سنجش از دور و GIS ایران

شناسایی عوامل مؤثر در گسترش فرسایش خاک و پهنه بندی آن یکی از عوامل اساسی، جهت مدیریت و کنترل این پدیده و تعیین راهکارهای مناسب در مقابله با گسترش آن است. هدف از این پژوهش، پهنه بندی فرسایش خاک در حوضه قلعه چای، در غرب استان آذربایجان شرقی با استفاده از فرآیند تحلیل شبکه ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی است. بدین منظور با بررسی منابع و نظر کارشناسان، عوامل مؤثر بر فرسایش خاک از قبیل شیب، جهت شیب، لیتولوژی، کاربری اراضی، شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI)، بارندگی سالانه و خاک مورد ارزیابی قرار گرفته و سپس با استفاده از نرم افزار ArcGIS و ضرایب استخراج شده در فرآیند تحلیل شبکه، نقشه پهنه بندی فرسایش خاک تهیه و در پنج کلاس، فرسایشی خیلی زیاد، زیاد، متوسط، کم و خیلی کم، باز طبقه بندی شد. نتایج این تحقیق نشان داد کلاس های خطر زیاد و بسیار زیاد، در مجموع 12/37 درصد از مساحت منطقه که 56/118 کیلومترمربع را شامل می شود، در بر می گیرد. همچنین در بخش های جنوبی و مرکزی حوضه، مقدار فرسایش خاک زیاد است، این مناطق شرایط بحرانی و حادی را از نظر فرسایش نشان می دهند و با توجه به احداث و آبگیری سد قلعه چای، می بایست در اولویت اجرای برنامه های حفاظت خاک و آبخیزداری قرار گیرند.

کمبود روزافزون منابع آب تجدیدپذیر در کشور، برآورد نیاز آبی مزارع را به یکی از اولویت های مهم مدیریت آب در کشاورزی تبدیل نموده است. نیاز آبی مزارع توسط مولفه های اقلیمی منطقه کنترل می شود و برابر است با تبخیر-تعرق مرجع که با یک ضریب ویژ ه (بسته به نوع محصول و منطقه جغرافیایی کاشت) اصلاح می گردد. در تحقیق حاضر، با استفاده از تصاویر ماهواره لندست8، ضریب محصولات عمده کشاورزی منطقه کشت و صنعت مغان از دو روش برآورد و مقایسه شده است. روش نخست بر مبنای اندازه گیری تبخیر- تعرق مزارع و روش دوم بر مبنای اندازه گیری شاخص گیاهی NDVI است. مقایسه این دو روش برای پنج محصول عمده منطقه نشان داد که مقدار خطای جذر میانگین مربعات قابل قبول (کمتر از 28/0) است. در ادامه، برای برآورد نیاز آبی محصولات، از ضریب محصول تولید شده بر مبنای تبخیر- تعرق استفاده شد. نیاز آبی محصولات با شش متد برآورد شد: ترکیب دو روش برآورد تبخیر- تعرق واقعی و سه روش برآورد تبخیر- تعرق مرجع. از میان آنها، متد متریک- پنمن مونتیث برای برآورد نیاز آبیاری بکارگرفته شد. تخمین نیاز آبیاری مستلزم کسرکردن بارش موثر از نیاز آبی است. برای برآورد بارش موثر، پس از بررسی چهار روش متداول، روش فائو برای شیب های کم ترجیح داده شد. نیاز آبیاری محصولات منطقه کشت و صنعت مغان بر از حداقل 270 میلی متر (برای جو دیم) تا حداکثر 1500 میلی متر (برای باغ زیتون) برآورد شده است. . بررسی آماری اندازه گیری ها سه ساله وجود یک همبستگی را بین میزان عملکرد محصول و میزان تبخیر- تعرق مزارع آشکار کرد. همچنین مشخص شد که عملکرد محصولات با شاخص های طیفی گیاه نیز دارای رابطه معنی دار است. هدف نخست تحقیق حاضر، برآورد ضرایب محلی محصولات کشاورزی منطقه مغان است؛ هدف دوم، بررسی رابطه مندی ضریب محصولات کشاورزی و شاخص های طیفی آنها به منظور تخمین ضریب محصولات بصورت مستقیم از این شاخص هاست.

