فهرست مطالب
فصلنامه سنجش از دور و GIS ایران
سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 65، بهار 1404)
- تاریخ انتشار: 1404/03/01
- تعداد عناوین: 9
-
-
صفحات 1-22سابقه و هدف
سیب زمینی چهارمین محصول کشت شده در جهان است. با توجه به اهمیت استراتژیک این محصول در تامین امنیت غذایی، تهیه نقشه های دقیق از سطوح زیرکشت آن اطلاعات ضروری برای تخمین و پیش بینی میزان عملکرد محصول در مقیاس های متفاوت را فراهم می کند. اگرچه تا کنون رویکردهای متفاوت سنجش از دور، مبتنی بر سنجنده های اپتیکی یا مایکروویو، به طور گسترده برای پایش مزارع گوناگون (شامل سطح زیرکشت محصولات، شرایط و پیش بینی عملکرد آنها) به کار رفته، با استفاده از داده های سنجش از دور و یادگیری ماشین کمتر برای شناسایی مزارع سیب زمینی اقدام شده است. در این راستا، پژوهش حاضر به شناسایی و نگاشت محصول سیب زمینی در قطب تولید آن در کشور پرداخته است و سعی در مهیا سازی اطلاعات دقیق سطوح زیرکشت این محصول، برای حوزه مدیریت کلان کشاورزی را دارد.
مواد و روش هاازآنجاکه بیشتر محصولات کشاورزی، در طول دوره کشت، ویژگی های طیفی زمانی منحصربه فردی دارند، این پژوهش با استفاده از تصاویر سری زمانی و بدون آستانه گذاری صریح، روشی را برای تمایز دادن مزارع سیب زمینی از سایر محصولات مطرح کرده است. طبق این روش، با استفاده از لایه های مبتنی بر فنولوژی محصول سیب زمینی و نیز یادگیری ماشین، به شناسایی این محصول روی آورده شد. به منظور بهینه سازی پارامترهای داخلی الگوریتم، براساس داده های زمینی نوع محصول در سایت مورد مطالعه که مجموعا شامل 1648 نمونه از مزارع سیب زمینی و سایر محصولات می شود، آموزش و ارزیابی مدل انجام شد. این داده ها با استفاده از گیرنده GPS دستی نمونه برداری شد. در این پژوهش، نگاشت مزارع سیب زمینی با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل 2 و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام شد. با تهیه لایه های ورودی مناسب که شامل شاخص فنولوژیکی محصول سیب زمینی و شاخص آماری میانه NDVI (سری زمانی تصاویر ماهواره سنتینل 2) در بازه های مشخص می شود، مزارع سیب زمینی با دقت شناسایی شد. درادامه، این لایه ها به منزله ورودی های ماشین بردار پشتیبان به کار رفت. به منظور آموزش مدل بهینه برای ماشین بردار پشتیبان با استفاده از کرنل RBF، مقادیر gamma و C با روش 5-fold cross validation بهینه سازی شد. سپس این مقادیر، در فرایند اجرای الگوریتم، با استفاده از سامانه رایانش ابری گوگل ارث انجین به کار رفت. کارآیی روش پیشنهادی در شهرستان های همدان و بهار که بیشترین میزان کشت این محصول را در ایران دارند، ارزیابی شد.
نتایج و بحث:
براساس نتایج، مقادیر بهینه برای پارامترهای داخلی مدل C=70 و γ=0.3 محاسبه شد. این مقادیر در تابع RBF، به منظور شناسایی سطوح زیرکشت محصول سیب زمینی، در نظر گرفته شد. با اجرای الگوریتم طبقه بندی و سپس اعمال فیلتر Majority، نقشه سطوح زیرکشت سیب زمینی برای منطقه مورد مطالعه تهیه شد. این نقشه بیشترین تراکم کشت محصول سیب زمینی را در محدوده مرزی دو شهرستان (شمال غرب شهرستان همدان و شرق شهرستان بهار) نشان داد. سطح زیرکشت سیب زمینی برای سال زراعی 1399-1400، در شهرستان همدان، برابر 1/4527 هکتار و در شهرستان بهار، برابر 3/6088 هکتار به دست آمد. در ارزیابی نتایج، صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برای همدان، 9/90% و 82/0 و برای بهار، 3/93% و 87/0 براساس ماتریس خطا برآورد شد. نتایج پژوهش حاضر به کارآیی الگوریتم ماشین بردار پشتیبان در شناسایی سطوح زیرکشت محصول سیب زمینی اشاره دارد و همچنین نشان داده است که شاخص های منطبق بر فنولوژی سیب زمینی را می توان، به منزله ویژگی های متمایزکننده در شناسایی بهتر مزارع این محصول، استفاده کرد.
نتیجه گیریشناسایی مزارع سیب زمینی، با استفاده از لایه های ورودی شاخص های منطبق بر فنولوژی محصول در الگوریتم ماشین بردار پشتیبان، نشان داد این روش می تواند صحت شناسایی سطوح زیرکشت این محصول را در سطح پایلوت بهبود ببخشد. ازاین رو می توان، برای شناسایی سایر محصولات مهم کشاورزی و نیز در دیگر مناطق، رویکردی مشابه را پیش گرفت و نتایج را ارزیابی کرد. همچنین پیشنهاد می شود کارآیی داده های مایکروویو و سایر الگوریتم های یادگیری ماشین در پژوهش های آینده مورد توجه قرار گیرد.
کلیدواژگان: شناسایی محصول، سیب زمینی، سری زمانی تصاویر ماهواره سنتینل 2، سامانه گوگل ارث انجین، ماشین بردار پشتیبان -
صفحات 23-40مقدمه
در روش هم پوشانی حسابی وزنی برحسب شاخص پتانسیل زلزله (EPI) برای ارزیابی خطر لرزه ای هر منطقه، داده های تاریخی زلزله، توزیع زمین مکانی و بزرگای زمین لرزه های گذشته، زمین ساخت فعال (نوع و طول گسل)، تراکم گسل در واحد سطح، فاصله مکان تا گسل فعال، فاصله تا کانون زلزله، شیب و تغییرات توپوگرافی باید در نظر گرفته شود و لایه های مربوط با استفاده از GIS ایجاد شوند. این روش غیرارگودیک مشکلات روابط کاهندگی و بیان ورودی ها و خروجی های تحلیل خطر را حل می کند و در تهیه نقشه خطر زلزله مناطق وسیع جغرافیایی با پیشینه لرزه خیزی غنی، دقت بسیار مناسبی دارد. در این مطالعه، خطر زلزله در منطقه جنوب غرب ایران، در مربعی به ضلع 400 کیلومتر و با مرکزیت شهر بهبهان (طول °E2417/50 و عرض ° N5985/30) به روش هم پوشانی حسابی وزنی، برحسب شاخص پتانسیل زلزله ارزیابی شده است.
روش شناسی:
روش هم پوشانی حسابی وزنی برمبنای برهم نهی اطلاعات رتبه بندی شده مکانی، زمین شناسی و لرزه شناسی منطقه با وزن های از قبل تعیین شده قرار دارد. شاخص پتانسیل زلزله با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود: (1) در این معادله، EPI شاخص پتانسیل زلزله، DEM مدل رقومی ارتفاعی، Slope زاویه شیب برحسب درجه، Den_F چگالی گسل های فعال، Den_Ev تراکم کانون های زلزله، ML بزرگی زلزله، Dis_F فاصله تا گسل فعال، Dis_epi_ev فاصله تا کانون زلزله و i و j مختصات سلول (طول و عرض جغرافیایی) هستند. شناسایی مناطق دارای پتانسیل لرزه خیزی و ارزیابی خطرهای لرزه ای نیازمند در نظر گرفتن سهم تمامی پارامترها و ترکیب آنها، مطابق با اهمیت نسبی آنهاست. پس از تهیه نقشه های لازم، با توجه به لرزه خیزی منطقه ( توزیع کانون های زلزله، منابع لرزه زا و گسل های فعال) ، ویژگی های زمین ساختی ( سن لایه، زمین ساخت)، توپوگرافی منطقه ( مدل رقومی ارتفاعی) و شیب، EPI، تعیین می شود. منطقه مورد مطالعه (مربعی به ابعاد 400 کیلومتر و با مرکزیت بهبهان) از شیب تند شمال شرق با ارتفاع 4418، به شیب ملایم جنوب غرب (محدوده خلیج فارس) به ارتفاع 125- می رسد.نتایج و بحث: روش هم پوشانی حسابی وزنی برحسب شاخص پتانسیل زلزله (EPI) در جنوب غرب ایران انجام و نتایج به صورت نقشه و جدول ارائه شد. براساس نتایج، بخش هایی از شهرهای شرقی و شمالی استان خوزستان و شهرهای جنوب غرب استان چهارمحال بختیاری، کهگیلویه و بویراحمد و اصفهان و شهرهای شمالی استان بوشهر در مناطق EPI بالا و شهرهای گچساران، بهبهان، امیدیه، بهمئی، رامهرمز، باغ ملک، هفت گل، گتوند، اردل، کوهرنگ، فارسان و کبار در منطقه خطر بالا قرار می گیرند. در منطقه مورد مطالعه، شاخص پتانسیل زلزله در محدوده 55/1تا 75/6 متغیر است. میانگین برآوردشده مقدار EPI برابر با 415/4 و انحراف معیار برابر با 94/1 است. این مقادیر نشان دهنده تغییرات نسبتا زیاد لرزه خیزی متوسط در منطقه است. همچنین جدول مقادیر EPI درمورد تمامی شهرهای استان خوزستان تخمین زده شد و شاخص پتانسیل زلزله هر شهرستان، براساس EPI، با شاخص لرزه خیزی استاندارد آیین نامه 2800 مقایسه شد. نتایج مقایسه در اغلب شهرها هم خوانی دارد و بیشتر بودن خطر بیان شده ازطریق استاندارد 2800 در موارد اختلافی بیان می کند که مقادیر استاندارد در جهت اطمینان قرار دارد.
نتیجه گیریروش هم پوشانی حسابی وزنی، برحسب شاخص پتانسیل زلزله (EPI)، روش جهانی جدیدی است که می توان آن را در ارزیابی خطر زلزله به روش غیرارگودیک به کار برد. براساس نتایج این روش، مقادیر ویرایش 4 استاندارد 2800 کفایت لازم برای طرح لرزه ای ساختمان ها را دارد.
کلیدواژگان: سامانه اطلاعات مکانی (GIS)، تحلیل خطر غیرارگودیک زلزله، مدل رقومی ارتفاعی (DEM) -
صفحات 41-60سابقه و هدف
در دهه های گذشته، داده های سنجش از دور با موفقیت برای استخراج اطلاعات و تغییرات کاربری و پوشش زمین (LULC) در سطوح گوناگون، از مقیاس محلی تا جهانی، به کار رفته است. پایش دقیق و منظم این تغییرات در برنامه ریزی شهری، کشاورزی دقیق و مدیریت پایدار منابع زمین ضرورت دارد. فراهمی داده های سنجش از دور با ارائه سطوح بی سابقه ای از جزئیات مکانی و همچنین توسعه الگوریتم های طبقه بندی تصاویر ماهواره ای، باعث شده است که رویکردهای شیء گرا، در مقایسه با رویکردهای معمول، در طبقه بندی کاربری و پوشش زمین کاربرد بیشتری پیدا کنند. بدین منظور، در این مطالعه، رویکردی شیء گرا با ترکیب الگوریتم های GLCM، SNIC و یادگیری ماشین مطرح شده که هدف از آن طبقه بندی کاربری و پوشش زمین بخشی از اراضی شمال مهاباد در آذربایجان غربی، با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنتینل 2 در سال 2019 در سامانه گوگل ارث انجین بوده است.
مواد و روش هاروش انجام شدن این پژوهش به گونه ای است که ابتدا مجموعه داده اولیه، شامل باندهای هدف تصاویر سنتینل 1 و سنتینل 2، مدل رقومی سطح زمین ALOS و شاخص های NDVI، BSI، SAVI و توان بازپراکنش کل (TSP) آماده سازی شد. در مرحله دوم، با اتخاذ دو رویکرد پیکسل پایه و شیء گرا و الگوریتم جنگل تصادفی، کاربری و پوشش زمین طبقه بندی شد و نتایج حاصل از آنها، برای تبیین بهترین رویکرد ازنظر دقت کلاس های گوناگون، مقایسه شد. در رویکرد شیء گرا، معیارهای بافتی با اعمال ماتریس وقوع توام گام های خاکستری (GLCM) روی مجموعه داده اولیه استخراج شد و با توجه به افزایش تعداد باندها روش تحلیل مولفه های اصلی (PCA)، برای کاهش ابعاد تصویر، به کار رفت. در گام آخر، با ترکیب لایه PC1 و لایه قطعه بندی حاصل از الگوریتم خوشه بندی ساده غیرتکراری (SNIC)، الگوریتم جنگل تصادفی به منظور تهیه نقشه های کاربری و پوشش زمین محدوده مطالعاتی در نظر گرفته شد.
نتایج و بحث:
تحلیل معیارهای ارزیابی صحت نشان داد که رویکرد شیء گرا با صحت کلی و ضریب کاپای معادل 86/40% و 0/8307، در مقایسه با رویکرد پیکسل پایه با صحت کلی و ضریب کاپای 82/73% و 0/8028، نتایج بهتری را در طبقه بندی کاربری های متفاوت اراضی منطقه مورد مطالعه داشته است. نتایج معیارهای ارزیابی صحت نشان داد صحت تولیدکننده اغلب کلاس های کاربری، به جز ذرت، سبزیجات آبی پاییزه و گندم و جو آبی، در رویکرد شیء گرا بیشتر از روش پیکسل پایه است و دقت طبقه بندی آنها بالاتر از 90% بوده است. علاوه براین، کاربری های/ پوشش های پهنه آبی، ساخته شده، ذرت و چغندرقند بیشترین صحت کاربر را در نقشه کاربری و پوشش زمین شیء گرا به خود اختصاص داده اند.
نتیجه گیرییافته های تحقیق نشان دادند که تعیین مناسب اندازه سوپرپیکسل الگوریتم خوشه بندی SNIC و به کارگیری معیارهای بافتی GLCM به طور موثری عملکرد رویکرد پیشنهادی را در طبقه بندی کاربری و پوشش زمین، بهبود می بخشد.
کلیدواژگان: طبقه بندی شیء گرا، جنگل تصادفی، شاخص های طیفی، داده رادار و اپتیک، اندازه سوپرپیکسل -
صفحات 61-78سابقه و هدف
بخارآب موجود در جو پارامتری محوری در مدل سازی تعادل انرژی در سطح زمین است و در متعادل نگاه داشتن دمای جو کره زمین نقش مهمی دارد. بازیابی این پارامتر، به منزله تاثیرگذارترین عامل جوی در رادیانس دریافتی سنجنده، از اهمیت بسزایی برخوردار است. ازآنجاکه محتوای بخارآب جو در لایه نزدیک به سطح بیشتر و تغییرات زمانی و مکانی آن شدیدتر است، اندازه گیری ایستگاه های هواشناسی زمینی به رغم دقت بالا، به دلیل محدودیت های زمانی و مکانی و اندازه گیری نقطه ای، قابلیت تعمیم پذیری ندارند. ازاین رو ارائه روش های ماهواره محور کاربردی به منظور بازیابی دقیق و مداوم آن، با توزیع مکانی مناسب ضروری به نظر می رسد. هدف این تحقیق بیان چهار روش نوآورانه و دقیق برای برآورد نسبت اختلاط بخارآب نزدیک به سطح جو استان اصفهان در سال 1399، با توان تفکیک 1 کیلومتر، ازطریق تلفیق داده های ایستگاه های هواشناسی، داده های سنجنده و درنهایت، اعتبارسنجی و مقایسه عملکرد آنهاست. بدین منظور تصحیح خطای اریبی داده های بخارآب سنجنده طی مرحله هم مقیاس سازی و تصحیح خطای درون یابی مشاهدات ایستگاه های زمینی در دستورکار قرار گرفت.
مواد و روش هاسنجنده های گوناگون قابلیت اندازه گیری بخارآب، با توان تفکیک های مکانی و حساسیت های متفاوت به این پارامتر را دارند. ازاین رو مطرح کردن روش هایی، مبتنی بر استفاده و تلفیق هم زمان داده های سنجنده ها و مشاهدات ایستگاه های زمینی، به منظور ارتقای هم زمان توان تفکیک مکانی (یک کیلومتر) و دقت بازیابی بخارآب نزدیک به سطح جو ضروری است. در نخستین روش به کاررفته در این تحقیق، با استفاده از باندهای جذب و غیرجذب بخارآب سنجنده مادیس (MODIS) طی روش نسبت باندی و با استفاده از مشاهدات زمینی، بخارآب نزدیک به سطح بازیابی می شود. در روش دوم، ابتدا مشاهدات بخارآب نزدیک به سطح ایستگاه های زمینی، با روش درون یابی معکوس فاصله، به داده های بخارآب سطحی یک کیلومتری تبدیل می شود. سپس طی مراحل روش پیشنهادی و با استفاده از مقادیر نسبت اختلاط بخارآب برآوردشده با روش اول، خطای درون یابی در هر پیکسل حذف می شود. در روش سوم، با تلفیق داده های مادیس طی عملیاتی شبیه مراحل روش دوم، توان تفکیک محصول بخارآب سنجنده AIRS به یک کیلومتر ارتقا داده می شود؛ با این تفاوت که به جای مشاهدات ایستگاه های هواشناسی زمینی، از محصول سنجنده AIRS استفاده می شود. ازآنجاکه محصول نسبت اختلاط بخارآب نزدیک به سطح سنجنده AIRS دارای خطا و اریبی است، ابتدا باید با اعتبارسنجی محصولات این سنجنده، خطای اریبی محصول بخارآب نزدیک به سطح سنجنده AIRS، طی مرحله هم مقیاس سازی، حذف شود. برآورد بخارآب نزدیک به سطح جو با استفاده از محصول بخارآب جو ستونی سنجنده مادیس آخرین روش به کار رفته است. البته به دلیل تفاوت محتوایی، لازم است دو مجموعه داده هم واحد شوند و با روشی معادل سازی شوند.
نتایج و بحث:
به منظور مدل سازی و اعتبارسنجی برآورد بخارآب نزدیک به سطح جو در توان تفکیک یک کیلومتر با استفاده از چهار روش اشاره شده، 3/66% داده ها به صورت تصادفی برای آموزش و 33% مابقی برای ارزیابی دقت و اعتبارسنجی نتایج به کار رفته است. درنهایت نیز، نتایج اجرای روش ها با یکدیگر مقایسه شد. در این تحقیق، ضریب تعیین (R2) و جذر میانگین مربعات خطاها (RMSE) ملاک ارزیابی دقت و عملکرد مدل سازی قرار گرفته اند. نتایج اعتبارسنجی نشان می دهد روش دوم که مبتنی بر استفاده از تعمیم مشاهدات دقیق بخارآب نزدیک به سطح ایستگاه های زمینی و حذف خطای درون یابی آنها، طی تلفیق با مقادیر بخارآب بازیابی شده از سنجنده مادیس ازطریق روش نسبت باندی است، بهترین عملکرد (R2=0.55، RMSE=1.05 Gr/Kr) را در تخمین بخارآب نزدیک به سطح جو را دارد.
نتیجه گیریروش دوم، با توجه به عملکرد بهتر در بازیابی نسبت اختلاط بخارآب نزدیک به سطح جو با دقت بالا و توان تفکیک یک کیلومتر و با هدف استفاده از قابلیت محصولات و داده های ماهواره محور، تلفیق آنها با یکدیگر و همچنین با مشاهدات زمینی، توصیه می شود.
کلیدواژگان: بخارآب نزدیک به سطح، داده چندسنجنده ای، اریبی، سنجنده مادیس، سنجنده AIRS -
صفحات 79-108سابقه و هدف
عابران پیاده، به دلیل نبود تدابیر حفاظتی، آسیب پذیرترین کاربران راه شناخته می شوند و ایمنی آنها در حوزه برنامه ریزی حمل ونقل بسیار حیاتی است. مطالعات متعددی که تصادفات عابران پیاده را تحلیل کرده اند معمولا بر مدل های پیش بینی، عوامل خطر و الگوهای مکانی زمانی متمرکز بوده اند. این تحلیل ها بر اهمیت شناسایی مناطق پرخطر و اجرای اقدامات پیشگیرانه تاکید می کنند. تاثیرات خودهمبستگی مکانی و زمانی در درک الگوهای تصادفات بسیار مهم است و شاخص هایی مانند Moran’s I و تخمین تراکم کرنل، در این حوزه، کاربرد گسترده ای دارند. با توجه به موارد یادشده، مطالعه پیش رو تاثیر رشد سریع اجتماعی اقتصادی در تصادفات ترافیکی و نیاز به مداخلات ایمنی هدفمند برای حفاظت از عابران پیاده را، در شهر مشهد در ایران، به صورت برجسته و موثر نشان می دهد.
مواد و روش هادر این پژوهش، با استفاده از تحلیل اکتشافی سری زمانی، تصادفات عابران پیاده به صورت ماهیانه و ساعتی در بازه ای پنج ساله (1394-1398) بررسی شده است. در گام بعد، وجود خودهمبستگی زمانی و همچنین روند در وقوع تصادفات عابران پیاده مورد بحث قرار گرفته و سپس، با استفاده از تحلیل یکنواختی سری زمانی، زمان تغییر در وقوع تصادفات بررسی شده است. درنهایت، به منظور استخراج الگوهای مکانی تغییرات تصادفات عابران پیاده در بازه زمانی مطالعاتی، از شاخص Moran’s I تفاضلی استفاده شده است.
نتایج و بحث:
با استفاده از تحلیل های سری زمانی، الگوی زمانی و وجود خودهمبستگی زمانی معنادار در مقادیر ماهیانه و ساعتی تصادفات عابران پیاده تایید شد. نتایج آزمون من کندال با لحاظ کردن تاثیرات خودهمبستگی نیز وجود روند معنادار در تصادفات عابران پیاده را به ازای ماه های گوناگون سال و ساعات متفاوت شبانه روز تایید کرد. همچنین، ازطریق تحلیل یکنواختی سری زمانی با استفاده از آزمون بیشاند، زمان وقوع تغییرات ناگهانی تصادفات در ساعت های متفاوت شبانه روز (7:00-8:00 صبح) و همچنین ماه های گوناگون سال (تیر و شهریور) شناسایی شد. نتایج استفاده از شاخص Moran’s I تفاضلی نیز همبستگی مکانی معنادار در تغییرات تصادفات عابران پیاده، بین دو بازه زمانی آغاز (سال 1394) و پایان زمان تحلیل (سال 1398) را نشان داد و نواحی دارای تمرکز تغییرات معنادار شناسایی شد.
نتیجه گیریدر این پژوهش، عابران پیاده به منزله یکی از آسیب پذیرترین کاربران راه مورد توجه قرار گرفته اند و تغییرات وقوع تصادفات مرتبط با آنها در بازه زمانی پنج ساله ای (1394-1398)، با استفاده از تحلیل های سری زمانی و همچنین تحلیل زمانی مکانی Moran’s I تفاضلی، در کلان شهر مشهد ارزیابی شده است. خودهمبستگی زمانی معنادار در مقیاس ماهیانه و ساعتی نیز در وقوع تصادفات به تایید رسید و وقوع تصادفات عابران پیاده، در ماه های متفاوت سال و همچنین ساعات متفاوت شبانه روز، نیز روند مشخصی را نشان داد و درنهایت، زمان وقوع تغییرات ماهیانه و ساعتی شناسایی شد. نتایج بیانگر خودهمبستگی زمانی مکانی معنادار در تغییر تصادفات، در حد فاصل برش زمانی ابتدا (سال 1394) و انتهای زمان تحلیل (1398)، به ازای ماه های متفات بود. درعین حال همبستگی زمانی مکانی معناداری، به ازای ساعات متفاوت، وجود ندارد و ازاین رو کوچک کردن مقیاس زمانی به از دست رفتن همبستگی های مکانی نیز منجر می شود. نتایج این پژوهش می تواند، در قالب گام نخست شناسایی و تحلیل الگوهای زمانی مکانی، تغییرات تصادفات عابران پیاده را شناسایی و کمک کند متخصصان حوزه ایمنی و تصمیم گیرندگان، با بازرسی های محلی، نواحی استخراج شده را ارزیابی نمایند.
کلیدواژگان: تحلیل زمانی مکانی، سری زمانی، تحلیل یکنواختی، شاخص Moran’S I تفاضلی، تصادفات عابران پیاده -
صفحات 109-128مقدمه
برآورد به موقع و دقیق عملکرد محصول قبل از برداشت و پیش بینی آن ازطریق مدل های رشد محصول، برای دستیابی به برنامه ریزی عملیات زراعی و حفظ و توسعه عملکرد در مقیاس منطقه ای، از اهمیت بسیاری برخوردار است. مدل سازی تغییرات پویا، در هنگام رشد محصول، کمک شایان توجهی به محققان می کند تا استراتژی های مدیریت محصول را به منظور افزایش عملکرد آن، برنامه ریزی کنند. این مدل ها حاوی پارامترهای متعددی است که باید، با توجه به ویژگی های منطقه مورد مطالعه، کالیبره شوند؛ ازطرفی، وجود نداشتن مولفه مکان در این مدل ها و نیز عدم قطعیت درمورد مقادیر پارامترهای آنها منجر به بروز خطا در خروجی های برآوردشده می شود. اسیمیلیت داده های سنجش از دور می تواند برای حل این مشکل و ارزیابی تغییرپذیری مکانی در اراضی، به ویژه در مقیاس منطقه ای، مفید باشد. سنجش از دور را می توان برای تخمین و برآورد مقادیر پارامترهای ورودی مدل های رشد محصول، مانند شاخص سطح برگ، سطح پوشش، بیومس، ویژگی های خاک به کار برد.
مواد و روش هابرای دستیابی به عملکرد دقیق محصول می توان از مدل های رشد گیاه استفاده کرد. برای تخمین پارامترهای مدل شبیه سازی گیاه زراعی AquaCrop و تنظیم مدل در سطح منطقه، اطلاعات مورد نیاز مدل در مراحل متفاوت رشد گیاه و قبل از کشت، در مزارع ذرت علوفه ای و در مقیاس منطقه ای، اندازه گیری و نمونه برداری شد. به منظور کالیبره کردن مدل شبیه سازی AquaCrop ازطریق داده گواری سنجش از دور (RS)، متغیر بیوفیزیکی fCover از داده های RS مبتنی بر پیکسل، با توسعه الگوریتم GPR-PSO، استخراج شد. علاوه براین، با هدف ساده سازی مدل AquaCrop و شناسایی پارامترهای تاثیرگذارتر، الگوریتم های تحلیل حساسیت ترکیبی Morris و EFAST به کار رفت. درنهایت، ازطریق داده گواری متغیر بیوفیزیکی استخراج شده با RS در مدل AquaCrop، این پارامترهای موثرتر با استفاده از روش جایگزینی تخمین زده شد و نتایج با نتایج حاصل از شرایط استفاده نکردن از داده های RS مقایسه شد. به منظور کالیبره کردن مدل AquaCrop، نمونه برداری مزرعه ای از خاک (قبل از کاشت) و محصول در فصل رشد ذرت علوفه ای، عکس برداری رقومی نیم کروی (DHP) و همچنین اندازه گیری به روش تخریبی LAI برای مقایسه، در مزارع شهرستان قلعه نو واقع در جنوب تهران، در تابستان 1398 انجام شد.
