Telegram-logo
Instagram-logo
مراحل اکتشاف معدن

مراحل اکتشاف معدن هر عملیات اکتشاف(اکتشاف در معنای عام) از دو مرحله اساسی تشکیل شده است، که این مراحل عبارتند از : الف) پیجویی ب)

Baner-MineJobs
Baner-dictionary
به این نوشته امتیاز دهید

https://www.mining-eng.ir/?p=2857

فهرست مطالب

 1- مقدمه

   لايه خاک يا خاک کره (پدوسفر)، يک لايه منحصر به فرد از نظر فعاليت پوياي زيست شناختي است که لايه اي واسط و پيوسته بين سنگ کره، اتمسفر، هيدروسفر و بيوسفر تشکيل مي دهد (شکل 1). در اصل پدوسفر پوست خشکيهاي زمين است که به عنوان غشاي زمين عمل کرده و چرخه هاي بيوژئوشيميايي و آبشناختي مواد و انرژي را در سطح خشکي تنظيم مي کند. به عنوان يک منبع مصرف و کاهش گازهاي گلخانه اي اتمسفر (دي اکسيد کربن، متان، اکسيد نيتروژن و آب)، خاکها تاثير زيادي بر اتمسفر مي گذارند. خاکها از طريق تقسيم بندي آب باران بين رواناب و آب نفوذي، بر چرخه آبشناختي تاثيرگذار بوده که خود در فرايندهاي فرسايشي سنگ کره موثر است. خاکها همچنين به عنوان بافر و فيلتري در برابر مواد آلاينده که بر کيفيت آب اثر مي گذارند، عمل مي کنند، فرايندي که در آن خواص بافري خاکها به طور پيوسته و هماهنگ با تغيير شرايط محيط زيست سازگاري پيدا مي کند. افزون بر اين، خاکها بخشي اصلي بيوسفر را شکل مي دهند که با سيستم هاي بيوژئوشيميايي و اقليم فيزيکي اندرکنش داشته و بر ميزان توليد، شار کربن و تنوع زيستي تاثير مي گذارد (شکل 2). تغييرات بشري در کاربري زمين سامانه هاي بيوژئوشيميايي را تغيير داده و سبب تاثير بر سامانه هاي فيزيکي اقليم شده است. شناخت بهتر فرايندهاي اساسي خاک براي حل بسياري از مشکلات زيست محيطي ضروري است.

Soil1

شکل 1- پدوسفر در سيستم بيوسفر – ژئوسفر

Soil2

شکل 2- نقش خاکها در علوم زمين

استفاده از سيستم هاي سنجنده هوابرد و فضابرد با پوشش هاي همديد و تکراري خود از سطح زمين، براي به نقشه درآوردن تغييرات مکاني ويژگي هاي فيزيکي و بيوژئوشيميايي خاکها، براي اهداف مديريت منابع طبيعي و محيط زيست به طور فزاينده اي در حال گسترش است. خاکها تغييرات مکاني بسيار زيادي را در هر چشم اندازاي نشان مي دهند، که اين به دليل تغيير ويژگي هاي ريخت شناسي در ارتباط با محيطي است که در آن شکل گرفته اند. فرايندهاي خاکزايي عبارتند از اقليمي، زمين شناسي، توپوگرافي، عوامل زيستي، فعاليت هاي انساني و تاريخ (طبيعي و انساني). بنابراين خواص خاک تابعي از تاريخ کنوني و تاريخچه گذشته محيط خاک است و پاسخ هاي خاک به الگوهاي مديريت زمين و محدوديت هاي محيطي اغلب با توجه به اين ويژگي هاي طبيعي خاک، تعيين مي شوند (Bouma, 1994).

مديريت موثر و فرانگري منابع خاک نيازمند داده هاي مکاني در مقياس هاي مختلف است تا بتوان الگوهاي کاربري زمين، ريخت شناسي، توپوگرافي و پارامترهاي آبشناسي و پوشش گياهي را از آنها استخراج کرد. دورسنجي شايد تنها ابزار ممکن براي فراهم کردن داده هاي مکاني فوق در مقياس هاي مختلف و بر مبنايي پايدار و به موقع باشد. در اين بخش کاربرد دورسنجي و روشهاي آن در فراهم کردن اطلاعات مورد نياز براي مطالعه خاکها با هدف پايداري اکوسيستم، کاهش خشکسالي، بهداشت انسان، چرخه بيوژئوشيميايي و کربن، فرسايش و ميزان رسوب، تعادل آب و کيفيت آب مورد بررسي قرار گرفته است. ما به بررسي چگونگي استفاده از دورسنجي براي تشخيص خاکها و فرانگري تغييرات در پاسخ به کاربري زمين و الگوهاي اقليمي خواهيم پرداخت. همچنين نحوه يکپارچه سازي داده هاي دورسنجي با سامانه اطلاعات جغرافيايي، مدل هاي پردازش پويا و داده هاي صحرايي در مقياس هاي مکاني و زماني مختلف براي دستيابي به کاربري پايدار زمين بررسي شده اند.

2- ويژگي هايي که انعکاس خاک را کنترل مي کنند

دانش بسياري در مورد ويژگي هاي نوري خاک از طريق مطالعات آزمايشگاهي گسترده و مطالعات راديومتري صحرايي بدست آمده است. فنون دورسنجي نوري پرتوهاي گسيل شده و بازتاب شده از سطح خاک را اندازه گيري مي کنند، چراکه امواج الکترومغناطيس نفوذ بسيار کمي از محيط دروني و تاريک خاک دارند. Liang (1997) دريافت که عمق قابل تشخيص تنها چهار تا پنج برابر اندازه موثر دانه ها است. ترکيب طيفي انرژي گسيل شده و بازتابي نخست به بيوژئوشيمي، پراکنده سازي هندسي نور (اندازه ذرات، زبري و …) و رطوبت سطح بستگي دارد (Baumgardner et al., 1985; Irons et al., 1989; Ben-Dor et al., 1999). هدف دورسنجي بهره برداري و مدل کردن اين روابط پيچيده و الگوهاي اندرکنش انرژي سطح با هدف نقشه برداري و استخراج اطلاعات در مورد خصوصيات بيوفيزيکي و بيوشيميايي خاکها است.

 2-1- ويژگي هاي بيوشيميايي

علائم طيف بازتابي خاک ناشي از حضور يا عدم حضور و همچنين شکل و موقعيت عوامل جذب کننده خاص در ترکيب آن است. جذب بوسيله پديده هاي شيميايي و فيزيکي مختلف مانند نوسانات بين مولکولي و فرايندهاي الکتروني در اتمها صورت مي گيرد. در محدوده مرئي و فروسرخ نزديک (0.4 تا 1.3 ميکرومتر) از طيف الکترومغناطيس عارضه هاي جذب کننده گسترده اي وجود دارند، براي مثال مي توان از جذب توسط آهن (II) زردرنگ در نزديکي يک ميکرومتر، و جذب ضعيف تر در 0.7 و 0.87 ميکرومتر توسط آهن فريک قرمز نام برد. انتقال بار شديد بين آهن و اکسيژن در طيف آبي و فرابنفش کاهش تندي در طول موج هاي کوتاه تر نشان مي دهد. در نتيجه بيشتر خاکها با افزايش طول موج در محدوده نور مرئي و فروسرخ نزديک از طيف امواج الکترومغناطيس، افزايش بازتاب از خود نشان مي دهند، چراکه آهن به نسبت در همه جا حضور دارد (Mulders, 1987). در اثر فرايندهاي نوساني، خاکها عارضه هاي طيفي متمايزي در محدوده فروسرخ کوتاه (1.3 تا 2.5 ميکرومتر) از خود نشان مي دهند که شامل دو دامنه گسترده از جذب آب در 1.4 و 1.9 ميکرومتر است. کاني هاي داراي هريک از بنيانهاي OH, CO3 و SO4 (مانند کلسيت و ژيپس) عارضه هاي نوساني در طول موجهاي 1.8 تا 2.5 ميکرومتر از خود نشان مي دهند، در حاليکه سيليکاتهاي لايه لايه داراي هيدروکسي طول موج هاي 1.4 و 2.2 ميکرومتر را جذب مي کنند (Baumgardner et al., 1985; Mulders, 1987).

