شاخص های طیفی

در این تحقیق 14 شاخص طیفی با استفاده از باندهای انعکاسی محاسبه شد و میزان همبستگی این شاخص ها با تاج پوشش گیاهی در چهار تیپ مرتعی و یک تیپ جنگلی مورد ارزیابی قرار گرفت. درصد تاج پوشش گیاهی با استفاده از روش قدم ـ نقطه و به شکل شعاعی (6000 نقطه در هر تیپ) اندازه گیری شد. میزان همبستگی تاج پوشش گیاهی با شاخص های گیاهی به تفکیک در هر یک از تیپ های گیاهی و کلیه آنها (جنگل و تیپ های مرتعی) با استفاده از نرم افزارهای SPSS و Erdas Imagine مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. گروه های مختلفی از شاخص های گیاهی از جمله براساس شیب خط خاک، فاصله از خط خاک، و شاخص های گیاهی تبدیلات راست گوشه و نیز شاخص های حساس به آب گیاهان با استفاده از داده های بازتابندگی سنجنده TM ماهواره لندست استخراج گردیدند. نتایج نشان داد که تیپ های گیاهی براساس خصوصیات شان با یکی از شاخص های گیاهی دیگر همبستگی بیشتری دارند و میزان همبستگی بین تاج پوشش گیاهی و شاخص های گیاهی در هر یک از تیپ های گیاهی دارای صحت بالایی (تا حدود 81 درصد) است (001/0p<). این میزان همبستگی به هنگام در نظر گرفتن تیپ های گیاهی مختلف با هم، به دلیل وجود خصوصیات طیفی متفاوت در گیاهان مختلف و همچنین عارضه های زمینه کاهش یافت. این خود نشان دهنده تنوع در خصوصیات طیفی گیاهان به دلیل اختلافات ساختاری و زیستی و همچنین خاک زمینه است، که در انتخاب شاخص مناسب برای پهنه بندی و تفکیک تیپ های گیاهی باید در نظر گرفته شود.

رطوبت خاک یکی از مهم ترین متغیرهای محیطی است و شناخت تغییرات مکانی و زمانی آن، بینش ارزشمندی را در مطالعه مراحل مختلف هیدرولوژیکی و مدل های آب و هوایی به همراه دارد. هدف از پژوهش، دسترسی به پایگاه های دور یا بیرون از دستِ رطوبت خاک در مناطق خشک و نیمه خشک است. داده های ماهواره ای لندست8 در منطقه ی خشک و نیمه خشکی از استان خراسان رضوی تهیه و پس از آماده سازی و پیش پردازش، به همراه مقادیر محاسبه شده ی چندین نمایه ی طیفی، تجزیه ی مؤلفه های اصلی و تبدیل داده ی تسلدکپ، به عنوان متغیرهای پیش بینی کننده، مورداستفاده قرار گرفتند. به روشِ آمار مکانی شاخص مورانز توأم با شاخص خوشه بندی حداقل- حداکثر، همبستگی جغرافیایی داده ها بررسی شد. همبسته ترین متغیرها نیز به روش رگرسیون اکتشافی و روش همبستگی دومتغیره، با محاسبه ی عامل تورم واریانس، ضریب پیرسون و ضریب تعیین، در سه سطحِ رطوبتیِ مساوی یا بیشتر از 5%، 4 تا 5 درصد و مساوی یا کمتر از 4%، مشخص شدند. پی ریزی توابعِ تخمین رطوبت سطحی خاک نیز، با هفت روشِ رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR)، رگرسیون چندگانه یِ گام به گام، رگرسیون چندگانه یِ پس حذف رو، رگرسیون چندگانه یِ پیشرو، رگرسیون چندگانه یِ وارد شونده، رگرسیون چندگانه یِ عزل و آزمونِ اعتبار متقاطعِ درختی (M5P) انجام گرفت. 188 نمونه خاک هم زمان با گذر ماهواره از منطقه برداشت و 25 درصدِ آن ها با انتخاب تصادفی، در مرحله اعتبارسنجی استفاده شدند. بررسی دقت توابع و معرفی دقیق ترین مدل ها، با محاسبه ی 5 معیارخطاسنجی انجام شد که نتایج حاصل از مقایسه ی آماره های خطاسنجی در گام نهایی، به معرفی سه مدل برای سه سطح رطوبتیِ موردنظر ختم گردید. نتایج نشان دادند که تصاویر ماهواره، توانایی مناسبی برای تخمین رطوبت سطحی خاک دارند و مدل های معرفی شده، از ضریب همبستگیِ مناسبِ بیشتر از 5/0 (504/0 تا 618/0) برخوردارند. نتایج اعتبارسنجی مدل نیز نشان داد که روش تحقیق از دقت مناسبی (425/1 تا 585/0 RMSE=، و خطای نسبیِ 5 درصد)، در تخمین رطوبت سطحی خاک برخوردار است. میانگین خطای اریب در مدل های معرفی شده غالباً کمتر از یک است، بااین وجود مقدار این آماره تمایل به بیش بر آوری را در مدل معرفی شده برای سطح رطوبتیِ 5%≤ و تمایل به کم برآوری را برای دو مدل معرفی شده ی دیگر نشان می دهد. نسبت انحراف کارایی مدل ها (RPD) نیز با احتسابِ انحراف معیارِ (158/1 تا 221/0SD=)، 38/0 تا 93/0 برآورد شد.