نتایج و بحث:
نتایج داده گواری RS در مدل AquaCrop در مقایسه با به کار نبردن داده های RS در این مدل نشان داد که در نظر گرفتن داده گواری RS منجر به افزایش دقت تنظیم کردن مدل می شود. نتایج نشان داد که داده گواری سنجش از دور در مدل به برآورد دقت متغیر خروجی عملکرد در آماره R2، به میزان 89/0 و 88/0، در واسنجی و صحت سنجی منجر شده است. داده گواری سنجش از دور، در قیاس با اعمال نشدن آن، به بهبود دقت و افزایش R2 به میزان 14/0 و 15/0 و نیز کاهش در آماره RRMSE به میزان 12/4 و 17/5%، در آماره RMSE به میزان 5/2 و 4/2 ton/ha، به ترتیب در واسنجی و صحت سنجی، انجامیده است. بنابراین، در مقایسه داده گواری RS و بدون داده گواری، بهبود فرایند تنظیم مدل با داده گواری RS همراه است.
نتیجه گیریدر این تحقیق، مقادیر برآوردشده پارامتر بیوفیزیکی fCover، به دست آمده ازطریق سنجش از دور به منزله متغیر کنترل مشاهداتی ورودی برای مدل AquaCrop استفاده شد تا پارامترهای تاثیرگذار شناسایی شده آن (ازطریق تحلیل حساسیت) تنظیم شود. نتایج نشان می دهد که داده گواری سنجش از دور، با استفاده از روش جایگزینی برای تنظیم مدل مدنظر، توانسته است بر میزان دقت برآوردشده بیفزاید. علاوه براین، توافق بین مقادیر پیش بینی شده و اندازه گیری شده بیشتر از زمانی است که سنجش از دور اعمال نمی شود. بنابراین نتایج تحقیق نشان می دهد که داده گواری سنجش از دور در مدل AquaCrop می تواند عملکردی موفق تر از شرایط اعمال نشدن سنجش از دور داشته باشد و نتایج با دقت بیشتری به دست دهد. همچنین، در مقیاس منطقه ای، می توان با استفاده از سنجش از دور و قابلیت آن در برآورد پارامتر بیوفیزیکی در مقیاس وسیع، با صرف وقت و هزینه کمتر و به روزتر، مدل های رشد محصول را برای منطقه مورد نظر کالیبره کرد.
کلیدواژگان: روش جایگزینی، سنجش از دور، مدل شبیه سازی رشد گیاه، کسر پوشش گیاهی، Aquacrop -
صفحات 129-150سابقه و هدف
رشد سریع جمعیت شهری در چند دهه اخیر و نارسایی مدیریت شهری در پاسخگویی به نیاز شهروندان یکپارچگی شهری را دستخوش تغییر کرده است؛ برای رفع چالش ها و مشکلات ناشی از ازهم گسیختگی شهر، مفهوم «عدالت فضایی» با هدف کاهش نابرابری های فضایی، وارد مباحث برنامه ریزی شهری شد. درواقع، بین نابرابری فضایی، توزیع ناعادلانه خدمات و مشکلات زیست محیطی و کالبدی در سطح شهر، همواره رابطه ای چرخشی وجود دارد و همین به اهمیت یافتن موضوعی همچون توزیع خدمات در سطح شهر، به ویژه در کشورهای درحال توسعه، منجر شده است. در ایران نیز، به تبع تحولات جهانی و با توجه به سیاست های کلان کشور و شعار عدالت، به منزله اصل محوری هرگونه توسعه، بحث عدالت فضایی در حوزه مطالعات شهری مورد توجه قرارگرفته است. با توجه به اینکه حمل و نقل عمومی و رفت وآمد آسان در شهر از جنبه های اصلی حیات شهری است، برخورداری از سیستم حمل ونقل کامل، منظم و گسترده از نیازهای اولیه شهر محسوب می شود. به عبارت دیگر، توسعه و ایجاد حمل و نقل عمومی منطبق بر معیارهای عدالت فضایی می تواند، علاوه بر بهبود و اصلاح سیستم حمل و نقل عمومی، نقش بسزایی در دسترسی مناسب شهروندان به مراکز خدماتی شهر داشته باشد؛ چراکه ضمن نیاز نداشتن به توسعه مراکز خدماتی در کل شهر، امکان دسترسی آسان و سریع شهروندان را به این مراکز فراهم می کند. در این راستا، توزیع و پراکنش خدمات حمل ونقل عمومی ازجمله موضوعاتی است که در حوزه عدالت فضایی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به دیگرسخن، به دلیل مشکلات متعدد، ازجمله نبود زمین مناسب و کافی در سطح شهر، کمبود اعتبارات مالی در ایجاد مراکز جدید خدماتی و برگشت نداشتن هزینه های تاسیس، نبود زیرساخت های تاسیساتی و مسائلی از این دست، احداث مراکز خدماتی در تمامی سطح شهر منطقی نیست. از سوی دیگر وجود شبکه حمل ونقل ناکارآمد و دسترسی نداشتن مناسب شهروندان به خدمات، علاوه بر از بین بردن عدالت فضایی، به نارسایی مدیریت خدمات شهری منجر می شود. در این راستا، توسعه زیرساخت های مناسب در حوزه حمل ونقل عمومی یکی از راهکارهای اساسی است.
مواد و روش هاشهر اصفهان در جایگاه سومین کلان شهر ایران، با افزایش تمرکز جمعیت و توسعه فیزیکی در سال های اخیر، با مشکلات متعددی مانند افزایش سفرهای درون شهری، کاهش کیفیت زندگی، افزایش آلودگی های زیست محیطی و بر هم خوردن عدالت فضایی مواجه شده است. ارزیابی وضعیت حمل ونقل عمومی، به منزله عنصر ساختاردهنده شکل و ماهیت کالبدی، اجتماعی و فضایی شهر از مواردی است که می تواند در حل این مسائل موثر باشد. ازدیگرسو نتایج مطالعات جامع حمل ونقل شهر اصفهان حاکی از آن است که به منظور دسترسی متوازن شهروندان به خطوط حمل ونقل عمومی، ایجاد 21 خط اتوبوس سریع السیر پیشنهاد شده است. بنابراین هدف این مطالعه اولویت بندی توسعه خطوط اتوبوس سریع السیر، با ترکیب مدل آنتروپی شانون و کوپراس، با تاکید بر مفاهیم عدالت فضایی تا افق 1410 است. وجه تمایز تحقیق حاضر تلفیق سیستم اطلاعات جغرافیایی با شاخص های عدالت مکانی، به منظور اولویت بندی خطوط اتوبوس سریع السیر با هدف اجراست.
نتایج و بحث:
ازاین رو، در گام نخست، وضعیت خطوط اتوبوس سریع السیر در شاخص های نفوذپذیری، مجاورت و دسترسی پذیری محاسبه شد و ضریب جینی و منحنی لورنز وضعیت فعلی به دست آمد. در گام دوم، با محاسبه ضریب جینی هریک از خطوط پیشنهادی، به صورت جداگانه، و مقایسه با مقدار فعلی، میزان اثرگذاری خطوط پیشنهادی ارزیابی شد. سپس اهمیت معیارهای مورد نظر، به روش آنتروپی شانون، وزن دهی شد که به ترتیب، سه معیار مجاورت، نفوذپذیری و دسترسی اولویت 1 تا 3 به منظور وزن دهی شاخص ها مشخص گردید. در پایان، با استفاده از روش کوپراس، 21 خط اتوبوس پیشنهادی با هدف توسعه تا افق 1410، اولویت بندی شدند.
نتیجه گیرینتایج این تحقیق نشان داد، اگرچه خط پایانه آیت الله غفاری به انتهای شیخ صدوق با طول 9/14 کیلومتر، درزمره خطوط با طول متوسط است، با در نظر گرفتن سایر معیارها باید اجرای آن را در اولویت قرار داد.
کلیدواژه: عدالت فضایی، حمل و نقل عمومی، آنتروپی شانون، کوپراس، منحنی لورنز.کلیدواژگان: عدالت فضایی، حمل و نقل عمومی، آنتروپی شانون، کوپراس، منحنی لورنز، ضریب جینی -
صفحات 151-170سابقه و هدف
در هر منطقه ای شرایط خشکسالی، از متوسط تا شدید و با مدت زمان متفاوت، متغیر است که این مسئله نظارت مداوم و عملیاتی را می طلبد. هرچه خشکسالی در مدت زمانی طولانی تر رخ دهد، تاثیرات آن در پوشش گیاهی و منابع آبی بیشتر است و خشکسالی تشدید می شود؛ درنتیجه، ممکن است خدمات رسانی به انسان ها محدود شود و دستگاه های طبیعی تغییر یابد. آثار خشکسالی شامل تخریب زیستگاه های حیات وحش و کاهش کیفیت آب، کاهش دسترسی به منابع آب و مواردی دیگر می شود و درنتیجه آن، اختلالاتی مانند حوادث آتش سوزی و دیگر حوادث طبیعی افزایش می یابد. پوشش گیاهی در هر منطقه، به ویژه در مناطق گوناگون استان لرستان، به دلیل کمبود بارش و خشکی محیط، هرساله درمعرض خطر وقوع آتش سوزی های متعدد قرار دارد. به همین دلیل، موضوع آشکار سازی و مشخص کردن مناطق مستعد آتش سوزی در رابطه با مهم ترین عنصر اقلیمی (بارش) انتخاب و انجام شده است که می تواند اقدامات مناسب و پیشگیرانه برای حفاظت از مناطق پوشش گیاهی را تسهیل کند. در این تحقیق، سعی شده است از روش ترکیبی استفاده شود.
