مقاله تهیه نقشه پوشش گیاهی مراتع حوزه آبخیز شمال غرب سد قشلاق با استفاده از تصاویر سنجنده نقشه بردار موضوعی

بخشی از مقاله

چکیده

ارزیابی و شناخت پوشش گیاهی مراتع از ابزارهای مهم مدیریتی چرای دام در مرتع و بهره برداری بهینه این منبع طبیعی است. تصاویر سنجش از دور بدلیل قدرت تفکیک زمانی و مکانی مختلف، دسترسی آسان و هزینه کمتر در مقایسه با روشهای سنتی یک ابزار ارزشمند در جمع آوری اطلاعات پوشش گیاهی مراتع است. در این مطالعه با استفاده از شاخصهای گیاهی NDVI و SAVI، آنالیز تجزیه به مؤلفه های اصلی و روش طبقه بندی حداکثر احتمال نظارت شده از دو تصویر سنجنده نقشه بردار موضوعی اقدام به تفکیک کاربری های مختلف و تهیه نقشه پوشش گیاهی مراتع گردید. صحت کلی نقشه برابر 71/7 و کاپای کلی نقشه برابر 66/73 محاسبه گردید.

-1 مقدمه

لزوم آگاهی و پایش وضعیت محیط زیست منجر به نیاز روزافزون به کسب اطلاعات صحیح از پوشش زمین شده است که در سیاست گذاری، مدیریت منابع طبیعی، پایش تغییرات زیست محیطی، مطالعات چرخه کربن و مدلسازی فرایندهای بیوژئوشیمی، هیدرولوژی و اقلیمی بکار برده می شوند. در طراحی جنبه های مختلف برنامه ریزی منطقه ای، مدیران نیازمند اطلاعات بروز و بهنگام پوشش زمین می باشند، روشهای مبتنی بر روشهای میدانی به منظور تهیه نقشه پوشش در مناطق وسیع سخت و پرهزینه هستند، سنجش از دور با دامنه گسترده ای از انواع ماهواره و قدرت تفکیک زمانی و مکانی مختلف یک ابزار ارزشمند در جمع آوری اطلاعات پوشش زمین در سطوح منطقه ای، ملی، قاره ای و جهانی است .[8]

تصاویر چند زمانه قادر به تهیه نقشه پوشش زمین و پایش تغییرات آن است چرا که از اختلافات فنولوژیکی موجود بین گونه های گیاهی استفاده می کند. طبقه بندی تصاویر ماهواره ای به منظور تهیه نقشه نیز بخشی کلیدی از پردازش تصویر است. طبقه بندی تصاویر یعنی گروه بندی تعداد زیاد پیکسلهای منفرد به طبقات و یا داده های موضوعی محدود که قابل مدیریت باشند. روشهای گوناگونی به همین منظور بکار گرفته شده اند که طبقه بندی حداکثر احتمال نظارت شده از قدیمی ترین و شبکه عصبی مصنوعی، و طبقه بندی فازی از جدیدترین آنها می باشند.[4]

از لحاظ تئوری طبقه بندی حداکثر احتمال را بهترین روش ممکن در تفکیک کاربری های مختلف یک منطقه دانسته اند.[9] اما در عمل بدلیل احتمال پراکنش اجزاء مختلف در یک پیکسل این طبقه بندی بهینه نخواهد بود. طبقه بندی حداکثر احتمال نظارت شده معمول ترین نوع طبقه بندی در مطالعات سنجش از دور بوده است که در این مطالعه جهت تهیه طبقات مختلف پوشش گیاهی مراتع انتخاب گردید. این روش طبقه بندی واریانس و کواریانس داده های نقاط تعلیمی در هر کاربری را ارزیابی و از آنها برای طبقه بندی پیکسلهای تصویر استفاده می کند.[4]

