فهرست مطالب

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه ……………………………………………………………………………. ……………………………………………10

1-2- بیان مسئله…………………………………………………………………….. ……… …………………………………..10

1-3- سؤالات تحقیق………………………………………………………………. ……… …………………………………..12

1-4- فرضیات تحقیق……………………………………………………………… ……… ………………………………….13

فصل دوم:مبانی نظری و پیشینه تحقیق

2-1- مقدمه………………………………………. …………………………………… …………………………………………..15

2-2-تعریف کاربری اراضی…………. ……… …………………..………………. ………………………………………….15

2-3- علل تغییرات کاربری اراضی. ……..  …………………………………… …………….……………………………15

2-3-1- عوامل انسانی………………………………………………………………………………..…..…………………………………………….15

2-3-1-1- تغییر کاربری از جنگل به اراضی کشاورزی و مسکونی…………………….………………………………………………16

2-3-2-1- گردشگری…………………………………………………………..………………………………………………………………………16

2-3-3-1- استفاده از چوب جنگل در تولید فرآورده‌های چوبی……………………….……. ………………………….….……….16

2-3-2- عوامل طبیعی……………………………………………………………………………………………………………………….…..……..16

2-3-2-1-  فرسایش خاک و لغزش……………………………………………………………………………………………………..……..….16

2-3-2-2- چرای بی‌رویه دام‌ها…………………………………………………………………………………………………………..……..…17

2-3-2-2- آتش‌سوزی……………………………………………………………………………………………………………………….……….18

2-4-اثرات تغییرات کاربری اراضی …………………………………………………………………………..……18

2-4-1- کاهش حاصلخیزی زمین……………………………………………………………………………………………………………………..18

2-4-2- کیفیت خاک……………………………………………………………………………………………………………………………………..18

2-4-3- نوسانات جوی و اقلیمی……………………………………………………………………………………………………………………..19

2-4-4- نقصان در تنوع زیستی و   کشاورزی……………………………………………………………………………………………………..19

2-5- پایش تغییرات کاربری اراضی……………………………………………………………………………………….20

2-6- مشخصات ماهواره‌های لند ست و سنجنده های آن………………………………………………………21

2-7- پیشینه موضوع در تحقیقات خارجی…………………………………………………………………………..22

2-8 پیشینه موضوع در تحقیقات داخلی……………………………………………………………………………..25

فصل سوم: محدوده مورد مطالعه

3-1- محدوده مورد مطالعه……………………………………………………………………………………………………30

3-2-ویژگی جنگلهای استان ایلام………………………………………………………………………………………32

فصل چهارم: مواد و روش‌ها

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………..34

4-2- جمع‌آوری و آماده‌سازی نقشه‌ها………………………………………………………………………………….34

4-3- تصویر ماهواره‌ای ETM+ برای سال 1988……………………………………………………………………34

4-4- تصویر ماهواره‌ای ETM+ برای سال 2001……………………………………………………………………..35

4-5- تصویر ماهواره‌ای ETM+ برای سال 2007……………………………………………………………………36

4-6- تصویر ماهواره‌ای Land sat 8 برای سال 2014…………………………………………………………..36

4-7 خصوصیات تصاویر ماهواره‌ای مورداستفاده…………………………………………………………………..37

4-8- پردازش تصاویر ماهواره‌ای…………………………………………………………………………………………..38

4-8-1- تصحیحات هندسی…………………………………………………………………………………………………………………………..38

4-8-2- زمین مرجع نمودن……………………………………………………………………………………………………………………………39

4-8-3- تصحیحات رادیو متریک……………………………………………………………………………………………………………………40

4-9- شاخص‌های محاسبه‌شده در تصاویر ………………………………………………………………………………………………………40

4-9-1- تعریف شاخص پوشش گیاهی…………………………………………………………………………………………………………….41

4-9-1-1- شاخص گیاهی تفاضلی نرمال شده(NDVI)………………………………………………………………………………………41

4-9-2- کسر شاخص گیاهی ساده(RVI)…………………………………………………………………………………………………………42

4-9-3- شاخص گیاهی تفاضلی(DVI)……………………………………………………………………………………………………………42

4-9-4- شاخص گیاهی تفاضلی سبز(GDVI)………………………………………………………………………………………………….42

4-10- تجزیه مؤلفه اصلی(PCA)……………………………………………………………………………………43

4-11- طبقه‌بندی تصاویر………………………………………………………………………………………………44

4-11-1- تعریف کلاسهای موجود در منطقه……………………………………………………………………………………………………46

4-11-2- انتخاب داده…………………………………………………………………………………………………………………………………..47

4-11-3- محاسبه تفکیک‌پذیری کلاسهای موجود………………………………………………………………………………………..47

4-11-4- انتخاب بهترین ترکیب باندی برای طبقه‌بندی…………………………………………………………………………………47

4-11-5- طبقه‌بندی حداکثر احتمال……………………………………………………………………………………………………………48

4-12- مرحله پس پردازش (استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی)……………………………………50

4-12-1- ادغام کلاسها………………………………………………………………………………………………………………………………50

4-12-2- ارزیابی دقت طبقه‌بندی………………………………………………………………………………………………………………51

4-12-2-1- دقت کاربر……………………………………………………………………………………………………………………………….51

4-12-2-1-1- خطای کمیشن…………………………………………………………………………………………………………………….51

4-12-2-2- دقت تولید……………………………………………………………………………………………………………………………..52

4-12-2-3- صحت کلی……………………………………………………………………………………………………………………………..52

4-12-2-4- ضریب کاپا…………………………………………………………………………………………………………………………….53

4-12-2-5- استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی…………………………………………………………………………………..54

 

فصل پنجم:یافته‌ها و نتایج تحقیق

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………..56

5-2- استخراج کاربری –پوشش اراضی و کشف تغییرات …………………………………………………56

5-2-1- شاخص‌های گیاهی تفاضلی نرمال شده(NDVI)…………………………………………………………………………….56

5-2-1-1- مقادیر و ضرایب سه شاخص محاسبه شدهRVI،GDVI،DVI………………………………………………………..59

5-3-1- تجزیه مولفه اصلی (PCA)…………………………………………………………………………………………………………..61

5-4-1- طبقه بندی نظارت نشده Iso Data……………………………………………………………………………………………63

5-5-1- طبقه بندی نظارت شده به روش حداکثر احتمال………………………………………………………………………….63

5-5-2- ارزیابی دقت طبقه بندی……………………………………………………………………………………………………………66

5-5-3- تفکیک پذیری نمونه های آموزشی برداشت شده برای تصویر ماهواره ای لندست 8……………………69

5-3- تحلیل تغییرات………………………………………………………………………………………………….70

5-3-1- تغییرات صورت گرفته برای دوره 13 ساله 1988 تا 2001…………………………………………………………….70

5-3-2- تغییرات صورت گرفته برای دوره 7 ساله 2007 تا 2014……………………………………………………………..71

فصل ششم: نتیجه گیری و تحلیل فرضیه ها

6-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….73

6-2- نتایج حاصل از استخراج و کشف تغییرات کاربری اراضی………………………………….73

6-3- نتایج حاصل از تحلیل شاخص پوشش گیاهی…………………………………………………..74

6-4- تحلیل فرضیه ها……………………………………………………………………………………………74

6-4-1- فرضیه اول…………………………………………………………………………………………………………………………74

6-4-2- فرضیه دوم ………………………………………………………………………………………………………………………74

6-5- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………..75

6-6- محدودیتهای تحقیق…………………………………………………………………………………….76

منابع و مآخذ

منابع فارسی ……………………………………………………………………………………………………….77

منابع انگلیسی ……………………………………………………………………………………………………78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1 – مقدمه:

داده‌های ماهواره‌ای به دلیل داشتن ویژگی‌هایی مانند سطح پوشش وسیع، قابلیت تکرار، به هنگام شدن مداوم، هزینه کمتر و امکان دسترسی به مناطق صعب‌العبور نقش مؤثری را در مطالعات مربوط به مناطق جنگلی کشورهای پیشرفته و درحال‌توسعه جهان بازی می‌کند (درویش‌صفت و زارع،1988؛ تیریل[1]، 1994؛ بونان[2]، 1997). پوشش جنگلی نقش مهمی در چرخه‌های هیدرولوژیکی، سیستم‌های دمایی و هم‌چنین چرخه‌های بیوشیمیایی موجود در جهان بازی می‌کند (ناصری و همکاران،1988؛ دفریش و تاوشند[3]1999؛ فرانکلین[4]،2001). در چهار دهه گذشته تغییرات کاربری اراضی در ایران با سرعت فزاینده در بعضی جهات نامطلوب به وقوع پیوسته است و این باعث تشدید روند تخریب اراضی شده است.. در چند سال اخیر و در سالهای جاری جنگل‌های ایلام براثر مشکلات مختلف دارای خشکیدگی شده است. تحقیق حاضر نیز در تلاش است تا با استفاده از تکنیک‌های سنجش‌ازدور و تصاویر ماهواره‌ای و همچنین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست به بررسی وضعیت کاربری اراضی این جنگل‌ها بپردازد و عوامل مؤثر بر این جنگل‌ها را بررسی کند.

1-2 –بیان مسئله:

آگاهی از انواع پوشش سطح زمین و فعالیت­های انسانی در قسمت­های مختلف آن و به‌بیان‌دیگر نحوه استفاده از زمین، به‌عنوان اطلاعات‌پایه برای برنامه­ریزی­های مختلف از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. نقشه­هایی كه نمایشگر چنین فعالیت­هایی در سطوح مختلف زمین باشد، نقشه كاربری اراضی نامیده می‌شود (سید سعید رضا احمدی زاده علاف، 1382). آشکارسازی تغییرات فرآیندی است که امکان مشاهده و تشخیص تفاوت­ها و اختلاف سری زمانی پدیده­ها، عارضه­ها و الگوهای سطح زمین را فراهم می­کند (یانگ[5]،2003؛چن و لو [6]،2002،لو[7]،2004؛ایلماز[8]،2010). ازنظر تاریخی مهم‌ترین تغییر کاربری اراضی که انسان انجام داده، از میان بردن جنگل‌ها و تبدیل آن‌ها به اراضی کشاورزی و سکونتگاه­ها بوده است (لائوس و هرزوگ[9]،2002). ازآنجاکه تغییرات در کاربری ­اراضی در سطوح وسیع و گسترده صورت می­گیرد، لذا تکنولوژی سنجش‌ازدور[10] یک ابزار ضروری و باارزش در ارزیابی تغییرات است (لو،2004). امروزه تغییرات بدون برنامه کاربری اراضی به یک مشکل حاد تبدیل‌شده است و اکثر تغییرات کاربری اراضی بدون برنامه­ریزی مدون و توجه کافی به اثرات زیست‌محیطی آن‌ها صورت می­گیرد. در چهار دهه گذشته تغییرات کاربری ­اراضی در ایران با سرعت فزاینده در بعضی جهات نامطلوب به وقوع پیوسته است و این باعث تشدید روند تخریب اراضی گردیده ­است (آرخی و نیازی،2009).

استفاده از اطلاعات ماهواره­ای شیوه مناسبی برای ارزیابی پوشش گیاهی و تغییرات کاربری اراضی و مقایسه آن در زمان‌های مختلف است. با توجه به قابلیت بالای تصاویر ماهواره‌ای نظیر بهنگام بودن، چند طیفی بودن، تکراری بودن، پوشش وسیع و افزایش روزافزون توان فن طیفی و مکانی می‌توان جهت مطالعه و بررسی تخریب زمین (نوع و جهت تغییرات پوشش گیاهی/کاربری اراضی) از آن‌ها استفاده کرد (وحید چیت‌ساز، 1378).

هدف اصلی از پردازش تصاویر ماهواره­ای، تهیه نقشه­های موضوعی و کارآمد می­باشد، انتخاب روش مناسب طبقه­بندی نقش مهمی در این امر ایفاء می­کند. محققان در راستای توسعه روش­ها و تکنیک­های پیشرفته طبقه­بندی، جهت بهبود دقت طبقه­بندی، تلاش­های وسیع و گسترده­ای را انجام داده­اند که از آن جمله فیضی زاده و همکاران (1386)، با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای ETM+ لند ست 7 نقشه‌های کاربری اراضی شهرستان ملکان را استخراج نمودند آن‌ها برای طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای از الگوریتم طبقه‌بندی حداکثر احتمال استفاده نمودند.

