بخشی از مقاله
در کشور ما سالیانه هزاران هکتار از درختان، درختچهها و گیاهان طعمه آتش میشود. حریقها علاوه بر خسارات اقتصادی، آثار مخرب زیست محیطی را نیز به دنبال دارند. وقوع آتش سوزیهای مکرر در مناطق مختلف ایران در چند سال گذشته پژوهشگران منابع طبیعی را بر آن داشته است تا پژوهشهای جدیدی در عرصههای با ارزش جنگلی انجام دهند.
در پژوهش حاضر از تصاویر ماهوارهای MODIS و الگوریتم پیشرفته تشخیص محل به منظور شناسایی مناطق دارای پتانسیل آتش در جنگلهای شهر شفت استان گیلان استفاده گردیده است. در روش پیشنهادی، پس از انجام تصحیحهای رادیومتری و هندسی با استفاده از ماسک ابر و آب این دو پدیده از تصویر حذف شدند و سپس نواحی دارای پتانسیل آتش مشخص گردید. نتایج نشان میدهد که 45 درصد از مناطق شهرستانشفت خصوصاً مناطق شمالی آن مستعد آتش هستند.
-1 مقدمه
به دلیل قرار گرفتن کشور ایران در کمربند خشک کره زمین و ناحیه پرفشار جنب حاره ای، شرایط جوی برای وقوع حوادث غیرمترقبه کاملاً فراهم است. مطابق بررسیهای انجام شده، کشور ما جزء 10 کشور حادثه خیز دنیاست، به طوری که از 40 حادثهای که تاکنون شناسایی شده است، 31 مورد آن در ایران رخ داده میدهد. یکی از این حوادث که به وفور در ایران اتفاق میافتد، پدیده آتش سوزی جنگلها و مراتع است. بر طبق گزارشهای منتشر شده از طرف سازمان خواربار جهانی - FAO - هر ساله حدود 0/06 درصد از جنگلهای ایران بر اثر آتش سوزی از بین می رود.[8]
بر اساس گزارش سازمان جنگلها، مراتع و آبخیزداری کشور، عرصههای منابع طبیعی ایران شامل جنگل، مرتع، بیابان، بیشه زار و درختچه زارها معادل 83/48 درصد از مساحت کشور را شامل میشود، که از این بین سهم جنگلها و مراتع 61/82 درصد است [4] و عمده آتش سوزی ایران در این عرصهها اتفاق میافتد. از مهمترین عواملی که زمینه آتش سوزی در جنگلها و مراتع را فراهم میآورد، کاهش رطوبت نسبی هوا و در دسترس بودن مواد سوختی است.
ماده سوختی میتواند از خشک شدن شاخ و برگ گیاهان به دلیل خشکسالی و یا یخبندان در فصل زمستان فراهم شود. هم چنین در فصل پاییز که سطح جنگل را برگهای خشک شده میپوشاند، گرم شدن هوا زمینه مناسبی را برای آتش سوزی مواد سوختی فراهم میآورد و انباشت مواد سوختی در جنگل، خطر آتش سوزی را افزایش میدهد. نگهداری درختان خشک شده در فصولی که خطر آتش وجود دارد نیز بر ریسک حریق میافزاید.
از طرف دیگر، بی احتیاطی ساکنان و یا مسافران و عدم امکان دستیابی به مناطق آتش گرفته، باد، توپوگرافی و شکل زمین و مدیریت آتش، از عواملی هستند که در شدت و گسترش آتش سوزی مؤثرند.[7] وقوع آتش سوزیهای مکرر در مناطق مختلف ایران، پژوهشگران منابع طبیعی و سنجش از دور ایران را بر آن داشته است تا پژوهشهای جدیدی در عرصههای با ارزش جنگلی و پوششهای گیاهی انجام دهند، تا حتی الامکان از بروز و گسترش آتش جلوگیری به عمل آورند.
