مراقبة الغطاء النباتي باستخدام تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف

في تقنيات الاستشعار عن بعد، تُعد مؤشرات الغطاء النباتي من الطرق الشائعة لاستخلاص معلومات الغطاء النباتي. وتُمثل هذه المؤشرات كميات مميزة تُحسب من انعكاس الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يعكس درجة وحالة نمو الغطاء النباتي السطحي. ومن بين مؤشرات الغطاء النباتي الشائعة الاستخدام: مؤشر اختلاف الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI)، ومؤشر اختلاف الغطاء النباتي (DVI)، ومؤشر المحاكاة الافتراضية (VI).

أساليب رصد تغير الغطاء النباتي القائمة على تقنية الاستشعار عن بعد

1. طريقة تغيير مؤشر الغطاء النباتي

تعتمد طريقة قياس تغير مؤشر الغطاء النباتي على مقارنة مؤشرات الغطاء النباتي في صور الاستشعار عن بُعد المتعددة، وحساب التغيرات في هذه المؤشرات لتحديد حالة تغيرات الغطاء النباتي. ومن خلال تحليل هذه التغيرات، يُمكن تحديد نمو النباتات وذبولها، بالإضافة إلى التغيرات في الغطاء النباتي.

2. طريقة التصنيف والتنوع

تعتمد طريقة رصد التغيرات القائمة على التصنيف على صور الاستشعار عن بُعد لتصنيف التغيرات في الغطاء النباتي. وتحصل هذه الطريقة على معلومات حول التغيرات وأنواع الغطاء النباتي من خلال تصنيف وتحليل صور الاستشعار عن بُعد، وتتميز بدقة رصد أعلى من طريقة رصد التغيرات القائمة على مؤشر الغطاء النباتي.

العملية الأساسية لرصد الغطاء النباتي

1. جمع البيانات

تتمثل الخطوة الأولى في استخدام تقنية الاستشعار عن بُعد لرصد الغطاء النباتي في الحصول على البيانات المناسبة. يمكن الحصول على بيانات الاستشعار عن بُعد من الأقمار الصناعية، أو الطائرات المسيّرة، أو منصات الاستشعار عن بُعد الأخرى. تتميز بيانات الأقمار الصناعية عادةً بتغطية مكانية واسعة ودقة زمنية منخفضة، بينما تتميز بيانات الطائرات المسيّرة بتغطية مكانية أصغر ودقة زمنية أعلى. يمكن اختيار أنواع مختلفة من البيانات بناءً على الاحتياجات المحددة. علاوة على ذلك، يجب مراعاة عوامل مثل نطاق التردد ودقة البيانات لضمان توفير معلومات فعّالة عن الغطاء النباتي.

2. معالجة البيانات المسبقة

بعد الحصول على بيانات الاستشعار عن بُعد، يلزم إجراء سلسلة من عمليات المعالجة المسبقة للحصول على بيانات قابلة للاستخدام في رصد الغطاء النباتي. تشمل هذه العمليات إزالة السحب، وتصحيح الغلاف الجوي، والمعايرة الإشعاعية. لإزالة السحب، يمكن استخدام خوارزميات كشف السحب لإزالة المناطق المغطاة بالغيوم، أو يمكن استخدام تقنية دمج صور السحب لدمج الصور المغطاة بالغيوم مع الصور الخالية منها. أما تصحيح الغلاف الجوي، فيمكن إجراؤه باستخدام نماذج تصحيح الغلاف الجوي للتخلص من تأثيرات الغلاف الجوي وتقليل الأخطاء. بالإضافة إلى ذلك، تُعد المعايرة الإشعاعية ضرورية لتحويل بيانات الاستشعار عن بُعد إلى كميات فيزيائية.

3. حساب مؤشر الغطاء النباتي

تُعد مؤشرات الغطاء النباتي مؤشرات مهمة لرصد الغطاء النباتي. ومن بين مؤشرات الغطاء النباتي الشائعة الاستخدام مؤشر اختلاف الغطاء النباتي المعياري (NDVI) ومؤشر اختلاف الغطاء النباتي (DVI).

