سنجش از دور و GIS ایران

در این مقاله با ارائة روش جدیدی در مدل سازی هندسی تصاویر ماهواره ای، از چندجمله ای های دوبعدی به منظور تعیین موقعیت سه بعدی در تصاویر ماهواره ای استریو استفاده شده است. در این مدل سازی، چند جمله ای های دوبعدی نقش برقراری ارتباط بین فضای زمین و تصویر را ندارند و در روند مدل سازی به عنوان پارامترهای اضافی در معادلة شرط هم خطی در نظر گرفته شده اند. معادلة شرط هم خطی به کاررفته در این مدل سازی نیز با مدل پارامترهای مداری است، و پارامترهای موجود در این مدل با استفاده از اطلاعات افمریز ماهواره تعیین می شوند و به صورت مقادیری ثابت در روند مدل سازی قرار می گیرند. در این مدل سازی ضرایب چندجمله ای تنها مجهول های مدل سازی اند و ضرایب مذکور به کمک نقاط کنترل زمینی در دستگاه معادلات خطی تعیین می شوند. مزایای عمده این مدل سازی عبارت اند از: کاهش پیچیدگی های اجرایی مربوط به استفاده از مدل های فیزیکی، سهولت پیاده سازی، امکان استفاده در تصاویر خام و تصاویری با سطوح پایین تصحیحات هندسی، امکان استفادة حداکثری از داده های کمکی ماهواره و همچنین خطی بودن دستگاه معادلات در پروسة تقاطع فضایی. آزمون مدل پیشنهادی در مجموعه داده های مختلف، حاکی از توان بالای این مدل سازی در تأمین دقت های مطلوب در تعیین موقعیت سه بعدی از تصاویر ماهواره ای استریو است.

آشکارسازی لبه ها از نکته های مهم مورد استفاده در سنجش از دور است. بسیاری از الگوریتم های کلاسیک آشکارسازی لبه که عملکرد مناسبی را بر روی تصاویر اپتیکی ارائه کرده اند، فاقد توان تشخیص لبه در تصاویر رادار با وزنة ترکیبی (SAR) اند. در این مقاله الگوریتمی برمبنای آنالیز فرکتالی و منطق فازی به منظور آشکارسازی لبه ها در تصاویر SAR پیشنهاد می شود. از جنبة نظری، چون سیگنال دریافت شده در سیستم SAR به عنوان پدیده ای آشوبی شناخته می شود، دارای قابلیت مدل سازی در سیستم های دینامیکی آشوبی است. پدیده های آشوبی در سیستم های دینامیکی می توانند با بعد فرکتالی توصیف گردند، که در هندسة فرکتالی به منظور توصیف پیچیدگی هندسی پدیده ها تعریف می شود و روش های مختلفی برای محاسبه آن وجود دارد. در این مقاله بعد فرکتالی براساس مفاهیم آنالیز موجک و حرکت نسبی براون تعیین شده است. بعد فرکتالی به دو روش سراسری و محلی تعیین می شود که در حالت محلی، موضوع مهم انتخاب پارامترهای روش مورد نظر مانند اندازة پنجرة محرک است. استفاده از پنجره های متفاوت دربردارندة نتایج متفاوتی نیز هست. بر این اساس، به منظور دستیابی به نتایج مطلوب تر، اندازة بهینة پنجرة محرک با استفاده از منطق فازی محاسبه شده است. نتایج الگوریتم پیشنهادی بر روی تصاویر سنجندة ALOS-PALSAR با روش های کلاسیکی چون فیلتر کنی مقایسه و ارزیابی شده است. مقایسة نتایج نشان می دهد که الگوریتم فرکتال ـ فازی به مراتب کمتر از روش های کلاسیک به نویز لکه ای حساس است و نتایج رضایت بخشی را ارائه کرده، به گونه ای که دقت الگوریتم پیشنهادی برابر با 21/74 درصد بوده است. این مقدار در مقایسه با دقت 44/29 درصد برای فیلترکنی نشان از کارایی الگوریتم ارائه شده دارد. همچنین نشان داده شده است که تعیین بعد فرکتالی با استفاده از منطق فازی، بیشتر و دقیق تر از تعیین آن با پنجره های دارای اندازة ثابت، باعث آشکارسازی لبه ها می شود.

امروزه پدیده هایی چون سیل و زمین لرزه و رانش زمین از مهم ترین عوامل طبیعی ویرانی در سراسر جهان به شمار می روند. به منظور کاهش مؤثر چنین خطرهایی و همچنین بالا بردن آگاهی در این زمینه، تصمیم گیری بهتر و برنامه ریزی متناسب با ویژگی های منطقه ای، و طراحی و ایجاد سیستم های مدیریت محیط زیست ضروری به نظر می رسد. شیوه های امروزین جمع آوری داده ها، پیشرفت فناوری های رایانه ای و گستردگی و فراگیر شدن وب، زیرساخت مناسبی را به منظور ایجاد سیستم های مدیریت محیط زیست توزیع یافته فراهم ساخته است، که پردازش و تحلیل تمام عیار محیط زیست را تسهیل می کند. یکی از چالش های پیش رو در ایجاد و توسعه این سیستم ها، مدیریت حجم بالای داده های مکانی ناهمگون و فقدان قابلیت های پردازش مکانی تعامل پذیر در کاربردهای مدل سازی و تحلیل محیطی است. در این پژوهش، روش پیاده سازی جدیدی به منظور رفع مشکلات مربوط به پردازش توزیع یافته و تعامل پذیری سرویس های پردازش مکانی در قالب معماری سرویس گرا ارائه می گردد. بدین منظور، یک برنامه کاربردی سرویس گرای استاندارد به نام تحلیلگر حساسیت رانش زمین، برای تولید و انتشار نقشه های حساسیت رانش زمین مطابق با نیاز کاربر ایجاد شده است. فناوری وب سرویس و دستورالعمل استاندارد OGC WPS (Open Geospatial Consortium Web Processing Service) برای پیاده سازی مؤلفه های مورد نیاز در سمت سرویس دهنده به کار گرفته شده اند. به علاوه ، از Google Maps API (Application Programming Interface) و فناوری های سرویس گیرنده وب نیز به منظور فراهم ساختن واسط کاربری تعامل پذیر و پویا استفاده شده است. ارزیابی سیستم نمونه نشان می دهد که معماری ارائه شده می تواند قابلیت استفاده مجدد و کارایی سرویس های مکانی توزیع یافته در زنجیره سرویس را بهبود بخشد و مدل سازی محیط را در کاربردهای گوناگون تسهیل کند. به علاوه، نتایج این تحقیق مشخص می سازند که استفاده توأم از فناوری وب سرویس و چارچوب OGC، سرویس های تعامل پذیر و استانداردی را فراهم می کند که دسترسی و پردازش و نمایش داده های مکانی را به منظور برنامه ریزی و یا تصمیم گیری در موارد اضطراری آسان می سازد.

دستیابی به پراکنش فضایی دقیق بارش ماهانه و ارزیابی شبیه سازی مدل های منطقه ای برای علوم محیطی به ویژه اقلیم شناسی اهمیت فراوان دارد. با توجه به تغییرپذیری زمانی و فضایی زیاد بارش و تراکم محدود ایستگاه های اندازه گیری، پیشرفت ها در زمینه تخمین بارش با استفاده از تصاویر ماهواره ای بسیار بااهمیت جلوه می کند. در این زمینه چندین پروژه در سطح بین المللی در دست انجام است و تولیدات آنها در دسترس پژوهشگران قرار دارد. داده های بارش ماهانه 43B3 (محصول TRMM) نمونه ای از آن است که در این مطالعه مورد ارزیابی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر دقت مجموع بارش ماهانه و سالانه 43B3 (در طول سال های 2001 تا 2003) با استفاده از داده های ایستگاه های سینوپتیک و کلیماتولوژی سازمان هواشناسی بررسی شده اند. نتایج به طور متوسط بیش برآوردی برای بارش های اندک، و کم برآوردی برای بارش های زیاد را نشان می دهد. میزان دقت این داده ها برای مقادیر بارش کمتر از میانگین چندان نیست. با این حال، ارتباطی بین میزان دقت با ویژگی حرارتی و رطوبتی ماه ها مشاهده نمی شود. همچنین میزان دقت این داده ها، در سطح ایران متفاوت است، به طوری که در جنوب رشته کوه البرز و نواحی مرکزی و تا اندازه ای در نواحی شرقی ایران، دقت مناسبی ندارند. اما در نواحی غربی و جنوب کشور، دقت آنها را می توان مناسب برشمرد. از آنجا که داده های 43B3 در قیاس با برآوردهای حاصل از تکنیک درون یابی کریجینگ دقت کمتری دارد، کاربرد آنها برای مقاصد عملی در ایران پیشنهاد نمی شود.

مهار سیلاب و استفاده بهینه از آن و تغذیه مصنوعی آبخوان ها از مهم ترین اهداف مورد نظر در سامانه های پخش سیلاب در مناطق خشک و نیمه خشک است. هدف از انجام این مطالعه نیز انتخاب بهترین مکان های پخش سیلاب در دشت کاشان با استفاده از تکنیک تصمیم گیری چندمعیاره و روش تحلیل سلسله مراتبی است. برای انجام این مطالعه ابتدا این 8 پارامتر به منظور مکان یابی عرضه های مناسب پخش سیلاب انتخاب شدند: شیب زمین، کاربری اراضی، حجم رواناب، واحدهای کواترنر، ضخامت ناحیه غیراشباع آبرفت، ضریب نفوذپذیری، ضریب ذخیره و کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی. سپس با بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی، نقشه های مربوط به هر کدام از پارامترها تهیه شدند. در مرحله بعد، با استفاده از روش AHP، اهمیت عوامل مختلف در مکان یابی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسی وزن نسبی معیارها نشان داد که فاکتور حجم رواناب با دارا بودن وزنی معادل 37 درصد مهم ترین عامل به شمار می آید. پارامترهایی چون واحدهای کواترنر، شیب، ضخامت غیراشباع لایه آبخوان، نفوذپذیری، ضریب ذخیره، کیفیت آب و کاربری اراضی به ترتیب با وزن های نسبی 23/0، 16/0.، 094/0، 061/0، 039/0، 025/0، 018/0 اولویت های دوم تا هشتم را دارند. سرانجام نیز با توجه به نقشه پهنه بندی نهایی پخش سیلاب، سه اولویت برای مکان های آن در دشت کاشان تعیین شد. نتایج حاصل از بررسی آنالیز حساسیت با استفاده از روش های عملکرد و دینامیک نشان داد که در دامنه (10-) تا (10+) درصد تغییرپذیری در وزن معیارها، تغییرات چندان محسوسی در اولویت معیارها و زیرمعیارها رخ نداده است و حساسیت پذیری ها زیاد نیست. به بیان دیگر، با تغییرپذیری مذکور می توان گفت که تغییرپذیری در اولویت مکان های نهایی رخ نداده است، این یافته حاکی از اهمیت معیار رواناب با توجه به دامنه ذکر شده، در مقایسه با دیگر معیارها در انتخاب مکان های مناسب پخش سیلاب در دشت کاشان است؛ و بعد از آن معیارهای واحدهای کواترنر و شیب نقش تعیین کننده ای در این زمینه دارند.

