سنجش از دور و GIS ایران

کلانشهرها به دلیل تمرکز فوق العاده قدرت، سرمایه و جمعیت به شکل افقی به مراکز پیرامونی کشیده می شوند و این توسعه فیزیکی، اغلب به صورت ناموزون شکل گرفته و باعث بروز مشکلات زیادی همچون تغییر کاربری اراضی، دگرگونی های اجتماعی اقتصادی، طبیعی و در نتیجه بروز مسائل زیست محیطی می شود. عواملی مانند رشد شهری، ارزش زمین و تراکم توسعه از عوامل اساسی شکل گیری خزش شهری به شمار می روند که ساختار درونی شهرها را دگرگون کرده و باعث گسترش شاخص های شهری به صورت ناهمگن در نواحی پیرامونی شده و این نواحی را تبدیل به فضاهای بی برنامه می کند. در این پژوهش، الگوهای خزش شهری و تحلیل تغییرات به وجود آمده طی سه دوره به وسیله سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور و با استفاده از داده ها و تصاویر ماهواره ای لندست TM سال 1986 و +ETM سال 2000 و +ETM سال 2014 (1365-1379-1393) هجری شمسی انجام شد. یافته های این تحقیق نشان می دهد که طی سه دوره گذشته، ساخت و سازهای مسکونی در این ناحیه به طور چشمگیری افزایش پیدا کرده است. به طوری که مساحت این ساخت و سازها از89/4 درصد در سال 1986 به 3/10 درصد در سال 2014 افزایش پیدا کرده و در مقابل، مساحت اراضی زراعی از33/61 درصد در سال 1986 به 7/44 درصد در سال 2014 کاهش یافته است. البته ساخت و سازهای پراکنده و خزش شهری در ناحیه مورد مطالعه به صورت الگوی خزش گسسته بوده که باعث رخداد ناپایداری در بخش کشاورزی و اقتصاد روستایی ناحیه شده است. همچنین گسترش شبکه راه ها، بزرگراه ها، شبکه برق و ساخت و سازهای غیرمسکونی، خزش شهری گسسته را در ناحیه مورد مطالعه تشدید کرده است. لذا به منظور کاهش ناپایداری کشاورزی و تغییر کاربری اراضی ارزشمند کشاورزی و مرتعی، توجه به برنامه ریزی یکپارچه کاربری زمین در کنار برنامه ریزی یکپارچه شهری و روستایی، پیشنهاد می شود.

تخمین بارش در محاسبات بیلان انرژی، مطالعات هیدرولوژیکی و هواشناسی از اهمیت چشمگیری برخوردار است. با توجه به اهمیت داده های بارش در علوم مختلف و عدم وجود شبکه باران سنجی گسترده و مناسب، لازم است داده های بارش به نحوی برآورد شوند. یکی از راههای برآورد بارش، استفاده از داده های ماهواره ای است. در این پژوهش، به ارزیابی داده های بارش مدل GLDAS، CRU، GPCP، TRMM، CMAP و NCEP-NCAR با داده های ایستگاهی در استان های البرز، قزوین، زنجان، کردستان و همدان پرداخته شد. نتایج نشان داد که در این مناطق، بارش GPCP، TRMM، CMAPو NCEP-NCAR نتایج خوبی داشتند و از میان آنها GPCP وTRMM نتیجه بهتری را ارائه کرده اند. در ارزیابی GPCP با میانگین ایستگاه های منطقه مورد مطالعه در پیکسل 3 در سال 2003، ضریب تبیین (R 2 )، ضریب کارایی مدل(EF)، خطای اریب میانگین (MBE)، میانگین مطلق خطا (MAE) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به ترتیب برابر 96/0، 94/0، 13/3، 30/5 و 58/6 میلی متر بر ماه به دست آمد. همچنین داده های بارش مدل GLDAS با داده های ایستگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج نشان داد که در مناطقی که بارش زیاد است، مانند ایستگاه رشت و نوشهر مدل GLDAS از دقت خوبی برخوردار نیست

خشکسالی پدیده مهم آب و هوایی است که می تواند بر اساس داده های حاصل از ایستگاه های هواشناسی و داده های سنجش از دور پایش شود. روش های سنجش از دور، مزیت های نسبی قابل توجهی نسبت به سایر روش ها برای پایش خشکسالی ارائه کرده اند. همچنین شاخص های خشکسالی متعددی در سنجش از دور برای پایش خشکسالی ارائه شده است، اما هیچ یک از شاخص های متداول در سنجش از دور، تعمیم پذیری زمانی، اقلیمی و ارتفاعی ندارند و ضرورت دارد کیفیت عملکرد این شاخص ها 1-در اقلیم ها، 2-در پهنه بندی های ارتفاعی مورد بررسی قرار گیرد. این پژوهش، با اثبات این فرضیه، به تشخیص شاخص مناسب در هر اقلیم و پهنه ارتفاعی می پردازد و در هر منطقه، فصل مناسب جهت برآورد شاخص بررسی می شود. در این پژوهش، شاخص های خشکسالی VCI، VDI، TCI و TVDI با پارامتر LST، NDVI و EVI ارزیابی شده اند. برای بررسی اقلیمی و ارتفاعی شاخص ها، ابتدا در کل کشور و سپس در استان همدان پهنه بندی اقلیمی و ارتفاعی صورت گرفت و شاخص های خشکسالی برای اقلیم ها و ارتفاعات مختلف در دو شکل پیکسل-مبنا و شیء-مبنا (پلیگونی) محاسبه و با داده بارشی ماهواره TRMM مقایسه شد. عملکرد شاخص های خشکسالی با در نظر گرفتن نوع اقلیم، فصل اخذ داده، ارتفاع و وسعت منطقه جهت برآورد خشکسالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج متعدد این تحقیق، عدم تعمیم پذیری همه شاخص ها را از نظر اقلیمی، ارتفاعی و زمانی نشان می دهد و به عنوان نمونه، در ارزیابی پیکسلی اقلیم گرم و خشک، بیشترین همبستگی بین شاخص VCI و داده بارشی در ماه خرداد با ضریب همبستگی 0.57 بوده و در ارزیابی همین منطقه بصورت شئ-مبنا شاخص VCI مقدار 0.67 محاسبه شد

قابلیت های ویژه داده های ماهواره ای، در تامین اطلاعات از مواد سطحی زمین، امکان تهیه نقشه های زمین شناسی را فراهم می کند و در این راستا، توان تفکیک طیفی و مکانی داده های مورد استفاده، دو ویژگی اساسی آن ها در تعیین میزان دقت و درستی نقشه ها است. در این پژوهش، دسته داده های استر و سنتینل2، به دلیل توان تفکیک طیفی و مکانی بالا، در آشکارسازی واحدهای سنگی کمپلکس سوریان، در شمال شرق فارس بکار گرفته شده اند. کمپلکس دگرگون شده رسوبی- آتشفشانی سوریان، بخشی از کمربند سنندج- سیرجان جنوبی در بوانات استان فارس است. بررسی سیماهای طیفی نمونه های صحرایی که در دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد و همچنین طیف های استخراج شده از تصویر، نشان می دهد که گروه های عاملی اصلی تعیین کننده رفتارهای طیفی در منطقه، شامل Fe 2+ ، Fe 3+ ، CO 3 ، Al-OH، Mg-OH و Fe-OH است که بر اساس مطالعات کانی شناسی، می توان آن ها را به کانی های کلریت، موسکویت، اپیدوت، آمفیبول، کلسیت و هماتیت نسبت داد که مطالعه مقاطع میکروسکوپی نیز، رخداد آن ها را تایید می کند. برای آشکارسازی واحدهای سنگی منطقه از روش های نسبت گیری باندی ، و بر روی 9 باند بازتابی سنجنده استر و روش تحلیل مولفه های اصلی بر روی 9 باند سنتینل 2 و استر استفاده شد. این پردازش ها توانست، واحدهای سنگی کلریت- اپیدوت شیست، کالک شیست، میکاشیست و همچنین دایک های دیابازی و کوارتزیتی را تفکیک کند. مقایسه نتایج این تحقیق، با مشاهدات میدانی و نتایج بدست آمده از مطالعات آزمایشگاهی، نشان داد که استفاده همزمان داده های استر و سنتینل-2 و روش های پردازش بکار رفته، می تواند در تفکیک واحدهای سنگی یک کمپلکس دگرگونی – رسوبی - آتشفشانی موفق باشد.

