بخشی از مقاله
چکیده
با توسعه شهرنشینی، مقادیر زیادي از مساحت مناطق کشاورزي و جنگلی جاي خود را به خانه ها، مناطق صنعتی و دیگر زیرساخت ها داده اند. این سطوح که غیر قابل نفوذ می باشد، توازن انرژي و مقدار رواناب سطح را تغییر میدهند که خود مشکلات زیست محیطی جدي را - مانند سیل و آلودگی هاي حرارتی - براي ساکنین شهر به دنبال دارد. امروزه اکثریت جمعیت جهان در شهرها زندگی می کنند، به همین دلیل اطلاعات مربوط به دینامیک درونی این محیط ها بسیار اساسی می باشد تا بتوان استانداردهاي دقیق زندگی را در محیط هاي شهري حفظ کنیم. در این تحقیق شهر تهران که مهمترین مرکز جمعیتی و یکی از مهمترین مراکز صنعتی ایران می باشد و در طول چند دهه اخیر رشد شهري سریعی داشته است مورد مطالعه قرار گرفته است.
سنجش از دور داراي کاربردهاي متفاوتی در تحقیقات جهانی آنالیز پوشش اراضی سطوح شهري می باشد. اگر چه روش تصویربرداري چند طیفی - لندست TM و - ETM+ ابزاري منطقی براي تولید نقشه هاي ساختارهاي مختلف شهري به وجود آورده است، اما در سطوح شهري به علت وجود مواد متفاوت در میدان دید سنجنده هاي چند طیفی، الگوي پیچیده اي از پوشش هاي اراضی مشاهده می شوند.
از آنجا که خصوصیات بیوفیزیکی سطح توسط نوع پوشش اراضی سطوح تعیین می شود، هدف اصلی از انجام این تحقیق، مطالعه طبقه بندي پوشش اراضی شهري شهر تهران براساس تغییر در خصوصیات بیوفیزیکی آن، در سطح طبقه بندي زیر پیکسل subpixel و استخراج کسر خاك، پوشش گیاهی و سطوح غیر قابل نفوذ با استفاده از تصاویر ETM+ می باشد. براي محاسبه درصد هر یک از این سطوح از روش جداسازي طیفی - - 5 LSU استفاده شد. ضریب همبستگی %97 میان تصویر کسر پوشش گیاهی و تصویر NDVI استخراج شده از تصاویر ETM+ نشان دهنده موثر بودن مدل LSU انجام شده بر روي داده هاي سنجنده ETM+ براي استخراج کسر هر یک از پوشش هاي اراضی می باشد.
-1مقدمه
مناطق شهري حدود %1 از کل پوشش هاي اراضی را تشکیل می دهند . - Kardi, 2006 - رشد شهري به خصوص در شهرهاي بزرگ با سرعت زیاد تغییرات کاربري را در پی دارد. به همین دلیل مطالعه تغییرات پوشش اراضی مناطق شهري و سطوح اشغال شده توسط هریک از کاربري ها همواره مورد توجه بوده است. طبقه بندي یکی از ابزارهاي معمول و شناخته شده در استخراج اطلاعات پوشش اراضی از تصاویر سنجش از دوري است. براي طبقه بندي یک تصویر، هر پیکسل در تصویر مفروض به یکی از چندین پدیده - کلاس - نسبت داده می شود.
در بسیاري از طبقه بندي ها فرض بر آن است که هر پیکسل خالص است و تنها از یک جنس واحد یا یک پوشش زمینی می باشد. این فرض همیشه صادق نیست چرا که، براي مثال، در تصاویر ETM+ که محدوده مربع شکلی با مساحت 30*30 - مترمربع - روي زمین را می پوشاند، بسیاري از پدیده هاي مکانی کوچکتر از قدرت تفکیک سنجنده می باشند. پیکسل هایی را که بیش از یک پدیده در آنها شرکت می کنند پیکسل هاي مختلط گویند. استفاده از روش هاي طبقه بندي معمول براي طبقه بندي پیکسل هاي مختلط مناسب نمی باشد. طبقه بندي پیکسل هاي مختلط روشی است که هدف از آن تحصیل نوع و سهم هریک از مولفه هاي موجود در پیکسل ها می باشد.
