بهبود نقشه گستره جنگل با استفاده از تصاویر چند فصلی طیفی ماهواره ای مطالعه موردی حوزه آبخیز قره سو استان گلستان-

دانشکده علوم جنگل
پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد (M.SC.)
در رشته جنگلداری
بهبود نقشه گستره جنگل با استفاده از تصاویر چند فصلی طیفی ماهواره ای مطالعه موردی حوزه آبخیز قره سو استان گلستان-
پژوهش و نگارش:
فاطمه مصدق
استاد راهنما:
دکتر شعبان شتایی
استاد مشاور:
مهندس امید عبدی
پاییز 1393

تعهدنامه پژوهشینظر به اینکه انجام فعاليتهاي پاياننامههاي تحصیلی با بهرهگیری از حمایت‌های علمی، مالی و پشتیبانی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان صورت میپذیرد، به منظور رعايت حقوق دانشگاه، نسبت به رعايت موارد زير متعهد ميشوم:
این گزارش حاصل فعالیتهای علمی- پژوهشی و دانش و آگاهی نگارنده است مگر آنکه در متن به نویسنده یا پدید آورنده اثر ارجاع داده شده باشد.
چاپ هر تعداد نسخه از پاياننامه با كسب اجازه کتبی از مديريت تحصيلات تكميلي دانشگاه خواهد بود.
انتشار نتایج پاياننامه به هر شکل (از قبیل کتاب، مقاله و همايش) با اطلاع و كسب اجازه کتبی از استاد راهنما خواهد بود. نام کامل دانشگاه:
به فارسی: دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان
و به انگلیسی: Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
در بخش آدرسدهی درج خواهد شد.
در انتشار نتایج پاياننامه در قالب اختراع، اكتشاف و موارد مشابه، نام کامل دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان به عنوان عضو حقوقی در انتهای فهرست اسامی درج گردد.
تعیین ترتیب اسامی نویسندگان در انتشار نتایج مستخرج از پایاننامه و هر گونه تفاوت احتمالی در آن با فهرست مصوب اسامی هیات راهبری پایاننامه با تایید استاد راهنمای اول خواهد بود.
اينجانب فاطمه مصدق دانشجوي رشته جنگلداری مقطع كارشناسي ‌ارشد تعهدات فوق و ضمانت اجرايي آن راقبول كرده و به آن ملتزم ميشوم.
نام و نام خانوادگی و امضاء

تقدیم به :
این ناچیز را اگر قدری است تقدیم میکنم به
خانواده عزیزم
تشکر و قدردانی
حمد و سپاس پروردگارم را که پس از خلقتم چراغ هدایت در آستان برافروخت و یاریم نمود تا گام‌های برداشته شده‌ام را در عرصه‌ای از مراحل کسب علم و دانش به سر منزل مقصود برسانم. در مسیری که طی نمودم همسفرانی راهبرم بودند که حضورشان همچون ستارگانی پر نور، فروزنده راهم بود و از این رو بر خود لازم می دانم هنگامه پایانی پژوهش خویش از زحمات این عزیزان تشکر و قدردانی نمایم.
مراتب قدردانی و سپاس بی‌حد و مرز خود را نسبت به استاد راهنمای گرانقدر خود، جناب آقای دکتر شعبان شتایی که همواره با راهنمایی‌ها و الطاف بی‌بدیل خود مسیر پر پیچ و خم این پژوهش را برایم هموار نموده به جا می‌آورم و از خداوند موفقیت لحظه به لحظه‌ی ایشان را خواستارم.
از استاد مشاور گرامی جناب آقای مهندس امید عبدی کمال تشکر را دارم و از اساتید داور خود جناب آقای دکتر محمد هادی معیری و جناب آقای دکتر جهانگیر محمدی که با مطالعه این پایان‌نامه و ارائه نظرات فرزانه خود سعی در پربارتر نمودن آن داشتند بسیار سپاسگزاری می‌نمایم.
در پایان باید معترف شوم که اگر تمام کلمات زیبای دنیا را زنجیروار بهم متصل کنم قادر به وصف و بیان زحمات نامتناهی عزیزترین هدیه‌های زندگی‌ام، یعنی پدر و مادر مهربانم و همسر عزیزم نخواهم بود امید که بتوانم همواره قدردان و سپاسگزار زحماتشان بوده و تا حد توان در طلب رضایت آنها بکوشم و گام بردارم.

چکیده
در تهیه نقشه گستره جنگل/ غیرجنگل با استفاده از دادههای طیفی ماهواره‌ای تک زمانه با توجه به تشابه طیفی برخی طبقات کاربری های مختلف، ممکن است نقشه قابل اعتماد و با صحت بالایی تولید نگردد. این تحقیق با هدف بهبود تهیه نقشهی گستره جنگل/غیرجنگل در حوزه قره سو استان گلستان، با استفاده از طبقه بندی توامان و سلسله مراتبی دادههای چندزمانه و قابلیتهای سیستم اطلاعات جغرافیایی میباشد. در این تحقیق از تصاویر 4 فصل سنجنده OLI لندست-8 و سنجنده TM لندست-5 استفاده شده است. پس از تصحیحات رادیومتری و هندسی مورد نیاز بر روی تصویر، بهبود و بارزسازی تصاویر به کمک روشهای نسبت گیری و تجزیه مولفههای اصلی انجام گرفت. پس از تهیه نقشه واقعیت زمینی نمونهای بصورت انتخابی از طبقات مختلف جنگل و غیرجنگل، طبقه بندی به طور جداگانه و با استفاده از تصاویر یک زمانه، چندزمانه بصورت توامان، چند زمانه به روش سلسله مراتبی و با آلگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام شد. همچنین با استفاده از قابلیتهای سیستم اطلاعات جغرافیایی بهترین طبقات از طبقه بندی فصول مختلف انتخاب و با هم تلفیق شدند. با ادغام طبقات غیرجنگل و جنگل با یکدیگر نقشه گستره جنگل/غیرجنگل تهیه گردید. ارزیابی صحت نقشه های حاصل با استفاده از نقشه واقعیت زمینی نمونهای صورت گرفت. نتایج ارزیابی صحت نشان داد که صحت کلی و ضریب کاپای نقشههای حاصل از طبقه بندی تصویر فصل تابستان به ترتیب با مقادیر %1/89 و 69/0 در بین فصول مختلف بهترین بوده است.
صحت کلی و ضریب کاپای نقشه حاصل از ادغام بهترین طبقات فصول مختلف با کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی برابر با %14/85 و 56/0 به دست آمد. همچنین صحت کلی و ضریب کاپای نقشههای حاصل از طبقه بندی تصاویر چند زمانه بصورت توامان به ترتیب برابر %05/94 و 84/0 و نقشه حاصل از روش سلسله مراتبی برابر با %01/98 و 95/0 به دست آمد. با توجه به نتایج بدست آمده میتوان بیان نمود که به کمک تصاویر چند زمانه و طبقه بندی سلسله مراتبی میتوان با صحت بالا و قابل قبولی نقشه گستره جنگل/غیرجنگل را تهیه نمود.
واژههای کلیدی: نقشه گستره جنگل/غیرجنگل، طبقه بندی تک زمانه، طبقه بندی چند زمانه، طبقه بندی سلسله مراتبی، لندست 5-TM، لندست 8-OLI

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه و هدف 2
1-1-1- فرضیات 5
1-1-2- اهداف5
1-2- کلیات5
1-2-1- مقدمهای برسنجش از دور5
1-2-2- ماهوارههای منابع زمینی6
1-2-3- ماهواره لند ست7
1-2-3-1- سنسور ابزار تصویر ساز عملیاتی زمین (OLI)8
1-2-3-2- سنسور مادون قرمز حرارتی (TIRS) 9
1-2-4- بازتاب طیفی پدیدهها9
1-2-4-1- بازتاب طیفی گیاهان10
2-2-4-2- مقایسه انعکاس طیفی آب، خاک وگیاه11
1-2-5- پیش پردازشهای دادههای ماهوارهای11
1-2-5-1- بررسی کیفیت دادهها12
1-2-5-2- خطای موجود در تصاویر ماهوارهای12
1-2-5-3- تصحیح هندسی تصاویر ماهوارهای12

فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-2-5-4- تصحیح ارتفاعی13
1-2-5-5- تصحیح خطای اتمسفری13
1-2-6- پردازش رقومی تصاویر14
1-2-6-1- نسبت گیری14
1-2-6-2- شاخص پوشش گیاهی15
1-2-6-2-1- شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) 15
1-2-6-3- تجزیه و تحلیل مولفههای اصلی15
1-2-7- تجزیه و تحلیل دادهها و استخراج اطلاعات16
1-2-7-1- تفسیر چشمی16
1-2-7-2- تفسیر رقومی16
1-2-8- طبقه بندی دادههای ماهوارهای17
1-2-8-1- طبقه بندی نظارت شده17
1-2-8-2- نمونههای تعلیمی17
1-2-8-3- انتخاب تعداد نمونههای تعلیمی18
1-2-8-4- انتخاب باندهای مناسب جهت طبقه بندی18
1-2-9- طبقه بندی18
1-2-9-1- آلگوریتم حداقل فاصله از میانگین19
1-2-9-2- آلگوریتم طبقه بندی متوازی السطوح19
1-2-9-3- آلگوریتم حداکثر احتمال19

فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-2-9-4- آلگوریتم ماشین بردار پشتیبان21
1-2-10- طبقه بندی سلسله مراتبی یا چند مرحلهای21
1-2-11- ارزیابی صحت نتایج طبقه بندی23
1-2-11-1- صحت کلی23
1-2-11-2- صحتهای کاربر و تولید کننده23
1-2-11-3- ضریب کاپا24
1-2-12- تصاویر چند زمانه24
1-2-12-1- کاربرد تصاویر چند زمانه در جنگل25

فصل دوم: بررسی منابع
2-1-مطالعات انجام شده در ایران 28
2-2- مطالعات انجام شده در خارج کشور31
فصل سوم: مواد و روشها
3-1- منطقه مورد مطالعه36
3-1-1- موقعیت جغرافیایی36
3-2- دادههای مورد استفاده38
3-2- دادههای ماهوارهای38
3-3- نرم افزارهای مورد استفاده38
3-4- تهیه نقشه واقعیت زمیتی38
3-5- پیش پردازش دادههای ماهوارهای39
3-5-1- بررسی کیفیت رادیومتری و هندسی دادهها39
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-6- پردازش تصاویر ماهوارهای39
3-6-1-تبدیل تسلدکپ39
3-6-2- تجزیه و تحلیل مولفههای اصلی40
3-7- طبقه بندی تصاویر40
3-7-1- تعیین طبقهها40
3-7-2- تعیین نمونههای تعلیمی40
3-7-3- انتخاب مناسبترین آلگوریتم طبقه بندی41
3-7-4- طبقه بندی با استفاده ازتصاویر بصورت تک زمانی فصول مختلف41
3-7-5- طبقه بندی با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی41
3-7-6- طبقه بندی با استفاده از تصاویرتوامان چند زمانه (چندفصلی41
3-8- طبقه بندی با روش سلسله مراتبی42
3-9- برآورد صحت نقشههای حاصل از طبقه بندی43

فصل چهارم: نتایج
4-1- نتایج مربوط به طبقه بندی تصاویر 4 فصل به صورت تک زمانه46
4-2- نتایج ادغام بهترین طبقه فصول مختلف با کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی56
4-3- نتایج مربوط به روش طبقه بندی تصاویر چند زمانه بصورت توامان59
4-4- نتایج مربوط به طبقه بندی سلسله مراتبی62

