1 قلمرو مکانی تحقیق:
این تحقیق در کارخانه ی شرکت صنعتی نیرو محرکه واقع در شهر صنعتی البرز در استان قزوین انجام گرفته است.
1-11 – 2 قلمرو زمانی تحقیق :
این تحقیق از اواخر مرداد 1393 تا اواسط دی ماه1393 صورت پذیرفت.
1-11- 3 قلمرو موضوعی تحقیق:
بررسی و الویت بندی تامین کنندگان و ارایه یک مدل برای انتخاب بهترین تامین کنندگان در شرکت صنعتی نیرو محرکه می باشد .
1-12 نوآوری تحقیق
با توجه به این که اندازه گیری شاخص های مرتبط با تامین کنندگان و ارتباط بین شاخص ها در تکنیک های گذشته به صورت دقیق امکان پذیر نبوده ، در این تحقیق با استفاده از تکنیک ANP و Topsis برای انتخاب تامین کنندگان با در نظر گرفتن تمامی شاخص های مربوطه و وابستگی بین آنهاسعی می شود بهترین تامین کننده انتخاب شود.
1-13 تعاریف متغیرها واصطلاحات کلیدی:
تصمیم گیری چند شاخصه ، فرایند تحلیل شبکه ای ، تئوری فازی ، مدیریت زنجیره تامین ، تامین کننده و تاپسیس
تصمیم گیری چند شاخصه(MADM):
در یک تعریف کلی تصمیم گیری چند شاخصه به تصمیمات خاصی(از نوع ترجیحی) مانند ارزیابی و اولویت گذاری ویا انتخاب از بین گزینه های موجود که باید بین چند شاخص متضاد انجام شود اطلاق می- گردد(اصغر پور 1388,191)
فرایند تحلیل شبکه ای(ANP):
یک روش تصمیم گیری چند معیاره است و زمانی کاربرد دارد که وابستگی بین گزینه ها یا معیارها دارای اهمیت باشد(اصغر پور،1389)
تئوری فازی: این تئوری برای شرایط متغیر وشرایط غیر قابل مقایسه بودن استفاده میگردد و میتواند به ابهام موجود در عبارت های زبانی نظر دهندگان کمک کند (Semih,2009)
TOPSIS
یک روش تصمیم گیری چندمعیاره و کاربردی است که آلترناتیوها را با توجه به مقادیر داده های آنها در هر معیار و وزن معیارها مورد مقایسه قرار میدهد.(پرهیزکاری، 1387)
الویت بندی
ارجحیت دادن یک گزینه و مرتب کردن آن از نظر اهمیت بیشتر مورد نظر می باشد.(آزاد 1382 )
منطق فازی
بنیاد منطق فازی بر شالوده نظریه مجموعه های فازی استوار است.این نظریه تعمیمی از نظریه کلاسیک مجموعه ها در علم ریاضیات است.در تئوری کلاسیک عضویت عناصر از یک الگوی صفر و یک و باینری تبعیت می کند.اما در تئوری فازی این مفهوم را بسط می دهد و عضویت درجه بندی شده را مطرح می نماید.
تامین کننده
کسی است که بخشی از کالا و خدمات مورد نیاز یک سازمان را جهت تولید محصول یا ارائه خدمات به مشتری تامین می کند. .(غضنفری، 1385)
زنجیره تامین
یک زنجیره تامین و تمامی فعالیتهای مرتبط با جریان کالا و تبدیل مواد از مرحله تهیه ماده اولیه تا مرحله تحویل کالای نهایی به مصرف کننده و نیز جریان اطلاعاتی و مالی مرتبط با آنها را شامل می شود. .(غضنفری، 1385)
مدیریت زنجیره تامین
شامل یکپارچه سازی فعالیتهای زنجیره تامین از طریق بهبود در روابط زنجیره برای بدست آوردن مزیت رقابتی بیشتر است.(غضنفری 1385)
فصل دوم
ادبیات موضوع
تصمیم گیری چند معیاره
2-1 مقدمه
اگر فعالیتهای مختلف مدیریت را در نظر آورید، به وضوح دیده میشود که تصمیمگیری، جوهر تمامی فعالیتهای مدیریت است. تصمیمگیری از اجزای جدایی ناپذیر مدیریت به شمار میآید و در هر وظیفه ی مدیریت به نحوی جلوهگر است. در تعیین خط مشیهای سازمان، در تدوین هدفها، طراحی سازمان، انتخاب، ارزیابی، ودر تمامی افعال و اعمال مدیریت، تصمیمگیری جزء اصلی و رکن اساسی است. مدیر همواره با مواردی مواجه است که اخذ تصمیم از جانب او ، کیفیت و چگونگی این تصمیمها که میزان توفیق و تحقق هدفهای سازمان را معین میکند. از این رو آشنایی با شیوهها و روشهای تصمیمگیری و آگاهی از تکنیکهای اخذ تصمیم برای مدیران واجد اهمیت بسیار است و با بهرهگیری از این شیوهها و ابزارهاست که توانایی مدیران در اخذ تصمیمها کارآمدتر و مؤثرتر افزایش مییابد.(صفرزاده ، 1385 )
با توجه به مقدمه ذکر شده در این فصل ابتدا فرآیند تصمیم گیری و مباحث مربوط به آن نگاشته شده است و در ادامه به معرفی روش MADM فازی پرداخته ایم .در پایان فصل پیش رو پیشینه ی تحقیق و معرفی اجمالی شرکت نیرو محرکه که جامعه آماری تحقیق از آن اتخاذ شده ، قید شده است .
2-2 فرآیند تصمیمگیری
در تعریفی بسیار ساده، تصمیمگیری عبارتست از انتخاب یک راه از میان راههای مختلف.همانطور که از این تعریف برداشت میشود، کار اصلی تصمیمگیرنده دریافت راههای ممکن و نتایج ناشی از آنها وانتخاب اصلح از میان آنها است، و اگر وی بتواند این انتخاب را به نحوی درست و مطلوب انجام دهد تصمیمهای او مؤثر و سازنده خواهند بود. تصمیمگیرنده ممکن است با توسل به قدرتهای ماوراء الطبیعه، تجربه، اشراق یا اتفاق و تصادف، تصمیمگیری کند، اما هدف اصلی در اینجا اشارهای اجمالی به شیوهها و تکنیکهایی از تصمیمگیری است که کار اخذ تصمیم علمی را برای مدیر میسر میسازد و او را در اخذ تصمیمهای سریع و صحیح یاری میدهد.(صفرزاده،1385 )
2-3 انتخاب معیار یا ملاک در تصمیم گیری
فرایند تصمیمگیری نهایتا عبارتست از یک شق از میان شقوق مختلف. حال باید ببینیم که معیار انتخاب چه باید باشد، بر اساس چه چیزی میگوییم این راه مطلوب است یا مطلوب نیست، و بر چه اساسی یک راه را بر دیگری ارجح میشماریم و آن را انتخاب میکنیم. پاسخ به این سوال در اغلب موارد روشن نیست. راه(الف) ممکن است از یک نظر خوب تلقی شود ولی از یک دید دیگر، چندان خوب نباشد. بدین جهت ما باید معیار و ملاکی در دست داشته باشیم تا کار انتخاب شده را بر اساس آن انجام دهیم.
معیارهایی که مدیران برای اخذ تصمیم و انتخاب بکار میببرند، عواملی هستند که در راه رسیدن به هدف سازمان دارای اهمیتاند. از طریق تجزیه و تحلیلهای علمی و بررسی هدفها و خط مشیهای سازمان میتوانیم این معیارها را بشناسیم و عملیات را به کمک آنها مورد سنجش قرار دهیم. به عنوان مثال، هزینه یا سود میتواند معیاری برای سنجش راههای مختلف و انتخاب یک راه از بین راههای گوناگون باشد. یکی از اساسیترین گامها در تصمیمگیری، یافتن معیار و ارزیابی راهها به وسیله آن است. (ونوس ، پرچ ، 1385)
2-4 طبقهبندی تصمیمها
طبقهبندی تصمیمها، کار مدیر و تحلیلگر را در انتخاب مدلها و معیارهای تصمیمگیری و شیوههای اخذ تصمیم ساده میسازد. طرق مختلفی برای طبقهبندی تصمیمها بکار میروند و مسائل مورد نظر در تصمیمگیری از جنبه های مختلف طبقهبندی میشوند. در اینجا به سه نوع طبقهبندی اشاره خواهد شد. اولی طبقهبندی تصمیمها از نظر میزان اطمینان به نتایج حاصل از شقوق مختلف اخذ تصمیم، و دیگری طبقهبندی تصمیمها از نظر مراحل آنها و در آخر طبقهبندی تصمیمها با توجه به فضای آن.
در این طبقهبندی میتوانیم تصمیمها را درچهار گروه قرار دهیم.
2-4-1 تصمیمگیری تحت شرایط اطمینان کامل
2-4-2 تصمیمگیری در شرایط ریسک
2-4-3 تصمیمگیری در شرایط عدم اطمینان
4-2-4 تصمیمگیری در حالت وجود رقابت
زمانی که تصمیمگیرنده با اطمینان کامل میداند که نتیجه یا نتایج حاصل از هر شق ممکن چیست و در چه شرایطی اتفاق خواهد افتاد، از نظر تصمیمگیری در شرایط اطمینان کامل قرار دارد. وقتی تصمیمگیرنده با اطمینان کامل نمیداند که نتایج حاصل از هر شق چیست ولی احتمال وقوع (شانس نسبی وقوع نتایج) آنها را میداند، او تحت شرایط ریسک و با مخاطره تصمیم میگیرد. و هنگامی که تصمیمگیرنده احتمال وقوع نتایج حاصل از شقوق ممکن را نمیداند، او در شرایط عدم اطمینان تصمیمگیری میکند. و سرانجام به هنگامی که در موضوع مورد تصمیمگیری رقبایی هم وجود داشته باشند، تصمیمگیری در شرایط تعارض انجام میپذیرد. در حقیقت، این شیوه تصمیمگیری مربوط به مواردی است که تصمیمگیرنده در یک موقعیت رقابتی قرار میگیرد. بدیهی است که اتخاذ تصمیم در این وضعیت نسبت به وضعیتهای قبلی مشکلتر است، زیرا بستگی به ایندارد که هریک از رقبا چه تصمیمی خواهند گرفت و تصمیم مزبور چه نتایجی بر وضعیت موجود میگذارد و تا چه حد عوامل را جابهجا و عوض میکند (نظیر دو شطرنج باز). در چنین حالتی تصمیمگیری به عوامل متغیر مختلفی مربوط میشود که صحنه عملیات را عوض میکند و هر تصمیمگیرنده برای تصمیمگیری صحیح باید دارای استراتژی (مجموع هدفها و برنامههای دراز مدت و اساسی) باشد. ( آذر و رجب زاده ،1387 )
2-5 مفاهیم کلی تصمیم گیری چند معیاره
آنچه در این بخش مورد توجه قرار میگیرد، موضوعات کلی تصمیمگیری چند معیاره(MCDM) است. در دو دهه اخیر توجه محققین به این مدلها در تصمیمگیریهای پیچیده بوده است. در اینگونه تصمیمگیریها چندین معیار که گاه باهم تضاد دارند. در نظر گرفته میشوند که در زندگی روزمره نیز به طور مرتب اتفاق میافتند. برای مثال، در زندگی شخصی یک فرد، در انتخاب شغل ، وجهه شغل، محل انجام کار، حقوق ودستمزد، فرصتهای پیشرفت، شرایط کاری وغیره به عنوان معیار در نظر گرفته میشوند ومیتوانند برای این فرد خیلی مهم باشند. اتومبیلی که یک فرد در نظر دارد خریداری کند، به معیارهایی مانند قیمت، مدل، ایمنی، راحتی، میزان مصرف سوخت، قابلیت اطمینان و... بستگی دارد. در زمینه مسائل سازمانی، در انتخاب استراتژی یک سازمان معیارهایی از قبیل میزان درآمد سازمان طی یک دوره، قیمت سهام سازمان، سهم بازاری، تصویر سازمان در جامعه(سرقفلی) و... میتوانند مهم باشند. در زمینه مسائل عمومی یک جامعه، برنامه توسعه منابع آبی میتواند بر اساس معیارهایی مانند هزینه، احتمال کمبود آب، انرژی(میزان استفاده مجدد از آن)، استفاده از جنگل وزمین، کیفیت آب، حفاظت از مواد غذایی و... صورت گیرد، یعنی این موارد به عنوان معیارها مد نظر قرار گیرند.
