حسان علی
-
سابقه و هدفجنگل های دست کاشت امروزه یکی از مهم ترین منابع ذخیره کربن جنگلی و از عوامل کاهش دهنده روند تخریبی عرصه های طبیعی هستند. زی توده روی زمینی درختان نقش اساسی در مدیریت پایدار جنگل و در کاهش روند گرم شدن کره زمین و یک منبع اطلاعاتی مهم محسوب می شود. معادلات آلومتریک ابزاری مهم برای کمی کردن زی توده روی زمینی درختان در جنگل ها هستند. در سال های اخیر، فنون سنجش ازدور با استفاده از روش های ناپارامتریک مانند الگوریتم رندوم فارست به طور گسترده برای برآورد زی توده درختان جنگل مورد استفاده قرارگرفته است. در این تحقیق قابلیت داده های سنتینل 2 با استفاده از الگوریتم رندوم فارست در برآورد زی توده روی زمینی توده های جنگلی دست کاشت عرب داغ استان گلستان مورد ارزیابی قرار گرفت.مواد و روش هادر این مطالعه از اطلاعات زی توده 180 قطعه نمونه دایره ای به مساحت 400 مترمربع حاصل از روش نمونه برداری خوشه ای استفاده شد. همچنین مختصات مراکز قطعات نمونه با استفاده از DGPS ثبت شد. زی توده روی زمینی قطعات نمونه از معادلات آلومتریک تهیه شده است. در این بررسی از داده های سنتینل 2 که پیش پردازش رادیومتری و هندسی شده بودند استفاده شد و براساس آن، شاخص های مختلف پوشش گیاهی تهیه شد. در اجرای الگوریتم رندوم فارست ارتباط بین مشخصه ی زی توده به عنوان متغیر وابسته و ارزش های طیفی شاخص های گیاهی تهیه شده به عنوان متغیرهای مستقل مورد بررسی قرار گرفت. مدل سازی با استفاده از 75 درصد قطعات نمونه (135 قطعه نمونه) با استفاده الگوریتم رندوم فارست صورت گرفت وارزیابی برآوردها با استفاده از 25 درصد قطعات نمونه (45 قطعه نمونه) انجام شد.یافته هانتایج نشان داد که در بین متغیرهای مستقل مورد استفاده شاخص ها NDVI و GNDVI دارای بیشترین همبستگی در برآورد زی توده روی زمینی را داشتند و الگوریتم رندوم فارست با 310 درخت و 5 پیش بینی کننده و درصد مجذور میانگین مربعات خطا 83/35 درصد و ضریب تبیین 51/0 توانسته است که زی توده روی زمینی توده های دست کاشت عرب داغ را برآورد نمایند. همچنین نتایج نشان داد که الگوریتم رندوم فارست با استفاده از داده های سنتینل 2، مقادیر زی توده روی زمینی درختان را بیشتر از مقدار واقعی برآورد نموده اند. بین مقادیر زی توده روی زمینی برآورد شده و واقعی تفاوت معنی داری در سطح احتمال 95 درصد وجود ندارد (p-value > 0.05).نتیجه گیرینتایج این تحقیق نشان داد که داده های سنتینل 2 با دقت قابل قبول توانسته اند زی توده روی زمینی توده های دست کاشت عرب داغ را برآورد نمایند و باتوجه به نتایج حاصل شده در این مقاله می توان گفت که اطلاعات باندهای اصلی و شاخص های طیفی نقش مهم در برآورد زی توده روی زمینی داشتند.کلید واژگان: الگوریتم رندوم فارست, مادون قرمز نزدیک, معادلات آلومتریک, نمونه برداری خوشه ای, سنجش از دورBackground and objectivesToday, reforested stands are one of the most important sources of forest carbon storage and one of the factors that reduce the process of destruction of natural areas. Above-ground biomass (AGB) plays an essential role in sustainable forest management and reducing global warming and is an important source of information. Allometric equations are an important tool for quantifying above-ground biomass in forests. In recent years, remote sensing techniques using non-parametric methods such as the Random Forest algorithm have been widely used to estimate forest tree biomass. In this research, the ability of Sentinel 2 data using the random forest algorithm to estimate the above-ground biomass of Arabdagh reforested stands in Golestan province was evaluated.Materials and methodsIn this study, 180 circular sample plots with an area of 400 square meters were measured using the cluster sampling method and the diameter at breast height (DBH) and tree height (H) were measured. Also, the exact coordinates of the centers of the sample plots were recorded using DGPS. Then, using the prepared allometric equations, the above-ground biomass of trees was calculated. In this study, Sentinel 2 pre-processed radiometric and geometrical data were used, and based on that, different vegetation indices were prepared. In the implementation of the random forest algorithm, the relationship between the characteristics of biomass as a dependent variable and the spectral values of vegetation indices as independent variables were investigated. Modeling was done using 75% of sample plots (135 sample plots) with random forest algorithm and validation of estimates was done using 25% of sample plots (45 sample plots).ResultsThe results showed that NDVI and GNDVI indices had the highest correlation in the estimation of above-ground biomass and the random forest algorithm with 310 trees and 5 predictors and the percentage root mean square error of 35.83% and the coefficient of determination 0.51 was able to estimate the above-ground biomass of Arabdagh reforested stands. Also, the results showed that using the data of Sentinel 2, the random forest algorithm has estimated the above-ground biomass of trees more than the actual values. There is no significant difference at the 95% probability level between the estimated and real above-ground biomass values (p-value > 0.05). Also, among the independent variables used.ConclusionThe results of this research showed that Sentinel 2 data has been able to estimate the above-ground biomass of Arabdagh reforested stands with acceptable accuracy. According to the results of this article, it can be said that the information of the main bands and spectral indices played an important role in the estimation of above-ground biomass.Keywords: Random Forest Algorithm, Near-infrared band, Allometric equation, Remote sensing
-
اندازه گیری دقیق زی توده و انتخاب مناسب ترین معادلات آلومتریک چالش بزرگی در ارزیابی زی توده درختان است. بنابراین توسعه معادلات آلومتریک برای برآورد دقیق زی توده ضروری است. این تحقیق با هدف برآورد زی توده تنه سه گونه سوزنی برگ کاج بروسیا، کاج بادامی و زربین در جنگل عرب داغ استان گلستان با استفاده از معادلات آلومتریک انجام گرفت. به منظور مدل سازی زی توده تنه درختان، سه مشخصه اصلی قطر برابرسینه، ارتفاع و چگالی چوب به صورت جداگانه و ترکیبی در برازش معادلات به کار گرفته شد. نتایج نشان داد که در صورت استفاده از قطر برابرسینه به تنهایی برای گونه کاج بروسیا، معادله به دست آمده دارای بیشترین ضریب تبیین (90/0) بود. با اضافه کردن ارتفاع و چگالی چوب به قطر برابرسینه در معادلات آلومتریک زی توده تنه ضریب تبیین 9 درصد افزایش و درصد ریشه میانگین مربعات خطا 63/12 درصد کاهش یافت. برای گونه کاج بادامی، نتایج نشان داد که با اضافه کردن ارتفاع و چگالی چوب به قطر برابرسینه در معادلات آلومتریک زی توده تنه، میزان ضریب تبیین و درصد ریشه میانگین مربعات خطا بهبود نیافت. برای گونه زربین نتایج نشان داد که در صورت استفاده از قطر برابرسینه به تنهایی معادله به دست آمده دارای بیشترین ضریب تبیین (98/0) بود. با اضافه کردن ارتفاع و چگالی چوب به قطر برابرسینه در معادلات آلومتریک زی توده تنه میزان ضریب تبیین 1 درصد افزایش و درصد ریشه میانگین مربعات خطا 59/3 درصد کاهش یافت. از معادلات آلومتریک حاصل می تواند برای برآورد زی توده درختان با این گونه ها در شرایط آب و هوایی و خاک مشابه در مقیاس منطقه ای استفاده کرد.
