طراحی نرم ‎افزار HCP به ‎منظور اندازه‎ گیری همزمان ارتفاع و قطر تاج درختان در زاگرس جنوبی

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: ارتفاع درخت یکی از اجزای مهم در امر آماربرداری و اندازه‎گیری جنگل است. طی دهه‎های متوالی، برآورد ارتفاع درخت مهمترین دغدغه در آمار و اندازه‎گیری جنگل به‎شمار می‎آید. متغیر ارتفاع در برآورد میزان حجم درخت، درجه‎بندی حاصل‎خیزی رویشگاه، برآورد نرخ رویش درخت و هم‎چنین یکی از متغیرهای مهم در محاسبه میزان زی‎توده است. قطر تاج یکی دیگر از مهم‎ترین مشخصات لازم در سطح تک‎درخت است. قطر تاج در مدل‎سازی و برآورد مشخصات کاربردی، نظیر درصد تاج‎پوشش جنگل، شاخص سطح برگ و زی‎توده کاربرد دارد. تاکنون دستگاه‎ها و وسایل معرفی شده در علوم جنگل تنها قابلیت اندازه‎گیری یک مولفه‎ی خاص هم‎چون ارتفاع درخت را دارد و به‎منظور اندازه‎گیری قطر تاج نیاز به استفاده از وسایل و یا تکنیک‎های دیگر است. رهیافت این پژوهش نه‎تنها منجر به ساخت و استفاده از نرم‎افزاری است که توانایی اندازه‎گیری مولفه‎های ذکر شده را داشته باشد بلکه امکان ثبت آماربرداری در قالب فرم‎های طراحی شده، امکان ثبت مختصات جغرافیایی پایه‎های درختی، امکان ذخیره‎سازی تصاویر گرفته شده از درختان و در نهایت ایجاد یک بایگانی اطلاعات از منطقه‎ی مورد مطالعه را دارد. به‎‎منظور رسیدن به این اهداف، طراحی و توسعه‎ی نرم‎ افزاری (Application) با عنوان HCP که مخفف واژه‎های H: Height، C: Canopy و P: Pixel و بر سیستم عامل اندروید (Android) مستقر است، ماهیت و ضرورت انجام این پژوهش قلمداد خواهد شد. مواد و روش ‎ها: در این پژوهش، نرم ‎افزار HCP مبتنی بر سکوی اندروید و متناسب با ابزارهای دارای سیستم عامل اندروید و با زبان جاوا طراحی و توسعه یافت. HCP دارای سه بخش پایگاه داده، بخش پردازش تصاویر و بخش نمایش اطلاعات است. رابط کاربری آن در شش صفحه کاربری شامل Set Image، Set Data، Set View، Set Reference، Set Pin و Set Final با ساختار پایگاه داده‎ی SQL ارائه گردید. تمامی فرایند کد نویسی، اجرا، دیباگینگ و آزمون بر اساس API ۲۷ (Application Program Interface) مرتبط با SDK (Software Development Kit) اندروید، در محیط توسعه (IntelliJ) Android Studio صورت پذیرفت. فرآیند آزمون اولیه نیز با تصاویر واقعی ذخیره شده و یا تهیه شده توسط دوربین ابزار مورد استفاده انجام گرفت. به‎منظور انجام آزمون و مقایسه‎ی داده‎های ارتفاع اندازه‎گیری شده با ورتکس و HCP و همچنین داده‎های قطر تاج اندازه‎گیری‎ شده با متر لیزری و HCP، تعداد ۱۵۰ پایه‎ی درختی از گونه‎ی بلوط ایرانی (Quercus brantii Lindl) انتخاب و ارتفاع و قطر تاج آن‎ها اندازه ‎گیری شد. شاخص‎های توصیفی غیر وابسته به نوع توزیع شامل چارک اول، میانه، چارک سوم، کمینه و بیشینه برای مولفه‎های ارتفاع و قطر تاج اندازه‎گیری شده از چهار روش مذکور محاسبه گردید. از آزمون