در زمینه مسائل دولتی، بخش حمل و نقل کشوری باید سیستم حمل و نقل را به گونهای طراحی کند که زمان سفر، تاخیرات، هزینه حمل و نقل و... حداقل شود. یا در صنایع نظامی انتخاب سیستم مناسب پرتاب یک موشک در نیروی هوایی برحسب معیارهایی نظیر انتخاب سرعت، دقت، قابلیت اطمینان، میزان آسیب پذیری و... سنجیده شود.موارد فوق بخشهایی مختلف از کاربرد تصمیمگیریهای چند معیاره را شامل میشوند.به طور کلی روشهای تصمیمگیری چند معیاره(MCDM) به دو دسته کلی تقسیم میشوند(اصغر پور،1389 )
2-5-1 مدلهای تصمیمگیری چند هدفه (MODM)
2-5-2 مدلهای تصمیمگیری چند شاخصه (MADM)
2-5-1 مدلهای تصمیمگیری چند هدفه
در این مدلهای تصمیمگیری چندین هدف به طور همزمان جهت بهینه شدن، مورد توجه قرار میگیرند.
مقیاس سنجش برای هر هدف ممکن است با مقیاس سنجش برای بقیه اهداف متفاوت باشد. مثلا یک هدف حداکثر کردن سود است که بر حسب واحد پول سنجش میشودو هدف دیگر حداقل استفاده از ساعات نیروی کار است که بر حسب ساعات سنجش میشود. گاهی این اهداف در یک جهت نیستند و به صورت متضاد عمل میکنند. مثلا تصمیمگیرنده از یک طرف تمایل دارد
رضایت کارکنان را افزایش دهد و از طرف دیگر میخواهد هزینههای حقوق و دستمزد را حداقل کند.
یکی از بهترین تکنیک تصمیمگیری چند هدفه برنامهریزی آرمانی است که اواین بار توسط چارلز و کوپر ارائه شده است. مدل ریاضی تصمیمگیری چند هدفه به صورت زیر است: (اصغر پور،1389 )
f1(x),f2(x),…,fn(x)} } max f(x) =
s.t
I= 1.2.3……….m
رابطه 2-1
2-5-2 مدلهای تصمیمگیری چند شاخصه
در این مدلها، انتخاب یک گزینه از بین گزینههای موجود مد نظر است. در یک تعریف کلی تصمیمگیری چند شاخصه به تصمیمات خاصی(از نوع ترجیهی) مانند ارزیابی، اولویت گذاری و یا انتخاب از بین گزینههای موجود (که گاه باید بین چند شاخص متضاد انجام میشود) اطلاق میگردد. (اصغر پور،1389 )
انواع مختلفی از مسائل MADM وجود دارند که تمامی آنها در خصوصیات زیر مشترکند:
گزینهها
در این مسائل تعدادی گزینه مشخص باید مورد بررسی قرار گرفته و در مورد آنها اولویتگذاری، انتخاب و یا رتبه بندی صورت میگیرد. تعداد گزینههای مورد نظر میتواند محدود و یا خیلی زیاد باشند. برای مثال، یک تولید کننده ی اتومبیل ممکن است فقط چند گزینه ی محدود برای انتخاب محل تولید داشته باشد، ولی یک دانشگاه درجه یک انتخاب دانشجو خود را از بین هزاران متقاضی میتواند انجام می دهد.گاهی به جای گزینه، مترادفهای آن مانند انتخاب، استراتژی، اقدام، کاندیدا و... به کار میرود.
شاخصهای چندگانه
هر مساله MADM چندین شاخص دارد که تصمیمگیرنده، باید آنها را کاملا مشخص کند. تعداد شاخصها بستگی به ماهیت مساله دارد. برای مثال،در مساله خرید اتومبیل اگر قرار به ارزیابی چند اتومبیل باشد ممکن است شاخصهای مختلف قیمت، میزان سوخت مصرفی، نحوه ضمانت، ساخت مد نظر باشند(یعنی چند شاخص محدود در نظر گرفته شدهاند)، در حالی که در یک مساله جایابی برای یک طرح کارخانه 100 شاخص و یا بیشتر میتوانند مد نظر باشند. واژه شاخص به صورت واژگان دیگری از قبیل اهداف یا معیارها قابل بیان است.
واحدهای بیمقیاس
هر شاخص نسبت به شاخص دیگر دارای مقیاس اندازهگیری متفاوت است. لذا جهت معنادار شدن محاسبات و نتایج از طریق روشهای علمی اقدام به بیمقیاس کردن دادهها میشود به گونهای که اهمیت نسبی دادهها حفظ گردد.
وزن شاخصها
تمامی روشهای MADM مستلزم وجود اطلاعاتی هستند که بر اساس اهمیت نسبی هر شاخص بدست آمده باشند. این اطلاعات معمولا دارای مقیاس ترتیبی یا اصلی هستند. وزنهای مربوط به شاخصها میتواند مستقیما توسط تصمیمگیرنده و یا بهوسیله ی روشهای علمی موجود به معیارها تخصیص داده شود. این وزنها اهمیت نسبی هر شاخص را بیان میکنند.از جنبههای مختلف بین مدلهای MADM و MODM تفاوت وجود دارد که به شرح جدول زیر بیان شدهاند. (اصغرپور ،1389)
MODM MADM MCDM
مواردمتفاوت
اهداف شاخصها معیارها
ضمنی بیان شدهاند
به طور ضعیف بیان شدهاند صریح بیان شدهاند اهداف
به طور ضعیف بیان شدهاند صریح بیان شدهاند شاخصها
کاملا مشخص غیر مشخص
(در داخل معیارها گنجانده شدهاند) محدودیتها
تعداد نا معلوم
(در نتیجه یک فرآیند معلوم میشوند) تعداد محدود، مشخص گزینهها
زیاد کم تعامل با تصمیم گیرنده
طراحی در انتخاب و ارزیابی نحوه استفاده
نگاره 2-1 (اصغر پور، 1389 (
2-6 انواع روشهای MADM
انواع روشهای تصمیمگیری MADM در شکل زیر مشخص شدهاند.بر طبق این شکل اگر هیچگونه اطلاعاتی در مورد شاخص در دسترس نباشد، بهتر است از روی تسلط استفاده شود. اگر اطلاعات موجود در مورد محیط باشد، یعنی درباره ی شاخصها اطلاعاتی موجود نباشد بلکه فضای تصمیمگیری مشخص شده باشد، استفاده از روش ماکسی مین و مینی ماکس (به ترتیب برای اطلاعات بدست آمده بر اساس دیدگاه بدبینانه و خوشبینانه) پیشنهاد میشود. اگر اطلاعات در مورد شاخص، ارائه شده باشد آنگاه اطلاعات یا در سطح استاندارد است، یعنی میزان قابل قبول شاخص مربوطه را بیان میکند و یا وزن شاخصها را بیان میکند که ممکن است با دادههای برخوردار از مقیاس ترتیبی یا اصلی، اندازهگیری شده باشد.مدلهای MADM از دیدگاه دیگر نیز قابل بررسی هستند و آن رویکرد، فنون مختلف MADM در پردازش اطلاعات بر مبنای شاخصهای ارائه شده توسط تصمیمگیرنده است.( آذر ،رجب زاده ، 1387)
اطلاعات در دسترس نیست
اطلاعات در مورد محیط
اطلاعات در مورد شاخص
تسلط
بدبینانه
خوش بینانه
ماکسی مین
مینی ماکس
در سطح استاندارد
ترتیبی
اصلی
روش رضایتبخش جامع
روش رضایتبخش خاص
روش لکسیکوگراف
روش حذف
SAW
WP
TOPSIS
ELECTRE
HRM
AHP
اطلاعات در دسترس نیست
اطلاعات در مورد محیط
اطلاعات در مورد شاخص
تسلط
بدبینانه
خوش بینانه
ماکسی مین
مینی ماکس
در سطح استاندارد
ترتیبی
اصلی
روش رضایتبخش جامع
روش رضایتبخش خاص
روش لکسیکوگراف
روش حذف
SAW
WP
TOPSIS
ELECTRE
HRM
AHP

نگاره 2-2 (تقسیم بندی مدل های MADM )
در این ارتباط، دادههای MADM به دو بخش کلی تقسیم میشوند.
2-6-1 مدلهای جبرانی
2- 6-2 مدلهای غیر جبرانی
آن دسته از مدلهای MADM را شامل میشوند که در آنها تبادل بین شاخصها صورت میگیرد. بدین معنی که تغییر در یک شاخص، توسط تغییری مخالف (در جهت عکس) در شاخص یا شاخصهای دیگر، جبران میشود.
روش جبرانی، روشهایی مانند میانگین وزنی ساده، TOPSIS، ELECTRE، تخصیص خطی، AHP و... است. این روشها مطابق شکل زیر، دستهبندی شدهاند. (اصغر پور،1389 )
2-6-2 مدلهای غیر جبرانی
مدلهایی از MADM را شامل میشوند که در آنها تبادل بین شاخصها صورت نمیگیرد. بدین معنی که نقطه ضعف موجود در یک شاخص، توسط مزیت موجود در شاخص دیگر، جبران نمیشود بلکه هر شاخص، جدا از دیگر شاخصها مبنای ارزیابی گزینههای رقیب قرار میگیرد. مزیت مهم این مدلها، سادگی آنهاست که با رفتار تصمیمگیرنده و محدود بودن اطلاعات او مطابقت دارد. روش غیر جبرانی، شامل روشهایی مانند روش تسلط، لکسیکوگراف، حذف، ماکسیمین، مینی ماکس، رضایت بخش خاص و شمول است. (اصغر پور،1389 )
2625725340360مدل های ارزیابی برای MADM
00مدل های ارزیابی برای MADM
36264847550150040163751188720مدل های جبرانی
00مدل های جبرانی
13601701221740مدل های غیر جبرانی
00مدل های غیر جبرانی
1930401868805متد تسلط
00متد تسلط
1930402343150لکسیکوگراف
00لکسیکوگراف
1930405255260متد پرموتاسیون
00متد پرموتاسیون
1930404603750رضایت بخش عام
00رضایت بخش عام
1930402893695متد حذف
00متد حذف
1930403463290ماکسی - مین
00ماکسی - مین
1930404017645رضایت بخش خاص
00رضایت بخش خاص
20707353927475مجموعه وزین
رده ای
00مجموعه وزین
رده ای
20707353114040ساده وزین با تعامل متقابل
00ساده وزین با تعامل متقابل
20707352440940مجموعه ساده وزین
00مجموعه ساده وزین
35553654347210MDS
00MDS
35553653745865LINAMP
00LINAMP
35877503114040MRS
00MRS
35553652505075TOPSIS
00TOPSIS
47980603167380ELECTRE
00ELECTRE
47980602543810تخصیص خطی
00تخصیص خطی
19589751868805 زیر گروه نمره گذاری
00 زیر گروه نمره گذاری
36925251835785زیر گروه سازشی
00زیر گروه سازشی
49784001868805زیر گروه هم آهنگ
00زیر گروه هم آهنگ
1958975996950002625725173164400170751415906750014789152066289001478915305815900147891535826690014789154241799001478915477583400147891525438090026161991747520005635624174752000442214015386050032854902409825003298190240982500329819027419300032981903278505003298190392684000329819045046890046164502343150004626610234315000462661034632890046266102740659004231640221234000545084022434550018516602391410001861185239140900254634922517100018618204176395001861820342963400186182026562040047872659975850019494509969500060223392228215001478915546988900-2171700431736500
نگاره 2-3 (اصغر پور،1389 )
2-7 معرفی اجمالی فرآیند تحلیل شبکه‌ای(ANP)
ANP نظریه‌ی جدیدی است کهAHP را برای پرداختن به مسائل اداری وابستگی و باز خورد در یک مدل توسعه داده و به این منظور از رهیافت ابر ماتریس استفاده می‌کند. اگر چه هر دو فرآیند اولویت مقیاس‌های نسبی را با انجام مقایسات زوجی به دست می‌آورند ولی تفاوتى‌هایی میان آنها وجود دارد. درAHP چهار شرط(معکوس،همگنی ، وابستگی و انتظارات)وجود داشت که کلیه‌ی محاسبات و قوانین این تکنیک بر اساس این شروط بود.در فرآیند تحلیل شبکه‌ای،شرط سوم سلسله مراتبی نقض می‌شود زیرا که در یک سلسله مراتب بایستی وابستگی‌ها به صورت خطی از بالا به پایین و یا بالعکس باشد و چنانچه وابستگی دو طرفه باشد(یعنی وزن معیارها به وزن گزینه‌هاو وزن گزینه‌ها به وزن معیارها وابسته باشد)،مسأله دیگر از حالت سلسله مراتبی خارج شده و تشکیل یک شبکه یا سیستم غیرخطی یا یک سیستم بازخورد را می‌دهد.در این حالت برای محاسبه‌ی وزن عناصر،نمی‌توان از قوانین و فرمولهای سلسله مراتبی استفاده نمود بلکه می‌بایست برای محاسبه‌ی وزن از تئوری‌ شبکه‌ها کمک گرفت.