حوضه آبخیز تکاب، یکی از مهم ترین حوضه های آبخیز دریاچه ارومیه است. این حوضه آبخیز، کاملا مرتفع و کوهستانی بوده و رواناب ناشی از ذوب برف آن، اهمیت بسیار زیادی دارد. تجمع برف در ماه های زمستان یک سال، در ماه های بهار سال بعدی پر اهمیت تلقی می شود و آب حاصل از ذوب برف، برای تاسیسات آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به طوری که سیلاب های قابل توجهی را در زمانی که ذوب برف با بارندگی گرم بهاره همراه باشد، به وجود می آورد. بنابراین پیش بینی ذوب برف، لازم و ضروری به نظر می رسد و بدون در نظر گرفتن این عامل مدیریت منابع و مخازن و برنامه ریزی منابع آبی و هیدرولوژی رودخانه ها میسر نخواهد بود. برای شبیه سازی جریان در حوضه آبخیز تکاب از مدل رواناب ذوب برف SRM، از سال های آبی 83-84 و برای اعتبار سنجی آن از سال های آبی 84-85 استفاده شد. با توجه به اینکه تصاویر سنجنده ی MODIS از قدرت تفکیک زمانی مناسب در برف سنجی برخوردار هستند، برای برآورد سطح تحت پوشش برف از این تصاویر استفاده شده است. نتایج حاصل از تحقیق، نشان داد که استفاده از نقشه های پوشش برفی به دست آمده از تصاویر MODIS در پیش بینی رواناب حوضه مفید است. همچنین نتایج نشان می دهد که مدل، قابلیت و توانایی شبیه سازی جریان رواناب حاصل از ذوب برف را دارا است. برای ارزیابی مدل از دو شاخص ضریب تعیین و تفاضل حجمی استفاده شده است که در این مطالعه به ترتیب برابر 75/0و 84/27 درصد هستند. مقادیر بدست آمده، نشان می دهند که مدل در برآورد رواناب حاصل از ذوب برف این حوضه دقت بالایی دارد و نشانگر قابلیت کاربرد مدل برای حوضه های دیگر منطقه است

فعالیت های طبیعی و انسانی در مناطق ساحلی، باعث تغییرات پویای کاربری و پوشش زمین می شود. رشد سریع جمعیت در این مناطق، باعث تسریع در روند تغییر کاربری ها و پوشش طبیعی زمین و انتقال به کاربری های مسکونی و توسعه زیرساخت ها می شود. این پژوهش، به منظور بررسی و مدل سازی تغییرات کاربری زمین در حوزه تالاب انزلی بین سال های 1975 تا 2015، با استفاده از تصاویر ماهواره ای و پیش بینی تغییرات احتمالی کاربری زمین در سال 2045 با استفاده از مدل LCM انجام شده است. به منظور دستیابی به تغیی رات کمی و کیف ی رخ داده در منطقه مورد مطالعه، نقشه های کاربری حوزه آبخیز تالاب انزلی از تصاویر ماهواره لندست سال های 1975، 1989، 2000 و 2015 استفاده شده است. بر این اساس، شش طبقه کاربری کشاورزی، مرتع، جنگل، اراضی تالابی، اراضی مسکونی و تالاب با استفاده از روش طبقه بندی الگوریتم حداکثر احتمال م دنظ ر ق رار گرف ت. ارزیابی صحت نقشه های کاربری زمین مستخرج از تصاویر ماهواره ای به دو صورت دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برابر 87 درصد و 0.71 با استفاده از 323 نقطه از طریق الگوریتم نمونه گیری لایه ای تصادفی محاسبه شد. تجزیه و تحلیل ماتریس تشخیص تغییرات نشان می دهد که در طی دوره زمانی 1975 تا 2015 کل تغییرات و انتقال کاربری های مختلف به یکدیگر 76648.14 هکتار است. بیشترین تغییرات بین کاربری های مختلف در طی این زمان مربوط به انتقال کاربری های مختلف به کاربری کشاورزی به میزان 49827.69 هکتار است که این میزان معادل 65 درصد کل تغییرات کاربری های مختلف است. در تغییر کاربری های صورت گرفته به کشاورزی، کاربری های جنگل (64 درصد)، مرتع(16 درصد)، اراضی تالابی (10 درصد)، تالاب(8 درصد) و مناطق مسکونی (2 درصد) بیشترین سهم را دارند. در طول مدت مطالعه، گسترش کاربری مسکونی همواره روندی مثبت و منطبق بر افزایش جمعیت داشته است. مدل سازی پتانسیل انتقال با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و استفاده از 7 متغیر و 8 زیر مدل انجام شد. نتایج مدل سازی با استفاده از شبکه عصبی در اکثر سناریوها صحت بالایی (60.14 تا 88.73 درصد) را نشان داد. به منظور بررسی صحت مدل سازی ضریب کاپای استاندارد (0.8948) و مقادیر خطای Null Successes (77.9 درصد), Hits (3.1 درصد), Misses (15.9 درصد), False Alarms (3.1 درصد) محاسبه و وضعیت صحت برای موقعیت و کمیت پیکسل های هر طبقه به دست آمد. نسبت Hits به کل پیکسل های تغییر کرده (14.2) بیانگر قابل قبول بودن نتایج مدل در پیش بینی تغییرات کاربری زمین است. مقایس ه نتایج حاص ل از تبدیل و تغییر کلاس ک اربری ه ای زمین در دوره زم انی 2015 ت ا 2045 (پیش بینی شده) در منطقه، نش ان می دهد اگر روند بهره برداری از س رزمین با ش یوه مدیریت فعلی ادامه یابد، 10036.26 هکتار اراضی جنگلی به اراضی کشاورزی (67.69 درصد)، مرتع(32.04 درصد)، مناطق مسکونی(0.16 درصد) و اراضی تالابی تبدیل می شود و با احتساب انتقال سایر کاربری ها به کاربری جنگل در مجموع در طول این مدت، شاهد کاهش 9963.36 هکتار جنگل خواهیم بود. به طور کلی در این مدت اراضی کشاورزی، مرتع و مناطق مسکونی افزایش یافته و کاربری های جنگل، تالاب و اراضی تالابی کاهش خواهد داشت.

