برآورد مساحت تاج تک‌درختان بنه با استفاده از DSM تصاویر هوایی پهپاد در جنگل تحقیقاتی بنه استان فارس

Abstract

سابقه و هدف: تاج‌پوشش درختان در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت زیادی برخوردارند زیرا بخش‌هایی از زمین که زیر تاج درختان قرار دارند، محیطی مناسب برای اسقرار تجدید حیات و حیات سایر موجودات زنده است. بنابراین آگاهی از وضعیت تاج-پوشش درختان و درختچه‌ها، پایش تغییرات و ارزیابی سلامت آنها ضروری به نظر می‌رسد. داده‌های سنجش از دور برداشت شده بوسیله اغلب ماهواره‌ها، امکان اندازه‌گیری نااریب مساحت تاج تک‌درختان را فراهم نمی‌آورد زیرا از توان تفکیک مکانی مناسب برای این منظور برخوردار نیستند. از طرف دیگر، دسترسی به این داده‌ها در زمان مورد نظر پژوهشگر همواره میسر نیست و در صورت دسترسی، هزینه تهیه آنها زیاد است. پیشرفت‌های روزافزون سنجش از دور منجر به دسترسی پژوهشگران به پهپاد یا هواپیمای بدون سرنشین شده که تصاویر برداشت شده توسط این سکو علاوه بر برخورداری از توان تفکیک مکانی بسیار زیاد برای مطالعه دقیق ویژگی‌های زیست‌سنجی تک‌درختان، دسترسی به تصاویر در زمان مطلوب پژوهشگر را نیز ممکن کرده است. با توجه به این موضوع، مطالعه حاضر با هدف ارزیابی کارایی تصاویر پهپاد و مدل رقومی سطح زمین (DSM) حاصل از تصاویر استریو آنها برای برآورد مساحت تاج تک‌درختان بنه در ناحیه رویشی زاگرس انجام شد. همچنین بررسی تأثیر اندازه توان تفکیک مکانی DSM بر صحت و دقت برآورد مساحت تاج درختان هدف دیگر این مطالعه بود. <br /> مواد و روش‌ها: بخشی از جنگل تحقیقاتی بنه با مساحت 45 هکتار پوشیده از یک توده خالص بنه در استان فارس انتخاب شد. در مهرماه 1395، منطقه مورد نظر با 1076 قطعه تصویر هوایی با توان تفکیک مکانی سه سانتی‌متر برداشت شده بوسیله یک پهپاد با ارتفاع پرواز 70 متر تصویربرداری شد. این تصاویر که به صورت استریو برداشت شده بود، با استفاده از 12 نقطه کنترل زمینی ثبت شده با دستگاه موقعیت‌یاب جهانی سه فرکانسه Leica Viva GS15 تصحیح شده و موزاییک آنها تهیه شد. پس از آن، DSM حاصل از فرآیند پردازش Bundle adjustment با سه توان تفکیک مکانی سه، 50 و 100 سانتی‌متر تولید شد. تعداد 100 درخت بنه که قبلاً موقعیت مکانی آنها ثبت شده و مساحت تاج آنها اندازه‌گیری شده بود، در محدوده مورد بررسی به طور تصادفی انتخاب شدند. ابتدا به کمک الگوریتم پیشنهادی مبتنی بر پردازش شیء مبنا تاج درختان به صورت اتوماتیک از لایه DSM استخراج شدند. سپس میانگین مساحت تاج به دست آمده از DSM تصویر پهپاد و مقدار واقعی آنها با آزمون t جفتی مقایسه شد. همچنین از سه شاخص جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، کارایی مدل (ME) و امتیاز اریبی (BS) برای ارزیابی دقت نتایج استفاده شد. <br /> یافته‌ها: ارتوفتوموزاییک منطقه مورد مطالعه با RMSE برابر 8 سانتی‌متر تهیه شد. از 100 درخت بنه تصادفی که برای این پژوهش انتخاب شده بود، در DSM با توان تفکیک مکانی سه، 50 و 100 سانتی‌متر به ترتیب 100، 89 و 80 درخت قابل شناسایی بودند. اگرچه بین میانگین واقعی مساحت تاج 80 درخت (3/51 مترمربع) شناسایی شده در هر سه DSM و میانگین مساحت تاج روی سه DSM سه (6/42 مترمربع)، 50 (5/44 مترمربع) و 100 سانتی‌متر (2/39 مترمربع) اختلاف معنی‌داری (در سطح 05/0) وجود نداشت ولی همبستگی آنها کاهش پیدا کرد. علاوه بر این، با کاهش توان تفکیک مکانی DSM مقدار RMSE افزایش و مقدار ME و BS کاهش پیدا کرد. <br /> نتیجه‌گیری: به طور کلی، نتیجه‌گیری شد که DSM تصاویر پهپاد ابزاری مناسب برای شناسایی و اندازه‌گیری مساحت تاج تک-درختان بنه در منطقه مورد مطالعه بود که به وضوح، تاج درختان را از سایه و سایر پدیده‌ها جدا کرد. علاوه بر این، نشان داده شد که با کاهش توان تفکیک مکانی DSM، پردازش داده‌ها تسهیل شده و اختلاف معنی‌داری بین اندازه‌گیری‌ها و مقدار واقعی وجود نداشت ولی از دقت نتایج کاسته شد.