به سوی پروتکل کتابخانه طیفی گونه های گیاهی استاندارد برای نقشه برداری گیاهی: مطالعه موردی در بوته زار پارک ملی دونا

خلاصه

یکی از کاربردهای اصلی طیف‌سنجی میدانی، تولید کتابخانه‌های طیفی از سطوح یا مواد زمین برای پشتیبانی از فعالیت‌های نقشه‌برداری با استفاده از طیف‌سنجی تصویربرداری است. برای افزایش قابلیت اطمینان این کتابخانه ها، اکتساب امضای طیفی باید به دنبال رویه های استاندارد و رویکردهای آزمایشی کنترل شده انجام شود. این مقاله یک پروتکل استاندارد برای ایجاد یک کتابخانه طیفی برای گونه‌های گیاهی ارائه می‌کند. این پروتکل بر اساس توصیف پاسخ طیفی بازتاب گونه‌های مختلف در حوزه فضایی-زمانی، با در نظر گرفتن تنوع درون گونه‌ای و شباهت بین گونه‌ای است. یک مطالعه موردی عملی در بوته زار واقع در پارک ملی دونا (SW اسپانیا) انجام شد. کتابخانه های طیفی از پنج گونه غالب بوته ای ساخته شد (Erica scoparia ، Halimium halimifolium ، Ulex australis ، Rosmarinus officinalis و Stauracanthus genistoides) . تخمینی از تفکیک پذیری بین گونه ها انجام شد: از یک سو، آزمون t Student تنوع قابل توجه درون گونه ای ( 05 /0p<) و از سوی دیگر، مقدار شباهت طیفی (SSV) و الگوریتم های نگاشت زاویه طیفی (SAM) را ارزیابی می کند. ارزش تفکیک پذیری قابل توجهی را برای گونه های غالب به دست آورد، اگرچه امکان تفکیک گونه های حبوبات Ulex australis و Stauracanthus genistoides وجود نداشت .

کلید واژه ها:

طیف سنجی میدانی ; کتابخانه طیفی گیاهی ; پروتکل استاندارد ؛ پارک ملی دوننا ؛ بوته زارها

چکیده گرافیکی

1. معرفی

به منظور توسعه درک از اثرات فرآیندهای اکولوژیکی و آشفتگی ها بر توزیع فضایی و زمانی جوامع گیاهی، سازمان های مسئول مدیریت مناطق طبیعی حفاظت شده نیاز به نقشه برداری پوشش گیاهی در سطح گونه ها دارند [1 ] . علاوه بر این، توانایی نقشه برداری و نظارت بر تغییرات در ترکیب گونه ها در طول زمان، برنامه های مدیریتی در این مناطق را بهینه می کند و در ردیابی روندهای مکانی-زمانی گونه های مهاجم و کیستون مفید است [2 ] .

سنجش از دور فراطیفی پتانسیل ارائه اطلاعات کمی در مورد پوشش فضایی، ترکیب گونه‌ها و وضعیت فیزیکوشیمیایی پوشش گیاهی را دارد، قابلیتی که قبلاً نشان داده شده است [ 3 ]. در میان تکنیک های فراطیفی، طیف سنجی تصویربرداری به خوبی در سکوهای هوابرد توسعه یافته است و اخیراً با استقرار وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) جایگاه خود را به دست آورده است، اگرچه این فرآیند هنوز در مراحل اولیه خود برای ابزارهای فضایی است [4 ] . در این رابطه، ماموریت های فضایی پیش رو، مانند EnMAP [ 5 ] یا PRISMA [ 6]]، حرکت رو به جلو در ادغام تکنیک های ابرطیفی را تقویت می کند. طیف‌سنجی میدانی سال‌ها قبل از توسعه طیف‌سنجی تصویربرداری هوابرد یا فضابرد است [ 7 ]، و رشد قابل‌توجهی را در دو دهه گذشته از نظر استفاده و کاربرد آن در رشته‌های مختلف علمی تجربه کرده است.

اگرچه داده‌های طیف‌سنجی تصویربرداری برای نقشه‌برداری گونه‌های گیاهی امیدوارکننده به نظر می‌رسد، رویکردهای عملیاتی کمی وجود دارد به دلیل درک بیوفیزیکی محدود ما از زمانی که امضاهای سنجش از راه دور وجود گونه‌های منحصربه‌فرد را در درون و در بین جوامع گیاهی نشان می‌دهند [8 ] . دو مورد از اشکالات اصلی در این زمینه عبارتند از: شباهت طیفی بالا در میان گونه هایی با سازگاری های اکولوژیکی مشابه [ 9 ]. و در مقابل، پاسخ تنوع طیفی بالا در گونه‌ها به دلیل دامنه تغییرات در ترکیبات گیاهی (مانند شیمی بافت و ساختار) در شیب‌های محیطی [ 10]]. علاوه بر این اشکالات، فنولوژی پوشش گیاهی در بالا لایه بندی شده است، عاملی که شباهت بین گونه ای را کاهش می دهد و در عین حال دامنه تنوع درون گونه ای را افزایش می دهد [ 11 ].

به منظور بهبود کارایی نقشه برداری با استفاده از طیف سنجی تصویربرداری، تکنیک های تجزیه و تحلیل اعمال شده در تصاویر می تواند نتایج رضایت بخش تری را با معرفی داده های حقیقت زمینی برای توصیف پاسخ طیفی هر گونه گیاهی مورد مطالعه ارائه دهد [12 ] . با این حال، طیف‌سنجی میدانی روش اصلی است که برای جمع‌آوری داده‌های حقیقت زمین برای توسعه کتابخانه‌های طیفی مرجع استفاده می‌شود [ 13 ]. علاوه بر این، مقدار زیادی از ادبیات مستند پتانسیل استفاده از کتابخانه های طیفی گیاهی برای نقشه برداری پوشش گیاهی در دسترس است (به بخش 2 مراجعه کنید.). با این وجود، به منظور ایجاد امضاهای طیفی منحصربفرد و قابل تشخیص در میان گونه‌ها، کتابخانه‌های طیفی باید تنوع مکانی و زمانی گونه‌های گیاهی را در میان جوامع گیاهی و در طول فصول سال در نظر بگیرند [14 ] .