مطالعات مربوط به آتش در ایران، از سال 1338 توسط جزیرهای آغاز شد [6] و به دنبال آن پژوهشگران دیگری مطالعاتی را در زمینه آتش سوزی در جنگلها و تأثیر آن بر روی پوشش گیاهی با مشاهدات زمینی انجام دادهاند 1] و .[3 در تحقیقی دقت تصاویر MODIS در کشف آتش در جنوب آفریقا را با استفاده از تصاویر ASTER همزمان مورد مطالعه قرار گرفته است .[12]
در سالهای اخیر مطالعات زیادی در زمینه شناسایی، نظارت و بررسی رفتار آتش با استفاده از تصاویر ماهوارهای و مدل سازی در محیط GIS در ایران و جهان به وسیله پژوهشگران مختلفی صورت گرفته که منجر به دستیابی به الگوریتمهای بهینه به منظور کشف آتش با دقت بهتری در مقیاس جهانی و منطقهای شده است 2]، 9، 11، 13و .[14 این آشکارسازی معمولاً در محدوده طیفی فروسرخ حرارتی و فروسرخ انعکاسی صورت میگیرد10]، 14 و [15، زیرا این باندها کاربردهای فراوانی در تشخیص منابع حرارتی از قبیل آتش سوزی دارد .[5]
در این مطالعه از تصاویر ماهوارهای MODIS به منظور کشف مناطق دارای پتانسیل آتش در شهرستان شفت استان گیلان استفاده گردیده است. در بخش 2 نوشتار حاضر، موقعیت جغرافیایی منطقه تعیین گردیده و در بخش 3 خصوصیات طیفی و روشهای کشف مناطق دارای پتانسیل آتش بیان شده است. در بخش 4 روش پیشنهادی برای شناسایی مناطق دارای پتانسیل آتش از تصاویر ماهوارهای MODIS ارائه گردیده و در نهایت اقدام به اجرا و پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی و استخراج نقاط دارای پتانسیل آتش شده است.
-2موقعیت جغرافیایی منطقه
منطقه مورد مطالعه، شهرستان شفت استان گیلان است. این شهر در فاصله 22 کیلومتری جنوب غربی رشت قرار دارد که از شمال به شهرستان صومعه سرا و از شرق به شهرستان رشت و از جنوب به شهرستان رودبار و از غرب به شهرستان فومن محدود است. . شهرستان شفت در مختصات جغرافیایی 36 درجه و 56 دقیقه تا 37 درجه و 18 دقیقه عرض شمالی از خط استوا و 49 درجه 10 دقیقه تا 49 درجه و31 دقیقه طول شرقی از نصف النهار مبداء واقع شده است. شهرستان شفت دارای سه اقلیم کوهستانی، جنگلی و منطقهی خشک ییلاقی میباشد.
بر اساس اطلاعات ثبت شده، درجه حرارت شفت در گرمترین ایام حداکثر 29/8 و در سردترین ایام حداقل 3/2 درجه است. حجم انبوهی از لاشبرگها و سر شاخههای خشک در کنار یکدیگر بستر مناسب و خطرناکی را برای ایجاد حریق - عمدی یا غیر عمدی - فراهم میآورد، به طوری که طی مدت زمان کوتاهی چندین فقره آتش سوزی، دسترنج سالیان متمادی جنگل، جنگلبانان و مردم بومی منطقه را طعمه حریق ساخت.
-3 مواد و روشها
سنجنده MODIS یک سنجنده چند طیفی با قدرت تفکیک مکانی متوسط میباشد که به دلیل قرار گرفتن بر روی ماهوارههای Terra و Aqua در سالهای 2000 و 2002، امکان ثبت تصاویر انعکاسی و حرارتی را در 36 باند طیفی به صورت دو بار در روز فراهم آورده است. لذا دادههای این سنجنده پتانسیل بالایی در آشکارسازی منطقه دارای پتانسیل آتش تصاویردارد. در این پژوهش از تصاویری که به وسیله سنجنده MODIS در ساعت 9 و 15 دقیقه به وقت گرینویچ در تاریخ 2010/12/12 تصویربرداری شده است، استفاده گردید.
