بررسی قابلیت داده های ماهواره ای در تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی مناطق خشک و نیمه خشک (مطالعه موردی پناهگاه حیات وحش موته)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی بورسیه دکتری، عضو هیات علمی دانشگاه زابل، دانشکده منابع طبیعی*(مسئول مکاتبات) .

2 استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

3 دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

4 دانشجوی بورسیه دکتری، عضو هیات علمی دانشگاه زابل، دانشکده منابع طبیعی.

چکیده

فناوری دورسنجی و بهره‌گیری از داده‌های ماهواره‌ای از ابزار‌های موثر در زمینه مطالعات علوم مرتع و پوشش گیاهی  است. یکی از کاربردهای داده های ماهواره تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی می باشد.
در این مطالعه جهت تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی پناهگاه حیات وحش موته از تصویر ماهواره IRS-P6، سنجنده LISS III  در خرداد سال 1385 استفاده گردید. ابتدا تصحیحات مورد نیاز بر روی تصاویر اعمال شد. به منظور ایجاد همبستگی بین درصد تاج پوشش گیاهی و داده های ماهواره، داده های 290 پلات با پراکنش مناسب در منطقه برداشت شد. شاخص های گیاهی از  تصویر ماهواره ای تهیه شد و با انجام آنالیز رگرسیون ساده خطی میزان همبستگی بین شاخص های گیاهی و داده های میدانی محاسبه گردید و برای هر شاخص مدل پوشش گیاهی به دست آمد و نقشه درصد تاج پوشش گیاهی تهیه شد.
نتایج به دست آمده در این مطالعه نشان داد که  شاخص گیاهی SAVI دارای بیشترین همبستگی با تاج پوشش گیاهی معادل 78/0 بود و جهت تهیه نقشه درصد پوشش گیاهی انتخاب گردید. با استفاده از مدل تهیه شده از شاخص SAVI  نقشه درصد تاج پوشش گیاهی در چهار طبقه 10%<،  20%-10، 40%-20 و بیشتر از 40% تهیه شد.
نتایج این مطالعه نشان داد که بیشتر قسمت های منطقه توسط پوشش کمتر از 10%  و 20%-10 پوشیده شده است. شاخص SAVI  با  اعمال ضریب خاک، اثر بازتابش خاک پس زمینه را کم می کند. در این مطالعه شاخص های گیاهی NDVI، TSAVI1 و RVI  نیز دارای ضرائب همبستگی بالایی (78/0، 77/0 و 76/0)  بودند.

کلیدواژه‌ها


 

 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره پانزدهم، شماره چهار، زمستان 92

 

 

بررسی قابلیت داده های ماهواره ای در تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی مناطق خشک و نیمه خشک(مطالعه موردی پناهگاه حیات وحش موته)

 

 

وحید راهداری[1]*

vahid_rahdary@yahoo.com

علیرضا سفیانیان[2]

  سید جمال الدین خواجه الدین[3]

سعیده ملکی نجف آبادی [4]

تاریخ دریافت:8/11/88

تاریخ پذیرش:27/6/89

 

چکیده

فناوری دورسنجی و بهره‌گیری از داده‌های ماهواره‌ای از ابزار‌های موثر در زمینه مطالعات علوم مرتع و پوشش گیاهی  است. یکی از کاربردهای داده های ماهواره تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی می باشد.

در این مطالعه جهت تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی پناهگاه حیات وحش موته از تصویر ماهواره IRS-P6، سنجنده LISS III  در خرداد سال 1385 استفاده گردید. ابتدا تصحیحات مورد نیاز بر روی تصاویر اعمال شد. به منظور ایجاد همبستگی بین درصد تاج پوشش گیاهی و داده های ماهواره، داده های 290 پلات با پراکنش مناسب در منطقه برداشت شد. شاخص های گیاهی از  تصویر ماهواره ای تهیه شد و با انجام آنالیز رگرسیون ساده خطی میزان همبستگی بین شاخص های گیاهی و داده های میدانی محاسبه گردید و برای هر شاخص مدل پوشش گیاهی به دست آمد و نقشه درصد تاج پوشش گیاهی تهیه شد.

نتایج به دست آمده در این مطالعه نشان داد که  شاخص گیاهی SAVI دارای بیشترین همبستگی با تاج پوشش گیاهی معادل 78/0 بود و جهت تهیه نقشه درصد پوشش گیاهی انتخاب گردید. با استفاده از مدل تهیه شده از شاخص SAVI  نقشه درصد تاج پوشش گیاهی در چهار طبقه 10%<،  20%-10، 40%-20 و بیشتر از 40% تهیه شد.

نتایج این مطالعه نشان داد که بیشتر قسمت های منطقه توسط پوشش کمتر از 10%  و 20%-10 پوشیده شده است. شاخص SAVI  با  اعمال ضریب خاک، اثر بازتابش خاک پس زمینه را کم می کند. در این مطالعه شاخص های گیاهی NDVI، TSAVI1 و RVI  نیز دارای ضرائب همبستگی بالایی (78/0، 77/0 و 76/0)  بودند.

 

واژه های کلیدی: داده ماهواره، پناهگاه حیات وحش موته، شاخص گیاهی، ضریب خاک، درصد پوشش گیاهی.