برای اطمینان از بهبود قابلیت اطمینان این کتابخانه‌های طیفی با استفاده از طیف‌سنجی تصویربرداری، اکتساب امضای طیف بازتابی در کمپین‌های میدانی باید بر اساس رویه‌های استاندارد باشد و از رویکردهای تجربی کنترل‌شده پیروی کند [15 ] . علاوه بر این، محدودیت های مهم تحمیل شده توسط پیچیدگی روشنایی طبیعی و تنوع بسیار زیاد در اجزای یک کمپین طیف سنجی میدانی ( به عنوان مثال ، مکان های اندازه گیری، اهداف انتخاب شده، پروتکل نمونه برداری)، نیازمند یک سیستم فراداده کامل برای گزارش مناسب در مورد آنچه اندازه گیری شده است. و شرایطی که در آن اندازه گیری ها انجام شد [ 16 ].

در حال حاضر، هیچ پروتکل هماهنگ استانداردی برای اندازه گیری بازتاب میدان در گیاهان وجود ندارد [ 17 ]. در این مقاله، ما یک روش کامل برای ایجاد یک کتابخانه طیفی مناسب برای نقشه برداری گونه های گیاهی پیشنهاد می کنیم. این پروتکل به دنبال ایجاد رویه‌های استاندارد برای کسب طیف‌های گیاهی در مزرعه است، بر اساس تعدادی پایه جامد برای هر نوع گیاهی، اما همچنین شامل رویه‌های انعطاف‌پذیر بسته به نوع گیاه در نظر گرفته شده (به عنوان مثال ،جنگل، درختچه، مرتع). یکی از این پایه های محکم برای پروتکل، تخمین شباهت طیفی بین گونه ای و تنوع درون گونه ای با در نظر گرفتن گرادیان های محیطی و تغییرات فنولوژیکی است. برای نشان دادن قابلیت استفاده از پروتکل، یک مطالعه موردی عملی در جوامع بوته‌ای واقع در اکوسیستم تپه‌های شنی تثبیت‌شده در پارک ملی دونا (SW، اسپانیا) انجام شد.

2. زمینه: وضعیت فعلی طیف سنجی میدانی برای تولید کتابخانه طیفی گیاهی

قبل از تشریح پروتکل پیشنهادی، این بخش به چندین موضوع کلی در تولید کتابخانه‌های طیفی گیاهی اشاره می‌کند: وضعیت فعلی طیف‌سنجی میدانی در طیف خورشیدی را خلاصه می‌کند. این ویژگی خاص ترین جنبه های کسب طیف های گیاهی را در این زمینه برجسته می کند، و در نهایت، پرکاربردترین معیارهای تفکیک پذیری طیفی را فهرست می کند.

2.1. طیف سنجی میدانی

طیف‌سنجی میدانی اندازه‌گیری تابش یا تابش طیفی با وضوح بالا در میدان است و برای بازیابی نشانه‌های طیفی بازتاب یا گسیل اهداف سطح زمین استفاده می‌شود. در مقایسه با طیف‌سنجی تصویربرداری هوابرد یا فضابرد، ابزار سنجش در میدان می‌تواند برای مدت طولانی‌تری روی موضوع مورد نظر ثابت بماند و در نتیجه طول مسیر بین ابزار و جسم مورد اندازه‌گیری را کاهش دهد [7 ] .

طیف‌سنج‌های ناهموار و قابل حمل که در حال حاضر در دسترس هستند، از طیف‌سنج‌های غیر تصویربرداری که معمولاً در آزمایشگاه استفاده می‌شوند، تکامل یافته‌اند. سازندگان طیف رادیومتر میدانی اساساً دو نوع ابزار ارائه می‌دهند: (1) دستگاه‌های کوچک و سبکی که فقط در نور مادون قرمز نزدیک مرئی (VNIR: 350 تا 1000 نانومتر) طراحی شده‌اند، با نسبت سیگنال به نویز (SNR) در حدود 250:1; (2) دستگاه‌های بزرگ‌تر و سنگین‌تر که به کل طیف خورشیدی حساس هستند، با آشکارسازهای مادون قرمز موج کوتاه (SWIR: 1000-2500 نانومتر) و SNR حدود 1000:1. بسته به کاربرد، این طیف‌سنج‌ها را می‌توان برای فاصله نمونه‌برداری و وضوح طیفی پیکربندی کرد. یک پیکربندی معمولی پهنای کامل را در نصف حداکثر (FWHM) نزدیک به 3 نانومتر در ناحیه طیفی VNIR و حدود 10 نانومتر در ناحیه SWIR تنظیم می‌کند.به عنوان مثال ، اندازه گیری فلورسانس) یک FWHM 1 نانومتر در VNIR مورد نیاز است.

اندازه گیری تابش طیفی با استفاده از بسته فیبر نوری ارائه شده با گزینه اتصال اپتیک های مختلف برای تغییرات میدان دید (FOV) در سال های اخیر گسترده شده است. در حال حاضر، طیف‌سنجی میدانی با استفاده از سنسورها یا دوربین‌های تصویربرداری فراطیفی به طور فزاینده‌ای مرتبط و امیدوارکننده است، اگرچه مشکلات مقیاس و اثرات غیرخطی در این مشاهدات تصویربرداری نزدیک به شی هنوز باید مورد توجه قرار گیرند [18 ] . پرکاربردترین روش اکتساب برای به دست آوردن بازتاب نزدیک به زمین، تک پرتو است، جایی که از همان ابزار برای اندازه گیری تابش طیفی هدف و پانل کالیبراسیون استفاده می شود. برای این موارد، Spectralon® (Labsphere، North Sutton، NH، USA) به ماده استاندارد پانل ها تبدیل شده است. اندازه‌گیری‌ها معمولاً با طیف‌سنج‌های میدانی که دستی هستند، معمولاً با سر حسگر روی یک تیر یا یوغ نصب می‌شود تا آن را از بدن اپراتور دور نگه دارد. برای مشاهدات از راه دور خودکار بیشتر، پهپادها نیز در حال آزمایش هستند. اگرچه استفاده از آنها چالش برانگیز است، اما درجه بالایی از اتوماسیون و توان عملیاتی سریع را ارائه می دهند [ 19 ]. در این راستا، شایان ذکر است که سیستم جدید حامل-بالابر MUFSPEM@MED (واحد موبایل اندازه‌گیری‌های طیفی میدانی در مدیترانه) [ 13]]، که اندازه گیری های بسیار کنترل شده ای را ارائه می دهد و به طور خودکار از روی زمین کار می کند.