خشکسالی یکی از بلایای طبیعی است که ممکن است در هر اقلیمی رخ دهد. در دهه های اخیر کشور ایران به به طور پیاپی تحت تأثیر خشکسالی های شدید و گسترده قرار داشته و آثار زیانباری بر بخش های مختلف اقتصادی از جمله بخش کشاورزی، محیط زیست و منابع آب کشور تحمیل کرده است. امروزه برای شناسایی و تحلیل خشکسالی های کشاورزی از شاخص های پوشش گیاهی که به کمک فن آوری سنجش از دور بدست می آیند استفاده می شود. بر این اساس، هدف از این پژوهش بررسی کارایی شاخص های پوشش گیاهی NDVI ، EVI و VCI در شناسایی و تحلیل خشکسالی کشاورزی در حوزه آبخیز کرخه می باشد. برای محاسبه این نمایه ها تصاویر سنجنده مودیس) ماهواره Terra، محصولMOD13A2 ) طی مدت 17 سال در دوره آماری 2000-2017 استفاده شد. دقت نمایه های یاد شده با شاخص ZSI محاسبه شده در 11 ایستگاه باران سنجی واقع در حوضه کرخه برای دوره آماری 1379-1396 مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس مقادیر NDVI، EVI و VCI محاسبه شده، کمترین و بیشترین مقدار پوشش گیاهی به ترتیب در سال های 1379 و 1380 مشاهده شد. اما بررسی ZSI نشان داد که از سال 1379 تا 1387 اکثر ایستگاه ها با خشکسالی مواجه بوده اند و شدیدترین خشکسالی در سال 1387 رخ داده است. از سال 1389 تا انتهای دوره در اکثر ایستگاه ها شرایط نسبتاً نرمال مشاهده شد. بنابراین طبق نتایج بدست آمده همزمانی خشکسالی هواشناسی و کشاورزی در تمام سال ها وجود ندارد و نباید انتظار داشت که با افزایش بارندگی، NDVI، EVI و VCI نیز ترسالی و افزایش پوشش گیاهی را نشان دهند.

داده های طیفی محدوده مرئی – مادون قرمز که باحداقل هزینه و صرف وقت تهیه می شوند ، کاربرد وسیعی در برآورد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک دارند. مطالعه حاضر با هدف بررسی توانایی این روش در برآورد مقدار ماده آلی، کربنات ها و درصد گچ سطح خاک صورت پذیرفته است. بر اساس تکنیک هایپرکیوب، محل 115 پروفیل شناسایی و سپس نمونه برداری از افق های خاک انجام گرفت و مقدار ماده آلی، درصد گچ و آهک خاک با روش های استاندارد اندازه گیری شد. آنالیز طیفی خاک های مورد نظر با استفاده از دستگاه طیف سنج زمینی با دامنه طول موج 400-2500 نانومتر انجام شد. پس از ثبت طیف ها انواع روش های پیش پردازش مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس از رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و رگرسیون مولفه اصلی((PCR برای برای پیش بینی پارامترهای مورد نظر استفاده شد. جهت ارزیابی مدل 80 درصد داده ها برای کالیبراسیون مدل و 20 درصد برای صحت سنجی مدل به صورت تصادفی انتخاب شدند. پیش پردازش های مختلف از جمله: مشتق اول و دوم به همراه فیلتر ساواتزکی و گلای، متغیر نرمال استاندارد و تصحیح پخشیده چندگانه با هم مقایسه شدند. نتایج این بررسی نشان داد بهترین نتایج مدل سازی مربوط به روش PLSR با پیش پردازش مشتق اول+فیلتر ساویتزکی و گلای برای برآورد گچ،کربنات و ماده آلی خاک بدست آمد. با توجه به مقادیر درصد انحراف نسبی(RPD)، پیش بینی مدل برای درصد گچ و ماده آلی در کلاس خوب و برای کربنات ها در کلاس ضعیف می باشد.

پوشش گیاهی یکی از عوامل ضروری در ساختار و عملکرد اکوسیستم های خشکی و یکی از حلقه های اساسی زنجیر حیاتی آب-خاک-گیاه و اتمسفر است. مطالعات متعدد ثابت کرده که پوشش گیاهی به تغییرات عوامل اقلیمی و ادافیکی حساس است. بر این اساس، تغییر در پوشش گیاهی و رابطه اش با عوامل ذکر شده از اهمیت بسیار برخوردار است. تحقیق حاضر به منظور بررسی تغییرات پوشش گیاهی و عوامل موثر بر آن در حوزه خارستان استان فارس انجام شد. در این رابطه، تصاویر برگرفته از سنجنده ETM لندست 7 طی دوره 2000-2017و داده های اقلیمی حاصل از ایستکاه های هواشناسی استان استفاده شد. با استفاده از این تصاویر تغیرات زمانی و مکانی NDVI و آنومالی آن بررسی شد. در نهایت رابطه بین این شاخص با عوامل اقلیمی و توپوگرافی بر مبنای روش های رگرسیون وزن دار فضایی و حداقل مربعات معمولی به دست آمد. در مجموع، تغییرات زمانی مبین روند افزایش آهسته NDVI بود. آنومالیNDVI در سال های قبل از 2008 روند مثبت و برای سال های بعد روند منفی را نشان داد. توزیع مکانی NDVI مبین یک روند افزایشی از شمال به سمت مرکز و جنوب غرب منطقه مورد مطالعه بود. نتایج حاکی از تاثیر دو دسته عوامل طبیعی و انسانی بر تغییرات پوشش گیاهی بود. علاوه بر این تغییرات پوشش گیاهی بر حسب ارتفاع، جهت و شیب هم متفاوت بود. به طوری که از ارتفاع بیشتر از 2500 متر مقدار NDVI کاهش، در شیب های کمتر از ˚5، مقدار این شاخص افزایش و در جهت های شمال و شرق بیشتر از دامنه های جنوبی بود. روند کلی نشان دهنده افزایش دما و کاهش بارندگی در طول دوره مورد مطالعه بود. بیشترین مقدار ضریب تبیین مکانی (Local R 2 ) بین NDVI با بارندگی و دما به ترتیب 87/0 و 75/0 بود. با توجه به نتایج می توان اظهار داشت که عوامل محیطی نظیر ارتفاع، جهت، شیب، دما و بارش فاکتورهای اصلی کنترل کننده پوشش گیاهی در این منطقه هستند.

تهیه نقشه های کاربری اراضی با دقت بالا همواره یکی از اهداف مهم محققین در زمینه مدیریت اراضی بوده است. هدف از این پژوهش ارائه روش نوینی جهت تهیه نقشه های کاریری اراضی با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای بوده است. به همین منظور از تصاویر ماهواره لندست 8 به عنوان تصویر پایه و نقشه مدل رقومی ارتفاعی، داده های حاصل از تجزیه به مولفه های اصلی و شاخص های طیفی جهت استخراج نقشه کاربری اراضی در منطقه مطالعاتی استفاده گردید. پس از پیش پردازش ها و آماده سازی داده های مورد نیاز، اقدام به تهیه نمونه های آموزشی گردید. در این پژوهش نمونه های آموزشی در دو بخش به کار گرفته شدند؛ در بخش اول از آنها به عنوان ورودی جهت طبقه بندی تصویر با الگوریتم های نظارت شده حداکثر احتمال و ماشین بردار پشتیبان استفاده گردید. در بخش دوم جهت طبقه بندی با روش درخت تصمیم گیری، از این نمونه ها جهت تعیین محدوده بازتاب طیفی هر کاربری در طیف امواج الکترومغناطیس (باندهای تصویر، PCA، شاخص های طیفی و DEM) استفاده گردید. سپس با استفاده از این داده ها و شروط دودویی درخت تصمیم گیری، هر کاربری مشخص گردید و نقشه کاربری آن استخراج گردید. پس از تهیه نقشه های ذکر شده، به منظور تلفیق نتایج طبقه بندی و حصول دقت بالاتر، از روش حداکثر رای گیری به منظور تهیه نقشه تلفیقی جدید کاربری اراضی منطقه استفاده گردید. به منظور ارزیابی دقت نقشه های تولیدی از پارامترهای آماری منتج از ماتریس ابهام شامل دقت کلی، ضریب کاپا، صحت کاربر و صحت تولیدکننده استفاده گردید. بر اساس نتایج حاصله، روش تلفیقی با دقت کلی 37/93 درصد و ضریب کاپا 91/0 دارای بیشترین دقت بوده است. دقت کلی نقشه کاربری روش درخت تصمیم گیری، ماشین بردار پشتیبان و حداکثر احتمال نیز به ترتیب 61/89، 01/88 و 6/87 درصد بوده اند. با توجه به اینکه در طبیعت پوشش/کاربری خالص به ندرت مشاهده می گردد و بیشتر پوشش/کاربری ها به صورت ترکیبی وجود دارند، لذا بهتر است از روش های نوینی که همه ابعاد پدیده ها را پوشش می دهند استفاده گردد. در این پژوهش اطلاعات حاصل از طبقه بندی نظارت شده و همچنین اطلاعات حاصل از روش منطقی درخت تصمیم گیری با یکدیگر تلفیق شده و نتایج حاصله به خوبی بیانگر بهبود دقت نهایی طبقه بندی بودند.

شوری خاک یکی از شایع ترین و مهم ترین عوامل تخریب اراضی در مناطق خشک و نیمه خشک بوده و پایش و مدیریت صحیح آن امری ضروری است. در کشور ایران بسیاری از اراضی در معرض افزایش شوری خاک قرار گرفته است که از مهم ترین آنها می توان به سواحل دریاچه ارومیه اشاره نمود. از آنجا که تکنیک های سنجش از دور روشی کارآمد و مقرون به صرفه در پایش شوری خاک هستند، در سال های اخیر بهره گیری از این فناوری توسعه چشمگیری یافته و مدل های مختلفی برای این منظور توسعه داده شده است. از جمله پرکاربردترین آن ها می توان به مدل های رگرسیون خطی اشاره کرد. این تکنیک ها عمدتاً تک متغیره بوده و تلفیق باندهای طیفی در تخمین شوری خاک مغفول واقع شده است. در تحقیق حاضر به منظور بهبود تخمین شوری خاک با تصاویر چندطیفی، مدل های رگرسیون خطی چندمتغیره پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی، بطور همزمان، پتانسیل محدود ولی متفاوت باندهای طیفی مختلف را بکار گرفته و انتظار می رود به دقت های بالایی در تخمین شوری خاک بینجامد. به منظور ارزیابی روش پیشنهادی، میزان شوری خاک در بستر خشک شده دریاچه ارومیه اندازه گیری گردید. داده اصلی مورد استفاده در این تحقیق، تصویر چندطیفی سنتینل 2B می باشد که در تاریخ 6 اکتبر 2018 از منطقه مورد مطالعه اخذ شده است. در تحقیق حاضر، از 8 باند طیفی تصویر سنتینل (باندهای مرئی و مادون قرمز) و 17 شاخص شوری برای تخمین شوری خاک استفاده شد. بمنظور کالیبراسیون مدلها و ارزیابی صحت آنها در تخمین شوری خاک، طی عملیات صحرائی، تعداد 28 نمونه آموزشی و 10 نمونه ارزیابی در زمان گذر ماهواره از سطح منطقه مورد مطالعه جمع آوری گردیده و هدایت الکتریکی آنها، در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه تبریز اندازه گیری شد. پس از کالیبراسیون مدلهای رگرسیون خطی تک متغیره و مدلهای رگرسیون خطی چندمتغیره پیشنهادی، صحت تخمین شوری خاک در هر یک از این مدلها، با استفاده از پارامترهای ضریب تبیین () و مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) در محل نمونه های ارزیابی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ارزیابی نشان داد؛ در مدل های رگرسیون خطی تک متغیره، بهترین مدل ها برای تخمین شوری خاک از باند مادون قرمز نزدیک باریک (8a) و شاخص روشنایی (BI) حاصل شده است که متناظر با بالاترین میزان و پایین ترین مقدار RMSE در بین سایر مدلهای رگرسیون خطی تک متغیره بوده است. مقادیر و RMSE برای باند 8a به ترتیب 89/0 و 85/20 بوده و برای شاخص BI به ترتیب برابر 83/0 و 33/21 می باشد. در مقایسه با مدل های رگرسیون خطی تک متغیره موجود، رگرسیون های خطی چند متغیره پیشنهادی در این تحقیق، عمدتاً از دقت بالاتری در تخمین شوری خاک برخوردار بوده است. بهترین نتایج از مدل رگرسیون خطی 7 متغیره حاصل شده است که بالاترین مقدار و پایین ترین مقدار RMSE نمونه های ارزیابی را در بین تمامی مدلهای رگرسیون خطی تک متغیره و چندمتغیره داشته است (97/0= و 77/8 =RMSE). نتایج این تحقیق موید قابلیت بالای رگرسیون خطی چندمتغیره پیشنهادی در این تحقیق و همچنین پتانسیل ارزشمند تصاویر چندطیفی سنتینل 2B در تخمین شوری خاک است. پس از تعیین دقیق ترین مدل های رگرسیون خطی تک متغیره و چند متغیره در تخمین شوری خاک، نقشه های شوری خاک منطقه که اطلاعات ارزشمندی از وسعت، توزیع مکانی و غلظت شوری را نشان می دهد، تهیه شد. نقشه های شوری خاک نشان می دهد که در بخش وسیعی از منطقه، شوری خاک بیشتر از 60 دسی زیمنس بر متر می باشد.