بلوچ

GIS

ارزيابي كار بري داده هاي ماهواره اي از نظر صرفه جويي وقت

سيدكاظم علوي پناه، حميد رضا متين فر، فريدون سرمديان

دانشكده كشاورزي، دانشگاه تهران

چكيده

توليد اطلاعات از داده هاي سنجش از دور به ويژه داده هاي ماهواره اي نسبت به گذشته نه جندان دور افزايش فزاينده اي پيدا نموده است و با توجه به اهميت و نقش اينگونه داده ها، قطعاً توليد آنها همچنان افزايش مي يابد. در طول سالهاي گذشته راههاي گوناگون ومتنوعي طراحي و ارائه شده است كه از طريق آنها مي توان با كمك سنجش از دور استفاده زيادي نمود. يكي از مهمترين فوائد استفاده از داده هاي ماهواره اي در مطالعات پديده هاي طبيعي و شناخت كره زمين و معضلات آن صرفه جويي در وقت و افزايش دقت است. نظر به اينكه در كشورمان تحقيقات و مطالعات متعددي با استفاده از اطلاعات و تصاوير ماهواره اي انجام شده است، بنابر اين در اين تحقيق سعي ميگردد كه موارد مشروحه زير كه منجر به صرفه جويي در دقت مي شود تجزيه و تحليل گردد و اهميت سرعت كار و دقت تشريح شود:

تلفيق داده هاي ماهواره اي با GIS و ارزش صرفه جويي در وقت.

تلفيق GIS، سنجش از دور و اينترنت.

تلفيق سنجش از دور و زمين آمار.

كاربرد سنجش از دور در مطالعات آب و منابع ملي.

صرفه جويي در استفاده از مطالعات آب و منابع طبيعي.

بر اساس نتايج اين مطالعات، اهميت كاربرد فناوري و سنجش از دور براي جلوگيري از اتلاف منابع ملي و كاهش ضايعات و صرفه جويي در وقت آشكار مي گردد و نهايتاً پيشنهاد مي گرددكه اين فناوري مورد توجه بيشتر مديران و برنامه ريزان كشور قرار گيرد.

مقدمه

براي مطالعه كره اي كه بر روي آن زندگي مي كنيم، به كار گيري تمامي رشته هاي علمي به درك محيط و عوامل مؤثر بر تغيیرات آن كمك مي كند. بديهي است لازمه دستیابي به توسعه پايدار، شناخت محيط و عوامل مؤثر بر آن است. افزايش جمعيت و رشد فزاينده شهر ها، مناطق مسكوني و توسعه صنعتي اراضي كشاورزي زيادي را تخريب و از چرخه توليد خارج ميكند، بنابر اين لازم است منابع و مناطق جديد شناسايي شده و به عرصه توليد اختصاص يابد. يكــي از ابزارهاي مؤثر در زمينه مطالعات محــيط زيست و علـوم زمين استفاده از فن آوري دور سنجي و بهره گيري از داده هاي ماهواره اي است. شناخت بسياري از منابع نظير خاك، آب، معدن و پوشش گياهي و پايش پديده هاي زيانباري مانند سيلابها، بيابان زايي، فرسايش آبي و بادي، حركت تپه هاي شني، شوري آب و خاك، تخريب جنگلها و مراتع، لازمه دستيابي به توسعه پايدار است. استفاده از فناوري دور سنجي و به كار گيري داده هاي ماهواره اي اغلب موجب كاهش هزينه ها، صرفه جويي در وقت و افزايش دقت و سرعت ميگردد و روز به روز بر اهميت اين فناوري در راستاي تو سعه پايدار افزوده ميشود، فنآوري دور سنجي از جمله ابزار هاي نويني است كه دست يابي و استخراج اطلاعات پايه براي مديريت مـنابع زمين را ميــسر مي سازد. با اسـتفاده از فناوري سنجش از دور^{مي توان با هزينه و زمان كمتر، طيف وسيعي از پروژه ها را در سطح جهاني، منطقه اي، ملي، استاني و محلي به نتيجه رساند}. از آنجا كه مطالعات و جمع آوري اطلاعات هدفمند بايد نتيجه آن دست يابي به توسعه پايدار باشد به اختصار چند كاربرد مهم داده هاي ماهواره اي كه در زمينه برنامه هاي توسعه اقتصادي و اجتماعي آينده حائز اهميـت است در جدول 1 آ مده است.

