فصل اول:مقدمه. 2

1-1- طرح موضوع.. 2

1-3-اهمیت مطالعه موضوع و اهداف… 5

1-4- روش شناسی و محتوای پایان‌نامه. 6

فصل دوم: بررسی منابع……….7

2-1- مقدمه. 8

2-2-مزایای تولید نقشه های موضوعی با استفاده از داده های ماهواره ای.. 8

2-3-منابع داده های سنجش از دور. 9

2-4- ویژگی های پوشش گیاهی.. 11

2-5- روش انجام مطالعات صحرایی.. 11

2-5-1- جمع آوری داده های صحرایی جهت تهیه نقشه خطر آتش…. 11

2-6- پیش پردازش تصاویر ماهواره ای.. 14

2-6-1- تصحیح هندسی.. 14

2-6-2- پردازش و بارِزسازی تصاویر ماهواره ای.. 16

2-6-3- تصاویر رنگی کاذب… 16

2-6-4- آنالیز مؤلفه های اصلی (PCA). 17

2-6-5- شاخص های پوشش گیاهی.. 18

2-6-6- فیوژن کردن تصویر. 20

2-6-7- روش های طبقه بندی.. 21

2-6-7-الف- طبقه بندی نظارت شده…21

2-6-7-ب- طبقه بندی نظارت نشده……..21

2-6-7ج-طبقه بندی ترکیبی(هیبرید)…………..22

2-7- برازش مدل رگرسیونی……….22

2-8- برآورد صحت نقشه های موضوعی حاصل از دور سنجی………24

2-9- صحت نقشه حاصل از طبقه بندی.. .24

هشت
2-10- مطالعات انجام شده در داخل و خارج کشور. 25

2-10-1مطالعات انجام شده در خارج کشور. 25

2-10-2 تحقیقات انجام شده در داخل کشور. 31

فصل سوم: مواد و روش ها…35

3-1- مشخصات منطقه. 35

3-1-1-موقعیت جغرافیایی.. …….35

 

3-1-2- رژیم بارندگی و اقلیمی منطقه. ……..35

3-1-3- تعداد روزهای یخبندان.. 37

3-1-4- باد. 37

3-1-5- وضعیت زمین شناسی و پستی و بلندی های منطقه. 37

3-1-6- کاربری اراضی.. 38

3-2- مطالعه پهنه بندی خطر آتش سوزی با سنجش از دور. 40

3-2-1- انتخاب منطقه مورد مطالعه. 40

3-2-2- ابزار و داده های مورد نیاز برای مطالعه. 40

3-3- روش انجام مطالعات میدانی.. 41

3-3-1- جمع آوری داده های میدانی.. 41

3-4- پیش پردازش و پردازش داده های ماهواره ای.. 45

3-4-1- تصحیح هندسی و زمین مرجع نمودن تصاویر. 45

3-5-2- جداسازی منطقه مورد مطالعه بر روی تصویر. 45

3-4-2- استخراج اطلاعات رقومی.. 45

3-4-3- بارزسازی تصاویر. 46

3-4-5-الف- تعیین بهترین ترکیب باندی برای تصاویر رنگی کاذب……..46

3-4-5-ب- آنالیز مؤلفه­ی اصلی………….46

3-4-5-ج- فیوژن تصاویر…………..46

3-4-5-ه- تعدیل هیستوگرام……………….46

3-5-  طبقه بندی تصاویر……………. 47

3-5-1- طبقه بندی نظارت شده. 47

3-5-2- طبقه بندی نظارت نشده. 47

3-5-3- طبقه بندی ترکیبی(هیبرید). 47

3-6-تهیه نقشه کاربری اراضی………….47

3-6-1- سایه و ابر. …………….48

3-7-تهیه نقشه پوشش گیاهی.. 48

3-7-1- محاسبه شاخص پوشش گیاهی.. 48

نه
3-8- آنالیز رگرسیون و تعیین مدل.. 48

3-8-1- اعمال مدل رگرسیونی بر داده های ماهواره ای و تولید نقشه. 49

3-9- ارزیابی صحت نقشه های تولید شده. 49

فصل چهارم: نتایج…………….50

4-1- نتایج پردازش و پیش پردازش تصاویر. 50

4-1-1- نتایج پیش پردازش تصویر……..50

4-2- نتایج حاصل از پردازش تصاویر ماهواره ای برای تهیه نقشه کاربری اراضی.. 52

4-2-1- تهیه بهترین ترکیب رنگی………..52

4-2-2- آنالیز تجزیه مؤلفه اصلی.. 53

4-2-3- فیوژن تصاویر. 53

4-2-4- تعدیل هیستوگرام. 54

4-2-5- طبقه بندی تصاویر. 55

4-2-5-الف- طبقه بندی نظارت نشده. 55

4-2-5-ب- طبقه بندی نظارت شده. 55

4-2-4-ج- طبقه بندی به روش هیبرید.. 55

4-3-نتایج حاصل از طبقه بندی تصاویر. 61

4-4- پوشش گیاهی منطقه و نقشه پهنه بندی خطر آتش…. 62

4-4-1- روابط رگرسیونی و تولید نقشه. 63

4-5- طبقه بندی برای خطر آتش…. 68

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری… 79

5-1- استفاده از داده های ماهواره ای.. 79

5-2- انتخاب تصاویر ماهواره ای.. 80

5-3- تصحیح هندسی.. 80

5-4- فیوژن.. 80

5-5- آنالیز مؤلفه های اصلی.. 81

5-6- روش نمونه برداری.. 81

5-7- تعدیل هیستوگرام. 82

5-8- بهترین ترکیب باندی.. 82

5-9- طبقه بندی تصویر. 83

5-10- روش هیبرید.. 83

5-11- مقایسه روش های طبقه بندی.. 84

5- 12- مدل های آماری.. 89

5-13-1- آنالیز باندهای اصلی و درصد پوشش گیاهی.. …………..89

ده
5-13-2- نقشه حاصل از شاخص گیاهی و درصد تاج پوشش گون.. ……………….100

5-13- نقشه پوشش گیاهی………..89

5-14- نتیجه گیری……………………….102

5-15- پیشنهادات…….103

منابع………….104

یازده
چکیده انگلیسی……….112

چکیده                                                                  

آتش سوزی­های عمدی در عرصه منابع طبیعی یکی از بحران­هایی است که هر ساله خسارات غیر قابل جبرانی بر اکوسیستم­ها ی مرتعی و محیط زیست وارد می­سازد به طوری که در سال­های اخیر به عنوان یک مسئله و چالش جهانی معرفی شده است. عرصه­های منابع طبیعی ایران نیز از این امر مستثنا نیست و به دلایل مختلف هر ساله وقوع انواع آتش سوزی­ها در این عرصه­ها گزارش شده است. طبق گزارش سازمان جنگل­ها، مراتع و آبخیزداری کشور هر ساله انواع حریق­ها در سطح جنگل­ها و مراتع به دلایل مختلف بروز می­نماید. طبق همین گزارش از سال 1379 الی 1389، تعداد 14960 فقره آتش سوزی در157121 هکتار اراضی جنگلی و مرتعی کشور روی داده است. بنظر می­رسد عدد واقعی بیش از این باشد. در سال­های اخیر با افزایش فراوانی آتش سوزی­های عمدی در مراتع ، پایش پوشش­گیاهی و پهنه بندی خطر آتش امری ضروری گردیده است. شناسایی و پهنه بندی نواحی دارای خطر آتش سوزی یکی از ابزار­های اساسی به منظور دستیابی به راهکار­های مقابله با آتش سوزی در مرتعداری پایدار محسوب می­شود. یکی از کانون­های بحرانی آتش سوزی­های عمدی در استان همدان، گون­زار­های وسیع شهرستان ملایر است. لذا هدف مطالعه حاضر، تهیه نقشه نواحی دارای خطر آتش سوزی مرتع بر پایه تهیه نقشه پوشش­گیاهی گون درختچه­ای و بوته­ای به منظور مدیریت آتش گون­زارها با استفاده از تصاویر ETM+ است، تا در جهت مدیریت و حفاظت گون­زارها مدیران بتوانند برنامه ریزی نمایند زیرا با تهیه نقشه نواحی دارای خطر آتش­سوزی و برنامه ریزی برای این نواحی می­توان خطرات آن را تا اندازه­ای کاهش داده و به فعالیت­های پیشگیرانه، حفاظتی و مدیریتی در این مورد پرداخت. برای زمین مرجع کردن داده­های ماهواره­ای از 28 نقطه کنترل زمینی و نقشه­های توپوگرافی 1:50000، با اعمال روش نزدیک ترین همسایه و مدل هندسی درجه یک، RMSe کمتر از 1/0 پیکسل ، حاصل گردید. منطقه مورد مطالعه اطراف شهر ملایر در جنوب شرقی استان همدان با مساحت 70000 هکتار، است. جمع­آوری داده­های زمینی برای آنالیز تصاویر با روش نمونه برداری تصادفی طبقه­بندی شده انجام شد كه در هر واحد نمونه برداری تعداد 10 پلات بر روی محیط دایره­ای فرضی به شعاع 20 متر مستقر و درصد پوشش­گیاهی هر پلات برآورد گردید. میانگین اعداد درصد پوشش­گیاهی 10 پلات بعنوان درصد پوشش­گیاهی برای آن واحد در نظر گرفته شد .انواع آنالیز­های پردازش داده­ها­ی ماهواره­ای برای تهیه نقشه کاربری اراضی نظیر فرایند فیوژن به روش Brovey فیلتر­گذاری، تعدیل هیستوگرام، آنالیز مؤلفه­ی اصلی شاخص­گیاهی NDVI، Tasseled Cap، NDBIطبقه بندی نظارت شده و نظارت نشده انجام شد. در نهایت نقشه کاربری اراضی با استفاده از روش هیبرید و ترکیب لایه­های مختلف و روی هم گذاری آنها به دست آمد. نتیجه این طبقه­بندی به دست آمده 16 طبقه کاربری با ضریب کاپای 75/0 به شرح زیر می­باشد: 1- معادن آهن 2- اراضی حاوی آهن 3- زراعت آبی 4- تاکستان 5- زراعت دیم 6- آیش 7- مناطق مسکونی و صنعتی 8- رخنمون سنگی 9- کوه 10- معادن رس 11- خطوط ترابری 12- مسیل و آبراهه 13- فضای سبز شهری 14-. سایه رخنمون سنگی 15- اراضی دست خورده 16- مراتع و دیمزارهای رها شده . بیشترین درصد مساحت منطقه مطالعاتی مربوط به مراتع و دیمزار­های رها شده با مساحت 77/69 درصد و کمترین درصد مساحت مربوط به فضای سبز شهری با مساحت 11/0درصد است. بین داده­های درصد پوشش گیاهی جمع­آوری شده از مراتع منطقه با ارزش­های پیكسل­های نظیر تصاویر با رگرسیون گام به گام، مدل برآورد مقدار تاج پوشش گون تعیین شد. سپس این مدل بر روی تصاویر اعمال و با استفاده از تفکیک تاری و طبقه بندی مجدد، نقشه طبقات خطر آتش به دست آمد. با رگرسیون خطی چند متغییره همبستگی و روابط بین درصد پوشش گیاهی با شاخص­های گیاهی و باند­های اصلی بررسی شد. همبستگی باند 4 و 3 با درصد تاج پوشش گیاهی گون بیشتر از سایر باندها است که در برازش مدل­ها با استفاده از باند­های اصلی، از باند 4 استفاده شد. نقشه تولیدی با استفاده از مدل باند 4 با نقشه پوشش­گیاهی منطقه مطابقت دارد. همبستگی درصد تاج پوشش گیاهی با 12 شاخص گیاهی بررسی شد که شاخص TVI با ضریب همبستگی 76/0 بیشترین میزان همبستگی را نشان می­دهد.بعد از TVI ، شاخص های MND و NDVI و SAVI با ضریب همبستگی 75/0 بیشترین میزان همبستگی را دارند. در نهایت 4 طبقه از دامنه خطرآتش سوزی مراتع منطقه مورد مطالعه تحت: “خطر زیاد” با بیش از 35% تاج پوشش گون ، “خطر متوسط” با 15-35% تاج پوشش گون ، “خطر کم” با 5-15% تاج پوشش گون و دسته چهارم “مراتع بدون خطر” آتش سوزی با 0-5% تاج پوشش گون مشتق شدند. دقت و صحت کلی نقشه تولیدی با روش ماتریس خطا تعیین شد که نقشه نهایی کاپای کلی 70% دارد. نقشه به دست آمده تطبیق زیادی با مکان­های واقعی آتش گرفته طی چند سال اخیر دارد، زیرا با توجه به اختلاف 6 ساله تاریخ تصویر با زمان نمونه بردای، 90% آتش سوزی های رخ داده طی ده گذشته مربوط به طبقه “خطر زیاد” و “خطر متوسط” می­باشد. که این مناطق امروزه جزء مناطق بدون خطر طبقه بندی می­شوند، زیرا دیگر گونی برای آتش زدن در آنها باقی نمانده است. در مطالعه میدانی برای تعیین علت آتش سوزی های مراتع منطقه ملایر، مشخص شد که 100 درصد آتش سوزی­ها عمدی است و با هدف حذف گونه­های خاردار و غیر خوشخوراک غالب گون زارها اتفاق می­افتد تا با باز شدن فضا، گونه­های مرتعی خوشخوراک جایگزین گردند. بررسی مدل نهایی نشان می­دهد که شاخص­های تهیه شده با باند 3 و 4 سنجنده نقش مؤثری درمدل­های رگرسیونی ایفا کردند. نتایج کلی نشان داد که تصویر سنجنده ETM+ برای تولید نقشه کاربری اراضی و خطر آتش سوزی مناسب می­باشد.

واژگان کلیدی: پهنه بندی خطر آتش، ملایر، گون، تصاویر ماهواره ای، ETM+

1-1- طرح موضوع

جنگلها و مراتع یکی از مهمترین و با ارزش ترین مواهب الهی است که نه تنها به عنوان میراثی گرانبهاء از گذشتگان بلکه امانتی است که در اختیار ابناء بشر قرار گرفته تا نسل های آینده، ضمن بهره برداری مناسب، نسبت به حفظ و صیانت آن اقدام نمایند [16] .به همین دلیل، برای مدیریت و بهره برداری بهینه مراتع باید شناخت دقیق از اجزاء اکوسیستم های مرتعی داشته و واکنش آن­ها در برابر دخالت ها و تغییرات گوناگون بررسی نمود [36]. مراتع از نظر علم اکولوژیک، اکوسیستمی پویا و از نظر شناخت آن پدیده پیچیده طبیعی است، در حالت طبیعی و نرمال اجزای تشكیل دهنده همواره با هم در حالت تعادل قرار دارند. هنگامی كه تحت تأثیر یك یا چند عامل مخرب طبیعی یا مصنوعی قرار می­گیرند، با توجه به نوع و شدت اثر آنها، ممكن است حالت تعادل یا قدرت خودتنظیمی آنها ضعیف گشته و یا از بین برود [72]. اساساً گیاهان در جنگل ها و مراتع همیشه در معرض آسیب­های طبیعی و تخریب قرار دارند. هرگونه تغییرات مضر و قابل اندازه گیری در کیفیت فیزیکی، شیمیایی یا توان زیستی منابع طبیعی که موجب از دست رفتن یا کاهش کمی و کیفی خدمات منابع طبیعی مانند کارکرد های فیزیکی و بیولوژیکی آن گردد، اصطلاحاً تخریب یا آسیب منابع طبیعی نامیده می­شود [46]. اصطلاحا” گفته می­شود که “در سیستم اغتشاش یا بی نظمی به وجود آمده است”. یکی از عوامل اصلی ایجاد اغتشاش در بسیاری از اکوسیستم­ها آتش سوزی است. آتش­سوزی طبیعی و یا مصنوعی، به لحاظ اثرات سریع ویرانگری که دارد نقش کلیدی در تغییر شکل ساختار و پویایی مراتع بازی می­کند [71،83،88،99].

مسئله آتش سوزی مسئله ای نیست که به امروز و فردا بسنده شود بلکه امری است که از گذشته­های دور و سالیان متمادی به طور طبیعی وجود داشته و به مرور زمان با آمدن انسان به عرصه، مقدار و تعداد آتش سوزی افزایش یافت [30]. در تاریخ مذکور است که رومی ها و سایر ساکنان منطقه مدیترانه، بیش از٢٠٠٠ سال است که سوزاندن بقایای گیاهان را انجام می­دهند [87]. سرخ پوستان ساکن آمریکا نیز گاهی برای بدست آوردن محصول بیشتر، چمنزارها را آتش میزدند [87]. این روش در ایران برای جلوگیری از گسترش گیاهان مهاجم خاردار در پروژه های اصلاح مراتع به کاربرده نمی­شود ولی در کشورهای دیگر مانند استرالیا و آمریکا به عنوان یک روش اصلاحی محسوب می­شود [35].

آتش سوزی در عرصه منابع طبیعی یکی از بحران هایی است که هر ساله خسارات غیر قابل جبرانی بر اکوسیستم ها و محیط زیست وارد می­سازد به طوری که در سال­های اخیر به عنوان یک مسئله و چالش جهانی تبدیل شده است. عرصه­های منابع طبیعی ایران نیز از این امر مستثنا نیست و بنا به هر دلیلی هر ساله شاهد وقوع انواع آتش سوزی­ها در این عرصه­ها هستیم. طبق گزارش سازمان جنگل­ها مراتع و آبخیزداری کشور هر ساله شاهد بروز انواع حریق­ها در سطح جنگل­ها و مراتع هستند که به دلایل مختلف بروز می­نماید. طبق گزارش سازمان جنگلها، مراتع و آبخیزداری کشور از سال 1379 الی 1389، تعداد 14960 فقره آتش سوزی رخ داده که در مجموع 157121 هکتار در جنگل ها و مراتع کشور روی داده است [28].

