سنجش از دور و GIS ایران

طوفان های گردوغبار یکی از مهم ترین چالش های اخیر در منطقه غرب آسیا محسوب می شود. این پدیده به علت خشکسالی شدت بیشتری یافته و آثار منفی فراوانی در زندگی مردم منطقه گذاشته است. ازآنجاکه این منطقه در کمربند خشک و گردوغباری جهان قرار گرفته، ضروری است تا ابعاد گوناگون ریزگردها به خوبی واکاوی شود. پیش بینی و مدلسازی این پدیده می تواند از به خطر افتادن جان میلیون ها انسان جلوگیری کند. بنابراین، ارائه مدلی منطقه ای برای بررسی ابعاد گوناگون این پدیده ضروری است. المان های هواشناسی و اقلیمی مؤثر در پدیده ریزگرد همواره درحال تغییرند بنابراین، باید از مدل های مکانی- زمانی برای مدلسازی و بصری سازی آن بهره برد. بدین منظور، در این مطالعه با استفاده از قابلیت های مدلسازی مکانی- زمانی سیستم اطلاعات مکانی (GIS) و داده های به دست آمده از سنجش از دور (RS) همچون سرعت باد، رطوبت خاک، بافت خاک و مدل ارتفاعی زمین مدلی برای برآورد میزان گردوغبار برخاسته از سطح زمین طراحی و توسعه داده شد. مدل طراحی شده که DustEM (Dust Emission Model) نامیده شده است، میزان انتشار جریان های افقی ریزگرد را محاسبه می کند. در این مطالعه مدلسازی برای بازه زمانی سال 2001 تا 2007 صورت گرفت و نتایج به دست آمده از آن با داده های AOD سنجنده MODIS ارزیابی شد. به منظور شناسایی مناطق با فعالیت ریزگرد بالا، خروجی مدل در سه طبقه مناطق با فعالیت کم، متوسط و زیاد با استفاده از حد آستانه های 3/0 و 6/0 برای شاخص AOD طبقه بندی شد و این مدل به صورت مکانی- زمانی مناطق بحرانی را شناسایی می کند. میانگین شاخص صحت برای دوره مورد مطالعه % 6/73 به دست آمد که بیانگر دقت بالای مدل در شناسایی مناطق بحرانی است.

در تصاویر نرمال که براساس هندسه اپی پلار بازنمونه برداری شده اند، نقاط متناظر در زوج تصویر در راستای یک سطر یا ستون اند و پارالاکس قائم نخواهند داشت. این ویژگی تصاویر نرمال را به منزله پیش نیاز اصلی طیف وسیعی از کارهای فتوگرامتری نظیر تناظریابی، مثلث بندی هوایی خودکار، تولید مدل رقومی زمین، تولید ارتوفتو، و برجسته بینی مطرح کرده است. در این مقاله، روش جدیدی مبتنی بر استفاده از مدل پارامترهای مداری برای بازنمونه برداری اپی پلار تصاویر خطی پوش بروم پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی براساس تصحیح پارامترهای توجیه خارجی مدل پارامترهای مداری در فضای شیئ توسعه یافته است. از مزایای این مدل می شود به امکان تصحیح اثر دید غیرقائم سنجنده به واسطه تعبیرپذیری فیزیکی پارامترهای مدل و امکان پیاده سازی روند پیشنهادی، با استفاده از دیگر مدل های مطرح در حوزه تصحیح هندسی تصاویر ماهواره اشاره کرد. طبق نتایج حاصل از ارزیابی دقت تصاویر نرمال تولیدشده به روش پیشنهادی در سطح نقاط چک مستقل، متوسط پارالاکس x باقی مانده در سطح مدل 73/0 پیکسل حاصل شد که بر کارآیی مدل پیشنهادی دلالت دارد.

توسعه روش های جدید و هوشمند برای جلوگیری از وقوع تصادف یا کاهش شدت تصادفات در راه های برون شهری یکی از اهداف اصلی مطالعات ایمنی راه است. هدف این تحقیق تلفیق قابلیت های سیستم های اطلاعات مکانی (GIS) با روش های مبتنی بر محاسبات نرم، جهت برآورد شدت تصادفات و تعیین فاکتورهای مؤثر بر آن در راه های دو خطه برون شهری است. روش پیشنهادی با ارائه مدل درخت دسته بندی و رگرسیون فازی (FCART) و ایجاد پایگاه داده مکانمند متشکل از داده های تصادفات و اطلاعات راه و محیط مجاور آن در محور قزوین- رشت (ایران) بررسی می شود. نتایج با استفاده روش اعتبارسنجی ده قسمتی بر رویدادهایی که شدت تصادفات آنها معلوم است، ارزیابی و با مدل درخت دسته بندی و رگرسیون (CART) مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که مدل درخت دسته بندی و رگرسیون فازی در مقایسه با درخت تصمیم CART فرایند استنتاج قوی تر ی دارد و شدت تصادفات را با صحت بیشتری پیش بینی می کند. تحلیل حساسیت روش پیشنهادی ضمن کشف تأثیرات مکانی طرح هندسی و عوارض و کاربری های مجاور راه بر شدت تصادفات، نقص فنی خودرو، کمربند ایمنی و شرایط آب وهوایی را نیز مهم ترین فاکتورهای تأثیر گذار در شدت تصادف می شمارد. این مطالعه به متخصصان ایمنی راه کمک می کند تا عوامل مکانی تأثیرگذار در سطوح متفاوت شدت تصادفات را شناسایی کنند و اقدامات پیشگیرانه لازم را برای کاهش شدت یا جلوگیری از وقوع تصادفات انجام دهند.

تلفیق تصاویر ماهواره ای و ایجاد داده هایی با قابلیت مکانی و طیفی بالاتر از داده های موجود جایگاه و نقشی ویژه در مباحث سنجش از دور دارد. این درحالی است که دقت و کارآیی همه مراحل پردازش در مسیر استفاده از این داده ها به دقت و اعتمادپذیری داده تولیدشده وابسته است. درنهایت، استفاده بهینه از تصویر تلفیق شده مبتنی بر دقت روش تلفیق است. بررسی این مهم به انتخاب درست شاخص ارزیابی، متناسب با هدف و حیطه کاربرد تصویر تلفیق شده، نیاز دارد. ارجحیت حفظ اطلاعات مکانی و طیفی درکاربردهای گوناگون، همچون منابع طبیعی، مناطق شهری و مانند آن، متفاوت است. بنابراین، انتخاب بهترین روش تلفیق با بررسی ازطریق شاخص های ارزیابی کیفیت تصویر متناسب با حیطه کاربرد تصویر یکی از چالش های کاربران در این زمینه است. ازاین رو، مقاله حاضر به آنالیز و ارزیابی بیست روش رایج ارزیابی کیفیت تصویر، با هدف معرفی شاخص مناسب در بین شاخص های مطرح براساس کاربرد تصویر تلفیق شده، معرفی عوامل تفاوت نظر شاخص ها در بیان کیفیت و ارائه مدلی برای دریافتن توانای هریک از شاخص ها در نمایش اعوجاجات رخ داده در جنبه اطلاعات طیفی و مکانی تصویر پرداخته است. بدین منظور، دو شاخص فیلتر بالاگذر و زاویه نگاشت طیفی به منزله مبنای اطلاعات مکانی و طیفی تصویر درنظر گرفته شد و عملکرد هریک از شاخص ها در بیان کیفیت داده های شبیه سازی شده، که شامل تصاویری با اعوجاج طیفی و مکانی کنترل شده است، بررسی شد. برای ایجاد اعوجاج طیفی از اثر اعمال فیلتر بالاگذر، جابه جایی باند و تغییر تن رنگ بهره گرفته شده است. همچنین، از فیلتر پایین گذر و عملگرهای فرسایشی با عنصر ساختاری با ابعاد متفاوت برای مخدوش کردن اطلاعات مکانی استفاده شده است. در بررسی های انجام شده در این تحقیق، از تصاویر ماهواره های Landsat8،EO-1 وWorldview که قدرت تفکیک طیفی و مکانی متفاوت دارند، استفاده شد. از هر تصویر قطعاتی با کاربری اراضی متفاوت به منزله تصاویر تست برش داده شد. نتیجه ارزیابی شاخص ها روی تصاویر تست دسته بندی شاخص ها، از نظر توانایی نمایش انحرافات طیفی و مکانی، در سه گروه قرار می گیرد. دسته نخست روش های مبتنی بر نویز برای ارزیابی کلی تصویر در مقابل نویز است، شامل شاخص های ERGAS، MSE، PSNR، WSNR. دسته دوم روش های هم سو با روش نگاشت زاویه طیفی« SAM» که به دلیل نمایش بهتر انحرافات طیفی، برای برآورد تخریب اطلاعات طیفی تصویر مناسب تر است و شاخص های BIAS, RASE, Q, MSSIM, NQM, FSIM, SRSIM, SAM را دربر می گیرد. دسته سوم شاخص هم روند با شاخص فیلتر بالاگذر «HPF»، شامل شاخص های MAD و RFSIM است که برای برآورد تخریب اطلاعات مکانی تصویر مناسب تر است.

بخش رس از مهم ترین اجزای بافت خاک است که در عملیات مدل سازی زیست محیطی 2 و پهنه بندی رقومی خاک 3 بسیار مورد توجه است. ازآنجا که این ویژگی از تغییرپذیری های مکانی 4 تأثیر می پذیرد، تشخیص و پهنه بندی و پایش این پارامتر، در مقیاس وسیع و با روش های نمونه برداری سنتی و تحلیل آزمایشگاهی معمول، بسیار هزینه بر و وقت گیر است. بنابراین، تقاضا برای بررسی این گونه اطلاعات با کیفیت خوب، هزینه کم و قدرت تفکیک (مکانی) مناسب، در مباحث و زمینه هایی همچون کشاورزی دقیق 5 ( PA ) و برنامه ریزی اراضی 6 ( LP ) بسیار زیاد شده است. با ظهور طیف سنجی ابرطیفی آزمایشگاهی ( LDRS ) که براساس ارتعاشات بنیادین 7 ( FVs )، علائم ترکیبی 8 و فرعی 9 حاصل از گروه های عاملی 10 به تشخیص و بررسی اجزای خاک می پردازد، روزنه ای در بررسی این پارامتر خاک ایجاد کرده است. طی تحقیق حاضر، از طیف سنجی بازتابی مجاورتی 11 ( PSS ) برای بررسی مقادیر رس در قسمت هایی از استان مازندران استفاده شده است. بدین ترتیب، مجموع 128 نمونه از عمق 20 سانتیمتری سطح خاک و براساس روش نمونه برداری طبقه بندی شده تصادفی 12 ( SRS ) و نیز با کمک اطلاعات جانبی همچون: زمین شناسی، کاربری اراضی، نقشه راه ها، و خاک شناسی استان جمع آوری شد. در ابتدا، مجموع نمونه ها به دو قسمت تقسیم شد: 96 نمونه برای ایجاد مدل (عملیات واسنجی 13 ) و 32 نمونه برای اعتبارسنجی مستقل 14 آن. با بهره گیری از تحلیل رگرسیون چندمتغیره 15 PLSR و براساس تکنیک اعتبارسنجی متقاطع به روش حذف تکی 16 ( LOOCV ) و عملیات پیش پردازشی 17 چون: میانگین گیری 18 (روش کاهش داده های ابرطیفی 19 )، هموارسازی و مشتق اول طیفی براساس الگوریتم ساویتسکی- گولای 20 ، درنهایت مدل کالیبراسیون با چهار فاکتور 21 ( LFs )، با RMSE C حدود 55/9 و R 2 C حدود 73/0 و نیز RPD C تقریبی 94/1 و RPIQ C تقریبی 19/3 (ست کالیبراسیون)، به منزله مطلوب ترین مدل جهت برآورد مقادیر رس منطقه مورد مطالعه، شناخته شد که نتایج حاکی از توانایی مناسب مدل در برآورد رس منطقه بوده است. درنهایت، قابلیت فن اوری طیف سنجی بازتابی پراکنشی مرئی-فروسرخ نزدیک 22 ( VNIR- DRS )، در بررسی اجزای رسی منطقه، به اثبات رسید. همچنین، می شود این مدل و نیز دامنه های طیفی مؤثر به دست آمده را جهت بررسی مقادیر رس در مقیاس بسیار وسیع، با عملیات بیش مقیاس سازی 23 به وسیله داده های ابرطیفی هوایی-ماهواره ای، مبنا قرار داد. این امر نشان دهنده اهمیت ابرطیف سنجی آزمایشگاهی، همچون پایه ای برای تشخیص باندهای طیفی مفید و نیز ایجاد مدل جهت استفاده آن در دورسنجی ابرطیفی است.