یکی از مهم ترین مشکلات پژوهشگران در مطالعات جوی و هیدرولوژیکی، نداشتن داده های به روز و طولانی مدت با دقت مناسب است. در بسیاری از مناطق کوهستانی و بیابانی، ایستگاه های سینوپتیک و باران سنجی با فاصله مناسب توزیع نشده اند. لذا استفاده از داده های بارش ثبت شده توسط ماهواره ها می تواند مکمل مناسبی برای رفع کمبود این نوع از داده باشد. هدف پژوهش حاضر، ارزیابی صحت داده های ماهواره ای در مقابل داده های مشاهداتی است. در این پژوهش تصاویر بارش روزانه ثبت شده توسط سنجنده GPM با قدرت تفکیک 1/0× 1/0 درجه در غرب میانه ایران برای 1390 روز در بازه زمانی 12/3/2014 تا 31/1/2016 مورد ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، از داده های بارش روزانه 31 ایستگاه سینوپتیک به عنوان داده مشاهداتی و برای ارزیابی داده ها از شاخص های آماری R 2 ، EF، IA، slope، bias، Rmse، استفاده شده است. نتایج نشان داد که در مجموع بارش روزانه حاصل از سنجنده GPM در غرب میانه ایران از دقت مناسبی برخوردار نیست. بر اساس ضریب تعیین بیش از 77 درصد ایستگاه مقدار ضریب تعیین کمتر از 5/0 دارند و تنها برای 7 ایستگاه، مقدار ضریب تعیین به 5/0 و بیشتر می رسد که در بهترین حالت برای ایستگاه نورآباد لرستان مقدار این شاخص 57/0 است. نتایج سایر شاخص ها نیز بیانگر دقت پایین و انحراف بالای مقادیر بارش روزانه این سنجنده در مقابل بارش مشاهداتی است. مقایسه مجموع بارش برآورد شده سنجنده GPM در مقابل مجموع بارش هر ایستگاه نشان داد هرچند این سنجنده نمی تواند مقدار دقیق و مناسبی از بارش روزانه منطقه غرب ایران را برآورد کند، باوجود این، رفتار مکانی بارش غرب ایران را در حالت کلی به خوبی نشان می دهد و این شرایط بیانگر دقت بیشتر این سنجنده در مقیاس های زمانی بالاتر (ماه، سال) است.