آتش سوزی را از لحاظ علل بروز به دو دسته: طبیعی و غیرطبیعی تقسیم می­كنند:

در آتش سوزی­های طبیعی یا خود سوزی، آتش سوزی در اثر تخمیر و فعل و انفعالات شیمیای مواد آلی و لاشبرگ روی هم انباشته در روی زمین و به دام افتادن نور و انرژی حرارتی تابشی خورشید در آنها و همچنین رعد و برق ایجاد می­شود [16]. در عرض­های جغرافیایی شمالی که پوشش جنگلی فراوان تر است، رعد و برق عامل اصلی آتش سوزی می­باشد [117]. آتش سوزی­های ناشی از فعالیت­های انسانی غیر طبیعی قلمداد می­شود و خود به دو دسته آتش سوزی عمدی و غیرعمدی تقسیم می­شود. آتش سوزی­های عمدی عملاً توسط برخی از افراد برای دستیابی به اهداف خاصی ایجاد می­شوند، مثل تبدیل اراضی جنگلی و مرتعی به زمین­های زراعی با هدف تصاحب اراضی منابع طبیعی و یا تغییر تیپ گیاهی و گونه­های غیر خوشخوراک به گونه­های جایگزین مناسب، ایجاد چراگاه به منظور تأمین علوفه بیشتر برای چرای دام از جمله این موارد است که موجب آتش سوزی و وارد شدن خسارت به منابع طبیعی می­گردد. در آتش سوزی­های غیرعمد که در اثر بی توجهی و سهل انگاری صورت می­گیرد می­توان به سهل انگاری در حین گردشگری و تفرج افراد اتفاق می­افتد که در اثر مثلاً پرتاب ته سیگار یا کبریت روشن در مسیر جاده­ها، آتش زدن سرشاخه­ها برای ایجاد گرما با اهداف مختلف زیاد گزارش شده است. همچنین سوزاندن بقایای محصولات کشاورزی در مزارع یا بروز آتش سوزی در اثر عملیات عمرانی یا مواد منفجره اشاره کرد که موجب آتش سوزی و وارد آمد خسارت به منابع طبیعی جنگل و مرتع می‌گردد [16].

از دیدگاه جهانی، آتش سوزی هایی که توسط انسان به صورت آگاهانه و یا ناآگاهانه شکل می­گیرند به مراتب بیش تر از آتش سوزی­های طبیعی است [68]. بررسی­ها نشان می­دهد که در جهان تقریبا 80-90% از آتش سوزی ها به دلایل انسانی رخ می­دهد، چنانچه در اروپا 5% از کل آتش سوزی­ها در اثر عوامل طبیعی رخ می­دهد [65]. در ایران و به طور مثال در استان اصفهان از تاریخ 1389 تا تاریخ 1390 تعداد 390 فقره آتش سوزی در مراتع استان گزارش شده که 100 درصد آنها عمدی و با هدف تغییر گونه­های غالب مرتعی صورت گرفته است [16]. آتش به عنوان یک عامل بوم شناختی می­تواند بر اجزای تشکیل دهنده هر اکوسیستم اثرات مثبت یا منفی داشته باشند [112]. آتش سوزی پوشش گیاهی پدیده ای جهانی است که در اکثر نواحی گرمسیری، معتدل و سردسیری رخ می­دهد بطور طبیعی اتفاق می­افتد [68]. آتش سوزی با توجه به شرایط آب و هوایی هر منطقه و نوع پوشش گیاهی اثر­های متفاوتی بر روی گونه­های مختلف دارد [112].

مطالعات صورت گرفته اثرات آتش سوزی ها را به 3 گروه کلی تأثیرات آتش پوشش گیاهی، خاک و محیط و اتمسفر تقسیم بندی می­کنند. در ذیل به اختصار به توضیح در مورد نکات ذکر شده پرداخته می شود.

الف) اثرات آتش بر پوشش گیاهی

در مورد اثرات آتش بر پوشش گیاهی و یا گون­ های گیاهی می­توان به حذف یا کاهش معنی دار گیاهان چوبی نامرغوب، افزایش تولید و خوشخوراکی علوفه، از بین بردن علف های خشک، بلند و با کیفیت پایین و تجدید علوفه تازه، آزاد کردن مواد مغذی گیاه و لاشبرگ در خاک، تغییر در الگوی توالی و منابع گیاهی، تغییر در میزان جست زنی در گونه­های مختلف، شکستن خواب بذر و