بخشی از مقاله
چکیده :
قابلیت بالای تصاویر ماهوارهای در زمینه پایش پوششهای جنگلی، انکار ناپذیر است.. یکی از پارامترهای مهم در آماربرداریهای جنگل، سنجش تراکم آن است. یکی از روشهای تهیه نقشه تراکم جنگلها استفاده از تصاویر ماهوارهای است. در این پژوهش قابلیت تصاویر سنجنده MSI1 از ماهواره سنتینل-2 جهت برآورد کمیت تراکم، بررسی شده است. پس از آمادهسازی 43 شاخص طیفی ، با استفاده از روش انتخاب ویژگی متوالی، صرفاً 2 شاخص وارد مرحله مدلسازی شدند. سپس از چند جمله درجه 2دو، به منظور مدلسازی کمیت تراکم، استفاده شد. ارزیابی نتایج که به صورت متقابل، انجام گرفت از مقدار 0/13 برای خطای جذر میانگین مربعات3 و مقدار 0/66 برای ضریب تعین4حکایت می-کند. همچنین قابلیت روش، برای کلاسهای تراکمی انبوه و نیمه انبوه و تنک ارزیابی شد و معیار RMSE به ترتیب معادل 0/1 ، 0/07 و 0/05 بدست آمد. نتایج حاکی از آن است که روش، از قابلیت بالاتری برای برآورد تراکم پوششهای تنک برخوردار است.
واژگان کلیدی : سنجنده MSI ، تراکم جنگل ، انتخاب ویژگی
-1 مقدمه
سقف متشکل از تاج درختان جنگل را سایبان جنگل یا تاج پوشش مینامند. به بیانی دیگر تاج پوشش جنگلی به سطحی از زمین جنگل اطلاق میگردد که توسط تصویر قایم تاج درختان پوشیده شده است.[1] تخمین سطح تاج پوشش، به عنوان بخش مهمی از آماربرداریهای جنگلی شناخته میشود.[2] تاج پوشش در جنگل اهمیت فوق العادهای داشته، به صورتی که پایداری و زوال تودههای جنگلی تابع انبوهی و ضخامت تاج پوشش است. تاج پوشش بر روی عواملی مانند نور، رطوبت، جریانات هوا و ایجاد شرایط مناسب برای تشکیل هوموس تاثیر میگذارد.[3] علاوه بر این، سطح تاج پوشش کمیتی برای سنجش وضعیت جنگل می باشد که پایش آن در طی زمان میتواند کمک شایانی را به مدیران حوزه جنگل بنماید.
پارامتر تراکم پوشش جنگلی که عبارت است از نسبت سطح تاج پوشش به کل سطح، کمیت مناسبتری برای بررسی تودههای جنگلی میباشد. این کمیت یکی از پرکاربردترین پارامترها جهت برنامهریزی و پیادهسازی طرحهای مربوط به تقویت و ترمیم پوششهای جنگلی میباشد.[2] همچنین شدت رقابت درختی[4] نیز با این کمیت دارای ارتباط است. چرا که هر چه تودههای جنگلی انبوهتر باشند، انتظار میرود که رقابت بیشتری در میان آنها وجود داشته باشد. تراکم پوشش جنگلی توسط سازمان متولی امر مدیریت جنگلها در ایران به سه کلاس تراکمی انبوه، نیمه انبوه و تنک تقسیمبندی میشود.[5] البته سازمان جنگلها، مراتع و آبخیزداری کل کشور، مرزبندیهای متفاوتی را برای تفکیک سه کلاس فوق، میان جنگلهای شمال و خارج از شمال قایل شده است که در جدول شماره 1 قابل مشاهده است.
برای تولید نقشه تراکم جنگل و برآورد این کمیت، روشهای متعددی قابل تصور است. شاید اولین روشی که برای تولید نقشه تراکم به ذهن میرسد، روش برداشت زمینی و دادهبرداری میدانی باشد. در بین روشهای گوناگون نمونهبرداری و نیز روشهای گوناگون نمونهبرداری خطی، از نظر گستردگی به کارگیری در اجرا، روش "خط نمونه" بیشترین کاربرد را در جنگلهای زاگرسی و ایران و تورانی داشته است. روش نمونهبرداری مذکور، تاکنون در زمینههای متعددی مورد استفاده واقع شده است، که بارزترین کاربرد آن به منظور تخمین درصد تاج پوشش بوده است.[6] اماعموماً به دلیل اینکه دادهبرداریهای میدانی، با محدودیتهای متعددی مواجه هستند؛ بکارگیری آنها در زمینه مذکور - برآورد درصد تاج پوشش - بیشتر برای بررسی صحت طبقهبندی تراکمی جنگل با استفاده از روشهای دورسنجی بوده است.
