پديد آورندگان :
چناري، افروز دانشگاه شيراز - بخش منابع طبيعي و محيط زيست , عرفاني فرد، يوسف دانشگاه شيراز - بخش مهندسي عمران و محيط زيست , دهقاني، مريم دانشگاه شيراز - بخش مهندسي عمران و محيط زيست , پورقاسمي، حميدرضا دانشگاه شيراز - بخش منابع طبيعي و محيط زيست
كليدواژه :
بنه , پهپاد , مدل رقومي سطح زمين , مساحت تاج , زاگرس
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: تاج‌پوشش درختان در مناطق خشك و نيمه‌خشك از اهميت زيادي برخوردارند زيرا بخش‌هايي از زمين كه زير تاج درختان قرار دارند، محيطي مناسب براي اسقرار تجديد حيات و حيات ساير موجودات زنده است. بنابراين آگاهي از وضعيت تاج-پوشش درختان و درختچه‌ها، پايش تغييرات و ارزيابي سلامت آنها ضروري به نظر مي‌رسد. داده‌هاي سنجش از دور برداشت شده بوسيله اغلب ماهواره‌ها، امكان اندازه‌گيري نااريب مساحت تاج تك‌درختان را فراهم نمي‌آورد زيرا از توان تفكيك مكاني مناسب براي اين منظور برخوردار نيستند. از طرف ديگر، دسترسي به اين داده‌ها در زمان مورد نظر پژوهشگر همواره ميسر نيست و در صورت دسترسي، هزينه تهيه آنها زياد است. پيشرفت‌هاي روزافزون سنجش از دور منجر به دسترسي پژوهشگران به پهپاد يا هواپيماي بدون سرنشين شده كه تصاوير برداشت شده توسط اين سكو علاوه بر برخورداري از توان تفكيك مكاني بسيار زياد براي مطالعه دقيق ويژگي‌هاي زيست‌سنجي تك‌درختان، دسترسي به تصاوير در زمان مطلوب پژوهشگر را نيز ممكن كرده است. با توجه به اين موضوع، مطالعه حاضر با هدف ارزيابي كارايي تصاوير پهپاد و مدل رقومي سطح زمين (DSM) حاصل از تصاوير استريو آنها براي برآورد مساحت تاج تك‌درختان بنه در ناحيه رويشي زاگرس انجام شد. همچنين بررسي تأثير اندازه توان تفكيك مكاني DSM بر صحت و دقت برآورد مساحت تاج درختان هدف ديگر اين مطالعه بود.
مواد و روش‌ها: بخشي از جنگل تحقيقاتي بنه با مساحت 45 هكتار پوشيده از يك توده خالص بنه در استان فارس انتخاب شد. در مهرماه 1395، منطقه مورد نظر با 1076 قطعه تصوير هوايي با توان تفكيك مكاني سه سانتي‌متر برداشت شده بوسيله يك پهپاد با ارتفاع پرواز 70 متر تصويربرداري شد. اين تصاوير كه به صورت استريو برداشت شده بود، با استفاده از 12 نقطه كنترل زميني ثبت شده با دستگاه موقعيت‌ياب جهاني سه فركانسه Leica Viva GS15 تصحيح شده و موزاييك آنها تهيه شد. پس از آن، DSM حاصل از فرآيند پردازش Bundle adjustment با سه توان تفكيك مكاني سه، 50 و 100 سانتي‌متر توليد شد. تعداد 100 درخت بنه كه قبلاً موقعيت مكاني آنها ثبت شده و مساحت تاج آنها اندازه‌گيري شده بود، در محدوده مورد بررسي به طور تصادفي انتخاب شدند. ابتدا به كمك الگوريتم پيشنهادي مبتني بر پردازش شيء مبنا تاج درختان به صورت اتوماتيك از لايه DSM استخراج شدند. سپس ميانگين مساحت تاج به دست آمده از DSM تصوير پهپاد و مقدار واقعي آنها با آزمون t جفتي مقايسه شد. همچنين از سه شاخص جذر ميانگين مربعات خطا (RMSE)، كارايي مدل (ME) و امتياز اريبي (BS) براي ارزيابي دقت نتايج استفاده شد.