کتابخانه‌های طیفی مجموعه‌ای از طیف‌ها هستند که واکنش طیفی بازتاب یا گسیل سطوح و مواد زمینی را مشخص می‌کنند. از آنجا که اکتساب طیفی تا حد زیادی متغیر است، ساده‌ترین راه برای ساخت کتابخانه طیفی، محاسبه طیف‌های میانگین و اعمال انحراف استاندارد هدف اندازه‌گیری شده برای جمع‌آوری اعضای انتهایی است [16 ] . با این حال، موارد پیچیده‌تر همچنین می‌تواند شامل تغییرات مکانی-زمانی یک سطح یا ماده به منظور مشخص کردن ویژگی‌ها یا شرایط مختلف باشد (به عنوان مثال ، مراحل مختلف فنولوژیکی در یک کتابخانه طیفی گیاهی [ 20 ]).

وجود فراداده‌های مستند به طور گسترده در کتابخانه‌های طیفی، مناسب بودن، قابلیت استفاده طولانی‌مدت و تضمین کیفیت داده‌های سایر محققان را افزایش می‌دهد [ 21 ]. در رشید و همکاران. [ 22 ] مهمترین فراداده طیف سنجی میدانی توسط کاربران پیشرفته برجسته شد و Jimenez و همکارانش. [ 23 ] رویکردی را برای ایجاد یک سیستم ابرداده استاندارد برای طیف‌سنجی میدانی بر اساس استانداردهای ISO و OGC معرفی کرد.

2.2. اکتساب امضای طیفی

پاسخ طیفی گیاهان تابعی از خواص نوری اجزای تشکیل دهنده و ویژگی های ساختاری آنها است [ 10 ]. خواص شیمیایی رنگدانه‌ها، آب و محتوای ماده خشک ویژگی‌های جذب متمایز را در سراسر طیف بازتاب ایجاد می‌کند. از آنجایی که سایبان ها دارای معماری پیچیده ای هستند، با شکاف هایی در برگ ها و شاخه ها، پاسخ پراکندگی و جهت گیری ممکن است با توجه به ویژگی های ساختاری مانند شاخص سطح برگ (LAI) و توزیع زاویه برگ (LAD) متفاوت باشد [10 ] . تابع نظری که رابطه بین شار فرودی و توزیع آنچه منعکس شده را توصیف می کند، تابع جهت انعکاس دو جهته (BRDF) نامیده می شود [ 24] .]. بنابراین، برای مقایسه دقیق اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده در شرایط مختلف روشنایی و مشاهده، لازم است هندسه مشاهدات را هنگام بدست آوردن طیف‌های گیاهی در نظر گرفت.

خصوصیات طیفی گونه های گیاهی به دلیل تغییرات در خواص بیوفیزیکی، فیزیولوژی، پارامترهای محیطی و فنولوژی همیشه مشکل ساز است [ 25 ]. با این وجود، مهم است که تاکید شود که تعداد زیادی از مطالعات نقشه برداری پوشش گیاهی سنجش از دور بر روی کسب طیف های میدانی بر روی انواع مختلف پوشش گیاهی متمرکز شده اند: مراتع [26 ، 27 ] ; بوته زارها [ 28 ، 29 ]، باتلاق [ 30 ]، جنگل [ 31 ، 32 ] و زیرآبی [ 33 ].

کارهای اخیر به تولید یک کتابخانه طیفی از گونه های گیاهی با استفاده از طیف سنجی میدانی پرداخته است. زومر و همکاران [ 14 ] اندازه گیری بازتاب میدانی در پوشش گیاهی تالاب در کالیفرنیا، تگزاس، و می سی سی پی و نسل کتابخانه طیفی مربوطه را توصیف کرد. ماناکوس و همکاران [ 13 ] اولین گام ها را در مورد نحوه سازماندهی یک پایگاه داده طیفی برای انواع پوشش زمین معمولی مدیترانه ارائه کرد. اخیراً، Nidamauri و همکاران. [ 20 ] کتابخانه های طیفی برای محصولات مختلف با در نظر گرفتن مراحل فنولوژیکی آنها ساخته شد. به عنوان یک نقطه شروع بسیار مفید، SPECCHIO [ 34پروژه یک پایگاه داده طیفی آنلاین فراهم می کند که در آن گروه های تحقیقاتی در جامعه سنجش از دور می توانند کتابخانه های طیفی گیاهی را مبادله کنند.

2.3. معیارهای تفکیک پذیری طیفی

با مقایسه نشانه‌های طیفی گیاهی بین و درون گونه‌ها و تشخیص تفاوت‌ها و فواصل در شکل طیفی و بازتاب آن‌ها، می‌توانیم منحصربه‌فرد بودن پاسخ طیفی گونه‌های گیاهی را تخمین بزنیم. گسترده‌ترین روش‌های تحلیلی طیفی ( به عنوان مثال ، تطبیق طیفی، تجزیه و تحلیل متمایز) را می‌توان با جستجوی تفاوت‌های ظریف در طیف‌ها، به طیف مشتق اول، یا برای پیوستار اعمال شده، برای بازتاب اعمال کرد. حذف پیوسته یک تکنیک عادی سازی است که منجر به منحنی با مقادیر 0 تا 1 می شود که بر محل و عمق ویژگی های جذب فردی تأکید می کند [ 35 ].