در پی شهرنشینی بی سابقه در دهه های گذشته و افزایش جمعیت شهرها، چشم اندازهای طبیعی در حال تبدیل شدن به چشم اندازهای انسانی است و فضاهای باز شهری به اراضی ساخته شده مبدل شده است. در این بین، تغییرات کاربری اراضی مدیران شهری را مجاب می کند که همواره اطلاعات به روزی از این تغییرات داشته باشند تا بتوانند درباره مدیریت شهری سریع تر تصمیم گیری کنند. هدف از انجام این مطالعه طبقه بندی اراضی ساخته شده و شناسایی میزان تغییرات این اراضی در شهر تهران است. همچنین این مطالعه به بررسی و عملکرد هفت شاخص طیفی به منظور طبقه بندی و تشخیص تغییر اراضی ساخته شده با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 7 سنجنده ETM + و تصاویر ماهواره لندست 8 سنجنده OLI / TIRS می پردازد. محدوده مورد مطالعه در این تحقیق شهر تهران با وسعت 68995 هکتار است. روش انجام این تحقیق نیز بدین گونه است که ابتدا برای جداسازی سطوح دارای آب از سطوح بدون آب بر روی تصاویر، از شاخصMNDWI  و روش آستانه گذاری اتسو استفاده شده است. پس از آن به منظور توجه مطلق بر مناطق بدون آب، یک ماسک آب تولید، و برای پوشاندن آب در تمام تصاویر به کار رفته است. درنهایت با استفاده از روش اتسو برای تمامی شاخص ها اراضی ساخته شده و ساخته نشده از یکدیگر جدا و طبقه بندی شده اند. دقت طبقه بندی نیز با استفاده از 3500 نقطه مرجع برای هر تصویر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد شاخص VbSWIR1-BI با دقت کلی 88/92 درصد (لندست 7) و 68/92 درصد (لندست 8)، دقت کلی بیشتری دارد. همچنین نتایج تغییرات اراضی ساخته شده شهر تهران براساس شاخص VbSWIR1-BI در بازه زمانی 2001 تا 2015 به میزان 38/6 درصد بوده است. گفتنی است بیشترین تغییرات مکانی اراضی ساخته شده در بخش های غربی و جنوب غربی شهر تهران دیده می شود.

شوری خاک یکی از عوامل محدودکننده رشد گیاهان و تخریب اراضی است. شناخت تغییرات مکانی و زمانی آن تأثیر به سزایی در مطالعات خاک شناسی، ژئومورفولوژی و هیدرولوژی دارد. برآورد شوری خاک با استفاده از داده های دورسنجی و آمار مکانی امکان تفکیک پارامترها را با دقت بالاتر فراهم نموده و شاخص ها با ضریب اطمینان بیشتری خود را نشان می دهند. هدف از این پژوهش، کاربردی ساختن و دسترسی به پایگاه های دور یا بیرون از دسترس شوری خاک در مناطق خشک و نیمه خشک با استفاده از تکنیک های سنجش ازدور است. منطقه سبزوار در غرب استان خراسان رضوی از لحاظ شرایط اقلیمی، خشک و نیمه خشک است و مسئله شور شدن خاک ها و تسریع روند آن در سال های اخیر یکی از چالش های اساسی این منطقه است؛ لذا شناخت شوری در این شرایط از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش، 48 نمونه خاک منطبق با نقشه واحد کاری (ژئومورفولوژی) از منطقه برداشت شد، سپس به بررسی رابطه همبستگی بین مقادیر هدایت الکتریکی(EC) با متغیرهای بدست آمده از تصاویر ماهواره ای لندست شامل شاخص های شوری، شاخص های پوشش گیاه، شاخص روشنایی، باندهای تصویرسازهای TM,ETM+,OLI، شاخص مؤلفه های اصلی و شاخص انتقال طیفی، اقدام گردید. در محیط spss روش رگرسیون چند متغیره در قالب 5 روش رگرسیونی، رگرسیون چندگانه گام به گام، رگرسیون چندگانه پس حذف رو، رگرسیون چندگانه پیشرو، رگرسیون چندگانه وارد شونده، رگرسیون چندگانه عزل انجام گرفت. در محیط GIS10.2.2 ARC با استفاده از مدل های آمارمکانی، شاخص موران و خوشه بندی حداقل – حداکثر به بررسی رابطه همبستگی آن ها پرداخته شد. همبسته ترین متغیرها با محاسبه عامل تورم واریانس و ضریب پیرسون مشخص شدند. نتایج نشان می دهد الگوی همبستگی فضایی مثبت و مدل ها از ضریب همبستگی مناسبی برخوردارند. در این پژوهش روش های دورسنجی و مدل های پیش بینی کننده، توانایی مناسبی برای تخمین شوری سطحی خاک نشان دادند.

برخلاف سنجنده های اپتیکی که تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دود، مه، ابر، و میزان نور خورشید قرار می گیرند، سنجنده های راداری با روزنه مجازی در همه ساعات شبانه روز و همه نوع شرایط آب و هوایی توانایی اخذ داده را دارند. بنابراین، هدف از این تحقیق ارزیابی قابلیت باند های راداری برای استخراج خصوصیات بیوفزیکی سطح زمین است. در این مطالعه از داده های ماهواره ای لندست-8 و باندهای پلاریمتریک VV و VH سنتینل-1 استفاده شده است. ارتباط 18 شاخص طیفی استخراج شده از تصاویر اپتیکی با باندهای راداری در مناطق مختلف بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که از باندهای راداری با توجه به ماهیت منطقه موردمطالعه خصوصیات متفاوتی می توان استخراج کرد؛ به طوری که در منطقه موردمطالعه اول با کاربری زمین بایر شاخص LST، در منطقه موردمطالعه دوم با کاربری زمین کشاورزی شاخص EVI، و در منطقه موردمطالعه سوم با کاربری پوشش جنگلی متراکم شاخص MNDWI به ترتیب دارای همبستگی 668 / 0، 756 / 0، و 803 / 0 با باندهای راداری است. بنابراین، با توجه به نتایج به دست آمده در مواقعی که امکان استفاده از داده های اپتیکی وجود ندارد می توان از باندهای راداری به عنوان جای گزین مناسبی برای استخراج خصوصیات بیوفیزیکی سطح زمین استفاده کرد.

شاخص های طیفی پوشش گیاهی به منزله ابزاری مناسب برای تخمین میزان تولید محصولات کشاورزی استفاده می شوند. بااین حال، تعداد محدود تصاویر از عوامل اصلی کاهش کارآیی شاخص ها به منظور تخمین تولید شمرده می شود. از سوی دیگر، ارزیابی توانایی شاخص ها در تخمین تولید از راه ترکیب داده های مادیس و لندست، در مواردی که تعداد داده های لندست کم باشد، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف تحقیق حاضر، در گام نخست، معرفی شاخص ها یا شاخص منتخب در تخمین تولید کلزا و در گام بعدی، استفاده از تکنیک های تلفیق داده برای افزایش کارآیی شاخص منتخب است. کلزا ازجمله محصولات کشاورزی است که، به دلیل گل دهی در دوره رشد، ویژگی های طیفی خاصی دارد. در این تحقیق، پایگاه داده ای از میزان تولید محصول کلزا و سری زمانی داده های لندست و مادیس کشت و صنعت مغان تهیه و سپس ده شاخص متفاوت به قصد تخمین تولید کلزا ارزیابی شد. در ادامه، رابطه میزان تولید با شاخص پیشنهادی بررسی و مشخص شد که شاخصNDYI ، در طول زمان گل دهی، دقتی بیشتر از سایر شاخص ها دارد (r = 0.73). با تلفیق داده های سری زمانی لندست و مادیس مبتنی بر الگوریتم مدل تطبیقی ادغام بازتابندگی مکانی و زمانی بهبودیافته (ESTARFM)، همبستگی و RMSE (kg/ha) به ترتیب 7% و 0.11 افزایش و کاهش یافت. تحقیق حاضر نشان داد که استفاده از تکنیک های تلفیق داده امکانِ افزایش کارآیی شاخص های طیفی را به منظور تخمین تولید محصول فراهم می کند.

استخراج اطلاعات دقیق مربوط به موقعیت، تراکم و توزیع ساختمان ها در محدوده شهری از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است که در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. سنجش از دور یکی از کارآمدترین تکنولوژی های تهیه نقشه است که در مناطق وسیع، با سرعت بالا، هزینه مقرون به صرفه و با به کارگیری داده های به روز مورد استفاده قرار می گیرد. تاکنون روش ها و داده های متعددی برای این منظور مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، در تحقیق حاضر از یک روش نیمه خودکار به منظور تهیه نقشه محدوده شهری و ساختمان های شهر تبریز و از تصاویر ماهواره ای سنتینل-1 و 2 در سامانه گوگل ارث انجین استفاده شد. برای این منظور، بعد از فراخوانی تصاویر و اعمال پیش پردازش های لازم در موتور مجازی، نقشه مناطق شهری اولیه و ساختمان هایی با پتانسیل بالا از تصاویر سنتینل-1 تولید شد. در مرحله بعد، به منظور حذف ویژگی های مزاحم و استخراج مناطق شهری ثانویه، شاخص های طیفی از تصاویر سنتنیل-2 استخراج شد. سپس برای آستانه گذاری ویژگی ها از آستانه گذاری هیستوگرام به روش تک مدی استفاده شد. در نهایت، با ادغام نقشه ساختمان های با پتانسیل بالا و نقشه مناطق شهری ثانویه، نقشه نهایی تولید و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل، نشان دهنده صحت کلی 90/11 درصد و ضریب کاپای 0/803 می باشد. براساس مقایسه های کمّی و کیفی انجام شده، روش پیشنهادی از عملکرد مطلوبی برخوردار می باشد. از مهم ترین مزایای روش پیشنهادی می توان به رایگان بودن داده ها و متن باز بودن سامانه گوگل ارث انجین اشاره کرد. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که استفاده همزمان از داده های سنجش از دور راداری و اپتیکی در محیط سامانه گوگل ارث انجین، پتانسیل بسیار بالایی در متمایز کردن ویژگی ها و تهیه نقشه ساختمان ها دارد.