شاپیرو-ویلک (Shapiro-Wilk) برای بررسی پراکنش توزیع اختلاف ارتفاع و قطر تاج کل درختان استفاده شد. به ‎منظور ارزیابی صحت HCP از آزمون t جفتی، ارزیابی خطای HCP از جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و شاخص درصد عدم تطابق (Index of Disagreement)، که حاصل تقسیم قدر مطلق اختلاف مولفه‎ی برآورد شده از مقدار واقعی بر مقدار واقعی است، و برای ارزیابی دقت HCP از همبستگی خطی و شاخص تطابق (Index of Agreement) استفاده شد. برای بررسی بیشتر نحوه پراکندگی توزیع خطا و همچنین بررسی صحت و دقت، داده‎ها در سه سطح کل درختان، ۷۵ درخت بلندتر از نظر ارتفاع (وسیع تر از منظر قطر تاج) و ۷۵ درخت کوچکتر از نظر ارتفاع (قطر تاج) دسته‎بندی شدند. تمامی نتایج با استفاده از نرم‎افزار آماری R به‎دست آمد. یافته ها: نتیجه‎ی آزمون t جفتی با سطح احتمال ۹۵ درصد حاکی از عدم وجود اختلاف معنی‎دار بین اتفاع اندازه‎گیری شده با ورتکس و HCP و عدم وجود اختلاف معنی‎دار بین قطر تاج اندازه‎گیری شده با متر لیزری و HCP بود. جذر میانگین مربعات خطا برای ارتفاع ۰/۰۷ متر و برای قطر تاج ۰/۰۶۵ متر به‎دست آمد. مقادیر ضریب همبستگی خطی و شاخص تطابق برابر با ۰/۹۹۹ برای ارتفاع و قطر تاج اندازه‎گیری شده از روش‎های مذکور گزارش شد. درصد عدم توافق برای ارتفاع ۰/۰۶۸ و برای قطر تاج ۰/۹۶۳ محاسبه شد. نتیجه ‎گیری: روش های نوین اندازه‎ گیری ارتفاع درخت نیاز به به‎ سازی قبل از استفاده‎ی وسیع در جنگل دارند و پس از رفع عیوب، نوید فصل جدیدی در اندازه‎ گیری مولفه‎ های جنگل از قبیل ارتفاع و قطر تاج وجود خواهد داشت. هفت گام‎ زیر مراحل کلی اندازه‎گیری ارتفاع و قطر تاج را به‎کمک عکس‎برداری با HCP مشخص می‎نماید. در نهایت، بر اساس بررسی نتایج آزمون‎های ارزیابی صحت، دقت و خطا، HCP می‎تواند به‎عنوان روشی دیگر برای اندازه‎گیری ارتفاع و قطر تاج درختان معرفی گردد. گام اول: طراحی و توسعه‎ی HCP (سایر موارد شامل: تعریف توابع فایل کلاس جاوا برای تعیین شماره درخت، ثبت زمان و تاریخ عکس‎برداری، محاسبه اختلاف زمانی تصاویر از یکدیگر، موقعیت‎یابی مکانی، کپی فایل اصلی تصویر به حافظه داخلی، تغییر اندازه تصاویر برای تطابق مجدد، تهیه خروجی در قالب csv و zip)، گام دوم: عکس‎برداری از پایه‎ی هدف (درختان مجاور) و شاخص، گام سوم: تعریف و تعیین مقدار عددی شاخص مورد استفاده در تصویر، گام چهارم: تعیین نقاط پایینی (بن درخت و شاخص)، بالایی (نوک درخت و شاخص) و قطر تاج بر روی تصویر، گام پنجم: تصحیح تمامی مولفه‎های اندازه‎گیری شده، گام ششم: شروع و انجام پردازش‎ها توسط HCP، گام هفتم: اندازه‎گیری اتوماتیک تمامی مولفه‎های تعریف شده برای پایه‎ی هدف (درختان مجاور)، تولید فایل خروجی و ذخیره‎ی تمامی اطلاعات مربوط به هر تصویر.

کلیدواژه ها:

Canopy diameter ، Persian Oak ، Southern Zagros ، Tree height ، ارتفاع درخت ، بلوط ایرانی ، زاگرس جنوبی ، قطر تاج