مقاله تهیه نقشه تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تکنیک های سنجش از دور و GIS

بخشی از مقاله

چکیده

امروزه تصاویر سنجش از دور به عنوان اطلاعات کاربردی در جهت مطالعه پوشش زمین و کاربریهای اراضی شناخته شدهاند. در این تحقیق برای مطالعه تغییرات کاربری اراضی حوزه آبخیز بهرامجو خرمآباد از تصاویر ماهواره لندست 5 - سنجنده - TM سالهای 2004، 2009 و ماهواره لندست 8 - سنجنده - OLI سال 2014 استفاده شد. مرحله پیش پردازش شامل تصحیح رادیومتریک انجام گرفت. در مرحله پردازش ابتدا اقدام به تولید باندهای جدید گردید و سپس با استفاده از روش محاسبه حد شاخص مطلوبیت - OIF - مناسبترین باندها در هر تصویر برای طبقهبندی انتخاب گردیدند و با استفاده از روش طبقهبندی نظارت شده نقشههای کاربری اراضی از روی تصاویر ماهوارهای تهیه گردید. در ادامه میزان کارایی تصاویر طبقهبندی شده با محاسبه دو شاخص صحت کلی - Overall Accuracy - و ضریب کاپا - Kappa Coefficient - بررسی گردید. در طبقهبندی نظارت شدهی چند باند، بالاترین دقت روش حداکثر احتمال مربوط به سال 2014 با صحت کلی 84/88 درصد و ضریب کاپای 0/788 است که دقت مناسب نقشه تولیدی را نشان میدهد.

.1 مقدمه

اطلاع از نسبت کاربریها و نحوه تغییرات آن در گذر زمان یکی از مهمترین موارد در برنامه ریزیها میباشد. با اطلاع از نسبت تغییرات کاربریها در گذر زمان میتوان تغییرات آتی را پیشبینی نمود و اقدامات مقتضی را انجام داد .[7] تهیه نقشههای کاربری با استفاده از روشهای سنتی و تفسیر عکسهای هوایی، مستلزم صرف زمان و هزینه زیادی خواهد بود. دادههای ماهوارهای به دلیل دید وسیع و یکپارچه، در برگرفتن بخش عمدهای از طیف الکترومغناطیسی و به روز بودن تصاویر برای این مهم مناسب میباشد.

[4] رقومی بودن تصاویر ماهوارهای از دیگر مزایای این تصاویر است که امکان بسیاری از تجزیه و تحلیلها، تعیین و پردازشهای کامپیوتری را بر روی تصاویر ماهوارهای فراهم میکند .[3] در زمینه بررسی تغییرات کاربری مطالعات زیادی صورت گرفته است که به چند مورد آنها اشاره میشود. یوآن و همکاران - 2005 - در مطالعه خود برای طبقهبندی پوشش اراضی و آشکار سازی تغییرات منطقه شهری مین سوتا آمریکا به مساحت 7700 کیلومتر مربع با انتخاب از دادههای ماهواره لندست و برای طبقهبندی تصاویر روش طبقهبندی نظارت شده به روش حداکثر احتمال استفاده نمودند.

در تحقیقی دیگر به منظور بررسی تغییرات کاربری اراضی در مناطق مرکزی استان ETM + گیلان با استفاده از دادههای سنجندههای IRS1 2000 وTM1989 , MSS 1975 نقشههای کاربری اراضی در چهار دوره زمانی درشش طبقه کاربری، تهیه گردید. سپس با استفاده از روش مقایسه پس از طبقهبندی میزان تغییر و تبدیل هر کاربری در دورههای مورد نظر تعیین شد. بر طبق نتایج حاصل شده سطح اراضی جنگلی در طی دورههای زمانی مورد بررسی کاهش یافته و اراضی شهری رشد چشمگیری داشته است .

[1] روستایی و همکاران - 1394 - ، جهت ارزیابی میزان دقت سه روش طبقهبندی نظارت شده تصاویرماهوارهای روش حداکثراحتمال، روش حداقل فاصله ازمیانگین و روش متوازی السطوح درتشخیص انواع کاربریهای اراضی حوضه ابریزنهندچای واقع دراستان آذربایجان شرقی ازتصویر ماهوارهای لندست 8 سنجنده OLI استفاده نمودند. جهت ارزیابی دقت هریک ازروشهای بکاربرده شده ازدوشاخص صحت کلی Accuracy Overall و ضریب کاپا Coefficient Kappa استفاده نمودند، نتایج تحقیق نشان داد که روش طبقهبندی حداکثر احتمال دقت بالاتری جهت طبقهبندی تصاویر ماهوارهای دارد. بیشترین دقت KA= 0/99 روش حداکثر احتمال وکمترین میزان دقت مختص به روش متوازی السطوح KA= 0/76 بوده است.

با توجه به این که در کارهای تحقیقاتی و یا مطالعاتی، وجود اطلاعات توصیفی و نقشهای از اهمیت به سزایی برخوردار است، لذا در این تحقیق سعی برا آن است تا نقشه استفاده از اراضی برای سالهای 2004 ، 2009 و 2014 با روش طبقهبندی نظارت شده و پردازش رقومی تصاویر ماهوارهای با قدرت تفکیک نسبتا بالا و خصوصیات طیفی مناسب مانند TM تولیدگردد. با توجه به تحقیقات انجام گرفته در این زمینه ثابت شده است که استفاده از روش حداکثر احتمال با توجه به پایه آماری مستحکمی که دارد بهترین نتایج را برای طبقهبندی نظارت شده دادههای ماهوارهای ارائه میدهد.