افزایش بی رویه جمعیت در بسیاری از جوامع ازجمله ایران منجر به تغییرات سریع چشم اندازهای شهری شده است. در برنامه ریزی های شهری استفاده از تصاویر سنجش ازدوری و بکارگیری شاخص های طیفی نقش بسزایی در تسریع روند نظارت شهری دارد. بررسی این امر نیازمند به ارزیابی عملکرد شاخص ها در شرایط مختلف متناسب با کاربرد است که می تواند یکی از چالش های کاربران دراین زمینه باشد. هدف از این پژوهش، یک مطالعه تطبیقی و تحلیل راه کارهای مناسب جهت بکارگیری شاخص های مطرح شهری با کمک تصاویر ماهواره ای و تحلیل عملکردآنهاست. در این راستا، ابتدا شاخص های طیفی از تصاویر لندست 8، سنتینل2و1 استخراج و سپس به جهت جداسازی مناطق ساخته شده، الگوریتم حد آستانه خودکار بر روی تصاویر اعمال شد. نتایج حاکی از آن است که به طورکلی تصاویر سنتینل-2 عملکرد بهتری نسبت تصاویر لندست از خود نشان دادند. از بین شاخص های طیفی، شاخص UI برای تصاویر لندست و سنتینل-2 در رفسنجان با دقت کلی (28/86 و 19/98)، شاخص NBI برای تصاویر لندست و سنتینل-2 در شهر آمل با دقت کلی (21/87 و 48/97)، شاخص UI در لندست و IBI در سنتینل-2 برای اصفهان با دقت کلی (73/78 و 69/91) دارای بهترین عملکرد بوده اند. همچنین با هدف ارزیابی عملکرد شاخص های ضعیف با اعمال حد آستانه دستی این نتیجه حاصل شد که اغلب موارد حد آستانه دستی باعث افزایش دقت خواهد شد. در یک بررسی دیگر با بکارگیری تصاویر سنتینل-1 با حد آستانه نظارت شده توسط کاربر اقدام به شناسایی مناطق ساخته شده شد که نتایج برای سه شهر آمل، رفسنجان و اصفهان به ترتیب دقت های کلی 24/89، 03/80 و 10/76 حاصل شد. یافته های این تحقیق نشان داد که دقت عملکرد شاخص ها با توجه به پارامترهایی مانند نوع اقلیم، سنسورهای مختلف و حدآستانه می تواند متغیر باشد. لذا نتایج این تحلیل می تواند با به عنوان یک الگوی راهبردی محققان را در جهت شناخت و درک بهتر شاخص ها با در نظرگرفتن پارامترهای مختلف یاری کند.

بیابان زایی از عوامل تخریب اکوسیستم های طبیعی در مناطق خشک جهان به شمار می آید. شناخت مناطق در معرض بیابان زایی، جهت مبارزه با این پدیده اهمیت فراوانی دارد. سنجش از دور، ابزاری مهم در ارزیابی و پایش تخریب سرزمین و بیابان زایی است. هدف پژوهش حاضر، ارزیابی شدت بیابان زایی در شهرستان بندر ماهشهر براساس شاخص های طیفی منتج از تصاویر ماهواره ای است. ابتدا شاخص های NDVI، SAVI، RVI، TGSI و Albedo با کمک نرم افزار ENVI از تصویر OLI لندست 8 منطقه استخراج شدند. سپس، برای ارزیابی رابطه همبستگی بین شاخص های طیفی از رگرسیون خطی استفاده شد و شدت بیابان زایی در منطقه طبقه بندی گردید. نتایج نشان داد که ضریب همبستگی بین دو شاخص NDVI و Albedo برابر با 83/0-، بین دو شاخص SAVI و Albedo برابر با 78/0- و بین دو شاخص RVI و Albedo برابر با 77/0- بوده است. ضریب همبستگی بین دو شاخص TGSI و Albedo برابر 86/0 بوده است. همبستگی بیشتر بین دو شاخص TGSI و Albedo، بیانگر مناسب تر بودن مدل Albedo-TGSI جهت ارزیابی شدت بیابان زایی در منطقه است. نقشه بیابان زایی مدل Albedo-TGSI نشان داد که نواحی دارای شدت بیابان زایی کمتر، عمدتاً در قسمت های شمالی و شرقی و نواحی دارای شدت بیابان زایی بیشتر، عمدتاً در قسمت های جنوبی و جنوب غربی منطقه واقع شده اند.