جدول 1 ـ چند كار برد مهم داده هاي ماهواره اي (علوي پناه، 1382)

زمين شناسي	^{تهيه نقشه هاي زمين شناسي، اكتشاف معادن، مطالعه و تشخيص گسلها، آتشفشانها، زلزله}
خاكشناسي	^{مطالعه خاكهاي سطحي، تهيه نقشه هاي پوشش زمين و كار بري اراضي، مطالعه شوري خاك، ارزيابي زمين، مسائل حفاظت خاك، شناسايي اراضي قابل كشت، تهيه نقشه حرارتي خاكها، مطالعه رطوبت خاكها}
كشاورزي	^{شناسايي پوشش گياهي، كاربري زمين، سطح زير كشت، آفات و بيماري هاي گياهي، كمبود هاي غذائي گياهان، تخمين ميزان محصول، تخمين و ارزيابي مراحل رويش و عملكرد گياهان، مطالعه توسعه كشاورزي}
منابع طبيعي	^{طبقه بندي جنگلها و مراتع، آ تش سوزي جنگلها، مديريت جنگل، برداشت منابع جنگلي تخمين حجم، تراكم، توده، سن و زيتوده گياه. تشخيص تخريب و آسيبهاي وارده به جنگل، مديريت منابع و نظارت بر منابع}
آب	^{مطالعه تغيیرات درياچه هاي فصلي، باتلاقها و شبكه هاي آبياري، تشخيص سيلها، آبراهه هاي قديمي و كانالها، تصوير مناطق آبرفتي و مخروط افكنه ها، كيفيت آ ب، تهيه نقشه حرارتي آبها، مناطق جزر ومد، مطالعه زمين هاي مرطوب حاشيه پلايا، حركت يخچالها، چشمه هاي آب گرم و آب سرد معدني}
هواشناسي	^{پيش بيني وضع هوا، مطالعه دماي سطح آبها، تغيیرات بياباني شدن، پيش بيني بلاياي طبيعي}
شيلات و محيط زيست	^{مطالعه گياهان آبزي و شناور، ماهيگيري، آلودگي درياها، آلودگي هاي خاك و آب}

^{جمع آوري اطلاعات و داده ها از پديده هاي زميني اعم از شهر، روستا، معدن، جنگل، خاك و گياه از فاصله دور به كمك فناوري دور سنجي به فاصله زماني چند ساعت تا چند روز در طول ماه يا سال و بصورت مكرر، حجم عظيمي از اطلا عات را فراروي كاربران زمينه هاي مختلف علوم زميني قرار داده است. لذا عدم پردازش و استخراج اطلاعات گوناگون از درون لايه هاي اطلاعاتي متفاوتي كه اين گونه جمع آوري ميشود به نوعي اتلاف منابع و داده ها است، اما چنانچه اين اطلاعات به درستي و با ابزارهاي مناسب پردازش و مورد تجزيه وتحليل قرارگيرند و مضافاً به سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي (G.I.S)1 تزريق شوند، ضمن بكارگيري قابليت هاي سرعت و دقت سيستم كامپيوتري از قابليت هاي سيستم GIS يعني سـازماندهي، تجسم، جستجوي فضايي، تركيب، تجزيه و تحليل، پيش بيني و بهنگام نمودن اطلاعات مي توان بهره برد، در واقع پردازش رقومي تصاوير ماهواره اي و طبقه بندي آنها يعني نمونه برداري از سطح محدودي از تصوير و تعميم آن به كل تصوير در چند دقيقه كمك شاياني به صرفه جويي در زمان و هزينه هاي پروژه ها خواهد نمود، كه در اين مقاله سعي مي شود ضمن بررسي كلي برخي سنجنده هاي ماهواره اي و بحث و بررسي پيرامون اين فناوري، روشهاي بهينه كاربرد اين اطلاعات هم مورد بحث قرار مي گيرد.

مواد و روشها
به منظور مقايسه كلي تعبير و تفسير و كاربرد داده هاي ماهواره اي با روشهاي سنتي خصوصاً عكسهاي هوائي و نقشه برداري به روش سنتي در اين تحقيق اقدامات زير مورد توجه و انجام پذيرفته است:

1-1- جمع آوری مشخصات سنجنده های مهم با قدرت تفکیک طیفی، مکانی و رادیومتری متفاوت.

1-2 - مقایسه كلي روشهاي نقشه برداري سنتي و رقومي خصوصاً از جنبه هزينه ها و صرفه جويي در وقت.

1-3 - مطالعه روشهاي جمع آوري نمونه و مطالعات ميداني جهت كاهش هزينه و صرفه جويي در وقت.

1-4 - استفاده از نتايج طبقه بندي نظارت شده و جدول نتايج خطا جهت تعين نسبت نمونه ها به كل پيكسلهاي محدوده مطالعاتي و اهميت استفاده از اين روشها.