این روش هر چند که به در اختیار داشتن تعداد نمونههای تعلیمینسبتاً زیاد نیاز دارد و این امر تا حدودی استفاده از آن را با دشواریهایی روبه رو میسازد، ولی همین امر به افزایش میزان دقت این روش انجامیده است، لذا در این مطالعه از بین روشهای طبقهبندی نظارت شده، روش حداکثر احتمال انتخاب گردید. هدف از تهیه این مقاله، مقایسه تغییرات کاربری اراضی به روش طبقهبندی نظارت شده و معرفی بهترین نقشه کاربری در بین سالهای مورد استفاده در تحقیق است.

.2 منطقه مورد مطالعه

حوزه آبخیز بهرامجو خرمآباد با مساحت 428/23 کیلومترمربع، از سرشاخههای رودخانه کرخه میباشد. حوزه آبخیز مذکور شامل طاقدیسها و ناودیسهایی است که روند شمال غرب-جنوب شرق دارند. خروجی حوزه آبخیز، بهرامجو میباشد. بلندترین بخش حوزه آبخیز با ارتفاع 2835متر، در غرب و پستترین بخش آن با ارتفاع 1260 متر در جنوب حوزه آبخیز قرار دارد - شکل . - 1 متوسط شیب توپوگرافی حوزه آبخیز، 28/5 درصد بهدست آمده است.

.3 مواد وروشها

با توجه به وضعیت مناسب پوشش گیاهی در فصل بهار و همچنین ضرورت همزمان بودن نمونه برداری میدانی با برداشت تصویر از منطقه، در این تحقیق از دادههای رقومی ماهوارههای لندست 5 - سنجنده - TM مربوط به خرداد 1383 و 1388 و ماهواره لندست 8 - سنجنده - OLI مربوط به خرداد 1393 استفاده گردید. از آنجایی که باندهای - 1-5 - و - 7 - سنجنده هر دو ماهواره دارای قدرت تفکیک زمینی - 30×30 - می باشند و تنها تفاوت آنها در باند حرارتی است، لذا می توان کارایی و محتوای اطلاعاتی آنها را در یک مکان خاص مقایسه نمود. علاوه بر تصویر، داده مورد نیاز دوم همان دادههای آموزشی می باشد که از طریق نرم افزار ENVI برای 7 کلاس کشت دیم، کشت آبی، مراتع مشجر، جنگل، مسکونی، باغ، صخره و سنگ تهیه شد - شکل . - 2 انتخاب مناسب دادههای آموزشی در دقت نتیجه روش طبقهبندی حداکثر احتمال موثر میباشد.

.1.3آمادهسازی و پردازش رقومی تصاویر ماهوارهای

پیش پردازش تصاویر معمولا به منظور آمادهسازی آنها برای ورود به طبقهبندی انجام میشود. نوع پیش پردازش کاملا بستگی به نوع دادههای مورد استفاده دارد و بنابراین هر دسته از دادهها پردازشهای مخصوص به خود را میطلبند. عمده-ترین پیش پردازشها برای تصاویر در طبقهبندی عبارتند از: تصحیح رادیومتری، تصحیح هندسی، تفکیک باندها، انجام محاسبات تصویری و اعمال فیلتر .[6] تصاویر خام سنجش از دوری همیشه دارای خطایی در هندسه وهمچنین مقادیر ثبت شده برای پیکسلها میباشند. به دسته اول این خطاها، خطاهای هندسی و به دسته دوم خطاهای رادیومتریکی گویند، در این تحقیق تصحیح رادیومتریکی بر روی تصاویر اعمال گردید.

.2.3 تصحیحات رادیومتری

تصحیحات رادیومتریکی خود برای کاهش و یا حذف دو نوع خطای اتمسفری و خطای دستگاهی 1به کار میروند. خطاهای دستگاهی بسته به نوع سنجنده متفاوت بوده و از سنجندهای به سنجنده دیگر میتوانند از لحاظ نوع، مقدار و چگونگی توزیع متفاوت باشند. دو نوع عمده تصحیح خطوط جاافتاده و تصحیح خطای نوار نوارشدن برای خطاهای دستگاهی وجود دارد، در این تحقیق از تصحیح خطوط جا افتاده استفاده شد.

.1.2.3 خطای دستگاهی- تصحیح خطوط جا افتاده

خطوط جا افتاده - - Bad Lines, Missing Scan Lines,Dropped Lines به علل مختلفی در تصاویر ایجاد میگردند. خطوط جا افتاده دارای مقادیر ثابت هستند و به صورت خطوط سیاه و سفید مطلق بر روی تصویر ظاهر میشوندکه به علت تکرار کمترین مقدار درجه خاکستری - صفر - و یا بیشترین درجه خاکستری در یک یا قسمتی از یک خط اتفاق میافتد. تصحیح خطوط جا افتاده از نوع روشهای جایگزینی میباشد - شکل. - 3 به این معنی که مقادیر ثابت تکرار شده که مطمئن هستیم خطا میباشند را پیدا کرده و سپس با مقدارهایی محتمل جایگزین میکنیم. گرچه دادهای که از دست برود هیچگاه به طور قطع قابل بازیابی نیست، ولی میتوان تخمینی برای بهترین مقدار به دست آورد .[6]