خاکها مخلوطي از مواد آلي و غيرآلي هستند که در نتيجه بررسي ترکيب آنها با کمک علائم طيفي آنها آسان نيست (Ben-Dor et al., 1996). بسياري از علائم طيفي خاکها بسيار به هم نزديک بوده و جداسازي آنها از يکديگر مشکل است. در نتيجه تنها تعداد محدودي از اشکال منحني هاي طيفي خاکها با کمک دورسنجي قابل تميز هستند. Condit (1970) 160 منحني بازتاب طيفي خاک را در بازه 0.32 تا 1.0 ميکرومتر مورد بررسي قرار داد و دريافت که تنها سه شکل اصلي منحني بازتاب طيفي در بين آنها وجود دارد. Stoner and Baumgardner (1981) تعداد بيشتري از انواع خاکها را در محدوده 0.50 تا 2.45 ميکرومتر بررسي کردند (485 نمونه) و پنج نوع منحني بازتاب طيفي خاکها را با توجه به محتوي آهن و مواد آلي آنها معرفي کرده و با بافت خاکها مطابقت دادند (شکل 3). اين مطالعات به همراه تعداد فراواني مطالعات صحرايي و آزمايشگاهي نشان دادند که علائم طيف بازتابي خاکها به شدت تحت کنترل اکسيدهاي آهن، مواد آلي و آب غشايي سطح ذرات موجود در خاک است. شکل منحني ها نمايانگر A: خاک با ترکيب سرشار از مواد آلي و آهن کم. B: خاکهاي با کاني هاي دگرسان و فقير از مواد آلي و آهن C: خاکهاي متاثر از آهن با مواد آلي کم و مقدار آهن متوسط، D: خاکهاي متاثر از مواد آلي با مقدار بالاي مواد آلي که به طور کامل تجزيه نشده اند و مقدار آهن کم، E: خاکهاي سرشار از آهن با مقدار مواد آلي کم.

Soil3

شکل 3- پنچ الگوي واحد از انواع علائم طيفي خاک (Stoner and Baumgardner, 1981)

Soil4
( Courault et al., 1988) شاخص هاي طيفي مختلف را تعريف کرد که از جمله آنها شاخص SO که آلي ترين خاکها را از خاکهاي کربناته تفکيک مي کند و شاخص RF که خاکهاي سرشار از آهن را متمايز مي سازد. (Ben-Dor and Bannin 1994) با بکارگيري تحليلي بر طيف مرئي و فروسرخ نزديک، شامل فشرده سازي طيفي و تحليل مشتق طيفي، توانستند دامنه گسترده اي از اجزاء شيميايي خاک را از تفکيک طيفي دقيق در خاکهاي مناطق خشک و نيمه خشک پيش بيني کنند. روش آنها به باندهاي طيفي بين 15 تا 350، در محدوده مرئي – فروسرخ نزديک، نياز دارد تا پيش بيني بهينه اي از اجزاء شيميايي خاک از جمله کربنات کلسيم، اکسيد آهن (Fe2O3)، اکسيد آلومينيم، سيليس، اکسيدهاي آهن آزاد و اکسيد پتاسيم، ارائه دهد. وجود برگهاي تجزيه نشده و ديگر پوشش هاي گياهي غيرفتوسنتز کننده (Nonphotosynthetic vegetation; NPV) در سطح خاک بر علائم طيف بازتابي خاک تاثير مي گذارند. مطالعات بسياري به بررسي خواص شيميايي و نوري ماده آلي خاک به عنوان تابعي از منشاء گياهي و سن، پرداخته اند (Aber et al., 1990). Stoner and Baumgardner (1981) سه نوع شاخص از اشکال منحني هاي طيفي را براساس مراحل مختلف تجزيه زئدات گياهي در خاک، معرفي کردند. منحني فيبريک (fibric) که نشانگر کمترين تغيير در بافت اوليه گياه بوده و در نتيجه خواص بازتابي بالايي دارد، منحني هميک که نشانگر مراحل مياني تجزيه مواد آلي است و منحني ساپريک که نشانگر تجزيه و فساد بالاي مواد زائد است، که کمترين ميزان بازتاب را نشان مي دهند. (Ben-Dor et al.,1997) دريافتند که شيب هايي که در محدوده مرئي – فروسرخ نزديک از طيف امواج بازتابي وجود دارند و همچنين عارضه هاي جذبي که در محدود فروسرخ نزديک – فروسرخ کوتاه قرار دارند، در بررسي ويژگي هاي نوري مواد آلي خاک در مراحل مختلف تجزيه بيوشيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند. (McLellan et al. 1991) از تحليل فروسرخ نزديک (NIRA) براي پيش بيني مقادير نيتروژن، ليگنين و سلولز در حين تجزيه مواد برگ به ماده آلي خاک استفاده کردند.

 2-2- اندرکنش هاي نوري – هندسي

بيشتر سطوح خاکي، امواج تابيده شده را به صورت غيرايزوتروپ پراکنده مي کنند که اين پديده ناشي از ساختار سه بعدي خاک است. پراکنده سازي به صورت پراش و بازتاب آينه اي رخ مي دهد و تابعي از خواص هندسي (اندازه دانه، نسبت ابعاد و زبري) سطح، زاويه نگاه سنجنده، زاويه تابش خورشيد و موقعيت آزيموتي نسبي خورشيد و سنجنده نسبت به سطح است (Kimes et al., 1984; Irons et al., 1989; Ben-Dor et al., 1999). در کوتاه ترين طول موج ها که بيشترين تاثير را مي پذيرند، ناهمواري و هندسه خورشيد – سنجنده – خاک، علائم طيفي خاک و تداخل هاي خواص پايه خاک مانند کاني شناسي خاک را تغيير مي دهند. داده هاي دورسنجي که در هندسه هاي متفاوتي از تابش خورشيد و سنجنده برداشت شده اند، بدون تصحيح اين اثرات زاويه اي، لزوما قابل مقايسه نيستند.
توزيع اندازه دانه و تغييرات ارتفاع سطح (زبري) از مهمترين عوامل موثر بر بازتاب جهت يافته خاکهاي برهنه هستند. اين عوامل باعث کاهش ميزان بازتاب با افزايش زبري دانه ها مي شوند به نحويکه دانه هاي درشت داراي فضاهاي بين دانه اي و تله هاي نوري فراوان هستند. خاکهاي بدون ساختار، هموار و نرم، به طور کلي انرژي بيشتري بازتاب کرده و روشن تر هستند. با وجود اندازه دانه ريزتر، خاکهاي رسي از خاکهاي ماسه اي تيره تر به نظر مي رسند، چراکه ذرات رس به صورت سطحي با زبري بيشتر عمل مي کنند.
تابع توزيع بازتاب دوجهته (bidirectional reflectance distribution function (BRDF)، رفتار سطح بازتاب کننده و پراکنده ساز را به صورت تابعي از زاويه هاي تابش و ديد براي يک طول موج خاص، بيان مي کند. رابطه اين تابع عبارتست از:

Soil5

با واحد Sr-1 ، ?s و s? به ترتيب زاويه هاي راسي و زاويه آزيموتي تابش خورشيد و ?v و v? زاويه هاي راسي و آزيموتي ديد سنجنده هستند. با اين وجود، اغلب، اين تابع به طور ساده به عنوان عامل بازتاب دو جهته (BRF = ?BRDF) در وضعيت هاي مختلف زاويه ديد آزيموتي و راسي با موقعيت خورشيد معرفي مي شود (Walthall et al., 1985). BRDF يک ويژگي فيزيکي ذاتي سطح است که مي توان از آن براي بدست آوردن توصيف گرهاي هندسي خاک، مانند اندازه، شکل و جهت يافتگي عناصر زبري سطح، استفاده کرد.

تلاشهاي قابل توجهي براي توسعه مدلهاي تجربي و انتشار امواج براي توصيف الگوهاي BRDF سطح خاک انجام شده است (Pinty et al., 1989; Deering et al., 1990; Irons et al., 1992; Jacquemoud et al., 1992; Liang and Townshend, 1996; Ben-Dor et al., 1999). به طور کلي رفتار زاويه اي سطح تابعي از اثرات منطقي، که بيشتر براي نقاط داغ (hotspots) مد نظر قرار مي گيرند، پراکنده سازي حجمي در محيط هاي متخلخل و اثرات سطحي از جمله سايه ها و هندسه سطح است. آگاهي از BRDF يک سطح خاک، اين امکان را فراهم مي کند تا تصحيحات لازم براي تغييرات بازتاب با زاويه، از طريق نرمال کردن پاسخ نسبت به يک هندسه مشاهده مشخص مانند نقطه قعر، صورت گيرد. مجموع BRDF در سراسر نيمکره، آلبدو، يا نسبت انرژي پراکنده شده از سطح به صورت امواج کوتاه (0.4 تا 4 ميکرومتر) به کل انرژي تابيده شده بر روي سطح، را تشکيل مي دهد. آلبدو يک متغير اساسي در مطالعات توازن انرژي، مدلسازي اقليم (Middleton et al., 1987) و مطالعات تخريب خاک به شمار مي آيد. Jacquemoud et al., (1992) مدل SOIL-SPECT را براي بيان ويژگي هاي نوري خاک بين طول موج هاي 450 تا 2450 نانومتر تدوين کردند. آنها نشان دادند که طيف آلبدو پراکنده سازي منفرد، نشانگر خصوصيات ذاتي طيفي خاک است که به اجزاء بيوژئوشيميايي و رطوبت خاک وابسته بوده و مستقل از هندسه اندازه گيري است. اين مسئله از اهميتي فراوان در مقايسه بين طيف هاي خاک که در شرايط مختلفي از هندسه اندازه گيري بدست آمده اند، برخوردار است.

 2-3- رطوبت خاک

رطوبت خاک تاثيري شديد بر مقدار و ترکيب انرژي بازتابي و گسيل شده از سطح خاک دارد و در نتيجه مي توان از اندازه گيري هاي انجام شده در تمام گستره امواج الکترومغناطيس، اطلاعاتي درباره رطوبت خاک بدست آورد. در منطقه طول موج کوتاه، اثر اصلي آب جذب شده بر بازتاب خاک کاهش انرژي بازتاب شده است که در نتيجه خاک مرطوب، تيره تر به نظر مي رسد، به ويژه باندهاي آب جذبي در 1.45 و 1.9 ميکرومتر قرار مي گيرند (Reginato et al., 1977). کاهش بازتاب با ضخامت فيلم آب در اطراف ذرات خاک متناسب است که مي توان آن را با محتوي آب گراني سنجي و همچنين وضعيت انرژي آب جذب شده مرتبط دانست (Idso et al., 1975). رفتار حرارتي خاک به شدت تابع رطوبت خاک است که گرم شدن و سرد شدن خاک را از طريق تقسيم کردن انرژي تابشي به انرژي پنهان و گرماي محسوس کنترل مي کند. اختلاف در دامنه و تغييرات روزانه دماي سطح خاک، نتيجه اختلاف اينرسي حرارتي است که نخست به محتوي رطوبت و سپس ويژگي هاي بافتي خاک وابسته است (Mulders, 1987). Reginato et al. (1976) نشان دادند که چگونه دماي بيشينه و کمينه روزانه سطح خاک، همانند دماي بيشينه و کمينه روزانه هوا با محتوي آب خاک (0-2 سانتيمتر) نسبت معکوس دارد.

هر دو روش دورسنجي فعال و غيرفعال مي توانند به دقت رطوبت خاک را در ضخامت 5 سانتيمتري بالاي خاک اندازه گيري کنند. طول موج هاي بلندتر (> 5 سانتيمتر) بهترين گزينه براي اندازه گيري رطوبت خاک هستند (Ustin et al., 1991; Engman, 1995) مبناي نظري اندازه گيري هاي دورسنجي ميکروويو براي رطوبت خاک از اختلاف شديد بين خواص دي الکتريک آب مايع و خاک خشک حاصل شده است. افزايش رطوبت خاک سبب بزرگتر شدن ثابت هاي دي الکتريک مي شود. در فرکانس هاي L-band (1 تا 2 گيگاهرتز يا 15 تا 30 سانتي متر) ثابت دي الکتريک آب 80 و در خاک خشک 3 تا 5 است و با افزايش رطوبت خاک ثابت دي الکتريک خاک مي تواند به بيش از 20 افزايش پيدا کند.

در دورسنجي ميکروويو به روش غيرفعال از رطوبت خاک، دماي روشني (Tb; Brightness Temperature) اندازه گيري مي شود که عبارتست از محصول دماي سطحي و دماي انتشار سطحي. انتشار سطحي (Surface emissivity) مي تواند از 95% در زماني که خاک خشک است تا کمتر از 6% زماني که مرطوب است، تغيير کند. همچنين مقدار آب به زبري و ناهمواري سطح نيز حساس است. براي دورسنجي فعال ميکروويو سطح خاکها، دماي اندازه گيري شده رادار بازپراکنده شده ?s0، با رطوبت خاک نسبت مستقيم دارد ولي همچنان به زبري سطح خاک نيز حساس است.

 3- تعيين ويژگي هاي خاک در مقياس چشم انداز (Landscape Scale)

در سطح چشم انداز اندازه گيري ويژگي هاي خاک و استنباط اطلاعات خاک از داده هاي سنجنده هاي هوابرد يا فضابرد بسيار مشکل تر است. اين دشواري به دليل تغييرات شديد مکاني ويژگي هاي خاک و پوشيده شدن سطح خاک با گياهان و زئدات گياهي است.
شخص مي بايست تغييرات طيفي ناشي از شرايط بيروني اندازه گيري، کاليبراسيون ابزار، توپوگرافي و اتمسفر را از تغييرات ناشي از ويژگي هاي ذاتي خاک و مواد سطحي متمايز کند (Huete, 1996). اتمسفر اثري قوي بر علائم طيفي سطح خاک دارد در حاليکه اثرات آن بر سطوح روشن تر و سطوح ماسه اي کمتر است. تميز دادن و به نقشه درآوردن انواع خاک و خواص خاک نه تنها تابعي از ويژگي هاي نوري مواد سطحي است، بلکه از ويژگي هاي سنجنده مانند تعداد باندهاي موجي، عرض باندها، تفکيک مکاني و نويز دستگاه نيز تاثير مي پذيرد. اطلاعات موجود از کارهاي آزمايشگاهي، صحرايي و مدلها، مبناي استوار و نقطه آغازين براي استخراج اطلاعات خاک در سطوح چشم اندازهاي بسيار ناهمگن تر (هتروژن) فراهم کردن است.
انواع گسترده اي از سامانه هاي سنجنده هوابرد و فضابرد وجود دارند که براي مطالعه خاک ها در سطح چشم انداز و براي مديريت پيشرفته منابع خاک از فضا مورد استفاده قرار مي گيرند (جدول 1). سنجنده هاي هوابرد و فضابرد مي توانند انرژي بازتاب شده و گسيل شده از سطح خاک را در بازه اي گسترده از مقياس هاي مکاني و زماني و به عنوان تابعي از طول موج، هندسه تابش خورشيد و وضعيت قطبي شدن، اندازه گيري کنند. به طور کلي قابليت هاي بهتر تفکيک خاکها با تفکيک مکاني و طيفي دقيق تر و با اندازه گيري هاي جهت يافته که اطلاعات بيشتري فراهم مي کنند، قابل دستيابي است. از داده هاي دورسنجي براي تعيين صفات و به نقشه درآوردن خاکها به چند طريقه مختلف استفاده مي شود:

– دورسنجي اندازه گيري مستقيم را در مقايسه با روش هاي سنتي صحرايي امکان پذير ساخته است. اندازه گيري مستقيم از سطوح رخنمون دار خاک در مناطق داراي پوشش گياهي و مناطق عريان صورت گرفته و داده هاي آن با توجه به دانش گسترده که از مطالعات صحرايي و آزمايشگاهي بدست آمده است، تفسير مي گردند. اندازه گيري مستقيم اطلاعات لازم از ساختار طيفي خاک، رطوبت و خواص بافتي آن را فراهم مي کند.
– مدلهاي ترکيبي و انديس هاي خاک براي مناطقي که به طور محدود داراي پوشش گياهي هستند، بکار گرفته مي شوند تا ويژگي هاي شناخته شده خاک متمايز شوند و تصاويري از مولفه هاي خاک تهيه شود.
– انواع خاک و ويژگي هاي خاک شامل ويژگي هاي ريزتر (مانند ظرفيت نگهداري آب) را ممکن است بتوان از اندازه گيري هاي دورسنجي پوشش گياهي و خاک بدست آورد.
– از اندازه گيري هاي دورسنجي ممکن است بتوان براي تهيه اطلاعات توپوگرافي، پوشش زمين و کاربري زمين براي مطالعات خاک استفاده کرد.

Soil6
جدول 1- سنجنده هاي با تفکيک ريز که در مطالعه خاک مناسب اند.

3-1- اندازه گيري مستقيم

   در مناطق خشک و بسيار خشک موفقيت بسياري در زمينه نقشه برداري خاک با دورسنجي بدست آمده که اين به دليل غالب بودن علائم طيفي خاک و جزئي بودن سيگنالهاي پوشش گياهي در اين مناطق است. تا زمانيکه شرايط زمين شناسي و کاني شناسي زيرسطحي تغيير مي کنند و کاني شناسي خاک در طيف بازتابي غلبه دارد، تنوع طيفي سطح بالا خواهد بود. ماسه هاي روشن، مواد آتشفشاني و خاک هاي غني از آهن هوازده را مي توان در نزديکي يکديگر يافت و پوسته هاي زيستي به تنوع طيفي خاک در مناطق خشک و نيمه خشک مي افزايد (شکل 4).

از دهه 1930 عکس هاي هوايي به طور معمول براي برداشت خاک و نقشه برداري از آن در آمريکا مورد استفاده قرار گرفته اند. در اوايل دهه 1960، عکس هاي رنگي به شدت تمايز در واحدهاي نقشه برداري شده خاک و ويژگي هاي زهکشي خاک، را قوت بخشيدند (Irons et al., 1989). در سال 1972 برنامه ماهواره لندست تهيه داده هاي چند طيفي و فنون شناسايي الگوها براي نقشه برداري خاکها را آغاز نمود. کيفيت بالاتر، ثبات و پوشش داده هاي همديد، بهره وري فرايندهاي بررسي خاک را نسبت به عکس هاي هوايي به شدت تقويت کرد. سه ماهواره اوليه لندست داراي سنجنده ها اسکنر چند طيفي (MSS) بود که از چهار باند وسيع در محدوده نور مرئي و فروسرخ نزديک با اندازه پيکسل 80 متر تشکيل شده بود. Donker and Mulder (1977) کاربرد داده هاي رقومي چند طيفي را براي تهيه نسبت باند (Band ratio) تصوير و تحليل مولفه هاي اساسي نشان دادند که اين موارد تفکيک رده هاي طيفي خاک را به شدت بهبود داد. نسبت ها قادر بودند تا عارضه هاي جذبي خاک را تقويت کنند و در عين حال اثرات روشن سازي خاک را کاهش دهند. Weismiller et al. (1977) با ترکيب فنون شناسايي الگوها از داده هاي MSS با چند دسته داده کمکي بايگاني شده مانند ويژگي هاي حوضه آبريز توانستند تمايز بيشتري در واحدهاي خاک بدست آورند. مطالعات ديگر توانايي MSS را در نقشه برداري خاک در مناطق خشک و نيمه خشک بيشتر نشان داد (Horvath et al., 1984; El-Hady et al., 1991). لندست 4 و 5 در سالهاي 1982 و 1984 پرتاب شدند و علاوه بر MSS، داراي يک نقشه بردار موضوعي (TM) بودند. سنجنده TM 6 باند پهن دارد که اندازه پيکسل آن 30 متر است و يک باند حرارتي که تفريق چند طيفي سطوح خاک را به شدت افزايش داد و فرصت هاي بيشتري براي به تصوير درآوردن محض سطوح خاک فراهم آورده است. Escadafal and Pouget (1986) پروژه نقشه برداري خاک در جنوب تونس را با کمک قابليت هاي مکاني و طيفي بيشتر TM اجرا کردند و توانستند انواع خاکها را شناسايي کرده و منابع خاک و کاربري مناسب زمين را توصيف کنند.

Soil7
شکل 4- تصوير MODIS رود نيل از خارطوم تا آسوان که تغييرات گسترده طيفي سطوح خاک را مناطق خشک نشان مي دهد (باندهاي 1، 3 و 4 با تفکيک 250 متر؛ 4 نوامبر 2000).
 (Prasad et al.1990) از داده هاي TM براي تهيه نقشه از منابع خاک و زمين کارانتاکاي شمالي هند بهره بردند. آنها رده هاي کاربري زمين براي توسعه برنامه ريزي کاربري زمين را تعريف کردند. Baumgardner et al. (1985) خلاصه اي خوب از کاربرد داده هاي طيفي و مکاني فراهم شده از سنجنده هاي لندست، در جهت کمک به نقشه برداري خاک و مديريت آن ارائه کردند.
(ETM+  Enhanced Thematic Mapper) در آوريل سال 1999 پرتاب شد و قابليت هاي لندست براي نقشه برداري خاک را با يک باند پن کروماتيک 15 متر و يک باند حرارتي 60 متر افزايش داد (جدول 1). لندست TM و ETM باندهاي با تفکيک ريز TIR و SWIR فراهم کردند که براي مطالعات خشکي رطوبت خاک مفيد بودند.

ماهواره هاي با تفکيک متوسط تا درشت نيز در نقشه برداري خاک و در مناطق خشک که سيگنالهاي خاک در آنها نسبت به پوشش گياهي غلبه دارد، مفيد بودند.( Escadafal and Pouget 1986) با بهره گيري از داده هاي کانالهاي مرئي و فروسرخ نزديک ماهواره AVHRR نوآ، با تفکيک مکاني 1.1 کيلومتر، نقشه خاکها در سطح منطقه اي گسترده و کمتر شناخته شده از صحراي آفريقا را تهيه کردند (جدول 2). سنجنده SeaWiFS که در آگوست 1997 پرتاب شد داده هاي جهاني را در 8 باند رنگي باريک بين 400 تا 900 نانومتر و با تفکيک 1.1 کيلومتر تهيه مي کند، که اطلاعاتي مفيد مرتبط با خواص فيزيکي خاک و رنگ سطح در اختيار قرار مي دهد. رنگ خاک معياري ساده و جانشين براي تخمين بسياري ديگر از اجزاء خاک که اندازه گيري آنها مشکل است، بدست مي دهد و در نقشه برداري خاک به عنوان نشانگري از حضور مواد آلي، اکسيد آهن، کربناتها و رطوبت، کاربردي فراوان دارد. تنوع مکاني و زماني رنگ سطح خاک سرنخ هاي مهمي از فرايندهاي فرساينده زمين مانند شوره زايي، فرسايش و وضعيت زهکشي خاک ارائه کردند (Latz et al., 1984; Mougenot et al., 1993; Thompson and Bell, 1996). براي مثال وجود رنگهاي خاکستري نشان دهنده زهکشي ضعيف و خيس شدگي در آب است. مطالعات بسياري وجود رابطه بين رنگ خاک و اندازه گيري هاي نوري دورسنجي را نشان داده اند، که امکان مرتبط ساختن داده هاي فراوان منتشر شده از رنگ خاک را با داده هاي دورسنجي برقرار مي سازد (Fernandez and Schulze, 1987; Escadafal et al., 1988, 1989; Escadafal, 1993; Post et al, 1994; Galva?o et al., 1997; Mattikalli et al., 1997; Mathieu et al., 1998).

طيف سنج تصويري با تفکيک متوسط (Moderate Resolution Imaging Spectrometer; MODIS) ابزاري کليدي، نصب شده بر سامانه هاي مشاهده زمين ترا (Terra) و آکوا (Aqua) به شمار مي آيد که در دسامبر 1999 و مي 2001 به فضا پرتاب شدند (Salomonson et al., 1989; Running et al., 1994). ماهواره هاي ترا و آکوا در مدارهاي همزمان با خورشيد قرار داشته و به ترتيب داراي استواي زمان محلي 10:30 صبح و 1:30بعد از ظهر هستند. هر ابزار MODIS، مشاهدات مکاني و زماني از سطح زمين را در 36 باند با تفکيک مکاني 250 و 500 متر و يک کيلومتر، فراهم مي کند که چرخه تکرار آن يک تا دو روز است. ميدان ديد آنها50± درجه است که 2300 کيلومتر را اسکن مي کند (شکل 5). MODIS يک دسته 9 تايي از باندهاي رنگي اقيانوسي در محدوده 405-877 نانومتر دارد که اطلاعاتي از رسوبات نواحي ساحلي فراهم مي کند. همچنين يک دسته از باندهاي حرارتي براي شناسايي آتش سوزي و فرانگري دماي سطح نيز در اختيار دارد.

Soil8
جدول 2- سنجنده هاي با تفکيک درشت و متوسط که در فرانگري فرايندهاي خاک سودمند هستند.
Soil9
شکل 5- تصوير MODIS از انتقال رسوبات در دهانه رودخانه يانگ تسه چين (باندهاي 1، 3 و 4 با تفکيک 250 متر؛ 16 سپتامبر 2000)

– چشم اندازهاي پيچيده

   در محيطهاي مرطوب تر، فرصت هايي وجود دارند تا سطح خاک را به طريق دورسنجي بررسي کنيم. با اين وجود اغلب سطوح خاک مقادير قابل توجهي مواد زائد و پوشش گياهي دارد که مانند ماسکي در برابر سيگنالهاي خاک عمل مي کند و استخراج و تفسير داده هاي خاک را دشوارتر مي سازد. اين مشکل زماني حادتر مي شود که تصاوير تفکيک درشت تري داشته و يافتن پيکسل هايي که تنها نشانگر خاک باشند، غيرممکن مي شود. برخلاف اين مشکلات، تاثيرات خاک بر ويژگي هاي بازتابي چشم انداز کاملا آشکار بوده و بالقوه قابل بررسي است. تقريبا 70% سطح خشکي هاي زمين از پوشش گياهي غير متراکم، که به نسبتهاي متفاوت سطح خاک رخنون دار را مي پوشاند، تشکيل شده اند و در عين حال يک پس زمينه پوشيده از مواد زائد نيز وجود دارد (Graetz, 1990). مناطق با پوشش تنک و باز عبارتند از بيابانها، تندرا، علفزارها، بوته زارها، ساوان، درختزار، غرقابه ها و بسياري از جنگل هاي نامتراکم که سبب تغييرات مکاني و زماني پيچيده اي در طيف بازتابي اجزاي سطح زمين مي شوند.
تمايز گستره و ناهمگني مکاني خاک، زئدات گياهي و پوشش گياهي براي بررسي چشم انداز، فرايندهاي آبشناسي و بيوژئوشيمايي مهم بوده و براي تحليل کارکرد اين محيط هاي حياتي است (Anser and Lobell, 2002). براي مثال، فرايندهاي فرسايش خاک به مقدار و توزيع پوشش گياهي نگهدارنده و زئدات گياهي بستگي دارد در حاليکه جذب کربن و نيترات و تعريق به قسمت سبز گياه وابسته است.

3-2-1- مدلسازي ترکيبي

پاسخ طيفي دورسنجي از کاناپه هاي باز تابعي از تعداد و نوع اجزاء بازتاب کننده، ويژگي هاي نوري آنها و تناسب نسبي آنهاست. ويژگي هاي نوري و نسبت ترکيب با تغيير فصل و تبديل پوشش زمين تغيير مي کند (Adams et al., 1995). از روشهاي تحليل ترکيب طيفي به طور گسترده اي براي تمايز اندازه گيري خاک – کاناپه به مولفه هاي سيگنال خاک، پوشش گياهي و پوشش گياهي غيرفتوسنتزي استفاده مي شود. مدلهاي ترکيب طيفي کاربردهاي مختلفي دارند که از آن جمله مي توان به مطالعات بيوژئوشيميايي، درصد آب برگ، تخريب زمين، تبديل پوشش زمين، بررسي گياهان چوبي سوختي و نقشه برداري خاک و پوشش گياهي اشاره کرد (Smith et al., 1990; Gillespie, 1992; Ustin et al., 1993; Gao and Goetz, 1994).

به طور کلي مدلسازي ترکيبي سه مرحله دارد:
1- بررسي ابعادي و تعداد مواد منحصر به فرد بازتاب کننده در يک چشم انداز
2- شناسايي ماهيت فيزيکي هر جزء چشم انداز يا عضو نهايي درون يک پيکسل
3- تعيين مقدار هر مولفه در هر پيکسل

قدم اول را مي توان با تحليل مولفه هاي اصلي (Principal Components analysis) تکميل کرد که در آن داده ها به تعداد کمينه از اجزاء متناسب تصوير فشرده شده (data reduction) که اين تعداد معادل ابعاد هر سين تصوير است.
در مرحله دوم، تحليل عضو نهايي (endmember analysis) انجام مي شود که از طريق آن طيف هاي مرجع مختلف براي مدل کردن يک سين مورد استفاده قرار مي گيرند. با بهره گيري از چندين نوع علائم طيفي عضو نهايي در تحليل ترکيبي طيفي، شامل اعضاء نهايي تصوير، اعضاء نهايي مرجع و اعضاء نهايي طيف گره (bundled spectra endmembers)، که مي توانند در صحرا و يا آزمايشگاه اندازه گيري شده باشند، تحليل هاي طيفي ترکيبي انجام مي گيرد. اعضاء نهايي شاخص که در دورسنجي مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از: پوشش گياهي سبز، خاک، پوشش گياهي غيرفتوسنتزي و سايه دار کردن (shade). از سايه براي مدلسازي پيکسل هاي با شرايط روشنايي متغير ناشي از توپوگرافي، زاويه تابش خورشيد و سايه افتادن استفاده مي شود (Adams, 1986). طيف مرجع از يک ماده خاص در کتابخانه هاي طيفي فهرست مي شود. Elvidge (1990) يک کتابخانه طيفي از گياهان غيرسبز از گونه ها و مواد مختلف تهيه کرده است. شخص همچنين مي تواند تغييرپذيري طيفي يک سين را با چندين عضو نهايي تصوير مدل کند که پس از آن اعضاي نهايي مرجع براي تعيين ترکيب اعضاي نهايي تصوير مورد استفاده قرار مي گيرند (Farrand et al., 1994). کتابخانه هاي طيفي نه تنها براي شناسايي و دسته بندي خاکها، پوشش گياهي و گياهان غيرفتوسنتزي مورد استفاده قرار مي گيرند، بلکه مرجعي براي مقايسه توالي هاي زماني و تغييرات ترکيبي مولفه هاي کسري به شمار مي آيد.

محصول مدلسازي ترکيبي، يک دسته تصاوير کسري و تصاوير باقيمانده است که اختلاف بين داده هاي مدل شده و اندازه گيري شده را نشان مي دهد. اين را مي توان بدين صورت بيان کرد:
[D] = [R] [C] + [?]
[D] داده هاي دورسنجي چندباندي است، [R] ماتريس بازتاب اجزاء بازتاب کننده مستقل (اعضاء نهايي)، [C] ماتريس بارشده يا تصاوير کسري و [?] تصاوير باقيمانده است. تصاوير باقيمانده محتوي مجموع نويزها و خطاها در تصويراند؛ با اين وجود اين تصاوير مسيري سريع براي پيدا کردن پيکسل هاي خارج از محدوده، که به حد کافي با مدل ماتريس بيان نمي شوند و مي توانند نشان دهنده حضور اجزاء بازتاب کننده غيرمعمول يا ناشناخته باشند، به شمار مي آيند. محدوديت اصلي تجزيه کردن سين اينست که اجزاء استخراج شده بايد علامت طيفي منحصر به فرد داشته باشند (به بياني ديگر دست کم در يک بخش از طيف اندازه گيري شده متمايز باشند.). اگر علائم خاک را بتوان جدا و با موفقيت استخراج کرد، روش هاي مستقيم دورسنجي خاک را مي توان براي دريافت ويژگي هاي خاک بکار برد.
ترکيب هاي طيفي خاک – گياه را ممکن است بتوان به عنوان ترکيب هاي خطي يا غيرخطي مدل کرد. در حالت خطي، که به مدل صفحه شطرنج نيز معروف است، عکس ها تنها بر اساس يک ماده با يکديگر اندرکنش کرده و کسرهاي هر ماده برابر با نسبت هاي منطقه اي آنهاست. استفاده از مدلهاي خطي آسان بوده و در شرايط طبيعي مشخصي از پوشش زمين به خوبي عمل مي کنند که از جمله اين شرايط مي توان به پوشش بوته زارهاي بياباني اشاره کرد (McGwire et al., 2000).

 3-2-2- سنجنده هاي فراطيفي (هايپراسپکترال)

استفاده و کاربرد مدلهاي ترکيبي با توسعه سنجنده هايي مانند (AVIRIS Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer) و سنجنده فضابرد ماهواره هايپريون توجيه بيشتري پيدا کرده است. سنجنده هاي تصويربرداري فراطيفي با تعداد فراوان باندهاي مجاور هم، اطلاعات ارزشمندي درباره بسياري از مواد سطح زمين حمل مي کنند و امکان شناسايي بدون ابهام تعداد بيشماري از عارضه هاي جذبي گياهان و خاک که مرتبط با کاني شناسي، آب مايع، کلروفيل، سلولز و ليگنيت هستند را ايجاد کرده اند. سنجنده AVIRIS به ويژه براي مطالعه خاک مناسب است. |AVIRIS در ناحيه بين 400 تا 2450 نانومتر عمل کرده و 224 باند طيفي را با تابع پاسخ اسمي 10 نانومتر گردآوري مي کند (Vane et al., 1993). اين قابليت شخص را قادر مي سازد تا طيف با تمايز ريز، داراي عارضه هاي جذبي منحصر به فرد از کاني ها و مواد آلي مختلف، را مشاهده کند؛ عارضه هايي که به طور معمول در داده هاي با تفکيک درشت تر از دست مي روند. AVIRIS يک اسکنر جاروبي با چهار طيف سنج است که معمولا با هواپيماي ER-2 و در ارتفاع 20 کيلومتري پرواز داده مي شود و در اين شرايط عرض جاروب آن 10 کيلومتر و پيکسل هاي آن 20 متر خواهد بود. AVIRIS را همچنين مي توان با هواپيماي Twin Otter در ارتفاع کمتر پرواز داد که در نتيجه تفکيک ريزتر (4-5 متر) بدست مي آيد.

( Asner and Lobell 2000) با موفقيت يک الگوريتم تجزيه طيفي خودکار( SWIR 2100-2400 nm) را توسعه داده و پياده کردند که با کمک آن گستره خاک عريان و پوشش گياهي در سطح متنوعي از 17 منطقه خشک و نيمه خشک در آمريکاي شمالي و جنوبي تخمين زده شد. اين رهيافت دربردارنده راهبرد تجزيه مونت کارلو (Mont Carlo Unmixing) بود تا قسمت هاي پوششي در حد کوچکتر از پيکسل را با بازه هاي اطمينان آماري بدست دهد. با استفاده از تصاوير AVIRIS از مناطق پژوهش هاي بلند مدت زمين شناسي سويلتا و جورنادا (Sevilleta and Jornada) در نيومکزيکو، آنها قسمت پوشيده سبز، زئدات گياهي و خاک را با انحراف استاندارد در حدود 5% بدست آوردند (شکل هاي 6 و 7). اين شکلها نشان دهنده مقدار کسري خاک برونزد دار به همراه زائدات گياهي و پوشش سبز است. باقيمانده ها در ناحيه SWIR قابل توصيف به سلولز و ليگنين در پوشش گياهي بوده که براي تمايز سيگنالهاي پوشش گياهي غيرفتوسنتزي از خاک مورد استفاده قرار گرفته اند (Roberts et al., 1993).

Soil10
شکل6- الف) تصوير کسري پوشش حاصل از داده هاي AVIRIS از کاناپه سبز، زائدات گياهي، و خاک عريان در منطقه جورنادا، ب) انحراف استاندارد آنها با استفاده از يک مدل تحليل ترکيبي (Anser and Lobell, 2000).
 (Okin et al., 2001) با بکارگيري تحليل ترکيب طيفي اعضاء نهايي چندگانه (MESMA) بر تصوير AVIRIS که از حوضه مانيکس در بيابان مجاوه، کاليفرنيا، گرفته شده بود، قادر بودند تا به نحو قابل اطميناني انواع سطوح خاک، خاک نسبي و پوشش گياهي را تفکيک کرده و به نقشه درآورند (شکل 8). آنها دريافتند که انواع خاکها به دقت قابل شناسايي خواهند بود، به ويژه در مواردي که علائم طيفي خاک تفاوت مهمي با يکديگر دارند، همانند خاکهاي تيره بياباني ورني صحرا و ماسه هاي بادي که در شکل 8 مشخص شده اند. مناطق مدل شده به عنوان خاک بادي/ ماسه اي، ارائه دهنده اطلاعاتي درباره فرايندهاي فرسايش بادي ناشي از دشتهاي کشاورزي رها شده و ديگر آشفتگي هاي ساخته دست بشر است. آنها همچنين بيان کردند که دقت بازشناسي نوع خاک، بخشي وابسته به نوع و پوشش کسري لايه گياهي برهم نهي شده که در مدل ترکيبي بکار برده شده است؛ مي باشد.( Drake et al. 1999) با بکارگيري فنون ترکيب و همساز کردن طيفي بر داده هاي AVIRIS نقشه هايي از کاني هاي رسوبي مختلف تهيه نمودند.

بسياري ديگر از انواع سنجنده هاي فراطيفي که بر هواپيما نصب مي شوند، وجود دارند که عبارتند از: Compact Airborne Spectrographic Imager (CASI), Geophysical and Environmental Research Imaging Airborne Spectrometer (GERIS), Hyperspectral Mapping (HyMap) که برخي از آنها مي توانند تصاوير طيف سنجي در محدوده حرارتي تهيه کنند.

Soil11
شکل 7- تصوير مجازي AVIRIS از قسمت هاي سبز، زائدات گياهي و خاک از يک مدل ترکيبي که براي منطقه سويلتا بکار برده شده است (Anser and Lobell, 2000)
 تصويربردار فراطيفي هايپريون يک سنجنده جاروبي است که در نوامبر 2000 بر روي ماهواره Earth Observing-1 (EO-1)، اولين ماهواره ناسا از سري ماهواره هاي هزاره جديد، نصب و به فضا پرتاب شد (Ungar et al., 2003). هايپريون داده ها را در 220 باند10 نانومتري از 400 تا 2500 نانومتر گردآوري مي کند. ماهواره EO-1 مطابق با ترا و ETM+ پرواز مي کند تا داده هاي فراطيفي از اهداف مشابه را تهيه کند. مطالعات متعدد، قابليت هاي تصاوير فراطيفي فضابرد را در مطالعه خاک، کاني شناسي، شيمي پوشش گياهي و تخريب زيست محيطي به طور عملي نشان داده اند (Krude et al., 2003; Huete et al., 2003; Smith et al., 2003).
Soil12
شکل 8- انواع پوشش گياهي بر اساس داده هاي AVIRIS، الف) پوشش گياهي، ب) و نوع سطح خاکي پ) نتيجه استفاده از يک تحليل ترکيبي MESMA (Okin et al., 2001)

 3-3- تعيين ويژگي هاي خاک از ميان پوشش گياهي

   در اقليم هاي مرطوب تر، سيگنالهاي خاک، مولفه اي فرعي در طيف دورسنجي محسوب مي شوند که در نتيجه، يافتن رخنمون خاک فاقد پوشش گياهي را بسيار دشوار مي سازد. در حدود 25 تا 30% از سطح زمين هاي خشکي پوشيده از گياهان متراکم اند که شاخص مساحت برگي (LAI) آنها از 1 بيشتر است، اين مناطق عبارتند از جنگلهاي استوايي، جنگلهاي مناطق معتدل و زمين هاي کشاورزي. جايي که سطح زمين به شدت پوشيده از گياه است، خواص خاک را بايد به کمک اندازه گيري از سطح پوشش سبز به همراه مدلها، داده هاي صحرايي و دانش تغيير شکل سطح زمين بدست آورد. در حين فعاليت هاي تبديل (کاربري) زمين، ممکن است سهم خاک در سيگنالهاي اندازه گيري شده مجدد شاخص باشد که از جمله اين فعاليتها مي توان به قطع کامل درختان جنگلي، آتش سوزي منابع طبيعي، قطع درختان در اثر وزش باد، توسعه مناطق کشاورزي و مرتع داري و بلاياي طبيعي اشاره کرد (Adams et al., 1995).

   3-3-1- شاخص هاي پوشش گياهي

   معمولا شاخص هاي پوشش گياهي خاص (VLs) و مدلهاي ترکيبي براي به نقشه درآوردن ويژگي هاي پوشش گياهي بکار برده مي شوند، که با کمک آنها مي توان خصوصيات خاک را تعيين کرد. شاخص تفکيک پوشش گياهي نرمال شده (NDVI) رايج ترين شاخص مورد استفاده براي به نقشه درآوردن تغييرات مکاني و زماني پوشش گياهي است (Tucker, 1979 NDVI) نسبت نرمال شده NIR و باند قرمز است.
Soil13

 که ?NIR و Pred عوامل بازتاب دوجهته سطحي هستند. قدرت NDVI در مفهوم نسبي آن نهفته است که بسياري از اشکال نويز (اختلاف روشنايي، سايه ابرها، ميرايي اتمسفري، و تغييرات توپوگرافي) موجود در باندهاي چندتايي را کاهش مي دهد. در نتيجه NDVI به حد کافي ثابت است تا بتوان براساس آن مقايسه معني داري بين تغييرات فصلي و ساليانه در رشد و فعاليت پوشش گياهي انجام داد.
( Levine et al. 1987) الگوهاي خاک و پوشش گياهي در آمريکاي جنوبي را با کمک NDVI از سنجنده AVHRR مطالعه کردند. بعد از گروه کردن خاکها با اقليم، آنها تطابق مثبتي، هرچند نه چندان قوي، بين NDVI و ويژگي هاي خاک از جمله درصد اشباع شدگي پايه، اسيديته، ظرفيت نگهداري آب و چگالي توده خاک پيدا کردند. با استفاده از داده هاي NVDI با تفکيک ريزتر از جنگلهاي مخروط داران نزديک هاولند (Howland)، که از داده هاي سنجنده AVIRIS بدست آمده بود، (Levine et al. 1994) رابطه آماري قوي بين NDVI و واحدهاي نقشه برداري شده خاک مشاهده کردند. به طور ميانگين، چنانچه با NDVI بيان مي شود، خاکهاي خوب زهکشي شده قابليت توليد اوليه و توان پوشش گياهي بالاتري دارند در حاليکه خاکهاي آلي بد زهکشي شده کمترين مقادير NDVI را دارند. نسبت دادن NDVI با ديگر ويژگي هاي خاک که از نظر مکاني تغييرات شديدتري دارند، بسيار مشکل تر است، با اين وجود بسياري از اين ويژگي ها (مانند ظرفيت نگهداري آب)، عوامل محدود کننده نبوده و کمترين تاثير بر تغييرپذيري چشم انداز مي گذارند. آنها نتيجه گيري کردند که اطلاعات مکاني از آشفتگي، تاريخ حضور جنگل و مديريت زمين (قطع کامل درختان، بکارگيري مواد دفع آفات، کاشت گياهان) را مي بايست براي فراهم کردن معيارهايي بيشتر، جهت نسبت دادن ويژگي هاي خاک و اکوسيستم به داده هاي دورسنجي، مد نظر قرار داد. Lozano-Garcia et al. (1991) همچنين داده هاي AVHRR-NDVI را بکار برده و دريافتند که رابطه آشکاري بين مواد همراه خاک و گسترش توده زيستي براي منطقه مورد مطالعه در اينديانا، وجود دارد. برقرار کردن چنين رابطه هايي، کاري دشوار و پيچيده است که نيازمند درکي پايه اي از اندرکنش بين خاکها، چشم اندازه ها و پوشش گياهي است.
 تغييرات ساليانه ناشي از اقليم در داده هاي NDVI بدست آمده از دورسنجي در مطالعات بيابان زايي و خشکسالي در منطقه ساحل (Sahel) شناسايي و بکار برده شده اند (Nicholson et al., 1998). در محيط هاي خشک و نيمه خشک، رابطه خطي بين NDVI و بارندگي در مناطقي که کمتر از 500 ميلي متر در سال بارندگي دارند، کشف شده است، که بالاتر از اين مقدار عدد NDVI در پاسخ به اشباع شدگي بارندگي عمل مي کند (Smith et al., 1990; Nicholson and Farrar, 1994). Nicholson and Farrar (1994) تاثيرات تحت کنترل خاک را در ساواناهاي بوتسوانا کشف کردند به نحويکه روابط NDVI – بارندگي مانند تاخير زماني پاسخ NDVI به بارندگي، به طور گسترده اي تحت کنترل نوع خاک بوده است. براي يک مقدار بارش مشخص خاکهاي رسي تر (نگهداري بيشتر رطوبت) مقادير بيشتر NDVI را نشان مي دادند.( Farrar et al.1994) دريافتند که نسبت NDVI به رطوبت خاک در بين انواع خاکهاي مطالعه شده در بوتسوانا تغييرات واضحي دارد، که در نتيجه استفاده از NDVI را به عنوان نشانگر بارندگي محدود کرد. تفسير بهتر روابط بارندگي – رطوبت خاک – NDVI را مي توان با حذف اثرات نوري روشنايي NDVI – خاک بدست آورد، که در اين حالت مقادير NDVI را مي توان به صورت غير ابهام آميز به مقدار و شرايط پوشش گياهي نسبت داد.
مفاهيمي در مورد بکارگيري NDVI جهت دريافت ويژگي هاي خاک وجود دارند. NDVI به شدت تحت تاثير تغييرات روشنايي در پس زمينه کاناپه است (خاکها، زائدات گياهي و غيره)، که تمايز بين پوشش گياهي و تغييرات ناشي از خاک در مقادير NDVI را دشوار مي سازد (Huete et al., 1985; Huete and Tucker, 1991). اين دشواري به ويژه در استخراج اطلاعات خاک از ميان دانسته ها درباره شرايط پوشش گياهي، نمود پيدا مي کند. در يک فرانگري ماهواره اي از علفزارهاي ساحل، (Kammerud 1996) پيشنهاد کرد که نقشه هاي طيفي خاک که به طور مستقل تهيه شده اند، براي تفکيک اثرات شديد خاکها بر NDVI مورد نياز خواهند بود. شاخص هاي ديگر قرمز – فروسرخ نزديک وجود دارند که تحت تاثير خاک واقع نمي شوند که از آن جمله اند شاخص پوشش گياهي عمود (PVI; Richardson and Wiegand, 1977)، شاخص خاک – پوشش گياهي همساز شده (SAVI; Huete, 1988) و شاخص هاي مشتق اول پوشش گياهي فراطيفي.

  ( Kauth and Thomas1976) مدل پوش تاسلد(tasseled cap) را توسعه دادند که يک دسته متعامد از شاخص هاي طيفي هستند که روشنايي خاک را از اجزاء سبز و زرد سين در داده هاي چهار باند MSS جدا مي کنند.( Crist and Cicone 1984) بعد ها تبديل فوق را تغيير داده تا براي تصاوير TM شش باندي مورد استفاده قرار گيرند و (Jackson 1983) يک روش شناسي متعامد سازي براي ايجاد شاخص هاي n-space ارائه کرد که بتواند انواع گسترده اي از عارضه هاي طيفي منحصر به فرد را در تعداد زيادي باند (n) از يکديگر مجزا کند.

اين شاخص هاي متعامد خطي از مفهوم خط خاک براي اهداف فرانگري پوشش گياهي استفاده مي کنند، که اين از طريق متمايز کردن علائم پوشش سبز از آنچه که در اثر تغييرات طيفي پس زمينه هاي خاک بوجود آمده است، صورت مي گيرد. با اين وجود، خط خاک يک ساده سازي بيش از حد است، چراکه وجود تغييرات بيشتر در خاکها به ايجاد محورهاي متفاوت خط خاک مي انجامد (Huete et al., 1984; Galvao and Vitorello, 1998).
مسئله ديگر اثر اشباع شدگي رفتار NDVI بر چشم انداز هاي با پوشش گياهي متراکم است که مي تواند مانع شناسايي تغييرات مکاني ناشي از خواص متفاوت خاک، در چشم انداز شود. راه حل اين مشکل استفاده از يک NDVI سبز يا مبتني بر فروسرخ طول موج کوتاه است که در آن باند بازتاب قرمز اشباع از کلروفيل با باند سبز يا فروسرخ طول موج کوتاه جايگزين مي شود (Miura et al., 1998). شاخص تقويت يافته پوشش گياهي (EVI) که يک نسخه مقاوم در برابر اتمسفر از SAVI است، نيز، حساسيت پوشش گياهي را به شرايط با توده زيستي بالا تغيير مي دهد (Huete et al., 2001).

  3-3-2- نيمرخ هاي فصلي و ساليانه

سنجنده هاي با توان تفکيک متوسط با تفکيک مکاني بين 250 متر تا يک کيلومتر، قابليت برداشت داده هاي سالم و فاقد ابر فصلي از چشم انداز، با تفکيک زماني هفتگي يا دو هفته اي، را دارند. برداشت داده هاي فصلي با سنجنده هاي با تفکيک مکاني ريزتر، که به طور معمول دوره تکرار 16 روزه دارند، مشکل بوده و با مسئله آلودگي به ابر مواجه هستند. سنجنده هاي با توان تفکيک متوسط، قابليت مشاهده يک تا چهار روزه دارند، که اين امکان را برقرار مي سازد تا تصاوير چند روزه با يکديگر ترکيب شده و در نتيجه تصاوير فاقد ابر تهيه شوند. مدلهاي بيوژئوشيميايي خاک و آب شناسي معمولا نيازمند داده هاي با فرکانس بالا هستند تا بتوانند الگوهاي فصلي سبز شدن و خشک شدن پوشش گياهي را نشان دهند. اين الگوها در مدلهاي فرسايش خاک، مطالعه تغيير چشم انداز، شناسايي آتش و مطالعات آلبدو مفيد هستند. سامانه هاي ماهواره اي با تفکيک متوسط که در مطالعه فرايندهاي چند زمانه زمين مفيد هستند، عبارتند از: AVHRR, SeaWiFS, MODIS, Spot-4 Vegetation, Multispectral Medium Resolution Scanner (MMRS) onboard SACC-C (جدول 2).

3-3-3- ژئوبوتاني

دورسنجي فراطيفي ابزاري قدرتمند براي شناسايي انواع ويژه اي از خاک پوشيده از گياه، از طريق سنجش و اندازه گيري بر روي مواد برگي در زمينه بيوشيمي کاناپه پوشاننده خاک است (Card et al., 1988; Peterson et al., 1988; Ustin et al., 1999). (Cwick et al. 1998) خاک مناطق جنگلي مانيتوباي شمالي – مرکزي را با کمک اندازه گيري بازتاب فراطيفي برگهاي سوزني صنوبر سياه (Picea mariana) به نقشه درآورد. آنها با بکارگيري تمرکز پتاسيم در برگها، که بازتاب کننده پراکندگي پتاسيم در خاک منطقه ريشه است، با تغييرات اوليه همراه با خاکهاي خوب و يا بد زهکش شده، نقشه خاک را تهيه کردند. Smith and Curran (1995) قادر بودند تا مقادير بيوشيميايي برگي مختلف (مواد مغذي اصلي و کلروفيل) را از يک کاناپه کاج (slash pine) با تصوير AVIRIS تخمين زده و پيش بيني کنند.

( Okin et al. 2001) دشواريهاي پيش رو در شناسايي پارامترهاي دقيق شيمي برگ با داده هاي فراطيفي، در پوشش هاي تنک مناطق خشک و نيمه خشک که تغييرات طيفي و خطاي بالايي دارند، را خاطر نشان کردند. Asner et al. (2000) بيان کردند که در اکوسيستم هاي نيمه خشک، تغيير بازتابي خاک تاثير بيشتري نسبت به ويژگي بازتابي برگ بر بازتاب چشم انداز دارد.( Franklin et al. 1993) تغييرپذيري شديد مکاني خاک رخنمون دار را به عنوان مانعي اساسي در بکارگيري دروسنجي در تشخيص چشم انداز مناطق خشک و نيمه خشک توصيف کردند. با توجه به اين دلايل شناخت ويژگي هاي خاک از اندازه گيري هاي پوشش گياهي بسيار دشوار است.

 3-4- تغييرات نوري- هندسي

تغييرات نوري – هندسي سطح خاک، اطلاعات زمين ريخت شناسي مهمي مرتبط با ويژگي و نقشه برداري خاک فراهم مي کند که با معيارهاي طيفي قابل دريافت نيستند. تا پيش از تصويربرداري دروسنجي رقومي، نقشه برداري خاک با کمک تحليل استريوسکوپي و بافتي عکس هاي هوايي با تفکيک بالا انجام مي شد.(Raina et al. 1993) توانستند تا با بکارگيري عارضه هاي بافتي تصوير و توصيف ويژگي سطح زمين از داده هاي تصوير TM در هند، فرسايش و رده هاي شوري را نقشه برداري کنند. پرتاب ماهواره فرانسوي (CNES SPOT Systeme Probatoire pour PObservation de la Terre) در سال 1986 با سنجنده ديداري با تفکيک بالا (HRVIR)، به نحو چشمگيري توصيف سطح زمين را با فراهم کردن داده هاي با تفکيک ريز (باند پن کروماتيک 10 متر و باندهاي چند طيفي 20 متر) و همچنين تصاوير زوج استريو با يک سنجنده نقطه اي (27o±) تقويت کرد (جدول 1). سامانه سنجنده SPOT به شدت نقشه برداري عارضه هاي ريخت شناسي را بهبود داد که از آن جمله الگوهاي آبراهه اي، دشت هاي سيلابي، پادگانه ها، دامنه ها، پتانسيل فرسايش خاک، پايداري چشم انداز، ناهمواري سطحي و ديگر عارضه هاي ساختاري را مي توان نام برد. (Gastellu-Etchegorry et al. (1990 خاک را در جاواي مرکزي با کمک داده هاي SPOT به نقشه در آورده و صحت بالاي يافته هاي ريخت شناسي که در تحليل بافتي و تفاوت تن هاي رنگي خاکها ارزشمند هستند، را به طور عملي نشان دادند.

سنجنده (ASTER Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) که بر ماهواره ترا نصب شده است نيز تصاوير زوج استريو با تفکيک ريز فراهم مي کند. اين ابزار سه باند در طيف مرئي و فروسرخ نزديک با تفکيک 15 متر دارد. افزون بر اين شش باند با دامنه طيفي 1000 تا 2500 نانومتر با تفکيک 30 متر و پنج باند در محدوده فروسرخ حرارتي با تفکيک 90 متر در اختيار دارد. يک تلسکوپ ديد به سمت عقب، داده هاي استريو هم مداري را در يک کانال فروسرخ نزديک با تفکيک 15 متر فراهم مي کند (جدول 1).

همچنان که ما به سمت داده هاي با تفکيک ريزتر پيش مي رويم، شخص مي تواند آبراهه ها، دره ها و الگو هاي آبراهه اي ريزتر را مجزا کند. ابزارهاي تصوير بردار فضايي Ikonos و Digital Globe QuickBird به ترتيب در سپتامبر 1999 و اکتبر 2001، به عنوان ماهواره هاي تجاري، به فضا پرتاب شدند. Ikonos قابليت تمرکز نقطه اي (26o±) داشته و مي تواند منطقه اي مشخص را با تفکيک هاي يک متر (پن کروماتيک) و چهار متر (چند طيفي) تصوير برداري کند. QuickBird از زمين با تفکيک 61 سانتيمتر در يک باند پن کروماتيک و 2.44 متر در چهار باند طيفي (آبي، سبز، قرمز و فروسرخ نزديک) تصويربرداري مي کند. با چنين تفکيک هاي فرامکاني، داده هاي ايکنوس و کوئيک برد فرصتي را براي نمايش جزئيات کامل تري از چشم انداز زمين و الگوهاي آبراهه اي پوياي آن و فرايندهاي سطحي فراهم مي کنند (شکل 9).

اکنون مي توان دسته داده هاي تابع توزيع بازتاب دوجهته (BRDF) را به صورت عادي با سنجنده هاي هوابرد و فضابرد برداشت کرد. سنجنده ASAS (Advanced Solid-State Array Spectroradiometer) (Irons et al., 1991) ابزاري هوابرد است که داده هاي تصويري حضيض و نزديک حضيض را در 62 باند طيفي در محدوده مرئي و فروسرخ نزديک با تفکيک طيفي 10 نانومتري برداشت مي کند. با استفاده از اسکن جاروبي، ASAS قادر است تصاوير نزديک حضيض را با زاويه تا 70 درجه به سمت جلو و 55 درجه به سمت عقب مسير پرواز را برداشت کند. (MISR Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer) يک سنجنده با تفکيک متوسط است که بر سکوي ترا نصب شده و به طور عادي پوشش پيوسته چند زاويه اي از زمين را با چرخه تکرار 9 روزه برداشت مي کند (Diner et al., 1991) (جدول 2). MISR هر نقطه از سطح زمين را با نه دوربين CCD جاروبي مجزا تصويربرداري کرده تا در نه زاويه نگاه (0, ±26.1o, ±45.6o, ±60o, ±70.5o ) و در چهار باند طيفي باريک تهيه تصوير کرده باشد. MISR ابزاري عالي براي مطالعات تابع هاي توزيع بازتاب دوجهته و مجزا کردن اثرات اتمسفري از سطح است. يکپارچه سازي مشاهدات زاويه اي در راستاي مسير از MISR با مشاهدات در عرض مسير از MODIS، مطالعات فوق را در جهت توصيف فصلي و پويايي ساختار سطح زمين با پيشرفت بيشتري مواجه ساخته است.

Soil14
شکل9- تصوير ترکيبي ايکنوس (قرمز، فروسرخ نزديک، سبز با تفکيک مکاني 4 متر) با تفکيک ريز از جامعه گياهي در تلماسه ها، ذخيره Nacunan، مندوزا، آرژانتين (ژوئن 2001).
  ارتفاع سنج هاي هوابرد اسکن کننده و ثبت کننده مقطع قائم، به طور مستقيم، اطلاعات سريع و بسيار دقيق از پستي و بلندهاي بزرگ و کوچک سطح چشم انداز فراهم مي کنند (Ritchie, 1994; Ritchie et al., 2001). ليزرهاي اسکن کننده هوابرد قادرند تا نماي سه بعدي عارضه هاي چشم انداز را با جزئيات ريخت شناسي که در نقشه برداري عوارض فرسايشي، پوشش گياهي، ارتفاع، توپوگرافي، و پستي و بلندي سطح آيروديناميک مفيدند، فراهم کنند (Ritchie et al., 2001). براي ارتفاع سنج هاي ليزر اين مسئله نشان داده شده است که اندازه گيري پستي و بلندي ها در مقياس هاي مختلف، از اثرات ناهمواري هاي خرد در طول دشت سيلابي تا عارضه هاي توپوگرافي کلان را امکان پذير ساخته اند. عارضه هاي بزرگ چشم انداز از قبيل دره ها، کانالها، و ناهمواري هاي دشت سيلابي را مي توان اندازه گيري کرد و از آن اندازه گيري ها مي توان در تخمين اثرات عوارض بر جريانهاي سطح زمين و همچنين مقاومت در برابر جريان بهره برد. شکل 10 مثالي از داده هاي اسکن ليزر است که از سطح يک تپه کهور در منطقه آزمايش تجربي يورنادا در نيومکزيکوي جنوبي برداشت شده است.
Soil15
شکل 10- (الف) عکس و (ب) تصوير برش ليزر از تپه هاي کهور در منطقه آزمايش تجربي يورنادا، نيومکزيکو
Soil16

داده هاي رادار اطلاعات مفيدي از پستي و بلندي سطح زمين فراهم مي کند. در محدوده موج کوتاه، ناهمواري سطح تابعي از طول موج، زاويه تابش و قطبيدگي سنجنده رادار است. يک سطح ناهموار در نظر گرفته مي شود اگر:
Soil17

که در آن h تغييرات در ارتفاع سطح، لامبدا طول موج، و ? زاويه تابش رادار هستند (Dobson et al., 1995). Metternicht (1998) و Sano et al. (1998) روابط بين داده هاي رادار مانندJERS-1 و ناهمواري سطحي را مطالعه کردند.

جدیدترین مطالب رو در ایمیل خود دریافت کنید

این مطلب را با دوستان خود به اشتراک بگذارید

اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
View all comments

فرم گزارش

خواهشمند است، فرم را تکمیل و ارسال نمایید.

راهنمای دانلود

  • اگر نرم‌افزار مدیریت دانلود ندارید، قبل از دانلود هرگونه فایلی، یک نرم افزار مدیریت دانلود مانند IDM و یا FlashGet نصب کنید.
  • برای دانلود، به روی عبارت “دانلود” کلیک کنید و منتظر بمانید تا پنجره مربوطه ظاهر شود سپس محل ذخیره شدن فایل را انتخاب کنید و منتظر بمانید تا دانلود تمام شود.
  • در صورت بروز مشکل در دانلود فایل‌ها تنها کافی است در آخر لینک دانلود فایل یک علامت سوال ? قرار دهید تا فایل به راحتی دانلود شود.
  • فایل های قرار داده شده برای دانلود به منظور کاهش حجم و دریافت سریعتر فشرده شده‌اند، برای خارج سازی فایل‌ها از حالت فشرده از نرم‌افزار Winrar و یا مشابه آن استفاده کنید.
  • چنانچه در مقابل لینک دانلود عبارت بخش اول، دوم و … مشاهده کردید تمام بخش‌ها می‌بایستی حتماً دانلود شود تا فایل قابل استفاده باشد.
  • کلمه رمز جهت بازگشایی فایل فشرده عبارت www.mining-eng.ir می‌باشد. تمامی حروف را می بایستی به صورت کوچک تایپ کنید و در هنگام تایپ به وضعیت EN/FA کیبورد خود توجه داشته باشید همچنین بهتر است کلمه رمز را تایپ کنید و از Copy-Paste آن بپرهیزید.
  • چنانچه در هنگام خارج سازی فایل از حالت فشرده با پیغام CRC مواجه شدید، در صورتی که کلمه رمز را درست وارد کرده باشید. فایل به صورت خراب دانلود شده است و می‌بایستی مجدداً آن را دانلود کنید.