بخشی از مقاله
چکیده :
با توجه به ویژگیهای منحصربفرد تصاویر ماهوارهای، با استفاده از سنجندههای ماهوارهای مختلف، اطلاعات بسیاری از سطح زمین اخذمی - گردد که قبلا به سادگی قابل دسترسی نبودند و میتوان این اطلاعات را در بازههای زمانی مشخص به روز نمود. یکی از قابلیتهای سنجش از دور، کاربرد آن در کشاورزی و استخراج پارامترهای موردنیاز در بخش کشاورزی میباشد. با توجه به تأثیر رطوبت خاک در فعل و انفعالات بیولوژیک و رشد و نمو گیاهان، تخمین مقدار رطوبت موجود در منطقه توسعه ریشهها اهمیت زیادی درمطالعات کشاورزی دارد. در این تحقیق با استفاده از باندهای حرارتی، مادون قرمز و قرمز ماهواره لندست 8، رطوبت خاک در یک منطقه از استان همدان تخمین زده شودمی .
مقدمه:
امروزه فنآوری سنجش از دور بطور گستردهای جهت اندازهگیری و استخراج پارامترها و اطلاعات مورد نیاز در بررسی زمینهای کشاورزی و سطح زیر کشت مورد استفاده قرار می گیرد. با بکارگیری سنجندههای ماهوارهای مختلف، اطلاعات بسیاری از سطح زمین اخذ گردید که قبلا به سادگی قابل دسترسی نبودند و توسط تصاویر ماهوارهای، نقشه برداری از پوشش های گیاهی در مقیاسهای مختلف صورت گرفته ﻭ اطلاعات مرتباً به روز میشود.
یکی از مزایای مهم سنجش از دور، قابلیت تکرار آن در بازههای منظم و همچنیین دسترسی به آرشیو اطلاعات قدیمی میباشد. با استفاده از این مزیت میتوان روند توسعه و تغییرات سطحی در پوششهای زمینی را مورد بررسی قرار داد. رطوبت خاک در منطقه ریشهها به رطوبت خاک در عمق 1 تا 2متری از سطح خاک اطلاق میشود کهعموماً قابل دسترس توسط ریشه گیاه میباشد و رطوبت قابلیت تبخیر و انتقال به هوای آزاد را دارد . - Verstraeten, 2006 - نظر به تأثیررطوبت خاک درفعل و انفعالات بیولوژیک و رشد و نمو گیاهان، تخمین مقدار رطوبت موجود در منطقه توسعه ریشهها اهمیت زیادی درمطالعات کشاورزی دارد.
اساساً پایش مستقیم رطوبت خاک و استخراج دادههای رطوبت به صورت نقطهای نه تنها پر هزینه و وقتگیر است، بلکه در سطوح وسیع غیر عملی میباشد. بنابراین اندازهگیریهای نقطهای رطوبت خاک کافی نبوده و نیاز به ابزاری برای افزایش دامنه دادهها و کاهش هزینهها وجود دارد. از سوی دیگر استفاده از روشهای مطالعه نقطهای و سپس درونیابی نتایج، به منظور تعیین رطوبت خاک در سطح وسیع، کفایت و کارائی لازم را ندارد. چرا که درهمکنش عوامل عدم قطعیت تنها در مناطق وسیع به تعادل میرسد و درمناطق کم وسعت و در مقیاس منطقهای، با عدم قطعیت زیادی مواجه خواهیم بود. بنابراین نیاز به ابزاری برای پایش رطوبت در مقیاس زمانی و مکانی است تا علاوهبر دقت مناسب، امکان کاربرد عملیاتی آن در مناطق مختلف وجود داشته باشد.
در این میان تکنیکهای مبتنی بر سنجش از دور در مقایسه با اندازهگیری نقطهای و یا مدلهای شبیه سازی به دلیل مزایای سنجش از دور و استفاده عملیاتی آسان دارای برتری هستند. روشهای متعددی برای تعیین رطوبت خاک در سطح وسیع، با استفاده از تکنیکهای سنجش از دور و بدون نمونهگیری مستقیم از خاک وجود دارد. روشهای سنجش از دور مبتنی بر تصاویر نوری و حرارتی در مقایسهبا تصاویر راداری دارای محدودیت هایی از قبیل عمق نفوذ سطحی محدود، پراکنش زیاد امواج در اثر برخوردبا ذرات بخار آب و ذرات معلق در اتمسفر و پوشش گیاهی سطح زمین میباشند.
- کشاورز و همکاران، . - 1390 با این حال وجود ظرفیتهای بالقوه در روشهای سنجش از دور مبتنی بر تصاویر نوری و حرارتی، از قبیل پوشش وسیع، قابلیت دسترسی به دادههای چند سنجندهای و چند زمانی، فرکانسهای زمانی منظم و بالا، و همچنین همبستگی بالا بین رطوبت خاک ودمای سطحی زمین، تخمین رطوبت خاک را امکانپذیر میسازد. با توجه به اهمیت استخراج رطوبت خاک، در این تحقیق استخراج رطوبت خاک در دشت همدان-بهار با استفاده از دادههای لندست مورد بررسی قرار میگیرد. در ادامه، ابتدا منطقه مورد مطالعه و دادههای مورد استفاده معرفی گردیده و سپس الگوریتم مورد استفاده معرفی و در انتها نتایج مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
مواد و روشها منطقه مورد مطالعه و دادههای مورد استفاده
حوضه آبریز همدان- بهار که در دامنه های شمالی الوند قرار دارد یکی از قطبهای اصلی کشاورزی استان و غرب کشور بوده و جمعیت قابل توجهی را در خود جای داده است. حوضه آبریز همدان- بهار حوضه کشیدهای با روند تقریبی شمالی - جنوبی است. این دشت در بین طول-های 48 درجه و 15 دقیقه تا 48 درجه و 45 دقیقه شرقی و عرضهای 34 درجه و 30 دقیقه تا 35 درجه و 5 دقیقه شمالی قرار گرفته است. شکل 1 موقعیت محدوده مطالعاتی در نقشه ایران و استان همدان را نمایش می دهد. محدوده مطالعاتی همدان - بهار با وسعت 2460 کیلومترمربع از زیرحوضههای مهم رودخانه قرهچای و دریاچه نمک محسوب میگردد. خروجی حوضه در ناحیه شمالی آن - اراضی کوشک آباد - واقع است. این دشت، که یکی از مهمترین مناطق کشاورزی استان همدان میباشد، دارای سطح 880 کیلومترمربع و آبخوان اصلی 468 کیلومترمربع است.
شکل -1 نقشه استان همدان، شهرستانهای استان، محدوده مطالعاتی حوضه آبریز و دشت همدان- بهار
دادههای مورد استفاده، شامل باندهای مرئی و مادون قرمز و حرارتی ماهواره لندست 8 میباشد. ماهواره لندست 8 در تاریخ فوریه 2013 به فضا پرتاب گردیده و دارای سنجنده - Operational Land Imager - OLI و - Thermal Infrared Sensor - TIRSمی باشد. در جدول شماره 1 مشخصات این سنجنده نشان داده شده است.
الگوریتم مورد استفاده
پس از اخذ دادهها، ابتدا تصاویر مورد استفاده مورد بررسی قرار گرفته و بر روی آنها پیش پردازش انجام گردید. تصویر باند حرارتی تبدیل به رادیانس و پس از آن تبدیل به دمای درخشندگی - Brightness Temperature - گردید.