مواد و روش هادر این مطالعه، تلاش شده است با استفاده از تصاویر فروسرخ سنجنده Suomi NPP و بهره گیری از شاخص های NDVI، VCI و TCI وضعیت خشکسالی پوشش گیاهی در استان لرستان بررسی شود. دوره مورد مطالعه 2013-2021، از اول آوریل تا انتهای جولای (هفته 13 تا 26 میلادی)، به صورت میانگین هفتگی است. میانگین ماهیانه شاخص استاندارد بارش (SPI) با استفاده از داده های بارش ماهیانه ایستگاه های هواشناسی الیگودرز، دورود، خرم آباد، بروجرد، نورآباد، کوهدشت و ازنا مشخص شده است تا وضعیت بارش به خوبی تحلیل شود و ماه های خشک و مرطوب از یکدیگر تفکیک شود. سپس ضریب همبستگی شاخص SPI با هریک از شاخص های پوشش گیاهی (NDVI)، VCI و TCI محاسبه شده است.
نتایج و بحث:
براساس داده های ثبت شده بارش در ایستگاه های هواشناسی استان لرستان، می توان گفت که در فصل تابستان، (ژوئیه، اوت و سپتامبر) در محدوده مطالعاتی بارش رخ نمی دهد و فقط در فصل های پاییز، زمستان و بهار شاهد بارش هستیم. بنابراین سال آبی در استان لرستان تقریبا از دهه سوم سپتامبر آغاز و تا دهه دوم و سوم ژوئن هر سال ادامه دارد. این نکته نشان دهنده خشکی بسیار زیاد هوا و کمبود رطوبت است. خشکی هوا یا کمبود رطوبت و افزایش دما شرایط لازم را برای ایجاد آتش سوزی در استان، فراهم می کند. در این نوشتار، در فصل تابستان، استان لرستان یک فصل خشک را می گذارند و ماه اوت خشک ترین ماه سال است.
نتیجه گیریاین پژوهش نشان داد که همواره پوشش گیاهی در استان لرستان با خطر وقوع آتش سوزی روبه روست و این حوادث، طی سال هایی که کمبود بارش وجود داشته است، در ماه های گوناگون بسیار زیاد است. اثبات شد که چنانچه در ماه های اول سال آبی کمبود بارش وجود داشته باشد، خطر آتش سوزی پوشش گیاهی، حتی در ماه های سرد سال، وجود دارد. این خطر در ماه های گرم سال افزایش شایان توجهی می یابد و این مسئله در سال 2021 رخ داده است. محاسبات SPI نشان داد ماه های ژوئیه، اوت و سپتامبر در استان لرستان شاخص بارندگی منفی است. نتایج نشان می دهد که بهترین شاخص مبتنی بر تصاویر ماهواره ای، به منظور پایش خشکسالی پوشش گیاهی و خطر آتش سوزی در منطقه مورد مطالعه، TCI است. در سال های 2013 و 2015 بیشترین شدت خطر آتش سوزی در پوشش گیاهی، در مناطق غربی و مرکزی استان لرستان، وجود داشته است. در سال 2021، بیشترین شدت خطر آتش سوزی در پوشش گیاهی، در منطقه مورد مطالعه، به وقوع پیوسته است. به دلیل تغییرات زیاد و پراکندگی میزان شاخص های پوشش گیاهی موثر در وقوع آتش سوزی ازلحاظ زمانی و مکانی، همبستگی ناپارامتریک اسپیرمن به کار رفته است.
کلیدواژگان: آتش سوزی پوشش گیاهی، خشکسالی، بارش، تصاویر فروسرخ، استان لرستان -
صفحات 171-192سابقه و هدف
در سال های اخیر، حفر تونل های انتقال آب با مخاطرات گوناگونی همانند پتانسیل مچاله شوندگی، مخاطرات هیدروژئولوژیکی، تاثیرات زیست محیطی، مخاطرات وجود گاز و تحلیل حساسیت هزینه های ساخت روبه رو بوده که اهمیت جایابی صحیح این سازه ها را دوچندان کرده است. اما تعیین محل حفر تونل، با استفاده از روش های نوین وزن دهی به معیارهای اثرگذار و پهنه بندی در سیستم اطلاعات جغرافیایی، مغفول مانده است.
مواد و روش هادر این مطالعه، با تلفیق سیستم اطلاعات جغرافیایی، تحلیل سلسله مراتبی و آنتروپی شانون، به جایابی تونل انتقال آب هزارمسجد که بخشی از پروژه انتقال آب از ارتفاعات هزارمسجد به شهر مشهد را تشکیل می دهد، پرداخته شده است. بر این اساس، مولفه های گوناگونی شامل پنج بعد مخاطرات اجتماعی، زمین شناسی ساختاری، هیدروژئولوژی، توپوگرافی و بعد اقتصادی در نظر گرفته شده است. در گام اول، دو معیار فاصله از روستاها و فاصله از منابع آبی، بدون توجه به آب دهی شان، به منزله معیارهای درگیر با بعد اجتماعی در نظر گرفته شدند. بر این اساس، حفر تونل در فاصله های دورتر از این دو معیار پیشنهاد می شود. بعد دوم مطالعات به زمین شناسی و زمین ساخت تعلق گرفته است. بر این مبنا، ساخت چنین سازه هایی در تراکم بالای گسل ها مخاطراتی را درپی خواهد داشت و پیشنهاد نمی شود. مطالعات هیدروژئولوژی با عنوان بعد سوم به لحاظ عوامل تاثیرگذار، ورود آب به تونل، و یا تاثیرپذیر، خشک شدن منابع آبی پیرامون حفاری تونل حائز اهمیت است. ازاین رو، در این مطالعه، از حوضه آبگیر چشمه های پرآب محدوده مطالعاتی با عنوان معیار هیدروژئولوژی یاد شده است. در بعد توپوگرافی، از نقشه توپوگرافی محدوده مطالعاتی به منظور استحصال نقشه ضخامت روباره تونل استفاده شد. با توجه به این معیار، حفاری در ضخامت کمتر روباره شرایط بهینه تری فراهم می آورد. درنهایت، گزینه حفر تونل در نقاط نزدیک به محل تحویل آب، در تصفیه خانه شماره 3 مشهد چرمشهر به منزله معیار اقتصادی در نظر گرفته شد. بنابراین معیاری با عنوان فاصله خروجی تونل تا محل تحویل آب با عنوان بعد اقتصادی طرح مطرح شده است. نقشه موضوعی هریک از معیارهای بیان شده در محیط ArcMap تهیه و طبقه بندی شد. طبقات واقع در هر معیار، با استفاده از فرایند تحلیل سلسله مراتبی AHP، امتیازدهی شد. درنهایت، برای وزن دهی به معیارهای موثر در جایابی تونل، از روش آنتروپی شانون استفاده شد. اولویت بندی معیارهای موثر در جایابی تونل انتقال آب هزارمسجد نشان می دهد که پارامتری مانند فاصله از چشمه ها مهم تر از سایر معیارهاست. درواقع، اگرچه فاصله از روستا به منزله عامل مهم در قیاس با سایر معیارها محسوب نمی شود، وجود چشمه به علت اهمیت معیشتی برای ساکنان، شرایط را بغرنج خواهد کرد و این بدان معنی است که دوری یا نزدیکی به روستا نمی تواند عامل مستقلی برای جایابی حفر تونل در نظر گرفته شود. در رده دوم، معیار فاصله از گسل به سبب اثر مستقیم در پایداری سازه، اهمیت ویژه ای را به خود اختصاص داده است. سایر معیارها در شرایط حد واسط اهمیت قرار دارند. درنهایت، با تلفیق نقشه های تهیه شده، پهنه بندی مناطق مناسب حفر تونل به علاوه سه اولویت اصلی محور تونل پیشنهادی، ازطریق قضاوت مهندسی مطرح شده است.
نتایج و بحث:
نتایج نشان می دهد که بخش شمال غرب محدوده مطالعاتی برای حفاری مناسب نیست و مخاطراتی درپی خواهد داشت. بنابراین ارجحیت حفاری به بخش میانی و شرقی محدوده مطالعاتی اختصاص می یابد. به طور دقیق تر، اولویت حفاری به مناطق میانی اختصاص یافته است زیرا نقاط نزدیک تر به محل تحویل آب به شهر مشهد، در غرب محدوده مطالعاتی، نزدیک ترند. براساس نتایج، بهترین گزینه انتقال آب از یال شمالی به جنوبی کوه های هزارمسجد، احداث تونلی به طول 8732 متر در حوالی روستای چنارسوخته و مسیری نزدیک تر به محل تحویل آب است. شایان ذکر است که پس از جایابی مسیر حفر تونل تا پیش از حفاری آن، باید مطالعات جامع هیدروژئولوژیکی، زمین شناختی مهندسی و زمین شناختی ازطریق بازدیدهای صحرایی، حفاری گمانه در مسیر و آزمایشات مربوط به آن انجام شود.
نتیجه گیریاین مطالعه نشان می دهد که استفاده از رویکردهای چندمعیاره و تکنولوژی های پیشرفته پهنه بندی می تواند به بهبود فرایند تصمیم گیری در پروژه های بزرگ زیربنایی کمک کند.
کلیدواژگان: مخاطرات، وزن دهی، ارجحیت حفاری، محل تحویل آب، قضاوت مهندسی
-
Pages 1-22Introduction
Potato is the fourth most cultivated crop worldwide. In terms of its strategic role in food security, accurate potato mapping provides essential information for national crop censuses and potato yield estimation and prediction at any scale. Although remote sensing (RS) approaches based on optical and/or microwave sensors have been widely employed to monitor cultivated lands (including crop area, conditions, and yield forecasting), the identification of potato planting areas using RS data and machine learning has not been much addressed. As a result, the present research addresses the literature gap by suggesting an effective potato mapping approach in Iran's main production center and tries to provide accurate information on the cultivated areas of this crop for the field of agricultural management.
Material and MethodsSince most crops have specific spectral and temporal characteristics during their cultivation period, this research has presented a method to discriminate potato fields from other crops using time series images without explicit thresholding. Is. This method identified this product by using layers based on potato phenology and machine learning. We employed the ground truth data of the crop types from the studied site, which included a total of 1648 samples of potato fields and other crops, to optimize the internal parameters of the algorithm, train, and evaluate the model. A handheld GPS receiver was used to collect this data. This research employed Sentinel-2 satellite images and the Support Vector Machine (SVM) algorithm to map potato fields. To accurately identify potato fields, we prepared appropriate input layers, including the phenological index of the potato crop and the median statistical index of NDVI (time series of Sentinel-2 satellite images) at specific intervals. We used these layers as inputs to the SVM. We optimized the gamma and C values using the 5-fold cross-validation method to train the optimal model for SVM using the RBF kernel. We then used these values in the algorithm implementation process under the Google Earth Engine cloud computing platform. We assessed the efficacy of the suggested approach in the Iranian cities of Hamedan and Bahar, key sites for the cultivation of this particular crop.
Results and DiscussionBased on the results, the optimal values for the internal parameters of the model (C = 70 and γ = 0.3) were calculated. We included these values in the RBF function to identify the cultivated areas of the potato crop. By implementing the classification algorithm and then applying the majority filter, a map of the areas under potato cultivation was prepared for the study area. This map showed the highest density of potato cultivation in the border area of two cities (northwest of Hamedan city and east of Bahar city). The calculated total area for potato farming was 4527.1 hectares in Hamedan city and 6088.3 hectares in Bahar city. The estimated overall accuracy and Kappa coefficient are 90.9% and 0.82 for Hamedan and 93.3% and 0.87 for Bahar, respectively. The present research's results demonstrate the effectiveness of the SVM algorithm in detecting potato cultivation areas, highlighting the potential of using indicators corresponding to potato phenology as distinguishing features for improved identification.
ConclusionBy employing the SVM method, we effectively identified potato fields by utilizing layers of indicators that correspond to crop phenology. At the trial stage, it was demonstrated that this method can improve the potato acreage mapping process. Therefore, a similar approach can be evaluated for identifying other important crops in other regions. It is also suggested that the efficiency of microwave data and other machine learning algorithms be considered in future research.
Keywords: Crop Mapping, Potato, Sentinel-2 Time Series, Google Earth Engine Platform, Support Vector Machine -
Pages 23-40Introduction
In the arithmetic-weighted overlay method based on the earthquake potential index (EPI) to evaluate the seismic hazard of each region, historical earthquake data, spatial distribution and magnitude of past earthquakes, active tectonics (fault type and length), Fault density per earth surface, distance to active fault, distance to earthquake epicenters, slope, and topographical changes should be considered and corresponding layers are be created using GIS. This non-ergodic method solves the problems of attenuation relations and expression of inputs and outputs of hazard. Especially the method is very useful in preparing seismic hazard maps of large geographical areas with a rich history of seismic events. in This paper, the seismic hazard analysis for the southwestern region of Iran was conducted within a 400 km square centered on Behbahan city (located at longitude 50.2417° and latitude 30. 5985 ° N) using the arithmetic-weighted overlay method based on EPI .
MethodologyThe arithmetic-weight overlay method is based on the superposition of ranked spatial, geological and seismological information of the region with pre-determined weights. Earthquake potential index (EPI) is calculated using the following equation: (1)whrer, EPI is earthquake potential index, DEM is digital elevation model, Slope denotes the slope angle in degrees, Den_F is density of active faults, Den_Ev is density of earthquake foci, ML is earthquake magnitude, Dis_F is distance to active fault, Dis_epi_ev is distance to the epicenter of the earthquake, and i, j are the coordinates of the cell (longitude and latitude). Identifying areas with seismic potential and assessing seismic hazard requires considering the contribution of all parameters and their combination according to their relative importance. After preparing the necessary maps, according to the seismicity of the region (distribution of earthquake foci, seismic sources and active faults), tectonic features (layer age, tectonics), topography of the region (digital elevation model) and slope, EPI is determined. The studied area (a square measuring 400 km centered in Behbahan) ranges from a steep northeast slope with an altitude of 4418 meters to a gentle southwest slope (Persian Gulf area) with an altitude of -125 meters.
Results and DiscussionArithmetic-weighted overlay method was performed according to the earthquake potential index (EPI) in southwest Iran and the results were presented in the form of maps and tables. According to the results, parts of the eastern and northern cities of Khuzestan province and the southwestern cities of Chahar Mahal Bakhtiari, Kohgiluyeh Boyer Ahmad and Isfahan and the northern cities of Bushehr province are located in high EPI areas. The cities of Gachsaran, Behbahan, Omidiyeh, Behmai, Ramhormoz, Bagh Malek, Haftgol, Getund, Ardal, Kohrang, Farsan and Kabar are in the high risk area. In the studied area, the EPI ranges from 1.55 to 6.75. The estimated average value of EPI is 4.415 and the standard deviation is 1.94. These values indicate relatively large changes in the average seismicity in the region. The EPI values were estimated for all the cities of Khuzestan province and the EPIs were compared with the seismicity values of standard no. 2800. The results of the comparison are the concordance of the results in most cities and the greater seismic hazard by the 2800 standard in the cases of differences, which shows the reliability of the standard no. 2800 values.
ConclusionArithmetic-weighted overlay method according to the earthquake potential index (EPI), is a new global method that can be used to assess non-ergodic seismic hazard. Based on the EPI results, the values of the 4th edition of the 2800 standard are sufficient for the seismic design of buildings.
Keywords: Geographic Information System (GIS), Non-Ergodic Seismic Hazard Analysis, Digital Elevation Model (DEM) -
Pages 41-60Introduction
In recent decades, land use and land cover changes information has been successfully derived from remote sensing data at various levels, from local to global scale. Accurate and frequent monitoring of these changes is required for urban planning, precision agriculture, and sustainable management of land resources. The availability of remote sensing data by providing different levels of spatial details, as well as the development of satellite image classification algorithms, has made object-oriented approaches more useful in land use and land cover (LULC) classification compared to traditional approaches. Therefore, in this study, an object-oriented approach using a combination of GLCM, SNIC, and machine learning algorithms is presented to classify the LULC of a part of the lands of North Mahabad, West Azerbaijan, in 2019 using satellite images in Google Earth Engine.
Data and MethodsFor this purpose, after preparing the initial dataset, which contains the bands of Sentinel-1 and Sentinel-2 images, the ALOS digital surface model, and NDVI, BSI, SAVI, and total scattering power (TSP) indices, two pixel-based and object-oriented approaches, as well as the random forest algorithm, were used to classify land use and land cover, and their results were compared to explain the best approach in terms of the accuracy of the various classes. In the object-oriented approach, textural measures were extracted by applying the GLCM matrix to the initial dataset. Due to the increase in the number of bands, the PCA method was used to reduce the dimensions of the image. Finally, by combining the PC1 layer and the segmentation layer obtained from the SNIC algorithm, the random forest algorithm was considered to produce land use and land cover maps of the study area.
Results and DiscussionAccording to the research findings, the object-oriented approach performed better than the pixel-based approach in classifying various land use classes in the study area, with an overall accuracy and kappa coefficient of 86.40% and 0.8307, respectively, compared to 82.73% and 0.8028. The results of the accuracy evaluation criteria showed that the producer accuracy of most of the classes except for corn, fall irrigated vegetables, wheat, and barley irrigated in the object-oriented approach was higher than the pixel-based method, and their classification accuracy was more than 90%. Additionally, water, build-up, corn, and sugar beet classes have the highest user accuracy in the object-oriented LULC map.
