کاربری تاریخی زمین و تغییرات متوالی کاربری زمین در طول زمان، همراه با زمینه مکانی که این تغییرات در آن رخ داده است، تا حد زیادی ویژگی‌ها و عملکرد مناظر امروزی را تعیین می‌کنند. به عنوان مثال، کاهش و تکه‌تکه شدن لکه‌های کاربری زمین که قبلاً گسترده بوده‌اند، تنوع زیستی موجود در مناظر امروزی را توضیح می‌دهد . ^۱٫ با شناسایی و کمی‌سازی اثرات میراثی کاربری زمین در گذشته، مدیران مناظر می‌توانند استراتژی‌هایی را برای حفاظت از تنوع زیستی و احیای اکوسیستم تدوین کنند . ^۲٫ به طور مشابه، مناظر فرهنگی در معرض خطر با ارزش‌های میراثی را می‌توان برای تعیین اولویت‌های حفاظت شناسایی کرد . ^۳٫ کاربری زمین در گذشته همچنین می‌تواند کیفیت و تکامل خدمات اکوسیستمی که مناظر می‌توانند ارائه دهند را در طول زمان توضیح دهد . ^۴ .

نقشه‌برداری از کاربری‌های تاریخی زمین و تغییرات آن برای تحقیقات در سطوح مشترک بوم‌شناسی، جغرافیا و تاریخ بسیار مرتبط است ^{۱ ، ۲ ، ۳ ، ۴ ، ۵ ، ۶} با این حال، در دسترس بودن و کیفیت منابع تاریخی اغلب جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها را محدود می‌کند ^۷٫ تغییرات کاربری زمین در دهه‌های گذشته را می‌توان با استفاده از داده‌های سنجش از دور، حتی در مقیاس جهانی، کمی‌سازی و ارزیابی کرد ^۸٫ برای مطالعاتی که بازه زمانی طولانی‌تری، مثلاً قرن‌ها را پوشش می‌دهند، بازسازی کاربری‌های تاریخی زمین به پایگاه‌های داده اسناد تاریخی (مثلاً داده‌های سرشماری)، نقشه‌ها یا تصاویر تاریخی، بایگانی‌های طبیعی (مثلاً گرده یا زغال چوب) یا داده‌های چند منبعی که می‌توانند مدل‌های بازسازی را تغذیه کنند، متکی است ^{۵ ، ۶ ، ۹} .

نقشه‌های توپوگرافی تاریخی، آرشیوهای ارزشمندی هستند که بینش‌های دقیقی از پیکربندی چشم‌انداز و پویایی کاربری زمین در قرون گذشته ارائه می‌دهند . ^۱۰ تا همین اواخر، دیجیتالی کردن دستی تا حدی برای ایجاد نقشه‌های منطقه‌ای از کاربری زمین تاریخی ضروری بود. مطالعاتی که این روش پرزحمت را به کار می‌بردند، بر مناطق نسبتاً کوچک متمرکز بودند . ^{۱۱٫ تکنیک‌های طبقه‌بندی تصویر یادگیری ماشین و یادگیری عمیق که برای سنجش از دور توسعه یافته‌اند و GeoAI نیز نامیده می‌شوند، امکانات جدیدی را برای استخراج خودکار یا نیمه خودکار اطلاعات مکانی دیجیتال از نقشه‌های تاریخی که از نظر مبدا آنالوگ} هستند، فراهم کرده‌اند .

برای این کار، استفاده از اسکن‌های با کیفیت بالا از نقشه‌های تاریخی که به طور دقیق زمین‌مرجع شده‌اند، پیش‌نیاز است. مجموعه کاشی‌های نقشه، وسعت مکانی منطقه‌ای را که GeoAI می‌تواند در آن اعمال شود، گسترش می‌دهد (به عنوان مثال، به مرجع ^۱۳ مراجعه کنید ). اما حتی در این صورت، مطالعه تغییرات کاربری زمین بر اساس نقشه‌های تاریخی، مشروط به ویژگی‌های نقشه، یعنی مقیاس بومی، وسعت نقشه، دقت هندسی و کیفیت ترسیم و راهنما است . ^۱۰ علاوه بر این، تغییر معانی نقشه‌های تاریخی در طول زمان می‌تواند تجزیه و تحلیل تغییرات کاربری زمین را پیچیده کند . ^۱۴ .

مطالعات اخیر در مورد تغییرات کاربری اراضی که GeoAI را بر روی نقشه‌های تاریخی اعمال کرده‌اند، نشان دهنده‌ی بده بستانی بین وسعت مکانی، مقیاس بومی و تعداد طبقات کاربری اراضی تشخیص داده شده است (جدول  ۱ ). مطالعاتی که مساحتی حداقل ۱۰۰۰۰ کیلومتر مربع را در فرانسه ۱۵، بریتانیای کبیر ۱۶ و سوئد ۱۷ پوشش می‌دهند ^، تنها ^شامل ۱ ^نقشه تاریخی ^با مقیاس بومی کمتر از ۱:۵۰۰۰۰ بوده و بیش از ۵ طبقه کاربری اراضی استخراج نکرده‌اند. در مقابل، مطالعات مشابه در دانمارک ^۱۸ ، فنلاند ^۱۹ و ایرلند ^۲۰ از نقشه‌هایی با مقیاس‌های بومی بالاتر حداقل ۱:۲۰۰۰۰ استفاده کرده‌اند و تا ۱۰ طبقه کاربری اراضی استخراج کرده‌اند، اما منطقه بسیار کوچکتری را پوشش داده‌اند (جدول  ۱ ).

در این کار، ما GeoAI یادگیری عمیق را بر روی ۳ نقشه تاریخی کاشی‌کاری شده برای تقسیم‌بندی معنایی گسترده کاربری زمین در شمال بلژیک، در ضلع غربی دشت شمال اروپا (شکل  ۱a ، b) اعمال می‌کنیم. کیفیت ۳ سری نقشه انتخاب شده ما را قادر می‌سازد تا ۹ کلاس کاربری زمین رایج را با وضوح مکانی بالا، با استفاده از یک شبکه ۱۰ × ۱۰ متر، و برای یک منطقه نسبتاً بزرگ ۱۳۸۰۰ کیلومتر مربع (جدول ۱) تشخیص دهیم ^. نقشه‌های  انتخاب شده در زمان‌های محوری در تاریخ اروپای غربی ترسیم شده‌اند. قدیمی‌ترین سری نقشه، که در سال ۱۷۷۴ به پایان رسید، یک خط پایه است که چشم‌انداز را در پایان رژیم باستانی، درست قبل از اینکه تحت تأثیر صنعتی شدن و حکومت فرانسه قرار گیرد، نشان می‌دهد ^. سری دوم نقشه در سال ۱۸۷۳ به پایان رسید، زمانی که جهانی شدن باعث گذار کشاورزی شد ^{. سری سوم نقشه، که در سال ۱۹۶۹ منتشر شد، شمال بلژیک} را در دهه‌های اول پس از جنگ جهانی دوم، دوران نوسازی سریع و افزایش رفاه، به تصویر می‌کشد. نقشه‌های کاربری اراضی تاریخی با وضوح بالا و در سطح منطقه، که با نقشه کاربری اراضی امروزی تکمیل شده‌اند، ۴ برش زمانی را ارائه می‌دهند که تقریباً ۲۵۰ سال را در بر می‌گیرند. با توجه به این ویژگی‌ها، مطالعه ما به عنوان اثباتی بر مفهوم اعمال GeoAI بر نقشه‌های تاریخی، برای تعیین کمیت دگرگونی چشم‌انداز در درازمدت عمل می‌کند. ما فرض می‌کنیم که در منطقه مورد مطالعه ما – که با پهنه‌بندی خاک معمول دشت اروپای شمالی مشخص می‌شود (شکل  ۱c ، d) – ارتباط بین کاربری اراضی و خاک در طول زمان ^۲۴ تضعیف شده است و منجر به همگن شدن چشم‌اندازها ^۲۵ شده است .

تغییر کاربری زمین

کاربری اراضی در نقشه‌های ۱۷۷۴، ۱۸۷۳ و ۱۹۶۹ با دقت کلی به ترتیب ۹۴٪، ۹۱٪ و ۹۳٪ شناسایی شد (جداول تکمیلی  S1-3 ) . مقادیر بالای دقت کاربر و تولیدکننده در طبقات کاربری اراضی با نسبت‌های مساحت بالا (جدول  ۲ ) ، به دقت کلی بالای آنها نسبت داده می‌شود. در حالی که دقت کاربر به طور مداوم بالا است، دقت تولیدکننده نسبتاً پایین است که نشان‌دهنده تخمین کمتر از حد مساحت توسط نقشه‌ها برای باغ (۱۷۷۴، ۱۸۷۳)، آب (۱۷۷۴)، ساختمان و باغ (۱۸۷۳)، منطقه جزر و مدی (۱۹۶۹) و باتلاق آب شیرین (۱۹۶۹) است (جداول تکمیلی  S1-3 ) . نقشه‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ ، به ترتیب، نقشه‌های دستی و لیتوگرافی‌های رنگی، نمایش یکنواختی ندارند. به طور خاص، قطعات کوچک کاربری زمین که شبیه محیط اطراف هستند، مثلاً باغ‌های میوه مجاور جنگل، تحت تأثیر خطاهای قطعه‌بندی قرار می‌گیرند. نقشه سال ۱۹۶۹ دارای رنگ‌آمیزی و پالت نمادهای یکنواختی است، اما نمادشناسی پیچیده منطقه جزر و مدی و باتلاق‌ها، طبقه‌بندی‌های نادرست را توضیح می‌دهد.

در حالی که مساحت آب‌های سطحی همیشه بین ۲ تا ۳ درصد از شمال بلژیک بود، نسبت مساحت سایر طبقات کاربری زمین بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۲۰۲۲ تغییر کرد (جدول  ۲ ). مساحت خلنگزار و تپه‌های شنی در سال ۱۷۷۴، عمدتاً در شمال شرقی، حدود ۱۱.۸ درصد از منطقه مورد مطالعه را اشغال کرده بود (شکل  ۲ )، اما در سال ۱۸۷۳ به نصف کاهش یافت. این کاربری زمین پس از سال ۱۸۷۳ به کاهش خود ادامه داد و در سال ۲۰۲۲ به ۱.۴ درصد رسید. باتلاق آب شیرین (۰.۸ درصد) و منطقه جزر و مدی (۰.۵ درصد) مناطق بسیار کوچک‌تری را در سال ۱۷۷۴ پوشش می‌دادند، اما بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۱۸۷۳ نیز مستعد کاهش شدید بودند. مساحت علفزار در قرن اول پایدار بود (۱۱.۵ تا ۱۲.۴ درصد) و دره‌های رودخانه‌ای و زمین‌های پست در نقشه‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ مشخص شده بودند (شکل  ۲ ). در بازه زمانی بعدی دو برابر شد و در سال ۱۹۶۹ به ۲۶.۹٪ رسید، اما این افزایش شدید با کاهش به ۲۱.۸٪ در سال ۲۰۲۲ دنبال شد. زمین‌های زراعی تا سال ۱۹۶۹ بالاترین نسبت مساحت را داشتند، اما در سال ۲۰۲۲ توسط ساخت و ساز و باغ از آن پیشی گرفت. در حالی که بیش از ۵۰٪ از شمال بلژیک در قرن‌های هجدهم و نوزدهم به عنوان زمین‌های زراعی مورد استفاده قرار می‌گرفت، این نسبت در سال ۱۹۶۹ به ۳۶.۴٪ و در سال ۲۰۲۲ به ۲۷.۳٪ کاهش یافت. کل مساحت جنگل بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۱۹۶۹ تغییر چندانی نکرد (۹.۳-۱۰.۲٪) و در سال ۲۰۲۲ با کمی افزایش به ۱۲.۷٪ رسید. مساحت مورد استفاده برای باغ‌ها در سال ۱۹۶۹ به ۴.۷٪ رسید، اما در سال ۲۰۲۲ به ۱.۸٪ کاهش یافت. ساخت و ساز و باغ از ۶.۴٪ در سال ۱۷۷۴ به ۲۹.۳٪ در سال … ادامه یافت. ۲۰۲۲ (جدول  ۲ و شکل  ۲ ).

ارتباط کاربری زمین با خاک

امتیاز V که نشان‌دهنده ارتباط کلی نه کلاس کاربری زمین با هفت گروه خاک، از جمله خاک‌های نامشخص است، ابتدا افزایش یافت (۱۷۷۴-۱۸۷۳)، اما پس از ۱۸۷۳ به مقادیری کمتر از ۱۷۷۴ کاهش یافت (شکل  ۳ ). این روند عمدتاً با همگنی کاربری زمین در خاک توضیح داده شد، در حالی که کامل بودن فقط در آخرین بازه زمانی کاهش یافت (شکل  ۳ ).

افزایش همگنی کاربری زمین در خاک در بازه زمانی اول نشان می‌دهد که گروه‌های خاک در سال ۱۸۷۳ نسبت به یک قرن قبل، بیشتر از یک کلاس کاربری زمین تشکیل شده‌اند. در سال ۱۷۷۴، زمین‌های زراعی بیش از ۵۰٪ از خاک‌های لوم شنی، لوم سیلتی و خاک‌های پولدر را اشغال کرده بودند که ۴۶٪ از شمال بلژیک را پوشش می‌دهند (شکل  ۱ )، و این تسلط بین سال‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ بیشتر افزایش یافت (شکل  ۴ a2-a4). افزایش زمین‌های زراعی (شکل  ۴ a6) و علفزارها (شکل  ۴ e6) در خاک آبرفتی و افزایش علفزارها در خاک مرطوب و آلی (شکل  ۴ e5) نیز در افزایش همگنی نقش داشتند، اما هر دو خاک فقط ۱۲٪ از شمال بلژیک را پوشش می‌دهند (شکل  ۱ ). در خاک ماسه‌ای که ۲۷ درصد از شمال بلژیک را پوشش می‌دهد (شکل  ۱ )، اثرات متضادی از تغییر نسبت‌های کاربری زمین بر همگنی وجود دارد (شکل  ۴ a1-f1).

کاهش همگنی در بازه زمانی دوم (۱۸۷۳-۱۹۶۹) با کاهش زمین‌های زراعی در خاک‌های شنی، لوم شنی، لوم سیلتی و خاک‌های پولدر (شکل  ۴ a1-a4) توضیح داده می‌شود که در مجموع ۷۳ درصد از شمال بلژیک را پوشش می‌دهند. این کاهش زمین‌های زراعی در درجه اول با افزایش علفزارها (شکل  ۴ e1-e4) متعادل می‌شود. افزایش باغ‌ها در خاک لوم سیلتی (شکل  ۴ h3) و افزایش جنگل در خاک مرطوب و آلی (شکل  ۴ c5)، که در آن علفزارها کاهش یافته است (شکل  ۴ e5)، نیز در کاهش همگنی نقش داشته است.

افزایش ساخت و ساز و باغ در همه خاک‌ها به جز خاک‌های مشخص نشده (شکل  ۴ b1-b6) کاهش بیشتر همگنی را در آخرین بازه زمانی (۱۹۶۹-۲۰۲۲) توضیح می‌دهد. افزایش ساخت و ساز و باغ با کاهش زمین‌های زراعی در ماسه، لوم شنی، لوم سیلتی و خاک پلدر متعادل می‌شود (شکل  ۴ a1-a4). علفزارها در جایی که در سال ۱۹۶۹ غالب بودند، کاهش یافتند (شکل  ۴ e5، e6)، در مقابل، جنگل در این خاک‌های مرطوب و آلی و آبرفتی افزایش یافت (شکل  ۴ c5، c6).

خاک‌های نامشخص شامل مناطقی هستند که در زمان ترسیم نقشه خاک (۱۹۴۷-۱۹۷۱) دست‌خورده یا نقشه‌برداری نشده‌اند. ذاتاً، نسبت خاک‌های نامشخص اشغال‌شده توسط ساخت‌وساز و باغ با گذشت زمان افزایش یافته است (شکل  ۴b7 )، که با کاهش همگنی مقابله می‌کند. برعکس، نسبت خاک نامشخص در ساخت‌وساز و باغ پس از سال ۱۹۶۹ کاهش یافته است (شکل  ۴b7 ). از آنجایی که نقشه خاک عمدتاً در آن زمان تکمیل شده بود، ساخت‌وساز و باغ در خاک‌های غیر مشخص‌شده در آخرین بازه زمانی افزایش یافت (شکل  ۴b1 -b6). این امر به کاهش کامل بودن کمک کرد، که نشان می‌دهد کاربری زمین در یک گروه خاک واحد کمتر متمرکز شده است.

خودهمبستگی و تداخل

افزایش یا کاهش خودهمبستگی مکانی، که با شاخص جهانی موران I بیان می‌شود، نشان می‌دهد که یک کلاس کاربری زمین به ترتیب در طول زمان کمتر یا بیشتر تکه‌تکه شده است. افزایش تکه‌تکه شدن زمین‌های زراعی (شکل  ۵a )، خلنگزارها و تپه‌های شنی (شکل  ۵e )، منطقه جزر و مدی (شکل  ۵f ) و باتلاق‌ها (شکل  ۵g ) با کاهش مساحت این کلاس‌های کاربری زمین همراه بود. برعکس، تکه‌تکه شدن زمین‌های ساخته شده و باغ‌ها با افزایش مساحت کاهش یافت (شکل  ۵b ). تکه‌تکه شدن و مساحت علفزارها و باغ‌ها به شکلی انحرافی از کلاس‌های کاربری زمین فوق‌الذکر تغییر کرد. اگرچه مساحت علفزارها بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۲۰۲۲ دو برابر شد (جدول  ۲ )، اما افزایش پراکنده آن در خاک‌هایی که قبلاً در بازه زمانی دوم کمیاب بودند (شکل  ۴e1 -e3) و به دنبال آن کاهش در جایی که در بازه زمانی آخر غالب بودند (شکل  ۴e5 ، e6)، تکه‌تکه شدن را در طول زمان افزایش داد. قطعه قطعه شدن باغات در سال ۲۰۲۲ کمتر از قبل بود (شکل  ۵h )، اگرچه مساحت آن در بازه زمانی گذشته کاهش یافته بود (جدول  ۲ ). کاهش این کاربری به خاک‌های لوم سیلتی (شکل  ۴h3 ) در جنوب شرقی (شکل  ۲ ) گویای این موضوع است.

یک معیار مکمل برای ارزیابی تغییر بافت چشم‌انداز، سطح تداخل است که به اختلاط مکانی انواع مختلف لکه‌ها، در این مورد کلاس‌های کاربری زمین، بدون اشاره صریح به سطح تکه‌تکه شدن که ما با استفاده از ضریب موران جهانی اندازه‌گیری می‌کنیم، اشاره دارد . در سال‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳، سطح تداخل برای تقریباً دو سوم شمال بلژیک کمتر از ۵۰٪ بود (شکل  ۶ ). دره‌های رودخانه‌ای، که در آنها چندین کلاس کاربری زمین همگرا می‌شدند، با سطوح تداخل بالا برجسته شدند، در حالی که مناطق وسیعی از زمین‌های زراعی، خلنگزارها و تپه‌های شنی و جنگل‌ها کمترین سطوح تداخل را نشان دادند (شکل  ۲ و شکل  ۷ را مقایسه کنید ). تداخل بین سال‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ در شمال شرقی (شکل  ۷ ) افزایش یافت، که در نتیجه نفوذ جنگل و زمین‌های زراعی به منطقه خلنگزارها و تپه‌های شنی بود (شکل  ۷ ). بین سال‌های ۱۸۷۳ تا ۱۹۶۹، تداخل طبقات کاربری زمین به شدت افزایش یافت (شکل  ۶ ) و ساختار هیدرولوژیکی را پنهان کرد (شکل  ۷ )، که نتیجه افزایش پراکنده علفزارها و ساختمان‌ها و باغ‌ها بود (شکل  ۲ و  ۷ را مقایسه کنید ). شهرهای در حال گسترش، مانند بروکسل، آنتورپ، گنت و بروژ (شکل  ۱a )، جزایری از کاربری‌های زمین همگن با تداخل کم در سال‌های ۱۹۶۹ و ۲۰۲۲ هستند (شکل  ۲ و  ۷ را مقایسه کنید ).

نقشه سال ۱۷۷۴ قبل از تغییرات اجتماعی-اقتصادی، پس از حمله فرانسه در سال ۱۷۹۵، و صنعتی شدن که چشم‌انداز را دگرگون کرد، تکمیل شد ^.۲۱ اما در نیمه دوم قرن هجدهم، رشد جمعیت شدیدی در شمال بلژیک وجود داشت ^.۲۶ در آن زمان، احیای کشاورزی پاسخ اصلی به رشد جمعیت بود و باعث شد مساحت زمین‌های زراعی در کشورهای اروپایی حدود سال ۱۹۰۰ به اوج خود برسد ^.۲۷ تغییرات کاربری زمین در شمال بلژیک در بازه زمانی اول، این فرض را تأیید می‌کند، زیرا مناطق خلنگزار و تپه‌های شنی، باتلاق‌ها، جنگل‌های قدیمی و منطقه جزر و مدی، یعنی کاربری زمین طبیعی و نیمه طبیعی، کاهش یافته و زمین‌های زراعی و علفزارها گسترش یافتند.

خلنگزارها و تپه‌های شنی و باتلاق‌ها، که عمدتاً در خاک شنی واقع شده‌اند، در سال ۱۷۷۴ بیش از ۱۲٪ از شمال بلژیک را پوشانده بودند. این مناطق به عنوان زمین‌های مشترک برای چراگاه، برش پیت، حفر خاک رس و جمع‌آوری چوب استفاده می‌شدند. در شمال غربی اروپا، تخریب کاربری مشترک زمین در دهه‌های آخر قرن هجدهم شدت گرفت ^.۲۸ . در طول یک قرن، مساحت خلنگزارها و تپه‌های شنی در شمال بلژیک تقریباً به نصف کاهش یافت و این کاهش تا سال ۲۰۲۲ ادامه یافت. تغییرات نسبت کاربری زمین در خاک شنی (شکل  ۴ a1، c1، f1) نشان می‌دهد که احیای اراضی به زمین‌های زراعی و کاشت جنگل، به ترتیب، یک سوم و دو سوم از این کاهش مساحت را به خود اختصاص داده است. در شمال بلژیک، باتلاق‌ها و منطقه جزر و مدی بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۱۸۷۳، ۵۰ درصد کاهش یافته بودند، در حالی که فرض می‌شود از بین رفتن تالاب‌ها در سراسر جهان تا حد زیادی در قرن بیستم رخ داده است ^.۲۹ یافته‌های ما می‌تواند تأیید کند که تبدیل مرداب‌ها به علفزارهای مرطوب، که به عنوان تالاب نیز طبقه‌بندی می‌شوند، مقدم بر خشک شدن و تبدیل تالاب‌های اخیر بوده ^است .

اگرچه زغال سنگ فسیلی از سال ۱۷۵۰ به بعد، سوخت اولیه صنعتی شدن بلژیک را تأمین می‌کرد، ^۳۱ ، اما جنگل‌ها حداقل تا دهه‌های اول قرن نوزدهم برای تأمین انرژی مهم باقی ماندند، ^۳۲ . با این حال، پس از انقلاب فرانسه، جنگل‌های روحانیون و اشراف مصادره، خصوصی و به زمین‌های کشاورزی تبدیل شدند، ^۳۲ . در بسیاری از نقاط اروپا، در قرن نوزدهم، در نتیجه گسترش کشاورزی، مساحت جنگل‌ها به حداقل رسید ^،۳۳ . مساحت کل جنگل‌های شمال بلژیک که از قبل هم کم بود، بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۱۸۷۳ تغییر چندانی نکرد، زیرا تبدیل خلنگزارها و تپه‌های شنی و باتلاق‌ها به جنگل‌های کشتزار با درختان مخروطی، ^۳۲ جبران از دست رفتن ۵۰٪ از جنگل‌های روی خاک‌های شنی لوم، سیلت لوم و آبرفتی را کرد. بنابراین، این تغییرات کم در مساحت خالص جنگل، فرسایش جنگل‌های باستانی دیرینه با طبیعی بودن بالا را پنهان می‌کند ^،۳۴ .

کشاورزی اروپا پس از سال ۱۸۷۰ با جهانی شدن، به ویژه با واردات ارزان غلات خارجی، به چالش کشیده شد . ^{۲۲ ، ۲۳.} این امر باعث افزایش شدید تولید دام در پایان قرن نوزدهم و حتی بیشتر در قرن بیستم شد. ^{۳۵ ، ۳۶ ، ۳۷.} در انگلستان ^۳۸ و هلند ^۲۴، جهانی شدن باعث تغییر از زمین‌های زراعی به مراتع شد و مطالعه ما نشان می‌دهد که در نتیجه این گذار کشاورزی، مساحت مراتع در شمال بلژیک بین سال‌های ۱۸۷۳ تا ۱۹۶۹ دو برابر شده است. در مقابل، تمرکز بیشتر بر تولید دام چنین تغییر کاربری زمین را در آلمان ^۳۹ ، اسپانیا ^۴۰ ، دانمارک ^۴۱ و جمهوری چک ^۴۲ ایجاد نکرد . کشاورزی بلژیک نه تنها به تولید دام، بلکه به باغداری و تولید میوه نیز روی آورد . ^۲۳ . مساحت باغ‌ها بین سال‌های ۱۸۷۳ تا ۱۹۶۹ افزایش یافت و در جنوب شرقی منطقه مورد مطالعه ما بر روی خاک‌های لوم سیلتی متمرکز شد، در حالی که باغ‌های پراکنده مبتنی بر مزرعه ناپدید ^شدند .

