تحقيق
مديريت منابع طبيعي امروزه از مهم‌ترین شاخص‌هاي مهم در توليد و توزيع محصولات اوليه زندگي بشر مي‌باشد.( Rajak, 2002) بدين‌سان که هرچه کارايي مديريت در درجات بالاتري قرار گيرد، به همان مقدار سرعت و دقت بيشتري انجام وظايف محوله و نگهداري از منابع تجدید ناپذیر بشر صورت خواهد پذيرفت. در اين مطالعه که بر روي محصولات کشاورزي متمرکز گرديده است، با مطالعه منابع به‌روز و استفاده از تکنولوژي‌هاي جديد می‌توان در اين امر خطير، راه همواري را در پيش گرفت. هرساله محصولات زيادي از حاصل دست رنج زحمت‌کشان عرصه کشاورزي به وراي نابودي کشيده مي‌شود. به جرأت می‌توان گفت اين هدر رفت به سبب بي‌اطلاعي يا اطلاعات نادرست از وضعيت محصولات و جنبه‌هاي آن مي‌باشد. هرچند نه‌تنها بخشي از محصولات که مواد و منابع جانبي مورداستفاده در اين مسير همچون کود شيميايي موردنیاز، آب مصرفي، مواد سم‌پاشی و غيره به مقدار زيادي تلف مي‌شوند.
استفاده از اطلاعات به‌روز در سيستم برداشت محصول امروزه امري اجتناب‌ناپذیر است. ( Rajak et al, 2002) چراکه جمع‌آوری اطلاعات کشاورزي به‌صورت سنتي از قبيل يادداشت‌هاي دستي، سرشماري‌هاي محلي باعث بروز خطاهاي غیرقابل‌اجتناب مي‌گردد. تهيه آمار کشاورزي در سطح کشور، استان، شهرستان و حتي در سطح پايين‌تر نيز ماه‌ها به طول مي‌انجامد و اين باعث کاهش ارزش آمار جمع‌آوری‌شده مي‌گردد. اين بدان معناست که اطلاع از مساحت شخم‌خورده از اراضي باسابقه زراعت گندم چند ماه بعد يعني زمانی که محصول در سيلو ذخيره گرديده، به دست مي‌آيد عملاً کارايي لازم را نخواهد داشت. آمارهايي مانند سطح شخم‌خورده، سطح زير کشت، نوع محصول، مقدار آفت‌زده، نوع محصولات و کم و کيف آن در دوره‌هاي زراعي مختلف اطلاعاتی هستند که می‌توان با استفاده از فناوري سنجش‌ازدور بدان دست‌یافت که با تشخيص امضاي طيفي آن‌ها در زمان وقوع قابل‌استخراج هستند. دانستن به‌موقع اين آمار براي مديريت کشاورزي يک نياز اساسي است که در روند سنتي جمع‌آوری آن‌ها حاصل نمي‌گردد.
همچنين علاوه بر موارد فوق، با در دست‌داشتن آمار کشاورزي با برآورد معتبر و زماني محصولات می‌توان براي برنامه‌ريز‌هايي همچون استراتژي خریدوفروش، صادرات و واردات، توزيع محصولات در سطوح مختلف و غيره استفاده نمود. (Roy et al, 2010 )
در منطقه زراعي با پارسل‌هاي معين و ثابت، با برخورداري از سابقه‌ي کشت، آگاهي به زراعت‌هاي متداول در منطقه، در دست داشتن داده‌هاي آموزشي از دوره‌ي قبلي، به ازاي داشتن تصوير جديد از پارسل مورد نظر، وقوع تغيير مورد انتظار بررسي و استخراج مي‌گردد. تغييرات عبارت‌اند از وقايع زراعي ازجمله: شخم‌خوردگي يا نخوردگي زمين، ديم بودن، زمان آيش پارسل، جوانه زدن محصول، سبز بودن محصول، نوع محصول و غيره که در برنامه استخراج و کشف تغييرات با استفاده از فناوري سنجش‌ازدور می‌توان قرارداد. الگوي برداشت محصول، نقش بسيار مهمي را مي‌تواند در امر تشخيص سطح کشاورزي و توليدات آن و همچنين گسترش پهنه کشاورزي داشته باشد. ( Rajak et al, 2002).
بدين ترتيب اين طرح بر اساس تسريع در دست‌يابي به اطلاعات کشاورزي جهت افزايش آماده‌سازي جوانب موردنیاز براي محصولات و مديريت کشاورزي در برنامه‌ريزي‌هاي منطقه مي‌باشد.
فناوري سنجش‌ازدور و سيستم اطلاعات جغرافيايي به‌عنوان ابزار ارزشمندي براي مشاهده، تحليل، تشخيص و تصميم‌گيري در منابع ما بشمار مي‌رود. ابزار سنجش‌ازدوري با بکار بردن دريافت بازياب حاصل از امواج الکترومغناطيسي آبي، سبز، قرمز، مادون‌قرمز و حتي امواج حرارتي که اين امواج بازتابي به‌اصطلاح امضاي طيفي عوارض ناميده مي‌شود، ما را راستاي اهداف متعدد ياري مي‌رساند. به‌ویژه امضاي طيفي گياهان در برابر مادون‌قرمز، کمک شايان توجهي را در شناسايي و تخمين ميزان سبزينگي گياهان مي‌نمايد. (Panigrahy. S, 2007)
منطقه موردمطالعه
منطقه موردمطالعه، دشت مغان، در شمال‌غربي استان اردبيل، در محدوده جغرافیایی ’20 °39 تا ’42 °39 مدار شمالي و ’30 °47 تا °48 نصف‌النهار شرقي واقع شده است. (شکل 1 2- موقعيت منطقه موردمطالعه در کشور و استان) دشت مغان يکي از مهم‌ترين قطب‌هاي کشت و صنعت کشور مي‌باشد که در آن محصولات مختلفي اعم از گندم، جو، برنج، ذرت، يونجه، چغندرقند به توليد مي‌گردد. مغان بخشي از جلگه‌ي پهناوري است که در ساحل جنوبي رودخانه ارس و غرب درياي خرز تا جمهوري آذربايجان تشکيل يافته است.
به دلیل وجود خاک‌های آبرفتی دانه‌ریز و رسوبی و حاصلخیز تماماً زمین‌های عمده کشاورزی را تشکیل داده و از تراکم زیاد جمعیت برخوردار میباشد و از شيب ملايمي در حدود 5 تا 6 درصد برخوردار است. مجتمع زراعت کشت و صنعت مغان در مجموع با20080 هكتار از اراضی (18000 هكتار آبی و 2080 هكتار ديم) مشتمل بر 9 بخش میباشد كه حدود 3300 هكتار از روش آبياری بارانی (سنترپيوت) استفاده می‌نمايد.
شکل 1 2- موقعيت منطقه موردمطالعه در کشور و استان
هدف تحقيق
در اين تحقيق هدف استفاده از تصاوير سنجش‌ازدوري سنجنده Landsat 8 براي کشف تغييرات کشاورزي در دوره‌هاي کوتاه‌مدت زراعي (مراحل رويش محصول؛ کاشت، داشت، برداشت)، در پارسل‌هاي زراعي مشخص و ثابت مي‌باشد. به عبارت ديگر، با استفاده از تصاوير Landsat 8 وقوع براي يک پارسل را براي دوره بعدي با فاصله کوتاه استنتاج مي‌نماييم.
سؤالات تحقيق
در راستاي اين طرح، سؤالات زير مطرح مي‌گردد:
تصاوير Landsat 8 OLI براي استخراج تغييرات پارسل‌هاي کشاورزي در دوره‌هاي زراعي کوتاه‌مدت پاسخگو هستند؟
از تصاوير سنجش‌ازدور می‌توان براي برآورد مساحت اراضي در پارسل‌ها که توليد کننده محصولات هستند، استفاده نمود؟
آيا روش‌های موجود کشف تغييرات، براي اراضي کشاورزي مناسب مي‌باشند؟
مبـاني نظري و پيشينه تحقيق
مروري بر سنجش‌ازدور و سيستم اطلاعات جغرافيايي
امروزه تکنولوژي به سرعت باد در حال پيشرفت مي‌باشد که انجام عمليات را براي نوع بشر به سهولت مي‌رساند. علم سنجش‌ازدور و سيستم اطلاعات جغرافيايي از اين قاعده مستثنا نبوده و براي کاربران اين زمينه نوآوري‌هاي فراواني را در پي داشته است. ازجمله مهم‌ترين کاربردهاي اين تکنولوژي مديريت محيط زيست، منابع طبيعي و انساني، در مقياس‌هاي محلي، ملي و حتي جهاني است.
با پيشرفت اين تکنولوژي به همراه تکنولوژي کامپيوتر توانمندي انسان در زمينه علوم زميني و مديريت انسان افزايش يافته از هدر رفت ذخاير طبيعي و غیرطبیعی جلوگيري مي‌نمايد. رقومي بودن اطلاعات حاصل از فناوري سنجش‌ازدور، استفاده از ابزارآلات کامپيوتر را به‌صورت گسترده افزايش داده و تلفيق اين دو علم چه‌بسا از ميان‌برهاي بس ساده‌اي براي رسيدن به نتيجه عبور مي‌نمايد. امروزه اطلاعات موردنیاز در فرم‌هاي مختلفي به انسان مخابره مي‌گردند و روز به روز اطلاعات از صحت و دقت بالايي برخوردار مي‌گردند.
شکل 2 1- نمونه‌اي فريم تصاوير QuickBird
تصاوير ماهواره‌اي ازجمله مهم‌ترين نوآوري در اين زمينه مي‌باشد که طيف گسترده اطلاعات را به دوش مي‌کشد. ماهواره‌ها با قابليت جمع‌آوری در بازه زماني چندساعته تا چند روز و هفته مي‌توانند به‌خوبی از وقوع آنچه در محيط اسنان رخ مي‌دهد آگاهي داده و امکان مطالعه تغييرات محيطي را بسي تسهيل و ممکن ساخته است که به‌عنوان‌مثال از سنجنده Landsat می‌توان نام برد که با ارسال نسل‌هاي مختلف و جمع‌آوری اطلاعات، سابقه درخشاني در بررسي تغييرات دارد. امروزه با استفاده از ماهواره‌ها و تصاویر ماهواره‌ای، شناسایی و مطالعه اجسام و پدیده‌هایی با وسعت کمتر از یک متر، موجب تحولی در فناوری سنجش‌ازدور شده است.
مطالعات کشاورزی و منابع طبیعی، پایش بیابان‌زایی، تخریب سیلاب، خشکسالی، تغییرات آب دریاها و دریاچه‌ها، تغییرات آب‌وهوا، تغییرات شهرها و مناطق مسکونی، به‌عنوان ابزارهایی برای مدیریت دقیق مطرح است که با اطلاعات ماهواره‌ای انجام بسیاری از این مطالعات مقدور می‌شود.
شکل 2 2- سير تحول سنجنده Landsat
ازجمله ماهواره‌هاي پرکاربرد می‌توان به موارد ذيل اشاره نمود:
سنجنده پرسابقه Landsat، Spot، سنجنده تجاري Ikonos و Quick Bird و Orbviewو … .
در زير به برخي از اصطلاحات پرکاربرد در دنياي سنجش‌از پرداخته مي‌شود.
قدرت تفكيك مكاني
ﻗﺪﺭﺕ ﺗﻔﻜﻴﻚ ﻣﻜﺎﻧﻲ ﺳﻨﺠﻨﺪﻩ مشخص‌کننده ﺣﺪﺍﻗﻞ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﺑﻴﻦ ﺩﻭ ﺟﺴﻢﺭﻭﻱ ﺯﻣﻴﻦ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺮ ﺭﻭﻱ ﺗﺼﻮﻳﺮ ماهواره‌ای به‌صورت ﻣﺠﺰﺍ ﺍﺯ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ ﺗﺸﺨﻴﺺ ﺩﺍﺩﻩﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. ﮔﺎﻫﻲ ﻧﻴﺰ آن را به‌صورت کوچک‌ترین ﻋﺎﺭﺿﻪ قابل‌تشخیص ﺭﻭﻱ ﺗﺼﻮﻳﺮ ﺗﻌﺮﻳﻒ می‌شود؛ يعني سنجنده تا چه حد توانايي جداسازي عوارض زميني از هم را دارد. به‌عبارت‌دیگر تا چه ابعادي قابليت آشكارسازي عوارض را دارد، این ﻛﻤﻴﺖ ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ ﺑﺎ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩ ﺯﻣﻴﻨﻲ ﻫﺮﭘﻴﻜﺴﻞ ﺗﺼﻮﻳﺮ ﺍﺳﺖ. برای مثال قدرت تفکیک مکانی تصاویر Landsat 8 برابر با 30 متر میباشد؛ بدین معنی که قطعه زمینی به مساحت 30-مترمربع در روی زمین، در داخل تصویر یک پیکسل را اشغال میکند.
قدرت تفکيک طيفي
در مورد بيان قدرت تفکيک طيفي سنجنده‌ها، تعاريف مختلفي بيان گرديده است، با اين‌حال تمام تعاريف چهار خصوصيت مشترک را براي قدرت تفکيک طيفي بيان مي‌کنند. اين چهار ويژگي عبارتند از: دامنه طيفي، عرض طيفي باند، نمونه‌برداري طيفي و نسبت سيگنال به نويز. دامنه طيفي که يک سنجنده پوشش مي‌دهد در توانايي آن براي تشخيص عوارض کاملاً موثر مي‌باشد. تمايز برخي عوارض در باندهاي مرئي قابل انجام نيست و بايد از اطلاعات مربوط به قسمت‌هاي ديگر طيف الکترومغناطيس استفاده شود. (فاطمي، 1384)
قدرت تفکيک راديومتريکي
اين ويژگي مربوط به حد درجه جزئياتي است که داده‌هاي جمع‌آوري شده در آن بيان مي‌شوند. هر چه تعداد اين درجات بالاتر باشد جزئيات بيشتري باز گو مي‌شوند. جمع‌آوري داده‌ها با يک سنجنده با قدرت تفکيک راديومتريکي بالا لزوماً به معناي يک نمايش با جزئيات بالاتر نيست. معمولا قدرت تفکيک طيفي به صورت تواني از دو بيان مي‌شود. مثلا اگر داده‌هاي سنجنده‌اي بين مقادير صفر تا 255 باشند آنگاه قدرت تفکيک راديومتريکي آن 8 بيتي خواهد بود. در حقيقت اين مقدار بيانگر مقدار خانه‌ةاي حافظه‌اي است که براي ذخيره مقدار يک پيکسل در يک باند لازم است. بالا بردن قدرت تفکيک راديومتريکي به علت پايين آمدن مقدار نسبت سيگنال به نويز دچار محدوديت است. اندازه بين سطوح مختلف نمي‌تواند کمتر از مقدار نويز باشد. دز غير اين صورت نمي‌توان گفت افزايش در درجات خاکستري يک پيکسل آيا مربوط به تغيير مقدار بازتابش شي است و يا در تغيير مقدار نويز. (فاطمي، 1384)
قدرت تفکيک زماني
حداقل مدت زمان مورد نياز يک سنجنده براي تصوير برداري مجدد از يک ناحيه مشخص را گويند. تصوير برداري مجدد از يک ناحيه معمولا در هنگام مطالعات تغييرات صورت‌گرفته در يک منطقه کاربرد پيدا مي‌کند. در برخي موارد يک حادثه غير منتظره در منطقه‌اي روي داده است و نياز به تصاوير ماهواره‌اي از آن مورد نياز است. حال اگر سنجنده داراي قدرت تفکيک زماني کوتاه باشد، مي‌توان از آن به عنوان سنجنده‌اي مناسب براي مطالعه آن مورد خاص در نظر گرفت. برخي از سنجنده‌ها مانند Spot و Ikonos با قابليت نشانه‌روي مي‌تواند قدرت تفکيک زماني خود را افزايش و از مدت زمان مورد نياز خود براي تصويربرداري مجدد استفاده نمايند. (فاطمي، 1384)
کاربري زمين
پوشش اراضی، مواد فیزیکی هر قطعه از سطح زمین است (مانند چمنزار، کوهستان،آب) و کاربری اراضی فعالیت‌های انسانی است که بر روی آن (زمین) انجام می‌گیرد (مانند نواحی مسکونی، نواحی تجاری یا صنعتی). کاربری اراضی ترکیبی از پوشش اراضی متنوع است. به‌عنوان‌مثال واحد مسکونی یک خانوار از الگوی مواد پوشش اراضی (چمنزار، مواد سازنده ساختمان، درختان) تشکیل مي‌شود. ترکیبی از این سطوح و مشخصههای آن‌ها تعیین‌کننده کاربری اراضی است. درواقع پوشش اراضی مفهومی گسترده داشته و به‌تمامی عوارض پوشاننده سطح زمین گفته می‌شود، درحالی‌که کاربری اراضی انواع بهره‌برداری از زمین به‌منظور رف