نتايج و بحث
1ـ3ـ آشنايي با چند سنجنده مهم در دور سنجي

به منظور آشنايي با اقدامات كشورهاي مختلف براي ديدباني سطح زمين و جمع آوري اطلاعات از آن تعدادي از سنجنده هاي كشورهاي اروپايي، امريكا و ژاپن را كه در دوره هاي 1 تا 176 روزه تصوير كاملي از سطح زمين در باند هاي مرئي تا مادون قرمز جمع آوري و به ايستگاههاي زميني ارسال مي دارند در جدول 2 آورده شده است، اين سنجنده ها داراي قدرت تفكيك مكاني، راديومتري و طيفي متفاوتي بوده كه به کاربران قدرت انتخاب و بهره وري مـتناسب با نوع پديده مورد مطالعه را مي دهند. در ميان آنها NOAA هر 12 ساعت يك تصوير كامل از زمين ارائه مي دهد، و اگر چهار سنجنده از اين نوع همزمان تصويربرداري كنند هر 3 ساعت يك پوشش از زمين را ارائه خواهند داد، البته قدرت تفكيك مكاني اين سنجنده پايين مي باشد (1×1 كيلومتر) اما قدرت تفكيك زماني آن بسيار بالا است. لذا براي بررسي پديده هاي جوي، مراحل رشد گياهان، نمايش پيشروي آتش سوزي خصوصاً در جنگلها، نظارت بر سيلابها و پيش بيني روند گسترش آن بسيار كارآمد ميباشد، در مقابل سنجنده IKONOS با قدرت تفكيك مكاني كمتر از يك متر مي باشد يعني تصاوير آن امكان شناسايي تك درختان و وسـايل نقـليه سـطح شـهرها را فراهم مي آورد. بنابراين اطلاعات جمع آوري شده توسط سنجنده هاي فضايي قدرت تفكيك مكاني، طيفي وراديو متري متفاوتي داشته، لذا اين ويژگيها براي كاربران امكان بهره وري متناسب با نوع پديده مورد بررسي را فراهم مي آورد.

جدول 2 – انواع سنجنده ها كه به جمع آوري اطلاعات از سطح زمين مي پردازند.}

باندهاي سنجنده ها
^B نانومتر	^G نانومتر	^{R نانومتر}	^{NIR نانومتر}	^SWIR ميكرومتر	^TIR ميكرومتر
^{Landsat MSS عرض نوارجاروب 185*185كيلومتر}	⁸⁰	^--	^600-500	^700-600	^{800-700 1100-800}	^-	^-
^{Landsat TM عرض نوارجاروب 185*185كيلومتر}	^30 120	^{520 – 450}	^600-520	^{690 – 630}	^900-760	^{75/1-55/1 35/2-08/2}	^5/12-5/10
^{Landsat ETM+ عرض نوارجاروب 185*185كيلومتر}	^30 60	^515-450	^605-525	^690-630	^900-775	^{75/1-55/1 35/2-09/2}	^5/12-4/10
^{SPOT 1 , 2 SPOT 4}	^{20 (PAN) 10}	^-	^590-500	^680-610	^890-790	^75/1-58/1	^-
^{ASTER عرض نوار جاروب 60 كيلومتر}	^{(VNIR)15 (SWIR)30 (TIR)90}	^-	^600-520	^690-630	^860-760	^{7/1-6/1 18/2-14/2 23/2-19/2 24/2-25/2 37/2-29/2 43/2-36/-}	^{48/8-13/8 83/8-48/8 28/9-93/8 9/10-3/10 7/11-9/10}
^{IRS 1A, 1B عرض نوار جاروب 148 كيلومتر}	^36 73	^520-450	^680-620	^860-770	^-	^-	^-
		باندهاي سنجنده ها
سنجنده	^{اندازه پيكسل(متر)} تفكيك مكاني	^B نانومتر	^G نانومتر	^{R نانومتر}	^{NIR نانومتر}	^SWIR ميكرومتر	^TIR ميكرومتر
^{Ikonos عرض نوار جاروب 13 كيلومتر}	^{4 (PAN) 1}	^520-450	^600-520	^690-630	^900-760	^-	^-
^{Quick Bird}	^{44/2 (PAN) 61/0}	^520-450	^600-520	^690-630	^900-760	^-	^-
^{SPOT Vegetation عرض نوار جاروب 2250 كيلومتر}	¹¹⁵⁰	^470-430	^-	^680-610	^790-780	^75/1-58/1	^-
^{NOAA –AVHRR عرض نوار جاروب 2700 كيلومتر}	¹¹⁰⁰	^-	^-	^700-570	^980-710	^-	^{93/3-5/3 3/11-3/10 5/12-5/11}
^{Sea Wifs عرض نوار جاروب 2801 كيلومتر}	¹¹⁰⁰	^{422-402 453-433 500-480}	^{520-500 565-545}	^680-660	^{785-745 885-845}	^-	^-
^{MODIS عرض نوار جاروب 2330 كيلومتر}	^250 500 1000	^479-459	^567-545	^670-620	^876-841	^{25/1-23/1 65/1-63/1 16/2-11/2}	^{84/3-66/3 99/3-93/3 08/4-02/4 3/11-8/10 3/12-8/11}
^{SAC عرض نوار جاروب 360 كيلومتر}	¹⁷⁵	^500-480	^560-540	^690-630	^835-795	^7/1-55/1	^-
^{POLDER عرض نوار جاروب 2400 كيلومتر}	⁶⁰⁰⁰	^453-433	^-	^680-660	^885-845	^-	^-
^{ADEOS-2 عرض نوار جاروب 1000 كيلومتر}	^250 1000	^{448-438 465-455 495-425}	^{570-560 570-520}	^{683-673 690-630}	^{715-705 767-759 880-770 870-860 1060-1040}	^{25/1-23/1 74/1-54/1 32/2-10/2}	^{85/8-35/8 3/11-3/10 5/12-5/11}

^{2ـ3ـ اهميت بررسي تغیرات پديده هاي زميني

يكي از كاربردهاي ويژه دور سنجي بررسي پايش محيط (تشخيص تغيیرات) است. در گذشته پايش محيط بر اساس روشهاي ميداني و عكس برداري معمولي بزرگ مقياس صورت مي گرفت. بديهي است اين روش اولاً براي محيط هاي كوچك و قابل دسترسي كارايي دارد و منابعي را كه در مناطق كويري و صعب العبور واقعند قادر به تشخيص نيست، دوما هزينه و وقت قابل توجهي صرف خواهد نمود، اما در محل هاي دور و وسيع كه تغیيرات سطحي زيادي را مي پوشاند و پايش مربوط به دوره طولاني مدت ميشود ضرورت بكارگيري داده هاي ماهواره اي نمايان ميشود، اين داده ها توان تشخيص دقيق و جزئي تغـيرات محـيطي را داشته و در ضـمن عـلاوه بر صر فه جويي در وقت، هزينه هاي مطاله را هم كاهش مي دهند.

امروزه با رشد شتابان جمعيت و تخريب و محدوديت منابع، شناخت جنبه هاي مختلف محيط طبيعي جهت اعمال مديريت علمي امري اجتناب ناپذير است. خصوصاٌ به تصوير كشيدن تغيیرات زماني منابع طبيعي (پايش) به لحاظ اين كه در فواصـل زمـاني كوتاه اين تغـیيرات محسوس نيست مي تواند مديران و بر نامه ريزان را از تحديدات آينده مطلع سازد. به عنوان مثال يك تحقيق موردي از تغيیر كاربري و تخريب اراضي حوزه بر خوار اصفهان با روش سنتي كه حدود يك سـال زمان صـــرف آن شده اســت نشـان مي دهد كه در پريود زماني، 1302 تا 1377، سطحي معادل 34 هزار هكتار اراضي قابل كشت (كلاسهاي 1، 2 و3) از چرخه توليد خار ج شده اند و در كل شهر اصفهان به 51 هزار هكتار مي رسد و نكته مهمتر اينكه طي اين 75 سال روند تخريب سير صعودي داشته و در دهه هفتاد تخريب بالاترين نرخ رشد را بخود اختصاص داده است (3)، اما چنانچه همين تحقيق با بكارگيري داده هاي رقومي ماهواره اي انجام ميگرفت زمان لازم براي پردازش و استخراج اطلاعـات با احتساب مطالعات ميداني به مراتب كمتر مي شد، لذا توانايي به تصوير كشيدن مداوم و با سرعت و دقت منابع علاوه بر اينكه صرفه جويي در زمان تحقيق را به دنبال دارد خود به نوعي اتلاف منابع را هشدار داده و ميتواند مانعي از روند تخريب منابع با شد.

3ـ3ـ مزاياي كار برد داده هاي ماهواره اي در مطاله منابع زميني
1ـ3ـ3ـ صرفه جويي در وقت و كاهش هزينه ها
كاربري كه تصميم مي گيرد از ابزار سنجش از دور استفاده كند، قطعاً كاهش هزينه ها و صرفه جويي در زمان را نيز مد نظر قرار مي دهد، يكي از ابزار هاي رسيدن به اين اهـداف دقت در جمع آوري داده ها، نمونه برداري و مطالعات ميداني ميباشد، لذا براي اين منظور رعايت نكات ذيل الزامي است

الف ـ داده هاي طيفي مناسب براي مطالعات ميداني و پديده مورد نظر تهيه شود.

ب ـ اطلاعات جامع براي جمع آوري داده هاي زميني با در نظر گرفتن نوع داده ماهواره اي در دست باشد.

ج ـ جمع آوري و سازمان دهي اطلاعات با توجه به شاخه تخصصي خاص مورد مطالعه انجام گيرد.

د ـ مشكلات ويژه ناشي از كاربرد متدولوژي مرتبط با شرايط اكولوژيكي آشكار شود.

ه ـ كارايي داده هاي كمي بيوفيزيكي در رابطه با كيفيت آنها ارزيابي شود.
2ـ3ـ3 ـ نمونه برداري

به منظور افزايش دقت، صرفه جويي در وقت و كاهش هزينه ها، هنگام جمع آوري داده ها خصوصاٌ نمونه برداري ميداني توجه به مشكلات ذيل مي تواند رهگشا باشد.

الف ـ زمـان جمع آوري داده ها
زمان جمـع آوري داده هاي زميني منطبق با زمان سنجش داده هاي ماهواره اي باشد. در غير اين صورت بروز وقايع سريع باعث تغيراتي در بازتابهاي طيفي مي شود.

ب ـ پراكندگي قطعات براي نمونه بر داري تصادفي
گاهي براي اطمينان از جامعه آماري، از نمونه ها و قطعات تصادفي جهت نمونه برداري انتخاب مي شوند كه اين امر صرف نظر از محاسن و افزايش دقتي كه مي تواند داشته باشد، مشكلاتي از قبيل تشخيص كامل مناطق روي تصاوير ماهواره ا ي ايجاد مي نمايد.

ج ـ مكان يابي دقيق محل
يكي از مشكلات كارهاي ميداني (صحرايي) تطابق كامل داده هاي ميداني با تصاوير ماهواره اي مي باشد. براي مثال قدرت تفكيك زميني 20 متر ممكن است آنقدر كوچك باشد كه نتواند تمامي علائم زميني را مشخص كند. گاهي ممكن است تمام پديده هاي متمايز را در محل مشخص كرده باشيم ولي نتوانيم روي تصوير ماهواره اي تعميم دهيم و بر عكس تمام واحد هاي قابل تميز روي تصوير را در ميدان مشاهده نكنيم.

د - معيارهاي طراحي نمونه بر داري

معيارهاي اوليه براي ارزیابی طرح نمونه برداري به اين شرح است:

الف ـ نياز ها و شرايط نمونه برداري را تأمين نمايد.

ب ـ اجرا و تجزيه و تحليل آن ساده باشد.

ج ـ نمونه ها از واريانس كمي بر خور دار باشند تا تخمين هاي دقيق تري بدست آيد.

د ـ نقاط نمونه بر داري پراكنش مكاني خوبي داشته باشند.

ه ـ اقتصادي باشد.
3ـ3ـ3 ـ تلفيق سنجش از دور(RS) و سيستم اطلاعات جغرافيا يي(G.I.S.)

سنجش از دور حجم زيادي از اطلاعات را تولید ميكند، اين اطلاعات نه فقط در يك زمان، بلكه در دوره ها و زمانهاي مختلف توليد و جمع آوري مي شود و مي توان از آنها براي كشف و مطالعه پديده ها استفاده كرد. با وجود اين همه اطـلاعات ارزشمند سـنجش از دور، ناآشنـايي افـراد از چگونگي بر قراري رابطه بين سنجش از دور و سيستم اطلاعات جغرافيايي موجب عدم استفاده مفيد و گسترده از آنها ميشود. بسياري از محققين معتقدند تلفيق سنجش از دور و G.I.S پتانسيل استفاده از داده هاي ماهواره اي را به بهترين نحو افزايش مي دهد. سيستم اطلاعات جغرافيايي مراحل مختلفي را شامل مي شود كه سر انجام نتايج به همان جهان واقعي كه اطلاعات اوليه و پايه از آنجا آمده است مرتبط مي گردد. امروزه G.I.S. به طور مؤثري داده هاي مكاني و توصيفي مربوط به منابع مختلف را بر اسـاس اهداف كاربران نگهداري، باز يابي و كاربردي مي كند. پيشرفتهاي فوق العاده سريع فناوري G.I.S. در سالهاي اخير موجب شده كه جايگزين برخي روشهاي سنتي و معمول گردد. هر ساله برنامه هاي نرم افزاري جديد با قابليت استفاده راحت و توانايي هاي بالا در شبكه جهاني (World wide web) در دسترس عموم قرار مي گيرد و دسترسي به G.I.S. به عنوان يك ابزار كار آمد، هر روزه زيادتر و خدمات آن بيشتر مي گردد.

4ـ3ـ نتايج و بحث
1-4-3 بررسي اهميت صرفه جويي در زمان و هزينه ها
HUZING و همكاران (1993) با استفاده از داده هاي ماهواره اي و تكنيك GIS نشان دادند كه تهيه نقشه هاي موضوعي منجر به صرفه جويي40 تا60 درصدي در زمان نقشه برداري نسبت به روشهاي رايج ميشود. لذا تلفيق اين دو ميتواند ضمن بهبود دقت نتايج، افزايش كـيفيت نقشه هاي توليد شده، صرفه جويي در وقت و هزينه ها و امكان روز آمد نمودن نقشه ها را فراهم مي آورد (جدول 3).

جدول 3– مقايسه زمان (ماه) مورد نياز تهيه نقشه هاي كار بري اراضي و خاك به روش سنتي و رقومي}

زمان (ماه) براي روش رقومي		زمان (ماه) براي روش سنتي
توليد نقشه كار بري اراضي	نقشه بر داري خاك	توليد نقشه كار بري اراضي	نقشه بر داري خاك
^25/0	^6/0	^5/0	³	^{عمليات تعبير و تفسير مقدماتي}
^5/0	⁶	^5/0	⁶	^{عمليات ميداني}
^5/0	^25/1	¹	^5/2	^{تلفيق نتايج و استخراج اطلاعات}
^25/1	^75/7	²	^5/11	^{كل زمان صرف شده}

^{همانگونه كه ملاحظه مي شود در روش سنتي نقشه برداري خاك به 5/11 ماه زمان نياز است در حاليكه تلفيق RS و G.I.Sزمان مورد نياز را به 75/7 ماه كاهش داده است، لذا ميتوان با روشهاي رقومي در مدت كوتا ه تري سطوح وسيعتري را مطالعه و كسب اطلاعات نمود (7).

گروهي از نقشه برداران دانشگاه British Colombia منطقه اي به وسعت 800 مايل مربع را يك بار با استفاده از عكسـهاي هـوائي و يك بار هم با استـفاده از تصـاوير ماهـواره اي لندست (Landsat) به منظور مقايسه هزينه ها و زمان مورد نياز، نقشه برداري نمودند. ميزان انطباق نقشه هاي تهيه شده با نقشه هاي واقعيت زميني براي عكسهاي هوائي 60 در صد و براي تصاوير ماهواره اي 50 در صد بود. استفاده از عكسهاي هوائي هزينه اي معادل 442000 دلار و 59 ماه زمان لازم دارد (نقشه به مقياس1:1000000)، در حاليكه استفاده از تصاوير ماهواره اي هزينه اي معــادل 2000 دلار و 6 ماه زمان نياز دارد (نقشه به مقياس1:500000). بنابراين ملاحظه ميشود نقشه هاي بزرگ مقياس كه مي تواند با دقت مكاني دو برابر نسبت به نقشه هاي با مقياس (1:1000000) پديده هاي زميني را تفكيك نمايد با هزينه اي بسيار ناچيز و صرف وقت كمتري نسبت به روش سنتي قابل توليد است خلاصه نتايج در جدول 4 و 5 درج گرديده است (8).

جدول 4- مقايسه زمان مورد نياز تهيه نقشه به روش سنتي و رقومي}

زمان	عمليا ت
^{36 ماه}	^{عكسبرداري}
^{14 ماه / نفر}	^{نقشه برداري از روي 1125 عكس}
^{9 ماه}	^{كنترل، توليد و چاپ عكس}
^{59 ماه}	^جمع
^{1 ماه}	^{تصويربرداري}
^{2/1 ماه /نفر}	^{نقشه برداري از 45 تصوير}
^{4 ماه}	^{کنترل، توليد و چاپ نقشه ها}
^{2/6 ماه}	^جمع

^{جدول 5- مقايسه هزينه هاي تهيه نقشه به روش سنتي و رقومي}

نوع عمليات	هزينه ها/ دلار
^{خريد 2250 عكس}	¹²⁰⁰⁰
^{هزينه پرواز}	³⁰⁰⁰⁰⁰
^{هزينه دوربينها}	¹³⁰⁰⁰⁰
^{جمع هزينه ها}	⁴⁴²⁰⁰⁰
^{تصوير بر داري}	¹⁶⁰⁰
^{موزائيك تصاوير}	⁴⁰⁰
^{جمع هزينه ها}	²⁰⁰⁰

^{همانگونه كه ملاحظه مي شود زمان توليد نقشه با استفاده از تصاوير ماهواره اي (روش رقومي) يك هشتم زمان مورد نياز براي روش سنتي است و هزينه ها هم حدوداً يك دويستم شده است، البته اگر حجم عظيم لايه هاي اطلاعاتي كه با اندكي صرف وقت باز هم از داده هاي ماهواره اي قابل اســتخراج است را منظور نمائيم سودمندي و كارائي داده هاي ماهواره اي بيش از اين خواهد شد.

در تحقيقي كه توسط علوي پناه و همكاران (1) به منظور تهيه نقشه كاربري اراضي منطقه موك اسـتان فارس با استـفاده از تصـاوير ماهـواره اي انجـام گرفت، داده هاي سنجنده TM به ابعاد 1200×1200 پيكسل را كه مجموعاً 1440000 پيكسل ميشود مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. همانطور كه در جدول 6 ملاحظه مي شود از اين تعداد فقط 2357 پيكسل يعني 163/0% از آنها را ما نمونه برداري نموده ايم و 83/99% مابقي آن را سيستم در كسري از دقيقه طبقه بندي نموده است و كل پديده هاي موجود در منطقه را در كلاسهاي زراعت آبي، مرتع، شاليزار، جنگل، باغات، تاكستان و زراعت ديم طبقه بندي نموده است.

جدول 6- ماتريس خطاي نتايج طبقه بندي كلاسهاي كار بري اراضي به روش حداكثر احتمال}

	علامت اختصاری کلاسهای مرجع
كلاسهاي طبقه بندي شده اراضي	I	R_a	P	F	O	G	D	جمع
^{_{زراعت آبي(I)}}	^₃₂₇	^₀	^₁₇	^₀	^₁₂	^₇	^₀	^₃₆₃
^{_{مرتع (Ra)}}	^₅	^₅₇₉	^₁	^₄₁	^₀	^₅	^₀	^₆₃₁
^{_{شاليزار (P)}}	^₀	^₀	^₁₉₁	^₀	^₂	^₀	^₀	^₁₉₃
^{_{جنگل (F)}}	^₀	^₂	^₀	^₆₆₅	^₀	^₁	^₀	^₆₆₈
^{_{باغات (O)}}	^₀	^₀	^₁	^₀	^₁₁₉	^₂	^₀	^₁₂₂
^{_{تاكستان (G)}}	^₀	^₀	^₂	^₀	^₀	^₈₅	^₀	^₈₇
^{_{زراعت ديم(D)}}	^₀	^₂₈	^₀	^₀	^₀	^₀	^₂₆₅	^₂₉₃
^_جمع	^₂₃₂	^₆₀₉	^₂₁₂	^₇₀₆	^₁₃₃	^₁₀₀	^₂₆₅	^₂₃₅₇

