بررسي مقايسه‌اي روش‌هاي كشف تغييرات گستره جنگلبا استفاده از داده‌هاي سنجنده‌هاي TM و ETM+

Comparative study of change detection methodsfor forest extent changes using TM and ETM+ imagery

در اين پژوهش 3 روش متداول كشف تغييرات شامل مقايسه پس از طبقه‌بندي، شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گياهي و تفاضل مولفه‌هاي آناليز مولفه‌هاي اصلي يك زمانه و دو زمانه در بررسي ميزان، نوع و نرخ تغييرات گستره جنگل در طرح جنگل‌داري گليداغي استان گلستان با استفاده از تصاوير سنجنده‌هاي TM (سال 1987) و ETM+ (سال 2001) مورد مقايسه قرار گرفتند. پس از تطابق هندسي تصاوير، در روش مقايسه پس از طبقه‌بندي، نمونه‌هاي تعليمي از طبقات جنگل و غيرجنگل انتخاب و طبقه‌بندي با استفاده از الگوريتم حداكثر احتمال بر روي تصاوير انجام گرفت. ارزيابي صحت با استفاده از تعدادي نقاط واقعيت زميني نمونه‌اي صورت گرفت. نتايج ارزيابي نشان داد كه صحت كلي نتايج طبقه‌بندي با تصاوير TM و ETM+ به‌ترتيب برابر با 09/92 درصد و 66/92 درصد بوده است. نتايج طبقه‌بندي به‌منظور كشف تغييرات با همديگر تقابل داده شدند و نقشه تغييرات جنگل تهيه گرديد. در روش تفاضل NDVI، تصاوير NDVI مربوط به دو دوره ايجاد و با يكديگر تفريق داده شدند. ميزان حدود آستانه تغييرات با استفاده از 80 نقطه از مناطق بدون تغييرات از جنگل و غيرجنگل به‌دست آمد و نقشه تغييرات با اعمال حدود آستانه معادل يك و دو برابر انحراف از معيار بر روي تصوير تفاضلي NDVI تهيه گرديد. نتايج ارزيابي با نمونه‌هاي واقعيت زميني در اين روش نشان داد كه نقشه تغييرات به‌دست آمده با استفاده از اعمال حد آستانه با دو برابر انحراف از معيار داراي دقت بيش‌تري در مقايسه با نقشه به‌دست آمده از اعمال آستانه يك برابر انحراف معيار مي‌باشد. در روش آناليز مولفه‌هاي اصلي يك زمانه، دو مولفه اول تصاوير سال‌هاي 1987 و 2001 انتخاب و از يكديگر تفريق شدند. در روش آناليز مولفه‌هاي اصلي دو زمانه، مولفه‌هاي سوم و چهارم به‌دست آمده از آناليز مولفه‌هاي هم‌زمان تصاوير TM و ETM+ (12 باند)، انتخاب گرديدند. پس از اعمال حد آستانه، نقشه تغييرات- نبود تغييرات منطقه به‌دست آمد. به‌طوركلي، مقايسه نقشه‌هاي طبقه‌بندي شده به‌دست آمده از روش‌هاي بررسي با نقشه واقعيت زميني، نشان داد روش مقايسه پس از طبقه‌بندي با صحت كلي 13/85 درصد و ضريب كاپاي حدود 51/0 نسبت به ساير روش‌هاي كشف تغييرات، داراي بهترين نتيجه مي‌باشد و بهتر توانست تغييرات گستره جنگل را نشان دهد.

In this study, three common change detection methods including post classification, differential NDVI and PCA were compared using 1987 TM and 2001 ETM+ imagery to determine the kind and rate of forest extent changes in Golydaghi forestry plan. After geo-referencing of images, training areas from forest and non-forest classes were selected and classification of images was done using maximum likelihood classifier. Accuracy of classified images was assessed using some samples ground truth. Results showed that overall accuracy of TM and ETM+ classified images were %92.02 and %92.66, respectively. The classified maps were crossed to produce the changed forest map. In differencing NDVI method, NDVI indices were created for two dates and differenced each other. Thresholds of change were determined using NDVI values of 80 control points from unchanged forested and non forested areas and the change map was created using applying two standard deviations (SD) thresholds. Results showed that applying two SD could mapped changes better, compared to one SD. In the one date differential PCA, first component of PCA on the TM and ETM+ images were selected and differentiated each other. In two dated PCA, third and fourth component of PCA of whole TM and ETM+ images were selected and one and two SD thresholds were applied for changes mapping. Generally, accuracy assessment of change detection methods using ground truth maps showed that post classification method could better mapped changes with overall accuracy of %85.13 and about 0.51 Kappa coefficient compared to other methods.