فرهنگ و تاريخ | سرگرمي | نيازمنديها | مذهبي | اقتصادي | خانواده و اجتماع | هنر | اخبار | ورزش | کامپيوتر | گردشگري | صنعت و دانشگاه | صفحه اصلي

صفحه اول بخش معدن
دانشگاه ها و اساتيد معدن
آموزش علوم رشته معدن
آموزش نرم افزارهاي معدني
معرفي معادن سراسر دنيا
مراکز تحقيقاتي بخش معدن
آشنايي با تجهيزات معدني
بانک مقالات رشته معدن

معرفي متخصصين معدني

پروژه هاي تحقيقاتي معدن

رده بندي سايتهاي معدني
پايان نامه هاي دانشجويي
نشريات و کتابهاي معدني
معرفي شرکتهاي معدني
گالري عکسهاي معدني
 
 

عنوان: شاخص هاي پوشش گياهي در پردازش تصاوير ماهواره اي
نويسنده: مهدي فرداد                ايميل: gis1387@gmail.com

منبع اطلاعاتي: mehdigis.blogfa.com  post-196            تاريخ نگارش: 24/04/1390

عکس
 

 

گالري تصاوير

 

- - - -

   
 
 

گياهان سبز معمولا در محدوده مرئي ( 400- 700 نانومتر) تيره هستند که اين فرايند ناشي از جذب نور توسط رنگدانه هاي موجود در گياهان سبز (کلروفيل 1 ، پروتو کلروفيل II ، زانتوفيل و ... ) مي باشد.
اما در اين محدوده يک افزايش ناگهاني انعکاس در طول موج حدود 550 نانومتر دارند ( نور سبز) به همين دليل آنها معمولا به رنگ سبز ديده مي شوند . در محدوده بين 700 الي 1300 نانومتر گياهان روشن مي باشند زيرا در اين محدوده داراي انعکاس بالايي هستند از 1300 تا 2500 نانومترگياهان سبز به دليل جذب نور توسط آب موجود در برگ گياهان سبز ، سلولز ، ليگنين و ديگر مواد موجود در اين محدوده طيفي تيره هستند .


بطور خلاصه :
تيره : 400 تا 700 نانومتر
روشن : 700 تا 1300
تيره( اما روشن تر از 400 تا 700 ) : 1300 تا 2500

◄   کداميک از باندهاي سنجش از دور مي توانند پوشش گياهي را بهتر نشان دهند ؟
معمولا باندهايي که در قلمرو 400 تا 700 نانومتر قرار دارند به دليل اينکه گياهان در اين قلمرو تيره هستند مناسب نيستند.
براي سنجنده TM : باند هاي 4 و 5 مناسب هستند
براي MSS : باندهاي 6 و 7 مناسب هستند
البته براي از بين بردن عوارضي مانند اثرات توپوگرافي و آلبدو بهتر است براي تشخيص پوشش هاي گياهي از نسبتهاي باندي استفاده شود.
اگر بخواهيم پوشش هاي گياهي به صورت روشن ظاهر شوند نسبت باندهايي که در قلمرو 700 الي 1300 نانومتر قرار گرفته به باندهايي که در قلمرو 400 تا 700 و يا 1300 تا 2500 نانومتر قرار دارند مناسبترند. در حالت اول نسبت مادون قرمز نزديک NIR به IR مي باشد و در واقع هدف اين است باندهايي که در آنها پوشش گياهي انعکاس بالايي دارد در صورت و باندهاي که انعکاس کمي دارند در مخرج قرار گيرند.
در سنجنده TM : نسبت باندهاي TM4/TM3 مناسب هستند . همچنين نسبت TM5/TM7 نيز مناسب هستند. اما به دليل اينکه بسياري از رسها نيز در اين قلمرو روشن هستند استفاده از آنها توصيه نمي شود.

◄   چرا معمولا در سنجش از دور پوشش گياهي را به رنگ قرمز نشان مي دهند؟
به اين دليل که رنگ قرمز بهتر با چشم انسان تشخيص داده مي شود و از طرفي ديگر اگر پوشش گياهي به رنگ سبز نشان داده شود که مطابق با رنگ واقعي آنهاست فرض مي شود که بعضي پديده هاي ديگر نيز به رنگ واقعي خود نشان داده شده اند در حالي که رنگ آنها کاذب است.

◄   شاخص پوشش گياهي چيست ؟
در واقع شاخص پوشش گياهي يک شاخص عددي است تا ارتباطي با مفاهيم بيولوژي ، شيمي و يا فيزيک داشته باشد. اما مي تواند اطلاعات مفيدي را در خصوص وضعيت پوشش گياهي در اختيار ما قرار دهد و در واقع از آن به عنوان شاهد تجربي مي توانيم نام ببريم .
در اينجا براي بررسي شاخص هاي پوشش گياهي بهتر است در ابتدا خط خاکي يا خط با پوشش گياهي صفر را تعريف کنيم .
خط خاکي يک خط فرضي در فضاي طيفي است که تغييرات طيفي خاک هاي بدون پوشش گياهي را در تصوير نشان مي دهد . اين خط بوسيله دو يا چند بخش از خاکهاي ضخيم از يک تصوير که ممکن است انعکاس متفاوت داشته باشند( بوسيله بهترين خط آن) مشخص مي شوند. کارت و توماس(1976) Kart and Tomas شکلي مشهور تحت عنوان Tasseld cap يا کلاه منگوله دار در فضاي طيفي Red – NIR سنجنده Mss مشخص کردند. آنها مشخص کردند نقطه اي از کلاه ( نوک کلاه ، خطي که انعکاس کم در نور قرمز و انعکاس زياد در NIR دارد ) بيانگر مناطقي با پوشش گياهي بالا و بخش صاف کلاه برعکس نوک کلاه بيانگر خط خاکي صفر است . بهترين راه مشخص کردن خط خاکي استفاده از scatter diagram است بطوري که براي محور X ، Red و بر روي محور Y ،NIR نمايش داده شود . پايين ترين خط خاکي که از سمت راست دياگرام پراکندگي نقاط عبور مي کند همان خط خاکي صفر است.
در حالت کلي شاخص هاي پوشش گياهي به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند و در واقع تقسيم بندي آنها بر اساس ارتباط اين شاخص ها با خط خاکي است.
1) اگر خطوط هم سبزينگي از مرکز عبور کنند و يا در يک نقطه به هم برسند :
نمونه هاي شاخص اين گروه RVI , SAVI , NDVI است
2) خط هم سبزينگي موازي خط خاکي هستند :
اين شاخص ها را شاخص هاي عمودي Perpendicular مي نامند که در واقع شدت پوشش گياهي با فاصله عمودي از خط خاکي مشخص مي شود. نمونه هاي معروف اين شاخص عبارتند از : WDVI , PVI , DVI


◄   معرفي شاخص ها:
      +   شاخص( RVI ): ( Ratio Vegetation Index )
اين شاخص اولين بار توسط( Jordan1969) مطرح شد.

خصوصيات کلي :
· شاخصي است بر اساس نسبت باندها
· خطوط هم سبزينگي در مبدا به هم مي رسند
· خط خاکي با شيب 1/0 از مبدا عبور مي کند
· تغييرات آن از صفر تا بينهايت است
· محاسبه RVI = NIR/IR :


      +   شاخص(NDVI (Normalized Difference Vegetation Index
بوسيله Rouse et al 1967 طرح شد. وقتي افراد از شاخص پوشش گياهي صحبت مي کنند در واقع چيزي که به آن رفرنس مي دهنداين شاخص است. اين شاخص از 1 تا 1- در تغيير است ولي شاخص RVI از صفر تا بينهايت متغير است و در واقع مي توان شاخص RVI را مطابق رابطه زير به NDVI تبديل کرد .

 


(DVI = (RVI -1 ) / (RVI+1
خلاصه شاخص NDVI
· بر اساس نسبت باندي عمل مي کند
· خطوط هم سبزينه در مرکز به هم مي رسند
· خط خاکي داراي شيب 1 و از مرکز عبور مي کند
· تغييرات بين 1+ و 1- است
· فرمول عمومي NDVI = NIR – RED / NIR + RED

 

      +   شاخصInfrared Percentage Vegetation Index) IPVI )
براي اولين بار توسط(Crippen1990) مطرح شد. کريپن کاهش قرمز را غير واقعي دانست و در نتيجه شاخص IPVI را به شرح زير بيان کرد.
· اساس نسبت باندي است
· خطوط هم سبزينه از مبدا عبور مي کند
· تغيير بين 0 تا 1
· خط خاکي داراي شيب 1 و از مرکز عبور مي کند
· IDVI = (NDVI) / 2 يا IDVI = NIR / NIR + RED

 

 

      +   شاخص(DVI ( Divergence Vegetation Index
توسط Richardson & Everett ارائه شد.
· شاخص عمودي
· خطوط هم سبزينگي موازي خط خاکي
· خط خاکي با شيب ناچيز (arbitrary ) از مبدا عبور مي کند
· تغييرات نامحدود
· DVI = NIR – RED


      +   شاخص( PVI (Perpendicular Vegetation Index
براي اولين بار توسط Richardson & Wigand ( 1977) ارائه شد.
خصوصيات :
· شاخص عمودي
· خطوط هم سبزينه موازي خط خاکي
· خط خاکي با شيب ناچيز از مبدا عبور مي کند
· تغييرات بين 1+ تا 1-
· فرمول) RED ) NIR – cos ( PVI = sin(
= زاويه بين خط خاکي و محور NIR است.

      +   شاخص( WDVI (Weighted Difference Vegetation Index
توسط Clevers (1988) ارائه شد. WDVI نسخه خلاصه شده اي از شاخص PVI است اما داراي دامنه نامحدود است. همانند PVI ، WDVI خيلي حساس به تغييرات اتمسفري است ( Qi و همکاران ، 1994)
· شاخص عمودي
· خط هم سبزينه موازي خط خاکي
· خط خاکي با شيب کم از مبدا عبور مي کند و تغييرات نامحدود است
WDVI = NIR – g RED فرمول
g = شيب خط خاکي

◄   شاخص ها براي به حداقل رسانيدن خط خاکي:
      +   منظور از نويز خاکي چيست ؟
همه خاکها يکسان نيستند. خاکهاي مختلف داراي انعکاسهاي مختلفي هستند. همانگونه که در بخش قبلي بحث شد همه شاخص هاي سبزينگي در ارتباط با خط خاکي هستند که با يک شيب در فضاي IR , NIR مشخص مي شود. بهر حال اگر فرض کنيم که خطوط هم سبزينگي که از يک نقطه عبور مي کنند صحيح نباشد، زيرا تغيير در رطوبت خاک که باعث حرکت خط خاکي به طرف هم سبزينگي مي شود هم باعث خطاي زياد در خطوط کم سبزينگي مي گردد. اين مسئله وقتي بارزتر مي گردد که پوشش گياهي کم باشد.
در زير شاخص هاي خاصي است که مي تواند خطوط هم سبزينگي را به مقدار واقعي نزديکتر نمايد.

      +   شاخص( SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index
براي اولين بار توسط ltuete (1988) ارائه شد. اين شاخص بينابيني در شاخص نسبت بر مبناي نسبت هاي شاخص هاي عمودي دارد. يعني اينکه اين شاخص ها نه عمودي هستند و نه هم ديگر را در يک نقطه قطع مي کنند.
بازسازي اوليه اين شاخص بر اساس اندازه گيري هايي بود که بر روي تغييرات پنبه (کتان ) و Canopies ها روي خاک هاي زمينه سياه و روشن انجام گرفت و فاکتور الحاقي L بوسيله اندازه گيري خطاي معادل شاخص پوشش گياهي در خاکهاي روشن و تيره محاسبه گرديد. نتيجه اين شاخص نسبت باندي اين بود که خطوط هم ديگر را در مبدا قطع نمي کردند بلکه محل تقاطع آنها در –NIR و –IR بود. هوت (1988) به اين مسئله توجه کرد که اين شاخص براي تشخيص بهتر زمينه در شاخص پوشش گياهي مناسبتر است.
خلاصه:
· اساس نست باندي است
· خطوط هم سبزينه در محدوده –NIR و - IR همديگر را قطع مي کنند
· شيب خط خاکي 1 و از مبده عبور مي کند
· تغييرات از 1+ تا 1- است
· فرمول : SDVI = {( NIR - RED ) / ( NIR + RED + L )} (1 + L )


L : فاکتور تصحيح بوده (correction factor) از صفر براي منطقه با پوشش گياهي بالا تا 1 براي مناطق با پوشش گياهي خيلي کم تغيير مي کند و براي مناطق با پوشش گياهي متوسط 5/0 است.
(1 + L): در اين فرمول باعث مي شود که تغييرات شاخص پوشش گياهي از 1- تا 1 + باشد و اگر فاکتور L به صفر برسد شاخص SDVI برابر با شاخص NDVI خواهد بود.

 

 

      +   شاخص( TASVI (Transformed Soil Vegetation Index
بوسيله Gvyot ,Baret (1991) ارائه شد.
در اين شاخص فرض بر اين است که خط خاکي داري شيب نا چيز و منقطع است. اين شاخص شبيه به SAVI است با اين تفاوت که L حذف شده است. پارامتر X به عنوان پارامتري که اثر خاک زمينه را به حداقل مي رساند بکار برده شده است که مقدار آن را معمولا 0.08 در نظر مي گيرند . محل تلاقي خط هم سبزينگي معمولا بين مبدا و نقطه الحاقي که معمولا در SDVI استفاده مي شود(L = 0.5) مي باشد.
خلاصه :
· شاخص نسبت باندي است
· خطوط هم سبزينگي در محدوده –RED و –NIR تلاقي مي کنند.
· خط خاکي داراي شيب ناچيز و Intercept
· تغييرات بين 1- و 1+ است
فرمول :
s ) (1 + S S + X NIR – a RED )} / {a TSAVI = {S(NIR – S

a : intercept خط خاکي
s : شيب خط خاکي
X : فاکتور مرتب کردن adjustment factor که براي حداقل نويز (0.08 ) است.


      +   شاخص( MSAVI (Modified Soil Adjustment Vegetation
بوسيله Qietal (1994) ارائه شد.
خلاصه:
· نسبت باندي است
· خطوط هم سبزينگي و خط خاکي در نقاط مختلفي همديگر را قطع مي کنند ، خط خاکي شيب کمي دارد و از مبدا مي گذرد
· تغييرات بين 1- تا 1 + است
· فرمول :
MSAVI = {(NIR – RED) / ( NIR+RED + L)}(1 + L)
 

S = شيب خط خاکي
L = 1-2 S(NDVI ) (WDVI)
همانطور که در بخش قبلي بحث شد ، فاکتور ها براي SAVI بستگي به درجه پوشش گياهي داشت که معمولا قبل از محاسبه پوشش گياهي بايستي مقدار آن مشخص مي شد. اما در اينجا فاکتور L يا فاکتور صحت بر اساس شاخص هاي WDVI و NDVI حساب مي شود و در نتيجه خطوط هم سبزينگي در يک نقطه يکديگر را قطع نمي کنند.


      +   شاخص( MSAVI 2 (Second Modified Adjusted Vegetation Index
بوسيله Qi همکاران (1994) ارائه شد.
MSAVI 2 = (1.2)(2(NIR + 1 ) – SQR{(2 NIR + I ) - 8(NIR – RED)}
خلاصه :
· شاخص بر اساس نسبت باندي
· خطوط هم سبزينگي در نقاط مختلف خط خاکي را قطع مي کنند
· خط خاکي داراي شيب فضايي 1 است
· تغييرات بين 1- تا 1+ است

◄   شاخص هاي کاهش نويز اتمسفري:
      +   نويز اتمسفري چيست؟
به دليل تغيير اتمسفر در زمان ها و مکانهاي مختلف است . اتمسفر هم بر روي نوري که از داخل آن عبور مي کند هم به دليل اينکه پراکندگي آئروسلها بر روي شدت نور تاثير زيادي دارد. اين تاثيرات آنگونه است که حتي در طول يک منظره مي توان مشاهده کرد. براي مثال اثرات اتمسفر در مناطق که ارتفاع زيادي دارد و مناطقي که ارتفاع آن کم است بطور يکسان تحت تاثير قرار نمي گيرند در نتيجه اين فرايند باعث خطا در محاسبه شاخص سبزينگي مي گردد که در اين راستا شاخص هاي خاصي ارائه شده است که مورد بحث قرار مي گيرند.

