فهرست مطالب

سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی - سال دهم شماره 4 (زمستان 1398)

فصلنامه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی
سال دهم شماره 4 (زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محبوبه حاجی بیگلو، واحدبردی شیخ*، هادی معماریان، چوقی بایرام کمکی صفحات 1-20
    پوشش زمین و کاربری اراضی یک متغیر مهم در فرآیندهای طبیعی زمین است. استخراج تغییرات کاربری اراضی در حفاظت از اکوسیستم های طبیعی، برنامه های حفاظت محیط زیست و مدیریت منابع طبیعی نقش مهمی در جلوگیری از تشدید بحران های طبیعی از قبیل وقوع سیل دارد. در حوزه آبخیز گرگان‏رود واقع در استان گلستان تغییرات عمده کاربری اراضی بسیار چشمگیر است. در این تحقیق به منظور بررسی وضعیت کاربری اراضی حوزه از تصاویر OLI ماهواره لندست 8 مربوط به تاریخ 4 تیرماه 1396 استفاده شد. هدف این تحقیق ارزیابی صحت الگوریتم های مختلف طبقه بندی نظارت شده شی ءگرا و پیکسل پایه در استخراج کاربری اراضی برمبنای شاخص های اختلاف مکانی و اختلاف مکانی است. نتایج ارزیابی صحت بر اساس دو شاخص اختلاف مکانی با 2.03 درصد و اختلاف مکانی با 4.58 درصد بیانگر برتری الگوریتم ماشین بردار پشتیبان در روش طبقه بندی شی ءگرا با مقیاس سگمنت ‏سازی 50 واحد نسبت به سایر الگوریتم ها است. در الگوریتم منتخب طبقه بندی، میزان دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 92.65 درصد و 0.91 به دست آمد. بر اساس این الگوریتم، کمترین خطای حذف و اضافه به ترتیب با 0.58 درصد مربوط به کلاس جنگل و 1.59 درصد مربوط به کلاس مناطق مسکونی و صنعتی است. بیشترین صحت تولیدکننده و کاربر به ترتیب با 99.44 درصد مربوط به کلاس جنگل و با 99.41 درصد مربوط به کلاس منابع آبی است. بیشترین مساحت کاربری در حوزه آبخیز گرگان‏رود مربوط به کلاس اراضی بایر/ مرتع/ زراعت با مساحت 314110 هکتار است. الگوریتم ماشین بردار در روش طبقه بندی شی ءگرا به عنوان الگوریتم مناسب در طبقه بندی کاربری اراضی حوزه به منظور مدیریت عرصه های منابع طبیعی در استان گلستان پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: کاربری اراضی، طبقه بندی شی ءگرا و پیکسل پایه، ارزیابی صحت، اختلاف کمی، اختلاف مکانی
  • کاظم رنگزن*، مصطفی کابلی زاده، محسن رشیدیان، حسین دلفان صفحات 21-37

    با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در فناوری سنجش ازدور، جمع آوری اطلاعات از وضعیت کیفی منابع آب سطحی به وسیله این فناوری ضمن کاهش هزینه و زمان نمونه برداری های سنتی، می تواند تمامی پهنه های آب سطحی را مورد پایش قرار دهد. در این مطالعه قابلیت تصاویر ماهواره سنتینل-2 جهت برآورد غلظت پارامترهای اسیدیته، بیکربنات و سولفات موردبررسی قرار گرفت. ابتدا تصاویر ماهواره سنتینل-2 پیش پردازش شد و سپس باندها و شاخص های طیفی مناسبی جهت شناسایی ارتباط معنی دار میان مقادیر هر پارامتر کیفیت آب و تصاویر با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره تعیین گردید. در مرحله بعد با به کارگیری دو مدل شبکه عصبی مصنوعی ANN و مدل سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیق یافته ANFIS، ارتباط میان تصاویر ماهواره سنتینل-2 و پارامترهای کیفیت آب به تفکیک مدل سازی شده و سپس دقت آن ها به ازای مقادیر واقعی محاسبه گردید. نتایج نشان داد که در مدل سازی پارامتر سولفات با استفاده از ماهواره سنتینل-2، مدل ANFIS به ترتیب با خطای نسبی و جذر میانگین مربعات خطا RMSe برابر 0.0773 و 0.8014 نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی با خطای نسبی و RMSe برابر 0.1581 و 1.2477 دقت بالاتری دارد؛ درحالی که در مدل سازی پارامترهای اسیدیته و بیکربنات، نتایج حاصل از مدل شبکه عصبی مصنوعی با خطای نسبی به ترتیب برابر با 0.0064 و 0.0556 و RMSe برابر با 0.0702 و 0.2691 برای هر دو پارامتر بهتر از مدل سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیق یافته با خطای نسبی به ترتیب برابر با 0.0165 و 0.0722 و RMSe برابر با 0.1975 و 0.3307 است. درنهایت با اعمال مدل های تهیه شده بر روی تصاویر ماهواره ای، نقشه وضعیت کیفی هر پارامتر در طول قسمتی از رودخانه کارون تهیه گردید.

    کلیدواژگان: پایش، تصاویر سنتینل- 2، شبکه عصبی مصنوعی، سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیق یافته، رودخانه کارون
  • محمد کاظمی*، علیرضا نفرزادگان، فریبرز محمدی صفحات 38-56
    هدف پژوهش حاضر بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی در شهر میناب بر تغییرات جزایر حرارتی شهری (UHI) با استفاده از روش طبقه بندی جنگل تصادفی و آمار فضایی بر روی تصاویر TM و OLI لندست طی سال های 1988، 1998، 2008 و 2018 بود. ابتدا با استفاده از الگوریتم های پنجره مجزا و تک کاناله دمای سطح زمین محاسبه شد. نقشه کاربری های اراضی با استفاده از روش نظارت شده جنگل تصادفی تهیه و میزان کارایی آن با دو معیار صحت کلی و ضریب کاپا ارزیابی گردید. به منظور بررسی خودهمبستگی فضایی و الگوی پراکنش لکه های داغ از دو آماره موران محلی و انسلین و گتیس- ارد جی استفاده شد. در سال 1988 کاربری های پوشش گیاهی، اراضی بایر و ساخت و سازهای شهری به ترتیب 30.1، 32.53، 37.37 درصد از مساحت شهر را به خود اختصاص داده اند. در سال 2018 مساحت این نواحی به ترتیب 16.36، 9.56 و 74.08  درصد شده اند. برای اراضی بایر و پوشش گیاهی به ترتیب کاهش سطح به میزان سه برابر و دو برابر مشاهده شد، درحالی که اراضی شهری بیشتر از دو برابر افزایش سطح داشته اند. مقادیر محاسباتی برای شاخص نسبت جزایر حرارتی شهری (URI) درسال های 1988، 1998، 2008 و 2018 به ترتیب 0.45، 0.34، 0.11 و 0.22 بود. نتایج دو آماره فضایی مورداستفاده نشان دهنده الگوی خوشه ای برای جزایر حرارتی شهر میناب بود. در ضمن تطابق بسیار خوبی بین نتایج آماره گتیس- ارد جی (تحلیل فضایی لکه های داغ) و آماره موران محلی (خودهمبستگی فضایی) در مورد الگوی فضایی خوشه های گرم و سرد مشاهده شد.
    کلیدواژگان: تغییرات کاربری اراضی، جزایر حرارتی شهری، جنگل تصادفی، خودهمبستگی فضایی
  • منصور جهان تیغ*، معین جهان تیغ صفحات 57-73

    هدف از اجرای این پژوهش ارزیابی اثر بهره وری سیلاب بر روند تغییرات پوشش گیاهی است. بدین منظور قبل از انجام پخش سیلاب در سال 1382اقدام به استقرار 5 ترانسکت خطی به طول 50 متر شد. بر روی هر یک از این ترانسکت ها دو پلات 3×3 متری در ابتدا و 50 درصد طول آن ها مشخص و داخل هر یک از آن ها نیز پلات 1×1 به منظور برداشت یکنواخت از فواصل یکسان انداخته، مختصات آن ها با استفاده از GPS مشخص و ویژگی های درصدتاج پوشش، میزان تولیدعلوفه، درصدخاک لخت، تراکم و لاشبرگ قبل از انجام پخش سیلاب در سال 1382 برآورد شد. علاوه بر این، تغییرات مشخصه پوشش گیاهی بعد از پخش سیلاب در سال 1398 در همان مکان اندازه گیری شد. جهت بررسی تغییرات پوشش گیاهی قبل و بعد از پخش سیلاب از تصاویر ماهواره لندست برای بازه زمانی 16 سال (1382 تا 1398) نیز استفاده شد. بدین منظور پس از اعمال پیش پردازش های لازم بر روی تصاویر، شاخص پوشش گیاهی تعدیل شده برحسب خاک SAVI و شاخص رطوبت خاک SWI طی 5 بازه زمانی مختلف بررسی شد. نتایج میدانی نشان داد که با اجرای پخش سیلاب، مقدار تولید علوفه از 68 به 172 کیلوگرم در هکتار، درصد تاج پوشش از 5.9 به 31.4 درصد و همچنین مقدار لاشبرگ از 2 به 16.8 درصد افزایش و خاک لخت از 92.1 به 51.8 درصد کاهش یافت. تجزیه وتحلیل آماری ویژگی های پوشش گیاهی قبل و بعد از پخش سیلاب بیانگر وجود اختلاف معنی داری بین این پارامترها بود (0.01>p). همچنین در بررسی تغییرات شاخص های موردمطالعه، نتایج نشان دهنده تغییرات محسوس شاخص های SAVI و SWI در بازه زمانی مزبور بود. به طوری که مقدار شاخص های SAVI و SWI به ترتیب از 0.027 و 0.5 در سال 1382 به 0.49 و 1 در 1398 افزایش یافت و روند تغییرات این شاخص ها همبستگی بالایی (0.65=R²) را در عرصه پخش سیلاب نشان داد. نتیجه این مطالعه نشان داد که بهره وری از سیلاب ها با تامین رطوبت خاک منطقه مزبور، بهبود شرایط جوانه زنی و رشد گیاه را فراهم نموده که چنین وضعیتی باعث استقرار و بهبود پوشش گیاهی در عرصه پخش سیلاب شده است.

    کلیدواژگان: تاج پوشش، شاخص پوشش گیاهی تعدیل شده برحسب خاک SAVI، شاخص رطوبت خاک SWI، لندست، سیستان
  • حسن محمودزاده*، مجید عزیزمرادی صفحات 74-90
    در این تحقیق، با استفاده از تصاویر TM و OLI لندست تغییرات روی داده در جنگل های اطراف شهر خرم آباد بین سال های 1365 تا 1397 موردبررسی قرار گرفت. بدین منظور پس از انجام تصحیحات هندسی و اتمسفری، تصاویر با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال در پنج کلاس با دقت کلی 95 درصد و ضریب کاپا 0.94 طبقه بندی شدند. با روی هم گذاری تصاویر مقدار جنگل های از بین رفته (34 کیلومترمربع) مشخص و به عنوان متغیر وابسته برای ورود به شبکه عصبی پرسپترون چندلایه آماده شد. در محیط GIS عوامل موثر در روند جنگل زدایی (متغیرهای مستقل) آماده شد و سپس با استفاده از پرسپترون چندلایه روند جنگل زدایی بین سال های موردمطالعه مشخص شد. با مدل ساز تغییرات زمین، تغییرات کاربری اراضی استخراج شد که بیشترین تغییر، جنگل به اراضی بایر است و درنهایت پیش بینی جنگل زدایی برای 10، 20 و 30 سال آینده صورت گرفت، که نشان دهنده کاهش  %4.6 برای سال 1407، %7.7 برای سال 1417 و %9.3 برای سال 1427 بود. نتایج حاصله از آزمون شبکه با مشارکت همه متغیرها با توجه به میانگین مربعات خطا با مقدار 0.13 نشان دهنده این است که مدل سازی حاصل از پرسپترون چندلایه دارای صحت مناسبی بوده و همچنین با استفاده از منحنی مشخصه عملکرد ROC سیستم مقدار واقعی جنگل زدایی در مقابل نتیجه حاصل از مدل پرسپترون چندلایه قرار گرفت، که با مقدار سطح زیر منحنی مشخصه عملکرد سیستم برابر با 0.88 نشان دهنده صحت بالای مدل پرسپترون چندلایه بود.
    کلیدواژگان: جنگل زدایی، پایش تغییرات، مدل چندلایه پرسپترون، سنجش ازدور، خرم آباد
  • علیرضا سپهری، علی اکبر جمالی*، محمد حسن زاده صفحات 91-105

    عرصه های منابع‏طبیعی و پوشش گیاهی شهرهای تفت و مهریز در دهه های اخیر با توجه به ییلاقی بودن و نزدیک بودن به مرکز استان یزد دستخوش تغییرات شده است. هدف از این پژوهش، ارزیابی میزان و جهت و پیش بینی تغییرات اراضی و پوشش گیاهی در این دو شهر است. در این پژوهش از تصاویر ماهواره لندست 5 (سال های 1377، 1383 و1387) و لندست 8  (سال 1396) اردیبهشت و خرداد استفاده شد. مدل سازی تغییرات کاربری/پوشش اراضی بر اساس طبقه بندی نظارت شده انجام شد. با استفاده از مدل سازی تغییرات زمین و روش شبکه عصبی چندلایه پرسپترون روند تغییرات تجزیه وتحلیل شد. نتایج نشان داد که %3 (558.8 هکتار) از اراضی و پوشش گیاهی شهر تفت به بایر و %1.3 (209.9 هکتار) به زمین های شهری افزوده شده است و از اراضی باغ ها %4.3 (559.2 هکتار) کاسته شده است که این میزان بیشترین مقدار است. مقدار %2.8 (678.8 هکتار) از اراضی و پوشش گیاهی شهر مهریز به بایر و مقدار %1.7 (184 هکتار) به زمین های مسکونی شهری تغییر کاربری داده شده است. به لحاظ گسترش شهری (مساحت و تبدیل کاربری ها) شهر مهریز دارای بیشترین مقدار در کاهش پوشش گیاهی بوده است. نتایج نشان داد که تغییرات کاربری و پوشش اراضی در شهر تفت بیشتر از شهر مهریز بوده است، به طوری که بیشترین این تغییرات مربوط به باغ ها بوده است اما به لحاظ گسترش اراضی ازلحاظ مساحت و تبدیل کاربری ها، در شهر مهریز دارای بیشترین مقدار با شدت بیشتری بوده است.

    کلیدواژگان: مدل ساز تغییر سرزمین (LCM)، شبکه عصبی، تغییرات کاربری و پوشش اراضی، لندست، تفت و مهریز
|
  • Mahboobeh Hajibigloo, Vahed Berdi Sheikh *, Hadi Memarian, Chooghi Bairam Komaki Pages 1-20
    Land cover and land use are an important variable in natural land processes. Land use change in environmental protection programs and natural resource management plays an important role in the intensification of natural crises such as floods. The Gorganrood River basin in the Golestan province has historically experienced land use conversion. In this research was selected for land use classification using Landsat 8 OLI satellite images of the 25 June 2017. The goal of this study is to assess the accuracy of two approaches, pixel-based supervised classification and the object-oriented one base on quantity and allocation disagreement indexes. The accuracy assessment results indicated verified that for land use mapping the SVM algorithm using a 50 pixel segmentation in the object-based classification having a quantity disagreement of 2.03, an allocation disagreement of 4.58, and an overall accuracy of 92.65% and a kappa coefficient of 0.91 was more accurate than other algorithms in the object-based classification and other algorithms in the pixel-based classification. Based on this algorithm, the lowest of omission and commission error showed in forest lands and residential and industrial areas of 0.58% and 1.59% respectively. The highest of producer and user accuracy showed in forest lands and the water body of 99.44% and 99.41% respectively. The largest area of land use in the Gorganrood River basin is related to the Barren/Rangeland/Cropland class of 314110 ha. Finally, the SVM-SL50 algorithm in the object-based classification is suggested as an optimal classifier with a high accuracy for classification of land use classification maps in order to manage natural resources in Golestan province.
    Keywords: land use, Object, pixel based classification, Accuracy assessment, Quantity disagreement, Allocation disagreement
  • Kazem Rangzan *, Mostafa Kabolizade, Mohsen Rahshidian, Hossein Delfan Pages 21-37

    Considering the progress made in remote sensing technology, collecting information on the quality of surface water resources by this technology, while reducing the cost and time of traditional sampling, can monitor all surface water zones. In this study, the Sentinel-2 satellite images were used to estimate the concentration of acidity, bicarbonate and sulfate parameters. Initially, Sentinel-2 satellite images were pre-processing and then bands and spectral indexes were determined to identify the significant relationship between the parameter values of water quality and images using the multivariate regression method. In the next stage, using Artificial neural network (ANN) and Adaptive Neuro fuzzy inference system (ANFIS) models, the relationship between Sentinel-2 satellite images and water quality parameters were modeled and then their accuracy was calculated for real values. The results showed that in the modeling of sulfate parameter using Sentinel-2 satellite, ANFIS model with relative error equal to 0.0773 and RMSe equal to 0.8014 has a higher accuracy compared to ANN models with relative error equal to 0.1581 and RMSe equal to 1.2477. While, the relative error of the results of the ANN model are obtained 0.0064 and 0.0556 for acidity and bicarbonate parameter, respectively, and RMSe is equal to 0.0702 and 0.2691, respectively.  The ANFIS model has a relative error of 0.0165 and 0.0722, and RMSe is 0.1975 and 0.3037 for acidity and bicarbonate parameter, respectively. Finally, using satellite images, the mentioned models were applied to prepare a qualitative map of each parameter along the part of the Karun river.

    Keywords: Monitoring, Sentinel-2 images, Artificial Neural Network (ANN), Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS), Karun river
  • Mohamad Kazemi *, Ali Reza Nafarzadegan, Fariborz Mohammadi Pages 38-56
    The purpose of this study was to assess the impact of the land use changes in the Minab city on the variations in the urban heat islands (UHI), using the random forest classification method and spatial statistics on TM and OLI Landsat images in 1988, 1998, 2008 and 2018. First, land surface temperature (LST) was calculated using the split-window and the single-channel algorithms. Land use map was generated using supervised classification random forest method and its performance was assessed by two criteria of overall accuracy and kappa coefficient. In order to survey spatial autocorrelation and clustering, pattern of hot spots, the two statistics of Anselin Local Moran's I and Getis-Ord GI were applied. In 1988, land uses of vegetated, barren, and urban built-up lands were occupied 30.1, 32.53 and 37.37 percent of the city area, respectively; in 2018, the areas of these land uses were 16.36, 9.56 and 74.08 percents, respectively. A threefold and twice-fold decrease in the area was observed for barren and vegetated lands, respectively; while the area of urban built-up lands had more than doubled. The calculated values for urban-heat-island ratio index (URI) in 1988, 1998, 2008, and 2018 were 0.45, 0.34, 0.11, and 0.22, respectively. The outcomes of two considered spatial statistics indicated the clustering, pattern for UHI of the Minab city. In addition, there was a good agreement between the results of Getis-Ord GI statistic (hotspots spatial analysis) and the Local Moran's I statistic (spatial autocorrelation) on the spatial pattern of heat and cool clusters.
    Keywords: land use changes, Urban heat island, Random forest, spatial autocorrelation
  • Mansour Jahantigh *, Moien Jahantigh Pages 57-73

    The object of this research is evaluated of flood productivity on vegetation cover changes. For this purpose, 5 linear transects with a length of 50 m were installed before flooding in the year 2006. In each of these transects, two plots 3×3 were identified at a height of 50 m at the beginning and 1% in length, and within each of them a plot of 1×1 was laid out for uniform harvesting at equal distances, their coordinates using specific GPS and feature the percentages of canopy cover, forage production, bare soil percentage, density and litter before starting flood spreading in 2003 were estimated. In addition, the vegetation characteristic changes were measured in the same place after the flood propagation in the year 2019. Landsat satellite images for a period of 16 years (2003-2019) was also used to study vegetation changes before and after flood propagation. For this purpose, after applying pre-processing on the images, the vegetation index was adjusted according to the soil adjusted vegetation index (SAVI) and soil water index (SWI) over five different time periods. Field results showed that with the application of flood propagation application, the amount of forage production increased from 68 to kg/ha, the percentage of canopy cover increased from 5.9 to 31.4%, as well as the amount of litter from 2 to 16.8% and bare soil decreased from 92.1 to 51.8%. Statistical analysis of vegetation characteristics before and after flood propagation revealed a significant difference between these parameters (p<0.01). In addition, the results showed significant changes in the SAVI and SWI indices over the period. The SAVI and SWI indices increased from 0.027 and 0.5 in the year 2003 to 0.49 and 1 in the year 2019, respectively, and the trend of changes in these indices showed high correlation (R² = 0.65) in flood propagation area. The results of this study showed that flooding productivity by providing soil moisture in the study area improved germination and plant growth conditions, which resulted in the establishment and improvement of vegetation cover in the floodplain.

    Keywords: Vegetation cover, Soil adjusted vegetation index (SAVI), Soil water index (SWI), Landsat, Sistan
  • Hassan Mahmoudzadeh *, Majid Azizmoradi Pages 74-90
    In this research, occurred changes in the forests around Khorramabad between 1986 and 2018 using TM and OLI Landsat images were investigated. For this purpose, after making the necessary atmospheric and geometric corrections, the images were classified by the maximum likelihood algorithm in five classes with a total accuracy of 95% and a kappa coefficient of 0.94. By overlaying the images, the amount of lost forest (34 km2) was determined and as a dependent variable was imported into the multilayer perceptron (MLP) model. In the GIS environment, were prepared the effective factors in the process of deforestation (independent variables); then by using MLP, the deforestation process in the years under review was determined. It was also land use changes was extracted that the results show the highest changes belonged to the forest to barren land changes and finally the deforestation forecast for 10, 20 and 30 years displays a decrease of 4.6% for the year 1407, 7.5% for the year 1417 and 9.3 for 1427. The results of the network training involving all variables with mean squared error (RMS) of 0.13 indicate that the MLP-based modeling is accurate and also, using Receiver Operating Characteristic (ROC) index, the real amount of deforestation was compared to the result of the MLP model; which showed the high accuracy of the MLP model with 0.88 of the ROC.
    Keywords: Deforestation, Change detection, Multilayer perceptron (MLP) model, remote sensing, Khorramabad
  • Alireza Sepehri, Ali Akbar Jamali *, Mohamad Hasanzadeh Pages 91-105

    The areas of natural resources and vegetation in the Taft and Mehriz townships in recent decades have undergone changes due to its close proximity to the capital of Yazd province. The purpose of this study is to assess the extent and direction and prediction of land and vegetation changes in these two cities. In this study, Landsat 5 (1998, 2004 and 2008) and Landsat 8 (2017) satellite images in the period from May to June was used. Modeling land use/land cover changes were carried out based on supervised classification. The process of changes was analyzed using land change modeling and perceptron neural network method. The results showed that 3% (558.8 ha) of land and vegetation cover of Taft to Bayer and 1.3% (209.9 ha) were added to the urban lands and reduced from the lands of gardens by 4.3% (559.2 ha), this is the highest rating. The amount of 2.8% (678.8 ha) of land and vegetation in Mehriz Bayer and 1.7% (184 ha) has been changed to urban residential land. In terms of urban expansion, Mehriz has had the highest amount of reducing vegetation. The results show that land use and land cover changes in Taft city where more than Mehriz city so that most of these changes were related to gardens, but in terms of area of land use and land use conversion in Mehriz city has the highest value More intense.

    Keywords: Land change modeler (LCM), Neural network, Land use, land cover changes, Landsat, Taft, Mehriz