بررسی دقت ارتفاعی مدل رقومی سطح تصاویر پهپاد در مناطق جنگلی (مطالعه موردی: جنگل دارابکلا ساری)

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: احداث جاده های جنگلی به عنوان شریان حیاتی مدیریت و برنامه ریزی جنگل هیرکانی، استفاده از خدمات مختلف آن، اجرای عملیات حفاظت و احیاء جنگل ها و حمل و نقل محصولات چوبی و غیر چوبی یک نیاز اساسی بوده و در درآمد ملی کشور نقش ویژه ای دارد. ساخت جاده باعث به هم خوردن مسیر آب های طبیعی، باعث ایجاد سطح نفوذ ناپذیر، ایجاد رواناب توسط جوی کناری، آبروهای عرضی، دامنه های خاک برداری و خاک ریزی می شود .اگر جاده جنگلی به خوبی طراحی و توزیع شود کمترین تخریب و صدمه به توده بیولوژیکی و رویشگاه وارد می شود و جنگل از نظر مدیریت بهینه در مطلوب ترین شرایط خود قرار می گیرد ا توجه به ضرورت کسب اطلاعات به روز از وضعیت پستی و بلندی های ریز جنگلی و همچنین سطح رویی جاده های جنگلی از نظر وضعیت تخریب سطحی آن ها، نیازمند مطالعه دقیق بررسی روش ها و منابع نوین سنجش از دوری نظیر تصاویر پهپادی و الزامات پردازش های مناسب تصویر می باشد یکی از روش های کنترل کیفیت جاده، سیستم مدیریت و برنامه ریزی مبتنی بر بهره گیری از پهپاد است که علاوه بر جامعیت، دقت زیاد، بسیار کم هزینه و البته سریع می باشد و در مقایسه با روش های قدیمی که سطح راه ها توسط کارگران و کارشناسان فنی و به صورت حضور در محل و بازدید میدانی صورت می گیرد، بسیار مقرون به صرفه تر است . همچنین یکی از محصولات سنجش از دور مدل رقومی سطح زمین است که پایه بسیاری از پروژه های پرکاربرد است، و فتوگرامتری توانایی ایجاد مدل سه بعدی دقیق را با استفاده از تصاویر دوبعدی در اختیار کاربر قرار می دهد. هدف این تحقیق بررسی دقت ارتفاعی مدل رقومی سطح زمین حاصل از تصاویر پهپاد با استفاده از نقاط کنترل زمینی دقیق با تعداد و پراکندگی متفاوت و بدون نقاط کنترل زمینی برای استخراج مدل دقیق رقومی سطح زمین با روش های پردازش با کیفیت بالا و متوسط در جنگل های سری یک دارابکلا ساری است. مواد و روش ها: تصاویر پهپاد در شرایط جوی مناسب با ارتفاع پروازی ۱۰۰ متر از سطح زمین، هم‎ پوشانی طولی ۸۵ درصد و عرضی ۷۵ درصد و با سرعت ۵ متر بر ثانیه توسط پهپاد کوادکوپتر Phantom۳ Pro در روزهای ۱۴و ۱۵ بهمن ماه سال ۱۴۰۱ در بخشی از محدوده جنگل های دارابکلا به طول حدودا ۲ کیلومتر جاده به پهنای ۲۰۰ متر اطراف جاده و در سه پروژه پروازی مجزا در طی روزهای مختلف دریافت شد. موقعیت نقاط برداشت های واقعیت زمینی با استفاده از DGPS تفاضلی صورت گرفت. تعدادی نقاط کنترل زمینی برای زمین مرجع سازی دقیق تصاویر و تهیه ارتوفتوموزائیک دقیق و یکپارچه منطقه برداشت شده با استفاده از DGPS تفاضلی انجام شدند. مدل های رقومی ارتفاعی زمین منطقه تهیه شده با نقاط کنترل زمینی و بدون نقاط کنترلی با استفاده از نرم افزار Agiosoft Photoscan در دو حالت کیفیت بالا و متوسط پردازش شدند و مورد مقایسه قرار گرفت. یافته ها: میانگین خطای نقاط (ME) برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده با نقاط کنترلی با روش کیفیت بالا ۱/۰۱متر و برای روش کیفیت متوسط ۱/۲۱ متر بود، درحالی که برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده بدون نقاط کنترلی با کیفیت بالا ۱۱/۰۵ متر و با کیفیت متوسط ۱۰/۷۲ متر بود. همچنین، جذر میانگین مربعات خطای مطلق (RMSE) مقادیر ارتفاعی برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده با نقاط کنترلی با روش کیفیت بالا ۲/۳۳ متر و با کیفیت متوسط ۲/۹۳ متر بود، درحالی که برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده بدون نقاط کنترلی با کیفیت بالا ۱۳/۶۷ متر و با کیفیت متوسط ۱۳/۴۲ متر بوده است. جذر میانگین مربعات خطای نسبی (RMSE%) برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده با نقاط کنترلی با روش کیفیت بالا ۰/۸۷ درصد و با کیفیت متوسط ۰/۹۰ درصد بود، درحالی که برای مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده بدون نقاط کنترلی با کیفیت بالا ۵/۱۴ درصد و با کیفیت متوسط ۵/۰۴ درصد بود. به علاوه، نتایج حاصل از آزمون t جفتی در سطوح ۵ و ۱ درصد احتمال خطا نشان دادند که بین ارتفاع نقاط برداشت زمینی و مدل رقومی ارتفاعی با نقاط کنترلی با کیفیت بالا و متوسط تفاوت معنی داری وجود نداشت، اما بین ارتفاع نقاط برداشت زمینی و مدل رقومی ارتفاعی تهیه شده بدون نقاط کنترلی با روش کیفیت بالا و متوسط تفاوت معنی داری وجود داشت. نتیجه گیری: استفاده از نقاط کنترل زمینی دقیق برای زمین مرجع سازی تصاویر و تهیه ارتوفتوموزائیک دقیق موجب بهبود دقت در تولید مدل رقومی سطح زمین می شود. همچنین، با توجه به این اینکه پردازش تصاویر با دو کیفیت (بالا و متوسط) انجام شد. نتایج نشان داد که در پردازش تصاویر با کیفیت بالا جذر مربع میانگین خطا کمتر می باشد؛ بنابراین پیشنهاد می شود که پردازش تصاویر در نرم افزار Agisoft Metashape Professional ۱.۸ با کیفیت بالا انجام شود. نتایج پژوهش نشان می ‎ دهند است که استفاده از نقاط کنترل زمینی دقیق در تصویربرداری و تولید مدل رقومی ارتفاعی با استفاده از تصاویر پهپاد، باعث تولید مدل رقومی ارتفاعی دقیق می شود و نوع پردازش با کیفیت بالا نیز موجب افزایش دقت ارتفاعی و حتی مسطحاتی می گردد. لازم به ذکر است که در این پژوهش با توجه به حساسیت و دقت اندازه گیری پارامترها برداشت تصاویر در فصل کاملا خزان و بی برگی درختان انجام شد که جنگل فاقد تاج‎ پوشش است. همچنین برای کاهش خطا در مدل رقومی سطح زمین، استفاده هم زمان از نقاط کنترل زمینی، موقعیت قرارگیری نقاط کنترلی و پراکندگی نقاط کنترلی دقیق پیشنهاد می شود.

کلیدواژه ها:

Digital Surface Model ، Elevation accuracy ، Ground control points ، Processing method ، UAV ، پهپاد ، روش پردازش ، دقت ارتفاعی ، مدل رقومی سطح زمین ، نقاط کنترل زمینی