بررسي كارايي شاخص‌هاي گياهي پركاربرد جهت آشكارسازي تغييرات پوشش گياهي در شرايط محيطي مختلف

Investigating the applicability of conventional vegetation indices for vegetation change detection in different environmental conditions

شاخص‌هاي گياهي، جهت تفكيك و استخراج پوشش گياهي روي سطح زمين با استفاده از تصاوير ماهواره‌اي توسعه‌ يافته‌اند. جهت آشكارسازي تغييرات پوشش گياهي، معمولاً تصاوير چند زمانه به‌صورت جداگانه با استفاده از شاخص‌هاي گياهي مورد آناليز قرار مي‌گيرند و يا از روش تفاضل شاخص گياهي استفاده مي‌شود. مروري بر مطالعات گذشته نشان مي‌دهد، با وجود توسعه شاخص‌هاي متعدد گياهي توسط محققان، جهت استخراج پوشش گياهي يا آشكارسازي تغييرات آن به‌ طور معمول از شاخص‌هاي NDVI و EVI استفاده مي‌شود. لذا، هدف از اين مطالعه، مقايسه و بررسي‌اي جامع روي كارايي و قابليت اين دو شاخص در آشكارسازي تغييرات پوشش گياهي در شرايط محيطي و آب ‌و هوايي مختلف مي‌باشد. براي اين هدف، چندين منطقه نمونه با شرايط محيطي مختلف شامل گرمسيري، نيمه گرمسيري و مديترانه‌اي واقع در مناطقي از كشورهاي مالزي، ايران و ايتاليا انتخاب شدند. سپس، روش تفاضل شاخص با استفاده از چند سري تصوير ماهواره‌اي لندست-7 ETM+ و لندست-8 OLI مربوط به دو دوره زماني مختلف در سال‌هاي 2001 و 2014 بكار برده شد. جهت ارزيابي دقت نقشه‌هاي به‌ دست ‌آمده، ماتريس در‌هم‌ ريختگي ايجاد گرديد و پارامترهاي دقت كلي و ضريب كاپا محاسبه شدند. سپس براي مشخص شدن ماهيت خطاها در نتايج به‌دست‌آمده، خطاهاي كميسيون و اميسيون محاسبه شدند. آناليزهاي ارزيابي دقت نشان داد هر چند نتايج حاصل از روش EVI در برخي از مناطق نمونه قابل‌ قبول مي‌باشد، اما در تمامي مناطق نمونه با تنوع محيطي و آب‌ و هوايي مختلف، روش NDVI نتايج بسيار بهتري را جهت آشكارسازي تغييرات پوشش گياهي ارائه نموده است.

Vegetation indices have been developed to characterize and extract the Earth's vegetation cover from space using satellite images. For detection of vegetation changes, usually temporal images are independently analyzed or vegetation index differencing is implemented. A review on previous studies reveal that, in spite of developing several vegetation indices, to extract vegetation cover or vegetation changes usually NDVI and EVI are used. Therefore, the aim of this study is to compare and investigate the applicability of these indices in detection of vegetation changes in different climate and environmental conditions. For this purpose, several test sites in Malaysia, Iran and Italy with different environmental conditions including Tropical, Subtropical and Mediterranean were selected. Then, index differencing method using temporal Landsat-7 ETM+ and Landsat-8 OLI images belonging to the years of 2001 and 2014 were applied. In order to evaluating the accuracy of the output maps, confusion matrix was made to calculate overall accuracy and kappa index. Subsequently, commission and omission errors were calculated to assess nature of the errors in the results. Accuracy assessment analysis indicated that however the results of EVI in some of the test sites were acceptable, but in all of the test sites with variety of weather and environmental conditions, NDVI provided higher accuracy outcomes in detection of vegetation changes.