یک مقدار تنوع بسیار بالا در پاسخ بازتاب طیفی بین افراد گیاهی از همان گونه گزارش شده است [ 36 ]. چندین روش فیزیکی و مبتنی بر تجربی برای تعیین کمیت این تنوع درون خاص پیشنهاد شده است. روش‌های فیزیکی از کدهای انتقال تابشی استفاده می‌کنند که پاسخ طیفی گیاهان را به عنوان تابعی از محتوای اجزای تشکیل‌دهنده آنها محاسبه می‌کنند. در میان بسیاری از کدهای مختلف منتشر شده، مدل بازتاب دو طرفه تاج پوشش، معروف به SAIL (پراکندگی توسط برگ‌های شیب‌دار دلخواه)، نسخه جدیدتر SAILH، و مدل نوری برگ PROSPECT بیشترین استفاده را برای مطالعه پاسخ بازتابی طیفی و جهتی یک تاج پوشش گیاهی در رابطه با ویژگی های بیوفیزیکی پوشش گیاهی [ 37]. با این حال، شبیه‌سازی‌های عددی این کدها بر اساس مقادیر واقعی پارامترهای بیوفیزیکی اندازه‌گیری شده ( به عنوان مثال ، محتوای کلروفیل، LAI) در منطقه مورد مطالعه است [ 10 ]. در همین حال، هدف روش‌های تجربی برآورد تغییرات مستقیم از طیف‌های جمع‌آوری‌شده در مزرعه یا آزمایشگاه برای افراد گیاهی است که با سطوح تکراری هر پارامتر گیاهی مربوطه اندازه‌گیری می‌شوند [ 25 ].

اندازه‌گیری‌های شباهت طیفی بین دو گونه، شباهت منحنی‌های بازتابی شکل و دامنه را در سایبان‌های جداگانه تخمین می‌زند. دو دسته اندازه گیری تشابه وجود دارد: تصادفی و قطعی [ 38 ]. بسته به منطقه طیف در نظر گرفته شده، می‌توانیم یک اندازه‌گیری جداگانه و دقیق برای هر محدوده طول موج یا یک اندازه‌گیری سراسری زمانی که کل طیف در محاسبه استفاده می‌شود، محاسبه کنیم. اندازه گیری های قطعی شامل نگاشت زاویه طیفی (SAM) [ 39]، فاصله اقلیدسی و همبستگی متقابل. اندازه‌گیری‌های تصادفی از ویژگی‌های ذاتی داده‌های نمونه‌گیری شده به‌عنوان خود اطلاعاتی استفاده می‌کنند و معیارهای اطلاعات طیفی خاصی مانند واگرایی، احتمال و آنتروپی را تعریف می‌کنند. تکنیک های آماری تک متغیره و چند متغیره از جمله تحلیل واریانس پارامتری و ناپارامتریک، تجزیه و تحلیل متعارف و متمایز از معیارهای تفکیک پذیری طیفی به طور گسترده استفاده می شوند [ 11 ].

3. پروتکل کتابخانه طیفی گیاهی

شکل 1 پروتکل پیشنهادی برای تولید یک کتابخانه طیفی گیاهی را طرح‌بندی می‌کند و دو بخش مختلف را نشان می‌دهد. از یک طرف، یک پروتکل نمونه برداری [ 40 ]، که ترکیبی از یک استراتژی نمونه گیری و روش مشاهده است، شامل هر جنبه ای از آماده سازی مبارزات میدانی و کسب طیفی است. از سوی دیگر، پروتکل پردازش داده‌ها برای تهیه فایل‌های طیفی، ایجاد کتابخانه طیفی و تعیین کمیت تفکیک پذیری طیفی بین و درون گونه‌های گیاهی ارائه شده، فراهم می‌شود. در تلاشی موازی، زمان سرمایه‌گذاری شده در جمع‌آوری ابرداده با مزایای آن در کاهش تعصب و تغییرپذیری سیستم پیشی گرفته است [ 17]]. از این نظر، پروتکل بر مهمترین ابرداده مورد نیاز برای توصیف کتابخانه طیفی طبق گفته رشید و همکاران تاکید دارد. [ 22 ] و جیمنز و همکاران. [ 23 ].

پروتکل نمونه برداری کتابخانه طیفی باید مطابق با هدف نهایی اندازه گیری طیفی محدود شود. در این کار، مجموعه کتابخانه طیفی با هدف پشتیبانی از تجزیه و تحلیل طیف سنجی تصویربرداری در نقشه برداری گیاهی است. پروتکل ما بر اساس یک رویکرد تجربی است که در آن کمپین‌های طیف‌سنجی میدانی برای به دست آوردن طیف‌های میدانی گونه‌های گیاهی، با پوشش دادن تغییرات نماینده مربوط به فنولوژی و گرادیان‌های مختلف محیطی، طراحی شده‌اند. بنابراین، کتابخانه‌های طیفی جمع‌آوری‌شده، امضاهای طیفی گیاهی خاص را با شناسایی منحصربه‌فرد بودن آن‌ها در میان گونه‌ها مشخص می‌کنند. علاوه بر این، پروتکل نمونه برداری جنبه های فنی مختلفی را با توجه به نوع پوشش گیاهی در نظر گرفته شده پیشنهاد می کند: چمن، درختچه یا درخت (پوشش گیاهی زیر آب در نظر گرفته نمی شود).

شکل 1. پروتکل طیف سنجی میدانی برای مجموعه کتابخانه طیفی گیاهی. روش کامل و فراداده مربوطه برای پروتکل نمونه برداری و پردازش داده ها نشان داده شده است.

3.1. پروتکل نمونه برداری

استراتژی نمونه برداری طراحی شده باید تغییرات مکانی-زمانی برای هر گونه را با در نظر گرفتن انتخاب مکان های اندازه گیری و تاریخ های مناسب و افراد نمونه انتخاب شده پوشش دهد. ابرداده‌های ضروری برای این بخش، مکان و شناسایی مکان‌های اندازه‌گیری و همچنین تاریخ مبارزات میدانی است:

(من): تاریخ مبارزات صحرایی باید مراحل فنولوژیک گونه های مختلف را پوشش دهد و تفاوت های فصلی در پیری برگ، ریزش برگ، گلدهی و میوه دهی و فرآیندهایی را که بر نسبت های نسبی و آرایش ساختاری مواد شیمیایی در معرض حسگر در طول زمان تأثیر می گذارد، شناسایی کند. بسته به جامعه گیاهی در نظر گرفته شده، ممکن است دو تا چهار تاریخ مختلف در طول سال برای مشخص کردن تغییرات طیفی مورد نیاز باشد.
(II): تعداد مکان‌های اندازه‌گیری و توزیع فضایی آن‌ها باید جوامع مختلف گیاهی ارائه‌شده را پوشش دهد، و باید برای محاسبه گرادیان‌های محیطی (به عنوان مثال، نوع خاک، توپوگرافی) طبقه‌بندی شود. با در نظر گرفتن وسعت منطقه و دسترسی به آن ( به عنوان مثال، باتلاق ها یا پوشش گیاهی بسیار متراکم) می توان با استفاده از پوشش گیاهی جانبی و نقشه های توپوگرافی منطقه مورد مطالعه، مناطق طبقه بندی شده را به راحتی شناسایی کرد . اندازه محل اندازه‌گیری مرتبط نیست، زیرا هدف کتابخانه طیفی مشخص کردن امضای گونه و نسل اعضای نهایی است.
(iii): افرادی که باید اندازه گیری شوند ممکن است با نمونه گیری تصادفی انتخاب شوند، اما افراد انتخاب شده باید وضعیت “عادی” گونه های گیاهی را نشان دهند و از افراد آسیب دیده، بیمار یا نوجوان خودداری کنند. پس از تکمیل فرآیند طبقه بندی، تعداد کل افراد تابعی از تعداد محل های نمونه برداری قطعی خواهد بود. ممکن است چندین فرد دیگر برای جوامع گیاهی با ناهمگنی مشخص مرتبط با شیب های محیطی مشاهده شده انتخاب شوند. به عنوان یک توصیه کلی، حداقل 30 نفر به دلایل آماری مورد نیاز هستند [ 41 ].

دستیابی به امضاهای بازتابی در این زمینه، هم بازتاب تاج پوشش و هم اندازه‌گیری پارامترهای گیاه فرعی را شامل می‌شود. روش اندازه گیری بازتاب گیاه بر اساس جمع آوری طیفی با طیف سنج میدانی است که کل تاج پوشش گیاه را در زمان اندازه گیری پوشش می دهد. اندازه‌گیری‌های انعکاس نشان‌دهنده مجموعه فضایی اجزای تاج پوشش به‌علاوه خاک و عناصر گیاهی زیر طبقه است، به این معنی که «کاوشگر تماسی» یا اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی نماینده نیستند. پارامترهای گیاهی کمکی ممکن است از اطلاعات بسیار ساده در مورد وضعیت گیاه ( یعنی فقط ثبت مرحله فنولوژیکی) تا اندازه گیری پارامترهای پوشش گیاهی با ابزار دقیق (به عنوان مثال) متغیر باشد.غلظت رنگدانه یا LAI). عناصر کلیدی فراداده برای این بخش عبارتند از: FOV اعمال شده اسپکترورادیومتر، زوایای خورشیدی و مشاهده، زمان اندازه‌گیری و پارامترهای کارخانه فرعی:

(IV): در انتخاب و پیکربندی طیف سنج صحرایی باید نوع پوشش گیاهی در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، برای انجام نوارهای جذب لیگنین و سلولز ارائه شده در گونه های چوبی، طیف سنج میدانی باید قابلیت سنجش برای منطقه SWIR [ 10] داشته باشد.]. برای تعیین مناسب هندسه مشاهدات، FOV ابزار باید به اندازه‌ای وسیع باشد که تمام اجزای تاج پوشش را در بر بگیرد و با استفاده از میله‌ها، نردبان‌ها یا جرثقیل‌ها، کل اندازه تاج‌پوش‌های درختان، بوته‌ها یا فواره‌ها را ثبت کند. با این حال، FOV نباید خیلی بزرگ باشد تا از سیگنال های عناصر خارجی در اطراف کارخانه اندازه گیری شده جلوگیری کند. برای انتخاب زوایای مشاهده، نمونه‌گیری نادرال به منظور جلوگیری از اثرات کانونی پیشنهاد می‌شود. از کل سایبان باید نمونه برداری شود که سر اسپکترورادیومتر را در داخل سایبان حرکت می دهد و فایل های مختلف را در هر اندازه گیری ثبت می کند تا تنوع سایبان را در نظر بگیرد. در این مرحله، بسته به طیف سنج مورد استفاده، باید به اندازه پیکسل واقعی با استفاده از فیبر نوری یا فیبر نوری توجه شود [ 42]]. همانطور که در پروتکل های طیف سنجی میدانی عمومی [ 43 ] توصیه می شود، زمان اندازه گیری باید تا حد امکان نزدیک به ظهر خورشیدی باشد. برای اکتساب طیف های گیاهی، یک طیف رادیومتر میدانی را می توان برای به دست آوردن حالت درخشندگی یا DN پیکربندی کرد. پس از بهینه‌سازی طیف‌سنجی میدانی، تابش پانل مرجع و تاج‌پوش گیاه ثبت می‌شود. برای به حداقل رساندن تغییر در بازتاب خروجی نیروگاه به دلیل تغییر در روشنایی خورشیدی، تابش تاج و پانل کالیبراسیون و جریان تاریک حسگر باید تقریباً همزمان اندازه‌گیری شوند.
(v): اندازه گیری پارامترهای فیزیکوشیمیایی برای افراد نمونه گیری در طول اکتساب طیفی به شدت توصیه می شود. حجم وسیعی از ادبیات برای این اکتساب پارامتر فیزیولوژیکی در سایت موجود است. به عنوان مثال، Jonckheere و همکاران. [ 44 ] چندین روش مستقیم و غیرمستقیم برای تخمین LAI را مرور می‌کند. روش‌های اندازه‌گیری محتوای کلروفیل یا محتوای آب برگ را می‌توان در Gitelson [ 45 ] و Colombo و همکارانش یافت . [ 46 ] به ترتیب.

