پایان نامه تأثیر تصاویر ماهواره ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS ) در توسعه کشاورزی

پایان نامه تأثیر تصاویر ماهواره ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS ) در توسعه کشاورزی

پیشگفتار

انسان پس از سالها تجربه پی برد که برای جلوگیری از فقر و ضایع شدن منابع طبیعی ، باید به همراه طبیعت حرکت نموده و از سرزمین خود به اندازه توان و پتانسیل تولیدی آن بهره برداری نماید .

امروزه ، افزایش جمعیت و بروز تحولات عمده در بهره برداری و نیز توسعه تکنولوژی ، انسان را به فکر یافتن شیوه هایی نوین جهت بهره برداری بهینه و پایدار از سرزمین انداخته است .

فن استفاده از هوا و فضا برای جمع آوری اطلاعات زمین و مطالعه و شناسایی این منابع برای تماس فیزیکی با آنها ، امروزه به عنوان تکنولوژی سنجش از دور (Remote  Sensing ) ، به صورت گسترده مورد استفاده کشورهای مختلف به خصوص کشورهای قدرتمند قرار می گیرد.

 و در زمانهای کوتاه ، حجم قابل توجهی از اطلاعات زمینی ، جمع آوری شده و در برنامه ریزی های مختلف به عنوان اطلاعات پایه ای و مبنا مورد استفاده قرار می گیرد .

با توجه به پوشش وسیع تصاویر ماهواره ای و به ویژه تکراری بودن آنها امروزه از چنین تصاویری در مطالعات مختلف منابع زمینی و تهیه نقشه های گوناگون از جمله :

به هنگام کردن نقشه های موجود ، بررسی تغییرات پدیده های زمینی و کنترل آنها ، تهیه نقشه های کاربری اراضی و قابلیت اراضی ، کنترل فرسایش خاک و کویر زدایی.

 مطالعه آبهای سطحی و شبکه رودخانه ها و بررسی تغییرات آبهای ساحلی ، شناسایی مناطق دستخوش آفات و بیماریهای گیاهی و مناطق آتش سوزی ، شناسایی معادن ، کنترل مناطق شهری و نحوه گسترش شهر ها، بررسی آلودگی آبها ، راه سازی و..... استفاده می گردد .

اکنون بسیاری از کشورهای جهان با درک کامل اهمیت ورود و دستیابی به تکنولوژی فضایی و بهره برداری های صلح آمیز از منابع زمین و حفظ امنیت ملی خود به طریق گوناگون اقدام نموده اند .

بنابراین در این راستا و با توجه به اهمیت تصاویر ماهواره ای و اطلاعات استخراج شده از آن و کاربردهای فراوانی که در زمینه های مختلف دارد .

این تحقیق که جهت استخراج اطلاعات از تصاویر ماهواره ای و نیز ایجاد بستر GIS انجام گرفته در اختیار پژوهشگران و کاربران مختلف قرار می گیرد .

امید است قدمی در راستای گسترش این رشته علمی برداشته شده باشد .

مقدمه :

تحولات و دگرگونی های فراوان منجر به ایجاد بحران های متعددی در سطح زمین گردیده است . هر چند تحول انسان و بهره برداری های وی از منابع طبیعی به شدیت به یکدیگر وابسته اند (D.P.Rao& S.K.Subramanian,1999)

کاهش شدید و توزیع نامتعادل منابع ، افزایش سریع جمعیت ، مهاجرت و توسعه شهر ها ، بیابان زدایی و جنگل زدایی و تهدید گونه های متنوع گیاهی و جانوری ، بخشی از مشکلات عظیم زیست محیطی پرخطر انسانها است.

جاری شدن مکرر سیل طی سالهای اخیر در ایران ، وقوع زمین لرزه ، آلودگی شهرهای بزرگ و رشد بی رویه شهرها و از جمله تهران ، ازبین رفتن سطح وسیعی از جنگل های کشور ، بیابان زدایی و متروکه ماندن کشتزارها به دلیل مهاجرت روستاییان به شهرها ، واردات مواد غذایی و آلودگی های حاصل از صنایع بزرگ در کشور و مشکلات اجتماعی و اقتصادی و فرهنگی ناشی از آن و بسیاری  مشکلات زیست محیطی دیگر ، شرایطی بسیار جدی را پیش روی قرار داده است.

و بعید نیست که به از دست رفتن همه موجودی زمین های حاصلخیز کشور در کمتر از نیم قرن آینده بیانجامد ( دهنمایی ؛ 1371).

استفاده غیر منطقی از سرزمین ، منشاء بسیاری از این بحران ها بوده است . عدم علم و آگاهی کافی در رابطه با نوع استفاده از سرزمین همراه با ضعف مدیریت یا روش بهره برداری نادرست از منابع طبیعی ، از جمله عللی هستند که استفاده غیر منطقی از سرزمین را باعث گردیده .

بنابراین انسان امروز ، نیازمند تفکری عقلانی در مورد کاهش بحران ها و اعمال مدیریت صحیح و برقراری ارتباط درست و اصولی با محیط طبیعی برای ایجاد تعادل در نوع استفاده از سرزمین و امکان برنامه ریزی مناسب تر برای توسعه است .

بی شک شهر نشینی و شهرسازی را ، به خصوص پس از دوران صنعتی ، باید یکی از مهم ترین عوامل تخریب و آلودگی محیط زیست برشمرد .

رشد فیزیکی شهرها ، اراضی مرغوب کشاورزی را بلعیده و از بین برده است و متأسفانه بسیاری از شهرهای کشورما ، در مراحل اولیه شکل گیری ، با هدف استفاده از خاک های مرغوب برای زراعت در کنار یا در اراضی مرغوب استقرار یافته اند .

در یک سرزمین ، نحوه سازماندهی و سیمای محیط های طبیعی و انسانی ساخت ، باید آیینه تمام نمای چگونگی روند توسعه ملی در آن سرزمین باشد .

از این دیدگاه ، برای شناخت میزان توسعه یافتگی یک سرزمین ، اساساً چندان نیازی نیست که به برنامه ها و اهداف معمولاً بلند پروازانه توسعه ملی مراجعه شود .

مشاهده و بررسی محیط زیست سرزمین و بررسی چند شهر و روستا یا چند منطقه کشاورزی و صنعتی به عنوان نمونه ، خود می تواند گویای وضعیت توسعه یافتگی آن سرزمین باشد .

بنابراین ، هرگاه هدف نهایی توسعه ، فراهم آوردن زمینه فرصتهای مناسب برای افزایش کیفیت زندگی و شکوفایی استعدادهای مادی و معنوی جامعه قلمداد شود .

سازماندهی محیط زیست نیز باید در جهت عینیت بخشیدن به این هدف یا حداقل آثار تلاش در جهت نیل به آن در جای جای سرزمین باشد .

به عبارت دیگر ، ساخت فیزیکی محیط باید نشانگر جریان توسعه باشد . برقرار کردن هماهنگی میان اهداف توسعه و بستر فیزیکی ، همچنین بستر اجتماعی – فرهنگی آن ضرورتی اجتناب ناپذیر است .هر چه ، فاصله میان اهداف توسعه و بستر فیزیکی آن بیشتر باشد ، دستیابی به اهداف توسعه نیز دشوارتر می شود .

در ایران ، یکی از علل عدم پیشرفت برنامه های توسعه ، وجود همین فاصله و خلائی عظیم میان اهداف توسعه و بستر آن است ( رهنمایی ؛ 1371).

با روند کنونی توسعه ، امروزه گسترش ساخت کالبدی شهرها نیز به نوعی بیابان زایی تعبیر می شود ، زیرا در اینجا نیز درست مانند بیابان ها انواع مصالح ساختمانی سطح خاک را می پوشانند و برای همیشه ارزش تولیدی کشاورزی آنرا ساقط می کنند

شهرهای بزرگی چون تهران اکولوژی محدوده طبیعی خود را نیز کاملاً تغییر داده اند ( قراگوزلو ؛ 1384 ).

