UDK: 631.41.8:626.87 Originalni nau ni rad

PRIMENA GIS-a I ANALITI KOG HIJERARHIJSKOG PROCESA U ODRE IVANJU POGODNOSTI ZEMLJITA ZA NAVODNJAVANJEZorica SR EVI 1, Ratko BAJ ETI 2, Bojan SR EVI 1, Boko BLAGOJEVI 1 Univerzitet u Novom Sadu, Poljoprivredni fakultet, Departman za ure enje voda 2 Javno vodoprivredno preduze e "Vode Vojvodine", Novi Sad REZIME Strategijom razvoja poljoprivrede u Srbiji predvi ena je izgradnja novih sistema za navodnjavanje i zna ajno pove anje povrina pod takvim sistemima. Poto e se sistemi graditi na obradivom poljoprivrednom zemljitu viih klasa pogodnosti za navodnjavanje, sprovedena su istraivanja u tom pravcu koja se baziraju na kombinovanju GIS-a i viekriterijumske tehnike za podrku odlu ivanju, Analiti kog hijerarhijskog procesa (AHP). U radu je prikazan koncept kombinovanja ove dve tehnike, a zatim je tretiran konkretan problem identifikacije pogodnih zemljita za navodnjavanje u optini Mali I o u Vojvodini. Prvo su za izabrane kriterijume (topografija, pedologija, blizina kanala), definisane rasterske mape pogodnosti u GIS-u, a zatim su odre eni teinski koeficijenti kriterijuma pomo u AHP-a. Mnoenjem teinskog koeficijenta kriterijuma i odgovaraju e mape pogodnosti za taj kriterijum dobija se na rasterskom nivou oteana mapa za svaki kriterijum, da bi se na kraju objedinjavanjem svih mapa dolo do kona ne mape pogodnosti. U radu se predlae da se na kraju postupka kona na mapa uporedi sa mapom motivisanosti za navodnjavanje. Na taj na in je povezivanje GIS-a i AHP-a (predloeno od strane drugih autora) ovde proireno na post-analizu aspiracija budu ih korisnika sistema. Ovakve analize omogu avaju planerima i donosiocima odluka na lokalnom, regionalnom i dravnom nivou lake donoenje odluka o tome gde prvo proiriti povrine za navodnjavanje. Klju ne re i: navodnjavanje 1. UVOD Opte je poznato da je situacija u Srbiji to se ti e navodnjavanja nepovoljna i da je Srbija pri dnu AHP, GIS, donoenje odluka,1

evropskih zemalja po procentu navodnjavanja obradivog zemljita. Strategija razvoja poljoprivrede Srbije predvi a pove anje tog procenta i izgradnju novih sistema za navodnjavanje na obradivim poljoprivrednim zemljitima viih klasa pogodnosti za navodnjavanje. Pri donoenju odluka gde graditi nove sisteme na nekom podru ju, potrebno je imati podatke gde se takva zemljita nalaze. Ovi podaci predstavljaju prostornu informaciju koja se prikazuje kori enjem GIS-a. Iako je GIS snaan alat za rukovanje prostornim podacima koji nudi velike mogu nosti za njihovo prikazivanje i analizu, uo eno je da primena samo GISa nije dovoljna da obuhvati kompleksnost problema odre ivanja pogodnosti zemljita za neku namenu i neposredno doprinese merodavnom donoenju odluka o tome kako i gde koristiti zemljite. Problem kompleksnosti i obuhvatanja razli itih faktora (u novije vreme i socijalnih, ekolokih i ekonomskih) u oceni pogodnosti zemljinih resursa u poslednjih 15 godina se reava kombinovanjem GIS-a i nekih od viekriterijumskih alata za individualnu i grupnu primenu. U preglednom radu [1], konstatovano je da se broj primena ovakvih kombinacija alata tokom godina eksponencijalno pove avao i da su reavani problemi u razli itim oblastima: upravljanje vodama, poljoprivreda, ekologija/zatita ivotne sredine, transport, regionalno planiranje, turizam, itd. Pregled relevantnih nau nih i stru nih izvora pokazao je da se u kombinaciji sa GIS-om u svetu koriste prakti no sve vanije viekriterijumske tehnike i alati: a) metodi idealne ta ke (TOPSIS i CP), b) Analiti ki hijerarhijski proces (AHP) i c) metodi preference (ELECTRE i PROMETHEE). U velikom broju slu ajeva koristi se AHP, kao jedan od poznatih i iroko prihva enih alata za podrku odlu ivanju. Na primer, GIS i AHP su kombinovani u