هدف اصلی این پژوهش بررسی دقت و صحت ویرایش اول و دوم مدل های رقومی ارتفاعی استخراجی از ماهواره آستر (GDME1, 2009; GDEM2, 2011) با دقت تفکیک مکانی 30 متر و مقایسه آن با مدل رقومی SRTM (تفکیک مکانی 90 متر) و مدل رقومی تهیه شده به وسیله سازمان نقشه برداری کشور (تفکیک مکانی 10 متر) است. به این منظور سه نوار مطالعاتی که دربرگیرنده نواحی ای از کشور با خصوصیات ژئومورفولوژی مختلف اند انتخاب شدند و مدل های مذکور در این سه نوار مورد بررسی قرار گرفتند. پس از حذف محدوده دریاچه ها، هر سه لایه به روش موسوم به کوبیک به مدل های رقومی با دقت مکانی یک آرک ثانیه تبدیل شده اند. همچنین لایه های تفاضلی بین مدل های رقومی مختلف محاسبه گردید و توزیع خطا در گستره محدوده های مطالعاتی در مدل های مختلف به صورت دو به دو بررسی شد. با استفاده از دیاگرام پراکندگی بین مدل های رقومی مختلف و بررسی ابر پراکنش آنها، به مطالعه نوع و میزان خطاهای مختلف پرداخته شد. برای مقایسه بصری بهتر، مدل سایه روشن ارتفاعی سه بعدی و نیمرخ های توپوگرافی در امتداد خطاهای شناسایی شده برای هر سه مدل رقومی ترسیم گردید. نتایج این تحقیق نشان داده است که مدل 1GDEM دارای خطاهای عمده ای در مقایسه با مدل SRTM است که بیشتر از ماهیت و نحوه تهیه این مدل ناشی می شود. نتایج حاکی از انواع ناهنجاری ها همچون خطای پله ای، ناهنجاری های حفره ای، برامدگی و برآمدگی های حفره دار است که در مرز بین زون های دو استاک مختلف ایجاد شده اند. دامنه خطای این ناهنجاری ها از چند ده متر تا بیش از 300 متر مشاهده می شود. نتایج این پژوهش در عین حال نشان داد که میانگین خطای مدل 1GDEM در حدود 8/4 متر با انحراف استاندارد 8/13 متر، و در سطح اطمینان 95 درصد دامنه تغییرات آن بین 9/31 و 3/22- متر است. بررسی مدل رقومی 2GDEM نشان از بهبود جدّی کیفیت این مدل در قیاس با ویرایش قبلی دارد. در مدل 2GDEM بسیاری از خطاهای ویرایش نخست حذف شده و میانگین خطای آن کمتر از 3 متر با انحراف استاندارد 1/9 متر است که در سطح اطمینان 95 درصد دامنه تغییرات آن بین 8/14 و 8/20- متر خواهد بود. بررسی مدل رقومی SRTM نشان داده است که میانگین خطای آن کمتر از 2 متر با انحراف استاندارد 7/8 متر، و در سطح اطمینان 95 درصد دامنه تغییرات میانگین بین 1/19 و 1/15- متر است. نتایج نشان می دهد مدل 1GDEM به رغم آنکه با تفکیک مکانی 30 متر منتشر شده است، عملاً فاقد جزئیات مدل رقومی ارتفاعی 30 متری است و کاربرد آن محدودیت های عمده ای دارد. همچنین مدل 2GDEM با توجه به رفع بسیاری از مشکلات ویرایش نخست دقت مناسبی در مقایسه با SRTM و NIDEM دارد و صرف نظر از خطاهای با دامنه کوتاه (نویز) این مدل در صورت اطمینان از نبود خطاهای محلی می تواند به عنوان مدل رقومی ارتفاعی سی متری به کار رود.

مدت هاست که در مطالعه پوشش گیاهی، سنجش از دور به کار می رود. به رغم بهبود توان تفکیک مکانی تصاویر سنجش از دور، این تصاویر قابلیت کافی برای تخمین برخی از متغیرهای لکه های گیاهی (با سایز کوچک تر از 1 مترمربع) را ندارند. برای شناسایی گونه های گیاهی، تعیین درصد تاج پوشش و اندازه لکه های گیاهی به تصاویر ماهواره ای با توان تفکیک بالاتر نیاز است. این مطالعه به منظور تخمین سطح لکه های گیاهی در تصاویر به دست آمده از دوربین رقومی مستقر بر بالون در ارتفاعات مختلف پرواز (از 5 تا 130 متر) و مقایسه آن با نمونه برداری زمینی سطح لکه های گیاهی گونه غالب (گیاه بوته شور یا Halocnemum strobilaceum) در منطقه دشتیِ اینچه برون انجام گرفته است. نتایج آزمون های تجزیه واریانس و رگرسیون نشان داد که بین مقایسه برآورد سطح لکه های گیاهی بر روی تصویر و سطح لکه های گیاهی اندازه گیری شده از طریق نمونه برداری زمینی، اختلاف معنی داری به چشم نمی خورد. با افزایش ارتفاع پرواز، این اختلاف افزایش می یابد اما بین سطح لکه برآورد شده بر روی تصویر و بر روی زمین، همبستگی قوی و معنی دار در تمام ارتفاعات پرواز وجود دارد. بنابراین می توان سطح لکه های گیاهی را از طریق معادله رگرسیون با ضریب تبیین ( ) بالاتر از 73 درصد محاسبه کرد.