روشهای کشف مناطق دارای پتانسیل آتش عمدتاً بر مبنای پردازش و تجزیه و تحلیل باندهای حرارتی و انعکاسی استوار است و معمولاً در مقیاس کوچکتر از ابعاد پیکسل صورت می گیرد. سیگنالهای ناشی از آتش به اندازهای قوی هستند که اگرچه تنها بخش کوچکی از یک پیکسل را در بر گرفته باشند ولی میتوانند کل پیکسل را به گونهای که قابل شناسایی باشند، تحت تأثیر قرار دهند. بعضی از باندهای سنجنده MODIS در همان محدوده طیفی طراحی گردیده است که برای کشف هستههای دارای پتانسیل آتش مناسب است.
در هر طول موج، تابش اندازه گیری شده نمایانگر درجه حرارت جسم سیاه در آن طول موج است، که به صورت تابش انتشار مییابد؛ این همان دمای درخشندگی است. در سنجندهها سنجش و اندازهگیری تابش، متفاوت است و خروجی هر باند به صورت ولتاژی است که متناسب با انرژی رسیده به سنجنده در واحد زمان است. این ولتاژ که به صورت آنالوگ ظاهر میشود، به عددی رقومی تبدیل میگردد. این فرایند در سنجنده MODIS به صورت 16 بیتی صورت می گیرد که آن را توان تفکیک رادیومتری سنجنده می گویند.
منحنی رادیانس طیفی پدیدهها با درجه حرارتهای مختلف بر حسب طول موج نشان می دهد که با افزایش درجه حرارت اجسام، نقطه حداکثر تشعشع به سمت امواج کوتاهتر تمایل پیدا می کند - قانون جا به جایی وین - . بر مبنای قانون جا به جایی وین، میتوان با استفاده از طول موجهای مختلف به تفکیک اهداف حرارتی اقدام کرد.
هستههای آتش با مساحت تنها 20 متر مربع قادرند که درجه حرارت درخشندگی را تا 20 واحد در محدوده 3/7 میکرومتر افزایش دهند، که همین مقدار برای کشف مناطق دارای پتانسیل آتش کافی خواهد بود. منحنی رادیانس طیفی بر اساس درجه حرارت پدیدهها در محدوده طول موجهای کوتاه مادون قرمز - 3/7میکرومتر - و طول موجهای بلندتر مادون قرمز 11 - میکرومتر - نشان می دهد که با افزایش درجه حرارت، منحنی رادیانس طیفی در طول موجهای مادون قرمز کوتاهتر به شدت افزایش پیدا می کند.
بنابراین با انتخاب طول موجهای مناسب 3/7 - میکرومتر یا کوتاهتر - در سنجش از دور میتوان به شناسایی پدیدههای با درجه حرارت بسیار زیاد - نظیر پوشش گیاهی- مبادرت ورزید .[16] استفاده از الگوریتمهای موجود کشف مناطق دارای پتانسیل آتش برای کشف پیکسلهای دارای پتانسیل آتشهایی که دارای وسعت کم و درجه حرارت پایین هستند، دشوار است، زیرا این آتش ها به اندازه کافی حرارت و تشعشع ندارند تا بتوانند سنجندههای حرارتی نصب شده بر روی ماهوارهها را تحت تأثیر قرار دهند. الگوریتمهایی که تاکنون طراحی شدهاند برای کشف آتش سوزی در مقیاسهای جهانی مناسبند. این الگوریتمها برای کشف آتشهای با حرارت زیاد از باندهای فروسرخ حرارتی و انعکاسی استفاده میکنند.
محدودیت روشهای مذکور این است که انعکاسهای گمراه کننده - که گاهی در طول روز در منطقه مورد مطالعه بروز می کند- باعث میشود که آتش سوزی به اشتباه تشخیص داده شود و یا اینکه آتشهای سرد و کوچک به خاطر استفاده از حد آستانه بالا که برای کشف آتش در مقیاسهای جهانی طراحی گردیدهاند، آشکار نشده و تشخیص داده نشوند.
