یوسف عرفانی فرد
-
مانگروها، بوم سازگان های ساحلی هستند که خدمات متنوع بوم شناختی، اقتصادی و اجتماعی ارایه می کنند. در مدیریت پایدار مانگروها، دسترسی به نقشه دقیق گستره آن ها مبتنی بر روش های نوین، ضروری است. پژوهش پیش رو با هدف نقشه برداری از جنگل های مانگرو در سرتاسر نوار ساحلی جنوبی ایران از استان خوزستان تا سیستان و بلوچستان و نیز شناسایی رویشگاه های جدید با استفاده از سنجش از دور انجام شد. به این منظور، شاخص ویژه شناسایی مانگروها روی تصاویر سنتینل2 به نام MVI (Mangrove vegetation index) در سکوی محاسبه ابری GEE (Google Earth Engine) به کار گرفته شد. تصاویر شاخص MVI با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی طبقه بندی شدند. نقشه نهایی مانگروها علاوه بر معیارهای متداول صحت سنجی، با استفاده از صحت و F1-score نیز ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مجموع مساحت رویشگاه های مانگرو در جنوب ایران در اکتبر 2021 بالغ بر 8/12471 هکتار (صحت 98/0 و F1-score برابر 97/0) است که در 40 رویشگاه در چهار استان خوزستان (7/286 هکتار)، بوشهر (9/296 هکتار)، هرمزگان (9/11281 هکتار) و سیستان و بلوچستان (3/606 هکتار) پراکنده شدند. همچنین، برخی از رویشگاه های جدید مانند مانگروهای بندر ماهشهر استان خوزستان با مساحت حدود 290 هکتار نیز در این پژوهش شناسایی شدند.کلید واژگان: بندر ماهشهر, جنگل تصادفی, قشم, MVIMangrove forests are coastal ecosystems that provide various benefits for ecology, economy and society. To manage these forests sustainably, accurate mapping of their distribution using modern techniques is crucial. This study aimed to map the mangrove forests along the southern coast of Iran from Khuzestan province to Sistan and Baluchestan province and identify new sites using remote sensing. The Mangrove vegetation index (MVI) was applied to Sentinel-2 images on the Google Earth Engine (GEE) cloud computing platform. The MVI images were classified by the random forest algorithm. The final maps were evaluated by accuracy, F1-score and other common indices. The results indicated that the total area of mangrove forests in southern Iran was about 12471.8 ha (accuracy 0.98, F1-score 0.97) in October 2021 in 40 sites across four provinces: Khuzestan (286.7 ha), Bushehr (296.9 ha), Hormozgan (11281.9 ha) and Sistan and Baluchestan (606.3 ha). Moreover, some new sites, such as the mangroves of Mahshahr Harbor with an area of around 290 ha in Khuzestan province, were discovered in this study.Keywords: Mahshahr Harbor, MVI, Qeshm, random forest
-
مقایسه ابر نقاط و تصاویر رنگی پهپاد در برآورد مساحت تاج تک درختان در جنگل های دست کاشت کاج تهران (Pinus eldarica)نشریه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال چهاردهم شماره 3 (پاییز 1402)، صص 1 -4کاربرد داده های پهپاد در اندازه گیری ویژگی های کمی تک درختان ازجمله مساحت تاج به سرعت در حال توسعه است. هرچند کارایی انواع داده های قابل جمع آوری توسط پهپادها در این زمینه کمتر مورد مقایسه قرار گرفته است. بنابراین پژوهش حاضر با هدف مقایسه تصاویر رنگی و ابر نقاط پهپاد در برآورد مساحت تاج تک درختان کاج در یک جنگل دست کاشت در پارک پردیسان استان خراسان شمالی انجام شد. هر دو داده برای برآورد مساحت تاج 324 درخت کاج با قطعه بندی تصویر RGB و قطعه بندی ابر نقاط با الگوریتمMarker-Controlled Watershed تحلیل شدند. نتایج نشان داد مساحت تاج برآوردی روی ابر نقاط از صحت و دقت بیشتری نسبت به تصاویر رنگی (به ترتیب ضریب همبستگی 95/0 و 81/0، ضریب تعیین 97/0 و 59/0، مقایسه جفتی با 97/0 = P و 05/0 > P) برخوردار بود. علاوه بر این، مساحت تاج درختان کاج با تاج بزرگ (> 18 مترمربع) با صحت بیشتری نسبت به درختان با تاج متوسط و کوچک روی ابر نقاط پهپاد برآورد شده است. به طورکلی، می توان نتیجه گرفت در برآورد مساحت تاج درختان کاج تهران در جنگل دست کاشت مورد مطالعه، قطعه بندی ابر نقاط حاصل از داده های پهپاد از کارایی بیشتری نسبت به قطعه بندی تصاویر رنگی برخوردار بوده است.