سنجش از دور و GIS ایران

ضرورت آگاهی از وضعیت منابع آب و نزولات جوی در حوضه های آبریز مختلف برای اجرای طرح های آبی از یک سو و وجود نداشتن شبکة مناسبی از ایستگاه های اندازه گیری پارامترهای هواشناسی و آبشناسی از سوی دیگر، اهمیت استفاده از روش های غیرمستقیم برای شبیه سازی جریان و محاسبه حجم رواناب در حوضه های آبریز را بیش از پیش آشکار میسازد. در بین روش های غیرمستقیم، فنون پیشرفته ای نظیر سنجش از دور (RS) و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، که امکان اطلاع از شرایط حوضه از جنبه های مختلف و تجزیه و تحلیل سریع تر و دقیق تر این اطلاعات را میسر ساخته اند، جایگاه ویژه ای در مطالعات هیدرولوژیکی و منابع آب یافته اند. این موضوع بر تعداد مدل های فیزیکی توزیعیافتة مکانی در بستر GIS که در آنها اطلاعات مکانی به صورت واحدهای در سطح پیکسل در کنار داده های هیدرولوژی قرار میگیرند و امکان درک و بیان فرایندهای پیچیده و پویا را فراهم میآورند، افزوده است. مدل WetSpa نمونه ای از این مدل های هیدرولوژیکی توزیعیافتة مکانی است که با هدف رسیدن به راهبردهای مدیریت پایدار آبخیز طراحی و ساخته شد. WetSpa براساس شبکه سلولی و در مقیاس حوضه آبریز عمل میکند و در نتیجه عملکرد آن به صورت پیوسته است. در پژوهش حاضر ابتدا جریان روزانة رودخانه حوضه مرک کرمانشاه ـ با مساحت 1380 کیلومترمربع ـ با استفاده از مدل WetSpa در محیط GIS و با شرایط کاربری اراضی فعلی شبیه سازی شده و بعد از کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل به تحلیل تأثیرات تغییرکاربری بر روی جریان ـ به ویژه دبی پیک جریان ـ پرداخته شد. برای این منظور نقشة کاربری بهینه حوضه با استفاده از مدل آمایش سرزمین مخدوم تولید شد و مجدداً جریان رودخانه به وسیله مدل شبیه سازی گردید. نتایج حاصل از به کارگیری مدل WetSpa در حوضه آبریز مرک دقتی معادل 77 درصد را براساس ضریب ناش ـ ساتکلیف (NS) نشان میدهد. همچنین شبیه سازی جریان رودخانه تحت سناوریوی کاربری بهینه نشان داد که هیدروگراف جریان رودخانة با تأخیر به اوج خود میرسد و در مقایسه با هیدروگراف کاربری فعلی دیرتر فروکش میکند. افزون بر اینها، دبی اوج هیدروگراف نیز بعد از تغییر کاربری بهینه پایین تر آمده است.

