فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

سابقه و هدف: نقشة پوشش زمین یکی از پارامترهای اساسی در تحلیل‌های جغرافیایی و برنامه‌ریزی‌های مکانی محسوب می‌شود. به‌طور کلی، تصویر ماهواره‌ای، الگوریتم طبقه‌بندی و نمونة‌ آموزشی سه پارامتر اصلی در تهیة نقشه‌های پوشش زمین به‌شمار می‌روند و مهم‌ترین نقش را درزَمینة صحت، هزینه و منابع محاسباتی مورد نیاز برای تهیة این نقشه‌ها ایفا می‌کنند. کیفیت نمونة آموزشی تأثیر شایان توجهی در صحت نتایج طبقه‌بندی دارد. بر این اساس، هدف اصلی این پژوهش تهیة نمونه‌های آموزشی معتبر، با استفاده از روش انتقال نمونه‌های آموزشی برای پایش تغییرات پوشش زمین در شمال‌غرب ایران، بین سال‌های 2002 تا 2022 است.مواد و روش‌ها: منطقة مورد مطالعه، با مساحتی بالغ‌بر 7653 کیلومترمربع، در شمال‌غرب ایران واقع شده است. ازلحاظ جغرافیایی، این محدوده در مختصات 35 59 °44 تا 25 01 °46 طول شرقی و 46 02 °38 تا 47 48 °38 عرض شمالی قرار دارد. داده‌های مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های مرجع زمینی است و تصاویر به‌کاررفته در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره‌ای سری لندست می‌شود. روش پژوهش پنج مرحلة کلی را دربرمی‌گیرد. در مرحلة اول، تصاویر ماهواره‌ای لندست از سایت سازمان زمین‌شناسی امریکا دریافت و مراحل پیش‌پردازش تصاویر (تصحیح رادیومتریک و هندسی) روی آنها انجام شد. در مرحلة دوم، با استفاده از تصاویر دارای قدرت تفکیک مکانی بالا (تصاویر سامانة Google Earth) و برداشت زمینی، نمونه‌های آموزشی مورد نظر تهیه شدند. مرحلة سوم شامل انتقال نمونه‌های آموزشی است. برای این کار، در ابتدا، با استفاده از دو پارامتر فاصلة اقلیدسی (ED) و فاصلة زاویة طیفی (SAD)، شباهت طیفی نمونه‌های آموزشی در سال‌های مرجع و هدف بررسی شد. در ادامه، با تعیین آستانة مورد نظر، نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته از نمونه‌های انتقال‌نیافته تفکیک شدند. در انتهای مرحلة سوم، صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته ارزیابی شد؛ بدین‌منظور داده‌های مرجع تهیه‌شده از سامانة Google Earth به‌کار رفت. در مرحلة چهارم، با استفاده از نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته، تصاویر ماهواره‌ای در سال‌های گوناگون طبقه‌بندی شد و درنَهایت در مرحلة پنجم، با به‌کارگیری شاخص‌های حاصل از ماتریس خطا، صحت تصاویر طبقه‌بندی‌شده ارزیابی شد.نتایج و بحث: نتایج به‌دست‌آمده نشان داد آستانة 9/0 تا 1/1 مناسب‌ترین آستانه برای تفکیک نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته از نمونه‌های آموزشی انتقال‌نیافته در سال‌های گوناگون است. بر این اساس، می‌توان گفت بین صحت و درصد نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته رابطه‌ای معکوس وجود دارد و با افزایش درصد نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته، از صحت آنها کاسته می‌شود. بررسی صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته، براساس هریک از پارامترها (فاصلة زاویة طیفی و فاصلة اقلیدسی)، نشان داد صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته براساس پارامتر فاصلة زاویة طیفی بیشتر از نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته براساس پارامتر فاصلة اقلیدسی است. همچنین استفاده از نمونه‌های انتقال‌یافته، براساس هر دو پارامتر، باعث افزایش 45/10درصدی صحت درمقایسه با حالتی شده است که از پارامتر فاصلة اقلیدسی برای انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شده و نیز افزایش 5درصدی صحت را درقیاس با وضعیتی دربرداشته که از پارامتر فاصلة زاویة طیفی برای انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شده است. بررسی درصد انتقال نمونه‌های آموزشی در کلاس‌های کاربری گوناگون نشان داد، به‌طور میانگین، 6/80٪ از نمونه‌های آموزشی کلاس آب، 4/75٪ از نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی بایر، 2/71٪ نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی انسان‌ساخت، 6/64٪ نمونه‌های آموزشی کلاس مرتع، 2/60٪ از نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی زراعی و 4/54٪ نمونه‌های آموزشی کلاس تالاب از سال مرجع (1401) به هریک از سال‌های هدف (1381، 1387، 1392 و 1396) انتقال پیدا کرده‌اند. همچنین ارزیابی صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته در کلاس‌های کاربری گوناگون نشان داد کلاس‌های آب، اراضی انسان‌ساخت، اراضی بایر، مرتع، اراضی زراعی و تالاب، به‌ترتیب، بیشترین صحت را در نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته دارا بودند. بررسی تغییرات پوشش زمین بین سال‌های 1381 تا 1401 نشان داد روند تغییرات مساحت کلاس‌های اراضی بایر، آب و تالاب از سال 1381 تا 1401 کاهشی و روند تغییرات مساحت اراضی انسان‌ساخت، در این بازة‌ زمانی، افزایشی بوده است؛ همچنین کلاس‌های مرتع و اراضی زراعی، در این بازة‌ زمانی، دارای روند تغییرات ثابت نبوده و روند تغییرات آنها در سال‌های گوناگون، متفاوت بوده است. اما درحالت کلی، مساحت این دو کلاس‌ طی سال 1401، درقیاس با سال 1381 افزایش یافته است.نتیجه‌گیری: پیشنهاد می‌شود در مطالعات آتی، از سایر تصاویر ماهواره‌ای (ازجمله تصاویر ماهواره‌ای سنتینل‌ـ 2) نیز به‌منظور انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شود تا تأثیر باندهای طیفی و تصاویر ماهواره‌ای گوناگون، در انتقال نمونه‌های آموزشی، ارزیابی شود. همچنین بررسی اثربخشی روش انتقال نمونه‌های آموزشی در انتقال نمونه‌های آموزشی سایر پوشش‌های زمینی می‌تواند درزمرة موضوعات پژوهشی در مطالعات بعدی قرار گیرد.منطقه مورد مطالعه با مساحتی بالغ بر 7653 کیلومترمربع در شمال‌غرب ایران واقع شده است. از لحاظ جغرافیایی محدوده مورد نظر در مختصات ´´35 ´59 °44 تا ´´25 ´01 °46 طول شرقی و ´´46 ´02 °38 تا ´´47 ´48 °38 عرض شمالی واقع شده است. داده‌های مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های مرجع زمینی می‌باشد. تصاویر مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره‌ای سری لندست می‌باشد.روش انجام پژوهش شامل پنج مرحله کلی می‌باشد. در مرحله اول تصاویر ماهواره‌ای لندست 5 و 8 از سایت سازمان زمین‌شاسی آمریکا اخذ شده و مراحل پیش‌پردازش تصاویر (تصحیح رادیومتریک و هندسی) بر روی آن‌ها انجام شد. در مرحله دوم با استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا (تصاویر سامانه Google Earth) و برداشت زمینی، نمونه‌های آموزشی مورد نظر تهیه شدند. مرحله سوم شامل انتقال نمونه‌های آموزشی می‌باشد. برای این کار در ابتدا بررسی شباهت طیفی نمونه‌های آموزشی در سال‌های مرجع و هدف با استفاده از دو پارامتر فاصله اقلیدسی و فاصله زاویه طیفی انجام شد. در ادامه با تعیین آستانه مورد نظر، نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته از نمونه‌های انتقال‌نیافته تفکیک شدند. در انتهای مرحله سوم، ارزیابی صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته انجام شد، برای این‌کار از داده‌های مرجع تهیه شده از سامانه Google Earth استفاده شد. در مرحله چهارم با استفاده از نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته، طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای در سال‌های مختلف انجام شد و در نهایت در مرحله پنجم با استفاده از شاخص‌های حاصل از ماتریس خطا، ارزیابی صحت تصاویر طبقه‌بندی شده انجام شد.نتایج به‌دست آمده نشان داد، آستانه 0/9 تا 1/1 (اختلاف انحراف معیار از میانگین) مناسب‌ترین آستانه برای تفکیک نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته از نمونه‌های آموزشی انتقال‌نیافته در سال‌های مختلف می‌باشد. بر این اساس می‌توان گفت یک رابطه معکوس بین صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته و درصد نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته وجود دارد و با افزایش درصد نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته از صحت آن‌ها کاسته می‌شود.بررسی صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته بر اساس هر یک از پارامترها (فاصله زاویه طیفی و فاصله اقلیدسی) نشان داد نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته بر اساس پارامتر فاصله زاویه طیفی از صحت بیشتری نسبت به نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته بر اساس پارامتر فاصله اقلیدسی برخوردار می‌باشند. همچنین استفاده از نمونه‌های انتقال‌یافته بر اساس هر دو پارامتر باعث افزایش 10/45 درصدی صحت نسبت به حالتی شده است که از پارامتر فاصله اقلیدسی برای انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شده است و افزایش 5 درصدی صحت نسبت به حالتی شده است که از پارامتر فاصله زاویه طیفی برای انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شده است.بررسی درصد انتقال نمونه‌های آموزشی در کلاس‌های کاربری مختلف نشان داد به‌طور میانگین 80/6 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس آب، 75/4 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی بایر، 71/2 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی انسان‌ساخت، 64/6 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس مرتع، 60/2 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس اراضی زراعی و 54/4 درصد از نمونه‌های آموزشی کلاس تالاب از سال مرجع (1401) به هر یک از سال‌های هدف (1381، 1387، 1392 و 1396) انتقال پیدا کرده‌اند. همچنین ارزیابی صحت نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته در کلاس‌های کاربری مختلف نشان داد کلاس‌های آب، اراضی انسان‌ساخت، اراضی بایر، مرتع، اراضی زراعی و تالاب، به‌ترتیب از بیشترین صحت در نمونه‌های آموزشی انتقال‌یافته برخوردار بودند.طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای با استفاده از تصاویر لندست بین سال‌های 1381 تا 1401 انجام شد. بر این اساس، پوشش‌های سطحی زمین در شش کلاس کاربری مختلف طبقه‌بندی شد. نتایج ارزیابی صحت طبقه‌بندی نشان داد صحت کلی تصاویر طبقه‌بندی شده در سال‌های 1401، 1396، 1392، 1387 و 1381 به‌ترتیب 94/95، 91/93، 90/74، 89/45 و 88/94 درصد است. بررسی صحت طبقه‌بندی کلاس‌های کاربری مختلف بر اساس دو پارامتر صحت تولیدکننده و صحت کاربر نشان داد، کلاس آب از بیشترین صحت تولید‌کننده و کاربر در میان کلاس‌های مختلف برخوردار است، به‌طوری‌که صحت تولیدکننده و کاربر آن در تصویر طبقه‌بندی شده سال 1401 به‌ترتیب 98/2 و 99/34 درصد می‌باشد. از طرفی کمترین صحت تولیدکننده و کاربر در کلاس تالاب به‌دست آمد؛ به‌طوری‌که، صحت تولیدکننده و کاربر آن در تصویر طبقه‌بندی شده سال 1401 به‌ترتیب 90/1 و 91/25 درصد است.بررسی تغییرات پوشش زمین بین سال‌های 1381 تا 1401 نشان داد، روند تغییرات مساحت کلاس‌های اراضی بایر، آب و تالاب از سال 1381 تا 1401 کاهشی و روند تغییرات مساحت اراضی انسان‌ساخت در این بازه زمانی افزایشی بوده است، همچنین کلاس‌های مرتع و اراضی زراعی دارای روند تغییرات ثابت در این بازه زمانی نبوده و روند تغییرات آن‌ها در سال‌های مختلف متفاوت بوده است. اما در حالت کلی مساحت این دو کلاس‌ در سال 1401 نسبت به سال 1381 افزایش یافته است. بررسی تغییرات مساحت اراضی انسان‌ساخت در این بازه زمانی نشان‌دهنده افزایش محسوس مساحت این کلاس کاربری می‌باشد؛ به‌طوری که مساحت آن از 20/38 کیلومتر مربع در سال 1381 به 123/98 کیلومتر مربع در سال 1401 افزایش یافته است.پیشنهاد می‌شود در مطالعات آتی از سایر تصاویر ماهواره‌ای (از جمله تصاویر ماهواره‌ای سنتینل-2) نیز به‌منظور انتقال نمونه‌های آموزشی استفاده شود تا تأثیر باندهای طیفی و تصاویر ماهواره‌ای مختلف در انتقال نمونه‌های آموزشی مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین بررسی اثربخشی روش انتقال نمونه‌های آموزشی در انتقال نمونه‌های آموزشی سایر پوشش‌های زمینی می‌تواند از جمله موضوعات پژوهشی در مطالعات بعدی محسوب شود.