3.2. پردازش داده ها و محاسبات تفکیک پذیری طیفی

پردازش طیف شامل مراحل پیش پردازشی برای آماده سازی خوانش بازتاب برای هر سایبان و روش های پس از پردازش برای ثبت داده ها و فراداده ها در قالب استاندارد است. عناصر کلیدی ابرداده برای این بخش عبارتند از: نام فایل، اندازه فایل، الگوریتم های اعمال شده و فرمت خروجی انتخاب شده:

(vi): طیف‌سنج‌های میدانی معمولاً این گزینه را دارند که اندازه‌گیری‌های تشعشع پانل هدف و مرجع را به طور مشترک در یک فایل یا در فایل‌های جداگانه ثبت کنند. توجه به این نکته مهم است که داده های طیفی معمولاً در قالبی اختصاصی ذخیره می شوند که فقط توسط نرم افزار خاصی که توسط سازنده توزیع می شود قابل خواندن است. بسته به سطح نویز طیفی، تکنیک های پولیش مانند فیلتر Savitzky-Golay ممکن است اعمال شود، اما توصیه می شود به خاطر حفظ اطلاعات محافظه کارانه عمل کنید [ 47 ]. علاوه بر این، امکان اعمال تبدیل طیفی نیز وجود دارد ( به عنوان مثال، پیوسته حذف شده، مشتق). به طور مشابه، تمام ابرداده‌های مربوط به اکتساب طیفی باید با شناسایی منبع فراداده و نوع داده مورد بررسی قرار گیرند: برای مثال، ثبت اطلاعات مربوط به پیکربندی طیف‌سنج در فایل، یا ذخیره تصویری از گونه‌های گیاهی نمونه‌برداری شده.
(vii): در طول پردازش پس از طیف، میانگین بازتاب و انحراف استاندارد برای هر اندازه گیری از یک هدف محاسبه می شود. برای در دسترس قرار دادن داده ها برای جامعه علمی، می توان از یک فرمت فایل رایج استفاده کرد: ASCII، فایل داده سلسله مراتبی (HDF)، jcamp-dx، یا فرمت نرم افزار تصویربرداری تجاری مانند کتابخانه طیفی ENVI (Exelis Visual Information Solutions, Inc., Boulder. ، CO، ایالات متحده آمریکا). به طور مشابه، فایل‌های ابرداده باید تولید شده و در قالبی استاندارد و پرکاربرد به کتابخانه طیفی اضافه شوند. در این رابطه، جیمنز و همکاران . [ 23 ] نوشتن فایل های فراداده در زبان نشانه گذاری توسعه پذیر (XML) را با رعایت استانداردهای بین المللی پیشنهاد کرده اند.

هنگامی که طیف تاج برای هر فرد اندازه‌گیری شد، به راحتی می‌توانیم تفکیک‌پذیری طیفی را در میان گونه‌ها با در نظر گرفتن تنوع درون گونه‌ای به دلیل تفاوت‌های فیزیکوشیمیایی اندازه‌گیری شده در محل، و همچنین شباهت بین گونه‌ها، کمی کنیم.

(viii): تنوع طیف درون گونه ممکن است بر اساس حالات مختلف فنولوژیکی و پارامترهای فیزیکوشیمیایی بررسی شود. ضریب تغییرات (CV) یا رگرسیون حداقل مربعی ساده تکنیک های آماری هستند که به شناسایی طول موج حساس کمک می کنند. علاوه بر این، تکنیک‌های آماری تک متغیره و چند متغیره، شامل تحلیل واریانس پارامتری و ناپارامتریک، می‌توانند به مقایسه پاسخ طیفی در تاریخ‌های مختلف اندازه‌گیری کمک کنند تا مشخص شود در کدام فصل گونه‌ها به راحتی از یکدیگر متمایز می‌شوند.
(ix): شاخص شباهت بین گونه ای [ 11 ] می تواند تخمینی از تفاوت ها در امضای طیفی گونه های گیاهی ارائه دهد. برای از بین نرفتن تفاوت‌های ظریف احتمالی بین طیف‌های گونه‌ای، پروتکل استفاده از دو معیار تفکیک‌پذیری متفاوت را برای مقایسه پیشنهاد می‌کند، که هم برای طیف اصلی و هم برای طیف‌های حذف‌شده از زنجیره اعمال می‌شوند.

4. مطالعه موردی: بوته زارهای پارک ملی Doñana

4.1. منطقه مطالعه

پارک ملی دونانا (DNP) در سواحل جنوب غربی اسپانیا واقع شده است. این تالاب یکی از مهم ترین تالاب های اروپا است [ 48 ] و در سال 1995 به عنوان میراث جهانی یونسکو معرفی شد. DNP دارای آب و هوای مدیترانه ای با برخی تأثیرات اقیانوسی و میانگین بارندگی سالانه حدود 550 میلی متر است. بارندگی فصلی کاملاً مشخصی دارد، عمدتاً بین اکتبر و مارس (فصل مرطوب) و تقریباً بین ژوئن و آگوست (فصل خشک) وجود ندارد. سه واحد اصلی زمین به طور سنتی در DNP متمایز شده است: باتلاق های داخلی، تپه های ماسه ای متحرک، و تپه های شنی تثبیت شده. مطالعه ما در تپه های شنی تثبیت شده ذخیره گاه زیستی دوننا (DBR)، منطقه هسته DNP ( شکل 2 ) انجام شد.

شکل 2. موقعیت پارک ملی دونانا (SW، اسپانیا). مربع نشان‌دهنده اکوسیستم تپه‌های شنی تثبیت‌شده ذخیره‌گاه زیستی دوننا است. تصویر فرعی یک مدل رقومی ارتفاعی از منطقه مورد مطالعه را نشان می دهد.