 

مقدمه


مطالعات پوشش گیاهی از اولین تحقیقاتی است که با استفاده از داده های ماهواره ای در حوزه مدیریت منابع طبیعی یافته است. گیاه دارای الگوی بازتابی خاصی در امواج الکترو مغناطیس است که از آن برای تهیه شاخص های گیاهی استفاده می شود (1). شاخص های گیاهی ترکیبات مختلفی از داده های ماهواره ای چند طیفی برای تولید یک تصویر در مورد ارایه وضعیت پوشش گیاهی در اختیار قرار می دهند. در جدول 1، معادلات مربوط به برخی از شاخص های گیاهی مورد استفاده در این مطالعه، نشان داده شده است (1، 2 و 3).

در مناطق مختلف، با توجه به خصوصیات سطح زمین و میزان تاج پوشش گیاهی شاخص های متفاوتی جهت توصیف وضعیت پوشش گیاهی انتخاب می شود (4).  در مناطق خشک و نیمه خشک با پوشش پراکنده، میانگین بازتابی سطح زمین بیشتر از  بازتاب خاک تاثیر می پذیرد، بنابراین در مطالعات  خصوصیات پوشش گیاهی با استفاده از سنجش از دور، روش ها و شاخص هایی باید انتخاب گردند که به طور موثری از میزان اثر خاک بکاهند (3).

 

 

 

جدول1- فرمول محاسبه برخی از شاخص های گیاهی (2)

فرمول

نام شاخص

 

NDVI

 

TSAVI1

 

DVI

 

PVI

 

PVI2

 

SAVI

 

RVI

 

TVI

 

WDVI

 

MSAVI1

 

به طور کلی شاخص های پوشش گیاهی به دو دسته شاخص های نسبیSlope-based  و شاخص های فاصله ای Distance-based تقسیم می شود (2).

          شکل 1-الف، یک شاخص نسبی را  نشان می دهد که با افزایش مقدار پوشش گیاهی خطوط به باند مادون قرمز نزدیک، تمایل پیدا می کنند.  در این شکل پیکسل ها با مقادیر مختلف پوشش گیــاهی، خطــوط با شیب هــای مختلف را می سازند از این دسته می توان به شاخص های[5]TVI,[6]NDVI,[7]RVI  اشاره کرد. در شکل1-ب، الگوی شاخص های فاصله ای دیده می شود که در آن پیکسل ها با پوشش گیاهی از خط خاک فاصله می گیرند. از این دسته می توان به: شاخص های 1 PVI,PVI1-3[8], MSAVI1[9], TSAVI[10], WDVI[11] اشاره کرد(2 و 5).

شاخص [12]SAVI  یک شاخص هیبرید از دو نوع شاخص گیاهی ذکر شده است. کلید این شاخص در مقدار ضریب خاک (L) است. ضریب خاک بین صفر برای پوشش 100% تا یک برای خاک لخت متغیر است. مقدار این ضریب در اکثر مطالعات 5/0 در نظر گرفته می شود (5).

مسعود و همکاران(2006)[13] برای تهیه نقشه پوشش گیاهی منطقه مورد مطاله و با توجه به بیابانی بودن منطقه از شاخصSAVI  جهت کاهش اثر پس زمینه خاک استفاده کردند و مقدار ضریب خاک را 5/0 در نظر گرفتند(6). راندکس و همکاران  (1996)[14] در بررسی های خود به این نتیجه رسیدند که شاخص  MSAVI1  بیشترین حساسیت را به درصد پوشش گیاهی داشته و شاخص NDVI در رده بعدی قرار گرفته است. آن ها همچنین بیان کردند که خاک زمینه تاثیر بسیار زیادی در رفتار  طیفی تاج پوشش گیاهی دارد  (7).

 

 

شکل 1- مفهوم شاخص های گیاهی را نشان می دهد. شکل الف مربوط به شاخص های گیاهی نسبی و شکل ب، مربوط به شاخص های گیاهی فاصله ای است  (2).

 

هدف از این مطالعه تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی با استفاده از شاخص های گیاهی تهیه شده از داده های سنجنده LISS III برای پناهگاه حیات وحش موته با اقلیم خشک و نیمه خشک می باشد.

 

روش بررسی

منطقه مطالعه

منطقه مورد مطالعه، پناهگاه حیات وحش موته، واقع در استان اصفهان با مساحت تقریبی 204000 هکتار می باشد. این منطقه از شمال غربی به شهرستان میمه و از جنوب غربی به شهر دلیجان محدود می شود که در محدوده ΄13˚50  تا΄02 ˚51 طول شرقی و΄23˚33 تا ΄01 ˚34  عرض شمالی قرار گرفته است. ارتفاع منطقه بین 1500 تا 3000 متر در نوسان است. اقلیم منطقه به روش دومارتن، نیمه خشک می باشد. حداقل مطلق دما، 29-  درجه سانتیگراد در ماه بهمن و حداکثر آن 40+  در ماه های تیر و مرداد است. متوسط بارندگی منطقه  263 میلی متر می باشد  که بیشترین آن در ماه می با 2/58 میلی متر و کم ترین آن در فصل تابستان حدود 1/0 تا 3 میلی متر است. به طور کلی بارندگی منطقه از آبان شروع شده و تا ماه خرداد ادامه پیدا می کند.  جوامع گیاهی منطقه مورد مطالعه از انواع گیاهان مناطق خشک و نیمه خشک تشکیل شده است. منطقه مورد مطالعه در ناحیه رویشگاه گیاهی ایران- تورانی (بخش های استپی، نیمه استپی و کوه های مرتفع) ‌قرار دارد که عمدتاً شامل دشت های استپی پوشیده از بوته های کوتاه درمنه است (8). شکل 2 موقعیت جغرافیایی پناهگاه حیات وحش موته را نشان می دهد.

 

شکل 2 -موقعیت جغرافیایی پناهگاه حیات وحش موته

 

جوامع گیاهی موجود در منطقه نسبتاً محدود است. در جدول2، نام علمی30 جامعه گیاهی غالب پناهگاه حیات وحش موته ذکر شده است.       

 

نمونه برداری میدانی

در این تحقیق مناطق مناسب برای برداشت اطلاعات صحرایی بر روی پوشش گیاهی  با استفاده از تجربیات مطالعات گذشته و بازدیدهای میدانی ، مشخص شد. همزمان با برداشت تصویر نمونه برداری از پوشش گیاهی،  با پلات  به روش اندازه گیری  دو قطر اصلی تاج پوشش گیاهی، انجام یافت. با توجه به وسعت هر تیپ، حداقل 5 پلات به فاصله 100 متر از هم انداخته شد. سعی شد پلات ها از عوارضی مانند جاده ها، مناطق مسکونی و آبراهه ها فاصله حداقل 200 متری داشته باشد.

 

جدول 2- جوامع اصلی پناهگاه حیات وحش موته(8)

Noaea

Eremurus

Atriplex

Acantolimon

Pteropyrum

Euphorbia

Carex

Alhagi

Peganum

Halocnemum

Cousinia

Anabasis

Scariola

Hertia

Dorema

Artimisia

Stipa

Limonium

Ephedra

Astragalos

 

 

ابعاد پلات ها با استفاده از روش حداقل مساحت موثر، m) 7 × m3) در نظر گرفته شد. مختصات مرکز هر پلات  با استفاده از دستگاه GPS برداشت گردید.اطلاعات هر پلات  شامل: درصد تاج پوشش گیاهی برای تمام گونه های موجود در پلات، درصد سنگ و سنگ ریزه، خاک لخت برای 290 پلا ت در اواخر اردیبهشت و اوایل خرداد ماه، اندازه گیری و یادداشت گردید. 80 عدد از این پلات ها جهت بررسی نقشه های تهیه شده کنار گذاشته شد.

داده های مورد استفاده

در این تحقیق از تصویر سنجنده LISS III ماهواره  IRS- P6 استفاده شد. با توجه به  وضعیت مناسب پوشش گیاهی در فصل بهار و همچنین ضرورت همزمــان بــودن نمونه برداری میدانی با برداشت تصویر از منطقه، به صورت برنامه ریزی شده  برای محدوده زمانی 20 اردیبهشت  لغایت 10 خرداد 1387 تصویر سفارش داده شد که ماهواره در تاریخ 7 خرداد ماه از منطقه عبور و تصویر با کیفیت مناسب برداشت کرد.  همچنین در این مطالعه از مدل رقومی ارتفاعی[15](DEM) 1:25000 منطقه و برداشت هــای میــدانی از پوشش و کاربری های منطقه نیز استفاده شد.

پیش پردازش تصویر

در این تحقیق ابتدا  تصحیح هندسی بر روی تصویر LISS III با دقت مناسب و میانگین خطای مربعات (RMSe) کمتر از 8/0 پیکسل انجام یافت. به این ترتیب که تصویر  با استفاده از  نقشه توپوگرافی 1:25000 و40 نقطه کنترل با پراکنش مناسب زمین مرجع گردید.  برای کنترل دقت تصحیح هندسی، موقعیت برخی عوارض مانند تقاطع جاده ها و آبراه ها  بر روی تصویر و زمین کنترل شد.  با توجه به کوهستانی بودن قسمتی از منطقه تصحیح توپوگرافی با استفاده از DEM منطقه و اطلاعات همراه تصویر[16] بر روی آن ها اعمال گردید همچنین تصحیح اتمسفریک بر روی تصویر انجام یافت.

 

تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی

به منظور تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی، با استفاده از تصویر ماهواره ای موجود، شاخص های گیاهی جدول 1، تهیه  شد.

در تهیه شاخص های گیاهی TSAVI1, WDVI, PVI, PVI1-3, MSAVI1و DVI از مفهوم خط خاک استفاده شد. به این منظور ابتدا با توجه به برداشت های میدانی، تفکیک تاری بر روی شاخص NDVI اعمال شد و لایه خاک از تصویر جدا گردید. سپس با استفاده از لایه خاک و انجام رگرسیون خطی بین باندهای قرمز (باند 2) به عنوان متغیر مستقل (X) و مادون قرمز نزدیک (باند 3) به عنوان متغیر وابسته (Y)، معادله خط خاک جهت تولید شاخص های PVI2, PVI3, TSAVI1 تهیه شد:

    72/0 + x 38/0= Y

جهت تهیه شاخص های PVI , PVI1 ,DVI , MSAVI1  WDVI, رگرسیون خطی بین باندهای قرمز به عنوان متغیر وابسته و باند مادون قرمز نزدیک به عنوان متغیر مستقل انجام و معادله خط خاک ، تهیه شد:   

23/0 +  x 71/0= Y

با استفاده از شیب خط[17] و عرض از مبداً[18] معادلات خاک تهیه و  اقدام به تولید شاخص های گیاهی یادشده با استفاده از دو باند قرمز و مادون قرمز نزدیک شد.

به منظور بررسی میزان همبستگی درصد تاج پوشش هر پلات با شاخص های گیاهی، تحلیل رگرسیون خطی ساده بین درصد تاج پوشش پلات ها به عنوان متغیر وابسته و مقادیر متناظر هر پلات در شاخص های گیاهی به عنوان متغیر مستقل انجام و ضریب توصیف (R2) و همبستگی  (r) آن ها محاسبه و مدل های درصد تاج پوشش تهیه شد. در بین شاخص های گیاهی، شاخص SAVI دارای حداکثر مقدار ضریب توصیف درصد تاج پوشش در منطقه بود. بنابراین برای تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی از این شاخص استفاده شد.