ConclusionThe findings showed that the appropriate determination of the super-pixel size of the SNIC clustering algorithm and the use of GLCM texture criteria effectively improved the performance of the proposed approach in land use and land cover classification
Keywords: Object-Oriented Classification, Random Forest, Spectral Indices, Radar, Optic Data, Super-Pixel Size -
Pages 61-78Introduction
Atmospheric water vapor is a key parameter in modeling the energy balance on the earth's surface and plays a major role in keeping the temperature of the earth's atmosphere balanced. Retrieving of this parameter, as the most influential atmospheric parameter on the sensors received radiance, is of great importance. Since the atmospheric water vapor content in the near of surface is more and its temporal and spatial changes are more intense, the measurements of ground meteorological stations, despite their high accuracy, are not generalizable due to temporal and spatial limitations and point measurements. Therefore, it seems necessary to provide practical satellite-based methods to accurate and continuous retrieval of this parameter with appropriate spatial distribution. The aim of this research is to present four innovative and accurate methods to estimate the near surface atmospheric water vapor of Isfahan province in 2020 with a resolution of 1 km, through the integration of meteorological station data, sensor data and finally validating and comparing their performance. For this purpose, correcting the bias error of water vapor sensor data during the co-scaling stage and correcting the interpolation error of ground station observations was put on the agenda.
Material and MethodsDifferent sensors measure water vapor with different sensitivities and spatial resolution. Therefore, it is necessary to provide methods based on the simultaneous use of diffferent sensor data and their integration to ground station observations, in order to simultaneously improve the accuracy and spatial resolution (1 km) of retrieved near surface water vapor. In the first method used in this research, the near surface water vapor is retrieved using the water vapor absorbing and non-absorbing bands of the MODIS, through the band ratio method and using ground observations. In the second method, first, observations of near surface water vapor of ground stations are converted to 1 km grid using the inverse distance interpolation (IDW) method. Then, during the steps of the proposed method and using the water vapor values estimated by the first method, the interpolation error in each pixel is removed. In the third method, the resolution of AIRS-derieved water vapor product is reduced to 1 km by combining MODIS data during an operation similar to the steps of the second method, with the difference that the AIRS sensor product is used instead of ground station observations. It is necessary to eliminate the bias error of near surface water vapor product of the AIRS during the co-scaling stage by first. Estimation of near surface water vapor using MODIS column water vapor product is the fourth method. Of course, due to the difference in content, it is necessary to unite the two sets and equate them with an approprite method.
Results and DiscussionIn order to model and validate the estimation of atmospheric near surface water vapor at a spatial resolution of 1 km using the different mentioned methods, 66.6% of the data were randomly used for training and the remaining 33.3% were used to evaluate the accuracy and validation. Finally, the implementation results of the methods have been compared with each other. The validation results of proposed methods show that the second method, which is based on the generalization of accurate observations of ground stations and removing their interpolation error, during integration with the water vapor values retrieved from first method, has the best performance (R2=0.55, RMSE=1.05 Gr/Kr).
ConclusionConsidering the better performance of the second method in retrieving the mixing ratio of near surface water vapor with high accuracy and resolution of 1 km, and with the aim of using the capabilities of satellite-based products and data, it is recommended to combine them with each other and also with ground observations.
Keywords: : Near-Surface Water Vapor, Multi-Sensor Data, Bias, MODIS, AIRS -
Pages 79-108
Introdction:
Pedestrians are considered the most vulnerable road users due to their lack of protective measures, making their safety crucial in transportation planning. Numerous studies have analyzed pedestrian accidents, focusing on predictive models, risk factors, and spatial-temporal patterns. These analyses highlight the importance of identifying high-risk areas and implementing preventive measures. Spatial and temporal autocorrelation effects are significant in understanding accident patterns, and methods like Moran’s I index and Kernel Density Estimation are commonly used. The study of Mashhad, Iran, emphasizes the impact of rapid socio-economic growth on traffic accidents and the need for targeted safety interventions to protect pedestrians.
Materials & Mrthods:
In this study, a time series exploratory analysis was used to examine pedestrian accidents on a monthly and hourly basis over a five-year period (2015-2019). Next, the presence of temporal autocorrelation and trends in pedestrian accidents were discussed. Then, using time series homogeneity analysis, the change points in the occurrence of accidents were examined. Finally, to extract spatial patterns of changes in pedestrian accidents during the study period, the differential Moran’s I index was applied.
Results & DiscussionsUsing time series analysis, the temporal pattern and significant temporal autocorrelation in the monthly and hourly values of pedestrian accidents were confirmed. The results of the Mann-Kendall test, considering the effects of autocorrelation, also confirmed the presence of a significant trend in pedestrian accidents for different months of the year and different hours of the day. Additionally, through the homogeneity analysis of the time series using the Buishand test, the timing of sudden changes in accidents at different hours of the day (7:00-8:00 AM) and different months of the year (July and September) was identified. The results of using the differential Moran’s I index also showed significant spatial correlation in the changes in pedestrian accidents between the initial time period (2015) and the end of the analysis period (2019), identifying areas with significant changes.
ConclusionIn this study, pedestrians, as one of the most vulnerable road users, were considered, and the changes in the occurrence of related accidents over a five-year period (2015-2019) were evaluated using time series analysis and differential Moran’s I spatio-temporal analysis in the metropolis of Mashhad. Significant temporal autocorrelation in monthly and hourly scales was also confirmed in the occurrence of accidents, showing a specific trend in pedestrian accidents in different months of the year and different hours of the day. Finally, the timing of monthly and hourly changes was identified. The results showed significant spatio-temporal autocorrelation in the changes in accidents between the initial (2015) and final (2019) time slices for different months. However, there was no significant spatio-temporal correlation for different hours, indicating that reducing the temporal scale leads to the loss of spatial correlations. The results of this study can serve as a first step in identifying and analyzing spatio-temporal patterns, identifying changes in pedestrian accidents, and allowing safety experts and decision-makers to evaluate the identified areas through local inspections.
Keywords: Spatio-Temporal Analyses, Time Series, Homogeneity Analyses, Differential Moran’S I, Pedestrian Accidents -
Pages 109-128Introduction
An essential part of agricultural plans for maintaining and developing performance at the regional scale is the timely and accurate estimation and prediction of crop yield prior to harvesting using crop growth models. Modeling dynamic changes during crop growth helps researchers to plan crop management strategies to improve its yield. These models contain several parameters that should be calibrated according to the characteristics of the study area. Lack of spatial/geographic components in these models and parameter uncertainties lead to errors in the estimated outputs. Remote sensing data assimilation can be useful for solving this problem and evaluating the spatial variability in the lands, especially at the regional scale. Remote sensing can estimate the values of input variables of crop growth models such as the Leaf Area Index (LAI), canopy cover, biomass, and soil characteristics.
Materials and MethodsTo achieve accurate crop yield, it is possible to use crop growth models. To this end, the AquaCrop model parameters were estimated and the model was calibrated with measuring and sampling different requied information of model in the crop growing stages and prior to cultivation over agricultural silage maize fields at the regional scale. To calibrate the Aquacrop simulation model through assimilation of remote sensing (RS) data, fCover biophysical variable was extracted from pixel-based RS data by developing GPR-PSO algorithm. Besides, to simplify the Aquacrop model, and to identify more sensitive parameters, the combined sensitivity analysis Morris and EFAST algorithms were employed. Finally, by assimilating the biophysical variable extracted by RS into the Aquacrop model, these more effective parameters were estimated through the forcing method, and compared the results with the results of no application of RS data. In order to calibrate the Aquacrop model, field sampling of soil (before planting) and crop during the growing season of silage maize, digital hemispherical photography (DHP) as well as measurement by destructive method for comparison, was performed in the fields of Qhale-Nou county located in the south of Tehran, in the summer of 2019.
Results and DiscussionThe results of assimilation of RS data in Aquacrop model compared to no application of RS data in this model showed that considering data assimilation of RS data leads to the increase in model calibration accuracy. As the results suggest, the output yield for the model with data assimilation was estimated with R2 values of 0.89 and 0.88 for calibration and evaluation, respectively. The superiority of RS data assimilation into the model as opposed to not its incorporating was also verified by improving the accuracy with increases in R2 values by 0.14 and 0.15 and decrese in Relative RMSE (RRMSE) values of 4.12 and 5.17 percent and RMSE of 2.5 and 2.4 ton/ha for calibration and evaluation, respectively. So, compared to RS data assimilation and without assimilation is associated with improving the model calibration process with RS data assimilation.
ConclusionThe present study employed estimated fCover values obtained via RS data as observed state variables fed as input to the AquaCrop model for means of estimating the most effective parameters identified (via sensitivity analysis). The findings of this procedure indicate that RS data assimilation as a forcing method for model parameters estimating can increase the overall accuracy of the model. Moreover, the correlation between simulated and observed values was higher for the case of RS data assimilation as opposed to not incorporating such data. As these results suggest, RS data assimilation into the AquaCrop model can prove more successful and attain higher accuracies as opposed to not incorporating such data. Furthermore, this process of data assimilation can be used for estimating biophysical variables and calibrating crop growth models at the regional scale, with less time complexity and lower costs and more updated information.
Keywords: Aquacrop, Crop Growth Simulation Model, Forcing Method, Fcover, Remote Sensing -
Pages 129-150Introduction
In recent decades, rapid urbanization and insufficient urban planning have disrupted urban cohesion and spatial integrity. "The concept of 'spatial equity' has developed as an essential framework in urban planning discourse to alleviate spatial inequalities arising from urban fragmentation In urban environments, spatial inequalities, uneven distribution of services, and environmental challenges are often interrelated. This underscores the significance of addressing issues such as service allocation in urban spaces, particularly within the context of developing countries. In alignment with global trends and national macro-policies, the discourse on spatial equity has gained significant attention within the realm of Iranian urban studies, as it is recognized as a fundamental component for achieving sustainable development. A well-structured and extensive public transportation system is pivotal for urban life, facilitating public mobility and ensuring equitable access to essential services. Integrating spatial equity principles in public transportation development can significantly enhance system efficiency while improving citizens' access to urban service centers without extensive construction. Isfahan, Iran's third-largest metropolis, faces rising intra-city travel, declining quality of life, environmental pollution, and disrupted spatial equity due to population growth and physical expansion.
Material and methodsThe metropolis of Isfahan, being the third-largest in Iran, has witnessed substantial population growth and physical development in recent years. Consequently, it now faces various challenges, such as an increase in intra-city travel, a decline in quality of life, worsening environmental pollution, and growing spatial disparities. The existing public transportation system is inadequate in meeting the needs of its residents, resulting in inefficient urban service management. As such, investing in and developing suitable public transportation infrastructure has become a pivotal strategy to address these concerns and foster a more sustainable and equitable urban environment. Assessing public transportation, a critical factor shaping urban structures, is essential for addressing these challenges. To improve equitable access to public transportation, comprehensive studies in Isfahan have proposed the establishment of 21 Bus Rapid Transit (BRT) lines. This research applies a multi-criteria decision-making approach, incorporating Shannon Entropy and COPRAS models, to prioritize BRT line development with a focus on spatial justice. The planning horizon for this study extends to 2031 (1410 in the Iranian calendar). A key novelty of this research lies in the integration of Geographic Information Systems (GIS) with spatial justice indicators to guide BRT line prioritization.
Results and discussionFirst, the performance of existing BRT lines was assessed using permeability, proximity, and accessibility metrics, while spatial equity was quantified using the Gini coefficient and Lorenz curve. Subsequently, the Gini coefficient for each proposed BRT line was calculated and compared with the current value to evaluate the potential impact of each line. The Shannon Entropy method was employed to assign weights to the importance of the criteria, prioritizing proximity, permeability, and accessibility, respectively. Finally, the COPRAS method was utilized to rank the 21 proposed BRT lines for development by 2031.
ConclusionResults suggest that, despite the Ayatollah Ghafari Terminal to Sheikh Saduq line (14.9 km) falling within the medium-length category, it should be considered the top priority for implementation when taking into account the other relevant criteria.
Keywords: Spatial Equity, Public Transport, Shannon Entropy, Kopras, Lorenz CurveKeywords: Spatial Equity, Publictransportation, Shannon Entropy, Copras, Lorenz Curve, Gini Coefficient -
Pages 151-170Introduction
In each region, drought conditions vary from moderate to severe and with different durations, which require continuous and operational monitoring. The longer a drought occurs, the greater its effects on vegetation and water resources, and the more severe the drought, which can limit human services and alter natural systems. The effects of drought include habitat destruction for wildlife and water quality, reduced access to water resources, etc. and as a result, disruptions such as fire incidents and other natural disasters increase. Vegetation in each region, especially in different regions of Lorestan province, is at risk of numerous fires every year due to the lack of rain and dryness of the environment. For this reason, the issue of revealing and identifying fire-prone areas in relation to the most important climatic element (rainfall) has been selected and carried out, which can facilitate appropriate and preventive measures to protect vegetation areas. In this research, a combined method has been used.
Material and MethodsIn this study, an attempt has been made to investigate the drought condition of vegetation in Lorestan province by using Suomi NPP infrared images using NDVI, VCI and TCI indices. The studied period of 2013-2021 corresponds to the first of April to the end of July (week of 13-26 AD) as a weekly average. The monthly average of Standard Precipitation Index (SPI) using precipitation data, the use of monthly precipitation data from Aligoderz, Durood, Khorramabad, Borujerd, Noorabad, Kohdasht and Azna weather stations was done to analyze the precipitation situation well and separate dry and wet months from each other. become Then the correlation coefficient of SPI index with each vegetation index (NDVI, VCI and TCI) is calculated.
Results and DiscussionBased on the rainfall data recorded in the meteorological stations of Lorestan province, it can be said that there is no rainfall in the study area in the summer season (July, August and September) and only in the autumn, winter and spring seasons. Therefore, the water year in Lorestan province starts approximately from the third decade of September and continues until the second and third decade of June every year. This indicates the very dry air and lack of humidity. Dry air or lack of humidity and increase in temperature provide the necessary conditions for causing fire in the province. In this article, they put a dry season in the summer season of Lorestan province and August is the driest month of the year.
ConclusionThe results of this research showed that the vegetation in Lorestan province is always facing the risk of fire and this is very high in the years when there is a lack of rainfall, in different months. It was proved that if there is a lack of rainfall in the first months of the water year, there is a risk of vegetation fire even in the cold months of the year, and this risk increases significantly in the hot months of the year, which is the case in 2021. there have been. SPI calculations showed that the months of July, August and September are negative in Lorestan province. The results show that the best indicator is based on satellite images for monitoring vegetation drought and fire risk in the study area (TCI). In the years 2013 and 2015, the highest fire risk occurred in the western and central regions of Lorestan province. In 2021, the most severe fire risk has occurred in vegetation in the studied area. Due to the large changes and dispersion of vegetation indicators effective in the occurrence of fires in terms of time and place, Spearman's non-parametric correlation has been used.
Keywords: Vegetation Fire, Drought, Precipitation, Infrared Images, Lorestan Pro -
Pages 171-192Introduction
In recent years, the digging of water transmission tunnels has faced various risks such as squeezing potential, hydrogeological risks, environmental effects, gas risks, and sensitivity analysis of construction costs, which has multiplied the importance of the correct site locating of these structures. However, selecting the tunnel route using modern methods of weighting the effective criteria and zoning in the geographic information system has been neglected.
Materials and MethodsIn the current study, the site selection of the Hezar-Masjed water transmission tunnel using the Analytic Hierarchy Process, and Shannon Entropy as a part of the water transfer project from the Hezar-Masjed mountains to Mashhad city, has been discussed. Accordingly, five components including social hazards, structural geology, hydrogeology, topography, and economic criteria have been considered. In the first step, the two criteria of distance from villages and distance from water sources, regardless of their discharge, were considered as criteria involved with the social dimension. Based on this, it is suggested the tunnel excavation at distances far from these two criteria. The second criterion of studies is assigned to geology and tectonics. Accordingly, due to the high-risk potential of tunnel excavation, the construction of these structures in a high density of faults is not recommended. Hydrogeological studies as the third criterion influencing factors, water inflow into the tunnel, or influencing factors, drying of surrounding water resources from tunnel excavation are important. Therefore, the catchment area of springs in the study area is mentioned as a hydrogeological criterion. In terms of topography, the topographic map of the study area was used to obtain the tunnel overburden thickness map. In this criterion, excavation in less overburden thickness provides more optimal conditions. Finally, the tunnel excavation near the water delivery point, Mashhad - Charmshahr Refinery No. 3, the economic criterion, was considered. Therefore, a criterion called the distance from the tunnel exit portal to the water delivery point has been proposed as the economic criterion of the project. The thematic map of stated criteria was prepared and classified in the ArcMap environment. Scoring the classes in each criterion was done using The Analytic Hierarchy Process. Finally, the weighting of the effective criteria in tunnel site selection was done by the Shannon's entropy method. The prioritization of the effective criteria on the site selection of the Hezar-Masjed water transfer tunnel shows that the distance from the springs is more important than other criteria. So, although the distance from the village is not considered an important factor compared to other criteria, the existence of the spring will complicate the situation due to its importance for the livelihood of the residents, and this means that the distance or proximity to the village cannot be an independent factor for the tunnel route. In the second criterion, the distance from the fault has special importance due to its direct effect on the stability of the structure. Other criteria are in intermediate importance conditions. Finally, by combining the prepared maps, the zoning of suitable areas for tunnel excavation, as well as the three main priorities of the proposed tunnel axis via engineering judgment, have been presented.
Results and DiscussionThe results show that the northwestern part of the study area is not suitable for drilling and it will cause risks. Therefore, the excavation priority is assigned to the middle and eastern part of the study area. More precisely, drilling priority is assigned to the middle areas because the points are closer to the water delivery site, closer to Mashhad city in the west of the study area. The results show that the best option to transfer water from the northern limb to the southern limb of the Hezar-Masjed mountains is to build an 8732-meter-long tunnel around Chenarsukhteh village, the central part of the study area, and a route closer to the water delivery point. It should be noted that after the site selection of the tunnel route and before its excavation, it is necessary to carry out comprehensive studies of hydrogeology, engineering geology, and geology through field visits, drilling boreholes, and related tests along the route.
ConclusionThis study shows that the use of multi-criteria approaches and advanced zoning technologies can help to improve the decision-making process in large infrastructure projects.
Keywords: Risks, Weighting, Excavation Preference, Water Delivery Point, Engineering Judgment