بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از تصاویر ماهوارهای بهعنوان راهکاری جدید در تهیه نقشههای مختلف پوشش زمین و کاربری اراضی میتواند بسیار مفید و قابل استناد باشد. نرم افزار جی آی اس به دلیل محیط جامع و کاملی که دارد می تواند یکی از نرم افزار های بسیار مفید در زمینه پردازش و طبقه بندی تصاویر ماهواره ای باشد. منطقه یلی بدراغ در جنوب فلات لسی شرق استان گلستان ازجمله مناطق در دسترس جهت مطالعه بروی لیتولوژیهای مختلف فلات لسی میباشد. هدف از انجام این تحقیق شناسایی و تهیه نقشه پراکنش لیتولوژیهای مختلف در هزار هکتار از اراضی منطقه با استفاده از تصاویر رقومی ماهواره لندست 8 به روش حداکثر احتمال میباشد که در مجموع سه لیتولوژی مختلف شامل لس، خاک قدیمی لسی اوایل پلیستوسن و سنگ آهک شناسایی و نقشه پراکنش آنها با دقت 77 درصد و ضریب کاپا 0/53 درصد تهیه شد.
واژههای کلیدی: سنجشازدور، طبقهبندی، حداکثر احتمال
مقدمه
امروزه استفاده از تصاویر ماهوارهای بهعنوان راهکاری بسیار مفید در تهیه نقشههای مختلف میتواند بسیار مفید و قابل استناد باشد. این دادهها به دلیل ارائه اطلاعات بهروز، دسترسی آسان، رقومی بودن و امکان اعمال پردازش در تهیه نقشههای مختلف از اهمیت بالایی برخوردارند. سنجشازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی ازجملهفنّاوریهای مورداستفاده در این امر می باشند. سنجشازدور عبارت است از: اندازهگیری خصوصیات پدیدههای سطح زمین با استفاده از دادههایی که از راه دور توسط هواپیما و ماهواره کسب میشوند . - Schowengerdt, R.A., 2006 - تکنیکهای مختلفی برای شناسایی و ارزیابی تغییرات پوشش زمین و کاربری اراضی در دسترس هستند.
در میان آنها سنجشازدور و جیآیاس بهطور گستردهای مورداستفاده محققان قرارگرفته - Dewan and Yamaguchi, 2009; Mallick et al, 2008; Mamun et al, 2013; Nemaniand Running, 1997; Wang et al, 2009; Zhan et al, 2002 - . یکی از مهمترین و کارآمدترین روشهای استخراج اطلاعات ازتصاویر رقومی، طبقهبندی میباشد که به کاربر امکان تولید انواع اطلاعات مانند نقشه پوشش گیاهی، نقشه پوشش زمین، نقشه کاربری اراضی و... را میدهد. در حقیقت فرایند طبقهبندی تصاویر، تبدیل دادهها به اطلاعات قابلدرک است . - Mountrakis et al., 2011 - طبقهبندی رقومی تصاویر با استفاده از دو روش طبقهبندی نظارتشده و نظارتنشده صورت میگیرد که هر دو روش از مکانیسم تصمیمگیری کمی و اتوماتیک بهره میگیرند.
اساس طبقهبندی رقومی تصاویر سنجشازدور بر این مبنا است که اثر طیفی مربوط به هر عارضه پوششدهنده تصویر، منحصر بهفرد است . - Oommen et al., 2008 - روش حداکثر احتمال یکی از رایجترین روشهای طبقهبندی تصویر است. در این روش احتمال اینکه یک پیکسل بتواند به هر یک از m کلاس موجود تعلق یابد بررسی میشود و سپس پیکسل به کلاسی که بیشترین احتمال را دارد اختصاص مییابد . - Jensen, 2005 - در این روش از قاعده تصمیم بیز - BDR - برای محاسبه احتمال استفاده میشود.که در رابطه فوق، D معرف فاصله وزنی - احتمال - ، C نشاندهنده کلاس موردنظر، X معرف بردار اثر طیفی برای پیکسل تحت بررسی، Mt بردار میانگین برای دادههای تعلیمی در کلاس ac، c بیانگر درصد احتمال اینکه پیکسل موردنظر عضو c باشد - فرض بر این است که در اینجا تمامی احتمالات اولیه کلاسها یکسان باشد و Covc نشاندهنده ماتریس کوواریانس پیکسل تعلیمی در کلاس c است - . - Schrader and Pouncey., 1997 -
مزیت این روش این است که تغییرات موجود در هر کلاس را با استفاده از ماتریس کوواریانس برای کلاسبندی پیکسل موردنظر، لحاظ میکند . - Murai, 1996 - این روش بر این فرض تکیه دارد که دادههای هر باند مورداستفاده بهعنوان ورودی الگوریتم، دارای توزیع نرمال بوده و همچنین کافی است تعدادی از پیکسلها انتخاب شوند تا بتوانند تخمین درست از بردار میانگین و ماتریس واریانس-کوواریانس ارائه کنند . - Oommen et al., 2008 - نتایج تحقیقات - Jia et al., 2014 - در شهر پکن نشان داد علاوه بر کیفیت رادیومتری، کارایی دادههای لندست 8 در طبقهبندی پوشش کاربری مناسب است. هدف از این تحقیق استفاده از سنجشازدور و جیآیاس در شناسایی و طبقهبندی بندی لیتولوژیهای مختلف به دلیل اهمیت آن ها در مطالعات مربوط به فرسایش و اقلیم گذشته منطقه یلی بدراغ فلات لسی شرق استان گلستان میباشد.