^{_{2ـ4ـ3ـ تلفيق زمين آمار و دور سنجي

يكي از كاربردهاي RS و G.I.S. مطالعه پديده هاي محيطي (معدن، خاك، پوشش گياهي، تشكيلات زمين شناسي) است كه وابسته به موقعيت مكاني خود مي باشند، اما به منظور صرفه جويي در هزينه ها و زمان عملاً امكان نمونه برداري متراكم از آنها ميسر نيست. لذا براي دستيابي به ويژگيهاي حقيقي آنها مجبور به تخمين خصوصيات پديده هاي محيطي در نقاطي كه نمونه برداري نشده است مي باشيم. ابزاري كه ميتواند بهترين تخمين را ارائه دهد زمين آمار مي باشد، زمين آمار در واقع علم استفاده از تخمين گرهاي آماري به منظور برآورد خصوصيت مورد نظر در نقاطي كه نمونه برداري نشده است با استفاده از اطلاعات حاصله از نقاط نمونه برداري شده مي باشد.

جهانگرد محمدي و همكاران (1381) اطلاعات رقومي ماهواره اي را به عنوان متغير ثانويه براي تخمين برخي خصوصيات خاك در نقاطي كه نمونه برداري نشده است مورد استفاده قرار دادند، نتايج نشان داد كه بيشترين همبستگي بين متغيرهاي شوري، قليائيت و درصد آهك خاك با باندهاي طيفي بخش مرئي و مادون قرمز نزديك وجود دارد. مدل رگرسيوني تخمين هر يك از خصوصيات خاك نشان مي دهد كه باند مادون قرمز سنجنده هاي ماهواره اي بالاترين كارايي را براي برآورد خصوصيات خاك دارا مي باشند. (4)

3ـ4ـ3ـ مقايسه اجمالي روش سنتي و رقومي

اگرداده هاي ماهواره اي را با عكسهاي هوائي مقايسه نمائيم پي به حجم عظيم اين اطلاعات خواهيم برد
الف ـ عكسهاي هوائي در اغلب كشور ها از جمله ايران در فواصل زماني طولاني وصرف وقت زيادي تهيه مي شوند، به عنوان مثال در ايران دو دوره پوشش سراسري عكسبر داري هوائي انجام گرفته است كه يك بار سال 1334 (ه.ش.) و دوره دوم حدود 40 سال بعد بوده است، در حاليــكه ماهواره هـا از هر 15 دقيقه (ماهـواره GEOES)، هر 2 روز (ماهـواره (ASTER، هر 16 روز (ماهواره لندست) تا 6 ماه (ماهواره اروپايي ERS)، پوشش كاملي از سطح زمين را با تنوعي از باندهاي طيفي ارائه ميدهند كه به هيچ وجه قابل مقايسه با تعداد كم عكسهاي هوائي گردآوري شده از معدود مناطق سطح زمين نمي باشد.

ب ـ هر فريم تصوير ماهواره اي پوشش وسيعي از سطح زمين را يك جا نمايش ميدهد. به عنوان مثال يك فريم TM با ابعاد 185×185كيلومتر وسعتي معادل 3400000 هكتار را پوشش مي دهد كه اگر بخواهيم با عكس هوائي همين سطح را پوشش دهيم به 2200 قطعه عكس هوائي نياز است و سطح موزائيك شده آن 88 متر مربع خواهد شد كه عملاً كار بر روي آن غير ممكن است.

ج ـ استخراج اطلاعات از اين دو نوع از نظر وقت و هزينه ها كاملا متفاوت مي باشد. به عنوان مثال همان 3400000 هكتار را در نظر مي گيريم كه تنها با يك فريم ماهواره اي پوشش داده مي شود، اين فريم در كسري از روز نمونه برداري و پديده هاي آن توسط سيستم كامپيوتري طبقه بندي ميشوند در حاليكه براي تشخيص و تفكيك پديده هاي مورد نظر در عكسهاي هوائي (2200 قطعه) ده ها روز وقت لازم است.

د ـ هنگام طبقه بندي پديده ها و تفكيك آنها در عكسهاي هوائي چون تفكيك دستي صورت مي گيرد دقت مكاني به اندازه چندين پيكسل است ولي در طبقه بندي تصاوير ماهواره اي به روش رقومي، دقت مكاني به اندازه تك پيكسلها است. البته لازم به ذكر است كه هر فريم تصوير ماهواره اي از تعداد زيادي پيكسل تشكيل شده است. مثلاً هر فريم TMاز 38 ميليون پيكسل تشكيل شده است و ما براي طبقه بندي آن تقريباً 1 درصد پيكسلها را نمونه برداري مي كنيم و بقيه پيكسلها را سيستم كامپيوتري و نرم افزارهاي RS طبقه بندي مي نمايند، در واقع هر فريم TM ماتريسي به ابعاد 6166×6166 مي باشد و سيستم آنرا در چند دقيقه تجزيه و تحليل مي نمايد در حاليكه حل چنين ماتريسي به روش دستي غير ممكن بوده يا به قرنها زمان نياز دارد.

نتيجه گيري
مهمترين ويژه گي داده هاي ماهواره اي كه آن را از ساير داده ها از جمله عكسهاي هوائي متمايز مي كند، چند طيفي بودن آنها اسـت كه امـكان مـطالعه منابع مخـتلف را در باندهاي متنوعي از مرئي تا مادون قرمز و امواج راداري فراهم آورده است. ديگر ويژگي اين داده ها تكراري بودن آنها در پريودهاي زماني كوتاه است كه به كاربران مختلف امكان بررسي سريع و به موقع تغيیرات پديده هاي مختلف مانند تغيرات جوي، روند پيشروي سيل، آتش سوزي جنگلها، آلودگيهاي زيست محيطي، فرسايش خاك، پيش روي كوير، شور شدن اراضي و تغيیر كاربري اراضي را فراهم مي آورد. ويژگي ممتاز ديگر رقومي بودن اين داده ها است كه باعث شده قابليت تزريق به سيستم هاي اطــلاعات جغرافيايي را داشته باشد. لذا تلفيق اين دو تكنيك (دور سنجي و سيستم اطلاعات جغرافيايي) ضمن بهبود نتايج حاصله مزاياي ديگري در پي خواهد داشت، از جمله:

الف ـ تهيه سريع نقشه ها و صرفه جويي در وقت،
ب ـ تهيه نقشه ها با كيفيت بالاتر و هزينه كمتر،
ج ـ تهيه نقشه هاي مو ضوعي مورد نياز كاربران خاص،
د ـ تسهيل تهيه نقشه ها و روز آمد نمودن آنها،
ه ـ به حداقل رساندن استفاده از نقشه هاي چاپ شده و هزينه هاي بايگاني و نگهداري نقشه ها.

بنابراین با توجه به رشـد و توسعه روزافزون اين فنآوري و نياز مديران بخشهاي مختلف از جمله برنامه ريزان شهري براي شناخت پراكندگي جمعيت، مراکز خدمات رساني، اراضي مسكوني و قابل سكونت همچنين برنامه ريزان منابع طبيعي براي آگاهي از پراكندگي مكاني جنگلها، مراتع، معادن، اراضي قابل كـشت، گـونه هـاي گـياهي، اراضـي شور و عـرصه هـاي كويري، شناسايي قابليتها و كاربردهاي متنوع اين فنآوري براي مديران و برنامه ريزان بخشهاي مختلف اقتصادي و اجتماعي كشور حائز اهميت مي باشد.

منابع
علوی پناه، سيدكاظم،1382، كار برد سنجش از دوردرعلوم زمين، انتشارات دانشگاه تهران.

علوي پناه سيدكاظم و مسعود مسعودي، 1380، تهيه نقشه كاربري اراضي با استفاده از داده هاي ماهواره لندستTM و سيستم اطلاعات جغرافيايي (منطقه موك استان فارس)، مجله علوم كشاورزي و منابع طبيعي، سال هشتم، شماره اول.

قيومي محمدي، 1379، هشداري در مورد تبديل اراضي كشاورزي به شهري، مطالعه موردي اصفهان، مجله علوم خاك و آب، جلد 14 شماره 2.

محمدي جهانگرد و وحيد چيت ساز، 1381، مقايسه تخمين گرهاي ژئواستاتيستيكي و رگرسيون خطي جهت برآورد برخي از خصوصيات خاك سطحي به كمك داده هاي رقومي TM، خاك و آب، ج 16.

Burrough P. A., 1986, Principle Of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Oxford Science Publication.
Lillesand T. M. and R. W. Kieffer, 1994, Remote Sensing and Image Interpretation, John Wiley & Sons, Inc.
Morris D. K., Gary C. Steinhardt, R. L. Nielsen, 2000, Using GIS, GPS and Remote Sensing as a soil mapping tool, 5th international conference on precision agriculture, Bloomington, MN, 16-19 july 2000.
Vlentine K. W. C. and J. F. Hawkins, 2000, A Qantitative comparison of color photography and Landsat imagery for a small scale land resource map of northern British Colombia.}}

+ نوشته شده در سه شنبه بیست و هفتم فروردین ۱۳۸۷ ساعت 11:8 توسط عبدالحق |

GIS

نوشته‌های پیشین