آستانه گذاری

سواحل، مناطق ویژه ای هستند که با سه محیط اتمسفر، هیدروسفر و لیتوسفر زمین در تماس بوده و از مهم ترین پدیده های خطی سطح زمین هستند که از طبیعتی پویا برخوردار می باشند. مدیریت بهینه سواحل، و حفاظت از محیط زیست در جهت توسعه پایدار نیازمند استخراج خطوط ساحلی و تغییرات آن ها می باشد.این مقاله به ارزیابی علمی روشهای متداول تعیین تغییرات خطوط ساحلی با استفاده از تصاویر ماهواره ای می پردازد. در این مقاله روش جدیدی برای استخراج خطوط ساحلی ارائه و آزمایش شده است که معایب روش های متداول را ندارد. آلگوریتم پیشنهادی از ترکیب دو روش آستانه گذاری بر روی هیستو گرام تصویر و نسبت بین باندها تشکیل شده است. مکان موردمطالعه این تحقیق دریاچه ارومیه می باشد. این دریاچه بیستمین دریاچه بزرگ دنیا و دومین دریاچه به لحاظ شوری است. پایش خطوط ساحلی دریاچه در فاصله زمانی سال های 1989 تا 2001 و با استفاده از تصاویر سنجنده های TM و ETM+ صورت پذیرفت. با توجه به نتایج به دست آمده از این تحقیق، مساحت در یاچه 1040 کیلو متر مربع در بازه زمانی مورد نظرکاهش یافته است. در این تحقیق، ارتباط تغییرات سطحی دریاچه با اطلاعات ارتفاعی ماهواره TOPEX/POSIDON موردبررسی قرار گرفت و تغییر ارتفاع سطح آب دریاچه در فاصله زمانی موردنظر سه متر برآورد شد. به منظور ارزیابی دقت حاصل از روش پیشنهادی، نتایج با مشاهدات میدانی مطابقت داده شد. دقت خطوط ساحلی استخراج شده برابر 3/1 پیکسل (هر پیکسل معادل 30 متر) بر آورد شد.

یکی از ضروری ترین اطلاعات مورد نیاز مدیران منابع طبیعی، تهیه نقشه پهنه های نمکی پلایاها می باشد. تهیه چنین نقشه هایی با استفاده از روش های سنتی مستلزم صرف زمان و هزینه زیادی خواهد بود. داده های ماهواره ای به دلیل دید وسیع و یکپارچه برای این امور مناسب می باشند. در این تحقیق روش جدیدی برای استخراج پهنه های نمکی از تصاویر ماهواره ای ارائه شده است که این روش پیشنهادی از ترکیب نسبت بین باندها و آستانه گذاری بر روی هیستوگرام تصویر تشکیل شده است. منطقه مورد مطالعه پلایای دامغان می باشد. پایش پهنه نمکی پلایای دامغان با استفاده از تصاویر سنجنده LISSIII ماهواره IRS-P6 در سال 2010 صورت پذیرفت. ابتدا پردازش های اولیه بر روی تصاویر اعمال گردید؛ سپس با نسبت گیری بین باندها و آستانه گذاری برروی هیستوگرام تصویر تولید شده، شاخص های پهنه نمکی نسبتی (RSCI) و پهنه نمکی تفاضلی نرمال شده (NDSCI) تعریف شده و نقشه نهایی پهنه های نمکی به دست آمد. به منظور ارزیابی دقت حاصل از روش پیشنهادی، نتایج با نقشه های مرجع مطابقت داده شد. دقت پهنه نمکی استخراج شده از شاخص های RSCI و NDSCI برابر 81/0 و 89/0 برآورد شد. نتایج نشان می دهد که آستانه گذاری برروی هیستوگرام تصاویر نسبت گیری شده از جمله روش های معمول می باشد که می توان با استفاده از آن پهنه های نمکی را از تصاویر ماهواره ای استخراج نمود و شاخص های RSCI و NDSCI در مقیاس منطقه ای برای پایش این پدیده ها در مناطق خشک و نیمه خشک کارایی دارند.

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.

خلیج گرگان و تالاب میانکاله از مهم ترین پهنه های آبی ایران، نیازمند نظارت مستمر و پایش تغییرات مساحت آبی هستند. با توجه به چالش های موجود در تهیه نقشه پهنه آبی از تصاویر ماهواره ای نوری (ابر و سایه) و عدم وجود رویکرد آستانه گذاری قابل اطمینان برای استخراج زمانی- مکانی پهنه آبی، مطالعه حاضر عملکرد شاخص های طیفی NWI ، EWI ، MNDWI  و WRI مستخرج از تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 در بازه زمانی ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۴ را به تفکیک فصول مختلف مورد بررسی قرار داده است. هدف اصلی تحقیق حاضر، به کارگیری ابتکاری الگوریتم آتسو لبه به منظور پایش دقیق تغییرات مساحت پهنه های آبی و مقایسه عملکرد آن با شاخص های طیفی مختلف است. بنابراین، مشارکت تحقیق حاضر، به کارگیری الگوریتم آتسو لبه و تهیه نقشه پهنه آبی به صورت سری زمانی در مقیاس فصلی است. نتایج ارزیابی کمی صحت استخراج پهنه های آبی با استفاده از شاخص های طیفی نشان داد که شاخص طیفی WRI با صحت کلی 99 درصد و ضریب کاپای 0.99 بیش ترین صحت و شاخص MNDWI با صحت کلی 98 درصد و ضریب کاپای 0.96 کم ترین صحت را در حالت استفاده از آستانه بهینه ثبت کرده اند. همچنین، در شرایط اعمال حدود آستانه پیش فرض، شاخص های طیفی WRI و NWI به ترتیب با صحت های کلی 94 درصد و 86 درصد و ضرایب کاپای 0.88 و 0.65، بیش ترین و کم ترین صحت ها را ثبت کرده اند. با توجه به نتایج کسب شده، میانگین سالانه مساحت آبی محدوده خلیج گرگان و تالاب میانکاله در محدوده زمانی مطالعاتی به ترتیب برابر با 399.73، 381.52، 374.18، 357.99، 311.63 و293.60 کیلومترمربع بوده است. لذا، تغییرات سالانه در این مدت به ترتیب معادل 4.55-%، 1.92-%، 4.32-%، 12.94-% و 5.78-% ثبت شده است. براساس تحلیل مساحت پهنه آبی از سال ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۴ ، یک الگوی نزولی در این منطقه حاکم بوده و میزان کاهش در سال 2022 شدیدتر از سال های دیگر به ویژه در تالاب میانکاله برآورد شده است.