در تهیه نقشه گستره جنگل/ غیرجنگل با استفاده از داده­های طیفی ماهواره‌ای تک زمانه با توجه به تشابه طیفی برخی طبقات کاربری های مختلف، ممکن است نقشه قابل اعتماد و با صحت بالایی تولید نگردد. این تحقیق با هدف بهبود تهیه نقشه­ی گستره جنگل/غیرجنگل در حوزه قره سو استان گلستان، با استفاده از طبقه بندی توامان و سلسله مراتبی داده­های چندزمانه و قابلیت­های سیستم اطلاعات جغرافیایی می­باشد. در این تحقیق از تصاویر 4 فصل سنجنده OLI لندست-8 و سنجنده TM لندست-5 استفاده شده است. پس از تصحیحات رادیومتری و هندسی مورد نیاز بر روی تصویر، بهبود و بارزسازی تصاویر به کمک روش­های نسبت گیری و تجزیه مولفه­های اصلی انجام گرفت. پس از تهیه نقشه واقعیت زمینی نمونه­ای بصورت انتخابی از طبقات مختلف جنگل و غیرجنگل، طبقه بندی به طور جداگانه و با استفاده از تصاویر یک زمانه، چندزمانه بصورت توامان، چند زمانه به روش­ سلسله مراتبی و با آلگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام شد. همچنین با استفاده از قابلیت­های سیستم اطلاعات جغرافیایی بهترین طبقات از طبقه بندی فصول مختلف انتخاب و با هم تلفیق شدند. با ادغام طبقات غیرجنگل و جنگل با یکدیگر نقشه گستره جنگل/غیرجنگل تهیه گردید. ارزیابی صحت نقشه های حاصل با استفاده از نقشه واقعیت زمینی نمونه­ای صورت گرفت. نتایج ارزیابی صحت نشان داد که صحت­ کلی و ضریب کاپای نقشه­های حاصل از طبقه بندی تصویر فصل تابستان به ترتیب با مقادیر %1/89 و 69/0 در بین فصول مختلف بهترین بوده است.

صحت کلی و ضریب کاپای نقشه­ حاصل از ادغام بهترین طبقات فصول مختلف با کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی برابر با %14/85 و 56/0 به دست آمد. همچنین صحت کلی و ضریب کاپای نقشه­های حاصل از طبقه بندی تصاویر چند زمانه بصورت توامان به ترتیب برابر %­05/94 و 84/0 و نقشه حاصل از روش سلسله مراتبی برابر با %01/98 و 95/0 به دست آمد. با توجه به نتایج بدست آمده می­توان بیان نمود که به کمک تصاویر چند زمانه و طبقه بندی سلسله مراتبی می­توان با صحت بالا و قابل قبولی نقشه گستره جنگل/غیرجنگل را تهیه نمود.

واژه­های کلیدی: نقشه گستره جنگل/غیرجنگل، طبقه بندی تک زمانه، طبقه بندی چند زمانه، طبقه بندی سلسله مراتبی، لندست 5-TM، لندست 8-OLI

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                      صفحه

 
فصل اول: مقدمه و کلیات

1-1- مقدمه و هدف………………………. 2

1-1-1- فرضیات …………………………. 5

1-1-2- اهداف……………………………. 5

1-2- کلیات……………………………… 5

1-2-1- مقدمه­ای برسنجش از دور……………… 5

1-2-2- ماهواره­های منابع زمینی…………….. 6

1-2-3- ماهواره لند ست……………………. 7

1-2-3-1- سنسور ابزار تصویر ساز عملیاتی زمین (OLI) 8

1-2-3-2- سنسور مادون قرمز حرارتی (TIRS) ……. 9

1-2-4- بازتاب طیفی پدیده­ها……………….. 9

1-2-4-1- بازتاب طیفی گیاهان……………… 10

2-2-4-2- مقایسه انعکاس طیفی آب، خاک وگیاه….. 11

1-2-5- پیش پردازش­های داده­های ماهواره­ای…….. 11

1-2-5-1- بررسی کیفیت داده­ها……………… 12

1-2-5-2- خطای موجود در تصاویر ماهواره­ای……. 12

1-2-5-3- تصحیح هندسی تصاویر ماهواره­ای……… 12

 

فهرست مطالب

   عنوان                                                                                               صفحه

1-2-5-4- تصحیح ارتفاعی………………….. 13

1-2-5-5- تصحیح خطای اتمسفری……………… 13

1-2-6- پردازش رقومی تصاویر………………. 14

   

1-2-6-1- نسبت گیری……………………… 14

1-2-6-2- شاخص پوشش گیاهی………………… 15

1-2-6-2-1- شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) .. 15

1-2-6-3- تجزیه و تحلیل مولفه­های اصلی………. 15

1-2-7- تجزیه و تحلیل داده­ها و استخراج اطلاعات.. 16

1-2-7-1- تفسیر چشمی…………………….. 16

1-2-7-2- تفسیر رقومی……………………. 16

1-2-8- طبقه بندی داده­های ماهواره­ای………… 17

1-2-8-1- طبقه بندی نظارت شده…………….. 17

1-2-8-2- نمونه­های تعلیمی………………… 17

1-2-8-3- انتخاب تعداد نمونه­های تعلیمی……… 18

1-2-8-4- انتخاب باندهای مناسب جهت طبقه بندی… 18

1-2-9- طبقه بندی……………………….. 18

1-2-9-1- آلگوریتم حداقل فاصله از میانگین…… 19

1-2-9-2- آلگوریتم طبقه بندی متوازی السطوح….. 19

1-2-9-3- آلگوریتم حداکثر احتمال…………… 19

 

فهرست مطالب

   عنوان                                                                                                 صفحه

 

1-2-9-4- آلگوریتم ماشین بردار پشتیبان……… 21

1-2-10- طبقه بندی سلسله مراتبی یا چند مرحله­ای. 21

1-2-11- ارزیابی صحت نتایج طبقه بندی………. 23

1-2-11-1- صحت کلی………………………. 23

1-2-11-2- صحت­های کاربر و تولید کننده………. 23

1-2-11-3- ضریب کاپا…………………….. 24

1-2-12- تصاویر چند زمانه………………… 24

1-2-12-1- کاربرد تصاویر چند زمانه در جنگل….. 25

فصل دوم: بررسی منابع

2-1-مطالعات انجام شده در ایران …………… 28

2-2- مطالعات انجام شده در خارج کشور……….. 31

 

فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1- منطقه مورد مطالعه………………….. 36

3-1-1- موقعیت جغرافیایی…………………. 36

3-2- ­داده­های مورد استفاده……………….. 38

3-2- داده­های ماهواره­ای………………….. 38

3-3- نرم افزار­های مورد استفاده……………. 38

3-4- تهیه نقشه واقعیت زمیتی……………… 38

3-5- پیش پردازش داده­های ماهواره­ای…………. 39

3-5-1- بررسی کیفیت رادیومتری و هندسی داده­ها… 39

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                     صفحه

3-6- پردازش تصاویر ماهواره­ای…………….. 39

3-6-1-تبدیل تسلدکپ……………………… 39

3-6-2- تجزیه و تحلیل مولفه­های اصلی………… 40

3-7- طبقه بندی تصاویر…………………… 40

3-7-1- تعیین طبقه­ها…………………….. 40

3-7-2- تعیین نمونه­های تعلیمی…………….. 40

3-7-3- انتخاب مناسب­ترین آلگوریتم طبقه بندی…. 41

3-7-4- طبقه بندی با استفاده ازتصاویر بصورت تک زمانی فصول مختلف   41

3-7-5- طبقه بندی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی  41

3-7-6- طبقه بندی با استفاده از تصاویرتوامان چند زمانه (چندفصلی   41

3-8- طبقه بندی با روش سلسله مراتبی………… 42

3-9- برآورد صحت نقشه­های حاصل از طبقه بندی….. 43

فصل چهارم: نتایج

4-1- نتایج مربوط به طبقه بندی تصاویر 4 فصل به صورت تک زمانه 46

4-2- نتایج ادغام بهترین طبقه فصول مختلف با کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی 56

4-3- نتایج مربوط به روش طبقه بندی تصاویر چند زمانه بصورت توامان  59

4-4- نتایج مربوط به طبقه بندی سلسله مراتبی…. 62

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

5-1- بحث ونتیجه گیری………………….. 68

5-2- نتیجه گیری نهایی………………….. 70

5-3- پیشنهادها…………………………. 71

منابع…………………………………. 74

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                صفحه

شکل 1-1- منحنی انعکاس طیفی یک گیاه سبز…….. 11

شکل 1-2- چگونگی تعیین مرز طبقه­ها در آلگوریتم­های طبقه بندی متوازی السطوح (الف)، حداقل فاصله از میانگین (ب) و حداکثر احتمال (ج). ..20

شکل 1-3- طبقه بندی تصاویر چند زمانه به دو حالت، طبقه بندی بعد از ادغام (الف) و قبل از ادغام (ب)، (جون، 1999)……………… …………………………..22

شکل 3-1- نقشه موقعیت منطقه در ایران و استان گلستان     37

شکل3-2- مراحل انجام طبقه بندی سلسله مراتبی…. 44

شکل 4-1- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل بهار………………………………… 47

شکل 4-2- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل تابستان………………………. 48

شکل 4-3- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل پائیز……………………………… 49

شکل 4-4- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل زمستان……………………….. 50

شکل 4-5- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویر فصل بهار………………………………. 51

شکل 4-6- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویرتابستان…………………………… 52

شکل 4-7- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویر پائیز…………………………………. 53