تپه های شنی تثبیت شده به دلیل مورفولوژی تپه های قدیمی که توسط پوشش گیاهی که کم و بیش به تامین آب زیرزمینی وابسته است، توپوگرافی غلتشی را نشان می دهند ( شکل 2 را ببینید). سه منطقه پوشش گیاهی بزرگ در تپه‌های ماسه‌ای تثبیت‌شده DBR وجود دارد: یک منطقه مرتفع تحت تسلط بوته‌های گزروفیت (Naves)، یک منطقه پایین‌تر تحت سلطه درختچه‌های مرطوب (Manto Arrasado)، و علفزارهای انتقالی (Vera). پوشش گیاهی فعلی از بقایای جوامع گیاهی مدیترانه‌ای مانند جنگل‌های بلوط چوب پنبه، جنگل‌های ارس ( Juniperus phoenicea subs turbinata )، مزارع کاج چتری ( Pinus pinea )، مراتع، و جوامع بوته‌زاری مدیترانه‌ای تشکیل شده است.

سه نوع اصلی از اجتماعات بوته ای را می توان بر روی تپه های شنی تثبیت شده بسته به عمق سطح آب یافت: مونت بلانکو (محل های Xerophytic)، واقع در تاج تپه های سابق که سطح آب در تابستان معمولاً عمیق تر از 4 متر و حتی بیش از 3 است. متر زیر سطح خاک این جامعه تحت سلطه Rosmarinus officinalis، Halimium commutatum، Halimium halimifolium، Juniperus phoenicea و Cistus libanotis است . جامعه Monte Negro (محل های Hygrophytic) در فرورفتگی های کم واقع شده است، جایی که سطح آب در تابستان به ندرت 1 متر زیر سطح خاک قرار دارد و سیل موقت زمین در زمستان رخ می دهد. این جامعه گیاهی توسط Erica scoparia، Erica ciliaris، Calluna vulgaris، Ulex minor، Myrtus communis و Cistus salvifolius غالب است.. در نهایت، جامعه Monte Intermedio در دامنه های پشته های تپه های شنی قرار دارد که در آن عمق سطح آب در حال انتقال است و هیچ سیل سطحی وجود ندارد. این جامعه تحت سلطه Halimium halimifolium و Ulex australis است . توزیع فضایی بوته زارها، در همه مقیاس ها، توسط توپوگرافی نورد که سطح آب زیرزمینی را تعدیل می کند، تعیین می شود [ 49 ].

در مورد ویژگی‌های ساختاری گونه‌های درختچه‌ای مورد مطالعه، که ممکن است بر پاسخ طیفی تاج‌پوش تأثیر بگذارد، سه نوع برگ مختلف یافت شد: برگ‌های اسکلروفیل، نیمه اسکلروفیل و برگ‌های خاردار [50 ] . اسکلروفیل های همیشه سبز مانند E. scoparia با برگ های کوچک، ضخیم و چرمی مشخص می شوند که نسبت سطح به حجم بالایی دارند. قوام و تراکم بالای برگ صفتی است که مقاومت به خشکی را در آب و هوای تابستانی مدیترانه ای بهبود می بخشد [ 51 ]. این گیاهان ایزومورف هستند و مقادیر شاخص سطح برگ آنها در طول سال ثابت است. گونه های نیمه اسکلروفیل که به آنها مالاکوفیل های گزروفیتیک نیز گفته می شود، مانند H. halimifolium و R. officinalis، دارای برگ هایی با تراکم کمتر است. اگرچه آنها دوشکلی برگی را نشان نمی دهند، اما ممکن است تغییرات مهمی در شاخص سطح برگ به دلیل جایگزینی برگ در تابستان نشان دهند. برگ های خاردار توسعه یافته توسط گونه های حبوبات S. genistoides و U. australis سطوح پایین تر LAI را در بوته زارهای Doñana اشغال می کنند [ 52 ].

4.2. کتابخانه طیفی گونه های درختچه ای

جوامع بوته زار نقش مهمی در DNP به عنوان یک زیستگاه تغذیه و پناه برای جانوران محلی ایفا می کنند. بر اساس مطالعات میدانی انجام شده و ادبیات موجود [ 49 ، 50 ]، پنج گونه فراوان ترین و غالب ترین گونه ها در سراسر اکوسیستم تپه های شنی تثبیت شده هستند: Erica scoparia ، Halimium halimifolium ، Ulex australis ، Rosmarinus officinalis ، Stauracantus genistoides . میز 1چندین ویژگی فیزیکوشیمیایی این گونه‌های بوته‌ای غالب را نشان می‌دهد، پروتکل کتابخانه طیفی به‌طور ویژه برای جمع‌آوری امضای بازتاب این گونه‌های بوته‌زار، با در نظر گرفتن ویژگی‌های آن‌ها، مانند ارتفاع گیاه و اندازه تاج، اقتباس شده است. علاوه بر این، با توجه به تغییرات LAI یک پارامتر بسیار مهم در بوته‌زارهای مدیترانه‌ای است [ 50 ، 51 ]، اندازه‌گیری‌های LAI در محل به عنوان اطلاعات کمکی برای تولید کتابخانه طیفی به‌دست می‌آیند.

جدول 1. ویژگی های گونه غالب بوته ای در اکوسیستم تپه های شنی تثبیت شده پارک ملی دوننا.

در زیر دستورالعمل‌های پروتکل ( بخش 3 ) را برای تشریح روش‌های تولید کتابخانه طیفی گونه‌های بوته‌ای غالب در DNP دنبال می‌کنیم:

