آشکارسازی تغییرات پوشش اراضی اصفهان با استفاده از سنجش از دور و gis

در سال های اخیر، داده های سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در شناسایی و آنالیز تغییرات کاربری و پوشش اراضی به طور وسیع به کار گرفته می شوند. آشکار سازی صحیح تغییراتِ اشکال سطح زمین، درک بهتری از ارتباط و واکنش بین انسان و پدیده های طبیعی جهت مدیریت بهتر منابع را فراهم می کند. روش های مختلفی برای آشکار سازی تغییرات کاربری و پوشش اراضی وجود دارد، برخی از این روش ها عبارتند از مقایسات بعد از طبقه بندی، طبقه بندی سری های داده های چند زمانه، آنالیز مولفه اصلی، تفاضل و نسبت تصویر زمانی، آنالیز برداری تغییر، آنالیز مخلوط طیفی وآنالیز رگرسیون. مقایسه پس از طبقه بندی یکی از موثرترین روش های آشکارسازی تغییرات است. هدف این بررسی، آشکارسازی تغییرات پوشش اراضی اصفهان است. عکس های هوایی با مقیاس 1:50000 مربوط به سال 1334 و تصاویر ماهواره ای mss، tm و etm+ ماهواره لندست به ترتیب مربوط به سال های 1351، 1369 و 1380برای تهیه نقشه های پوشش اراضی و بررسی روند تغییرات به کار گرفته شد. جهت کامل کردن دوره بررسی تغییرات، نقشه پوشش اراضی توسط مدل ca مارکوف برای سال 1385 پیش بینی شد. برای انجام تحقیق، ابتدا تمامی عکس های هوایی و تصاویر ماهواره ای با معادله چند جمله ای درجه یک به روش نزدیک ترین همسایه تصحیح هندسی شدند.rmse عکس های هوایی بین 1/0 تا 45/0 پیکسل و rmse تصاویر mss، tm و etm+ به ترتیب 73/0، 68/0 و 6/0 پیکسل به دست آمد. عکس های هوایی با استفاده از رنگ، تن، الگو، شکل، موقعیت و پدیده های مختلف تفسیر چشمی شدند. هر یک از تصاویر ماهواره ای با استفاده از تباین خطی و تعدیل هیستوگرام اصلاح شدند. از فاکتور شاخص بهینه برای ساخت بهترین تصویر رنگی کاذب استفاده شد، این شاخص بهترین باندها را بر اساس حداکثر واریانس و حداقل همبستگی شناسایی می کند. به منظور طبقه بندی تصاویر از روش طبقه بندی هیبرید که ترکیبی از دو روش طبقه بندی نظارت شده و نظارت نشده است استفاده شد. از شاخص ndvi و آنالیز مولفه اصلی برای جدا کردن برخی از لایه های پوشش اراضی با تعریف حد آستانه مناسب استفاده شد. در نهایت نقشه ی پوشش اراضی در 5 طبقه تهیه شد که عبارت بودند از کوه، اراضی بایر، شهر، پوشش سبز و دشت سیلابی. برای برآورد صحت تمامی نقشه ها از ماتریس خطا استفاده شد. ضریب کاپای نقشه های پوشش اراضی تولید شده از عکس های هوایی و تصاویر mss، tm و etm+ به ترتیب عبارتند از 98/0، 90/0، 93/0 و 92/0. سپس، ماتریس تغییرات از طریق مقایسه نقشه پوشش اراضی هر سال و با نقشه های سال بعد تولید شد. برای آشکارسازی تغییرات از روش مقایسه بعد از طبقه بندی استفاده شد. زنجیره مارکوف برای مدل سازی تغییرات پوشش و کاربری اراضی به طور وسیع استفاده می شود. مدل ca مارکوف قادر است که تغییرات پوشش و کاربری اراضی از یک زمان به زمان دیگر را توصیف کند و این به عنوان پایه ای برای تغییرات آینده استفاده می شود. در این مطالعه از مدل ca مارکوف برای پیش بینی نقشه های سال 1369 و 1380 استفاده شد و سپس این نقشه ها با نقشه های پوشش اراضی سال 1369 و 1380 به دست آمده از روش هیبرید مقایسه شدند تا توانایی مدل ca مارکوف در پیش بینی تغییرات پوشش اراضی مطالعه شود. در نهایت نیز نقشه پوشش اراضی سال 1404 با استفاده از مدل ca مارکوف پیش بینی شد. نتایج آشکارسازی تغییرات نشان می دهد بیشترین توسعه مناطق شهری بین سال های 1351 تا 1369 با گسترش متوسط 571 هکتار در سال و کمترین رشد آن بین سال های 1334 تا 1351 با مساحتی حدود 324 هکتار در سال، رخ داده است. اما طی سال های 1334 تا 1351، پوشش گیاهی با کاهش متوسط سالانه 1263 هکتار، بیشترین تخریب نرخ تبدیل و تغییر را داشته است. نتایج مدل مارکوف ماتریسی است که احتمال تغییرات را از هر طبقه پوشش یا کاربری اراضی به سایر طبقات را در آینده نشان می دهد. به منظور پی بردن به صحت نقشه-های پیش بینی شده و به دست آوردن اعتبار پیش بینی مدل ca مارکوف از 3 روش جدول توافق و عدم توافق، آزمون نکویی برازش و محاسبه ماتریس خطا استفاده شد. نتایج مولفه های توافق و عدم توافق نشان می دهد که توافق نقشه های سال 1369 (نقشه پوشش اراضی به دست آمده از روش هیبرید و نقشه ی پیش بینی شده توسط مدل ca مارکوف) 60/0 و عدم توافق آنها 39/0 است. این نتایج برای توافق کلی نقشه های 1380 برابر 69/0 و عدم توافق برای این دو نقشه 31/0 است. در آزمون نکویی برازش فرض صفر اینگونه تعریف می شود که اختلاف معنی داری بین مساحت های مشاهده شده (مساحت های به دست آمده از روش هیبرید) و مساحت های پیش بینی شده (مساحت های پیش بینی شده از مدل ca مارکوف) وجود ندارد. فرض صفر بیان می دارد اختلافات مذکور در سطح 05/0 معنی دار است. با انجام آزمون نکویی برازش و محاسبه ?2 و مقایسه آن با ?2 جدول در سطح 05/0 با درجه آزادی 4، فرض صفر رد شده و فرض یک (یعنی اختلاف در نتایج دو روش مذکور) پذیرفته می شود. ?2 محاسبه شده برای نقشه های پیش بینی شده سال 1369 و 1380 به ترتیب 25642 و 36915 است که در سطح 05/0 و درجه آزادی 4، ?2 جدول 711/0 است بنابراین فرض صفر رد می شود. برای محاسبه ضریب کاپا و دقت کلی تمامی نقشه های پوشش اراضی، نقاط کنترل زمینی استفاده شد، سپس ماتریس خطا برای نقشه های پوشش اراضی تولید شده با روش هیبرید و مدل ca مارکوف محاسبه شد. ضریب کاپای محاسبه شده برای نقشه های پیش بینی شده ی سال های 1369 و 1380 به ترتیب 64/0 و 84/0 است، که آن کمتر از نقشه های تولیدی به روش هیبرید با ضریب کاپای 93/0 برای سال 1369 و 92/0 برای سال 1380 است. در نهایت، ما می توانیم نتیجه بگیریم که اگر فرایند تغییر پوشش اراضی ثابت باقی بماند، مدل ca مارکوف تغییرات پوشش اراضی را با اعتباری برای 17 سال بعد پیش بینی می کند که توافق نقشه پیش بینی شده با نقشه واقعی کمتر از 70 درصد است.