با توجه به دامنه درصد تاج پوشش گیاهی که در نمونه برداری های میدانی از منطقه به دست آمده و مقادیر صفر تا 100 در مزارع کشاورزی را شامل می شد و فراوانی مقادیر به دست آمده از نمونه برداری میدانی، مقادیر درصد تاج پوشش گیاهی به 4 طبقه (0 تا10%، 10 تا 20%، 20 تا 40% و بیش از %40) تقسیم شد. با استفاده از مدل تهیه شده از شاخص SAVI ، آستانه بالای هر طبقه در شاخص گیاهی محاسبه شد. نقشه پوشش گیاهی با استفاده از آستانه های به دست آمده و اعمال طبقه بندی مجدد [19]بر روی شاخص SAVI تهیه شد.

در این مطالعه مزارع و باغات موجود در منطقه در طبقه چهار تاج پوشش گیاهی طبقه بندی شده بود. برای تفکیک باغات و مزارع از سایر پوشش های گیاهی، ابتدا مقدار عددی  آن ها در شاخص گیاهی SAVI مشخص شد و سپس با اعمـال طبقه بندی مجــدد بر روی شاخص SAVI این لایه ها  تهیه شد. در لایه تهیه شده پوشش طبیعی و متراکم گز و نی به همراه باغات و مزارع تفکیک شده بود. برای جداسازی گز و نی از باغات و مزارع با انجام مطالعات میدانی و بررسی نقشه های توپوگرافی و  با اعمال پنجره بر روی باغات و مزارع که دارای اشکال هندسی منظم بودند، باغات و مزارع از گز و نی تفکیک شد و مساحت این کاربری از مساحت طبقه چهارم تاج تاج پوشش گیاهی کم شد.

برای بررسی دقت نقشه درصد تاج پوشش گیاهی سال 1385 تعداد 80 پلات که در تهیه مدل تاج پوشش گیاهی از آن ها استفاده نشده بود به صورت تصادفی انتخاب شد. سپس دقت نقشه های تولیدی با استفاده از این نقاط مورد بررسی قرار گرفت و ضریب کاپا[20]، صحت کلی[21]، خطای امسیون[22] و کمسیون[23] دقت کاربر و تولید کننده مورد بررسی قرار گرفت.

 

یافته ها

از آن جایی که در اکثر قسمت های پناهگاه حیات وحش موته پوشش گیاهی یک اشکوبه است، لذا  نمونه برداری با پلات و به روش اندازه گیری دو قطر اصلی انجام یافت. مساحت پلات ها در هر منطقه و تیپ گیاهی با استفاده از روش حداقل مساحت موثر، انتخاب گردید.  با توجه به تغییرات شدید و ناگهانی پوشش گیاهی در مجاورت عوارضی مانند آبراهه ها و جاده ها حداقل فاصله 200 متری از آن ها رعایت شد. برای ایجاد همبستگی بین قدرت تفکیک مکانی سنجنده و برداشت های میدانی، نمونه برداری در مناطقی انجام گرفت که روند تغییرات درصد تاج پوشش گیاهی دارای شیب کمی بود و منطقه نسبتاً وسیع و همگنی از لحاظ تاج پوشش گیاهی را در بر می گرفت.

پناهگاه حیات وحش موته در یک منطقه نیمه بیابانی قرار گرفته است، بنابراین با توجه به سطح تاج پوشش گیاهی کم در اکثر قسمت های پناهگاه، بازتاب پس زمینه خاک در این مناطق بسیار زیاد می باشد به طوری که بازتاب پوشش گیاهی را تحت تاثیر قرار می دهد. در این مطالعه به منظور کاهش اثر بازتاب خاک از شاخص هایی استفاده شدکه در آن ها از اثر خاک کاسته می شود. به این منظور شاخص های Distance Based با تهیه معادله خاک تهیه شد (2).

جدول 3، مدل پوشش گیاهی تهیه شده با استفاده از شاخص های گیاهی تهیه شده از تصویر LISS III  را نشان می دهد.

 

 

جدول3- مدل های تولید شده با استفاده از شاخص های گیاهی


نام شاخص گیاهی

مدل پوشش گیاهی

ضریب توصیف

Kappa.C

SAVI

Y =  392/7X + 64/66

78/0**

79/0

NDVI

Y = 179/3X + 24/89

77/0**

78/0

RVI

Y = -97/41X + 125/43

76/0**

75/0

DVI

Y = 0/72X – 7/7

7/0**

16/0

PVI 1

Y = 1/26X – 7

69/0**

21/0

PVI 2

Y = 1/11X + 30/17

67/0**

015/0

PVI 3

Y= 0/89X -14/46

63/0**

087/0

PVI

Y = 1/26X + 7/02

7/0**

25/0

TSAVI1

Y = 164/97 + 33

77/0**

78/0

WDVI

Y = 0/44X + 400

49/0**

71/0

MSAVI1

Y = 11/3-32/7

63/0**

71/0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



همان طــور که جدول فوق نشان می دهـــد شاخص های  , MSAVI1, DVI, PVI, PVI 1, PVI 2, PVI 3, TSAVI1و WDVI از ضرایب توصیف (R 2) بالایی برخوردار می باشد. در این جدول متغیر Y مربوط به تاج پوشش گیاهی و متغیر X مربوط به شاخص گیاهی است. شاخص WDVI دارای ضریب توصیف متوسط 49/0 و کمتر از سایر شاخص های بررسی شده است.