يمكن حساب مؤشرات الغطاء النباتي باستخدام نطاقات مختلفة من بيانات الاستشعار عن بُعد وفقًا لمعادلات محددة. على سبيل المثال، يمكن الحصول على مؤشر NDVI بحساب نسبة نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى نطاق الضوء المرئي. تعكس مؤشرات الغطاء النباتي المحسوبة حالة الغطاء النباتي، مما يُمكّن من رصده.

4. تفسير البيانات وتحليلها

بعد حساب مؤشر الغطاء النباتي، يلزم تفسير البيانات وتحليلها للحصول على مزيد من المعلومات حول الغطاء النباتي. يمكن استخدام أساليب مثل تصنيف الصور وكشف التغيرات في التفسير والتحليل. يُقسّم تصنيف الصور وحدات البكسل المختلفة في صورة الاستشعار عن بُعد إلى فئات متنوعة، مثل الغطاء النباتي والمسطحات المائية والمباني. أما كشف التغيرات فيُقارن صور الاستشعار عن بُعد من فترات زمنية مختلفة لتحديد التغيرات في الغطاء النباتي. من خلال التفسير والتحليل، يمكن الحصول على معلومات مثل التوزيع المكاني واتجاهات تغير الغطاء النباتي، مما يوفر أساسًا لاتخاذ القرارات في إدارة الغطاء النباتي وحماية البيئة.

5. التحقق من النتائج وتقييم الدقة

للتأكد من دقة نتائج الرصد، يلزم التحقق من النتائج وتقييم دقتها. يمكن إجراء التحقق من خلال المسوحات الميدانية وأخذ العينات، بمقارنة مدى تطابق نتائج المسوحات الميدانية مع نتائج الرصد عن بُعد. أما تقييم الدقة، فيمكن أن يستخدم برامج متخصصة للتحليل الإحصائي المكاني، لحساب مؤشرات دقة نتائج الرصد، مثل الدقة والضبط. ومن خلال التحقق من النتائج وتقييم الدقة، يمكن تقييم موثوقية الرصد عن بُعد، مما يوفر مرجعًا لأعمال الرصد اللاحقة.

△ توزيع الغطاء النباتي في مدينة شيآن في مارس 2023

شركة CAS Xiguang Aerospace - مراقبة الغطاء النباتي عن بعد

يُظهر متوسط ​​الغطاء النباتي في شيآن خلال فصلي الربيع والصيف اتجاهاً موسمياً واضحاً، مما يشير إلى أن شيآن تتمتع ببيئة طبيعية جيدة.تُظهر النتائج الإحصائية الإقليمية أن نمو الغطاء النباتي مستقر نسبيًا في جبال تشينلينغ وسهل نهر ويخه الفيضي في المنطقة الجبلية الجنوبية؛ بينما تُعدّ اتجاهات نمو الغطاء النباتي ملحوظة على طول التلال والهضاب الطينية؛ أما الغطاء النباتي فهو منخفض في المناطق الحضرية حديثة الإنشاء ومناطق التنمية الرئيسية. ويُشير تحليل نمط المناظر الطبيعية إلى أن كثافة وعدد البقع النباتية في شيآن مرتفعان نسبيًا، مما يدل على استمرار تنمية موارد شيآن واستغلالها. 

△ توزيع الغطاء النباتي في مدينة شيآن في أغسطس 2023

لقد ساهم تطبيق تقنية الاستشعار عن بُعد في رصد تغيرات الغطاء النباتي بشكل كبير في تحسين كفاءة ودقة الرصد. ومع التطور والتقدم المستمر لتقنية الاستشعار عن بُعد، ستظهر تقنيات وأساليب جديدة باستمرار، مما يوفر معلومات أكثر دقة وشمولية لرصد تغيرات الغطاء النباتي. وبفضل تقنية الاستشعار عن بُعد، سيصبح فهمنا للبيئة وحمايتها أكثر دقة وكفاءة.