مواد و روشها
فلات لسی استان گلستان واقع در شمال رشتهکوههای البرز و منطقه غربی کوههای کپه داغ واقعشده است که دارای مساحت حدود250 هزار هکتار میباشد، که در شمال گرگان رود و جنوب اترک واقعشده است - Kehl 2010 - بارندگی سالیانه از 600 میلیمتر در جنوب منطقه تا زیر 200 میلیمتر در شمال منطقه تغییر میکند. میانگین درجه حرارت سالیانه حدود 17 درجه سانتیگراد میباشد. برای انجام این تحقیق ابتدا بازدیدهای میدانی از فلات لسی جهت مشاهده توپوگرافی منطقه، پوشش گیاهی منطقه، شناسایی و تشخیص لیتولوژیهای مختلف منطقه به واسطه تفاوت رنگ آنها، به عمل آمد و درنهایت حدود هزار هکتار از اراضی منطقه یلی بدراغ انتخاب گردید - شکل. - 1
در این تحقیق برای شناسایی لیتولوژیهای مختلف از دادههای ماهواره لندست - 8 سنجنده OLI، چهاردهم ژوئن - 2013 استفاده شد. نرمافزارهایی Google Earth Pro ورژن 5،1،7 و ArcGIS 10.4 نیز مورداستفاده قرار گرفت.مشخصات کلی ماهواره لندست : 8 این ماهواره با نام Landsat data continuity mission یا بهاختصار LDCM معرفیشده است که در 11 فوریه 2013 به فضا پرتاب شد. این ماهواره دارای دو حسگر به نامهای OLI و TIRS میباشد این دو حسگر باهم 11 باند را تشکیل میدهند، که 8 باند آن رزولوشن 30 متری یک باند پانکروماتیک 15 متری و دو باند حرارتی 100 متری. مشخصات تعدادی از باندهای ماهواره لندست مورد استفاده در تحقیق - جدول . - 1
در تحقیق حاضر از طبقهبندی نظارتشده در محیط نرمافزار GIS استفادهشده است، جهت انجام این کار ابتدا ترکیب باندی از باندهای 2 تا 7 لندست ایجاد و سپس نمونههای تعلیمی تعریف و از آنها فایل علائم تعریف شد در هنگام تعریف نمونههای تعلیمی باید به این نکته توجه شود که نمونهها از توزیع آماری یکسانی ازلحاظ فراوانی برای هر کلاس برخوردار باشد. پسازاینکه نمونههای تعلیمی تعریف شد نمونههایی که در کلاس مشابه میباشند باید باهم ادغام شوند. یکی از روشهایی که جهت انجام طبقهبندی مورداستفاده است روش Maximum Likelihood Classification میباشد که با استفاده از فایل علائمی که از نمونههای تعلیمی تهیهشده اقدام به طبقهبندی تصویر میکند. پسازآنکه طبقهبندی صورت گرفت دقت نقشه با استفاده از ابزار Compute Confusion Matrix دو نقشهی طبقهبندیشده و نقشه حقایق زمینی جدول خطا تهیه شد. در این تحقیق نقشه حقایق زمینی با بررسیهای میدانی و تصاویر گوگل ارث تهیه گردید که درمجموع 280 نقطه برای نقشه حقایق زمینی لحاظ گردید.
نتایج و بحث
هدف از انجام این تحقیق شناسایی و تفکیک لیتولوژیهای مختلف منطقه یلی بدراغ با استفاده از دادههای سنجشازدور و طبقهبندی تصویر لندست 8 به روش Maximum Likelihood Classification بود. در بازدیدهای بهعملآمده از منطقه بهطورکلی سه لیتولوژی لس، خاک قدیمی لسی اوایل پلیستوسن - خاک قرمز - ، و سنگآهک شناسایی شدند. روش حداکثر احتمال بهطور وسیعی برای ارزیابی تغییرات پوشش زمین استفاده میشود و بررسی منابع مختلف نشان داده که این روش از دقت قابل قبولی برخوردار است. جهت ارزیابی دقت تصویر طبقهبندیشده به روش مذکور از 280 نقطه بهعنوان نقشه حقایق زمینی استفاده شد برای ارزیابی دقت طبقهبندی از ماتریس خطا استفاده شد که بهوسیله آن دقت عمومی 77 درصد و ضریب کاپای 0/53 درصد به دست آمد و نشان داد که طبقهبندی به روش حداکثر احتمال از دقت قابل قبولی برخوردار است که با نتایج Sinha et al., - 2015 -
که در منطقه راجستان هند اقدام به بررسی کاربری اراضی و پوشش زمین با استفاده از روش حداکثر احتمال کردند، همچنین با نتایج مصمم و همکاران - 2016 - با استفاده از روش حداکثر احتمال در قم به بررسی تغییرات کاربری اراضی و پوشش زمین پرداختند همخوانی دارد . - Mosammam et al., 2016 - در شکل 2 تصویر طبقه بندی شده به روش حداکثر احتمال ارائه شده است که پراکنش لیتولوژیهای مختلف را نشان میدهد. در بازدیدهای به عمل امده مشاهده شد که دسترسی به بسیاری از نقاط فلات لسی به دلیل صعبالعبور بودن و شیب زیاد ممکن نیست، ازاینرو استفاده ازدادههای سنجش از دور بسیار کارآمد و مفید است.