کلید واژگان: الگوریتم Marker-Controlled Watershed, پارک پردیسان بجنورد, قطعه بندی, مدل ارتفاعی تاجComparison of unmanned aerial vehicle (UAV) RGB imagery and point clouds in crown area estimation of individual trees within pine (Pinus eldarica) man-made forestsApplication of unmanned aerial vehicles (UAVs) is widespread in measurement of quantitative characteristics of single trees such as crown area. However, the efficiency of different types of data collected by UAVs are less compared. Therefore, the aim of this study was comparison of UAV RGB imagery and point clouds in crown area estimation of individual pine trees within a man-made forest in Pardisan Park, Northern Khorasan province, Iran. Both datatypes were analyzed by similar segmentation method (Multiresolution segmentation on the RGB images and Marker-Controlled Watershed algorithm in the point clouds) to estimate crown area of 324 sample pine trees. The results showed that the crown area measured on the point clouds had higher accuracy and precision compared to RGB imager (Spearman correlation of 0.95 and 0.81, coefficient of determination of 0.97 and 0.59, p-value of 0.97 and 0.001, respectively). Additionally, crown area of pine trees with large crown (> 18 m2) delineated on the point clouds showed the highest accuracy in comparison to trees with small and medium crowns. In general, it was concluded that segmentation of UAV point clouds was more efficient than RGB imagery segmentation in quantification of crown area of pine trees within the study area.Keywords: Marker-Controlled Watershed algorithm, Bojnurd Pardisan Park, Segmentation, Crown height model
-
کارایی شاخص های مانگرو در تهیه نقشه جنگل های مانگرو با استفاده از تصاویر لندست 8 در جنوب ایراننشریه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال سیزدهم شماره 4 (زمستان 1401)، صص 68 -86
پیشینه و هدف:
جنگل های مانگرو به عنوان یکی از بوم سازگان های مهم گیاهی هستند که در مناطق جزر و مدی سواحل اقیانوسی مستقر شده و از گونه های همیشه سبز تشکیل می شوند. با توجه به گزارش های سازمان خواروبار و کشاورزی ملل متحد، مساحت جنگل های مانگرو در دنیا حدود 14.6 میلیون هکتار است که بیش از 40 درصد از این جنگل ها در آسیا قرار دارند. اندونزی با 2.3 میلیون هکتار بیشترین سطح تحت پوشش با بیشترین تنوع گونه ای از این جنگل ها را دارد. همچنین ایران نیز با دارا بودن حدود 10000 هکتار جنگل مانگرو در بخش های شمالی خلیج فارس و دریای عمان، یکی از کشورهای دارای مانگرو محسوب می شود. اگرچه اهمیت بوم شناختی و اقتصادی اجتماعی جنگل های مانگرو بر پژوهشگران و مدیران پوشیده نیست، کاهش سالانه کمیت و کیفیت این جنگل ها تحت تاثیر عوامل طبیعی (مانند طوفان) و انسانی (بهره برداری بی رویه) همچنان ادامه دارد. بنابراین، توسعه راهکارهای عملی و موثر به منظور حفاظت از زیستگاه های موجود و همچنین بهبود مدیریت، پایش و ارزیابی جنگل های مانگرو ضروری به نظر می رسد. نخستین گام در هر برنامه مدیریتی و حفاظتی در جنگل های مانگرو شامل تهیه نقشه پراکنش مکانی و همچنین پایش تغییرات مکانی آن ها است. بنابراین یافتن روش های کارآمد در مساحی و بررسی تغییرات زمانی و مکانی جنگل های مانگرو به منظور مدیریت و حفاظت موثر از آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است. دشواری داده برداری میدانی در این بوم سازگان باعث شده داده های سنجش از دور در نقشه برداری از مانگروها به سرعت توسعه پیدا کنند. اگرچه پژوهش های پیشین نشان دادند به دلیل سبزینگی و محتوای آب متفاوت برگها، شاخص های پوشش گیاهی متداول در طبقه بندی مانگروها از کارایی لازم برخوردار نیستند. لذا پژوهشگران با بررسی رفتار طیفی مانگروها، اقدام به ارایه شاخص هایی کردند که مختص طبقه بندی این جنگل ها روی تصاویر ماهواره ای هستند. ازآنجایی که شاخص های مانگرو اخیرا معرفی شده اند، کارایی آن ها در شرایط یکسان مورد مقایسه قرار نگرفته و صرفا در مطالعات موردی به صورت تکی و یا در مقایسه با شاخص های پوشش گیاهی بررسی شدند. همچنین شاخص های مانگرو در نقشه برداری جنگل های مانگرو در جنوب ایران مورد ارزیابی قرار نگرفتند. بنابراین مطالعه حاضر با هدف مقایسه کارایی هشت شاخص مانگرو در نقشه برداری از مانگروهای سه رویشگاه خلیج نایبند (استان بوشهر)، سیریک (استان هرمزگان) و خلیج گواتر (استان سیستان و بلوچستان) روی تصاویر لندست 8 انجام شد.
مواد و روش ها :
جنگل های مانگرو در ایران در 21 رویشگاه در 10 شهرستان در سه استان بوشهر، هرمزگان و سیستان و بلوچستان پراکنده شدند. به منظور ارزیابی کلی شاخص های مانگرو، یک منطقه از هر استان برای این مطالعه انتخاب شد. جنگل های مانگرو در خلیج نایبند در دو خور بیدخون و بساتین متمرکز است. مانگروها در سیریک در اطراف تالاب آذینی پراکنده هستند و جنگل های مانگرو در خلیج گواتر، در خورهای باهو و گواتر مستقر هستند. تصاویر ماهواره لندست 8 مربوط به سال 2020 به نحوی دریافت شدند که از هر منطقه دو تصویر یکی در شرایط جزر و یکی هم در شرایط مد بودند. پس از پیش پردازش های لازم، از تصاویر لندست در شرایط جزر برای محاسبه شاخص های MI (Mangrove Index)، NDMI (Normalized Difference Mangrove Index)، CMRI (Combined Mangrove Recognition Index)، MDI (Mangrove Discrimination Index)، MMRI (Modular Mangrove Recognition Index)، L8MI (Landsat 8 Mangrove Index) و MVI (Mangrove Vegetation Index) استفاده شد. همچنین دو تصویر لندست جزر و مد در هر منطقه برای محاسبه شاخص SMRI (Submerged Mangrove Recognition Index) به کار رفت. سپس تفکیک سه طبقه خاک، آب و جنگل های مانگرو با الگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام شد. نتایج طبقه بندی علاوه بر معیارهای صحت کلی، کاپا، صحت تولیدکننده و صحت کاربر طبقه مانگرو، با استفاده از سطح زیر منحنی (AUC) مشخصه نسبی عملکرد (ROC) نیز ارزیابی شدند.
نتایج و بحث:
در مجموع 10 شاخص مانگرو در شرایط یکسان مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. شاخص های مورد بررسی هشت عدد بودند که دو شاخص MDI و L8MI هر کدام یک بار با استفاده از باند SWRI1 و یک بار با باند SWIR2 محاسبه شدند که درنتیجه مجموعا 10 شاخص برای طبقه بندی جنگل های مانگرو در مناطق مطالعاتی به کار رفتند. از میان شاخص های مورد مطالعه، شاخص SMRI به عنوان شاخص بهینه انتخاب شد. علاوه بر صحت تولیدکننده (مانگروPA) و صحت کاربر (مانگروUA) طبقه مانگرو؛ صحت کلی و ضریب کاپا در طبقه بندی آب، خاک و مانگرو SMRI نیز بیشتر از سایر شاخص ها بود. یکی از دلایل احتمالی کارایی بیشتر این شاخص می تواند در استفاده از تصاویر جزر و مدی برای شناسایی مانگروها باشد. بررسی نتایج دو شاخص MDI و L8MI نیز نشان داد که در خلیج نایبند عملکرد این دو شاخص در شناسایی جنگل های مانگرو هنگام استفاده از باند SWIR2 بهتر از باند SWIR1 بود. یکی از دلایل احتمالی بروز این نتیجه می تواند به وجود مناطق انسان ساخت و پوشش گیاهی غیرمانگرو در خلیج نایبند مربوط باشد. درحالی که در خلیج گواتر هر دو شاخص با باند SWIR1 نتایج صحیح تری در طبقه بندی مانگروها داشتند. بررسی AUC نیز تایید نمود که شاخص SMRI در شناسایی طبقه مانگرو در مناطق مورد بررسی بهتر از سایر شاخص های مانگرو عمل کرد. مقدار AUC طبقه مانگرو در خلیج نایبند 0.94، در سیریک 0.92 و در خلیج گواتر 0.93 بوده است که بیشترین مقدار AUC بین شاخص های مورد بررسی بوده است. نتایج طبقه بندی جنگل های مانگرو در سه منطقه مورد مطالعه با شاخص منتخب SMRI نشان داد مساحت مانگروها در خلیج نایبند 260.1 هکتار، در سیریک حدود 1049.2 هکتار و در خلیج گواتر حدود 649.5 هکتار برآورد شدند.
نتیجه گیری:
نتایج نشان داد که شاخص های مانگرو عملکرد مطلوبی در شناسایی مانگروها در هر سه منطقه مورد مطالعه داشتند و در هیچکدام نتایج بسیار ضعیف دیده نشد. مقدار AUC طبقه مانگرو با استفاده از SMRI در هر سه رویشگاه مورد مطالعه به بیش از 0.9 رسید و این شاخص در هر سه منطقه به عنوان شاخص مطلوب شناخته شد. با بررسی نتایج در سه منطقه مطالعاتی می توان به این جمع بندی رسید که عملکرد شاخص های مانگرو در خلیج نایبند اندکی کمتر از دو منطقه دیگر بوده است (مانند NDMI و L8MI-1 با AUC حدود 0.6). مساحت جنگل های مانگرو در خلیج نایبند، سیریک و خلیج گواتر بر اساس تصاویر ماهواره لندست 8 مربوط به سال 2020 برآورد شد. بین این پنج رویشگاه، بیشترین مساحت جنگل های مانگرو مربوط به سیریک (1049.2 هکتار) و کمترین آن مربوط به خور بساتین (43.3 هکتار) بوده است. به منظور تایید نهایی دستاوردهای مطالعه حاضر، پیشنهاد می شود SMRI در سایر رویشگاه های مانگرو در جنوب ایران مورد ارزیابی قرار گیرد.
کلید واژگان: حرا, خلیج نایبند, خلیج گواتر, سیریک, ماشین بردار پشتیبان, منحنی مشخصه نسبی عملکردEfficiency of mangrove indices in mapping some mangrove forests using Landsat 8 imagery in southern IranBackground and ObjectiveMangrove forests are one of the important plant ecosystems established across the intertidal zones and consist of evergreen species. According to Food and Agriculture Organization (FAO) reports, the area of world mangrove forests is almost 14.6 million ha and more than 40% of them are located in Asia. Indonesia has the largest mangrove forests with 2.3 million ha with the highest richness. Moreover, Iran with approximately 10,000 ha of mangrove forests in northern parts of the Persian Gulf and Oman Sea is one of the countries with mangrove ecosystems. The ecological and socio-economic importance of mangrove forests is evident to researchers and managers, however, an annual quantitative and qualitative decrease in these forests happens due to natural (e.g., storm) and anthropogenic (e.g., overexploitation) factors. Therefore, it seems essential to develop a practical approach in order to protect the present sites and improve the management, monitoring, and assessment of mangrove forests. The first step in every management and conservation plan in mangrove forests is mapping their spatial distribution and monitoring the spatial changes. It is important to find efficient methods for mensuration and assessment of temporal and spatial changes of mangrove forests for their efficient management and conservation. Field measurement difficulties in these ecosystems result in the rapid development of remote sensing data in mangrove mapping. However, previous studies have shown that common vegetation indices are not efficient in mangrove classification because of the high greenness and moisture content of leaves. Assessing the spectral signature of mangrove forests, researchers have designed specific indices for mangrove classification on satellite imagery. Since the mangrove indices have been recently developed, their efficiency in similar conditions has not been investigated, while they have been compared to some vegetation indices or individually investigated in case studies. Additionally, the mangrove indices have not been applied in mapping mangrove forests of southern Iran. Therefore, the aim of this study was a comparison of eight mangrove indices in mapping mangrove forests of Nayband Gulf (Bushehr province), Sirik (Hormozgan province), and Govatr Gulf (Sistan-Baluchestan province) on Landsat 8 imagery.
Materials and MethodsPrevious studies have shown that mangrove forests in Iran are distributed in 21 sites in 10 cities in Bushehr, Hormozgand, and Sistan-Baluchestan provinces. In order to assess the mangrove indices, a region was selected in each province. Mangroves in Nayband Gulf are concentrated in Bidkhun and Basatin Creeks. In Sirik, mangroves are located in the Azini wetland, and in Govatr Gulf, they are established in Baho and Govatr Creeks. Low- and high-tide Landsat imagery of each study area related to 2020 was downloaded. After pre-processing, the images were used to compute MI (Mangrove Index), NDMI (Normalized Difference Mangrove Index), CMRI (Combined Mangrove Recognition Index), MDI (Mangrove Discrimination Index), MMRI (Modular Mangrove Recognition Index), L8MI (Landsat 8 Mangrove Index), and MVI (Mangrove Vegetation Index). Moreover, low- and high-tide images were implemented in making SMRI (Submerged Mangrove Recognition Index). The classification of soil, water, and mangrove was performed by a support vector machine (SVM) algorithm. In addition to common accuracy criteria (i.e., overall accuracy, Kappa coefficient, mangrove producer's and user's accuracies), the results were evaluated by area under the curve (AUC) of receiver operating characteristic (ROC).
Results and DiscussionThe efficiency of 10 mangrove indices was evaluated in similar conditions. The number of selected indices was eight; however, two of them (i.e., L8MI, MDI) were calculated two times, once with SWIR1 and once with SWIR2, and in total, 10 mangrove indices were used in three regions to classify mangrove forests. Between the indices, SMRI was selected as the most efficient mangrove index. One of the likely reasons for the efficiency of the index can be the application of low- and high-tide imagery to detect mangroves. In addition to PAmangrove and UAmangrove, the overall accuracy and kappa coefficient of soil, water, and mangrove of SMRI were more than other indices. The results of MDI and L8MI showed that they were more efficient with SWIR2 in Nayband Gulf. One of the reasons that likely caused the result can be urban areas and non-mangrove vegetation cover in Nayband Gulf. However, both indices were more accurate in mangrove discrimination when calculated with SWIR1 in Govatr Gulf. Investigation of AUC values proved that SMRI was the most efficient index between all studied indices in mangrove mapping within three study areas. The AUC of mangroves in Nayband Gulf, Sirik, and Govatr Gulf were 0.94, 0.92, and 0.93, respectively. The area of mangrove forests was estimated in Nayband Gulf (260.1 ha), Sirik (1049.2 ha), and Govatr Gulf (649.5 ha) using SMRI.
ConclusionIn general, the results showed that all mangrove indices were reliable in mangrove discrimination in three study areas and no weak results were achieved. The AUC values of mangroves using SMRI were more than 0.9 in three regions and the index was known as the most reliable index in all regions. The outcome in the study areas revealed that the efficiency of mangrove indices was less in Nayband Gulf compared to two other regions (The AUC of 0.6 for NDMI and L8MI-1). The area of mangrove forests in Nayband Gulf, Sirik, and Govatr Gulf was estimated on Landsat 8 imagery of 2020. The results indicated that between the study sites Sirik (1049.2 ha) and Basatin Creek (43.3 ha) had the highest and the lowest area covered by mangroves. It is suggested to use SMRI in other mangrove forests in southern Iran to approve the achievements of the present study.
Keywords: Avicennia marina, Nayband Gulf, Govatr Gulf, Sirik, Support vector machine, Receiver operating characteristic curve -
تهیه نقشه جنگل های مانگرو، نیازمند دسترسی به شاخص های کارآمدی است که مانگروها را از پدیده های دیگر روی تصاویر سنجش از دور شناسایی کنند. امروزه، مجموعه ای متنوع از شاخص های پوشش گیاهی و مانگرو در دسترس است که ارزیابی مقایسه ای کارایی آن ها، ضروری به نظر می رسد. پژوهش پیش رو با هدف مقایسه کارایی شش شاخص پوشش گیاهی و هفت شاخص مانگرو مختص استفاده روی تصاویر سنتینل2 در خلیج نایبند (استان بوشهر)، سیریک (استان هرمزگان) و خلیج گواتر (استان سیستان و بلوچستان) انجام شد تا روشی کارآمد در نقشه برداری از مانگروها در سامانه محاسبه ابری Google Earth Engine (GEE) به دست آید. تصاویر شاخص ها با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان طبقه بندی شدند. نقشه مانگروها علاوه بر معیارهای متداول صحت سنجی، با استفاده از سطح زیر منحنی (AUC) مشخصه نسبی عملکرد (ROC) نیز ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که شاخص های مانگرو، عملکرد بهتری نسبت به شاخص های پوشش گیاهی در نقشه برداری جنگل های مانگرو داشتند. از بین شاخص های پوشش گیاهی، بیشترین AUC (91/0 تا 92/0) متعلق به MCARI (Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index) بود، درحالی که بین شاخص های مانگرو، بیشینه AUC (93/0 تا 95/0) در MFI (Mangrove Forest Index) مشاهده شد. به طورکلی، نتایج این پژوهش نشان داد که کاربرد MFI روی تصاویر سنتینل2 در سامانه GEE، کارایی مناسبی برای نقشه برداری از جنگل های مانگرو در مناطق مورد پژوهش دارد.کلید واژگان: حرا, شاخص مانگرو, ماشین بردار پشتیبان, منحنی مشخصه نسبی عملکردEffective mangrove mapping needs reliable indices that can characterize mangroves from other land cover types on remote sensing data. Currently, a variety of vegetation- and mangrove indices are available, while a comparative assessment of their efficiency seems essential. The aim of this study was to evaluate six vegetation indices and seven mangrove indices developed for Sentinel-2 imagery to obtain a robust approach in mangrove mapping within Google Earth Engine (GEE) cloud computing platform. The rasterized indices were classified by support vector machine. The final maps were evaluated by area under curve (AUC) of receiver operating characteristic (ROC) in addition to common accuracy assessment criteria. Results showed that mangrove indices were more reliable than vegetation indices. Amongst the vegetation indices, Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI) (AUCmangrove from 0.91 to 0.92) achieved the highest AUC values, while MFI (Mangrove Forest Index) returned the highest values amongst the mangrove indices (AUCmangrove from 0.93 to 0.95). All in all, results revealed that MFI on Sentinel-2 imagery in GEE was efficient in mangrove mapping within the study sites.Keywords: Avicennia marina, Google Earth, mangrove index, Receiver Operating Characteristic, Support Vector Machine
-
برآورد ویژگی های کمی و کیفی گیاهان روی تصاویر پهپاد، یکی از چالش های اخیر در سنجش ازدور است، بنابراین پژوهش پیش رو با هدف معرفی روشی برای برآورد مساحت تاج، ارتفاع و نوع گونه در یک توده آمیخته بنه (Pistacia atlantica Desf.) و بادام (Amygdalus spp.) روی ابر نقاط تصاویر پهپاد انجام شد. در یک محدوده 64 هکتاری از جنگل تحقیقاتی بنه استان فارس، 100 درخت بنه و 100 درختچه بادام به طور تصادفی انتخاب و ابر نقاط آن ها از تصاویر پهپاد با تراکم 50 نقطه در متر مربع تهیه شد. مساحت تاج (91/0R2=، 7/4 %=PRMSE) و ارتفاع بنه (83/0=R2، 2/3 %=PRMSE) و مساحت تاج (89/0R2=، 1/22 %=PRMSE) و ارتفاع بادام (47/0R2=، 5/21 %=PRMSE) از روی ابر نقاط برآورد شدند. همچنین، نوع گونه با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی و 37 مشخصه کمی از ابر نقاط، مدل ارتفاعی تاج و ارتوفتو پیش بینی شد. صحت و ضریب کاپا در تعیین نوع گونه به ترتیب 92/0 و 98/0 محاسبه شد. به طور کلی، نتایج نشان داد که ابر نقاط تصاویر هوایی پهپاد، کارایی مناسبی در برآورد ویژگی های کمی و کیفی بنه و بادام در منطقه مورد مطالعه داشتند، اگرچه دقت و صحت قابل قبولی در برآورد ارتفاع بادام به دست نیامد.
کلید واژگان: ساختار حرکت مبنا, ضریب جینی, مدل ارتفاعی تاج, مدل رقومی سطحEstimation of qualitative and quantitative characteristics of plants on UAV images is considered a challenge in remote sensing. Therefore, this study aimed to present a method to estimate crown area, height, and species in a mixed Pistacia-Amygdalus stand in UAV-derived point clouds. To this aim, 100 Pistacia atlantica Desf. trees and 100 Amygdalus spp < em>. shrubs were randomly selected. Point cloud was obtained by UAV-derived imagery with 50 points per m2 in a 64-ha study area in Baneh Research Forest, Fars province. The quantitative characteristics were then estimated on the point cloud. Additionally, species type was classified using random forest and 37 quantitative attributes measured on point cloud, canopy height model, and orthomosaic. Crown area and height of Pistacia (R2= 0.91 and 0.83, PRMSE=4.7% and 3.2%, respectively) and Amygdalus (R2= 0.89 and 0.47, PRMSE=22.1% and 21.5%, respectively) were also estimated. By application of quantitative attributes and random forest, species type was classified with an accuracy of 0.92 and κ of 0.98. All in all, results indicated that UAV point clouds can be efficiently applied to estimate a set of qualitative and quantitative attributes of Pistacia and Amygdalus within the study area. However, inaccurate and imprecise results were observed for estimated heights of Amygdalus.
Keywords: Crown height model, digital surface model, Gini coefficient, structure from motion -
یکی از متداول ترین کاربردهای جنگلداری، شناسایی درختان منفرد و ترکیب گونه های درختان با استفاده از تجزیه و تحلیل تصویر و طبقه بندی تصاویر ماهواره ای یا هوایی است. هدف از این مطالعه، ارزیابی روش های طبقه بندی بردار پشتیبان (SVM) و درخت تصمیم (DT) در برآورد ویژگی های کمی درختان بلوط در تصاویر WorldView-2 و تصاویر پهپادی (UAV) است. در این مطالعه، جنگل هفت برم شیراز، به عنوان منطقه مورد مطالعه به منظور بررسی پتانسیل تصاویر ماهواره ای WV-2مورد بررسی قرار گرفت. برآورد پارامترهای جنگلی با تمرکز روی استخراج تک درخت با استفاده از روش های طبقه بندی SVM و DT با ارزیابی ماتریس پیچیده و سطح زیر منحنی (AUC) با کمک تصویر هوایی فانتوم4 (UAV) در دو منطقه مجزا مورد ارزیابی قرار گرفت. داده ها با استفاده از آزمون های Tمستقل، تحلیل رگرسیون چند متغیره، با استفاده از نرم افزار SPSS 2، Excel 2016 ، eCognation,8.7، ENVI,5 ، PCI Geomatica 16 و Google Earth 7.3 تحلیل شد. طبقه بندی بردار پشتیبان، بالاترین و بهترین دقت را در برآورد پارامترهای تک درخت داشت. روش طبقه بندی SVM، یک روش بسیار مفید برای شناسایی درختان بلوط در جنگل های کوهستانی زاگرس می باشد. با استفاده از داده های WV-2، پارامترهای درختان منفرد در جنگل می توانند استخراج شوند. روش بردار پشتیبان بر روی تصاویر WV-2 با صحت کلی SVM، 96 درصد و ضریب کاپای آن97/0 نتایج قابل قبولی را بدست آورد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل رگرسیونی نشان داد که استفاده از تصاویر ماهواره ایی WV-2 (R2=0.98) برای برآورد تاج پوشش درختان مناسب است. در حالی که پهپاد، پتانسیل ارایه راه حل های قابل انعطاف و عملی برای نقشه برداری جنگل ها را دارد، برخی از مسایل مربوط به کیفیت تصویر هنوز هم برای بهبود عملکرد طبقه بندی باید مورد توجه قرار گیرند.
کلید واژگان: تالاب هفت برم, WorldView-2, جداسازی درختان منفرد, تاج پوشش, طبقه بندی کننده ها, بردار پشتیبانOne of the most common uses of forestry is to identify individual trees and compassions tree species using image analysis and satellite or aerial image classification. The aim of this study is to evaluate support vector machines (SVM) and Decision Tree (DT) classification methods in estimating the quantitative characteristics of oak trees in WorldView-2 images and UAVs. In this study, Haft-Barm forest, Shiraz, was considered as a study area to assess the potential of Worldview-2 satellite images in 2015. Estimation of forest parameters with a focus on single tree extraction using SVM and DT classification methods with complex matrix evaluation and area under operational characteristic curve (AUC) with the help of UAV4 Phantom Bird image was evaluated in two separate areas. Data were analyzed using independent T-tests, multivariate regression analysis, using SPSS 25, Excel 2016, eCognation v. 8.7, ENVI, 5, PCI Geomatica 16 and Google Earth 7.3 software. The SVM classification had the highest and best accuracy in estimating single tree parameters. The SVM classification method was a very useful way to identify the oak tree Zagros mountain forest. Using WV-2 data, the parameters of single trees in the forest can be extracted. The SVM algorithm using WV-2 also produced very promising result, with 96% overall accuracy and a Kappa index of 0.97. The results of regression analysis indicated that using WV-2 images (R2= 0.97) was suitable for estimating canopy area on the forest. While UAVs have the potential to provide flexible and practical solutions for mapping forests, some issues related to image quality still need to be addressed to improve classification performance.
Keywords: Haft Barm wetland, WorldView-2, Extraction of individual trees, tree crown, classifiers, support vector machines -
نشریه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال یازدهم شماره 1 (بهار 1399)، صص 104 -120
جنگل های زاگرس از جمله مناطق مهم و با ارزش منابع طبیعی ایران هستند که با توجه به خشکیدگی های درختان در سال های اخیر بررسی، مدیریت و احیای این درختان دارای اهمیت است. هدف از تحقیق، تهیه نقشه پراکنش مکانی خشکیدگی درختان بلوط ایرانی (Quercus brantii Lindl)، تجزیه وتحلیل، تشریح پراکنش مکانی با استفاده از تلفیق تکنیک زمین آمار و سنجش از دور در دشت برم استان فارس است. ابتدا تصویر ماهواره ای RapidEye با طبقه بندی نظارن شده به روش حداکثر احتمال به دوطبقه درختان سالم و خشکیده طبقه بندی شد. صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 80 و 73 درصد به دست آمد. درصد خشکیدگی در قطعه نمونه هایی دایره ای شکل به مساحت 2000 مترمربع (با شعاع 25.24 متر) بر اساس شبکه ای به ابعاد 300 × 300 متر با روش منظم -تصادفی جمع آوری شد. پس از تهیه نقشه نقطه ای درصد خشکیدگی تصویر طبقه بندی شده از روش های درون یابی کریجینگ ساده، معمولی، و عام تعیین شد که با استفاده از سه مدل نمایی، کروی و گوسی ارزیابی شدند. پس از ارزیابی داده ها با استفاده از نتایج ارزیابی متقابل، دقیق ترین برازش را روش کریجینگ ساده با مدل نمایی نشان داد (میانگین خطای برآورد 0.023). نقشه خشکیدگی در طبقه های صفر تا 10، 10-20، 20-30، 30-40 و > 40، درصد ترسیم شد. بیشترین سطح خشکیدگی به طبقه 20% تا 30% با 493.9 هکتار، (36.37%) و کمترین به طبقه صفرتا 10% با 70.46 هکتار (5.20%) تعلق داشت. نتایج نشان داد با استفاده از زمین آمار و سنجش از دور می توان پراکنش مکانی خشکیدگی بلوط ایرانی در منطقه موردمطالعه را در قالب نقشه ارایه داد و کانون خشکیدگی را شناسایی کرد.
کلید واژگان: بلوط ایرانی, تغییرات مکانی, تصویر ماهواره ای RapidEye, زمین آمار, نقشه خشکیدگیZagros arid woodlands are among the most important and valuable areas of Iran΄s natural resources that due to the dieback of trees in recent years, it seems necessary to manage and rehabilitate this vegetation. This research was aimed to study the spatial distribution map dieback of Persian oak trees (Quercus brantii Lindl), analyze and describe the spatial distribution using a combination of geostatistical techniques and remote sensing in Barm plain, Fars province. First, the RapidEye satellite image was classified into two categories of healthy and dried trees with the supervised classified algorithm including maximum likelihood. The overall accuracy and Kappa coefficients were 80% and 73%, respectively. The data were then collected in circular sample plots of 2000 m2 (with a radius of 25.24 m) based on a 300×300 meter network in a randomized manner. After preparing the point map, the percentage of drying of the classified image was determined by simple, ordinary, and universal Kriging interpolation method, which were evaluated using three models: Exponential, spherical, Gaussian. After evaluating the data using the cross-evaluation results, the most accurate fitting was shown by the simple Kriging method with the exponential model (mean estimation error of 0.023). Dieback map was obtained with classes of zero to 10, 10-20, 20-30, 30-40 and more than 40%. The largest area was related to class 20% to 30% with 493.9 ha and the smallest area was for zero to 10%, with 70.46 ha. The present study showed that it is possible to obtain maps of the spatial distribution of Persian oak dieback and recognize the focal points using geostatistical techniques and remote sensing.
Keywords: Persian oak, Spatial variation, RapidEye image, geostatistic, Decline map -
امروزه کاربری نامناسب اراضی و تخریب منابع طبیعی پیامدهایی مانند افزایش وقایع سیل و فرسایش خاک را بدنبال داشته است. در چنین شرایطی باید با برنامه ریزی منسجم در منابع طبیعی با هدف کنترل، احیاء و حفاظت از این منابع اقدام کرد، که مدیریت منابع حوزه آبخیز چنین اهدافی را برآورده خواهد کرد. این تحقیق با هدف مدیریت منابع آبخیز با رویکرد سناریوسازی، به ارزیابی پیامدهای اقتصادی، اجتماعی، فیزیکی و اکولوژیک حاصل از مدیریت بیولوژیک در حوزه آبخیز دره ناری سروستان پرداخته است. با انتخاب سه فعالیت مدیریت بیولوژیک، هشت سناریوی مدیریتی در منطقه تدوین شد. سپس با استفاده از مدل سازی بر اساس معیارهای فیزیکی، اکولوژیک، اقتصادی و اجتماعی، پیامدهای ناشی از اجرای هریک از سناریوهای مدیریتی و اولویت هریک از سناریوها بر اساس چهار معیار مذکور تعیین گردید. در نهایت گزینه و سناریو برتر با استفاده از تکنیک تصمیم گیری چند معیاره و مدل تاپسیس فازی انجام شد. نتایج نشان داد که سناریو شماره هشت برترین سناریو و دارای اولویت اول بوده است. همچنین نتایج نشان داد، که تکنیک های تصمیم گیری چند معیاره از توانایی و قابلیت بالایی در بیان ابعاد گوناگون مسئله برخوردار بوده و ابزار مناسبی برای مدیریت جامع منابع حوزه های آبخیز می باشند.کلید واژگان: تصمیم گیری چند معیاره فازی, حوزه آبخیز دره ناری, رویکرد سناریو سازی, مدیریت بیولوژیکThe development and implementation of practical natural resources and catchment management policies require a comprehensive knowledge of the system processes (biological, physical, and socio-economic), their complicated interactions, and how they react to different changes. The current research assessed the ecological, physical, and socio-economic consequences of biologically-based management scenarios targeting runoff and soil erosion problems in the Darenari catchment. The Darenari catchment with an approximate area of 554 ha is located in Fars province, Iran. Three biological activities and 8 management scenarios were considered. Ecological consequences were studied using the weighted land cover area index (WLCAI). Physical effects were investigated applying the runoff curve number (SCS-CN) hydrologic model. Economic and social effects were assessed applying the cost/benefit analysis as well as examining the outcomes of a social survey. Then, a fuzzy AHP approach was applied to weigh the criteria and ultimately, the best management option was chosen using FTOPSIS model. The results showed that social criteria with the highest weight and scenario No 8 was the best scenario and had first priority. The results idicated that the multi-criteria decision making techniques included capability of expressing different aspects of the problem and are the perfect tool for watershed resources management.Keywords: Biologic management scenarios, Dare Nari watershed, Fuzzy Multiple, criteria decision making, Watershed management
- 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.