palette
بکارگیری تصاویر ماهواره‌ای و پردازش شیء‌گرا در استخراج نقشه کاربری و پوشش زمین ها با هدف مدل‌سازی خدمات اکوسیستم (مطالعه موردی: استان لرستان)

چکیده

سابقه و هدف:  با توجه به اهمیت ویژه نقشه‌های خدمات اکوسیستم در تصمیم‌گیری، رویکردهای مختلفی برای نقشه‌سازی خدمات اکوسیستم توسعه داده شده است. نرم‌افزار InVEST مبتنی بر مدل‌هایی است که داده‌ کاربری و پوشش زمین­ ها را با عرضه خدمات اکوسیستم مرتبط می‌سازد، به ­طوریکه کاربری زمین ­ها، یک مؤلفه اساسی برای کلیه مدل‌ها محسوب می‌شود. درحال حاضر فن‌آوری سنجش از دور یکی از تکنیک‌های برتر در استخراج نقشه‌ کاربری و پوشش زمین­ ها با استفاده از دو روش پیکسل ‌پایه و شی‌ءگرا محسوب می‌شود. درحالی­که روش پیکسل‌ پایه مبتنی بر طبقه‌بندی ارزش‌های عددی تصویرها می‌باشد، پردازش شی‌ءگرای تصاویر به ­دلیل استفاده از اطلاعات طیفی و اطلاعات مربوط به بافت و محتوا نیز در فرآیند طبقه‌بندی از دقت بالاتری برخوردار است. به ­طوریکه کاربرد گسترده‌ای در تمامی بخش‌ها از جمله علوم محیطی دارد. در این راستا پژوهش حاضر با هدف بکارگیری تصاویر ماهواره‌ای و پردازش شی‌ءگرا در تهیه نقشه کاربری و پوشش زمین­ های استان لرستان و مدل‌سازی خدمات زیستگاهی انجام شد.

مواد و روش‌ها:  پژوهش با بکارگیری نرم‌افزارهای  eCognition 9.01و InVEST3.0 طی چهار گام شامل آماده‌سازی لایه‌های اطلاعاتی، پردازش شی‌ءگرای تصویرهای ماهواره‌ای، طبقه‌بندی شی‌ءگرا و در نهایت مدل‌سازی خدمات زیستگاهی انجام شد. تصاویر دو ماهواره لندست و سنتینل در محیط نرم‌افزار eCognition فیوژن شده و در تلفیق با داده‌های مدل رقومی ارتفاع سنجنده ASTER مورد پردازش قرار گرفته است. سگمنت‌سازی به ­عنوان اولین مرحله طبقه‌بندی شی‌ءگرا با استفاده از الگوریتم Multiresolution Segmentation انجام شد. به ­دلیل بزرگی منطقه مورد مطالعه و قدرت تفکیک مکانی متوسط تصاویر لندست، تصاویر با مقیاس 30، ضریب شکل 4/0 و فشردگی 5/0 سگمنت‌سازی شد و بر اساس الگوریتم فازی اشتراک1، کاربری‌های مورد نظر با استفاده از سنجه‌هایی نظیر بافت2، هندسه3، شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی4، ترکیب سطوح خاکستری پیکسل5 و درجات روشنایی طبقه‌بندی شدند که در این رابطه الگوریتم طبقه‌بندی Assign class مورد استفاده قرار گرفت. سپس با مطابقت دادن نقشه مستخرج با 130 نقطه تعلیمی، دقت و صحت طبقه‌بندی با ضریب کاپا مشخص شد. در ادامه نقشه کاربری و پوشش زمین­ ها به­منظور مدل‌سازی خدمات زیستگاهی وارد نرم‌افزار InVEST شد.

نتایج و بحث: نتایج و آمار به ­دست آمده برای دقت و صحت طبقه‌بندی با پردازش شی‌ءگرا نتایج قابل قبولی را بیان کرد به ­طوریکه ضریب کاپای طبقه‌بندی معادل 93/0 برآورد شد. در محدوده مورد مطالعه طبقات کاربری و پوشش زمین­ ها در شش طبقه شامل کشاورزی آبی و دیم، جنگل، مرتع، منطقه­ های انسان‌ساخت و منبع­ های آب تهیه شدند. بنابر نتایج، مرتع ­ها و جنگل با درصد مساحت 8/39 و 0/33 درصد بیش از 8/72 درصد سطح استان لرستان را به خود اختصاص داده‌اند.. از جمله مشکلات تهیه نقشه کاربری زمین­ ها به عدم توانایی تصاویر ماهواره‌ای لندست با ابعاد پیکسلی 30 متری در تفکیک زارعت‌ دیم، مرتع ­ها و جنگل‌های کم‌تراکم به ­دلیل تشابه طیفی آن­ها و همچنین منطقه­ های روستایی به ­دلیل سطح کوچک آن­ها اشاره نمود. بنابراین سعی شد که با استفاده از تغییر ویژگی ­های سگمنت نظیر شکل، تن، بافت و همچنین اطلاعات جانبی این محدودیت برطرف شود. برای هر طبقه کاربری زمین­ ها درجه مطلوبیت زیستگاه در نظر گرفته شد. همچنین حساسیت هر یک از تیپ‌های زیستگاه به تهدیدات مورد نظر در منطقه مورد مطالعه وزن‌دهی شد. عامل­ های تهدید انسانی مؤثر بر کیفیت زیستگاه در سه گروه زمین­ های کشاورزی، منطقه­ های مسکونی و جاده‌‌ها قرار گرفتند. در نهایت با اجرای مدل، سنجه کیفیت زیستگاه با ارزشی بین صفر تا یک حاصل شد.

نتیجه‌گیری:  رویکردهای مختلفی برای نقشه‌سازی خدمات اکوسیستم وجود دارد که یکی از آن­ها استخراج اطلاعات خدمات اکوسیستم به­ طور مستقیم از نقشه‌های کاربری و پوشش زمین­ ها است. چنین رویکردی برای آن دسته از منطقه ­های بزرگ مقیاس مناسب است که از نظر داده‌های در دسترس و نیروی متخصص محدودیت دارند و خدمت مورد بررسی به ­طور مستقیم با کاربری زمین­ ها مرتبط است.

واژگان کلیدی
InVEST، Landsat، Sentinel، خدمات زیستگاهی.

منابع و مآخذ مقاله

Asadolahi, Z., Salmanmahiny, A., Sakieh, Y., Mirkarimi, S.H., Baral, H. and Azimi, M., 2018. Dynamic trade-off analysis of multiple ecosystem services under land use change scenarios: towards putting ecosystem services into planning in Iran. Ecological Complexity. 36, 250-260.

Baban, S.M. and Wan Yusof, K., 2001. Mapping land use/cover distribution on a mountainous tropical island using remote sensing and GIS. International Journal of Remote Sensing. 22(10), 1909-1918.

Bagstad, K.J., Semmens, D.J., Waage, S. and Winthrop, R., 2013. A comparative assessment of decision-support tools for ecosystem services quantification and valuation. Ecosystem Services. 5, 27-39.

Balvanera, P., Castillo, A. and MartÍnez-Harms, M.J., 2011. Ecosystem Services in Seasonally Dry Tropical Forests. In Seasonally Dry Tropical Forests (pp.259-277). Island Press, Washington, DC, USA.

Batista e Silva, F., Lavalle, C. and Koomen, E., 2013. A procedure to obtain a refined European land use/cover map. Journal of Land Use Science. 8(3), 255-283.

Burkhard, B., Kroll, F., Müller, F. and Windhorst, W., 2009. Landscapes’ capacities to provide ecosystem services–a concept for land-cover based assessments. Landscape Online. 15(1), 1-22.

Costanza, R., de Groot, R., Sutton, P., van der Ploeg, S., Anderson, S.J., Kubiszewski, I., Farber, S. and Turner, R.K., 2014. Changes in the global value of ecosystem services. Global Environmental Change. 26, 152-158.

Eigenbrod, F., Armsworth, P.R., Anderson, B.J., Heinemeyer, A., Gillings, S., Roy, D.B., Thomas, C.D. and Gaston, K.J., 2010. The impact of proxy‐based methods on mapping the distribution of ecosystem services. Applied Ecology. 47(2), 377-385.

Feizizadeh, B. and Helali, H., 2010. Comparison pixel-based, object-oriented methods and effective parameters in classification land cover/ land use of west province Azerbaijan. Physical Geography Research. 42(71), 78-99. (In Persian with English abstract).

Feizizadeh, B., Jafari, F. and Nazmfar, H., 2008. Application of remote sensing data in change detection of urban land uses. Honar-Haye-Ziba. 34, 17-24. (In Persian with English abstract).

Feizizadeh, B., Khedmatzadeh, A. and Nikjoo, M., 2018. Micro-classification of orchards and agricultural croplands by applying object based image analysis and fuzzy algorithms for estimating the area under cultivation. Researches in Geographical Sciences. 18(48), 201-216. (In Persian with English abstract).

Ghorbani, R., Poormohamadi, M. and Mahmoudzadeh, H., 2013. Ecological Approach in land use change modeling of Tabriz metropolitan using multi temporal satellite images, multi criteria analysis and Cellular Automata Markov Chain (1984-2038). Urban Studies. 16, 13-30. (In Persian with English abstract).

Haines-Young, R., Potschin, M. and Kienast, F., 2012. Indicators of ecosystem service potential at European scales: mapping marginal changes and trade-offs. Ecological Indicators. 21, 39-53.

Han, Y., Kang, W., Thorne, J. and Song, Y., 2019. Modeling the effects of landscape patterns of current forests on the habitat quality of historical remnants in a highly urbanized area. Urban Forestry & Urban Greening. 41, 354-363.

He, J., Huang, J. and Li, C., 2017. The evaluation for the impact of land use change on habitat quality: a joint contribution of cellular automata scenario simulation and habitat quality assessment model. Ecological Modeling. 366, 58-67.

Healy, M. and Secchi, S., 2016. A comparative analysis of ecosystem service valuation decision support tools for wetland restoration. Association of State Wetland Managers. Windham, ME, USA.

Keshtkar, M., 2018. Land sustainable planning based on strategic assessment of ecosystem services (case study: Zagros Biom’s in Iran). M.Sc. Thesis. Shahid Beheshti University, Iran. (In Persian with English abstract).

Lavalle, C., Baranzelli, C., e Silva, F.B., Mubareka, S., Gomes, C.R., Koomen, E. and Hilferink, M., 2011. A high resolution land use/cover modelling framework for Europe: Introducing the EU-ClueScanner100 model. In: Murgante B., Gervasi O., Iglesias A., Taniar D., Apduhan B.O. (eds) Computational Science and Its Applications - ICCSA 2011. ICCSA 2011. Lecture Notes in Computer Science, vol 6782. Springer, Berlin, Heidelberg, Germany.

Maes, J., Egoh, B., Willemen, L., Liquete, C., Vihervaara, P., Schägner, J.P., Grizzetti, B., Drakou, E.G., La Notte, A., Zulian, G. and Bouraoui, F., 2012. Mapping ecosystem services for policy support and decision making in the European Union. Ecosystem Services. 1, 31-39.

Millennium Ecosystem Assessment, 2005. Ecosystems and Human Well-Being: Scenarios: Findings of the Scenarios Working Group (Vol. 2). Island Press, USA.

Mobarghaei, N., 2008. Presentation and application of spatial evaluation model of forest ecosystem services using geographic system. Ph.D. Thesis. Environmental Planning, University of Tehran, Iran. (In Persian with English abstract).

Nahlik, A.M., Kentula, M.E., Fennessy, M.S. and Landers, D.H., 2012. Where is the consensus? A proposed foundation for moving ecosystem service concepts into practice. Ecological Economics. 77, 27-35.

Niquisse, S., Cabral, P., Rodrigues, A. and Augusto, G., 2017. Ecosystem services and biodiversity trends in Mozambique as a consequence of land cover change. Biodiversity Science, Ecosystem Services & Management. 13(1), 297-311.

Rezaei Moghadam, M., Rezaeibanafshe, M. and Feizizadeh, B., 2010. Land cover/land use classification based on object oriented techniques and satellite images, case study: west Azerbaijan province. Watershed Management Research. 87, 20-36. (In Persian with English abstract).

Sharp, R., Chaplin-Kramer, R., Wood, S., Guerry, A., Tallis, H. and Taylor, R., 2014. InVEST User's Guide: Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs. The Nature Conservancy & WW Foundation Stanford, USA.

Statistical Yearbook of Lorestan, 2014. Available online at: https://www.amar.org.ir.

Vihervaara, P., Kumpula, T., Tanskanen, A. and Burkhard, B., 2010. Ecosystem services–A tool for sustainable management of human–environment systems. Case study Finnish Forest Lapland. Ecological Complexity. 7, 410-420.

Yan, G., 2003. Pixel Based and Object Oriented Image Analysis for Coal Fire Research. ITC, Switzerland.

Zarandian, A., Baral, H., Stork, N.E., Ling, M.A., Yavari, A.R., Jafari, H.R. and Amirnejad, H., 2017. Modeling of ecosystem services informs spatial planning in lands adjacent to the Sarvelat and Javaherdasht protected area in northern Iran. Land Use Policy. 61, 487-500.

Zulian, G., Paracchini, M.L., Maes, J. and Liquete, C., 2013. ESTIMAP: Ecosystem services mapping at European scale. Publications Office of the European Union, Luxembourg.


DOI: http://dx.doi.org/10.29252/jes.v18i3.31551
ارجاعات
  • در حال حاضر ارجاعی نیست.