استفاده از داده های پلاریمتری راداری نقش تعیین کننده ای در شناسایی اهداف زمینی دارد و اطلاعات جامعی در مورد ویژگیهای هندسی و همچنین ماهیت اهداف، با بهره گیری از این نوع داده ها استخراج شدنی است. از جمله مشکلات موجود در زمینه طبقه بندی این نوع داده ها، انتخاب ویژگیهای بهینه است. با توجه به اهمیت این موضوع، در تحقیق حاضر روشی نو براساس نگاشت ویژگیهای استخراج شده به فضای پدیده ارائه شده است. به عنوان یکی از نتایج تحقیق، شاخص بهینگی در فضای پدیده برای انتخاب ویژگیهای بهینه تصاویر پلاریمتری راداری ارائه گردید. از طرف دیگر، یکی از محدودیت های موجود در زمینه استخراج اطلاعات دقیق مکانی، اختلاط مکانیسم های بازپراکنش در سطح پیکسل است. بنابراین، استفاده از طبقه بندیکننده های نرم به منظور تجزیه این نوع اختلاط ها ضروری است. اینکه تضمینی برای منفی نشدن سهم کلاس ها و همچنین واحد شدن مجموع سهم کلاس ها در هر پیکسل وجود ندارد، خود از چالش های طبقه بندیکننده های نرم است، که در این تحقیق با تلفیق طبقه بندیکننده نرم و الگوریتم نظارت نشده استخراج عناصر خالص مرتفع گردید. طبقه بندی کننده های نرم به رغم افزایش اطلاعات ماهیتی در نتایج طبقه بندی، توان جانمایی کلاس ها را در سطح زیرپیکسل ندارند و فقط سهم تعلق کلاس ها را در هر پیکسل تعیین میکنند. بدین منظور الگوریتم های (SRM) Super Resolution Mapping برای افزایش قدرت تفکیک مکانی در سطح نتایج طبقه بندی نرم شکل گرفته و پرورده شده اند. در این تحقیق نیز از روش جابه جایی پیکسلی به منظور تهیه نقشه در سطح زیرپیکسل استفاده شده و فرایندی غیرتصادفی برای جانمایی اولیه زیرپیکسل ها ارائه گردیده است. براساس نتایج تحقیق، روش پیشنهادی برای انتخاب ویژگیهای بهینه در مقایسه با روش مبتنی بر الگوریتم ژنتیک نتایج بهتری را به دست داد. در ادامه با استفاده از ویژگیهای به دست آمده، سه الگوریتم تجزیه اختلاط طیفی خطی (LSU)، شبکه عصبی چندلایه (MLP)) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای طبقه بندی نرم منطقه مطالعاتی در سه کلاس مسکونی، پوشش گیاهی و زمین بایر اعمال گردید. با ارزیابی آنها، SVM به عنوان طبقه بندیکننده بهینه شناسایی شد و نتایج آن در فرایند جانمایی کلاس ها در سطح زیرپیکسل به کار رفت. در نهایت با پیاده سازی الگوریتم جابه جایی پیکسلی، تصاویر پلاریمتری راداری در سطح زیرپیکسل طبقه بندی شدند و قدرت تفکیک مکانی نتایج طبقه بندی نرم بهبود یافت.

ارزیابی تناسب اراضی شهری، مستلزم توجه ویژه به ارتباط و وابستگی کاربریها و تأثیر عملکرد هر کاربری بر دیگر کاربریهاست. روش های مبتنی بر سامانه اطلاعات مکانی و تصمیم سازی چندمعیاره، ابزارهای سودمندی برای این منظور به شمار میآیند. از آنجا که پرداختن به موضوع مذکور نیازمند مشارکت افراد با دیدگاه ها و سلایق گوناگون است، ارزیابی تناسب اراضی شهری نیز دارای ماهیت تصمیم سازی گروهی است. در پژوهش حاضر با تلفیق قابلیت های GIS و تکنیک های تصمیم سازی گروهی چندمعیارة فازی، روشی به منظور ارزیابی تناسب اراضی شهری برای کاربریهای خدماتی مورد نیاز شهروندان ارائه شده است. در روش به کار گرفته شده، فرایند کلی ارزیابی تناسب کاربری زمین به روش Fuzzy AHP شامل انتخاب معیارهای مؤثر، تعیین میزان اهمیت و وزن هر معیار، تهیه و تولید نقشه های معیار در محیط GIS و در نهایت تلفیق نقشه های معیار و محاسبه مقدار تناسب هر قطعه زمین برای کاربری تعیین شده، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل در محدوده مطالعه موردی در منطقه 6 شهرداری اصفهان، مورد سنجش قرار گرفته است. نتایج این مدل سازی، توانایی کافی روش Fuzzy AHP و GIS را در ارزیابی تناسب زمین شهری با دیدگاه تصمیم سازی گروهی نشان میدهد. مقایسه نتایج حاصل از مدل Fuzzy AHP با نتایج روش مرسوم مبتنی بر جمع بندی نظرهای کارشناسی در 15 قطعه زمین منتخب برای تخصیص چهار کاربری (کتابخانه، درمانگاه، ورزشگاه و مدرسه راهنمایی)، نشان میدهد که در قطعات به اولویت تخصیص اول تا سوم برای هر چهار کاربری مورد نظر تحقیق، تطابق کامل وجود دارد.

وجود منابع قرضه در منطقه ساخت سازه های خاکی از جمله فاکتورهای اساسی به شمار میآید. اهمیت این تحقیق به خاطر تعیین نواحی دارای بافت خاک رسی است که میتوانند به عنوان منابع قرضه برای ساخت سازه های مختلف خاکی ـ از جمله سدهای خاکی ـ مورد استفاده قرار گیرند. ابتدا داده های پایه با استفاده از GPS و نقشه های موجود از پروژه ساخت سد البرز جمع آوری گردید. از نقشه های موجود خاک رس نمونه هایی برای اطمینان برداشته شد و بافت خاک نیز در آزمایشگاه با استفاده از روش هیدرومتری تعیین گردید. سرانجام 10 نقطه با بافت رسی و با توزیع منابع در سطح حوضه آبخیز بابلرود واقع در استان مازندران انتخاب شده که از آن میان 6 نقطه برای دادن داده های آموزشی به مدل و 4 نقطه باقیمانده نیز برای صحت سنجی به کار رفت. برای Endmember پوشش گیاهی و سایه هم 10 نقطه انتخاب شد و سپس به تصحیح خطای اتمسفریک با روش Dark-object subtraction پرداخته شد. تصاویر از نظر هندسی و رادیومتریک نیازی به اصلاح نداشتند. پس از آن اقدام به یافتن پیکسل های خالص با استفاده از شاخص خلوص پیکسل شد. با استفاده از این پیکسل ها کتابخانه طیفی تهیه شد و به منظور طبقه بندی با استفاده از روش آنالیز ترکیب طیفی و طبقه بندی درختی، مورد استفاده قرار گرفت. این تکنیک مدل سازی موقعیت و تفکیک پذیری خصوصیات پوشش گیاهی و خاک رس و سایه را در فضای طیف های مختلط استخراج شده از تصاویر سنجنده ETM+ ماهواره Landsat انجام میدهد. نتایج نشان داد که خاک رس و پوشش گیاهی و سایه با صحت 68 و 5/77 و 86/67 درصد میتوانند از یکدیگر تفکیک شوند. صحت کلی مدل 96/71 درصد و دارای ضریب کاپای 61 درصد است.

زمین لغزش از بلایای طبیعی است که هر ساله خسارات مالی و جانی زیادی به بار میآورد، اما در عین حال پیش بینیپذیری از ویژگیهای برجستة آن به شمار میآید. با پیش بینی وقوع زمین لغزش میتوان از بروز و گسترش خسارات ناشی از آن جلوگیری به عمل آورد. یکی از روش های پیش بینی این پدیده، مطالعة زمین لغزش های الگو در منطقه و پهنه بندی ناحیه یا حوضه آبخیز با توجه به آن الگوست. در این مقاله سعی شده است تا با مطالعه ویژگیهای لغزش الگو، کل حوضه آبخیز النگ دره که نشانه های بروز لغزش را به وضوح میتوان در قسمت های مختلف آن مشاهده کرد، از نظر خطر وقوع لغزش به روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP)، روش FAHP و LNRF پهنه بندی کرد و ضمن مقایسة روش ها نقاط خطرساز را به منظور پایدارسازی آن تعیین کرد. نتایج تحقیق نشان میدهد که روش LNRF در مقایسه با دو روش دیگر تطابق بیشتری با منطقه دارد. در این روش، اعمال نظر کارشناسی در حداقل قرار دارد و در نتیجه امکان بروز خطا در آن کمتر است. در روش سلسله مراتبی به علت وجود متغیرهای بیشتر و اعمال نظر مستقیم کارشناس، امکان بروز خطا در امتیازدهی پارامترها وجود دارد. در روش FAHP نیز تعیین حدود حداقل و حداکثر مقادیر مؤثر در امتیازدهی پارامترها مستقیماً بستگی به نظر کارشناسی دارد خطای بیشتری در آن بروز مییابد. بنابراین پس از مقایسة سه روش فوق، مدل به دست آمده از روش LNRF که تطابق بیشتری با شرایط محیط مورد مطالعه دارد، به عنوان مدل نهایی انتخاب شد.

تبخیر و تعرق واقعی از مهم ترین اجزای بیلان آب است که برآورد آن پیچیدگیهای خاصی دارد. امروزه استفاده از فناوری سنجش از دور، با توجه به امکان برآورد مکانی اطلاعات و حداقل ساختن داده های هواشناسی، کاربرد وسیعی در این زمینه یافته است. بدین منظور مدل ها و روش های متفاوتی برای برآورد تبخیر و تعرق واقعی با این فناوری شرح و بسط یافته که در میان آنها مطالعات محدودی در خصوص مقایسه و ارزیابی آنها گزارش گردیده است. در پژوهش حاضر، سه دستة کلی این روش ها مورد ارزیابی قرار گرفته اند، که عبارت اند از: 1) مدل های تک منبعی SEBAL و METRIC که در آنها خاک و پوشش گیاهی به عنوان منبع واحدی در نظر گرفته میشوند که استفاده شان نیز رو به گسترش است؛ 2) مدل های دومنبعی TSEB و STSEB که خاک و پوشش گیاهی را به صورت دو جزء جداگانه در توازن انرژی سطحی به کار میگیرند؛ و 3) مدل تک منبعی ـ دومنبعی SETEB که ترکیبی از مدل های SEBAL و TSEB است. به منظور پیاده سازی این پنج مدل، داده های سنجش از دور سنجنده MODIS در 6 روز از ژوئیه 2011 تهیه شد و برای ارزیابی و مقایسة آنها، مقادیر تبخیر و تعرق لایسیمتر واقع در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه تبریز نیز برای روزهای گذر ماهواره اندازه گیری گردید. نتایج تحقیق حاکی از عملکرد منطقی و مورد قبول کلی مدل ها دارد. ولی در مقام مقایسه، SETEB با خطای مطلق 73/8 و TSEB با خطای مطلق 94/27 به ترتیب بهترین و بدترین عملکرد را داشتند. مدل های تک منبعی SEBAL و METRIC با اینکه از فرضیات پیچیدة مدل های دومنبعی بهره ای نگرفته بودند، نتایج مناسبی ارائه کردند و برای کار در سطوح بالا نیز توجیه دارند. همچنین مدل ترکیبی SETEB با وضعیتی پذیرفتنی روبه رو بود که برای استفاده از مدل های دومنبعی در مقیاس های وسیع مناسب تر به نظر میرسد.

روش های سنتی و نوین تداخل سنجی راداری با اینکه در برآورد جابه جایی بسیار توانمندند، اما به دلیل پاره ای محدودیت ها، قادر به پایش جابه جایی در مناطق عاری از عوارض دست ساز بشری با نرخ جابه جایی بالا با دسترسی تصاویر راداری با نمونه برداری زمانی مناسب نیستند. لذا در این مقاله دو روش جدید به منظور بهبود الگوریتم تداخل سنجی راداری مبتنی بر پراکنشکننده های دائمی (روش های جدید) در برآورد جابه جایی در مناطق خارجی شهری با نرخ جابه جایی بالا با رفتار نسبتاً خطی ارائه شده است. روش نخست، تلفیقی از دو روش جدید StaMPS (Stanfford Method for Persistent Scatterer) و DePSI (Delft implementation of Persistent Scatterer Interfermetry) و روش دوم بهبودی بر روش StaMPS است. هدف عمده در دو روش، بهبود عملکرد بازیابی فاز پیکسل های پراکنشکننده دائمی است که با روش StaMPS انتخاب شدند. هدف اصلی مقاله، مقایسه عملکرد این دو روش در منطقه واقع در خارج شهر و با رفتار جابه جایی سریع است، به همین دلیل منطقه ای با حداکثر سرعت جابه جایی در جنوب غربی دشت تهران تحت تأثیر پدیده فرونشست به منظور بررسی انتخاب شد. پس از اجرای هر دو روش مورد مطالعه در این منطقه با استفاده از داده های مسیر 149، نتایج با نقشة نرخ جابه جایی متوسط استخراجی از روش تداخل سنجی راداری سنتی و با استفاده از داده های مسیر 378 مقایسه شد. نتایج نشان داد که روش افزایش کارایی الگوریتم StaMPS، با وجود سرعت عملکرد بالاتر تحت تأثیر خطای بازیابی فاز بیشتری قرار دارند و در نتیجه صحت نتایج حاصل از آن کمتر است.