سارا عطارچی

امروزه، تصاویر ماهواره ای فرصتی کم نظیر در بررسی تغییرات فنولوژی پوشش های گیاهی فراهم کرده است. تحقیق حاضر با هدف بررسی کارایی تصاویر رادار قطبی سنتینل - 1 در دو قطبش VV و  VHو تصاویر اپتیک (لندست- 8 و سنتینل- 2) برای پایش تغییرات فنولوژی گیاهی بر روی سه منطقه با شرایط محیطی و اکوسیستمی مختلف در جنوب و جنوب غرب ایران (نخل های منطقه شادگان، جنگل های حرا، و بیشه زار) در سال 2017 انجام گرفته است. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که شاخص های طیفی گیاهی بهتر از ضرایب بازپخش راداری چرخه فنولوژی و پویایی فصلی پوشش های گیاهی را نمایش می دهند. اما، در عین حال، ضریب بازپخش راداری در قطبش VH نیز قابلیت مناسبی برای پایش تغییرات گیاهان نشان می دهد. تغییرات قطبش VH نسبت به قطبش VV با تغییرات شاخص های گیاهی شامل EVI، SAVI، و NDVI  تطابق بیشتری دارد. نتایج همچنین بیانگر این مطلب است که شاخص  SAVIو EVI نسبت به  NDVIروند مراحل اولیه فنولوژیکی را برای بیشه زارها و نخل های شادگان به واقعیت زمینی نزدیک تر نشان می دهد. درصورتی که ضرایب بازپخش راداری در قطبش VH تصاویر سنتینل- 1 تغییرات سالیانه جنگل های حرا را در مقایسه با شاخص های پوشش گیاهی کامل تر نمایش می دهد. به طور کلی، می توان گفت، تصاویر راداری توانایی جای گزینی در شرایط در دسترس نبودن تصاویر اپتیک را دارند.

تالاب ها به تغییرات محیطی و آب و هوایی وابسته اند. بنابراین، پایش تغییرات پهنه های آبی تالاب اهمیت زیادی دارد. هدف از این تحقیق پایش تغییرات فصلی تالاب میقان با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل ۱ و لندست ۸ در بازه زمانی ماه می ۲۰۱۹ تا ماه ژانویه ۲۰۲۰ است. پهنه تالاب با استفاده از شاخص MNDWI ، دمای سطح زمین، تصاویر راداری سنتینل ۱ جداگانه استخراج و سپس نتایج به دست آمده با خروجی طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان مقایسه شده است. نتایج طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان تغییر شدید پهنه آبی را در فصل های مختلف (بیشترین و کمترین مساحت تالاب به ترتیب ۱۸/۶۱ و ۲۵/۱۹ کیلومتر مربع) نشان می دهد. در ماه های گرم سال، مساحت پهنه آبی تالاب حاصل از طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان و اعمال شاخص MNDWI با هم تطابق دارند که نشان دهنده کارایی مناسب این شاخص طیفی است. تطابق نتایج حاصل از طبقه بندی با مساحت استخراج شده بر اساس ضرایب بازپخش راداری در ماه های سرد سال بیشتر بوده است. مقایسه نتایج سنجنده های مختلف در پایش تالاب میقان، که تغییرپذیری شدیدی در طول سال دارد، نشان داد رویکرد چندسنجنده ای در چنین مطالعاتی مناسب تر است.

در چند دهه اخیر مناطق شهری درنتیجه رشد جمعیت و توسعه اقتصادی، به سرعت گسترش یافته است. اطلاع از روند تغییرات سریع کاربری اراضی، برای برنامه ریزان و مدیران شهری ضروری است. تصاویر سنجش ازدور، یکی از منابع مطمئن برای استخراج مناطق ساخته شده به حساب می آیند. از بین انواع مختلف تصاویر سنجش ازدور، تصاویر راداری در استخراج مناطق شهری کارایی مناسبی دارند. سنجنده های راداری در قطبش های مختلف و در مدارهای صعودی و نزولی تصویربرداری می کنند. مقادیر ضریب بازپخش در قطبش ها و مدارهای برداشت متفاوت، به ویژگی های مختلفی از پدیده ها وابسته است و امکان شناسایی بهتر پدیده ها را فراهم می کند. در این مطالعه به بررسی ارزیابی عملکرد تصاویر صعودی و نزولی سنتینل-1 در دو باند VV و VH ، در استخراج مناطق ساخته شده شهر اصفهان پرداخته شده است. برای تفکیک مناطق شهری از سایر مناطق، از روش آستانه گذاری خودکار اتسو استفاده شد. خروجی به دست آمده از اعمال مقادیر آستانه، با تصاویر باقدرت تفکیک بالای گوگل ارث مقایسه شد. مقایسه تصاویر برداشت شده در دو مدار صعودی و نزولی نشان می دهد صرف نظر از قطبش، تصاویر نزولی دقت بالاتری نسبت به تصاویر صعودی داشته اند، صحت کلی باندهای VV و VH به ترتیب برای تصاویر نزولی برابر 90 و 87 درصد و برای تصاویر صعودی 88 و 84 بوده است. همچنین تصاویر باند VV  در هر دو مدار تصویربرداری در مقایسه با باند VH کارایی بهتری در استخراج مناطق ساخته شده داشته است. براساس نتایج تحقیق، تصاویر نزولی باند VV سنتینل-1 با صحت کلی 90 درصد، بالاترین دقت را در مقایسه با سایر تصاویر در استخراج مناطق ساخته شده شهر اصفهان دارند.