      +   شاخص( GEMI (Global Environmental Monitoring Index
توسط Pinty and Verstraete (1991) ارائه شد.
خلاصه:
غير خطي ، کمپلکسي از خطوط هم سبزينگي ، تغييرات از صفر تا 1 + است.
GEMI = eta(1- 0.25 eta) – {(RED – 0.125 ) / (1- RED)}
eta ={ 2(NIR - RED ) + 1.5 NIR + 0.5 RED} / (NIR – RED + 0.5)

◄   شاخص هاي پايداري اتمسفري:
شاخص هاي پايداري اتمسفر شاخص هايي هستند که در شرايط اتمسفري تصحيح شده ساخته مي شود که اولين اينها ARVI است.

      +   شاخص AVRI = Atmospheric resistance vegetation index
بوسيله Kaufman and tanre (1992) ارائه شده است.
آنها انعکاس باند قرمز را در شاخص NDVI به صورت زير جايگزين کردند.
RB = red – gamma (blue – red )
در اينجا گاما برابر 1 است ، کافمن و تافر (1994) همين وضعيت براي جايگزيني red در شاخص هاي SDVI پيشنهاد کردند که منجر به ارائه شاخص جديدي تحت عنوان SARVI گرديد.
ARVI = (NIR – RB ) / (NIR + RB )
RB = RED – gamma (red – blve)
Gamma = 1 معمولا

◄   نتيجه:
معمولا شاخص NDVI به عنوان مهمترين شاخص پوشش گياهي مي باشد که در سنجش از دور مورد استفاده قرار مي گيرد. در حقيقت هر کسي با سنجش از دور سرو کار داشته باشد ، اين شاخص را مي شناسد : اين شاخص براي مناطقي که تراکم پوشش گياهي متوسط و بالاتر باشد مناسب است زيرا نسبت به خاک زمينه روشن و اثرات اتمسفر حساسيت کمتري دارد اما براي مناطق پوشش گياهي کم مناسب نيست.
PVI : يک شاخص عمومي نيست به دليل اينکه به اتمسفر حساسيت زيادي دارد کمتر مورد استفاده قرار مي گيرد. اما براي مشخص کردن خط خاکي از اهميت زيادي برخوردار است و در بسياري از منطق چون پوشش گياهي ناچيز است نسبت به NDVI جواب بهتري مي دهد.
اگر منطقه مورد مطالعه فقير از پوشش گياهي باشد شاخص SAVI شاخص مناسبي است.
شاخص MSAVI نيز فاکتور مناسبي است اما کمتر مورد استفاده قرار مي گيرد.



◄   منابع:
      +   ۱-http://nature.berkeley.edu/~gong/textbook/chapter6/html/sect65.htm
      +   ۲-جزوه درسي دانشگاه تبريز
      +   ۳-http://en.wikipedia.org/wiki/Normalized_Difference_Vegetation_Index
      +   ۴-http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect3/Sect3_4.html
      +   ۵-http://earthobservatory.nasa.gov/Features/MeasuringVegetation/measuring_vegetation_2.php
      +   ۶-http://geo.arc.nasa.gov/sge/casa/global/biosphere.html
      +   ۷- http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/17538940701782627

 

 

 

 

 

گروه علمي فدک

کليه مطالب ارسالي با نام اشخاص و ذکر منبع در اين سايت درج مي شود

راهنما  |  آمار سايت  |  درباره ما  |  تماس با ما  |  نظر خواهي  | آرشيو  |  عضويت در سايت