يافته‌ها: ارتوفتوموزاييك منطقه مورد مطالعه با RMSE برابر 8 سانتي‌متر تهيه شد. از 100 درخت بنه تصادفي كه براي اين پژوهش انتخاب شده بود، در DSM با توان تفكيك مكاني سه، 50 و 100 سانتي‌متر به ترتيب 100، 89 و 80 درخت قابل شناسايي بودند. اگرچه بين ميانگين واقعي مساحت تاج 80 درخت (51/3 مترمربع) شناسايي شده در هر سه DSM و ميانگين مساحت تاج روي سه DSM سه (6/42 مترمربع)، 50 (44/5 مترمربع) و 100 سانتي‌متر (39/2 مترمربع) اختلاف معني‌داري (در سطح 0/05) وجود نداشت ولي همبستگي آنها كاهش پيدا كرد. علاوه بر اين، با كاهش توان تفكيك مكاني DSM مقدار RMSE افزايش و مقدار ME و BS كاهش پيدا كرد.
نتيجه‌گيري: به طور كلي، نتيجه‌گيري شد كه DSM تصاوير پهپاد ابزاري مناسب براي شناسايي و اندازه‌گيري مساحت تاج تك-درختان بنه در منطقه مورد مطالعه بود كه به وضوح، تاج درختان را از سايه و ساير پديده‌ها جدا كرد. علاوه بر اين، نشان داده شد كه با كاهش توان تفكيك مكاني DSM، پردازش داده‌ها تسهيل شده و اختلاف معني‌داري بين اندازه‌گيري‌ها و مقدار واقعي وجود نداشت ولي از دقت نتايج كاسته شد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Crown cover of trees in arid and semi-arid regions is of great importance as the parts of ground under tree canopies are favorable environments for regeneration establishment and survival of other organisms. Therefore, it is essential to be aware of crown cover status of trees and shrubs, monitor their changes and assess their health. Remote sensing data obtained by most of satellites do not make unbiased measurement of crown area of single trees possible as their spatial resolution is not suitable for this purpose. On the other hand, these data are not available at the time researchers need, and if available, they are expensive. Continuous progress in remote sensing results in access of researchers to unmanned aerial vehicle (UAV) that imagery taken by this device have not only very high spatial resolution for precise study of biometric characteristics of single trees, but also availability of images at favorable time for researchers. Considering this issue, this study was aimed to evaluate UAV imagery and corresponding digital surface model (DSM) resulted from stereo images to estimate crown area of wild pistachio single trees in Zagros vegetation zone. Moreover, it was also aimed to investigate the impact of spatial resolution of DSM on accuracy and precision of estimating crown area of the trees.
Materials and methods: A part of Baneh Research Site with area of 45 ha was selected that was purely cover by wild pistachio. In October 2016, the study area was covered by 1076 aerial images with 3.47 cm spatial resolution taken by a UAV flown at 70 m above the study area. The images were geo-referenced using 12 ground control points collected by Leica Viva GS15 three-frequency global positioning system. The DSM extracted using bundle adjustment method was then resampled to three different spatial resolutions of 3.47, 50, and 100 cm. An object-based processing method was proposed in order to automatically extract the crown boundaries from DSM. Number of 100 wild pistachio trees were randomly selected that their spatial position were registered and their crown areas were measured before. The mean crown area obtained by DSM of UAV imagery and the observed mean were compared by paired sample t-test. In addition, three indices of root mean squared error (RMSE), model efficiency (ME), and bias score (BS) were applied to assess the precision of results.
Results: The orhtophoto mosaic of the study area was obtained with RMSE of 8 cm. Among 100 wild pistachio trees randomly selected for this study, 100, 89, and 80 trees were recognized on DSMs with spatial resolution of 3.47, 50, and 100 cm, respectively. Although there was no significant difference between observed mean crown area of 80 trees (51.3 m2) recognized on all DSMs and mean crown area estimated on DSMs with 3.47 (42.6 m2), 50 (44.5 m2), and 100 cm (39.2 m2( )α=0.05), but their correlation decreased. Moreover, RMSE increased and ME and BS decreased with decreasing spatial resolution of DSM.
Conclusion: In general, it was concluded that DSM of UAV imagery is an appropriate means to recognize and measure crown area of wild pistachio single trees in the study area that obviously separated tree crowns from their shadow and other objects. Moreover, it was revealed that with decreasing spatial resolution of DSM, data processing became easier and there was no significant difference between observations and measurements but the precision of results decreased.