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
5-1- بحث ونتیجه گیری68
5-2- نتیجه گیری نهایی70
5-3- پیشنهادها71
منابع74
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1- منحنی انعکاس طیفی یک گیاه سبز11
شکل 1-2- چگونگی تعیین مرز طبقهها در آلگوریتمهای طبقه بندی متوازی السطوح (الف)، حداقل فاصله از میانگین (ب) و حداکثر احتمال (ج)…20
شکل 1-3- طبقه بندی تصاویر چند زمانه به دو حالت، طبقه بندی بعد از ادغام (الف) و قبل از ادغام (ب)، (جون، 1999)………………………………22
شکل 3-1- نقشه موقعیت منطقه در ایران و استان گلستان37
شکل3-2- مراحل انجام طبقه بندی سلسله مراتبی44
شکل 4-1- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل بهار47
شکل 4-2- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل تابستان48
شکل 4-3- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل پائیز49
شکل 4-4- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه بروی تصویر فصل زمستان50
شکل 4-5- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویر فصل بهار51
شکل 4-6- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویرتابستان52
شکل 4-7- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویر پائیز53
شکل 4-8- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی با استفاده از تصویرزمستان54
شکل 4-9- نقشه کاربری اراضی حاصل از ادغام بهترین طبقه از فصول مختلف58
شکل 4-10- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از ادغام طبقات مختلف جنگل و غیرجنگل بدست آمده از انتخاب بهترین طبقات از فصول مختلف59
شکل 4-11 نقشه طبقات مختلف حاصل از طبقه بندی توامان تصاویر فصول مختلف61
فهرست اشکال
عنوان صفحه
4-12- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی توامان تصاویر فصول مختلف62
4-13- نقشه حاصل از طبقه بندی طبقات مختلف منطقه مورد مطالعه به روش سلسله مراتبی63
4-14- نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی تصاویر با روش سلسله مراتبی64

فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- محدوده طیفی و قدرت تفکیک مکانی سنجنده (OLI)……..8
جدول1-2- محدوده طیفی و قدرت تفکیک مکانی سنجنده مادون قرمز حرارتی9
جدول3-1- مشخصات حوضههای آبخیز اصلی گلستان37
جدول 4-1 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل بهار54
جدول 4-2 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل تابستان55
جدول 4-3 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل پائیز55
جدول 4-4 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری های مختلف برای فصل زمستان56
جدول 4-5- نتایج ارزیابی صحت نقشه طبقه بندی تصاویر ماهوارهای فصول مختلف (تک زمانه).56
جدول 4-6 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از انتخاب بهترین طبقه از فصول مختلف57
جدول 4- 7- نتایج ارزیابی صحت نقشه حاصل از ادغام بهترین طبقه فصول مختلف57
جدول 4-8 نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از طبقه بندی تصویر بصورت توامان چند زمانه60
جدول 4-9- نتایج ارزیابی صحت نقشه گستره جنگل/غیرجنگل حاصل از طبقه بندی توامان چند زمانه60
جدول 4-10- نتایج ارزیابی صحت نقشه کاربری اراضی حاصل از طبقه بندی تصاویر بصورت سلسله مراتبی64
جدول 4-11- نتایج ارزیابی صحت نقشه گستره جنگل/ غیرجنگل حاصل از طبقه بندی تصـاویر ماهوارهای به روش سلسله مراتبی65
فصل اول
مقدمه و کلیات

مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه و هدف
برای استفاده بهینه از منابع طبیعی و توسعه پایدار در برنامه‌ریزی‌های منطقه‌ای نیازمند به جمعآوری اطلاعات کافی از منابع زیست محیطی در زمان کوتاه و با هزینه کم است. جنگل‌های شمال دارای جایگاه ویژه‌ای در طبیعت ایران هستند و تضمینکننده بقاء و پایداری آب و خاک در شمال کشور می‌باشد. در بین جنگل‌های شمال استان گلستان به لحاظ دارا بودن شرایط اقلیمی منحصر به فرد و متمایز از استان‌های گیلان و مازندران دارای همه نوع زیستگاه به جز مناطق کاملا کویری است (ماهینی وهمکاران، 1386).
به علت رونق کشاورزی و باغبانی و رشد صنعت و گسترش شهرها و هجوم جمعیت به این استان، زیستگاه اصلی و

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *