بخشی از مقاله
چکیده
یکی از حوزه های مطالعاتی مهم در سنجش از دور آشکار سازی موفق هدف، خصوصا در صورت وجود تشابه طیفی بین هدف و ناحیه پس زمینه است. تهیه نقشه پهنه های فرسایش بادی هم بدلیل رفتار طیفی مشابه با دیگر پدیده ها و هم نحوه پراکنش مکانی این واحدها در سطح زمین، امری دشوار است. از اینرو مطالعه ی حاضر تلاش می کند با استفاده از روش فیلتر تطبیق یافته - MF - ، به استخراج مطلوب این پهنه ها از تصاویر ماهواره ای بپردازد. در همین راستا از آخرین نسل تصاویر ماهواره ای لندست - Landsat 8 OLI - برای مطالعه منطقه شمال غرب استان خوزستان استفاده شد.
این پژوهش نشان داد روش MF با دقت 80/86 درصد عملکرد مطلوبی را در شناسایی مناطق هدف دارا می باشد و کمتر تحت تاثیر تداخلات کاذب ناشی از ابر داده ها قرار میگیرد. همچنین تطابق مناطق هدف با نقشه فراوانی حضور گردوغبار در بازه چهارده ساله در استان نشان می دهد که حضور گردو غبار در مناطق شناسایی شده به عنوان واحدهای فرسایش بادی دارای حداکثر فراوانی می باشد و این امر بیانگر نقش تشدیدکننده مناطق هدف در پدیده گرد و غبار می باشد.
.1 مقدمه
فرسایش بادی از مهمترین فرآیندهای بیابانزایی در مناطق خشک و نیمه خشک محسوب میشود - زهتابیان و همکاران، . - 1385 گرد و غبار بعنوان یکی از مهم ترین پیامدهای فرسایش بادی در سطح جهان و ایران همواره مشکل ساز بوده است. در داخل ایران به ویژه منطقه غرب و جنوب غرب ایران به طور متناوب با پدیده گرد و غبار و مشکلات آن مواجه است - عزیزی و همکاران، - 1390 دستیابی به اطلاعات در کوتاه ترین زمان وکمترین هزینه از جمله عوامل مهم تأثیر گذار بر تصمیم گیری است.
در سالهای اخیر استفاده از روشهای اتوماتیک، کم هزینه و سریع مانند فناوری سنجش از دور بعلت توانایی در ارائه ی تکنیکهای متنوع و کارامد همواره مورد توجه متخصین علوم محیطی بوده است. با توجه به آنکه شناسایی مناطق مستعد فرسایش بادی و بررسی اثرات آن با استفاده از روش های صحرایی کاری بسیار دشوار، زمان بر و پر هزینه می باشد استفاده از فناوری سنجش از دور در این زمینه می تواند بسیار کارآمد باشد. آشکارسازی هدف بر اساس ویژگی های طیفی پدیده های مختلف از موضوعات اساسی مورد مطالعه در سنجش از دور است.
سطوح طبیعی اغلب از یک ماده یکنواخت تشکیل نشدهاند. اختلاط زمینی در میدان دید لحظه ای زمینی پیکسلهای تصویر، بر روی نشانههای طیفی مواد تاثیر میگذارد - Boardman, 1991 - و شناسایی هدف را مشکل میکند. روشهای رایج طبقه بندی تصویر تنها بدنبال یافتن پیکسلهای خالص هستند و اساسا به اطلاعات موجود در سطح زیر پیکسل نمیپردازند. روش آشکارساز اهداف فیلتر تطبیق یافته - MF - علاوه بر برآورد مقدار هدف در سطح زیر پیکسل، امکان کاهش اثر پس زمینه را فراهم می کنند.
در سالهای اخیر مطالعات بسیاری در سنجش از دور در خصوص انواع روش های آشکارسازی هدف و همچنین فرسایش بادی انجام شده است. Patrick و همکاران در سال 1999 با استفاده از داده های TM به بررسی مینرالوژی تپه های ماسه ای پرداختند. Mohamedو Verstraeten به بررسی داینامیک پهنه های فرسایشی با استفاده از داده های سری زمانی TM پرداختند. هرمس و همکاران با بهره گیری از داده های SPOT4 تغییرات پهنه های متاثر از فرسایش بادی در سطح زیر پیکسل مطالعه نموند. Mohamed Al-Masrahy در سال 2013 تنوع مکانی ژئومورفیک پهنه های فرسایشی بادی را با استفاده از سنجش از دور مطالعه کرد.
در این پژوهش روش MF برای آشکار سازی هدف پهنه های فرسایش بادی در غرب خوزستان و با استفاده از داده های غیرتجاری سنجنده Landsat آزمون شد. با توجه به پیامدهای متعدد پدیده گردوغبار در مقیاسهای مکانی کوچک و بزرگ در استان خوزستان شناسایی مناطق مستعد و تشدید کننده فرسایش بمنظور برنامهریزی و مدیریت بهتر در مقابله با این پدیده و کاهش هزینههای آن از ضرورت قابل توجهی برخوردار است. همچنین بکارگیری داده های ماهواره ای غیر تجاری در قالب روشی مناسب و کارآمد با توجه به هزینه ی بالا و محدودیت های موجود در امر دسترسی به داده های ماهواره ای در داخل کشور می تواند حائز اهمیت باشد.
.2 مواد و روش ها
منطقه مورد مطالعه
منطقه مورد مطالعه در شمال غربی استان خوزستان بین طول جغرافیایی تا و عرض جغرافیایی تا واقع شده و مساحتی در حدود 693،21 کیلومتر مربع را در بر گرفته است - شکل . - 1 منطقه مورد مطالعه از نظر حساسیت سازندها به فرسایش در دو کلاس مقاومتی متوسط تا ضعیف و ضعیف قرار می گیرد و واحد های خاکی قالب تپه های ماسه ای و خاک های رسوبی ریزبافت می باشند و به دلیل گسترش شرایط خشک و نیمه بیابانی، پوشش گیاهی چندانی وجود ندارد.
پیش پردازش داده و تهیه نمونه های تعلیمی
در این کار از داده های سنجنده Landsat 8 OLI1 مربوط به ماه فوریه 2015 استفاده شد. پیش پردازش داده ها شامل تصحیحات هندسی و تصحیحات رادیومتریک با اعمال روابط و ضرایب مربوط به تصویر و سپس اعمال روش Flat Field با توجه به مسطح بودن منطقه انجام شد. سپس منطقه مورد مطالعه از تصویر OLI برش داده شد تا برای شروع مطالعه آماده شود.
در روش های نظارت شده پیکسلهایی که بعنوان نمونه های تعلیمی معرفی می شوند تاثیر بسیاری بر نحوه عملکرد مدل می گذارند . - Foody et al, 1995 - در این مطالعه انتخاب نمونه ها با استفاده از روش - Paola and Schowengerdt, 1995 - ESR در پهنه های هموژن هدف و غیر هدف انجام شد. شکل - 2 - رفتار طیفی مشابهی نمونه های هدف و غیر هدف در باندهای سنجنده را نشان می دهد.
روش فیلتر تطبیق یافته - Matched Filter -
روش MF به عنوان یک روش استاندارد در بسیاری از مطالعات حوضه آشکار سازی اهداف، از گذشته تا کنون استفاده می گردیده است و بر مبنای یک آزمون فرض دو دویی استوار است بطور خلاصه می توان عملگر این آشکار ساز را با رابطه - 1 - تعریف نمود که در آن ، d معرف طیف هدف، x معرف طیف مورد بررسی، µ بردار میانگین حاصل از باندهای تصویری و نیز بیانگر ماتریس کوواریانس پس زمینه است.
MF با استفاده از آمار تصویر به سرکوب پس زمینه و افزایش SNR هدف می پردازد. با استفاده از معادله 5، در پیکسل هایی از تصویر که مقادیر طیفی برابر با میانگین داشته باشند MF برابر با صفر خواهد شد، در حالی که امتیاز MF برای پیکسل هایی که مقادیر طیفی مشابه با هدف داشته باشند برابر با 1 است. این روش یک روش آشکار سازی خطی بهینه است و از آماره های کوواریانس صحنه تصویر برای مدل کردن تغییرات طیفی پس زمینه استفاده می کند.
