بهره گیری از رویکرد بوت استرپ برای مقایسه روش های مدل سازی آماری در برآورد سنجش ازدوری زی توده روی زمینی جنگل های زاگرس
سال انتشار: 1399
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: فارسی
مشاهده: 557
فایل این مقاله در 19 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_GIRS-11-2_003
تاریخ نمایه سازی: 4 شهریور 1399
چکیده مقاله:
پیشینه و هدف با توجه به اهمیت اکوسیستم های جنگل ها در پروژه های تعدیل تغییر اقلیم، روش های دقیق و کم هزینه برای برآورد زیتوده روی زمینی موردنیاز است. روش های معمول مورد استفاده برای برآورد زیتوده روی زمینی شامل اندازه گیری در عرصه، محاسبه زیتوده با استفاده از معادلات آلومتری و استفاده از فنون سنجش از دوری است. سنجش از دور به طور گسترده برای برآورد زیتوده جنگل ها در دهه های اخیر مورد استفاده قرارگرفته است. یکی از عوامل بسیار مهم در استفاده از داده های سنجش از دوری برای برآورد زیتوده رویزمینی روش مدل سازی آماری مورد استفاده است. تعداد زیادی تحقیق در زمینه استفاده از روش های مدل سازی انجام شده است. به هرحال، این مطالعات با چالش های مختلفی روبرو هستند که برای مثال می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1) هیچ روش مدل سازی به عنوان بهترین روش معرفی نشده است، 2) عملکرد این روش ها متاثر از نوع جنگل، ساختار جنگل و میزان آشفتگی های موجود است. 3) ارزیابی عملکرد و مقایسه نتایج آن ها با استفاده از آزمون نکویی برازش و روش های ارزیابی متقابل انجام گرفته است. با توجه به نقش انتخاب روش مدل سازی مناسب، مطالعه حاضر باهدف بررسی نه روش مدل سازی شامل رگرسیون خطی، مدل تجمعی تعمیم یافته، جنگل تصادفی، ماشین بردارپشتیبان، درختان رگرسیون تقویت شده، k-امین نزدیک ترین همسایه، مدل پردازش گوسی و رگرسیون اسپلاین تطبیقی چندگانه با استفاده از فرآیند بوت استرپ برای برآورد زیتوده روی زمینی جنگل های زاگرس با استفاده از تصویرهای لندست 8 انجام شد. مواد و روش ها مطالعه حاضر در جنگل های کرمانشاه که در غرب ایران درکوه های زاگرس واقع شده است با گونه درختی غالب بلوط انجام شد. جنگل های زاگرس اغلب به صورت تنک و باز بوده و حدود 20 درصد از سطح ایران و 40 درصد از مناطق جنگلی این کشور را شامل می شود. برای اجرای این مطالعه دو منطقه جنگلی با شدت دخالت های انسانی مختلف انتخاب شد: منطقه سرفیروزآباد با شدت تخریب بالا و منطقه جنگلی گهواره با حداقل تخریب. مختصات جغرافیایی این مناطق به ترتیب برای سرفیروزآباد و گهواره عبارتند از 33 درجه و 57 دقیقه تا 34 درجه و 4 دقیقه شمالی و 47 درجه و 3 دقیقه تا 47 درجه و 17 دقیقه شرقی، و 34 درجه 21 دقیق تا 34 درجه و 24 دقیقه شمالی و 46 درجه و 16 دقیق تا 46 درجه و 23 دقیق شرقی است. برای جمع آوری نمونه های زمینی در دو منطقه مورد مطالعه، از نقشه شاخص سطح برگ تهیه شده از تصویرهای لندست براساس مدل جهانی استفاده شد. هر دو منطقه به سه طبقه کم، متوسط و زیاد شاخص سطح برگ طبقه بندی شده و در هر طبقه موقعیت مکانی نمونه ها با استفاده از آماربرداری منظم در قالب یک شبکه 200×200 متر مشخص گردید. نمونه های زمینی به تعداد 124 نمونه مربعی شکل (63 نمونه در منطقه گهواره و 61 نمونه در منطقه سرفیروزآباد) با ابعاد 30×30 متر به اندازه پیکسل های تصویر لندست مورد استفاده برداشت شد. مقدار زیتوده روی زمینی هر درخت یا جست گروه توسط معادله آلومتری پیشنهاد شده برای گونه های بلوط جنگل های زاگرس محاسبه شد. معادله آلومتری مورد استفاده برای برآورد اندوخته زیتوده هر درخت یا جست گروه از دو قطر عمود بر هم تاج درختان استفاده می کند. از جمع اندوخته زیتوده تک تک درختان موجود در قطعه نمونه، مقدار قطعه زیتوده در سطح قطعه نمونه بر حسب تن در هکتار محاسبه شد. منطقه های مورد مطالعه در یک فریم از تصویرهای لندست 8 به شماره گذر 167 و شماره ردیف 36 قرار داشتند. یک تصویر لندست بدون پوشش ابرناکی مربوط به تاریخ 19 مرداد سال 1394 (10 آگوست 2015) مربوط به زمانی که تاجدرختان کاملا بسته بوده و نزدیک