بخشی از مقاله
چکیده
دریای خزر به دلیل تغییرات شدید تراز آن مشکلات بسیاری را برای سواحل دریای خزر بویژه در مناطق کم عمق ایجاد نموده است. پایش مدام کرانههای کم عمق بوسیله دادههای سنجش از راه دور کمکی شایانی جهت مدیریت صحیح سواحل کم عمق مینماید. عمق سنجی در زمینههای مختلفی همچون کشتیرانی و ناوبری، احداث سازههای دریایی و تعیین نقاط پر خطر ساحلی و در امور مهندسی، محیط زیست و نظامی حائز اهمیت است. سنجش عمق از طریق اکوساندر و ارسال امواج صوتی یا به روش لیدار به ترتیب امری زمانبر و هزینه بر میباشد.
در صورتی که بهره گیری از فناوری سنجش از دور راهکاری موثر برای جمع آوری اطلاعات در سطحی وسیع و در زمانی کوتاه محسوب میشود. دادههای لندست 8 بدلیل قدرت تفکیک رادیومتریکینسبتاً بالا و وجود 2 باند در محدوده آبی و نزدیک به آبی کارایی بسیاری در مناطق کم عمق ساحلی دارد. هدف از این پژوهش، عمق سنجی نواحی ساحلی محدوده جنوب شرقی دریای خزر با استفاده از آنالیز PCA می-باشد.
به همین منظور در پژوهش پیشرو از دادههای زمینی با دقت بالا و نیز عبور تقریبا همزمان سنسور لندست 8 با داده های زمینی جهت برآورد عمق سواحل گمیشان استفاده شده است . تعیین عمق بوسیله آنالیز PCA صورت گرفته است. نتایج حاصل ضریب همبستگی بسیار بالایی را بین دادههای زمینی و عمق حاصل از تصویر لندست نشان میدهد.
مقدمه
دریای خزر به عنوان بزرگترین پهنه آبی جهان در قاره اورسیا قرار دارد. بدلیل فرو رفتگی عمیق پوسته خزر، سطح آب آن 27 متر پایین تر از سطح آب اقیانوسها برآورد شده است. محدوده خزر بیش از 370 هزار کیلومتر مربع است و حجم آن در حدود 78 هزار کیلومتر مربع میباشد. متوسط عمق خزر 208 متر و ماکزیمم عمق آن را 1025 تخمین زده اند. از نظر فیزیولوژیکی و توپوگرافی، دریای خزر به سه بخش شمالی، میانی و جنوبی تقسیم میشود. خزر شمالی کم عمق ترین بخش این دریاست که عمقی در حدود 15-20 متر را دارا میباشد.
عمق خزر میانی حدود 788 متر است و عمیق ترین بخش دریا محدود به بخش جنوبی است که عمقی در حدود 160-180 متر دارد .[6] یکی از ویژگیهای مهم دریای خزر تغییرات شدید تراز آب آن میباشد که بویژه برای سواحل کم عمق ساحلی شایان اهمیت می باشد .[5] در پژوهش حاضر سعی بر آن است که با استفاده از روش سنجش از راه دور به تعیین عمق در نواحی ساحلی قسمت جنوب شرقی دریای خزر بپردازد.
منطقه مورد مطالعه
دریای خزر در عرض شمالی 36 درجه و 33 دقیقه تا 47 درجه و 7 دقیقه و طول شرقی 45 دقیقه و 43 درجه تا 54 درجه و 50 دقیقه قرار دارد. محدوده مورد مطالعه نواحی ساحلی جنوب شرقی این دریاچه را در بر دارد که مطابق با دادههای هیدروگرافی تغییرات عمقی این محدوده از -1 تا -7 متر متغیر میباشد - شکل.
مواد و روشها
در این پژوهش از داده ماهوارهای لندست 8 از سنجنده OLI که به سپتامبر 2016 تعلق دارد استفاده شده است. سنجش از دور متکی بر انرژی بازتابی از پدیدههاست. در اعماق کمتر آب، طول موجهای مرئی میتوانند در آب نفوذ کنند و به کف آب برسند و بازتاب شوند. بازتاب انرژی از آب به خصوصیات ذاتی آب و مواد آلی و معدنی موجود در آن بستگی دارد.[4]
پیش پردازش دادههای لندست جهت تخمین برآورد عمق از گامهای اصلی و ضروری محسوب میگردد. از این رو حذف اثرات اتمسفر مانند میزان بخار آب و ائروسل در پیش پردازش تصاویر، جهت نیل به مقادیر بازتاب1 حقیقی پیکسلها ضرورت دارد. تصحیح اتمسفری فلش برای محدوده طول موجهای مرئی و مادون قرمز نزدیک - بالای 3 میکرون - کاربرد دارد. به همین دلیل این تصحیح اتمسفری بر روی تصویر اعمال شده تا ضمن تقلیل اثرات اتمسفر، بازتابش واقعی پیکسلها نیز بازیابی شود .[2]
در محیط های آبی کم عمق، تابش پرتو درخشان نور خورشید بر سطوح صاف آب مشکل جدی را بر روی تصاویر ماهوارهای از سطح دریا بوجود می-آورد که از آن به عنوان اثر درخشندگی خورشید2 یاد میشود. به منظور حذف اثر درخشندگی خورشید، تکنیکی به پیشنهاد Hedley ارائه شده است .[3] جهت اجرای تکنیک Hedley بر روی تصویر حاصل از تصحیح اتمسفری فلش، از بخش عمیق آب که فرض میشود اثر درخشندگی خورشید در کمترین حد ممکن است یک ناحیه نمونه تعیین میگردد، سپس رگرسیون خطی بطور جداگانه برای هر یک از باندهای مرئی - محور y - در برابر باند مادون قرمز - محور - x محاسبه میگردد.
در این جا اولین مؤلفه - - در الگوریتم برای تعیین عمق مورد استفاده قرار میگیرد، زیرا مقادیر این مؤلفه در راستای بیشترین پراکندگی دادههاست که فرض میشود همان راستای تغییرات عمق است. مقادیر و با استفاده از رگرسیون خطی بین دادههای عمق حاصل شده از تصویر - Z - با دادههای هیدروگرافی بدست میآید. در نهایت همبستگی بین عمق بدست آمده از طریق آنالیز PCA با عمق واقعی محاسبه شده است. شکل 3، مراحل دستیابی به عمق ناحیه ساحل شرقی دریای خزر در شکل زیر نشان میدهد.