پایش تالاب ها با استفاده از روش های سنتی، زمان بر و مستلزم هزینه ی زیاد است. امروزه به منظور پایش و مدیریت تالاب ها، از دورسنجی ماهواره ای و قابلیت های گوگل ارث انجین استفاده می گردد. در این پژوهش سعی شد طی دو دهه ی اخیر از تصاویر ماهواره ی لندست، تی .آر. ام. ام، مادیس و گریس در حوضه ی آبریز گشنگان که تالاب مهارلو نیز در آن واقع شده، به منظور ارزیابی تغییرات وسعت آب تالاب و برخی از عوامل احتمالی تأثیرگذار بر آن استفاده شود. میانگین مساحت آب تالاب منتج از AWEI_shadow  در پنج ساله ی اول، دوم، سوم و چهارم به ترتیب مقادیر 200.41، 162.65، 137.82 و 117.81 کیلومتر مربع را نتیجه داد که به کاهش 37.76، 24.83 و 20 کیلومتر مربع در این بازه های زمانی اشاره داشت. پوشش گیاهی حوضه مستخرج از NDVI در سال 2000، 282 هکتار نتیجه گردید و در سال 2019 این مقدار به 390 هکتار افزایش یافت. ارزیابی داده های گریس نشان داد که از سال 2008 به بعد، تمامی مقادیر تراز آب زیرزمینی، منفی است. نتایج آزمون من- کندال دلالت بر آن داشت که تغییرات توده های آبی، پوشش گیاهی، میزان بارش و تراز آب زیرزمینی به ترتیب دارای روند کاهشی، افزایشی، افزایشی و کاهشی بوده است و در رابطه با مقادیر تبخیر- تعرق، روندی مشاهده نشد. به نظر می رسد در حوضه ی مورد مطالعه، افزایش وسعت پوشش گیاهی و متعاقب آن برداشت آب از سفره های زیرزمینی به مرور زمان بر روند کاهشی وسعت توده های آبی تالاب تأثیر گذاشته است. پیشنهاد می گردد به منظور مدیریت بهینه ی این تالاب و جلوگیری از خشک شدن آن، حد بستر و حریم تالاب، با استفاده از سایر شاخص های دورسنجی آبی تعیین گردد. همچنین، پیشنهاد می شود روش های مصرف آب و الگوی کشت در نواحی اطراف این تالاب، مورد بازبینی قرار گیرد.