به زمان آماربرداری زمینی از سایت USGS دانلود شد. پیش پردازش تصویر مورد استفاده شامل تصحیحات رادیومتری و توپوگرافی به روش C اعمال شد که در مطالعات قبلی پیشنهاد شده است. برای برآورد زیتوده روی زمینی در منطقه های مورد مطالعه با استفاده از سنجش از دور، تعداد 38 متغیر طیفی شامل مقدارهای باندی، نسبت های ساده باندی، شاخص های گیاهی و تبدیل های خطی رایج مانند تسلدکپ و آنالیز مولفه های اصلی از تصویر لندست 8 مورد استفاده استخراج شدند. به طورکلی کارایی 9 روش مدل سازی آماری مختلف شامل روش های پارامتری (رگرسیون خطی)، نیمه پارامتری (مدل جمعی تعمیم یافته) و ناپارامتری (جنگل تصادفی، ماشینبردار پشتیبان، k-امین نزدیک ترین همسایه، درختان رگرسیون تقویت شده، رگرسیون اسپلاین تطبیقی چندمتغیره، کوبیست و مدل پردازش گوسی) برای برآورد زیتوده روی زمینی مورد مقایسه قرار گرفت. ارزیابی مدل ها با استفاده از روش fold-10 و با 1000 مرتبه تکرار و با محاسبه دو آماره ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطا انجام گرفت. این تعداد اطمینان از پایداری نتایج را تامین می کند. نتایج و بحث مشخصه های آماری اندازه گیری شده از قطعه نمونه های زمینی نشان داد که میانگین زیتوده روی زمینی برای منطقه های سرفیروزآباد و گهواره به ترتیب 12.6 و 20.5 تن در هکتار است. تجزیه واریانس نشان داد که اختلاف معنی داری در سطح 0.001 برای مشخصه های ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطای محاسبه شده برای 1000 مرتبه تکرار توسط fold-10 وجود دارد. روش مدل سازی کوبیست در منطقه سرفیروزآباد با میانگین ضریب تبیین محاسبه شده 0.61 نتایج بهتری نسبت به سایر روش ها ارائه کرد. این نتایج برای منطقه گهواره بیانگر کارایی بهتر روش های رگرسیون خطی، مدل جمعی تعمیم یافته و k-امین نزدیکتریین همسایه با میانگین ضریب تبیین 0.87 بود. مقایسه های روش های مختلف مدلسازی در مورد جذرمیانگین مربعات خطای برآوردها با استفاده از آزمون تکی Tukey نشان داد که در منطقه سرفیروزآباد روش کوبیست با مقدار میانگین 3.3 تن در هکتار و روش های k-امین نزدیکترین همسایه و جنگل تصادفی با میانگین 5.8 تن در هکتار اختلاف معنی داری با سایر روش ها داشت. به طورکلی، نتایج این تحقیق بیانگر کارایی مناسب تصویر لندست 8 در برآورد زیتوده روی زمینی جنگل های زاگرس است. این موضوع می تواند به دلیل مقدار کم زیتوده در منطقه های مورد بررسی و نرسیدن آن ها به نقطه اشباع به عنوان یکی از چالش های استفاده از تصویرهای نوری مانند لندست باشد. نتایج دیگر این تحقیق ارزیابی اثر روش مدل سازی برای افزایش صحت برآورد سنجش از دوری زیتوده روی زمینی است. برخلاف نتایج پژوهش های قبلی، رگرسیون خطی نتایج بهتری نسبت به روش های ناپارامتری ارائه کرد که دلیل آن می تواند وجود رابطه خطی زیتوده روی زمینی و متغیرهای طیفی استخراج شده از تصویرهای لندست باشد. در بین متغیرهای طیفی مختلفی که استفاده شد مقدارهای باند قرمز، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز با طول موج کوتاه 1 و 2 به عنوان متغیر نهایی در اغلب روشهای مدل سازی استفاده شدند. نتیجه گیری در این تحقیق، کارایی روش های مختلف مدل سازی را در برآورد زیتوده روی زمینی با استفاده از تصویرهای لندست مورد بررسی قرار گرفت. برآوردهای زیتوده با استفاده از 9 روش پارامتری، نیمه پارامتری و ناپارامتری و با استفاده از ارزیابی متقابل fold-10 و با 1000 مرتبه تکرار مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج بیانگر قابلیت خوب تصویرهای لندست برای برآورد زیتوده روی زمینی جنگل های بلوط زاگرس با هزینه کم است. برآورد زیتوده در منطقه جنگلی گهواره با دستخوردگی کمتر صحت بالاتری نسبت به منطقه جنگلی سرفیروزآباد با تخریب بالاتر داشت.
کلیدواژه ها:
نویسندگان
امیر صفری
دکتری جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
هرمز سهرابی
دانشیار گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی نور، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :