بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این پژوهش ضمن برآورد عمق، تأثیر جفت باندهای مختلف - از باندهای مرئی - در عمقسنجی مورد بررسی قرار میگیرد. از این رو، در این پژوهش به منظور استخراج نقشه عمق از تصاویر لندست-8، جهت کالیبراسیون از دادههای هیدروگرافی که به روش اکوساندر جمعآوری شده استفاده شده است. از طریق روش رگرسیون خطی، عمق از باندهای مرئی پیشپردازش شده بدست آمد. نتایج نشان میدهد که در عمقسنجی بهتر است از جفت باند آبی ساحلی و سبز و جفت باند آبی و سبز به صورت توأمان استفاده شود.
کلید واژهها: عمقسنجی، تصحیح ستون آب، لندست-8، جنوب شرقی دریای خزر.
-1مقدمه
عمق سنجی از مناطق ساحلی در زمینههای مختلف همچون علوم دریایی، کاربردهای هیدرولوژی، حمل و نقل و اهداف نظامی حائز اهمیت است . - Baban, 1993 - در حوزه سنجشازدور اپتیک الگوریتمهای متعددی جهت تخمین عمق پیشنهاد شده است که مبتنی بر روشهای تجربی یا تحلیلی است. در این تحقیق از روش تجربی جهت برآورد عمق استفاده شده است. در روشهای تجربی یک رابطه ریاضیاتی بین درجات روشنایی رادیانس1 یا بازتاب2 از پهنه آبی با چند موقعیت عمق نمونهبرداری شده - داده عمق میدانی - ایجاد میشود. هدف از این تحقیق ضمن عمقسنجی از روی باندهای مرئی تصاویر لندست-8 به روش تجربی - رگرسیون خطی - ، تأثیر جفت باندهای مختلف در دقت عمق برآورد شده مورد بررسی قرار میگیرد. از اینرو، عمق برآورد شده در ترکیب باندهای مختلف آبی و سبز، ترکیب باندی آبی ساحلی و سبز و استفاده از هر دو ترکیب باندی - آبی، سبز و آبی ساحلی و سبز - مورد بررسی و مقایسه قرار میگیرد.
-2مواد و روشها
به منظور برآورد عمق، تصویر لندست-8 و همچنین از دادههای میدانی که به روش اکوساندر از بخش جنوب شرقی دریای خزر - شکل - 1 تهیه شده مورد استفاده قرار میگیرد. بیشترین و کمترین عمق ثبت شده به ترتیب برابر 6/66 و 0/63 متر میباشد. 70 درصد از دادهها به عنوان داده آموزشی و 30 درصد به عنوان داده آزمون در نظر گرفته شد. جهت استخراج دقیقتر اطلاعات عمق، ضرورت دارد پیشپردازشهایی بر روی داده هیدروگرافی و تصاویر ماهوارهای اعمال شود. سیستم مختصات دادههای میدانی بایستی با سیستم مختصات تصویر هماهنگ باشد. بنابراین دادههای میدانی جمعآوری شده به سیستم مختصات تصویر WGS84 UTM 39Nتبدیل شد سپس از طریق الگوریتمهای دلونی مثلثبندی، در نرم افزار ARC GIS به TIN و در نهایت به فرمت رستر تبدیل گردید. خروجی روش-های عمقسنجی میتواند با این DSM مرجع ارزیابی شود. بازتاب آینهای تابش خورشید از سطح صاف آب اقیانوسها و دریاها به عنوان درخشندگی خورشید3 شناخته شده که بایستی از تصویر حذف شود. برای تصحیح درخشندگی خورشید روش هدلی به کار گرفته شد . - Hedley, 2005 - سپس ضرورت دارد که تصحیح ستون آب بر روی تصویر اجرا شود. یکی از تکنیکهایی که برای تصحیح ستون آب استفاده میشود بر اساس مدل لیزنگا در سال 1978 و 1981 است که بعدها توسط Mumby و همکاران توسعه داده شد. در این روش برای تصحیح ستون آب، باید جفت باندهایی را که قدرت نفوذ خوبی در آب دارند - مثلا، طول موجهای محدوده مرئی - در نظر گرفته شود، همچنین باید مجموعه پیکسلهایی - در حدود 100 پیکسل - از تصویر که دارای بستر همگن هستند و در عمقهای مختلف قرار دارند انتخاب میشوند.
شکل :1 الف - موقعیت دریای خزر و کادر قرمز منطقه مورد مطالعه؛ ب - کادر قرمز: مسیر دادههای هیدروگرافی برداشت شده؛ ج - کادر مشکی: نقاط عمق برداشت شده که با علامت + مشخص شده است.
بسترهای پوشیده از ماسه1، بهترین مکان برای انتخاب چنین پیکسلهایی هستند چرا که بدلیل ظاهر روشن در تصویر حتی بودن داشتن شناخت از منطقه، این نواحی به راحتی قابل شناسایی هستند. این پیکسلها نباید از مناطق خیلی کمعمق و خیلی عمیق انتخاب شوند . - Green et al., 2000 - پس از انتخاب نمونه-ها، مقدار عددی بازتاب این پیکسلها به لگاریتم طبیعی تبدیل میشود. با پلات کردن مقادیر پیکسلهای تبدیل شده در هر جفت باند، پیکسلهایی که بصورت خط افقی یا عمودی ظاهر شدند حذف میگردند چرا که این پیکسلها معرف نواحی اشباع هستند. برای هر جفت باند نسبت ضریب میرایی - - از رابطه - 1 - محاسبه میگردد:
به علت قدرت نفوذ بیشتر، جفت باندهایی از باندهای آبی ساحلی، آبی و سبز انتخاب شد. جفت باندها شامل جفت باندهای آبی ساحلی و سبز، جفت باند آبی و سبز و همچنین جفتباندهای آبیساحلی و سبز/ آبی و سبز میباشد. سپس از رابطه - 4 - شاخص depth-invariant برای هر جفت باند بدست میآید. به منظور عمقیابی، از طریق روش رگرسیون خطی که برگرفته از روش لیزنگا - Lyzenga,1985 - میباشد. تعیین عمق از جفت باند آبی ساحلی و سبز، جفت باند آبی و سبز و جفت باند آبی ساحلی/ سبز و آبی/ سبز بدست آمد. در شکل - 2 - مراحل تعیین عمق نشان داده شده است.
شکل :2 فلوچارت مراحل عمق سنجی
-3نتایج
شاخصهای آماری ضریب تبیین - R2 - و خطای میانگین جذر مربعات - RMSE - و نرمال شده میانگین جذر مربعات - NRMSE - برای دادههای آموزشی و دادههای آزمون در ترکیب باندهای مختلف بدست آمد و نتایج آن در جدول 1 ارائه شده است.
جدول:1 نتایج آماری عمق سنجی
