بخشی از مقاله
چکیده
طبیعت پیچیده فرسایش آبکندی و نواحی مجاورشان - ناهمگنی - ثابت کرده است که تهیه نقشه فرسایش آبکندی به وسیله روش های متداول - پیکسل - پایه - در طبقهبندی تصاویر ماهواره ای چالش برانگیز است. بر این اساس در این تحقیق سعی شده با استفاده از تکنیکهای پردازش تصاویر، مناسبترین تکنیک برای تهیه نقشه فرسایش آبکندی مشخصگردد.
بدین منظور تصاویر IRS منطقه لامرد با روشهای طبقه بندی پیکسل- پایه و شیگرا طبقه بندی شد. مقایسه نتایج مربوط به ارزیابی صحت طبقه بندیها نشان داد روش شیءگرا توانایی بیشتری نسبت به روش پیکسل پایه دارد و از دقت بالاتری - کاپای - 0/82= برخوردار است.
برتری و توانمندی بیشتر روش شیءگرا نسبت به روش پیکسل پایه به این دلیل است که در روش شیءگرا علاوه بر ویژگیهای طیفی پدیدهها، ویژگیهای هندسی آنها نیز مد نظر قرار میگیرد. بنابرین پیشنهاد می شود از این پس برای تهیه نقشه فرسایش آبکندی در منطقه لامرد به جای استفاده از روشهای متداول طبقه بندی از روشهای آنالیز شیءگرا که امکان تهیه نقشهی دقیقتر را دارند استفاده شود.
مقدمه
آبکند، آبراهه ای استنسبتاً دائمی که جریان موقت آب هنگام بارندگی از آن میگذرد و نمیتوان آن را وسیله عملیات کشت و زرع معمولی تسطیح نمود. فرسایش آبکندی به دلیل خصوصیات اقلیم، سنگ شناسی، خاک، پستی و بلندی، کاربری و پوشش اراضی مشکلی جدی در بسیاری از نقاط دنیا، از جمله ایران میباشد
گسترش سریع آبکندها تهدید جدی برای آب نماها، پلها، راه های ارتباطی، دکل های خطوط انتقال نیرو، روستاها و مناطق مسکونی است و سالانه می بایستی مبالغ زیادی صرف مرمت خسارت وارده در این بخش نمود. استفاده های اولیه از داده ها و روشهای سنجش از دور در مطالعه فرسایش آبکندی، شامل تفسیر چشمی عکس های هوایی و بعدها تفسیر تصاویر ماهواره ای در کنار عملیات صحرایی است، که فقط در محدوده های کوچک قابل اجرا بود.
در این زمینه مطالعه های متعددی در غالب موضوعهای، تهیه نقشه و شناسایی وضعیت فعلی فرسایش آبکندی10 ]و[9، تعیین میزان گسترش آبکندها طی سال-های مختلف 2]و[8 با استفاده از تفسیر عکس هوایی در کنار بررسیهای صحرایی انجام شده است. اما توجه به این نکته ضروری است که مطالعههای صحرایی و تفسیر عکس هوایی بدین منظور و در مقیاس بزرگ نیازمند صرف هزینه و وقت زیادی است1]و.[16 پیشرفت های علم سنجش از دور و خصوصا ایجاد و بهبود روشهای طبقه بندی تصاویر ماهوارهای سبب ایجاد سهولت زیادی در زمینه تهیه نقشه فرسایش خاک شده است.
الگوریتمهای طبقه بندی متداول - پیکسل-پایهٌ - دادههای ماهوارهای غالباً بر مبنای روشهای آماری میباشند. انواع روشهای پیکسل-پایه طبقه بندی نظارت شده و نظارت نشده آماری وجود دارند، از جمله میتوان به طبقه بندیکنندههای بیشترین شباهت - حداکثر احتمالٍ - و کمترین فاصلهَ و روش ماشین بردار پشتیبان اشاره نمود. اما این روشها دارای کاستیهایی نیز میباشند از جمله اینکه در تفکیک پدیدهها در مناطقی که پدیدههای مختلف از لحاظ طیفی دارای شباهتهای زیادی هستند، نواقص زیادی دارند. طبیعت پیچیده فرسایش آبکندی و نواحی مجاورشان - ناهمگنی - ثابت کرده که تهیه نقشه فرسایش آبکندی به وسیله روش های پیکسل- پایه درطبقهبندی تصاویر ماهوارهای چالش بر انگیز است
یکی از روشهای بسیار کارآمد در جداسازی پدیدههای مختلف، به ویژه پدیدههایی که به لحاظ طیفی تفاوت معنیداری نسبت به هم ندارند ولی از نظر کاربری یا ماهیت متفاوتند، روش سنجش از دور شیءگراُ میباشد. در این روش علاوه بر بازتاب امواج الکترومغناطیس حاصل از پدیدهها، ویژگیهای دیگری از قبیل شکل، اندازه، بافت و حتی نحوه قرارگیری پدیدهها در مجاورت هم نیز مورد نظر قرار میگیرد
امروزه فنون شیءگرا افزایش روز افزونی در طبقهبندی دادههای سنجش از دور دارند. تا کنون تحقیقات زیادی به منظور تفکیک رخسارههای ژئومورفولوژی با استفاده از فنون شیءگرا انجام پذیرفته است 12]و7و[ اما با این وجود تحقیقات چندانی در خصوص استفاده از این فنون در تفکیک و جداسازی آبکندها مستند نشده است. در بررسی پیشینه تحقیق، موردی از استفاده از این شیوه در جداسازی آبکندها در ایران یافت نشد و در خارج از کشور نیز تنها میتوان به تحقیق Knight و همکاران [11] - 2007 - اشاره نمود که با روش شی گرا و استفاده از تصاویرسنجنده ASTER آبکند هارا در استرالیا مطالعه کردند.