کلید واژگان: ارتفاع, چگالی چوب, زی توده تنه, قطر برابرسینه, معادلات آلومتریکAccurate measurements of above-ground biomass and selection of the most appropriate allometric equations are major challenges in evaluating tree biomass. Therefore, the development of allometric equations for each species is essential for accurate above-ground-biomass estimation. This study aimed to estimate the stem biomass of three conifers Pinus brutia, Pinus pinea, and Cupressus sempervirens in Arabdagh reforest using the allometric equations. In order to model the stem biomass, three main characteristics of diameter at breast height (DBH), height (H) and wood density (𝜌), were used separately and in combination to fit the equations. The results of this study showed that if the DBH alone was available for the Pinus brutia, the obtained equation had the highest coefficient of determination (R2) (0.90). By adding H and 𝜌 into DBH in stem allometric equation, the R2 increased by 9% and RMSE % decreased by 12.63%. For Pinus pinea, the results showed that if the DBH was available the obtained equation had the highest R2 (0.99). By adding H and 𝜌 into DBH in stem allometric equation, the R2 and RMSE % values did not improve. The results of Cupressus sempervirens, showed that if the DBH was available the obtained equation had the highest R2 (0.98) and the lowest RMSE% (9.81%). By adding H and 𝜌 into DBH in stem alometric equations, the R2 increased by 1% and RMSE% decreased by 3.59%. The results can be used to estimate the above-ground biomass with these species in similar climate and soil conditions at a local scale.
Keywords: Allometric equations, Stem biomass, Diameter at breast height, Height, Wood density -
سابقه و هدف
آگاهی از موجودی جنگل و برآورد حجم دقیق درختان یکی از مشخصه های مهم در برنامه ریزی برای منابع جنگلی است. ضریب شکل یکی از مهم ترین عوامل تعیین حجم دقیق درختان است. برای برآورد حجم واقعی درختان، باید ضریب شکل محاسبه شود. هدف این پژوهش تعیین ضریب شکل سه گونه کاج بروسیا، کاج بادامی و زربین در جنگل کاری عرب داغ و مقایسه ضریب شکل واقعی با ضریب شکل های طبیعی، مصنوعی و هوهنادل است.
مواد و روش هادر این پژوهش برای سه گونه کاج بروسیا، کاج بادامی و زربین در جنگل عرب داغ استان گلستان، چهار نوع ضریب شکل شامل واقعی، طبیعی، مصنوعی و هوهنادل ارزیابی شد. به این منظور 13 اصله درخت از هر گونه (در مجموع 39 درخت) در طبقات قطری مختلف از 5/7 تا 5/42 سانتیمتر (2 درخت از هر طبقه قطری) به صورت تصادفی انتخاب شدند. سپس از هر درخت اطلاعات ارتفاع درختان موردنظر، قطر برابرسینه، قطر در 1/0، 3/0، 5/0، 7/0 و 9/0 ارتفاع درخت، سپس از هر درخت قطعات 2 متری جدا شد و قطر ابتدا و انتهای هر قطعه 2 متری اندازه گیری شد. همچنین ارتفاع و قطر کنده و طول درخت نیز اندازه گیری شد. برای محاسبه حجم دقیق تنه از جمع حجم های دو متری و کنده با استفاده از فرمول اسمالیان انجام شد. سپس ضریب شکل های (واقعی، مصنوعی، طبیعی و هوهنادل) هر گونه محاسبه شدند.
یافته هانتایج نشان داد که ضریب شکل کاج بروسیا با استفاده از فرمول های واقعی، طبیعی، مصنوعی و هوهنادل به ترتیب 49/0، 94/0، 41/0 و 45/0 بود. همچنین نتایج آزمون تی جفتی نشان داد که تفاوت معنی داری در سطح اطمینان 95درصد بین ضریب شکل مصنوعی با واقعی وجود داشت، اما بین ضریب شکل هوهنادل و طبیعی با واقعی تفاوت معنی داری وجود نداشت. ضریب شکل کاج بادامی با استفاده از فرمول های واقعی، طبیعی، مصنوعی و هوهنادل به ترتیب 51/0، 74/0، 41/0 و 45/0 حاصل شد. تفاوت معنی داری بین ضریب شکل واقعی با ضریب ها شکل مصنوعی و هوهنادل وجود داشت. اما بین ضریب شکل طبیعی با واقعی وجود نداشت. ضریب شکل زربین با استفاده از فرمول های واقعی، طبیعی، مصنوعی و هوهنادل به همان ترتیب قبلی 55/0، 53/0، 48/0 و 48/0 بود. تفاوت معنی داری بین ضریب شکل هوهنادل با واقعی وجود داشت، اما بین ضریب شکل واقعی با طبیعی و مصنوعی تفاوت معنی داری وجود نداشت.
نتیجه گیریبا توجه به نتایج این پژوهش، می توان نتیجه گیری کرد که ضریب شکل طبیعی می تواند به عنوان ضریب شکل مناسب برای کاج بروسیا، بادامی وزربین مورد استفاده قرار گیرد، وضریب شکل هوهنادل برای کاج بروسیا و ضریب شکل مصنوعی برای زربین قابلیت جایگزینی ضریب شکل واقعی را دارند.
کلید واژگان: ضریب شکل, کاج بروسیا, کاج بادامی, زربین, عرب داغBackground and objectivesKnowledge of forest inventory and estimation the exact volume of trees is one of the important features in planning for forest resources. The form factor is one of the most important factors in determining the exact volume of trees. To estimate the actual volume of trees, the form factor must be calculated. The aim of this study, determination of form factor for three species (Pinus brutia, Pinus pinea and Cupressus sempervirens) in the Arabdagh reforests, and comparison of the real form factor with the natural, artificial, and Hohnadl factors.
Materials and methodsIn this research four types of form factors including real, natural, artificial, and Hohnadl factors for three species (Pinus brutia, Pinus pinea and Cupressus sempervirens) were evaluated in the Arabdagh reforests, Golestan province. For this purpose, 39 trees )13 trees for each species) randomly selected in different diameter at breast height classes from 7.5 to 42.5 cm (2 trees of each diameter class). In each tree, height, diameter at breast height (D.B.H) and diameter at 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and 0.9 of tree height were measured, then 2-meter length logs from every tree were cut and separated and their diameter at two tops of 2 m length logs were measured. In addition, the height and diameter of the clog and the length of the tree was also measured. To calculate the exact volume of the trunk from the sum of 2 m long logs volumes and log using the Smalian formula. Then the form factors (real, natural, artificial, and Hohnadl) were calculated for every 3 species.
ResultsThe results showed that true, natural, artificial, and Hohnadl form factor value were 0.49, 0.49, 0.41 and 0.45 (Pinus brutia) respectively. In addition, there was a significant statistical difference between artificial with true form factor (α = 0.05), but There was no significant difference between natural and Hohnadl form factor with the true form factor. The form factors (Pinus pinea) using real, natural, artificial and Hohnadl formulas was obtained 0.51, 0.47, 0.41 and 0.45 respectively. There was a significant difference between the real form factor with artificial and Hohnadl form factors. However, there was no significant difference between natural form factor with the real form factor. The form factors (Cupressus sempervirens) using real, natural, artificial and Hohnadl formulas were 0.55, 0.53, 0.48, and 0.48 respectively. There was a significant difference between the Hohnadl and real form factor. However, there was no significant difference between the real, natural and artificial form factors
ConclusionAccording to the results of this research, we can conclude that the natural form factor can be used as an appropriate form factor for Pinus brutia, Pinus pinea, and Cupressus sempervirens, and Hohnadl form factor for Pinus brutia and artificial form factor for Cupressus sempervirens can ability replace the real form factor.
Keywords: Form factor, Pinus brutia, Pinus pinea, Cupressus sempervirens, Arabdagh
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.