امروزه برنامه ریزی و مدیریت فضاهای شهری و روستایی نیازمند اطلاعات دقیق فضایی در زمانهای متوالی مختلف از طرح تغییرات کاربری های اراضی است.

پایش این تغییرات ، برنامه ریزان و تصمیم گیران اطلاعات مورد نیاز را درباره وضعیت فعلی توسعه و طبیعت تغییرات رخ داده نمایان می سازد.

 و سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی ، ابزار اساسی برای تجزیه و تحلیل کلی این تغییرات و داده های پوشش سطح زمین و تغییرات مورد نیاز را فراهم می کند ( R.Knigam ,2001).

تصاویر حاصل از ماهواره ها را میتوان برای مشاهدات مناطق وسیعی که دسترسی به آنها در سطح زمین دشوار است و نیز برای پایش تغییرات در توزیع مناطق طبیعی در سرزمین به کاربر (S.J.Connor,M.CThomson,S,2002)

کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی به منظور تهیه نقشه های کاربری اراضی و پوشش های سرزمین و بررسی تغییرات کاربری ها طی دوره های زمانی مختلف از مسائل مطرح و مهم روز کشورهای گوناگونی است که در راستای توسعه پایدار گام بر می دارند ( قراگوزلو ، 1384).

اکنون تصاویر ماهواره ای بوسیله سنجنده های موجود در ماهواره تهیه می شوند . برخی از ماهواره ها مانند لندست (Landsat) و اسپارت (Spot) به این شیوه عمل می کنند که در یک دوره زمانی پوششی متناوب از هر ناحیه ارائه می دهند .

سنجنده های روی این ماهواره ها تشعشعات زمین را در قسمت های مختلف طیف الکترومغناطیسی باز می یابند و عملکرد دستان فقط به بخش های قابل مشاهده با چشم انسان منحصر نمی شود .

از تصاویر ماهواره ای برای بررسی تغییرات پوشش سطح زمین و بررسی های مربوط به روند تغییرات سطح کاربری های مورد استفاده اراضی در منطقه مورد مطالعه در این پژوهش استفاده شده است ، که بیشترین عوامل بررسی شده مربوط به توسعه ی کشاورزی روستای قوچ حصار شهرستان ری می باشد .

امروزه از داده های تصاویر ماهواره ای در سطحی وسیع توسط مراکز دولتی ، تجاری ، صنعتی ، عمرانی ، نظامی و آموزشی در سطح جهان استفاده می شود .

مطالعات تغییرات کشاورزی ، جنگل داری ، زمین شناسی و مدیریت منابع و تولید نقشه و مطالعات مربوط به منابع آب از جمله کاربردهای این تصاویر هستند (USGS,USA,2001).

همچنین این تصاویر در مطالعه تغییرات کاربری ها در دوره های زمانی گوناگون نیز مورد استفاده قرار می گیرد.استفاده از GIS از دهه 1980 گسترش فوق العاده یافت .

این سیستم عبارت از : مجموعه ای است سازمان یافته مرکب از سخت افزار و نرم افزار کامپیوتری ، اطلاعات جغرافیایی و افراد متخصص که به منظور کسب ، ذخیره ، بهنگام سازی ، پردازش ، تحلیل و ارائه کلیه اشکال اطلاعات جغرافیایی طراحی و ایجاد شده است.

عنوان

فهرست مطالب

پیشگفتار

مقدمه

فصل اول :کلیات

1-1 بیان مسئله

1-2 فرضیه های تحقیق

1-3 ادبیات تحقیق

1-4 متغیرهای تحقیق

1-5 اهمیت تحقیق

1-6 قلمرو تحقیق

1-7 روش تحقیق

1-7-1 مراحل انجام کار

1-8 بودجه بندی زمانی و مالی تحقیق

1-9 محدودیت های تحقیق

فصل دوم : مبانی نظری

2-1 مروری بر سنجش از دور

2-1-1 تعریف سنجش از دور و سیستم های آن

2-1-2 چگونگی انعکاس طیفی پدیده های سطح زمین

2-1-2-1 انعکاس طیفی گیاهان

2-1-2-2 انعکاس طیفی خاک

2-1-2-3 انعکاس طیفی آب

2-1-2-4 انعکاس طیفی برف و ابر

2-1-3 ماهواره ها در سنجش از دور

2-2 سازمان فضایی هندوستان

2-2-1 IRS (India Remote Sensing)

2-3 تفسیر اطلاعات ماهواره ای

2-3-1 تفسیر چشمی اطلاعات ماهواره ای

2-3-1-1 عناصر تصویر

2-3-1-1-1 تن (Tone)

2-3-1-1-2 بافت

2-3-1-1-3 شکل

2-3-1-1-4 اندازه

2-3-1-1-5 سایه

2-3-1-1-6 پدیده تغییرات زمانی

2-3-1-1-7 الگو

2-3-1-2 کاربرد های عمده تفسیر چشمی اطلاعات ماهواره ای

2-3-1-2-1 به هنگام کردن نقشه های موجود

2-3-1-2-2 بررسی تغییرات پدیدههای زمینی و کنترل آنها

2-3-2 تجزیه و تحلیل و تفسیر قومی اطلاعات ماهواره ای

2-3-2-1 اصول مبنایی

2-4 طبقه بندی اطلاعات  (تصاویر ماهواره ای)

2-5 سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)

2-5-1 اجری سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)

2-5-2 فرمت های داده های GIS

2-5-3 تاریخچه سیستم اطلاعات جغرافیایی

2-5-4 کابرد های سیستم اطلاعات جغرافیایی

2-5-5 نمونه از به کار گیری GIS در تولید کشاورزی

2-6 سنجش از دور و GIS 2-6-1 ارزیابی اثرات زیست محیطی در کشاورزی به کمک سنجش از دور و GIS

2-7 مقدمه ای بر تعریف «توسعه»

2-7-1 توسعه چیست؟

2-8 تعریف کشاورزی

2-9 توسعه کشاورزی

2-9-1 توسعه کشاورزی پایدار : مفاهیم و موانع

2-9-2 الگوهای توسعه کشاورزی

2-9-2-1 الگوی بهره برداری از منابع

2-9-2-2 الگوی حفاظت

2-9-2-3 الگوی موقعیت

2-9-2-4 الگوی نسشه

2-9-2-5 الگوی نهاده های پربازده

2-9-2-6 الگوی نوآوری القایی

2-10 نظریه فون تون (دوایرمتحدالمرکز)

2-10-1 آزمون نظریه فون تونن در روستای قوچ حصار با توجه به تصاویر ماهواره ای و GIS

فصل سوم : ویژگی های جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

3-1 موقعیت جغرافیایی منطقه مورد مطالعه

3-1-1 ارتفاع متوسط منطقه

3-2 ویژگی های طبیعی منطقه

3-2-1 زمین شناسی منطقه

3-2-2 ژئومورفولوژی

3-2-3 منابع خاک

3-3 ویژگی های انسان

3-3-1 وجه ؟؟ روستا و قدرت آن

3-3-2 ویژگی های اجتماعی

3-3-3  جمعیت روستای قوچ حصار

3-4 ویژگی های اقتصادی

3-4-1 سیمای کل اقتصادی ، شامل شناسایی وضعیت کلی اشتغال در روستا و تعیین درصد اشتغال در بخش های عمده فعالیت