شاخصهای گیاهی طرح های تغییر یافته ریاضی برای برآورد توزیع طیفی پوشش گیاهی برای مشاهدات چند طیفی است. که در اکثر این شاخص ها از ترکیب، باندهای قرمز1 و مادون قرمز نزدیک2 استفاده می شود. این شاخص ها برای تشخیص درصد تاج پوشش گیاهی، شاخص سطح برگ3، انعکاس فعال فتوسنتز جذبی4 که در فرایند تولید ناخالص بکار میرود و تبخیر و تعرق کاربرد دارد. شاخص های گیاهی در دهه 1970 بر اساس استفاده از باندهای قرمز و مادون قرمز نزدیک توسعه یافتند و به دو دسته: -1استدلالی -2 5 متعامد6 تقسیم بندی میشوند. از شاخصهای گروه اول میتوان7RVI ،8NDVI و از شاخص های گروه دوم9PVI و10DVI را میتوان نام برد.

تعدادی از شاخص ها در واقع هیبرید شاخصهای گیاهی هستند که 11SAVI از این جمله می باشد. شاخص NDVI وضعیت پوشش گیاهی را بر روی سطح زمین در مناطق وسیع به ما می دهد. پوشش گیاهی متراکم و نیز مناطق با لاشبرگ و یا مناطقی که عاری از پوشش گیاهی هستند نیز بخوبی از طریق این شاخص قابل شناسائی هستند. شاخص NDVI همچنین قابلیت تشخیص آب و یخ را بخوبی از هم داراست. SAVI شاخصی است که در راستای ساختن شاخص های گیاهی که به منظور به حداقل رساندن اختلافات انعکاس طیفی پوشش گیاهی که در اثر انواع مختلف پس زمینه خاک ایجاد می شوند ارائه شده است.

آنالیز تجزیه به مؤلفههای اصلی12 به آنالیز فاکتورها مربوط می گردد که میتوان آن را برای انتقال یک سری تصاویر باندها به ترتیبی به کاربرد که باندهای جدید که اجزاء نامیده میشوند با یکدیگر همبستگی نداشته باشد و به طوری مرتب می شوند که می توانند اختلاف تصاویر را توصیف نمایند. بدین ترتیب اجزاء، اختلافات ذاتی سری باندهای اصلی را به صورت آماری فشرده کرده است. از طریق این تبدیل همبستگی هرکدام از اجزاء با دیگر اجزاء قطع گردیده است.

لذا هر کدام از اجزاء اطلاعات جدیدی را شامل می شوند. همچنین به علت آنکه این اجزاء با داشتن مقدار اطلاعاتی که همراه دارند مرتب می گردند چند جزء اول حاوی بیشترین اطلاعات واقعی سری باندهای اصلی می باشند. در حالیکه اجزاء بعدی فقط اختلافات جزء را توصیف می نمایند. یکی از کاربردهای این آنالیز متراکم کردن داده هاست. پوشش گیاهی از دیگر عوارض سطح زمین کاملاً متفاوت است چرا که این پوشش در جذب طول موجهای قرمز نور آفتاب و انعکاس امواج مادون قرمز نزدیک بسیار پر قدرت عمل می کند بر این اساس تغییرات و خصوصیات پوشش گیاهی پایه و اساس تهیه نقشه های پوشش گیاهی، کاربری زمین و تغییرات کاربری می باشند.[4]

حسینی - - 1381 قابلیت داده های ماهواره لندست را جهت تهیه نقشه کاربری اراضی و داده هایETM+13 را به منظور برآورد درصد تاج پوشش گیاهی مراتع در منطقه چمستان بررسی نموده و نتیجه گرفته است که در شیوه طبقه بندی نظارت شده، استفاده از روش حداکثر احتمال بیشترین میزان صحت کلی و ضریب کاپا14 رادر مقایسه با نقشه تهیه شده از شاخص NDVI به همراه دارد .[3] دیموند15 و همکاران - 1996 - نقشه پوشش گیاهی منطقه گیسبورن را با استفاده از داده های سنجنده نقشهبردار موضوعی16 تهیه نمودند. ایشان این نقشه را برای مدیران محلی و برنامه ریزان منطقه ای مفید دانسته، ولی استفاده ازآن را به عنوان نقشه پایه برای اهداف تحقیقاتی مناسب ندانسته اند.[6]

ارزانی و همکاران - 1376 - در مطالعه ای که به منظور تخمین پوشش و تولید گروههای مختلف گیاهی در دومنطقه آب و هوایی خشک و نیمه خشک در ایالت نیوساوت ولز استرالیا با استفاده از داده های رقومی سنجنده نقشهبردار موضوعی انجام دادند، تخمین پوشش و تولید مراتع را با استفاده از این اطلاعات امکان پذیر دانستند.[1] خواجه الدین - 1377 - به منظور بررسی پوشش گیاهی در منطقه جازموریان، از داد ه های رقومی ماههای آوریل، جولای و سپتامبر سنجنده اسکنر چند طیفی17 استفاده کرده است و نتیجه گیری نمود که هیچ کدام از شاخصهای بکار رفته با جوامع گیاهی منطقه رابطه ای نداشته اند.[2]

در این پژوهش به منظور تعیین روشی سریع و با دقتی معقول برای شناسایی و تهیه نقشه طبقات مختلف پوشش مراتع، روش طبقه بندی حداکثر احتمال نظارت شده، شاخص های گیاهی NDVI و SAVI و آنالیز تجزیه به مولفه های اصلی بر روی دو سری از تصاویر سنجنده نقشه بردار موضوعی ماهواره لندست 5 استفاده گردید. جهت افزایش میزان صحت و نیز اعتبار سنجی نتایج، داده برداری میدانی با استفاده از روش پلاتهای نمونه برداری اعمال گردید. نقشه و یا نقشه های تولیدی حاصل از این پژوهش از اهمیت زیادی برای مدیران منابع طبیعی و بهره برداران مراتع در شناخت تغییرات بعمل آمده و روند آن در مراتع منطقه و نیز مدیریت بهینه چرای دام در مراتع برخوردار است.

-2 منطقه پژوهش

منطقه پژوهش با مساحتی حدود 27000 هکتار بین طولهای جغرافیائی 660259 تا 680367 و عرض های جغرافیائی 3920180 تا 3944756 در 25 کیلومتری شمال غرب سنندج واقع شده است. میزان بارندگی سالانه 470 میلیمتر است. کاربری عمده منطقه مرتع و دامداری شغل اصلی مردم منطقه می باشد. دام غالب گوسفند سپس بزو ترکیب دام و نژاد آن گوسفند کردی و گوسفند لری به میزان 90 درصد و 10 درصد باقیمانده را بز تشکیل میدهد.

فصل رویش بر حسب سال متغیر بوده و معمولا از اواخر اسفند تا اواسط مرداد می باشد. شروع فصل چرا از اوایل اردیبهشت و در صورت مساعد بودن عرصه بسیار زودتر از این تاریخ است و پایان فصل چرا اواخر مرداد است هرچند که عملاً تا شروع بارندگی ها در پائیز دام در مرتع دیده می شود و به طبع آن معمولاً شدت چرای دام در منطقه سنگین می باشد. شکل شماره 1 منطقه مورد مطالعه و موقعیت آن را در استان کردستان و کشور نشان می دهد.

-3 مواد و روشها

داده های ماهواره ای مورد استفاده در این پژوهش شامل دو پنجره از تصویر سنجنده نقشه بردار موضوعی ماهواره لندست5 مربوط به تاریخ های 25 ژوئن 2010 برابر با 4 تیر ماه 89 و 28 آگوست 2010 برابر با 6 شهریور 89 می باشد. داده های این سنجنده شامل شش باند انعکاسی7 - 18 و 5 تا - 1 و یک باند حرارتی - 19باند - 6 است.