شکل 4-8- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویرزمستان……………………………. 54

شکل 4-9- نقشه کاربری اراضی حاصل از ادغام بهترین طبقه از فصول مختلف   58

شکل 4-10- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از ادغام طبقات مختلف جنگل و غیرجنگل بدست آمده از انتخاب بهترین طبقات از فصول مختلف 59

شکل 4-11 نقشه طبقات مختلف حاصل از طبقه بندی توامان تصاویر فصول مختلف  61

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                صفحه

 

4-12- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی توامان تصاویر فصول مختلف…………………………………….. 62

4-13- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه به روش سلسله مراتبی………………………………… 63

4-14- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی تصاویر با روش سلسله مراتبی………………………………… 64

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                   صفحه

 
جدول 1-1- محدوده طیفی و قدرت تفکیک مکانی سنجنده (OLI). …….8

جدول1-2- محدوده طیفی و قدرت تفکیک مکانی سنجنده مادون قرمز حرارتی 9

جدول3-1- مشخصات حوضه­های آبخیز اصلی گلستان….. 37

جدول 4-1 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل بهار   54

جدول 4-2 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل تابستان     55

جدول 4-3 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل پائیز  55

جدول 4-4 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل زمستان 56

جدول 4-5- نتایج ارزیابی صحت نقشه طبقه بندی تصاویر ماهواره­ای فصول مختلف (تک زمانه)……………………………. .56

جدول 4-6 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از انتخاب بهترین طبقه از فصول مختلف………………………….. 57

جدول 4- 7- نتایج ارزیابی صحت نقشه حاصل از ادغام بهترین طبقه فصول مختلف…………………………………….. 57

جدول 4-8 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از طبقه بندی تصویر بصورت توامان چند زمانه………………….. 60

جدول 4-9- نتایج ارزیابی صحت نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی توامان چند زمانه……………………….. 60

جدول 4-10- نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از طبقه بندی تصاویر بصورت سلسله مراتبی……………………… 64

جدول 4-11- نتایج ارزیابی صحت نقشه گستره جنگل/ غیرجنگل حاصل از طبقه بندی تصـاویر ماهواره­ای به روش سلسله مراتبی……… 65

 

 

 

فصل اول

 

مقدمه و کلیات

 

 

 

مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه و هدف

برای استفاده بهینه از منابع طبیعی و توسعه پایدار در برنامه‌ریزی‌های منطقه‌ای نیازمند به جمع­آوری اطلاعات کافی از منابع زیست محیطی در زمان کوتاه و با هزینه کم است. جنگل‌های شمال دارای جایگاه ویژه‌ای در طبیعت ایران هستند و تضمین­کننده بقاء و پایداری آب و خاک در شمال کشور می‌باشد. در بین جنگل‌های شمال استان گلستان به لحاظ دارا بودن شرایط اقلیمی منحصر به فرد و متمایز از استان‌های گیلان و مازندران دارای همه نوع زیستگاه به جز مناطق کاملا کویری است (ماهینی وهمکاران، 1386).

به علت رونق کشاورزی و باغبانی و رشد صنعت و گسترش شهرها و هجوم جمعیت به این استان، زیستگاه اصلی و طبیعی استان به مناطق جنگلی و کوهستانی محدود شده و این مناطق به طور مداوم مورد تصرف و بهره‌ برداری انسان قرار دارند. در نتیجه این بهره‌ برداری‌ها موجب محو جنگل و تخریب جنگل گشته است. لذا آگاهی و علم مدیران از کم و کیف منابع جنگلی برای جلوگیری از تخریب بیشتر منابع طبیعی امری ضروری بنظر می‌رسد. از آنجایی که درصد کمی از کشور ما را جنگل تشکیل داده لذا حفظ و حراست آنها جزء اولویت‌های منابع طبیعی است و مدیریت اصولی، جز با تهیه نقشه دقیق و بهنگام از محدوده جنگل میسر نخواهد بود. متداول ترین روش تهیه نقشه جنگل، عکس‌برداری هوایی،تصحیح و تفسیر آن است. این روش در سطوح وسیع، بسیار پرهزینه‌‌‌ بوده و مستلـزم صرف زمان زیادی می‌باشد. بنابراین با توجه به تغییرپذیری و پویایی منابع طبیعی و نیز وجود تغییرات ناشی از تعرض‌های زیادی که به این عرصه‌ها به ویژه در مناطق جنگلی شمال کشور می‌شود، باید به دنبال روش‌هایی بود که در مدت زمان اندک با صرف هزینه‌های معقول بتوان نقشه‌هایی با دقت مناسب تهیه نمود (رفیعیان، 1385).

روش‌های بدست‌ آوردن اطلاعات کمی و کیفی از جنگل در طول زمان تکامل یافته است و سنجش از دور بعنوان یکی از راه‌های کسب اطلاعات مطرح می‌باشد. داده‌های