مساحت زمین‌های ساخته شده و باغ‌ها از ۶.۴٪ در سال ۱۷۷۴ به ۲۹.۳٪ در سال ۲۰۲۲ افزایش یافت که کم و بیش متناسب با رشد جمعیت در آن بازه زمانی است. رشد جمعیت بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۱۹۶۹، ابتدا با صنعتی شدن اولیه روستایی ^۲۶ و سپس با گذار شهری، یعنی تبدیل جامعه روستایی به شهری در طول صنعتی شدن ^۴۳ ، از افزایش مساحت زمین‌های ساخته شده و باغ‌ها پیشی گرفت. اگر فقط دوره زمانی آخر (۱۹۶۹-۲۰۲۲) را در نظر بگیریم، افزایش مساحت زمین‌های ساخته شده و باغ‌ها (۷۶٪+) بسیار بیشتر از رشد جمعیت (۲۳٪+) بود. کاهش تراکم جمعیت در مناطق ساخته شده، به عنوان مثال، در نتیجه مسکن مسکونی با تراکم کم، شاخصی از گسترش بی‌رویه شهری است ^۴۴. نتایج ما در سطح منطقه، ارزیابی‌های قبلی از گسترش بی‌رویه شهری را بر اساس داده‌های غیرمستقیم جمعیت در سطح شهرداری‌ها ^۴۵ و مطالعات موردی ^۴۶ تأیید می‌کند . در شمال بلژیک، که از قرون وسطی پرجمعیت و شهرنشین بوده است ^(۴۷) ، گسترش بی‌رویه شهری خود را به صورت توسعه نواری نشان می‌دهد که توسط الگوی تاریخی روستاها، جاده‌ها و آب‌بندها هدایت می‌شود ^(۴۸ ). در نتیجه، این منطقه در دهه‌های اخیر به کانون شهرنشینی تبدیل شده است ^(۴۹) . افزایش ساخت و ساز و باغ پس از سال ۱۹۶۹ در همه گروه‌های خاک متناسب بود، بنابراین خاک‌های پولدر، مرطوب و آلی و آبرفتی از بین نرفتند. این تأییدی بر مطالعات موردی دره‌های رودخانه‌ای ^{(۱۱) و ارزیابی این است که سکونتگاه‌های تازه تأسیس در بلژیک (۱۹۸۵-۲۰۱۵) به طور مساوی در دسته‌های خطر سیل (۵۰} ) توزیع شده‌اند .

سه عامل تغییر کاربری زمین، یعنی احیای زمین، گذار به کشاورزی و شهرنشینی، به مرور زمان به دنبال هم آمدند. در نتیجه احیای زمین، ارتباط کلی بین کاربری زمین و الگوهای خاک در شمال بلژیک ابتدا افزایش یافت. به طور مشابه، با تبدیل جنگل به زمین‌های زراعی، پتانسیل طبیعی مکان‌های حاصلخیز در آلمان قرن نوزدهم ^۵۱ و لهستان ^۵۲ بیشتر آشکار شد . برخلاف این مناطق در آلمان و لهستان که هنوز روستایی هستند، ارتباط بین شرایط مکان و کاربری زمین پس از سال ۱۸۷۳ در شمال بلژیک به تدریج تضعیف شد. روند مشابهی در هلند بین سال‌های ۱۹۰۰ تا ۱۹۹۰ رخ داد، همچنین افزایش علفزارها در طیف وسیعی از گروه‌های خاک به نفع این روند و تمرکز جنگل‌ها در خاک شنی به ضرر آن ^۲۴ بود . مقایسه تفاوت‌های منطقه‌ای در استونی نشان داد که افزایش کاربری زمین با شدت بالا، ارتباط با الگوهای خاک و مناظر همگن را تضعیف کرده است ^۲۵ .

افزایش شدید سطح تداخل کاربری زمین بین سال‌های ۱۸۷۳ تا ۱۹۶۹ نشان می‌دهد که دگرگونی چشم‌انداز در بازه زمانی دوم به اوج خود رسیده است. تا سال ۱۸۷۳، کاربری زمین منعکس‌کننده پهنه‌بندی خاک بود و چشم‌اندازهای متمایزی را مشخص می‌کرد: مراتع در دره‌ها و مناطق ساحلی، زمین‌های زراعی در فلات‌های لوم شنی و لوم سیلتی، خلنگزارها و تپه‌های شنی و باتلاقی در خاک شنی. از سال ۱۹۶۹ به بعد، کاربری زمین تا حد زیادی در هم آمیخته شده است، به ویژه توسط منطقه مرتعی که فراتر از مناطق ساحلی و دره‌ها گسترش یافته و توسط شهرنشینی فزاینده که خود را به صورت گسترش بی‌رویه شهری نشان می‌دهد. در نتیجه، شمال بلژیک از یک منطقه عمدتاً روستایی با مناظر متمایز، به یک منطقه همگن پیرامون شهری تبدیل شد. این مسیر می‌تواند برای سایر مناطق اروپا که نرخ رشد مشابهی از منطقه شهری و پیرامون شهری (۷۸٪+) و جمعیت (۳۳٪+) را از اواسط دهه ۱۹۵۰ نشان می‌دهند، گویا ^باشد .

نقشه‌های تاریخی کاربری اراضی که با GeoAI ایجاد شده‌اند، مستعد خطاها و عدم قطعیت‌هایی هستند که کاربرد آنها را در تحقیق، مدیریت و سیاست‌گذاری محدود می‌کند ^[۱۰] . خطاهای کلی تقسیم‌بندی در مطالعه ما کم است، اما ۶ مورد از ۳۶ ترکیب کاربری اراضی × زمان، دقت تولیدکننده پایینی دارند. در حالی که تخمین‌های مساحت برای بایاس ^۵۴ اصلاح می‌شوند ، نقشه‌های تاریخی کاربری اراضی که تحت تجزیه و تحلیل‌های مکانی قرار می‌گیرند، این گونه نیستند. از آنجایی که نسبت مساحت همه به جز یکی از ترکیبات فوق‌الذکر (ساختمان و باغ در سال ۱۸۷۴؛ جدول  ۲ ) کم است، فرض می‌کنیم که معیارهای محاسبه شده روی همه کلاس‌های کاربری اراضی به شدت تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. تأثیر می‌تواند بر خودهمبستگی بیشتر باشد و بنابراین، تغییر قطعه قطعه شدن در کل بازه زمانی، از جمله ترکیبات کمتر تحت تأثیر، ارزیابی می‌شود. نگرانی دیگر، تغییر معنای نقشه است، به این معنی که کاربری اراضی به طور مداوم توسط سری‌های مختلف نقشه ^{۱۴ ، ۱۸} نشان داده نمی‌شود . برای جلوگیری از سردرگمی معنایی، طرح‌های طبقه‌بندی پیش‌نیاز هستند ^[۱۴] . ما برای این منظور، کلاس‌های قطعه‌بندی را به کلاس‌های کاربری اراضی سطح بالا (جدول تکمیلی  S5 ) تجمیع کردیم. با این حال، تغییرات کیفی کاربری اراضی در طول زمان، به عنوان مثال، باغ‌ها ^۵۵ ، می‌تواند کاربردهای خاص نقشه‌های کاربری اراضی تاریخی را محدود کند. تا اواسط قرن بیستم، باغ‌ها از درختان با ساقه بلند تشکیل شده بودند و همچنین به عنوان مرتع ^۵۵ استفاده می‌شدند . این نوع باغ پس از جنگ جهانی دوم با کاشت درختان با ساقه کوتاه که برای استفاده دوگانه مناسب نبودند، جایگزین شد. نقشه سال ۱۹۶۹ هر دو را با یک نماد نمایش می‌دهد، که شناسایی مناظر با ارزش‌های میراثی ^۳ را که هنوز حاوی باغ‌هایی با درختان با ساقه بلند هستند، پیچیده می‌کند.

در اینجا، ما نشان می‌دهیم که GeoAI اعمال شده بر روی نقشه‌های تاریخی می‌تواند نقشه‌های کاربری اراضی تاریخی با وضوح بالا و در سطح منطقه ایجاد کند که فرصت‌های جدیدی را برای سیاست‌گذاری، مدیریت و تحقیقات چشم‌انداز ایجاد می‌کند. با وجود کیفیت بالای قطعه‌بندی‌ها، ما تبدیل‌های کاربری اراضی را با استفاده از همپوشانی نقشه‌های متوالی کاربری اراضی مطالعه نمی‌کنیم، زیرا تحت تأثیر تغییر کاربری اراضی کاذب ناشی از خطاهای موقعیتی نقشه‌های ایجاد شده جداگانه قرار می‌گیرد . ^۵۶٫ اعتبارسنجی کلاس‌های تغییر کاربری اراضی از روی هم‌گذاری در مورد ما به دلیل تعداد زیاد ترکیباتی که از ۹ کلاس کاربری اراضی در ۴ برش زمانی حاصل می‌شوند، پیچیده است. علاوه بر این، فواصل زمانی تا یک قرن می‌تواند تبدیل‌های کاربری اراضی کوتاه مدت، مانند تبدیل از جنگل به زمین زراعی را از دست بدهد . ^۵۷٫ در نتیجه، کاربرد نقشه‌های کاربری اراضی تاریخی تولید شده توسط GeoAI کمتر به دلیل دقت قطعه‌بندی محدود می‌شود تا تغییر معانی نقشه، خطاهای مکانی و فاصله بین سری نقشه‌های متوالی.

منطقه مورد مطالعه و نوع خاک

شمال بلژیک، متشکل از مناطق اداری فلاندری و پایتخت بروکسل، منطقه‌ای مسطح یا موج‌دار با ارتفاع کمتر از ۲۹۰ متر از سطح دریای شمال (شکل  ۱a )، در ضلع جنوب غربی دشت شمال اروپا (شکل  ۱b ) است. خاک‌های سطحی دشت شمال اروپا عمدتاً از بخش‌های مختلفی از رسوبات ماسه و سیلت بادی پلیستوسن پیرامون یخچالی تشکیل شده‌اند ^۵۸ . در نتیجه، یک پهنه‌بندی شمال-جنوب از خاک ماسه‌ای، خاک لوم شنی و خاک لوم سیلتی وجود دارد که در شمال بلژیک نیز وجود دارد (شکل  ۱c ). برای تعیین ارتباط بین کاربری زمین و خاک، نقشه خاک بلژیک به هفت گروه خاک طبقه‌بندی مجدد شده است. این طبقه‌بندی مجدد بر اساس بافت خاک و کلاس زهکشی آن است که از ویژگی‌های قوی خاک هستند که توسط فرآیندهای خاکسازی بلندمدت شکل گرفته‌اند و می‌توانند پوشش گیاهی طبیعی بالقوه را تشخیص دهند ^۵۹ . نقشه سنتز پوشش گیاهی طبیعی بالقوه ^۵۹ با خاک‌های پلدر و خاک‌های ماسه‌ای تپه‌های ساحلی تکمیل می‌شود. نقشه خاک بلژیک (۱:۲۰۰۰۰) حاصل از بررسی ملی خاک ^۶۰ است که بین سال‌های ۱۹۴۷ تا ۱۹۷۱ انجام شد. مکان‌هایی که به عنوان خاک دست‌خورده، ساخته‌شده، آب یا مناطق بررسی‌نشده، مانند مناطق نظامی، طبقه‌بندی شده بودند، در یک گروه خاک «مشخص‌نشده» گروه‌بندی شدند.

آب و هوای شمال بلژیک، همانطور که میانگین‌های محاسبه‌شده برای سال‌های ۱۹۹۱ تا ۲۰۲۰ نشان می‌دهد، معتدل اقیانوسی است ^. میانگین دمای سالانه ۱۱ درجه سانتی‌گراد و میانگین حداکثر و حداقل دمای روزانه به ترتیب ۱۴.۷ درجه سانتی‌گراد و ۷.۳ درجه سانتی‌گراد بود. در ۱۸۹.۸ روز بارندگی در سال، میانگین کل بارندگی ۸۳۷.۱ میلی‌متر اندازه‌گیری شد. از ساحل دریای شمال در غرب به سمت مرز شرقی، افزایش اندکی در اقلیم قاره‌ای مشاهده می‌شود.

در پایان قرن هجدهم، جمعیت شمال بلژیک بین ۱,۵۰۰,۰۰۰ تا ۲,۰۰۰,۰۰۰ نفر تخمین زده می‌شد ^. داده‌های سرشماری ^۶۳ نشان می‌دهد که جمعیت این منطقه در سال ۱۸۷۳، ۳,۰۰۰,۰۰۰ نفر بوده است که در سال ۱۹۶۹ به ۶,۵۰۰,۰۰۰ نفر و در سال ۲۰۲۲ به ۸,۰۰۰,۰۰۰ نفر افزایش یافته است.

نقشه‌های تاریخی و امروزی

ما از نقشه‌های فراری که هلند اتریشی متعلق به امپراتوری هابسبورگ را پوشش می‌دهند، اولین نسخه نقشه‌های توپوگرافی بلژیک توسط Dépôt de la Guerre و نقشه‌های توپوگرافی بلژیک توسط موسسه جغرافیای نظامی (جدول تکمیلی  S4 ) برای تقسیم‌بندی کاربری تاریخی زمین استفاده می‌کنیم. این سه نقشه تاریخی به ترتیب برای اهداف نظامی در مقیاس‌های بومی ۱:۱۱,۵۲۰، ۱:۲۰,۰۰۰ و ۱:۲۵,۰۰۰ ترسیم شده‌اند و به صورت آنلاین به عنوان نقشه‌های کاشی‌کاری شده با کیفیت بالا در سیستم مختصات بلژیکی (EPSG:31370) در دسترس هستند. نقشه کاربری اراضی امروزی از نقشه کاربری اراضی در سال ۲۰۲۲ منطقه فلاندر ^۶۴ تشکیل شده است که با منطقه پایتخت بروکسل با استفاده از همان روش تکمیل شده است. طبقات کاربری اراضی نقشه امروزی شمال بلژیک با استفاده از ۴ سطح پایگاه داده، با ترکیب و تجمیع دسته‌ها از سطوح داده مختلف، برای دستیابی به توافق موضوعی بهینه با نقشه‌های تاریخی گردآوری شده‌اند. برای ارجاع به نقشه‌ها از سال پایانی مشاهدات، یعنی به ترتیب ۱۷۷۴، ۱۸۷۳، ۱۹۶۹ و ۲۰۲۲، استفاده شده است.

نقشه ۱۷۷۴ به طور کامل قلمرو امروزی بلژیک را پوشش نمی‌دهد و جوامع نقشه‌برداری نشده در امتداد مرز امروزی (۱.۰٪ از منطقه مورد مطالعه) از تحلیل‌های مکانی حذف شده‌اند. مناطقی از نقشه کاربری اراضی ۲۰۲۲ که به ورزش و تفریح ​​اختصاص داده شده است (۲.۹٪ از منطقه مورد مطالعه) نیز حذف شده‌اند، زیرا در نقشه‌های تاریخی تشخیص داده نشده‌اند و در حال حاضر شامل ترکیبی ناشناخته از کاربری‌های زمین مانند جنگل، مرتع، آب، ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها هستند.

نقشه‌های ۱۷۷۴ می‌توانند به صورت محلی اعوجاج‌های بزرگی را نشان دهند، در حالی که محیط اطراف بسیار کمتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند ^۲۱ . به همین دلیل، اصلاح اعوجاج، زمین‌مرجع‌سازی و کاشی‌کاری نقشه از تعداد زیادی ۳۰۰۰۰ نقطه کنترل ^۲۱ استفاده کرد که معادل ۲.۲ نقطه کنترل در هر کیلومتر مربع است ^. نقشه‌های توپوگرافی ۱۸۷۳ و ۱۹۶۹ برای ایجاد نقشه‌های کاشی‌کاری شده نیازی به اصلاح اعوجاج نداشتند. در این زمان‌ها، از تکنیک‌های مثلث‌بندی و ترازبندی، بر اساس پایه‌های ژئودزی و نقاط مرجع مشخص شده در میدان ^۶۵ استفاده شد . روکش لاستیکی نقشه‌های ۱۷۷۴ و تبدیلات مرتبه اول نقشه‌های ۱۸۷۳ و ۱۹۶۹، با استفاده از ۲.۵ نقطه کنترل در هر کیلومتر مربع ^در یک منطقه آزمایشی ۴۰ کیلومتر مربعی ^، مقادیر خطای ریشه میانگین مربعات (RMSE) باقیمانده را به ترتیب ۳۴ متر، ۱۴ متر و ۸ متر ایجاد کرد. RMSE زیر ۳۰ متر پیش‌نیاز مطالعه تغییرات پوشش جنگلی بین سال‌های ۱۷۷۴ تا ۲۰۰۰ در منطقه ما است ^۶۶٫ همپوشانی ۴ نقشه به جای ۲ نقشه به مقادیر RMSE کمتری نیاز دارد، زیرا خطای موضوعی با تعداد نقشه‌های گنجانده شده افزایش می‌یابد ^۵۶٫ از آنجایی که RMSE نقشه ۱۷۷۴ از ۳۰ متر تجاوز می‌کند، ما تبدیل‌های کاربری اراضی را با استفاده از یک همپوشانی تجزیه و تحلیل نمی‌کنیم، بلکه برای هر برش زمانی نسبت طبقات کاربری اراضی در گروه‌های خاک و برعکس را محاسبه می‌کنیم تا تغییر کاربری اراضی را در طول زمان نسبت به خاک‌ها کمی کنیم.

قطعه‌بندی و اعتبارسنجی کاربری زمین

ما از بسته نرم‌افزاری متن‌باز GeoAI OrthoSeg نسخه ۰٫۵٫۰ ^۶۷ برای قطعه‌بندی تصویر اعمال شده بر روی نقشه‌های تاریخی استفاده می‌کنیم. راهنمای خاص و ترسیم هر سری نقشه تاریخی به تعداد مشخصی از کلاس‌های قطعه‌بندی نیاز دارد (جدول تکمیلی  S4 ). آموزش بر اساس رقومی‌سازی دستی چندضلعی‌های کلاس قطعه‌بندی در سطح منطقه، در کادرهای مربعی است که برای نقشه‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ به ابعاد ۲۵۶ × ۲۵۶ متر و برای نقشه ۱۹۶۹ به ابعاد ۱۲۸ × ۱۲۸ متر اندازه‌گیری شده‌اند. پیش‌بینی بر روی کاشی‌های نقشه ۲۰۴۸ × ۲۰۴۸ پیکسلی دانلود شده، با وضوح پیکسلی ۱ متر برای نقشه‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ و ۰.۵ متر برای نقشه ۱۹۶۹، و با همپوشانی ۱۲۸ پیکسل برای نقشه‌های ۱۷۷۴ و ۱۸۷۳ و ۲۵۶ پیکسل برای نقشه ۱۹۶۹ اجرا می‌شود. پس از اجرای اولیه بر اساس چند داده آموزشی ساده برای کلاس‌های قطعه‌بندی اولیه تشخیص داده شده، ارزیابی دسکتاپی از نتیجه انجام می‌شود. در مرحله بعد، جعبه‌های آموزشی اضافی دیجیتالی می‌شوند تا خطاهای قطعه‌بندی اصلاح شوند یا شکاف‌ها حذف شوند و در نتیجه نتیجه اجرای بعدی بهبود یابد. در صورت لزوم، کلاس‌های قطعه‌بندی اضافی تشخیص داده می‌شوند و داده‌های آموزشی اجرای قبلی بر اساس آن تنظیم می‌شوند. این فرآیند تا زمانی که ارزیابی دسکتاپ مطلوب باشد تکرار می‌شود و به ترتیب شامل ۱۲، ۱۳ و ۶ تکرار برای نقشه‌های ۱۷۷۴، ۱۸۷۳ و ۱۹۶۹ است (جدول تکمیلی  S4 ).

خروجی قطعه‌بندی، لایه‌های چندضلعی برای هر برش زمانی تاریخی است که شامل ۱۷ (۱۷۷۴)، ۱۹ (۱۸۷۳) و ۳۰ (۱۹۶۹) کلاس قطعه‌بندی است (جدول تکمیلی  S5 ). این کلاس‌های قطعه‌بندی به ۹ کلاس کاربری زمین رایج و یک کلاس با کاربری زمین نامشخص (جدول تکمیلی  S5 ) دسته‌بندی شده‌اند که شامل مناطقی از نقشه ۲۰۲۲ که به ورزش و تفریح ​​اختصاص داده شده‌اند نیز می‌شود.

اعتبارسنجی از ماتریس‌های خطای مبتنی بر مساحت استفاده می‌کند که سوگیری انتخاب ایجاد شده توسط نمونه‌گیری طبقه‌بندی‌شده از نقاط اعتبارسنجی را در نظر می‌گیرد تا مساحت‌ها و فواصل اطمینان (CI) تخمین زده شده و دقت تولیدکننده، مصرف‌کننده و دقت کلی ^۵۴ (جداول تکمیلی  S1-3 ) را محاسبه کند .

برای اعتبارسنجی نقشه‌های کاربری اراضی تاریخی، ۵۰ تا ۱۰۰ نقطه در هر کلاس قطعه‌بندی با مختصات تصادفی تولید شده انتخاب می‌کنیم. نقاط اعتبارسنجی با تفسیر بصری اسکن‌های نقشه‌های تاریخی، در محیط QGIS، به کلاس‌های قطعه‌بندی تشخیص داده شده اختصاص داده می‌شوند. در مرحله بعد، نقاط اعتبارسنجی به ۹ کلاس کاربری اراضی به روشی مشابه نتیجه قطعه‌بندی خوشه‌بندی می‌شوند (جدول تکمیلی  S5 ).

تحلیل‌های مکانی

در مرحله بعد، لایه‌های چندضلعی کاربری اراضی تاریخی را به شبکه‌هایی با همان وسعت و اندازه سلول ۱۰ × ۱۰ متر به عنوان نقشه کاربری اراضی ۲۰۲۲ برای تجزیه و تحلیل‌های مکانی روی طبقات کاربری اراضی تبدیل می‌کنیم: ارتباط طبقات کاربری اراضی با گروه‌های خاک، خودهمبستگی مکانی طبقات کاربری اراضی و پراکندگی طبقات کاربری اراضی.

ما در مطالعه خود از معیار V جهانی، متشکل از معیارهای همگنی و کامل بودن، برای ارزیابی میزان ارتباط مکانی بین کلاس‌ها از دو نقشه طبقه‌بندی شده که منطقه یکسانی را پوشش می‌دهند، استفاده می‌کنیم. ^۶۸ ، یک نقشه کاربری اراضی با نه کلاس و یک نقشه خاک با هفت گروه. محاسبات در پایتون و با استفاده از بسته‌های GDAL و Scikit-Learn انجام می‌شود.

همگنی کاربری زمین در خاک، میزان پیکسل‌های یک گروه خاک را که از یک کلاس کاربری زمین واحد تشکیل شده‌اند، با مقادیری از ۰ تا ۱ ارزیابی می‌کند. اگر برای هر یک از هفت گروه خاک، پیکسل‌های مربوطه فقط از یک کلاس کاربری زمین تشکیل شده باشند، همگنی کاربری زمین در خاک برابر با ۱ است. اگر پیکسل‌های نه کلاس کاربری زمین با فراوانی‌های نسبی برابر در هر یک از هفت گروه خاک رخ دهند، همگنی کاربری زمین در خاک برابر با ۰ است. کامل بودن کاربری زمین در خاک، همچنین با مقادیری از ۰ تا ۱، میزان پیکسل‌های یک کلاس کاربری زمین را که در یک گروه خاک واحد قرار دارند، ارزیابی می‌کند. کامل بودن کاربری زمین در خاک برابر با ۱ است، اگر برای هر یک از نه کلاس کاربری زمین، تمام پیکسل‌های مربوطه در یک گروه خاک واحد قرار داشته باشند. اگر پیکسل‌های هر کلاس کاربری زمین به طور مساوی بین گروه‌های مختلف خاک تقسیم شوند، کامل بودن کاربری زمین در خاک برابر با صفر می‌شود. معیارهای همگنی و کامل بودن بر اساس مساحت وزن‌دهی می‌شوند، به این معنی که کلاس‌های کاربری زمین یا گروه‌های خاک با فراوانی بیشتر می‌توانند تأثیر قوی‌تری نسبت به کلاس‌های با فراوانی کمتر داشته باشند.

معیار V که آن هم بین ۰ و ۱ است، میانگین هارمونیک بین معیارهای همگنی h و کامل بودن c را به صورت زیر محاسبه می‌کند:

چهار لایه شبکه کاربری زمین همچنین برای ارزیابی خودهمبستگی مکانی کلاس‌های کاربری زمین، یعنی درجه پراکندگی یا خوشه‌بندی کاربری زمین، استفاده می‌شوند. برای این منظور، لایه‌های شبکه برای هر کلاس کاربری زمین در هر برش زمانی به نقشه‌های دودویی تبدیل می‌شوند. ما مقادیر I موران مربوطه ^{۶۹ را} در پایتون با استفاده از بسته‌های GDAL، Numpy و SciPy محاسبه می‌کنیم. تأخیرهای مکانی افزایشی، که منجر به حلقه‌هایی از پیکسل‌ها با فاصله بین ۱۰ متر و ۱۰۰۰۰ متر از پیکسل کانونی می‌شوند، برای ارزیابی خودهمبستگی مکانی در فواصل مختلف استفاده می‌شوند.

ما سطح تداخل را با بسته r.neighbors چمن در QGIS در یک ناحیه کانونی با شعاع ۵۰۰ متر محاسبه می‌کنیم. تداخل یک سلول، درصد سلول‌هایی است که حاوی مقادیری متفاوت از مقدار سلول مرکزی، در همسایگی دایره‌ای با شعاع ۵۰۰ متر، به علاوه ۱ هستند. ما شعاع ۵۰۰ متر را انتخاب می‌کنیم زیرا برای اکثر کلاس‌های کاربری زمین، تغییر واضحی در طول زمان از خودهمبستگی در این فاصله وجود دارد.