بخشی از مقاله
چکیده:
از تصاویر سنجنده MODIS محصولات زیادی از جمله محصول آتش فعال تولید میشود. این محصول با استفاده از الگوریتم زمینهای در سطح جهانی تولید و قابل دسترس میباشد. این تحقیق با هدف تعیین میزان درصد کشف آتش فعال بهکمک محصول آتش در جنگلهای شمال در سال 1388 انجام شد. به این منظور در مجموع 551 محصول آتش گذر روزانه 270 - گذر از ماهواره Aqua و 281 گذر از ماهواره - Terra سنجنده MODIS دریافت و تحلیل شد. در هر محصول آتش گذر روزانه طول و عرض جغرافیایی مرکز پیکسلهای شناساییشده به عنوان آتش موجود می-باشد .
با استفاده از مختصات جغرافیایی پیکسلهای آتش، نقشه نقطهای برای تمامی گذرها به صورت جداگانه تهیه شد. مشخصههای آتشسوزیهای گزارش شده در سال 1388 و در کل جنگلهای شمال از سازمان جنگلها، مراتع و آبخیزداری کشور دریافت شد. آتشهای زیر 2 هکتار حذف و مطالعه با استفاده از 37 مورد آتشسوزی باقیمانده انجام شد. موقعیت آتشهای گزارش شده با موقعیت پیکسلهای شناسایی شده در گذرهای روز و روزهای قبل و بعد آتشسوزی مقایسه شد. با مقایسه آتشهای شناساییشده از تصاویر با واقیعت زمینی - آتشهای گزارش شده - ، مشخص شد که 7 مورد از آتشهای گزارش شده، شناساییشدهاند .
آتشهای شناساییشده مساحتی بین 3 تا 47/5 هکتار داشتند. 3 مورد از آتشها به کمک تصاویر ماهواره Aqua و 4 مورد از آتشها به کمک تصاویر ماهواره Terra شناسایی شدند. از عمده دلایل عدم شناسایی برخی از آتشها میتوان به حرارت کم آتشها در هنگام سوختن، پوشش ابر در جنگلهای شمال، تاج پوشش بسته در فصول رویشی و مساحت کم بیشتر آتشها اشاره کرد.
از جمله نتایج مهم این تحقیق، شناسایی آتشهایی با مساحتهای 3 و 4 هکتار و عدم شناسایی آتشی با مساحت 40 هکتار است. در مجموع به دلیل کوچک بودن مساحت نمونهها درصد شناسایی آتشها پایین - 19% - بود. اما همین درصد پایین نیز میتواند درجهت جلوگیری از خسارات موثر باشد. میتوان نتیجهگیری نمود که تصاویر سنجنده MODIS پتانسیل بالقوه خوبی در شناسایی آتشها در جنگلهای شمال دارند اما با استفاده از الگوریتم جهانی کشف آتش درصد شناسایی پایین است. پیشنهاد میشود در حال حاضر از این تصاویر و الگوریتم یادشده در پایش این ناحیه استفاده شود و تحقیقهای تکمیلی برای بهبود الگوریتم متناسب با شرایط این ناحیه رویشی انجام شود.
-1 مقدمه :
جنگلهای شمال نه تنها در ایران، بلکه از با ارزشترین جنگلها در دنیا است. هر ساله بسته به شرایط محیطی، اقلیمی و اجتماعی اقتصادی تعدادی آتشسوزی در این جنگلها رخ میدهد و به دلیل عدم وجود پایش مناسب در بیشتر موارد مسئولین زیربط به موقع از وقوع آتشسوزی اطلاع حاصل نمیکنند تا به اطفاء آن در اسرع وقت اقدام نمایند. از آنجایی که ترمیم جنگل پس از آتشسوزی کاری زمانبر و پرهزینه میباشد، اقدامات مناسب در جهت پیشگیری و کاهش خساراتها مهم و ضروری میباشد. یکی از فعالیتهای مهم در این زمینه، شناسایی بهموقع آتشهای فعال می-باشد.
این امر در گذشته به کمک روشهای سنتی از قبیل دیدهبان، بالگرد و هواپیما انجام میشد .[3] با پیشرف بشر در زمینه فنآوری فضایی به خصوص در زمینه سنجندههای سنجش از دوری و باندهای حرارتی، پایش آتشها به کمک تصاویر ماهوارهای، جایگزین روشهای سنتی شدند. این امر زمانی توسط تصاویر ماهوارهای میسر میشود که باندهایی در طول موجهای حرارتی، به خصوص در دامنه 3 تا 5 و 11 میکرومتری ثبت شوند [7] .[ 13] پایهگذار تئوری کشف آتش بر اساس قانون جابجایی وین بود. ایشان مدلی برای شناسایی مناطقی با حرارت بالا توسعه دادند.
این مدل بر این اساس بود که اگر قسمتی از یک عنصر تفکیک زمینی1 گرمتر از قسمتهای دیگر آن باشد، آن قسمت در طول موج 3/75 میکرومتر انرژی بیشتری نسبت به طول موج 11 میکرومتر ساطع میکند. پس از تلاشهای [7] روشهای زیادی برای شناسایی آتش فعال توسعه داده شدهاند. این روشها به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. در ابتدا روشهای حدآستانه ثابت استفاده میشدند و در ادامه روشهای زمینهای برای شناسایی آتش توسعه پیدا کردند .[6]
طراحی سنجنده MODIS3 و نصب آن در ماهواره Terra در سال 1999 نقطه عطفی در زمینه شناسایی آتش محسوب میشود. در این سنجنده طبق تجارب و تحقیقهای گذشته باندهایی در طول موجهای 3/96 میکرومتر و 11 میکرومتر گنجانده شد تا برای شناسایی آتش استفاده شود. متعاقب ماهواره Terra، ماهواره Aqua نیز با سنجنده MODIS در سال 2002 به فضا پرتاب شد. زمان تصویر برداری ماهوارههای Terra و Aqua از خط استوا به ترتیب 10:30 و 13:30 در روز و 22:30 و01:30 در شب به وقت محلی میباشد. این ویژگی سبب افزایش قدرت تفکیک زمانی تصاویر سنجنده MODIS شد که امتیازی بسیار مهم در شناسایی آتش محسوب میشود.