شاخص گیاهی SAVI در این منطقه دارای بیشترین ضریب توصیف درصد تاج پوشش گیاهی و ضریب کاپا بود. در این مطالعه علاوه بر ضریب توصیف، همبستگی بین درصد تاج پوشش گیاهی و شاخص گیاهی، نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که  تمامی شاخص های تهیه شده با تاج پوشش گیاهی در سطح 01/0 دارای همبستگی معنی داری بودند.

            شکل 2،  نقشه طبقات درصد تاج پوشش با استفاده از تصــویر سنجنـده LISS III و شاخص SAVI را نشــان می دهد. این نقشه با استفاده از مدل به دست آمده برای تخمین درصد تاج پوشش گیاهی و اعمال طبقه بندی مجدد بر روی شاخص SAVI به دست آمد.

 بر اساس این نقشه اکثر پوشش های طبقه 4 در مناطق امن و کوهستان های مرکزی و جنوبی پناهگاه  قرار دارند. در این شکل باغ و مزارع به صورت یک طبقه جدا نشان داده شده است.

 

 

 

شکل 2- نقشه طبقات تاج پوشش گیاهی با استفاده از شاخص SAVIدر سال 1385.

 

 

مساحت باغات و مزارع از مساحت طبقه چهار تاج پوشش گیاهی کم شد و  مساحت هر یک از طبقات طبیعی تاج پوشش گیاهی به دست آمد. جدول 4 مساحت طبقات درصد تاج پوشش گیاهی با استفاده از شاخص های استفاده شده  را نشان می دهد.

نقشه تولید شده نشان می دهد که اکثر پوشش های >40% و 20 تا 40% در داخل مناطق امن و مناطق کوهستانی شمالی و جنوبی منطقه قرار گرفته است. مناطق دشتی مرکزی منطقه اکثراً پوشش صفر تا 10% و یا 10 تا 20% دارند.

 

 

جدول 4- مساحت طبقات درصد تاج پوشش گیاهی در شاخص های مختلف

 

10%>

20%-10

40%-20

40%

DVI

32179

60307

100813

6502

MSAVI1

33878

60307

100813

6502

NDVI

96830

54738

45809

4124

PVI

110196

58136

27704

5500

PVI1

49379

76540

70367

5214

PVI2

56099

73005

67867

4529

PVI3

48165

73044

75105

5186

RVI

13432

50121

129517

7731

SAVI

62239

80720

51470

7270

TSAVI1

120920

39842

35275

5465

WDVI

102791

57138

36064

5508

 

 

 

شکل 3، نمودار مساحت هر یک از طبقات تاج پوشش گیاهی، توسط شاخص های گیاهی مورد استفاده را نشان می دهد.

 



 

شکل 3- مساحت هر یک از طبقات تاج پوشش با استفاده از شاخص های گیاهی

 


ماتریس خطای نقشه پوشش گیاهی تهیه شده با استفاده از شاخص SAVI، در جدول 5،  نشان داده شده است.

 

 

 جدول 5- دقت نقشه پوشش گیاهی تهیه شده با استفاده از شاخص SAVI

 

0-10%

10-20%

20-40%

>40%

کل پیکسل ها

خطای کمسیون

دقت کاربر

0-10%

96976

1455

15

43

98489

015/0

61/0

10-20%

8294

28246

441

54

37035

237/0

762/0

20-40%

173

2027

3859

239

6298

387/0

8/0

>40%

81

0

54

5776

5911

022/0

977/0

کل پیکسل ها

105524

31728

4369

6112

147733

 

 

خطای امسیون

081/0

109/0

116/0

055/0

 

 

 

دقت تولید کننده

918/0

089/0

883/0

945/0

 

 

 

 


81/0 = ضریب کاپا

91/0 = دقت کلی


بحث و نتیجه گیری

در این مطالعه برای برآورد درصد تاج پوشش گیاهی منطقه که از نوع تک اشکوبه بود از روش اندازه گیری دو قطر اصلی گیاه استفاده شد. برهانی(1380) در مطالعات خود برای نمونه برداری از میزان تراکم پوشش گیاهی از روش مشابهی استفاده کرد (9).

نحوه برداشت داده های میدانی و  همزمانی برداشت تصویر و جمع آوری داده های میدانی بر روی صحت نقشه های تهیه شده با استفاده از تصاویر ماهواره تاثیر مهمی دارد (3).  به این صورت که با نمونه برداری از پوشش گیاهی در یک منطقه همگن از نظر درصد تاج پوشش و توجه به قدرت تفکیک مکانی سنجده مورد استفاده، پیکسل های مجاور محل نمونه برداری نیز دارای مقدار تاج پوشش مشابه با پلات نمونه برداری بودند. به این ترتیب مقدار عددی پیکسلی که پلات در آن قرار گرفته است، معرف بازتاب درصد پوشش نمونه برداری شده در پلات بود. با رعایت این نکته، واریانس میزان درصد تاج  بین پلات ها در هر محل نمونه برداری به حداقل رسید (10). بنابراین این امکان فراهم شد تا درصد تاج پوشش پلات های نمونه برداری شده را به سطح وسیع تری از قدرت تفکیک مکانی ماهواره نسبت داد.

خواجه الدین(1995) در مطالعات خود بر تناسب روش نمونه برداری و قدرت تفکیک مکانی سنجنده، تاکید نموده است (10). در تحقیق حاضر جمع آوری داده های میدانی همزمان با برداشت تصویر انجام شده است. در این مطالعه به هنگام انتخاب تصاویر به قدرت تفکیک مکانی و طیفی سنجنده توجه شده است. در مطالعات پوشش گیاهی مراتع، استفاده از سنجنده ها با قدرت تفکیک مکانی بالا به صرفه نیست (3). همچنین انجام تصحیح هندسی دقیق بر روی تصاویر، در نتیجه این قبیل مطالعات بسیار تاثیر گذار می باشد. اعمال یک تصحیح هندسی دقیق بر روی تصاویر جهت استقرار محل نمونه بردرای در مکان واقعی خود بر روی تصویر بسیار مهم است (11).  در این مطالعه با توجه به پراکنده بودن پوشش گیاهی، همان طور که انتظار می رفت، شاخص های فاصله ای که عامل خاک نیز در آن ها مورد توجه قرار می گیرد دارای ضریب توصیف بالا و بیشتر از شاخ های نسبی بودند (6).

شاخص SAVI به منظور به حداقل رساندن اختلاف انعکاس طیفی پوشش گیاهی که در اثر انواع مختلف پس زمینه خاک وجود دارد، ارائه شده است (1). مسعود و همکاران (2006) در مطالعه خود به توان این شاخص در بارز کردن پوشش گیاهی پراکنده مناطق بیابانی اشاره کرده اند (6). هیوت و همکاران (1988)[24] شاخص SAVI را  یک شاخص هیبرید از شاخص های نسبی و فاصله ای معرفی می کنند (1). در این مطالعه با توجه به ضریب بالای توصیف درصد تاج پوشش گیاهی منطقه توسط این شاخص، از آن جهت تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی منطقه در سال 1385 استفاده شد. راندکس و همکاران (1996)، در مطالعه خود برای تهیه نقشه تاج پوشش گیاهی و به منظور کاهش اثر بازتاب خاک، از شاخص هـای گیاهی فاصله ای کردند و آن ها را در کاهش اثر بازتاب خاک، موثر بیان کردند  (7).

بررسی جدول 3، نشان می دهد که  شاخص های SAVI، NDVI، RVI، TSAVI وMSAVI1 دارای مقادیر بالاتری از ضریب کاپا هستند.

جدول 4 و شکل 3، نشان می دهــد در میـان شاخص های بررسی شده،  TSAVI بیشترین شباهت را به شاخص SAVI دارد. زاهدی فرد (1383) در مطالعه خود بیان می کند که شاخص های NDVI، SAVI، TSAVI1 و MSAVI1 دارای بیشترین همبستگی و شاخص گیاهی RVI، DVI و PVI دارای همبستگی پایینی  با درصد تاج پوشش گیاهـی بوده اند (12).

با توجه به نقشه های تهیه شده و بررسی های میدانی، شکل 3 نشان می دهد که در میان شاخص های استفاده شده در این مطالعه شاخص گیاهی PVI3  برآورد کمی از مقدار تاج پوشش طبقه صفر تا 10% دارد.  از طرف دیگر، به طور کلی در میان شاخص های بررسی شده، این شاخص،  پوشش منطقه را بیشتر از دیگر شاخص ها، نشان داده است. این مطلب نشان می دهد که شاخص  PVI3 در بیان وضعیت پوشش های ضعیف کمتر از 10% ناتوان بوده و با توجه به بالا بودن وسعت طبقه 3 تاج پوشش، اکثر این طبقه را به پوشش 40-20% که از درصد تاج پوشش بالاتری برخوردار است، نسبت داده است.

کنترل میدانی نشان داد که شاخص های گروه PVI عملکرد مناسبی در توصیف سطح طبقات تاج پوشش گیاهی نداشته اند. شاخص DVI در توصیف پوشش طبقه 2 و 4 مناسب بوده و پوشش طبقه 3 را بیش از حد و طبقه 1 را کم  نشان داده است. شاخص MSAVI1 در بیان سطح مساحت طبقات مختلف تاج پوشش به مانند شاخص های WDVI و شاخص TSAVI عملکرد مناسبی داشته است.

در این مطالعه شاخص SAVI با اعمال ضریب خاک L به خوبی توانسته بود درصد تاج پوشش گیاهی منطقه را توصیف کند. مقدار ضریب خاک در مناطق با پوشش گیاهی 100% برابر صفر و در مناطق بدون پوشش گیاهی یک در نظر گرفته می شود. در اکثر مطالعات در مناطق بیابانی مقدار ضریب خاک برابر 5/0 در نظر گرفته شده است (6).

جدول 3، نشان می دهد، شاخص WDVI دارای ضریب توصیف کمتری می باشد اما  از مقدار کاپای بالایی برخوردار است. الکساندر[25] و همکاران(2000) در مطالعات خود به نتایج مشابهی دست یافته اند و بیان کرده اند که ضریب توصیف معیار دقیقی جهت بررسی دقت نقشه های تولید شده نمی باشد (3).

در این مطالعه با توجه به شباهت بازتابشی گز و نی با باغات و مزارع، زیر پنجره هایی بر روی باغات که دارای شکل هندسی منظم بودند اعمال شد و از تصویر ماهواره ای جدا گردید.

لونا و همکاران (2003) با توجه به سطح کم مناطق مسکونی برای تفکیک مناطق مسکونی از مناطق ساحلی و خاک لخت، از یک ماسک بر روی مناطق مسکونی استفاده کردند و آن را از تصاویر اصلی جدا و نقشه این لایه را تهیه نمودند (13).

