SUPERVISOR
Mohammad reza Vahabi,Reza Jafari
محمدرضا وهابی (استاد راهنما) رضا جعفری (استاد راهنما)
STUDENT
Samaneh Tangedtani
سمانه تنگستانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Application of Spectral Diversity Index in Rangeland Degradation Assessment, Fereydounshahr Region, Isfahan Province
With the passage of time and increasing population growth, the pressure on exploitation of natural resources, especially on rangelands, has increased. The severity of degradation is increasing day to day. Evaluation of rangelands degradation is done using a variety of methods. The best solution is the combination of remote sensing, geographic information systems, and field studies. In this research, remote sensing technology was used to evaluate the rangelands degradation in Fereydounshahr region, Isfahan province.For this purpose, related Landsat 5 satellite imageson June 1987,related Landsat 8 image on May 26th, 2016, andrelated Sentinel 2 image on July 17th, 2016 in FereydounShahr region, Isfahan province, as well as related image of the MODIS sensor on July 2012 in Isfahan province has been used. Geometric, atmospheric, and topography correction algorithms were used to preprocess the images. In this study, the application of moving standard deviation index (MSDI) has been investigated for evaluating the rangelands degradation in Fereydounshahr county.To calculate this index, a 3 × 3 filter was passed through the red band of satellite images (Landsat 5 and 8, Sentinel 2 and MODIS). Then, by calculating the standard deviation of 9 pixels, the MSDI index was calculated for three rangeland locations with good, moderate and poor conditions. To compare the performance of the MSDI index, the NDVI vegetation index was calculated by using red and infrared bands. The results of this study indicate that considering the different nature of the data of different sensors, assessing rangelands degradation and determining rangelands positions,according to the NDVI and MSDI indexes extracted from these data, did not match the results of field studies.The reason is that the factors affecting rangeland conditions are different in remote sensing and field methods. However, by examining the results, it can be seen that among the four Landsat 5, Landsat 8, Sentinel 2 and MODIS images, Sentinel 2is the best image for working with NDVI and MSDI indexes. Because the NDVI and MSDI indexes have been able to better predict the conditions of rangeland locations on this image similar to their fieldconditions. Also, the results show that the NDVI index has been able to better determine rangeland positions in almost all images compared to MSDI.The reason is that in the field studies and NDVI index, the percentage of canopy is a very important and effective factor.So, there are more similarities in the results of these two methods. But the situation of MSDI index is different, because the index is affected by spectral heterogeneity and the rangeland condition is determined just by this factor.The results of ANOVA showed that NDVI index was statistically different in Sentinel-2 and MODIS images for different conditions of rangeland locations. But, this index did not show statistically differences between Landsat 5 and 8 in different rangeland locations. In none of the images, the MSDI index showed a significant difference between different conditions in rangeland locations. Since MSDI is dependent on spectral diversity, it is recommended that this index be evaluated and calibrated in areas with high vegetation degradation, such as surrounding villages and areas with high vegetation diversity. Key words : Landsat,MODIS,MSDI,NDVI,Sentinel,Rangeland condition.
: با گذشـت زمـان و بـا افزایش روز افزون جمعیت، میزان فشار بهرهبرداری از منابع طبیعی به خصوص مرتع نیز افزایش یافته و شدت تخریب روز به روز بیشتر می شود. ارزیابی تخریب مراتع با استفاده از روش های متعددی مورد واکاوی قرار می گیرد که بهترین راهکار روش ترکیبی استفاده از سنجش از دور، سیستم اطلاعات جغرافیایی و مطالعات میدانی است.در این پژوهش نیز از فناوری سنجش از دور جهت ارزیابی تخریب مراتع در منطقه فریدونشهر استان اصفهان استفاده شده است. بدین منظورازتصاویر ماهواره ای لندست 5 مربوط به ژوئن 1987، تصویر لندست 8مربوط به 26 می2016 و تصویرسنتینل2 مربوط به 17جولای2016 متعلق به منطقه فریدونشهر استان اصفهان و تصویر سنجنده مودیسمربوط به جولای2012 متعلق به استان اصفهان استفاده شده است. برای پیش پردازش تصاویر مذکور از الگوریتم های تصحیح هندسی، اتمسفری و توپوگرافی بهره گرفته شد. در این مطالعه کاربرد شاخص انحراف معیار متحرک MSDI برای ارزیابی تخریب مراتع شهرستان فریدونشهر مورد بررسی قرار گرفته است. برای محاسبه این شاخص یک فیلتر3×3از سراسر باند قرمز، تصاویر ماهواره ای(لندست 5 و 8 ، سنتینل2و مودیس) عبور داده شد و با محاسبه انحراف معیار 9 پیکسل، شاخص MSDI برای سه مکان مرتعی با وضعیت های خوب، متوسط و فقیر محاسبه شد.برای مقایسه عملکرد شاخص MSDI شاخص گیاهیNDVIبا استفاده از باندهای قرمزو مادون قرمز محاسبه گردید. نتایج به دست آمده از این پژوهش حاکی ازآن است که با توجه به ماهیت متفاوت داده های سنجنده های مختلف شاخص NDVI و MSDIمستخرج از آن ها در ارزیابی تخریب مراتع و تعیین وضعیت آن ها توافق یکسانی با نتایج حاصل از مطالعات میدانی نداشته اند. علت این است که عوامل موثر در تعیین وضعیت مرتع در روش های میدانی و سنجش از دوری با هم متفاوت هستند. اما از بررسی نتایج می توان دریافت که از بین چهار تصویر لندست5، لندست8، سنتینل 2 و مودیس بهترین تصویر برای کار با شاخص های NDVI و MSDI تصویر سنتینل2 می باشد زیرا شاخص های NDVI و MSDI بر روی این تصویر بهتر توانسته اند وضعیت مکان های مرتعی را مشابه وضعیت زمینی شان پیش بینی نمایند.همچنین نتایج نشان می دهد که شاخص NDVI نسبت به MSDI تقریبا در همه تصاویر توانسته است وضعیت مراتع را بهتر مشخص سازد. علت این امر این است که در مطالعات میدانی و همچنین در شاخص NDVI درصد تاج پوشش گیاهی یک عامل بسیار مهم و تاثیر گذار می باشد. به همین دلیل شباهت بیشتری در نتایج حاصل از این دو روش به چشم می خورد اما در مورد شاخص MSDIوضعیت متفاوت است چرا که این شاخص متاثر از ناهمگونی طیفی است و وضعیت مراتع را تنها بر اساس این عامل مشخص می سازد.نتایج آزمون تحلیل واریانس یکطرفه نشان داد که شاخصNDVI در تصاویر سنتینل2 و مودیس بین وضعیت های مختلف مکان های مرتعی از لحاظ آماری تفاوت نشان داد. اما این شاخص در تصاویر لندست 5 و8 تفاوتی را به لحاظ آماری بین وضعیت های مختلف در مکان های مرتعی نشان نداد. شاخص MSDI در هیچ یک از تصاویر تفاوت معنی داری را بین وضعیت های مختلف در مکان های مرتعی نشان نداد. با توجه به وابستگی MSDI به تنوع طیفی، پیشنهاد می گردد این شاخص در مناطق با تخریب پوشش گیاهی بالا مانند اطراف روستاها و مناطق با تنوع پوشش گیاهی بالا مورد ارزیابی و واسنجی قرار گیرد. کلمات کلیدی: NDVI، MSDI، سنتینل(Sentinel)، لندست، مودیس، وضعیت مرتع