3-4-2 انواع و میزان عمده روستا

3-4-2-1 فعالیت های کشاورزی

3-4-2-2 دامداری و پرورش طیور

3-4-2-3 فعالیت های صنعتی و صنایع دستی

3-4-2-4 خدمات

3-5 ویژگی های کالبدی روستا

3-5-1 شکل روستا

3-5-2 شبکه های ارتباطی داخل روستا

3-6 وضعیت کاربری اراضی وضع موجود در روستا

3-6-1-1 مسکونی

3-6-1-2 تجاری

3-6-1-3 اداری3-6-1-4 آموزشی

3-6-1-5 درمانی

3-6-2 تعیین سطوح ، سرانه ها و استاندارد های موجود کاربر های مختلف در سطح روستا

3-7 جدول آمار نفوس و مسکن روستاهای قوچ حصار

فصل چهارم : تحلیل داده ها

4-1 مقدمه ای بر تحلیل داده ها و روش انجام کار

4-1-1 آماده سازی تصویر در محیط نرم افزاری ERDAS

4-1-2 به کار گیری روش جستجوی الگو در GIS به منظور تعیی سطح کشت بهینه محصولات کشاورزی به کمک تصاویر ماهواره ای

4-1-3 روش انجام کار

4-1-3-1تشکیل مدل شبکه آبیاری در GIS

4-1-3-2 نعیین نیاز آبی و میزان آب تأیین شده در شبکه

 4-1-3-3 تعیین سطح کشت بهینه با استفاده از روش جستجوی الگو

 4-1-3-3-1 روش های Dilect search

  4-1-3-3-2 پارامترهای تشکیل دهنده مدل تعیین سطح کشت بهینه مزرعهای در روستای قوچ حصار

4-1-4 نتیجه گیری

4-2 ارتقاء دقت ارزیابی مساحت زیر کشت اراضی کشاورزی با اسافاده از تلفیق داده های سنجش از دور GIS

4-2-1 روش انجام کار

 4-2-1 -1 اختلاط طیف بیش از یک نوع پوشش در پیکسل

  4-2-1 -1 -1 پیکسل های مختلط

4-2-1-2 روش های طبقه بندی زیر پیکسلی (تجزیه اختلاط طیفی)

4-2-1-2-1 روش تجزیه خطی اختلاط طیفی

4-2-1-2 ارزیابی دقت تخمین مساحت

4-2-1-4 مطالعه و ارزیابی دقت تخمین مساحت به کمک تصویر IRS

4-2-2 نتایج

4-2-2-1 تقریب مساحت قطعات کشاورزی

4-2-2-2 پردازش مرز قطعات کشاورزی

4-2-2-3 بحث بر روی ارزیابی مساحت

3-4 تلفیق کاربرد تصاویر ماهواره ای و تکنیک های سنجش از دور و GIS در پیش بینی اثرات زیست محیطی توسعه کشاورزی

4-3-1 روش کار

 4-3-1 -1 تهیه و آماده سازی تصاویر ماهواره ای

4-3-1 -2 تصحیح تصاویر ماهواره ای

  4-3-1 -2-1 تصحیح هندسی

4-3-1-2-2 تصحیح رادیومتریک

4-3-1 -2-3 بارزسازی تصاویر ماهواره ای

4-3-1 -2-4 اندازه گیری صحرایی

4-3-1-3 روابط رگریسیونی

4-3-2 نتایج و بحث

4-3-2-1 مدل رگریسیونی تغییرات مساحت پوشش گیاهی

4-3-2-2 تعیین میزان صحت طبقی بندی تصاویر ماهواره ای در محیط GIS

4-3-2-3 نتایج رگریسیون اثرات توسعه کشاورزی بر بیوماس پوشش زراعی

4-3-2-4 برآورد بیوماس بر اساس تصاویر ماهواره ای

4-3-3 نتیجه گیری و پیشنهاد

4-3-3-1 مدل های رگریسیونی اثرات توسعه کشاورزی بر پوشش زراعی از نظر سطح

4-3-3-2 مدل های رگریسیونی پیش بینی اثرات توسعه کشاورزی بر پوشش زراعی از نظر بیوماس

فصل پنجم : نتایج وپیشنهادات

5-1 خلاصه

5-2 آزمون فرضیات

5-3  نتایج وپیشنهادات 

منابع و مآخذ