Evaluating the Physical-Spatial Indices in Determination of Urban Sprawl Patterns Using Remote Sensing (Case Study: City of Kerman)

Document Type : Research Paper

Authors

1 Department of Urbanism, Faculty of Art, Architecture and Urbanism, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran.

2 Assistant Professor of Department of Urbanism, Faculty of Art, Architecture and Urbanism, Kerman Branch, Islamic Azad University, Kerman, Iran.

3 Assistant Professor of Surveying Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran

4 Associate Professor of Geography and Urban Planning, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran

Abstract

Over the past decades, the increase of world’s urban population has resulted in uncontrolled urban expansions and especially sprawl of the major cities. Accordingly, analysis of such phenomena and determining urban development and sprawl patterns should be taken into consideration as a necessity. This research aims at evaluating 28 physical-spatial indices divided into 4 distinctive groups (Area-Edge, Shape, Aggregation, and Diversity) and 3 levels (Patch, Class, Landscape) in determination of urban sprawl patterns of the city of Kerman using remote sensing data from the period of 1984 to 2018. For this purpose, 8 temporal satellite images were selected with an acquisition date interval of 5 years. Pre-processing, Processing and classification methods were applied to the RS images using ENVI software. Output data from ENVI were imported to ArcGIS software for further preparation of GeoTIFF file. Afterwards, The GeoTIFF file were imported to Fragstats software in order to calculate the 28 indices of this research. Setting weights to the matrix of indices by Shannon’s Entropy Method and application of MATLAB, we calculated the sprawl of the case study for the years of interest. The findings demonstrates that in the year 1984, the city of Kerman had shown the most proportion of sprawl, and in contrary, in the year 2018, the amount of sprawl was at its minimum extent. In the final stage, Friedman’s test were conducted via SPSS software, resulting in calculation of the Mean-Ranks of 4 group-indices where they illustrate that sprawl pattern of the city of Kerman is mainly resultant of Area-Edge indices.

Keywords


  1. اجزاشکوهی، محمد. لیا شاددل. 1397. مدل‌سازی توسعۀ شهری بجنورد با استفاده از رگرسیون لجستیک. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال هشتم، شماره 28، صفحات 223-236.
  2. اسفندیاری‌درآباد، فریبا. الناز پیروزی و زهرا امینی،. 1395. تحلیلی بر مکان‌یابی جهات بهینۀ گسترش فیزیکی شهر شیراز با استفاده از روش ویکور. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 20، صفحات 99-116.
  3. اکبری، الهه. فرزانه کاویان. 1396. ارزیابی تناسب اراضی برای توسعة فیزیکی شهر سبزوار به روش فازی سلسله مراتبی. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال هفتم، شماره 25، صفحات 89-102.
  4. اکبری، الهه. محمدعلی زنگنه‌اسدی و ابراهیم تقوی‌مقدم. 1395. پایش تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌های مختلف تئوری آموزش آماری منطقه نیشابور. فصلنامۀ علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 20، صفحات 35-50.
  5. ایراندوست، کیومرث. کیومرث حبیبی و محمد خندان. 1397. عوامل مؤثر بر پراکنده‌رویی شهری در شهرهای ایران (نمونۀ موردی: شهر رشت). فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال هشتم، شماره 28، صفحات 67-82.
  6. حاتمی‌نژاد، حسین. علی عشقی‌چهاربرج. 1395. مکان‌یابی بهینة توسعة فیزیکی شهر مراغه با تأکید بر پایداری شهری. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 19، صفحات 15-32.
  7. داداش‌پور، هاشم. هادی رضایی‌راد و زینب‌السادات مطهری. 1395. سنجش توان زیست‌محیطی جهت رشد و توسعة کالبدی و محدودۀ پیرامونی شهر سبزوار با استفاده از منطق IHWP. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 22، صفحات 43-58.
  8. درویشی، آصف. سیما فاخران و علیرضا سفیانیان و مهدی قربانی. 1392. کمی‌سازی تغییرات الگوی مکانی سیمای سرزمین در زیست‌گاه سیاه خروس قفقازی (Tetrao mlokosiewiczi) در ذخیرگاه زیست‌کرة ارسباران. بوم‌شناسی کاربردی. سال دوم، شماره 5، صفحات 27-37.
  9. رسولی، مریم. عبدالرسول سلمان‌ماهینی و حمیدرضا کامیاب. 1395. تعیین ضرایب مؤثر بر رشد شهری در مدل SLEUTH برای شهرستان‌های علی‌آباد، رامیان و آزادشهر. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 21، صفحات 1-12.
  10. زنگی‌آبادی، علی. 1370. جغرافیا و برنامه‌ریزی شهری کرمان. چاپ اول، کرمان، انتشارات مرکز کرمان‌شناسی.

11. عطا، بهنام. محمدرحیم رهنما و صالح آرخی. 1396. ارزیابی و پیش‌بینی تغییرات و پراکنش افقی شهرها با استفاده از تصاویر چندزمانه و مدل CA_MARKOV. مطالعۀ موردی: شهر گنبد کاووس. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال هفتم، شماره 23، صفحات 25-40.

  1. کفاشی، مجید. 1394. کاربرد نرم‌افزار SPSS در پژوهش اجتماعی. چاپ اول، تهران، فوژان.

13. لاریجانی، مریم. فاطمه قسامی و الهام یوسفی روبیات. 1393. تحلیل اکولوژیک ساختار فضای سبز شهر جیرفت با استفاده از متریک‌های سیمای سرزمین. فصل‌نامه آمایش محیط. دوره 7، شماره 25، صفحات 49-64.

14. محمدپور، مهدی. ناصر عبدی و سیدعلی المدرسی. 1393. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره‌ای و متریک‌های سیمای سرزمین: مطالعۀ موردی شهر ارومیه. نخستین همایش ملی کاربرد مدل‌های پیشرفته تحلیل فضایی (سنجش از دور و GIS) در آمایش سرزمین. دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد.

15. محمدی، جلیل. علیرضا محمدی. 1396. بررسی توسعۀ کالبدی شهر زنجان با تأکید بر شاخصه‌های توسعه درون‌زا. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال هفتم، شماره 23، صفحات 11-24.

16. محمدی، زهرا. علی‌اکبر نجفی‌کانی و عبدالعظیم قانقرمه. 1395. بررسی توسعة کالبدی-فضایی شهرهای ساحلی با تأکید بر توسعة پایدار. مطالعة موردی: شهر بندر ترکمن. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال ششم، شماره 19، صفحات 151-166.

17. میرکتولی، جعفر. رضا بارگاهی و سیده‌زهرا عقیلی. 1393. تبیین ابعاد استفاده از هندسه فرکتال در تحلیل‌های جغرافیا و برنامه‌ریزی شهری. فصلنامه علمی-پژوهشی آمایش جغرافیایی فضا. سال چهارم، شماره 14، صفحات 55-82.

  1. Aguilera, F., Valenzuela, L.M. and Botequilha-Leitao, A. 2011. Landscape Metrics in the Analysis of Urban Land Use Patterns: A Case Study in a Spanish Metropolitan Area. Landscape and Urban Planning, 99: 226-238. https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2010.10.004.
  2. Angle, S., Parent, J., and Civco, D. 2007. Urban Sprawl Metrics: An Analysis of Global Urban Expansion using GIS. ASPRS Annual conference, Tampa, Florida, May 7-11. https://www.asprs.org/wp-content/uploads/2011/01/0003.pdf.
  3. Bengston, D.N., Potts, R.S., Fan, D.P. and Goetz, E.G. 2005. An Analysis of the Public Discourse about Urban Sprawl in the United States: Monitoring Concern about a Major Threat to Forests. Forest Policy and Economics, 7: 745-756.
  4. Botequilha-Leitao, A., and Ahern, J. 2002. Applying Landscape Ecological Concepts and Metrics in Sustainable Landscape Planning. Landscape and Urban Planning,59: 65-93.
  5. Brueckner, J. K. and Kim, H. 2003. Urban Sprawl and Property Tax. International Tax and Public Finance, 10: 38-50.
  6. Burchell, R.W., Shad, N.A., Listokin, D. and Phillips, H. 1999. Costs of Sprawl Revisited, Transit Cooperative Program. Transportation Research Board, Washington D.C., 4(4): 45-60.
  7. Clark, D. 1982. Urban Geography: An Introductory Guide. Taylor & Francis, London.
  8. Couch, C. and Karecha, J. 2006. Controlling urban sprawl: Some experiences from Liverpool. Cities, 23(5): 353-363. https://doi.org/10.1016/j.cities.2006.05.003.
  9. Downs, A. 1999. Some Realities about Sprawl and Urban Decline. Housing Policy Debate,. 4(4): 955-974.
  10. Ewing, R. Pendall, R. and Chen, D. 2001. Measuring Sprawl and Its Transportation Impacts. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, (1831), Pp 175-183. https://doi.org/10.3141/1831-20.
  11. Feng, L. and Li, H. 2012. Spatial Pattern Analysis of Urban Sprawl: Case Study of Jiangning, Nanjing, China. Journal of Urban Planning and Development, 138(3): 263-269.
  12. Fulton, W. Pendall, R. Nguyen, M., and Harrison, A. 2001. Who Sprawls Most? How Growth Patterns Differ across the U.S. Washington, DC: Brookings Institution, Center on Urban and Metropolitan Policy. http://www.public.asu.edu/~icprv/courses/hst598%20urban/new%20urban%20web/urban%20density%20study.pdf.
  13. Galster, J., Hanson, R., Ratcliffe, M., Wolman, H., Coleman, S. and Freihage, J. 2001. Wrestling Sprawl to the Ground: Defining and Measuring an Elusive Concept. Housing Policy Debate, 12(4): 15-28.
  14. Glaeser, E. Kahn, M. and Chu, Ch. 2001. Job Sprawl: Employment Location in U.S. Metropolitan Areas. Washington, DC: Brookings Institution, Center on Urban and Metropolitan Policy. http://www.distributedworkplace.com/DW/Research/Job%20Sprawl%20-%20Employment%20Location%20in%20US%20Metropolitan%20Areas.pdf.
  15. Gomarasca, M A., Brivio, P.A., Pagnoni, F., and Galli, A. 1993. One Century of Land Use Changes in the Metropolitan Area of Milan (Italy). International Journal of Remote Sensing,. 14 (2): 211-223.
  16. Green, K., Kempka, D. and Lackey, L. 1994. Using Remote Sensing to Detect and Monitor Land-Cover and Land-Use Change. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 60(3):  331-337.
  17. Gustafson, E.J. and Parker, G.R. 1992. Relationships Between Land Cover Proportion and Indices of Landscape Spatial Pattern. Landscape Ecology, 7 (2): 101-110.
  18. Haack, B. N. and Rafter, A. 2006. Urban Growth Analysis and Modelling in the Kathmandu Valley, Nepal. Habitat International, 30(4): 1056-1065.
  19. Hamidi, S. 2015. Measuring Metropolitan Form: Remaking Urban Form for Sustainability. A Dissertation Submitted to the Faculty of the University of Utah in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Metropolitan Planning, Policy, and Design. Department of City and Metropolitan Planning, The University of Utah.
  20. Ji, W., Ma, J., Twibell, R. W. and Underhill, K. 2006. Characterizing Urban Sprawl Using Multi-Stage Remote Sensing Images and Landscape Metrics. Computers, Environment and Urban Systems, Vol. 30, Pp 861-879. doi:10.1016/j.compenvurbsys.2005.09.002.
  21. Kahn, M. 2001. Does Sprawl Reduce the Black/White Housing Consumption Gap?. Housing Policy Debate, 12(1):7-25.
  22. LaGro, J.J. 1991. Assessing Patch Shape in Landscape Mosaics. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 57(3): 285-293.
  23. Madhavi, J., Dimri, A.P. and Niyogi, D. 2016. Urban Sprawl Patterns and Processes in Delhi from 1977 to 2014 Based on Remote Sensing and Spatial Metrics Approaches. Earth Interactions, 20 (14): 1-29.
  24. Megahed, Y., Cabral, P., Silva, J. and Caetano, M. 2015. Land Cover Mapping Analysis and Urban Growth Modelling Using Remote Sensing Techniques in Greater Cairo Region-Egypt. ISPRS International Journal of Geo-Information, 4: 1750-1769. Doi: 10.3390/ijgi4031750.
  25. Pendall, R. 1999. Do Land Use Control Cause Sprawl?. The Environment and Planning, 26: 10-29.
  26. Sisodia, P.S., Tiwari, V. and Dahiya, A.K. 2015. Measuring and Monitoring Urban Sprawl of Jaipur City Using Remote Sensing and GIS. International Journal of Information Systems and Social Change. 6(2): 46-65.
  27. Sudhira, H.S., Ramachandra, T.V. and Jagadish, K.S. 2004. Urban Sprawl: Metrics, Dynamics and Modelling Using GIS. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 5: 29-39.
  28. Torrens, P.M. 2006. Simulating Sprawl. Annals of the Association of American Geographers, 96(2): 248-275.
  29. Torrens, P.M. 2008. A Toolkit for Measuring Sprawl. Appl. Spatial Analysis, Vol. 1, Pp 5-36. Doi: 10.1007/s12061-008-9000-x.
  30. Torrens, P.M. and Alberti, M. 2000. Measuring Sprawl. Center for Advanced Spatial Analysis (CASA), Working Paper Series, University College London.  http://www.casa.ucl.ac.uk/measuringsprawl.pdf.
  31. Yang, X. and Liu, Z. 2005. Use of Satellite Derived Landscape Imperviousness Index to Characterize Urban Spatial Growth. Computers, Environment and Urban Systems, 29(5): 524-540.
  32. Zhang, B. 2004. Study on Urban Growth Management in China. Xinhua Press, Beijing.
  33. Zhang, X., Zhu, Y., A.H. and Yao, J. 2008. Measurement and Pattern Analysis of Urban Sprawl Using Remote Sensing and GIS: A Case Study of Wujiang, China (1978-2004). International Workshop on Earth Observation and Remote Sensing Applications. 2008 IEEE.