از دیگر روش­های طبقه­بندی می­توان به روش­ها شبکه عصبی مصنوعی[11] اشاره کرد (آرخی و همکاران، 1390). این روش به علت اینكه در آن هیچ پیش فرضی در مورد توزیع داده­ها نشده است به­عنوان یك ابزار باارزش جهت طبقه­بندی کاربری­ها به شمار می­آید. به همین علت توسعه مدل­های طبقه­بندی به كمك شبكه­های عصبی در سال­های اخیر موردتوجه محققان قرارگرفته است (ایرماک[12] ،2006؛سابرامایانا[13]،1997). از دیگر روش­های طبقه­بندی می­توان روش طبقه­بندی حداکثر احتمال[14]، حداقل فاصله[15]، اندازه زاویه طیفی[16] و … اشاره کرد.

در ایران نیز به علت تعامل و تقابل نیازهای همیشگی جوامع انسانی و محیطی با زمین به همراه برنامه ریزی های ناکارآمد شاهد تغییر ات وسیعی در پوشش زمین به ویژه از بین رفتن پوشش گیاهی بوده ایم. این تغییرات پوشش های زمین به ویژه در محیط های شکننده از نظر زیست محیطی و کانون های جمعی شدت دو چندانی دارد. مشکلات موجود در این زمینه ، نیاز به انجام مطالعات و برنامه ریزی های خردمندانه و هماهنگ با حفظ تعامل محیطی و توسعه پایدار را در هر روز نسبت به روز قبل بیشتر می کند.

جنگلهای زاگرس در غرب کشور ، اکوسیستم های طبیعی با ارزشی هستند که در آنها تنوع بالایی از گونه های گیاهی و جانوری وجود دارد. متاسفانه این اکوسیستم ها به دلایل مختلفی از جمله تبدیل اراضی ، بهره برداری بی رویه ،چرای دام ،آتش سوزی ،برداشت چوب و غیره در معرض خطر تخریب قرار گرفته و روز به روز از تعداد و کیفیت گونه های گیاهی و جانوری آن کاسته می شود . به طوریکه بر اساس منابع موجود امروزه جنگلهای زاگرس و پوشش گیاهی آنها که بسیاری از گونه های آن نایاب هستند در معرض خطر نابودی قرار گرفته است.

اگر روند تغییرات پوشش زمین سریع و بی برنامه باشد باعث به هم خوردن تعادل زیست محیطی و تبعات جبران ناپذیری بر منابع طبیعی به بار می آورد. در نتیجه اکوسیستم های محیطی با مشکلات عدیده ای مواجه خواهد شد و منابع طبیعی با خطر جدی روبرو می شوند. برای حل این مشکلات برنامه ریزی آگاهانه ضرورت می یابد.

به طور کلی مطالعه حاضر برای نیل به اهداف زیر می باشد:

1- بررسی روند تغییرات پوشش کاربری اراضی در جنگلهای ایلام.

2-  استخراج شاخص های گیاهی برای دوره های مختلف و مقایسه آنها و همچنین مقایسه  تغییرات سطح انها.

3- استخراج کاربری اراضی با استفاده از روشهای طبقه بندی پیکسل پایه.

1-3 -سؤالات تحقیق

گام اول در پژوهش علمی، پرسش یا پرسش‌های اولیه است که فرضیه‌سازی، روش‌شناسی و چارچوب اصلی پژوهش بر مبنای آن استوار است و با توجه به موضوع پژوهش، پرسش‌های مطالعه حاضر به شرح زیر هست:

1- روند تغییرات کاربری اراضی در جنگل‌های ایلام به چه صورت بوده است و بیشترین تغییرات در کدام‌یک از کاربری‌ها رخ‌داده است؟

2- آیا استفاده از اطلاعات مربوط به روش‌های طبقه‌بندی امکان دستیابی به‌دقت بالاتر را در ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی فراهم می‌آورد؟

 

 

1-4- فرضیات تحقیق

فرضیه عبارت است از حدس یا گمان اندیشمندانه درباره ماهیت، چگونگی و روابط بین پدیده‌ها، اشیاء و متغیرها که محقق را در تشخیص نزدیک‌ترین و محتمل‌ترین راه برای کشف مجهول کمک می‌کند (حافظ نیا 1389). فرضیه‌سازی برای پژوهش حاضر با توجه به پرسش‌های آغازین و بررسی‌های اولیه و مرور بر ادبیات موضوع صورت گرفته است.