تخمین پهنه سیل از نظر مدیریت و تعیین پهنه و خسارات سیل بسیار مهم است. سنجش از دور و استفاده از تصاویر با دقت بالا می تواند در استخراج شاخص های تخمینگر پهنه سیل مؤثر باشد. در این تحقیق از تصاویر سنتینل 2 در سال وقوع سیل با توان تفکیک مکانی 10 متر و از تصاویر لندست 8 در زمان های مشابه سال های قبل و بعد از وقوع سیل در محیط گوگل ارث انجین استفاده شد. در این مطالعه با استفاده از  3 شاخص NDWI، MNDWI و DVDI به تخمین پهنه اثر سیل پرداخته شد. نتایج نشان داد که شاخص MNDWI با وجود فاصله زمانی زیاد (20 روزه) بعد از وقوع سیل و تبخیر بخش عمده منابع آب پخش شده بر روی اراضی، نسبت به شاخص NDWI میزان سطح آبگرفتگی ناشی از سیل 1398 را بهتر و در حدود 59/330  هکتار  برآورد نمود. همچنین شاخص DVDI با ارائه مقادیر منفی که مبین تخریب پوشش گیاهی در اثر سیل می باشد، مساحت تخریب اراضی زراعی و باغی ناشی از این سیل را 21/3522 هکتار برآورد نمود که در قیاس با آمار ارائه شده استانداری لرستان (4750 هکتار) تفاوت اندکی نشان می دهد. در کل استفاده از شاخص های فوق به عنوان روش های مهم، کاربردی و کم هزینه برای مدیریت، تخمین پهنه و تعیین خسارات سیل پیشنهاد می شود.

شوری آب و به دنبال آن شوری خاک در محدوده شرق دریاچه ارومیه و اراضی غرب تبریز از جمله تهدیدات خاک و زمین های زارعی و در عین حال برای محدوده های صنعتی تبدیل شده است . هدف اصلی این تحقیق بررسی و تحلیل شوری آب و خاک منطقه جهت پایش وضعیت زمین های کشاورزی در 20سال اخیر است که با توجه به گستردگی خاک های شور و افزایش شوری آب از گذشته تا به حال، وضعیت پوشش گیاهی و منابع آبی منطقه مورد بررسی قرار گرفته است .. ناحیه مادون قرمز حرارتی، اغلب برای تعیین رطوبت و شوری به کار می رود. به همین دلیل از شاخص هایی که از این باندها استفاده شده است . از جمله شاخص های که در این تحقیق پیاده سازی شده است شاخص های : NDSI ، SI-1 ، SI-2 ، SI-3 ، SI-4 ، SI-4 ، SI-5 ، SI-6 و IPVI. .نتایج بررسی تغییرات شوری در طی زمان در محدوده مورد بررسی نشان می دهد که در بازه زمانی مورد مطالعه ،میزان شوری خاک در مناطق شمال غربی و جنوب شرقی پالایشگاه تبریز روند افزایشی داشته و مساحت خاک شور در این مناطق نسبت به سال های گذشته بیشتر شده است. نقطه مرکزی نقشه، موقعیت دقیق پالایشگاه تبریز می باشد و در نواحی شرق پالایشگاه که شامل زمین های زراعی می باشد، شوری خاک افزایش پیدا کرده است. یکی از عوامل افزایش شوری در این بازه زمانی، آبیاری نامناسب مزارع و به عبارت کلی تر عوامل انسانی می باشد.