ونیز Shruthi و همکاران [14] - 2011 - در مراکش با استفاده از تصاویر سنجنده هایIKONOS و GEOEYE-1 و مدل رقومی سطح زمینِ به جداسازی آبکندها پرداختند. اما هیچ مطالعه جامعی برای مقایسه ی صحت نتایج تهیه نقشه آبکند به روش پیکسل پایه و شیءگرا انجام نشده است که یکی از دلایل آن میتواند عدم شناخت روش شیءگرا و قابلیت های آن بین متخصصین ژئومورفولوژی و آبخیزداری باشد.
در واقع این روش کمتر شناخته شده است. دوم این که رواج و توسعه نرم افزارتخصصی برای طبقه بندی تصویر با این روش بیش تر از ده سال نیست تجاری سازی شده است، بعلاوه تاکنون تلاشی در زمینه گنجاندن روش شیءگرا در نرم افزارهای معمولی سنجش از صورت نگرفته است .[5] از این رو با توجه به توانایی بالای این شیوه در جداسازی پدیدهها، تحقیق روی استفاده از این فنون در جداسازی آبکندها مفید به نظر میرسد.
مواد و روشها
در 40 کیلومتری شمال خلیج فارس شهرستان لامرد به صورت دشت کشیده در بین دو رشته طاقدیس قرار گرفته است. شهرستان لامرد دارای جهت شمال غربی- جنوب شرقی است. این شهرستان در محدوده طول جغرافیایی 52 30 تا 53 45 شرقی و عرض جغرافیایی 27 15 تا 27 55 شمالی واقع شده است . ارتفاع متوسط لامرد 485 متر و دارای اقلیم نیمه خشک معتدل می باشد.
میانگین سالانه دما و بارش منطقه به ترتیب 24œc و 250mm برآورد گردیده است. خاک منطقه طبق رده بندی آمریکایی، Aridisols و Entisols می باشد آبکندهای. این منطقه که عمدتاً دارای مقطعU شکل و پلان عمومی شاخه درختی هستند بر روی نهشته های کواترنری و در دشت واقع شده اند. مواد تشکیل دهنده کوههای منطقهعمدتاً آهک، مارن، گچ و ماسه سنگ میباشند.
منطقه دارای کاربری اراضی کشاورزی و مراتع ضعیف است. شکل - 1 - موقعیت منطقه لامرد را در کشور و استان فارس نشان میدهد. در این پژوهش از تصاویر ماهوارهی IRS-P6-LissIII در چهار باند با تفکیک مکانی 23/5 متر و نقشه های توپوگرافی 1:25000 سازمان نقشه برداری و نقاط کنترل زمینی جمع آوری شده از منطقه با استفاده از GPS استفاده شد.
روش تحقیق:
شکل - 2 - خلاصه روش کار این تحقیق را نشان میدهد . در مرحله پیش پردازش برای انجام تصحیح اتمسفری تصاویراز روش کاهش ارزش عددی پیکسل های تیرهّ استفاده شد. تصحیحات هندسی تصاویر به روش تصویر به نقشه - نقشههای توپوگرافی رقومی - 1:25000 و با کمک نقاط مرجع زمینی تهیه شده به وسیله GPS انجام گرفت. تصویر باخطای کمتر از یک پیکسل زمین مرجع گردید.
روش باز نویسی مجددْ نزدیکترین همسایه برای تعیین مقادیر جدید پیکسل بکار رفت. در مرحله پردازش طبقه بندی تصاویر به روشهای بیشترین شباهت و شیءگرا برای دو طبقه آبکند و غیر آبکند بر روی تصویراعمال شد، تا ضمن مقایسه نتایج بهترین روش طبقه بندی انتخاب گردد. هدف این مطالعه مقایسه نقشه فرسایش آبکندی تهیه شده به روش پیکسل پایه با نقشه فرسایش آبکندی تهیه شده به روش هوشمند شیءگرا بود.
به منظور ارزیابی نتایج حاصل از این دو روش از نقشه فرسایش آبکندی که به روش سنتی - رقومی کردن دستی - تهیه شده و در واقع نقشه حقیقت زمینیَ می باشد استفاده شد. این نقشه حقیقت زمینی که فقط برای بخش های از منطقه مورد مطالعه تهیه شده ، دارای دو کلاس آبکندُ وغیرآبکندًٌ میباشد. نمونه های تعلیمی برای دو طبقه آبکند وغیرآبکند با پراکنش مناسب از سطح تصویر انتخاب گردید. در تحقیق جاری تعیین محل نمونه ها - حقیقت زمینی و نمونههای تعلیمی - با شناخت از منطقه و با استفاده از تصویر پانکروماتیک و تصاویر Google Earth انجام شد.
روشهای طبقه بندی:
به منظور ارزیابی کارایی روش شی گرا و پیکسل پایه دو روش طبقه بندی بیشترین شباهت - MLC - و شیء گرا مورد استفاده قرار گرفتند.