همان طور که جدول 5 نشان می دهد نقشه تهیه شده در این مطالعه از دقت نسبتاً قابل قبولی برخوردار است و واقعیت زمینی را به خوبی توصیف می کند. درویش صفت و همکاران (1377) گزارش دادند که دقت قابل قبول نقشه کاربری با استفاده از تصاویر ماهواره بیش از 85% می‌باشد (14).

راهداری و همکاران (1388 و 1390) بیان کردند که از میان معیارهای بیان دقت، دقت کاربر و تولید کننده  به همراه ضریب کاپا با محاسبه نمودن قسمت های اشتباه به همراه قسمت های صحیح، دارای توانایی بالایی برای برآورد دقت به ویژه به منظور مقایسه دقت نقشه‌های تولید شده را دارند (11 و 15).

با توجه به در دسترس بودن داده های ماهواره ای از سال 1352 این امکان وجود دارد تا با تهیه سری زمانی نقشه های پوشش گیاهی روند تغییرات مراتع را بررسی کرد. در بسیاری از مناطق با توجه به در دسترس نبودن اطلاعات پوشش گیاهی از گذشته منطقه امکان بررسی تغییرات پوشش گیاه  با روشهای سنتی وجود ندارد اما داده های سنجش از دور این امکان را فراهم کرده است که اهمیت استفاده از این داده ها را در مطالعات مرتع نشان می دهد (15).

 

منابع

  1. Huete, A. R., 1988. a Soil-adjusted vegetation index. Remote sensing of environment, Vol.25, pp.295-309
  2. Esteman, J, R., 2000.  idrisi for windows user guid version 1/0. Clark University, 1995.
  3. Alexander, R. and A. C. Millington., 2000. Vegetation Mapping. John Wiley and sons, Inc. New York
  4. علوی پناه، سید کاظم، احسانی، امیر هوشنگ و امیدی، پروی. بررسی بیابانزایی و تغییرات اراضی پلایای دامغان با استفاده از داده های ماهواره ای چند زمانه و چند طیفی. مجله بیابان در سال 1383، جلد 9 ، شماره 1
    1. Memarian, H, Balasundram, S.K., 2012.Validation of CA-Markov for Simulation of Land Use and Cover Change in the Langat Basin, Malaysia. Journal of Geographic Information System, 4, 542-554
    2. Masoud, A. A., K, Koike., 2006. Arid land sanitization detected by remotely-sensed land cover changes: A case study in the siwa region, NW Egypt. Arid Environment,Vol.66,pp.151-167
    3. Rondeaux, G & F, Baret., 1996. Optimization of soil-adjusted vegetation indices, Remote sensing of environment. Vol.55, pp.98-107
    4. دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، طرح جامع پناهگاه حیات وش موته، 1383.
    5. برهانی، مجید. مقایسه روش های برآورد پوشش و تراکم درمنه زارهای استپی استان اصفهان. پایان نامه کارشناسی ارشد علوم مرتع داری، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، 1380.
      1. Khajedin, S. J., 1995. Asurvey of the plant communities of the Jazmorian, IRAN, using Landsat MSS data. University of reading.
      2. راهداری، وحید، ملکی، سعیده. مقایشه روش های طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در تهیه نقشه کاربری و پوشش اراضی مناطق خشک و نیمه خشک. کنفرانس ژئوماتیک 1388.
      3. زاهدی فرد، ندا، خواجه الدین، سید جمال الدین. کاربرد داده های رقومی سنجنده TM در تهیه نقشه کاربری اراضی حوضه آبخیز رودخانه بازفت. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی در سال 1383، سال 8، شماره 2.
        1. Luna,A,R,Cesar,A.R.,"Land use, land cover changes and costal lagoon surface reduction associated with urban growth in northwest Mexico" Landscape Ecology, Vol.18, pp.159-171, 2003
        2. درویش صفت، علی اصغر. برآورد صحت نقشه های موضــوعی پایگاه داده GIS. پنجمین همایش سامانه های اطلاعات جغرافیایی: 1377، تهران، ایران.
        3. راهداری، وحید، ملکی، سعیده، آبتین، الهام، پیری، حلیمه. بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی پناهگاه حیات وحش هامون با استفاده از سنجش از دور و سامانه های اطلاعات جغرافیایی. مجله سنجش از دور و GIS ایران، سال سوم، شماره دوم، 1390

 

 




 



1- دانشجوی بورسیه دکتری، عضو هیات علمی دانشگاه زابل، دانشکده منابع طبیعی*(مسئول مکاتبات) .

2- استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

3- دانشیار گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

4- دانشجوی بورسیه دکتری، عضو هیات علمی دانشگاه زابل، دانشکده منابع طبیعی.

1- Transform Vegetation index

2- Normalized Difference Vegetation Index

3- Ratio Vegetation Index

4- Perpendicular Vegetation Index

5- Mdified Soil Adjuste Vegetation Index

6- Transformed Soil Adjuste Vegetation Index

7- Weighted Difference Vegetation Index

8- Soil Adjusted Vegetation Index

9- Masoud

10-Rondeaux

1- Digital Elavation Model

1- Header File 

2- Slope

3- Intercept

4-Reclass

1- Kappa Coefficient  

2- Total Accuracy

3- Ommission Error

4- Commision Error

[24]- Huete

[25]- Alexander

  1. Huete, A. R., 1988. a Soil-adjusted vegetation index. Remote sensing of environment, Vol.25, pp.295-309
  2. Esteman, J, R., 2000.  idrisi for windows user guid version 1/0. Clark University, 1995.
  3. Alexander, R. and A. C. Millington., 2000. Vegetation Mapping. John Wiley and sons, Inc. New York
  4. علوی پناه، سید کاظم، احسانی، امیر هوشنگ و امیدی، پروی. بررسی بیابانزایی و تغییرات اراضی پلایای دامغان با استفاده از داده های ماهواره ای چند زمانه و چند طیفی. مجله بیابان در سال 1383، جلد 9 ، شماره 1
    1. Memarian, H, Balasundram, S.K., 2012.Validation of CA-Markov for Simulation of Land Use and Cover Change in the Langat Basin, Malaysia. Journal of Geographic Information System, 4, 542-554
    2. Masoud, A. A., K, Koike., 2006. Arid land sanitization detected by remotely-sensed land cover changes: A case study in the siwa region, NW Egypt. Arid Environment,Vol.66,pp.151-167
    3. Rondeaux, G & F, Baret., 1996. Optimization of soil-adjusted vegetation indices, Remote sensing of environment. Vol.55, pp.98-107
    4. دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، طرح جامع پناهگاه حیات وش موته، 1383.
    5. برهانی، مجید. مقایسه روش های برآورد پوشش و تراکم درمنه زارهای استپی استان اصفهان. پایان نامه کارشناسی ارشد علوم مرتع داری، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، 1380.
      1. Khajedin, S. J., 1995. Asurvey of the plant communities of the Jazmorian, IRAN, using Landsat MSS data. University of reading.
      2. راهداری، وحید، ملکی، سعیده. مقایشه روش های طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در تهیه نقشه کاربری و پوشش اراضی مناطق خشک و نیمه خشک. کنفرانس ژئوماتیک 1388.
      3. زاهدی فرد، ندا، خواجه الدین، سید جمال الدین. کاربرد داده های رقومی سنجنده TM در تهیه نقشه کاربری اراضی حوضه آبخیز رودخانه بازفت. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی در سال 1383، سال 8، شماره 2.
        1. Luna,A,R,Cesar,A.R.,"Land use, land cover changes and costal lagoon surface reduction associated with urban growth in northwest Mexico" Landscape Ecology, Vol.18, pp.159-171, 2003
        2. درویش صفت، علی اصغر. برآورد صحت نقشه های موضــوعی پایگاه داده GIS. پنجمین همایش سامانه های اطلاعات جغرافیایی: 1377، تهران، ایران.
        3. راهداری، وحید، ملکی، سعیده، آبتین، الهام، پیری، حلیمه. بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی پناهگاه حیات وحش هامون با استفاده از سنجش از دور و سامانه های اطلاعات جغرافیایی. مجله سنجش از دور و GIS ایران، سال سوم، شماره دوم، 1390
 

 

 

  1. Huete, A. R., 1988. a Soil-adjusted vegetation index. Remote sensing of environment, Vol.25, pp.295-309
  2. Esteman, J, R., 2000.  idrisi for windows user guid version 1/0. Clark University, 1995.
  3. Alexander, R. and A. C. Millington., 2000. Vegetation Mapping. John Wiley and sons, Inc. New York
  4. علوی پناه، سید کاظم، احسانی، امیر هوشنگ و امیدی، پروی. بررسی بیابانزایی و تغییرات اراضی پلایای دامغان با استفاده از داده های ماهواره ای چند زمانه و چند طیفی. مجله بیابان در سال 1383، جلد 9 ، شماره 1
    1. Memarian, H, Balasundram, S.K., 2012.Validation of CA-Markov for Simulation of Land Use and Cover Change in the Langat Basin, Malaysia. Journal of Geographic Information System, 4, 542-554
    2. Masoud, A. A., K, Koike., 2006. Arid land sanitization detected by remotely-sensed land cover changes: A case study in the siwa region, NW Egypt. Arid Environment,Vol.66,pp.151-167
    3. Rondeaux, G & F, Baret., 1996. Optimization of soil-adjusted vegetation indices, Remote sensing of environment. Vol.55, pp.98-107
    4. دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، طرح جامع پناهگاه حیات وش موته، 1383.
    5. برهانی، مجید. مقایسه روش های برآورد پوشش و تراکم درمنه زارهای استپی استان اصفهان. پایان نامه کارشناسی ارشد علوم مرتع داری، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده منابع طبیعی، 1380.
      1. Khajedin, S. J., 1995. Asurvey of the plant communities of the Jazmorian, IRAN, using Landsat MSS data. University of reading.
      2. راهداری، وحید، ملکی، سعیده. مقایشه روش های طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در تهیه نقشه کاربری و پوشش اراضی مناطق خشک و نیمه خشک. کنفرانس ژئوماتیک 1388.
      3. زاهدی فرد، ندا، خواجه الدین، سید جمال الدین. کاربرد داده های رقومی سنجنده TM در تهیه نقشه کاربری اراضی حوضه آبخیز رودخانه بازفت. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی در سال 1383، سال 8، شماره 2.
        1. Luna,A,R,Cesar,A.R.,"Land use, land cover changes and costal lagoon surface reduction associated with urban growth in northwest Mexico" Landscape Ecology, Vol.18, pp.159-171, 2003
        2. درویش صفت، علی اصغر. برآورد صحت نقشه های موضــوعی پایگاه داده GIS. پنجمین همایش سامانه های اطلاعات جغرافیایی: 1377، تهران، ایران.
        3. راهداری، وحید، ملکی، سعیده، آبتین، الهام، پیری، حلیمه. بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی پناهگاه حیات وحش هامون با استفاده از سنجش از دور و سامانه های اطلاعات جغرافیایی. مجله سنجش از دور و GIS ایران، سال سوم، شماره دوم، 1390