AHP و ANP دو مفهوم مختلف هستند که توسط آقای ساعتی معرفی شدند. ایشان ابتدا AHP را توسعه داد که با استفاده از آن بتواند با مسائل مختلف چند معیاره با دو رویکرد کمی و کیفی برخورد کند. از نظر رویکرد کیفی،AHP این امکان را به محقق می‌دهد که اهداف کلان را به اهداف جزء تقسیم نموده و این تقسیم بندی را تا رسیدن به گزینه‌ها ادامه دهد. از نظر رویکرد کمی،این روش با لحاظ کردن مقایسات زوجی،امکان محاسبه‌ی وزن گزینه‌ها را میسر می‌سازد. برای انجام مقایسه‌ی زوجی نیز، مقیاس‌های 9 نقطه ای در نظر گرفته شده است.این مقیاس با در نظر گرفتن اعداد1تا9 به ترتیب اهمیت،تصمیم گیرنده را در فرآیند مقایسه کمک می‌کند(عدد یک برای ارجحیت یکسان و عدد9 برای نمایش بیشترین ارجحیت).
با این وجود،مدلAHP با توجه به اصل سوم خود،شرط سلسله مراتبی را به صورت یک طرفه و فقط از بالا به پایین و یا بر عکس دارا می‌باشد.این اصل باعث می‌شود که نتوان مسائلی را که رابطه‌ی متقابل بین گزینه‌ها و معیارها وجود دارد تحلیل و بررسی نمود.به علت وجود این شکاف،تکنیکANP توسط ساعتی توسعه داده شد.بنا به تعریف آقای ساعتی،ANP مدل کلی و عمومی و کامل‌تری از AHPاست که اجازه‌ی تحلیل مسائل مختلف را با داشتن رابطه‌ی متقابل بین عناصر می‌دهد(ساعتی ، 2001 ) . این ارتباط متقابل را گاهی سیستم‌های بازخورد نیز می‌نامند. ایشان برای محاسبه‌ی وزن این دسته از مسائل،روشی تحت عنوان ابر ماتریس را توسعه داد(ساعتی 1996) ابر ماتریس، اثر وزن‌های عناصر مرتبط با هم را با در نظر گرفتن یک ماتریس،با شرکت همه‌ی گزینه‌ها و عناصر تعدیل می‌کند.
2-8 مقایسه روش های AHP و ANP
تئوری تصمیم گیری مشهورتر یعنیAHP ،یک نوع خاص ازANP است و هر دو از مقایسه‌ی زوجی بین عناصر و معیارها در یک صفت یا خاصیت مشترک برای تعیین وزن و اولویت هر عنصر در موضوع تصمیم گیری استفاده می‌کنند. اگرچه بسیاری از مسائل تصمیم گیری بهتر است باANP مورد مطالعه قرار گیرند لکن پیشنهاد می‌شود ، موضوعات مورد مطالعه‌ای که دارای وابستگی‌های متقابل یا سیستم بازخورد نیستند،از طریق مدل AHP مطالعه شوند.هر یک از دو تکنیک مفاهیمی را به کار می‌برند که لیست نمودن آنها برای ارائه‌ی یک شناخت کلی از هر دو مدل می‌تواند مفید واقع شود .
(ساختار شبکه) ( ساختار سلسله مراتب )
554990139700 هدف
00 هدف
101346056642000320294063500هدف
00هدف
336359578867000
W21 w21


354330243840معیارها
00معیارها
287909080645معیارها
00معیارها
468884014414500W22
102362027368500366268011112500W32 w32
211455297815گزینه ها
00گزینه ها
2747645204470گزینه ها
00گزینه ها

Wh=000w21000w320 Wh=000w21w2200w320نگاره 2-4مقایسه روش AHP وANP
با توجه به مفاهیم فوق،تفاوت‌هایی را می‌توان میان دو تکنیک تشخیص داد که برخی از آنها عبارتند از:
●ANP با مجاز شمردن وابستگی،ازAHP که فقط شامل حالت استقلال است،فراتر می رود. از این رویAHP به عنوان حالت خاصی ازANP به شمار می‌رود.
● ساختار شبکه‌ای ANP ،به محقق این امکان را می‌دهد که هر مسأله ی تصمیم گیری را بدون نگرانی از اینکه چه چیزی اول می‌آید و چه چیزی بعداً ، طراحی نماید.
● ANP یک ساختار غیر خطی است در حالیکه یک سلسله مراتب، با یک هدف در بالاترین سطح، و گزینه‌ها در سطح زیرین،ساختار خطی دارد . (ساعتی ، 1999)
2-9 گام های فرایند تحلیل شبکه
برای طراحی یک مدل شبکه‌ای ، مراحلی در نظر گرفته شده است که محقق را قادر خواهند ساخت مدل مورد نظر خود را با کمک نرم افزار طراحی نماید.اگرچه برخی از این مراحل شبیه تکنیکAHP است لکن شرح مختصر آن برای حفظ تمامیت الگو ضروری می‌باشد.
1. تعریف هدف مسأله‌ی تصمیم
2. تشخیص لزوم وجود هر یک از عناصر استراتژیک: منظور این است که محقق،عناصر استراتژیک مورد نیاز خود را برای طراحی شبکه‌ی مورد نظر تشخیص دهد. ممکن است هر چهار عنصر یا یکی از آنها انتخاب شده و یا هیچ یک از آنها مورد نیاز نباشد.
3.ایجاد سلسله مراتب کنترل برای هر یک از عناصر: هر یک از عناصر استراتژیک دارای یک زیر شبکه است که این زیر شبکه،خودش نیز می‌تواند زیر شبکه‌ی دیگری داشته باشد.لذا لازم است محقق برای هر یک از عناصر چهارگانه،زیر شبکه‌ای تعریف نماید.این زیر شبکه، می‌تواند به دو صورت طراحی شود.
شبکه‌ی تصمیم: در حالتی است که زیر شبکه‌ی مورد نظر، آخرین لایه‌ی شبکه بوده و خوشه‌ی گزینه‌ها در آن قرار داشته باشد. در این حالت کل مدل دارای دو لایه است که لایه‌ی اول با وجود عناصر استراتژیک،لایه‌ی اصلی و لایه‌ی دوم با حضور خوشه‌ی گزینه‌ها ،لایه‌ی تصمیم نامیده می‌شود.
شبکه‌ی کنترل : در حالتی است که زیر شبکه‌ی مورد نظر،آخرین لایه‌ی شبکه نبوده و خوشه‌ی گزینه‌ها(که می بایست در آخرین لایه‌ی شبکه قرارداده شود)در این لایه وجود ندارد.در این لایه،خوشه‌ها و عناصری وجود دارند که خود آنها دارای زیر شبکه می‌باشند و خوشه‌ی گزینه‌ها در آن زیر شبکه‌ها قراردارد. لایه‌هایی از شبکه‌،که واسط بین لایه‌ی اصلی و لایه‌ی تصمیم هستند،لایه‌ی کنترل نامیده می‌شوند. باید توجه داشت که یک شبکه‌ می‌تواند یک لایه‌ی اصلی،یک لایه ی تصمیم و تعداد ی لایه‌ی کنترل داشته باشد.
4. برقراری ارتباط مورد نیاز میان عناصر مورد نظر: برای پیشگیری از اشتباه،ابتدا برای هر خوشه، جدولی با سه ستون طراحی نموده و نام آن را در ستون وسط قرار می‌دهند. سپس خوشه‌های موثر را در سمت چپ،و خوشه‌های متأثر را در ستون سمت راست، در یک سطر می‌آورند. همچنین می‌توان به هریک از این جداول، سطرهایی اضافه نمود و نام عناصر مرتبط به هم را در آن‌ها قرار داد.
5. انجام مقایسه‌های زوجی میان عناصر مرتبط: مقایسات زوجی در خصوص هر یک از عناصر داخل خوشه‌ها ،بر حسب تأثیر آن بر روی هر عنصر در خوشه‌ی دیگر و یا عناصری در خوشه‌ی خودش انجام می‌گیرد. هنگام مقایسه‌ی عناصر در هر یک از زیر شبکه‌های عناصر هزینه‌ها و تهدیدات بایستی سؤال مقایسه به صورت مثبت مطرح شود به این ترتیب که، کدامیک از دو عنصر مورد مقایسه بر حسب معیار مورد نظر، دارای بیشترین هزینه یا بیشترین تهدید می‌باشند؟در این حالت عنصر پرهزینه یا تهدیدزا ارجحیت بیشتری به خود اختصاص خواهد داد.نرم افزار به گونه‌ای طراحی شده است که در سنتز نهایی خود از تقسیم(حاصل ضرب منافع و فرصت‌ها)بر(حاصل ضرب مخارج و ریسک‌ها)استفاده می‌ نماید (ساعتی ، 1999). در این حالت اعداد بزرگتر برای عناصر هزینه و ریسک مطلوبیت کمتری را در نتیجه‌ی نهایی منجر خواهد شد. همچنین ممکن است،افراد برای چهارچوب بندی سوالات،هنگام انجام مقایسه‌های زوجی،یا تأثیر عوامل و یا تأثر آنها را مدنظر قرار دهند. آقای ساعتی معتقد است که در هر مدل، باید از یک نوع سوال برای مقایسه‌های زوجی استفاده نمود.(ساعتی 2004) برای هر نمونه سه عنصرC, B, A را در نظر بگیرید که قرار است دو به دو با هم بر اساس معیارX مقایسه شوند. در مقایسه‌ی اول، سؤال می‌شود که کدامیک از عناصرB,A بیشترین تأثیر را بر معیارX دارند؟و در مقایسه‌ی دوم، سؤال می‌شود که کدامیک از عناصرA,C بیشترین تأثر را از معیارX می‌پذیرند؟به عقیده‌ی آقای ساعتی این گونه طرح سؤال در یک مدل، ممکن است بر نتایج قضاوت‌ها تأثیر منفی بگذارد لذا بهتر است در یک مدل، همواره یکی از سؤالات فوق برای مقایسه‌ی زوجی مورد استفاده قرار گیرد.
6. انجام مقایسه‌های زوجی میان خوشه‌های مؤثر بر یکدیگر: از جدول موجود در بند چهارم می‌توان انواع و تعداد مقایسه‌ها را به دست آورد.در اینجا سؤال اصلی این است که یک خوشه با توجه به عناصر خود چه تأثیری بر خوشه‌های دیگر گذاشته و یا از آنها متأثر خواهد شد.
7. محاسبه‌ی اولویت‌های محدودِ ابرماتریس تصادفی: این محاسبه توسط برنامه انجام شده و در این مرحله ابر ماتریس محدود به دست می آید.
8. ایجاد یک مدل رتبه بندی برای تعیین اولویت های عناصر: در حالت معمول، تئوریANP ارجحیت یکسانی برای هر یک از چهار عنصر استراتژیک قائل است. ولی در صورتی که محقق بخواهد ارجحیت های مختلفی برای هر یک از آنها در نظر بگیرد، بایستی یک مدل رتبه بندی و معیارهای مورد نظر خود را ایجاد و بر اساس آن، هر یک از عناصر استراتژیک را ارزیابی و رتبه بندی نماید.
9. سنتز گزینه‌ها در سطح معیارهای کنترل با استفاده از وزن هر یک از عناصر.
10. راهبری تحلیل حساسیت بر روی نتایج نهایی.
2-10 ابرماتریس
آقای ساعتی بنیاد تئوریکANP را بر اساس ابزار قدرتمندی به نام ابرماتریس،برای سیستم هایی با وابستگی متقابل و بازخورد بنیان نهاد.ابر ماتریس،ماتریس جزء بندی شده‌ای است که در آن هر زیر ماتریس از مجموعه‌ای از روابط میان دو خوشه تشکیل می‌شود(ساعتی 2004) ،ابر ماتریس یک ماتریس دو در دوی عناصر در عناصر است. لذا برای هر عنصر،یک ابر ماتریس تشکیل می‌شود که بردارهای حق تقدم که از مقایسه‌ی زوجی حاصل شده‌اند،در ستون مناسبی به عنوان زیر ستون ظاهر می‌شوند. آقای ساعتی فرمول ابرماتریس خود را به صورت زیر بیان نموده است.
سیستم تصمیم گیری موجود با ساختار غیر سلسله مراتبی را به N زیر مجموعه تقسیم نمائید. فرض کنید کهنشان دهنده‌ی تعداد عناصر زیر مجموعه‌ی و بودهبیانگر وزن عنصرKام از زیر مجموعه‌یi ام در مقایسه با عنصر اول از زیر مجموعه‌یi ام باشد،آنگاه ماتریس مقایسات از عناصر زیر گروهi ام در رابطه با عناصر موجود در زیر گروهi ام به قرار زیر است:
3143250124460رابطه 2-2
00رابطه 2-2

و سرانجام ماتریس نهایی برای مقایسات از کلیه‌ی زیر مجموعه‌ها با هر یک از اعضای زیرمجموعه‌های دیگر که به ابرماتریس معروف است،به قرار زیر خواهد بود.
3057525553720رابطه2-3
020000رابطه2-3

و در پایان ،ارجحیت نهایی برای هر عنصر از هر زیر گروه ، بر اساس فرآیند مارکوف به صورت زیر به دست می‌آید. (ساعتی ، 2004)
184785089535رابطه 2-4
020000رابطه 2-4

منطق فازی
2-11 پیشینه منطق فازی
تئوری مجموعه های فازی و منطق فازی را پرفسور لطفی زاده در رساله ای به نام مجموعه های فازی ، اطلاعات و کنترل در سال 1965 معرفی نمود. هدف اولیه او در آن زمان ، توسعه مدلی کار آمدتر برای توصیف فرآیند پردازش زبان های طبیعی بود . او مفاهیم و اصطلاحاتی همچون مجموعه های فازی ، رویدادهای فازی ، اعداد فازی و فازی سازی را وارد علوم ریاضیات و مهندسی نمود. از آن زمان تا کنون ، پرفسور لطفی زاده به دلیل معرفی نظریه بدیع و سودمند منطق فازی و تلاش هایش در این زمینه ، به کسب جوایز بین المللی متعددی شده است . پس از معرفی منطق فازی به دنیای علم، در ابتدا مقاومت های بسیاری در برابر این نظریه صورت گرفت . بخشی از این مقاومت ها، چنان که ذکر شد ، ناشی از برداشت های نادرست از منطق فازی و کارایی آن بود. جالب این که، منطق فازی در سال های نخست تولدش بیشتر در دنیای مشرق زمین، به ویژه کشور ژاپن با استقبال رو به رو شد ، اما استیلای اندیشه کلاسیک صفر و یک در کشور های مغرب زمین ، اجازه رشد اندکی به این نظریه داد. با این حال به تدریج که این علم کاربردهایی پیدا کرد و وسایل الکترونیکی و دیجیتالی جدیدی وارد بازار شدند که بر اساس منطق فازی کار می کردند، مخالفت ها نیز اندک اندک کاهش یافتند.
در ژاپن استقبال از منطق فازی ، عمدتاً به کاربرد آن در رباتیک و هوش مصنوعی مربوط می شود . موضوعی که یکی از نیروهای اصلی پیش برنده این علم طی چهل سال گذشته بوده است . در حقیقت می توان گفت بخش بزرگی از تاریخچه دانش هوش مصنوعی با تاریخچه های منطق فازی همراه و هم داستان است. (آذر ، 1387)
2-12 متغیرهای زبانی
در زبان طبیعی و استدلال انسانی اغلب از متغیرهایی استفاده می شود که مقادیر آنها نا دقیق و مبهم است مثلاً برای متغیر وزن مقادیری مثل" کم وزن"،"سنگین وزن"و"خیلی سنگین وزن"و برای متغیر درستی مقادیری مثل " کاملاً درست"،"درست"، "تقریباً درست"و" تقریباً نادرست"،" نادرست"،" کاملاً نادرست" در نظر گرفته می شود. مقادیر متغیرهای زبانی کلمات یا جملاتی هستند که در زبان طبیعی وجود دارند و به طور کلی با استفاده از قیدها می توان مقادیر آنها را شکل داد .
متغیر زبانی متغیری است که مقادیرش کلمات و جملات یک زبان طبیعی و یا مصنوعی باشد. برای مثال سن یک فرد را در نظر بگیرید اگر سن این فرد را با اعدادی مثل100...1،2،3 نشان دهیم متغیر سن یک متغیر معمولی است اما اگر مقادیری را که سن اختیار می کند با کلماتی مثل نونهالی ، نوجوانی ، خیلی جوان ، جوان ، مسن ، پیر نشان دهیم متغیر سن یک متغیرزبانی است. (پرهیزکار، 1387)
2-13 روشهای علم مدیریت فازی
روش های علم مدیریت کلاسیک برگرفته از ریاضیات قطعی و منطق دو ارزشی و چند ارزشی است که خواهان داده های دقیق و کمی هستند در این روشها داده های مبهم و بیان احساسات آدمی ) متغیرهای زبانی ( جایی در مدلسازی ندارند. که این امر نیز به نوبه خود موجب عدم انعطاف پذیری و عدم دقت در مدلهای ریاضی می شود . امروزه علم مدیریت فازی با استفاده ازتئوری سیستمهای فازی می تواند رویکردی نوین برای حل مشکل و پا سخ به ابهامات مطرح شده در سیستم های مدیریتی باشد. تئوری سیستم های فازی با به کارگیری تئوری منطق فاز و اندازه های فازی می تواند پارامترهایی از قبیل دانش، تجربه ، قضاوت و تصمیم گیری انسان را وارد مدل نموده ، و ضمن ایجاد انعطاف پذیری در مدل تصویری خاکستری از جهان خاکستری ارائه نماید. روشن است نتایج چنین مدلهایی به دلیل لحاظ کردن شرایط واقعی در مدل ، دقیق تر و کاربردی تر خواهد بود.
تئوری سیستمهای فازی بر مبنای فرآیند کلی پردازش اطلاعات در مغز عمل می کند. فرآیند کلی پردازش اطلاعات در مغز شامل مراحل زیر است :
( تصمیم → ارزیابی → قضاوت → تفکر → شناخت → بازیابی اطلاعات)
در مرحله بازیابی اطلاعات به دلیل محدود بودن ظرفیت اطلاعاتی و زمانی ذهن ، فقط اطلاعات مهم مورد بازیابی قرار می گیرد تا بتوان آنها را پردازش کرده و اهدافمان را در آنجا متمرکز کنیم . در مرحله شناخت محتوای اطلاعات بازیابی شده مورد شناسایی قرار می گیرد . سپس در مراحل تفکر و قضاوت از ترکیب و تطابق اطلاعات بازیابی شده و دانش و مهارتهایی که در ذهنمان است در ارتباط با ارائه پیشنهاد برای تصمیم گیری و حل مساله فکر می کنیم و گزینه هایی ارائه می دهیم. در مرحله ارزیابی گزینه های مختلف را بر اساس میزان تحقق اهداف )در صورت انتخاب هر یک از گزینه ها( مورد ارزیابی قرار می دهیم و در مرحله آخر رضایت بخش ترین گزینه را انتخاب کرده و تصمیم می گیریم.
با به کارگیری تئوری سیستمهای فازی روشهای علم مدیریت کلاسیک به محیط فازی گسترش می یابد و می توان از آن در سیستمهای متعدد مدیریتی از جمله تصمیم گیری ، سیاست گذاری، برنامه ریزی و مدلسازی استفاده کرد. علم مدیریت فازی در برابر موقعیتهای پویای اقتصادی و اجتماعی به طور انعطاف پذیری پاسخگو است . همچنین علم مدیریت فازی قادر است مدلهایی ایجاد کند که تقریبا همانند انسان اطلاعات کیفی را به صورت هوشمند پردازش نماید . بدین ترتیب سیستم های مدیریت انعطاف بیشتری پیدا می کنند و اداره سازمانهای بزگ و پیچیده در محیطهای متغیر، امکان پذیر می شود . به طور کلی مشخصه های علم مدیریت فازی را می توان به صورت زیر بیان کرد.
1) ضرایب و شرایط واقعی محدودیتها که به صورت شهودی توسط برنامه ریزان تعیین می گردند را می توان به آسانی و با انعطاف پذیری به وسیله توابع عضویت نشان داد و جواب این مسائل را به طرق ریاضی یافت .
2) دانش و مهارت مورد نیاز سیستمهای مدیریت را می توان به زبان طبیعی از خبرگان اخذ کرد و با استفاده از استنتاج فازی مدلها و برنامه های ر ایانه ای را به آسانی ایجاد کرد . در این موارد زبان طبیعی اغلب از صفات و قیودی مثل"خیلی" ، "کم" ،"مقداری"و"تقریباً" استفاده می کند که می توان آنها را با توابع عضویت نشان داد و در رایانه وارد کرد.
3) به جای محدود کردن جوابهای یک مساله به یک عدد می توان چند پاسخ محتمل ارائه کرد و ازآنجا که حد پایین و بالای پاسخ ها قابل اخذ است با اضافه کردن نظر خبرگان مدیران وکارشناسان می توان راه حلهای کاربردی تری ارائه نمود چرا که در بسیاری از گزینه های ارائه شده توسط روش های علم مدیریت کلاسیک به جهت محدود بودن به یک عدد اغلب مورد استفاده قرار نمی گیرد و تصمیمات اخذ شده توسط مدیران جدا از راه حل های ارائه شده می باشد.
روش های علم مدیریت فازی مطابق با سیستمهای متعدد مدیریت در نگاره2-5 نشان داده شده است.
عملیات روش
گردآوری داده و تجربه پایگاه داده فازی ، پایگاه دانش فازی
برنامه ریزی ایجاد مدل مدلهای ساختاری فازی
مدلهای رگرسیونی فازی
روش پردازش گروه داده ها به صورت فازی (GMDH)
تجزیه و تحلیل وارزیابی نظریه توصیف ویژگیهای شئء به صورت فازی
انتگرال فازی
AHP فازی
بهینه سازی وتصمیم گیری
برنامه ریزی ریاضی فازی
برنامه ریزی چند هدفی فازی
تصمیم گیری چند معیاره فازی
تصمیم گیری آماری فازی

مدیریت اداری
کاربرد نظریه فازی در علوم رفتاری
کاربرد نظریه فازی در سرمایه گذاری
مدیریت تولید فازی
سیستم پشتیبانی از تصمیم گیری فازی (FDSS)
سیستمهای خبره فازی
کنترل کیفیت فازی (QC)