آگاهی از توزیع زمانی و مکانی دمای سطح زمین (LST) Land Surface Temperature برای تعیین بیلان انرژی، در مطالعات اقلیم شناسی، بررسی وضعیت پوشش گیاهی و تعیین چگونگی ساختار شهری کاربرد بسیاری دارد. در این مطالعه، مسئله اصلی استخراج LST از منطقه مورد مطالعه و بررسی رابطه آن با ساخت وساز شهری و پوشش گیاهی است. شرایط اقلیمی به ویژه باد، چگونگی ساخت وساز شهری و پوشش گیاهی از عوامل مهم و تأثیرگذار در LST به شمار می رود. در این مطالعه، با توجه به اهمیت جزایر حرارتی در مقیاس پیکسل و توانایی چندجمله ای های درونیاب نیوتن در این زمینه، ساخت وساز شهری و پوشش گیاهی با این چندجمله ای ها استخراج، و رابطه آن با LST بررسی شده است. همچنین، آن نواحی که جزایر حرارتی را تشکیل داده اند، شناسایی شدند. از اهداف اصلی این مقاله استفاده از تکنیک های ریاضی در سنجش از دور و میزان کارآیی و دقت آنهاست. چندجمله ای های درونیاب نیوتن، با استفاده از DN دریافتی از دویست نقطه از سطح تصویر که دارای پوشش گیاهی و مناطق با ساخت وساز شهری است، دو معادله از درجه هفت ارائه کرده که با پیاده سازی این معادلات بر سطح تصویر، مناطق دارای پوشش گیاهی و ساخت وساز شهری را جداگانه استخراج کرده است. میزان خطای حاصل از استخراج پوشش گیاهی با استفاده از چندجمله ای درونیاب نیوتن، در صد نقطه برداشتی در سطح منطقه مورد مطالعه، 1/10 و برای ساخت وساز شهری 02/12 محاسبه شد. شایان ذکر است که تاکنون کار مشابهی با الگوریتم دوجمله ای های نیوتن انجام نگرفته است.

در شرایط روبه رشد توسعه، طراحان سرزمین بارها با شرایطی مواجه می شوند که برای مکانی خاص، گزینه های متفاوت کاربری وجود دارد. اینجاست که بین برگزیدن یا برنگزیدن کاربری ها تعارض پدید می آید. تحقیق حاضر، با چنین رویکردی، چگونگی ساماندهی چهار کاربری کشاورزی، جنگل، مرتع و توسعه و اولویت بندی آنها را در منطقه ای در شهرستان گرگان، با هدف کاهش هزینه تخصیص سرزمین به هر کاربری و افزایش تراکم و پیوستگی مناطق اختصاص یافته به آنها، به منزله معیارهای شکلی سیمای سرزمین، مورد مداقه قرار داده است. در این راستا، از قابلیت های دو مدل دقیق و ابتکاری، شامل مدل برنامه ریزی خطی و الگوریتم کلونی مورچگان، استفاده شده است. برای اجرای مسئله به گزینی کاربری اراضیِ تعریف شده در مدل برنامه ریزی خطی که با توجه به ابعاد مسئله (132 ردیف در 127 ستون) و اهداف مورد تحقیق در زمره مسائل سخت قرار دارد، از روش آزادسازی مسئله از قید صحیح و روش شاخه و کران بهره گرفته شده است. نتایج نشان می دهد میزان هزینه تخصیص، تراکم و پیوستگی در همه کاربری ها در استفاده ترکیبی از دو مدل بالا، درمقایسه با شرایطی که فقط یکی از دو مدل به کار رود، بهینه تر خواهد بود. نتایج مقایسه اجرای به گزینی در استفاده ترکیبی از دو الگوریتم و اجرای آن به وسیله الگوریتم شناخته شده MOLA در نرم افزار ایدریسی نشان می دهد که ضمن آنکه در مدل پیشنهادی امکان تعریف اهداف بیشتر وجود دارد، تفاوت مقادیر هزینه، تراکم و پیوستگی در نتایج دو مدل پس از استانداردسازی در بازه صفر تا یک، به ترتیب، 0.03، 0.1 و 0.07 است و الگوریتم ترکیبی بهینه تر عمل کرده است.