پس از پرتاب سنجنده MODIS ،[10] نسخه 3 الگوریتم جهانی کشف آتش را بر اساس تصاویر این سنجنده توسعه دادند. محصول آتش فعال براساس این روش تهیه میشد. سپس در راستای بهبود این الگوریتم [9] نسخه 4 آن را با استفاده از روش آزمون زمینهای توسعه دادند. این روش در حال حاضر برای تولید محصول آتش فعال از تصاویر سنجنده MODIS استفاده میشود.
روش آزمون زمینهای نسبت به روشهای قبلی بسیار بهتر و قابل انعطافتر است و تعداد هشدارهای اشتباه در این روش کاهش پیدا کرده است. در تحقیق حاضر محصول آتش که توسط این الگوریتم تولید می-شوند، بکار گرفته شده است. این محصول برای تمامی گذرهای تصاویر سنجنده MODIS برای هر دو ماهواره Aqua و Terrqa تهیه میشود. در محصول آتش فعال، آتشسوزیها و دیگر منابعی حرارتی نظیر آتشفشان نیز شناسایی میشود.
علاوه بر توسعه الگوریتمها برای شناسایی آتش، تحقیقات دیگری در این زمینه از جمله محلی کردن الگوریتم جهانی [15]، اعتبار سنجی محصولات آتش [14]، بررسی حدود آستانه برای شناسایی آتش به کمک دادههای MODIS [5] و مطالعه میزان موفقیت محصول آتش در سطح کلان [ 8] انجام شده است. تحقیق در این زمینه در ایران سابقه زیادی ندارد. [ 11 ] سه الگوریتم جهانی، بهبود یافته و Graph-based را در پنج مورد آتشسوزی رخداده در استان کرمانشاه جهت شناسایی آتش مقایسه کردند و الگوریتم جهانی کشف آتش را بهتر از دو الگوریتم دیگر دانستند. [12 ]
یک الگوریتم عامل پایه4 را برای شناسایی آتش در جنگل با استفاده از تصاویر MODIS در سطح محلی پیشنهاد دادند و آن را در این مقیاس مناسب دانستند. اردکانی و همکاران در سال 1388 به بررسی کشف آتش به کمک الگوریتم بهبودیافته در نخلستانهای شهر خور از توابع شهرستان نایین در استان اصفهان پرداختند و پیشنهاد کردند که برای شرایط محلی متفاوت حدآستانه مناسب تعریف شود.
رحیم زادگان و همکاران در سال 1390 آشکارسازی ماهوارهای آتشسوزی در عرصههای منابع طبیعی را با الگوریتم جهانی بررسی کردند. پورشکوری و همکاران کارایی تصاویر سنجنده MODIS و الگوریتم جهانی کشف آتش را مورد بررسی قرار دادند. آنها از آتشسوزی رخداده در تیر ماه 1390 در پارک ملی گلستان استفاده کردند و نتیجه گرفتند که تصاویر سنجنده MODIS پتانسیل بالقوه خوبی بری شناسایی آتشهای فعال در جنگلهای شمال دارند.
در حال حاضر از تصاویر ماهوارهای برای پایش جنگلهای ایران استفاده نمیشود. در حالی که این امر با توجه به در دسترس بودن تصاویر ماهوارهای MODIS و همچنین روشهای شناسایی آتش از جمله روش زمینهای کشف آتش میسر میباشد. ابتدا باید با تحقیقاتی درصد موفقیت روشهای موجود تعیین تا در صورت کارایی لازم از آنها استفاده شود. در صورت عدم کارایی روشهای موجود میتوان آنها را برای سطوح محلی بهبود داد و یا حتی الگوریتم جدیدی در این زمینه توسعه داد. هدف از انجام این مطالعه تعیین درصد آتشهای شناساییشده با استفاده از الگوریتم جهانی کشف آتش در سال 1388 در جنگلهای شمال میباشد.
-2 منطقه مورد مطالعه و روش تحقیق:
-1-2 منطقه مورد مطالعه و دادههای میدانی:
جنگلهای شمال که در استانهای گیلان، مازندران و گلستان گسترده است، برای انجام این مطالعه انتخاب شد. آتشسوزیهای گزارششده در این جنگلها در سال 1388 به همراه اطلاعات آنها از جمله زمان شروع و پایان آتش-سوزی، مساحت و موقعیت آنها از سازمان جنگلها، آبخیزداری و مراتع کشور دریافت شد. آتشهای زیر 2 هکتار حذف و مطالعه با تعداد 37 مورد آتش باقی مانده که مساحت انها بین 2 تا 47/5 هکتار بود انجام شد. 30 مورد از آتشها مساحتی زیر 10 هکتار، 5 مورد مساحتی بین 10 تا 20 هکتار و 2 مورد مساحتی بالای 20 هکتار داشتند. نقشه این آتشها به عنوان واقیت زمینی در این تحقیق استفاده شد.