به طور کلی دادههای مورد استفاده در تکنیکهای دورسنجی، به دو طبقه تصاویر هوایی و ماهوارهای تقسیم میگردند. به عنوان نمونهای از کاربرد تصاویر هوایی به منظور تهیه نقشه تراکم میتوان به پژوهش عرفانی فرد و همکاران اشاره نمود.[6] در[6] سعی شده است تا با ارائه روشی مناسب، ابتدا شاخص سایه تعیین شود و بعد با استفاده از آن سطح تاج پوشش در هکتار برآورد گردد. استفاده از تصاویر و دادههای ماهوارهای برای تهیه نقشه تراکم از پیشینه غنی برخوردار است. روشهای مرسوم ابتدایی از تحلیل کیفی دادهها بر مبنای نمونههای آموزشی - واقعیت زمینی - استفاده مینمودند. [7] در اوایل دهه نود میلادی، میان سازمان ITTO1 و جافکا2 در پروژهای مربوط به بازسازی جنگلهای تخریب شده، همکاری صورت گرفت که از ثمرات آن توسعه الگوریتمی برای
تخمین درصد تاج پوشش جنگل بود.
این الگوریتم FCD1 نام گرفت و در سالیان بعد، در تحقیقات متعددی مورد استفاده و الگوبرداری قرار گرفت.پیرباوقار و همکاران از این مدل و تصاویر سنجنده لندست جهت طبقهبندی تراکم جنگل در مناطق جنگلی زاگرس، استفاده نمودند. در این پژوهش تراکم جنگل در حالات 3 و 4 و 6 کلاسه، طبقهبندی شد. بهترین کیفیت به حالت سه کلاسه تعلق داشت که میزان صحت کلی و ضریب کاپا برای این حالت، به ترتیب %62 و 0/39 برآورد شده است.[9][8] پاکخصال و همکاران نیز در پژوهش دیگری با استفاده از همین مدل و تصویر ماهواره لندست، ولی برای منطقهای از جنگلهای شمال کشور - حوضه شفارود گیلان - اقدام به برآورد تراکم پوشش جنگلی نمودند.
صحت کلی و ضریب کاپای طبقهبندی چهار کلاسه، حاصل از تحقیق مذکور به ترتیب معادل 71% و 0/61 بدست آمد.[10] همچنین بانرجی و همکاران در پژوهشی دیگر، با استفاده از دادههای لندست و روش فوق، بخشی از جنگلهای ایالت جارخند هند را طبقهبندی نمودند. صحت کلی و ضریب کاپای نتایج پژوهش فوق، به ترتیب 80% و 0/74 محاسبه شد.[11]لازم به ذکر است که روش FCD تنها روش مورد استفاده محققین برای تهیه نقشه تراکم تاج پوشش نبوده است. به عنوان نمونه عبدالرسول بزرافکن و همکاران با استفاده از روشهای طبقهبندی نظارت شده اقدام به طبقهبندی جنگل به سه طبقه تراکمی نمودند که خروجی آن پژوهش از نظر صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب عبارتند از %78 و .[9]0/66 در تحقیقی دیگر مقایسهای میان قابلیت سنجندههای ETM+2 از ماهواره لندست7 و LISS-IV ماهواره IRS-P6 جهت تهیه نقشه تراکم جنگل صورت پذیرفت.
نتایج از بهبود صحت کلی و ضریب کاپا، به ترتیب از % 67/57 و 0/35 به % 79 و 0/58 حکایت میکند.[3]در سالیان اخیر دادههای سنجنده دیگری نیز پیش روی محققان حوزه پوشش گیاهی قرار گرفته است که از نظر توان تفکیک مکانی در مجموعه سنجندههای با توان تفکیک مکانی متوسط قرار میگیرد. این سنجنده با نام MSI در اواسط سال 2015 سوار بر سکوی سنتینل-2، در مدار قرار گرفت و تاکنون بارها از قسمتهای مختلف زمین تصویربرداری نموده است. در تحقیق پیش رو نیز، هدف تهیه نقشه تراکم پوشش جنگلی با استفاده از تصاویر سنجنده MSI از ماهواره سنتینل-2 میباشد. این پژوهش از حیث داده مورد استفاده، از نوآوری برخوردار است.
ساختار این پژوهش بدین صورت است که در بخش اول به توضیح مقدمات و پیشینه تحقیق پرداخته شده است. سپس در بخش دوم، توضیحاتی راجع به منطقه مورد مطالعه - شهرستان ملکشاهی - و دادههای مورد استفاده داده شده است. در این پژوهش از تصاویر ماهواره سنتینل-2 به منظور آماده سازی ویژگیها؛ و تصاویر گوگل ارث3 به عنوان واقعیت زمینی، استفاده شد. سپس در قسمت اول از بخش سوم به مراحل پیش پردازش پرداخته میشود. در قسمت دوم از این بخش، روش مورد استفاده توضیح داده میشود و در قسمت پایانی آن، نتایج نهایی ارائه میگردند. در بخش چهارم، کیفیت نتایج با استفاده از دادههای واقعیت زمینی مورد ارزیابی قرار میگیرد. در ادامه هر بخش از پژوهش به تفصیل ارائه میگردد.