در تصاویر سار تمام پولاریمتریک، امکان شناسایی و تشخیص اهداف برمبنای خصوصیات پولاریمتریک آن ها وجود دارد. بااین حال، به دلیل پیچیدگی های سنجنده، بیشتر سنجنده های سار در حالت دوپولاریمتریک فعالیت می کنند و فراوانی داده های دوپولاریمتریک بسیار بیشتر از داده های تمام پولاریمتریک است. در این تحقیق، میزان کارآیی مؤلفه های پولاریمتریک استخراج شده از حالت دوقطبی با حالت تمام پولاریمتریک مقایسه شده اند. بدین منظور، مؤلفه های آلفا و انتروپی در سه حالت HH-HV ، HH-VV، HV-VV و تمام پولاریمتریک محاسبه شده است. با هدف بررسی دقیق تر، مقادیر آلفا و انتروپی به تفکیک کلاس های پوشش زمین استخراج شده اند. مقایسه مقادیر خطای مطلق میانگین بین مقادیر آلفا در حالت تمام پولاریمتریک با مقادیر حالت دوپولاریمتریک نشان می دهد که بین حالت HH-HV، با حالت تمام پولاریمتریک، کمترین خطا وجود دارد و بیشترین خطا به حالت HH-VV متعلق است. میزان خطا بین مقادیر انتروپی حالت تمام پولاریمتریک و حالت HH-HV، HH-VV و HV-VV، به ترتیب، برابر 06/0 و 22/0 و 17/0 است. بر این اساس، حالت دوپولاریمتریک HH-HV بیشترین انطباق را با حالت تمام پولاریمتریک دارد و ترکیب باندهای هم قطب HH-VV کمترین انطباق را با حالت تمام پولاریمتریک داراست. در بین کلاس های متفاوت پوشش اراضی، مقادیر آلفای کلاس آب در حالت HH-HV بیشترین نزدیکی را با حالت تمام پولاریمتریک دارد. بین مقادیر انتروپی کلاس های متفاوت پوشش زمین در حالت HH-HV با حالت تمام پولاریمتریک، اختلاف معناداری وجود ندارد. براساس یافته های این تحقیق، نتیجه گیری می شود که ترکیب HH-HV به حالت تمام پولاریمتریک نزدیک تر است.

برخلاف سنجنده های اپتیکی که تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دود، مه، ابر، و میزان نور خورشید قرار می گیرند، سنجنده های راداری با روزنه مجازی در همه ساعات شبانه روز و همه نوع شرایط آب و هوایی توانایی اخذ داده را دارند. بنابراین، هدف از این تحقیق ارزیابی قابلیت باند های راداری برای استخراج خصوصیات بیوفزیکی سطح زمین است. در این مطالعه از داده های ماهواره ای لندست-8 و باندهای پلاریمتریک VV و VH سنتینل-1 استفاده شده است. ارتباط 18 شاخص طیفی استخراج شده از تصاویر اپتیکی با باندهای راداری در مناطق مختلف بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که از باندهای راداری با توجه به ماهیت منطقه موردمطالعه خصوصیات متفاوتی می توان استخراج کرد؛ به طوری که در منطقه موردمطالعه اول با کاربری زمین بایر شاخص LST، در منطقه موردمطالعه دوم با کاربری زمین کشاورزی شاخص EVI، و در منطقه موردمطالعه سوم با کاربری پوشش جنگلی متراکم شاخص MNDWI به ترتیب دارای همبستگی 668 / 0، 756 / 0، و 803 / 0 با باندهای راداری است. بنابراین، با توجه به نتایج به دست آمده در مواقعی که امکان استفاده از داده های اپتیکی وجود ندارد می توان از باندهای راداری به عنوان جای گزین مناسبی برای استخراج خصوصیات بیوفیزیکی سطح زمین استفاده کرد.

در چند دهه اخیر در ایران، در نتیجه تاثیرات تغییر اقلیم و رشد جمعیت، سطح و عمق آب در تالاب ها بسیار کاهش یافته است. بنابراین ضرورت دارد که عوامل اصلی این تغییرات شناسایی شود و در صورت امکان اقدامات لازم برای کاهش نرخ تغییرات صورت پذیرد. پیشرفت روز افزون تکنولوژی سنجش از دور، فرصت بی نظیری برای پایش روند تغییرات در محیط های طبیعی فراهم می کند. سری ماهواره لندست از دهه 1970، طولانی ترین آرشیو تصاویر سنجش از دور است. تصاویر ماهواره ای، داده ها را در سطح وسیع تر و در فواصل زمانی کوتاه تر با هزینه کمتر فراهم می کند. تالاب انزلی یکی از مهم ترین تالاب های بین المللی ایران است که در کنوانسیون رامسر به ثبت رسیده است. در چند دهه اخیر با افزایش جمعیت و رشد و گسترش مناطق مسکونی و زمین های زراعی، تغییرات اقلیمی منطقه و همچنین تغییرات شدید تراز آبی دریای خزر، این تالاب به سوی خشکیده شدن پیش رفته است. در تحقیق حاضر با استفاده از تصاویر لندست به بررسی تغییرات عمق تالاب پرداخته شده است. تغییرات عمق با توجه به داده های بارش و دما وتغییرات تراز آب دریای خزر در بازه ی 30 ساله از سال 1988 تا سال 2018 تشریح شده است. نتایج نشان می دهد که تغیرات عمق تالاب بیشتر از تغییرات تراز آب دریای خزر متاثر است و تغییرات بارش و دما، دلایل اصلی کاهش عمق تالاب انزلی نیستند.

در پی افزایش جمعیت و رشد شهرنشینی در دهه‌های اخیر، چشم‌اندازهای طبیعی در حال تبدیل‌شدن به چشم‌اندازهای انسانی است و فضای باز شهری به مناطق ساخته‌شده تبدیل شده است. تغییرات شدید کاربری اراضی، لزوم دسترسی مدیران شهری را به اطلاعات به‌روز بیشتر کرده است. استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سبب می‌شود تا مدیران شهری تغییرات را بهتر پایش کنند تا بتوانند در زمان مناسب تصمیم‌گیری کنند. طبقه‌بندی و استفاده از شاخص‌های استخراج‌شده از باندهای طیفی تصاویر ماهواره‌ای، از روش‌های کارآمد و مؤثر استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات شهری است. تاکنون شاخص‌های طیفی زیادی برای تفکیک مناطق ساخته‌شده از سایر کاربری‌ها ایجاد شده است. هدف از این پژوهش، بررسی و عملکرد چهار شاخص طیفی پرکاربرد شهری، به‌منظور تفکیک مناطق ساخته‌شده از سایر کاربری‌ها در دو شهر متفاوت و مقایسۀ آن با نتایج طبقه‌بندی شی‌ءگرا برای استخراج مناطق ساخته‌شده است. به این منظور، شاخص‌های تفاوت نرمال‌شدۀ مناطق ساخته‌شده، شاخص شهری، شاخص نرمال‌شدۀ مناطق ساخته‌شده و شاخص استخراج مناطق ساخته‌شده از تصاویر سنجندۀ OLI ماهوارۀ لندست 8 برای دو شهر تهران و گرگان محاسبه شد. برای جداسازی مناطق ساخته‌شده و ساخته‌نشده، از روش آستانه‌گذاری اتوماتیک اتسو استفاده شد. یافته‌های تحقیق نشان داد که شاخص‌های طیفی در مناطق شهری متفاوت، عملکرد یکسانی ندارند و صحت استخراج مناطق ساخته‌شده با اعمال این شاخص‌ها بر صحت طبقه‌بندی شی‌ءگرا برتری نمی‌یابد. صحت کلی طبقه‌بندی شی‌ءگرا در استخراج مناطق ساخته‌شده در شهر تهران 92 درصد و در شهر گرگان 91 درصد است. بهترین شاخص طیفی مناطق ساخته‌شده برای شهر تهران، شاخص استخراج مناطق ساخته‌شده با صحت کلی 82 درصد و برای شهر گرگان، شاخص نرمال مناطق ساخته‌شده با صحت کلی 86 درصد بوده است.

مطالعه تطابق محتوای اطلاعاتی سنجندهها به منظور جایگزینی سنجنده ها در مناطقی که امکان دسترسی آسان به دادههای آنها وجود ندارد، در مطالعات سنجش از دور ضروری است. هدف از این پژوهش مقایسهی دو سنجندهی MSI ماهوارهی سنتینل ۲ و OLI ماهوارهی لندست ۸ میباشد تا امکان استفاده از آرشیو تصاویر لندست و همچنین جایگزینی تصاویر این دو ماهواره به جای یکدیگر مورد ارزیابی قرار بگیرد. برای رسیدن به این هدف، شهرستان مینودشت به عنوان منطقهی مورد مطالعه انتخاب گردید. این منطقه از نظر کلاس های پوشش اراضی متنوع بوده و انواع مختلف طبقات پوشش زمین در آن دیده می شود. به منظور بررسی محتوای اطلاعاتی دو سنجنده، سه جفت تصویر نسبتا همزمان از دو سنجنده انتخاب شد. ابتدا باندهای متناظر دو سنجنده که در محدوده طول موج یکسان فعالیت می کنند، تعیین شد. سپس هر زوج تصویر نسبت به هم ثبت هندسی شدند. جهت یکسان کردن اندازهی پیکسلها، قدرت تفکیک مکانی سنجندهی MSI به ۳۰ متر تبدیل شد تا همبستگی باندهای متناظر محاسبه شود. در گام بعدی، طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان بر روی تصاویر انجام شد. نمونه های تعلیمی از نقشهی کاربری اراضی شهرستان مینودشت و تصاویر ماهوارهای با قدرت تفکیک مکانی بالا انتخاب شد. برای ارزیابی طبقه بندی با استفاده از نمونه های مستقل، ماتریس خطا تشکیل شد. نتایج نشان داد که تمامی باندهای متناظر همبستگی بالاتر از مقدار ۰.8 دارند و میزان صحت کلی و ضریب کاپای حاصل از طبقه بندی برای هر دو سنجنده تفاوت معنی داری با یکدیگر ندارند. میانگین صحت کلی به دست آمده برای سنجندههای OLI و MSI به ترتیب 91/35٪ و 94/79٪ میباشد. نتایج بدست آمده، نشانگر تطابق بالای دو سنجنده چند طیفی می باشد.

در چند دهه اخیر، مناطق شهری به دلیل رشد سریع جمعیت و افزایش شهرنشینی دستخوش تغییرات زیادی شده است. استفاده از تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک مکانی بالا یکی از روش های کارآمد در مطالعه و شناسایی این تغییرات است. دسترسی به این تصاویر به دلیل هزینه فراوان بسیار محدود است؛ از این رو تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک متوسط نظیر سنتینل به دلیل دسترس پذیری بالا در کاربردهای شهری بسیار استفاده شده است. شناسایی دقیق تغییرات شهر با استفاده از طبقه بندی تصاویر ماهواره ای نیازمند دسترسی به داده های زمینی صحیح برای تفکیک کلاس های مختلف پوشش زمین است. عملیات برداشت اطلاعات زمینی، پرهزینه و زمان بر است و برای تصاویر مربوط به زمان های گذشته امکان پذیر نیست. اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه که داده های مربوط به یک دوره زمانی را جمع آوری می کند، می تواند یکی از منابع داده حقایق زمینی باشد. با استفاده از نمونه های تعلیمی حاصل از اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه، فرایند پردازش تصاویر ماهواره ای با سرعت بیشتری انجام می شود. در این پژوهش، کارایی اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه به عنوان نمونه های تعلیمی در طبقه بندی تصاویر سنتینل 2 برای شناسایی تغییرات کاربری شهر قزوین در سال های 1394 و 1397 بررسی شده است. بدین منظور صحت طبقه بندی تصاویر سنتینل 2 با نمونه های تعلیمی حاصل از اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه با صحت طبقه بندی تصاویر مذکور با استفاده از نمونه های تعلیمی به دست آمده از تصاویر گوگل ارث و به کمک آزمون آماری t مقایسه شده است. نتایج آزمون t با سطح اطمینان 95 درصد، برای سال های 1394 و 1397 نشان می دهد اختلاف معناداری میان نمونه های تعلیمی گوگل ارث و اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه در طبقه بندی تصاویر سنتینل 2 وجود ندارد؛ بنابراین اطلاعات جغرافیایی داوطلبانه کارایی مناسبی به عنوان نمونه های تعلیمی در طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در مناطق شهری دارند.

تفکیک سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری و بررسی روند تغییرات آن، اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا امروزه این مقوله شاخصی از گسترش شهر به شمار می آید. سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، شامل مناطق مسکونی، مناطق تجاری و صنعتی، پارکینگ ها و سطح معابر و شبکه خیابان هاست. انواع سطوح نفوذناپذیر و تنوع بسیار آن ها از نظر شکل، اندازه و مواد تشکیل دهنده سبب پیچیدگی تفکیک این سطوح در مناطق شهری می شود. در این پژوهش از تصویر سار تمام پولاریمتریک سنجنده آلوس/ پالسار برای تشخیص سطوح نفوذناپذیر در سطح شهر تهران استفاده شده است. کارایی شاخص های راداری مختلف و ترکیب دوگانه باندهای پولاریمتریک در تفکیک سطوح نفوذناپذیر از سایر کلاس های متفاوت پوشش زمین، ارزیابی شده است. برای شناسایی کلاس های پوشش زمین از الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. براساس نتایج پژوهش، استفاده از شاخص های راداری همراه با تمام باندهای پولاریمتریک، سبب استخراج انواع سطوح نفوذناپذیر با صحت 95 درصد می شود. همچنین در صورت استفاده از دو باند پولاریمتریک با قطب عمودی اش به همراه شاخص های راداری، صحت طبقه بندی 90 درصد است. براساس یافته های این پژوهش، تصاویر سار جایگزین مناسبی برای تصاویر نوری در تفکیک سطوح نفوذناپذیر شهری هستند. همچنین در صورت دسترسی نداشتن به تصاویر تمام پولاریمتریک، استفاده از دو باند پولاریمتریک به همراه شاخص های راداری، برای استخراج سطوح نفوذناپذیر در مناطق پیچیده شهری مناسب است.