VODOPRIVREDA 0350-0519, 42 (2010) 243-245 p. 61-68

61

Primena GIS-a i AHP-a u odre ivanju pogodnosti zemljita za navodnjavanje

Zorica Sr evi i saradnici

problemima vezanim za ocenu poljoprivrednog zemljita u okolini urbanih sredina [2], kori enje zemljita u urbanim sredinama [3], [4], definisanje prioriteta za zatitu umskih podru ja [5], u problemima vezanim za navodnjavanje [6], [7], [8]. Metodologija kombinovanja GIS-a i AHP-a detaljno je prikazana u [9] i iskori ena je u ovom radu za odre ivanje pogodnosti zemljita za navodnjavanje u optini Mali I o u Vojvodini, uzimaju i u obzir topografiju, pedologiju i blizinu kanala. Kao nastavak ove metodologije prikazana je originalna dodatna analiza dobijene mape pogodnosti koja uzima u obzir ograni enja koja se odnose na realnu upotrebljivost zemljita i podatke o motivisanosti (aspiracijama) vlasnika zemljita za navodnjavanje. Struktura rada je slede a. U poglavlju 2 dat je pregled osnovnih karakteristika AHP-a i prikazana je metodologija za odre ivanje pogodnosti zemljita za navodnjavanje kombinovanjem GIS-a i AHP-a. Primena metodologije na primeru iz Srbije data je u poglavlju 3, a diskusija u poglavlju 4. Zaklju ci rada prikazani su u poglavlju 5. 2. METODOLOGIJA 2.1 Analiti ki hijerarhijski proces (AHP) Analiti ki hijerarhijski proces (AHP) [10], je jedan od naj e e kori enih viekriterijumskih metoda koji se u viegodinjoj praksi dokazao kao zna ajna pomo donosiocima odluka. O AHP-u je dovoljno pisano i na

srpskom jeziku (videti npr. [11], [12], [13]), a ovde e biti izloeno samo osnovno o metodu, odnosno o onom delu u kome se odre uju teinski koeficijenti kriterijuma i alternativa. AHP se zasniva na prikazivanju problema odlu ivanja u vidu hijerarhije i pore enju u parovima elemenata jednog nivoa u odnosu na elemente u viem nivou hijerarhije kori enjem Satijeve skale (Tabela 1). Ako se tretira opta tronivovska hijerarhija (ciljkriterijumi-alternative) sa M kriterijuma i N alternativa, tada se na nivou kriterijuma isti porede u parovima u odnosu na cilj, a na nivou alternativa iste se me usobno porede u odnosu na svaki kriterijum posebno. Rezultati pore enja se, kao numerici iz Satijeve skale, unose u odgovaraju e matrice iz kojih se ra unaju lokalni vektori prioriteta, tj. teinski koeficijenti elemenata koji su pore eni. Ako je wj izra unata lokalna teina (prioritet) kriterijuma u odnosu na cilj, a xij lokalna teina i-te alternative u odnosu na j-ti kriterijum, tada se ukupna teina date alternative (u odnosu na sve kriterijume) dobija aditivnom agregacijom:

zi =

M

j =1

w j xij .

(1)

Kona ni rezultat AHP je vektor z = (z1, z2 , ... , zN) koji sadri teine alternativa na baznom nivou hijerarhije u odnosu na cilj na vrhu hijerarhije. Najve a vrednost z odgovara ' najboljoj alternativi' a najmanja ' , najgoroj alternativi' .

Tabela 1. Satijeva skala Definicija Apsolutna dominantnost elementa i nad elementom j Vrlo jaka dominantnost i nad j Jaka dominantnost i nad j Slaba dominantnost i nad j Isti zna aj i i j Me uvrednosti 2.2 GIS i AHP Postupak kombinovanja AHP-a i GIS-a u cilju definisanja pogodnosti zemljita za jednu ili vie namena sastoji se iz slede ih koraka [9]: 1. Definisanje problema. 2. Identifikacija zainteresovanih strana u procesu odlu ivanja i definisanje kriterijuma za ocenu pogodnosti zemljita. 3. 4. 5. 6. 7. Satijeva skala 9 7 5 3 1 2,4,6,8

Prikupljanje i priprema podataka (digitalizacija, statisti ka analiza, definisanje koncepcije baze podataka itd.). Formiranje rastera podataka za svaki kriterijum. Klasifikacija skupova podataka i formiranje mapa pogodnosti za svaki kriterijum. Formiranje matrice odlu ivanja i evaluacija kriterijuma. Izra unavanje teinskih koeficijenata kriterijuma.

62

VODOPRIVREDA 0350-0519, 42 (2010) 243-245 p. 61-68

Zorica Sr evi i saradnici

Primena GIS-a i AHP-a u odre ivanju pogodnosti zemljita za navodnjavanje

8.

Oteavanje mapa pogodnosti i sumiranje oteanih mapa u kona nu mapu pogodnosti.

Korak 5. Klasifikacija skupova podataka i formiranje mapa pogodnosti za svaki kriterijum. Neka je definisan skup kriterijuma C1, .., CM. Podaci u resterisanoj mapi koji se odnose na kriterijum Ci dele se u k klasa pogodnosti, a zatim se svakoj klasi dodeljuje skor vk. Na primer, ako je kriterijum Ci cena, mogu se formirati tri klase pogodnosti:Klasa (k = 1,..,3) K1: Visoka pogodnost K2: Srednja pogodnost K3: Niska pogodnost Skor vk 9 7 5

Pod pretpostavkom da je problem definisan, da su definisani kriterijumi, da su prikupljeni i pripremljeni odgovaraju i podaci i formiran raster podataka za svaki kriterijum, od interesa su koraci 5-8 koji e biti detaljno opisani.Kriterijm Ci Granice aPosle klasifikacije pogodnosti za svaki rasteru na mapi za odgovaraju u klasu, skor.se pristupa formiranju mape kriterijum tako da svaka elija u dati kriterijum bude svrstana u ime joj se dodeljuje i odgovaraju iKorak 8. Sumiranje oteanih mapa kriterijuma u kona nu mapu pogodnosti. Kona na mapa pogodnosti dobija se izra unavanjem ukupne pogodnosti svake elije rastera primenom slede eg izraza:Korak 6. Formiranje matrice odlu ivanja i pore enje kriterijuma. Za kriterijume odlu ivanja: C1, .., CM, formira se matricarix ,iy =M j =1w j j ;ix ,iyix = 1, .., nx; iy = 1,.., ny(4)gde je rix,iy vrednost elije ix,iy na kona noj mapi pogodnosti, wj teinski koeficijent kriterijuma j, j ;ix,iy skor date elije za kriterijum j, a nx i ny su broj elija na rasteru u x i y pravcu. Na Slici 1 [9], prikazana je sutina opisanog postupka.a11 A= a 21 ... aM1a12 a 22 ... aM 2... ...a1M .... (2)... a 2 M ... a MMElementi matrice su rezultat pore enja kriterijuma u parovima kori enjem Satijeve skale (Tabela 1). Korak 7. kriterijuma. Izra unavanje teinskih koeficijenataw1 1; ix ,iy + w j j ; ix ,iy + wM M ; ix,iy = rix,iyU standardnom AHP-u se za odre ivanje teina kriterijuma koristi metod sopstvenih vrednosti (Eigenvector Method), [10]. Drugim re ima, odre uje se glavni desni vektor sopstvenih vrednosti matrice A reavanjem linearnog sistema: Aw = w, wTw=1 (3)gde je w traeni vektor teina kriterijuma, a najve a sopstvena vrednost (eigenvalue) matrice A.Slika 1. Postupak dobijanja kona ne mape pogodnostiVODOPRIVREDA 0350-0519, 42 (2010) 243-245 p. 61-6863Primena GIS-a i AHP-a u odre ivanju pogodnosti zemljita za navodnjavanjeZorica Sr evi i saradnici3. PRIMER Odre ivanje pogodnosti zemljita za navodnjavanje spregnutim kori enjem GIS-a i AHP-a izvreno je za teritoriju optine Mali I o, a vezu AHP-a i ArcGis-a desktop 9.3.1 omogu io je Visual Basic makro extahp.dll preuzet sa Interneta [14]. Teritorija optine Mali I o se nalazi na junom delu Regionalnog hidrosistema (RHs) Severna Ba ka, na obodu Tele ke visoravni. Osim manjih, povremeno bezvodnih korita, teritorijom optine proti e reka Krivaja koja delom pripada i uklju ena je u magistralnu kanalsku mreu RHs. Generalnim reenjem sistema za snabdevanje vodom Severne Ba ke iz 1985. godine definisan je podsistem Kula - Mali I o iji magistralni kanal prolazi sredinjim delom optine i preseca Krivaju. Kanal je delimi no izgra en u zoni od vodozahvatne crpne stanice Kula u duini od oko 6 kilometara do granice optine Mali I o. Projektom je predvi eno da kanal dovodi vodu od kanala Vrbas Bezdan do Krivaje i dalje do ika, a mrea razvodnih kanala, koji bi razvodili vodu od magistralnog kanala u unutranjost, nije razmatrana ovim projektom i bi e predmet pojedina nih projekata u budu nosti. Topografske odlike terena su takve da se mogu izdvojiti prostrana, blago talasasta, zona lesne terase i iroka i izraena dolina reke Krivaja. Teren je generalno nagnut u pravcu od severozapada ka jugoistoku, sa najviom kotom terena 112,5 mnJm i najniom (82,0 mnJm) na izlazu reke Krivaje sa teritorije optine. Zemljite optine se po na inu kori enja moe grupisati na slede i na in. Najve i deo je poljoprivredno zemljite koje ini oko 85 % teritorije. Tri naseljena mesta (Mali I o, Lov enac i Feketi ) sa stambenom i industrijskom zonom ine oko 14 % teritorije optine, a ostatak, manje od 1%, su umske povrine (umskobunasti tereni). Pedoloki pokriva ini 7 razli itih tipova od kojih su najizraeniji oblici erodiranih ernozema, kalcifikovanih ernozema i ernozema sa znacima oglejavanja. Hidromorfnih crnica ima malo, samo u najuem pojasu oko reke Krivaje. Kao kriterijumi za ocenu pogodnosti zemljita za navodnjavanje usvojeni su:1.Udaljenost (Recl_Path_M_Idjos); predstavlja udaljenost parcele od magistralnih pravaca snabdevanja vodom, Krivaje i projektovane trase magistralnog kanala regionalnog podsistema Kula Mali I o. Tip zemljita (Recl_Soil_M_Idjos); obuhvata bioloku vrednost zemljita, tip pedolokog pokriva a i stepen pogodnosti za navodnjavanje; Pad (Recl_Slop_M_Idjos); padovi terena dati su kao izvedena veli ina na osnovu digitalnog modela terena (DTM).2.3.Na po etku (korak 5 opte metodologije) je izvreno pretvaranje rasterske podloge (veli ine elija 10x10 metara) u reklasifikovani rasterski oblik i dodeljeni su su skorovi vk definisanim klasama. Skorovi vk celobrojne pozitivne vrednosti iz raspona definisanog od strane korisnika. Procedura je opisana na primeru reklasifikacije kriterijuma Pad. Na osnovu DTM (Slika 2), softverskim alatom Slope iz ArcGIS-a odre uju se padovi terena koji mogu biti dati u stepenima ili iskazani procentualno (Slika 3). Tako odre eni padovi sadre decimalne brojeve, odnosno necelobrojne vrednosti, u obliku float i ne mogu se koristiti u AHP analizi. Reklasiranje rasterske podloge padova terena vri se softverskim alatom Reclass iz ArcGIS-a, gde se rasterske elije klasifikuju i grupiu prema vrednostima padova u unapred zadate klase (Slika 4). Rasterske elije ovde su grupisane tako to su sve vrednosti padova u opsegu vrednosti 0,0-0,5 dobile novu vrednost iskazanu brojem 9 (najbolja ocena=najpogodnija), u opsegu 0,5-1,0 vrednost 8, itd. Napomena: usvojena skala ocenjivanja do 9 je arbitrarna i nije ni u kakvoj vezi sa Satijevom skalom iz Tabele 1. Dobijena reklasifikovana podloga padova na ovaj na in je pretvorena u operativnu rastersku podlogu za primenu AHP-a (Slika 5). Postupak reklasifikacije za ostala dva kriterijuma je sli an i ovde ne e biti prikazan. Slede a etapa (kao po etni deo koraka 6 u optoj metodologiji) je formiranje matrice odlu ivanja i pore enje kriterijuma, to je omogu eno instaliranjem makroa extahp.dll. Posle instalacije makroa, u ArcGis-u se formira modul za vrednovanje kriterijuma u AHP smislu (korak 6), izra unavanje teinskih vrednosti kriterijuma (korak 7) i formiranja kona ne mape pogodnosti (korak 8).64VODOPRIVREDA 0350-0519, 42 (2010) 243-245 p. 61-68Zorica Sr evi i saradniciPrimena GIS-a i AHP-a u odre ivanju pogodnosti zemljita za navodnjavanjeSlika 2. Digitalni model terenaSlika 3. Padovi terenaSlika 4. Primena softverskog alata Reclass na rastersku podlogu padova terena Pokretanjem modula od korisnika se zahteva selektovanje reklasifikovanih rasterskih mapa kriterijuma (ovde su to Recl_Path_M_Idjos, Recl_Soil_M_Idjos i Recl_Slop_M_Idjos). Na Slici 6 prikazan je meni modula u kome je formirana matrica pore enja kriterijuma. Ovu matricu popunjava ekspert me usobnim pore enjem kriterijuma u parovima u AHP smislu, kori enjem Satijeve skale iz Tabele 1. Vrednovanje kriterijuma je u radu izvreno nakon konsenzusa autora rada. Posle unoenja numerika iz Satijeve skale u matricu pore enja, pritiskom na dugme Compute dobijaju se teinske vrednosti kriterijuma koje se u meniju prikazuju u prozoru Weights. Dobijene teine kriterijuma su: Recl_Path_M_Idjos je w1=0.089, kriterijuma Recl_Soil_M_Idjos w2=0.5876 i kriterijuma Recl_Slop_M_Idjos w3=0.3234. Modul tako e izra unava i konzistentnost. Ovde je CR=0,0089, to zna i da je konzistentnost zadovoljena (preporu eno CR