تحقیقات بسیاري با استفاده از تصاویر لندست بر روي مناطق شهري صورت گرفته است. - 1995 - Ridd، مدل Vegetation, - V-I-S - Impervious surface-Soil را براي مناطق شهري پیشنهاد داد. او از مدل V-I-S براي توصیف مورفولوژي شهري، شهر Salt Lake استفاده کرد. اما مدل V-I-S به علت مشکلات محاسبات سطوح غیرقابل نفوذ، تنها به صورت مفهومی و با کاربرد محدود قابل ملاحظه می باشد. ضیاییان فیروزآبادي - - 1996 از منطق فازي در بدست آوردن سهم هر کاربري در یک پیکسل در منطقه شهري مدرس هندوستان استفاده نمود.
Ji و - 1999 - Jensen کسر سطوح غیر قابل نفوذ را براساس آنالیز subpixel و طبقه بندي layered براورد کردند، اما به خاطر محدودیت روش subpixel، نتایج آنها تنها با بازه هاي 10 درصدي قابل نمایش بود. Ward و همکارانش - 2000 - ، روشی را براي طبقه بندي پوشش گیاهی و خاك با درجه دقت متوسط پیشنهاد کردند. اما نتایجش را براي محاسبه سطوح غیرقابل نقوذ ارائه ندادند - 2001 - Small، نیز با استفاده از تصاویر TM فروانی پوشش گیاهی و تغییرات آن را در طول چند سال به وسیله مدل جداسازي طیفی بر روي شهر نیویورك، با استفاده از روش جداسازي طیفی خطی مورد مطالعه قرار داد.
سپس در سال Phinn 2002 و همکارانش توزیع سطوح غیر قابل نفوذ را با استفاده از روش آنالیز طیفی مخلوط محاسبه کرد و توانست مناطق تجاري مسکونی و صنعتی را براساس درصد پوشش گیاهی آنها استخراج کند. یک روش ساده اما قابل استفاده براي مشخص کردن ترکیب مناطق شهري مدل Vegetation, Impervious surface- - V-I-S - Soil است که توسط - 1995 - Ridd، بیان شد. Ridd اظهار کرد که مدل V-I-S می تواند زیربنایی باشد براي درك بهتر محیط شهري، جغرافیاي فیزیکی - مانند جزایر حرارتی شهري، مدل کردن رواناب و آشکارسازي تغییرات شهري - و نیز جغرافیاي انسانی - مانند تخمین تراکم جمعیت و ارزیابی کیفیت زندگی - . با استفاده از این سه مولفه اساسی زمین هاي شهري را می توان با سه ترکیب ساده نمایش داد شماي کلی این مدل را می توان به صورت شکل - 2 - نشان داد.
-2مواد و روش ها
-1-2مواد تحقیق
در این تحقیق از تصاویر سنجنده ETM+ ماهواره لندست7 به تاریخ 2002/08/09 استفاده شد.
-2-2 روش انجام تحقیق
به طور کلی جداسازي طیفی فرایندي است که با استفاده از سنجش علائم طیفی، امکان استخراج اطلاعات را در سطح زیرپیکسل داده و روشی مناسب را براي شناسایی عناصر در پیکسل هاي مختلط فراهم می کند. یکی از مهمترین ویژگی هاي جداسازي طیفی، برخلاف طبقه بندي، دقیق و قابل اطمینان بودن نتایج بدست آمده از آنها می باشد، به طوري که می توان با استفاده از نتایج بدست آمده از این الگوریتم ها، محاسبات کمی انجام داده و مساحت اشغال شده توسط مواد تشکیل دهنده صحنه تصویربرداري را برآورد نمود. مدل ترکیب خطی - Linear Mixing Model - ، طیف مشاهده شده توسط هر پیکسل را نشان می دهد که به صورت رابطه - 1 - بیان می شود.