(من): برای تعیین تاریخ مبارزات میدانی، ما تفاوت های بسیار شدید در دسترس بودن آب بین فصول مرطوب و خشک در DNP را در نظر گرفتیم. بنابراین، در سال 2006 و 2007، چندین کارزار طیف‌سنجی میدانی با اندازه‌گیری‌های جمع‌آوری‌شده در پایان فصل خشک (اواخر اسفند و اوایل آوریل) و پایان فصل مرطوب (اواخر مرداد و اوایل سپتامبر) انجام شد. در کمپین های فصل مرطوب، هیچ اندازه گیری در طول دوره گل دهی بوته زار دوننا، که عمدتا بین ماه های می و ژوئن انجام می شود، انجام نشد.
(II): در اکوسیستم تپه های ماسه ای تثبیت شده، میکروتوپوگرافی عامل اصلی شرطی سازی طبقه بندی نمونه است. برای طبقه بندی منطقه مورد مطالعه از مدل ارتفاعی دیجیتال 10 متری پیکسل و نقشه اکولوژیکی DBR استفاده شد. برای انتخاب مکان‌ها در امتداد مناطق طبقه‌بندی شده، مکان‌هایی برای اکتساب طیفی گیاهی و اندازه‌گیری LAI با استفاده از نقشه‌ها تعیین شد، اما انتخاب به دلیل نزدیکی به مسیرها به دلیل دشواری زیاد دسترسی به مناطق با پوشش گیاهی متراکم محدود شد. در مجموع 16 مکان اندازه گیری انتخاب شدند که 12 مورد از آنها برای دستیابی به امضاهای طیفی در نظر گرفته شده بود، در حالی که در چهار سایت دیگر امضاهای طیفی همراه با اندازه گیری های LAI به دست آمد. شکل 3توزیع مکان‌های نمونه‌برداری را نشان می‌دهد، هشت مورد از آن‌ها در ناوس‌ها و هشت سایت دیگر در Manto Arrasado قرار داشتند.
(iii): دو نوع اندازه‌گیری طیفی تاج پوشش با دو هدف مختلف ثبت شد: نوع (I) به منظور ایجاد کتابخانه‌های طیفی برای پنج گونه غالب، 30 فرد برای هر گونه غالب به‌طور غیرتصادفی انتخاب شدند که محدوده‌های LAI ارائه شده در تپه ماسه‌ای تثبیت‌شده را پوشش می‌دهند. اکوسیستم ها این اندازه‌گیری‌ها در مکان‌های اندازه‌گیری امضای طیفی و LAI انجام شد (تکه‌های قرمز در شکل 3 ) و افراد در فصول مرطوب و خشک علامت‌گذاری و اندازه‌گیری شدند. نوع (II) به منظور محاسبه تنوع طیفی در بین فراوان‌ترین گونه‌های درختچه‌ای، بازتاب طیفی تاج پوشش نیز برای پنج گونه غالب و سایر گونه‌های درختچه‌ای فراوان ( Lavandula stoechas ، Thymus mastichina ، اندازه‌گیری شد.Cistus libanotis ، Halimium commutatum، Phylirrea angustifilia ). این اندازه‌گیری‌ها در مکان‌های امضای طیفی (تکه‌های زرد در شکل 3 ) فقط در فصل خشک و برای 30 فرد به‌طور تصادفی در هر گونه انجام شد . آسیب دیده یا افراد در مراحل اولیه رشد اجتناب شد.

شکل 3. موقعیت مکانی برای اندازه گیری های کتابخانه طیفی گیاهی. چسب‌های زرد مکان‌های اکتساب امضاهای طیفی را شناسایی می‌کنند و چسب‌های قرمز، امضاهای طیفی و مکان‌های اندازه‌گیری LAI را شناسایی می‌کنند.

(IV): گونه‌های درختچه‌ای بخش چوبی قابل‌توجهی دارند که استفاده از طیف‌سنج رادیومتر با آشکارساز SWIR را توصیه می‌کند. طیف‌سنج میدانی انتخاب شده ASD FieldSpec3 (دستگاه‌های طیفی تحلیلی، بولدر، CO، ایالات متحده آمریکا) بود که تابش ورودی را با استفاده از فیبر نوری که با لنز نوری جلو سازگار است اندازه‌گیری می‌کند. دارای محدوده طیفی از 350 تا 2500 نانومتر با وضوح طیفی 3 نانومتر و فاصله نمونه برداری 1.4 نانومتر در مناطق طیفی VNIR و 10 نانومتر و 2 نانومتر در SWIR است. اندازه‌گیری‌ها مستقیماً با فیبر نوری (FOV 25 درجه) و بدون نصب جلو نوری انجام شد. الیاف نادر گرا بود و 1 متر بالاتر از سایبان نگه داشت (GIFOV = 44 سانتی متر). برای افراد بلند قد از یک لیدر برای حفظ فاصله ثابت بین الیاف و سایبان استفاده شد. تابش پانل هدف و مرجع به طور متناوب به دست آمد و جریان تاریک دستگاه قبل از هر نمونه برداری اندازه گیری شد. حداقل پنج فایل در هر بوته، به طور متوسط پنج طیف در هر فایل، در کل جاروب تاج ثبت شد. در طول جارو کردن، دستگیره تپانچه به طور مداوم در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخید تا ناهماهنگی‌های طیفی فیبر ASD به حداقل برسد.42 ]. اندازه گیری ها در دو ساعت حوالی ظهر متمرکز شد. مبارزات میدانی همیشه در زیر آسمان بدون ابر انجام می شد.
(v): اندازه گیری LAI در برخی افراد همزمان با اکتساب های طیفی بازتاب انجام شد. ما از روش غیر مستقیم استفاده کردیم و برای هر گیاه از تاج پوشش نیمکره ای عکس گرفتیم. این عکس‌های 180 درجه همیشه از زیر سایبان گرفته می‌شوند و با لنز چشم ماهی NIKON FC-E8 سازگار با دوربین دیجیتال نیکون 4000 Coolpix به سمت بالا هستند. تصاویر همیشه نزدیک غروب خورشید جمع آوری می شدند [ 53 ]. در این فرآیند، شاخص سطح گیاهی (PAI) که شامل عناصر غیر فتوسنتزی مانند شاخه‌ها نیز می‌شود، به جای شاخص سطح برگ برآورد شد. PAI با پردازش تصویر سایبان نیمکره ای متناظر با Hemiview® 2.1 (دستگاه های دلتا-تی، آموزشی ویبولیتین، کمبریج، انگلستان) محاسبه شد. این نرم افزار کسر شکاف را در کل تصویر تخمین زده و PAI را محاسبه می کند. که درشکل 3 ، مکان‌های اندازه‌گیری PAI با برچسب‌های قرمز نشان داده شده‌اند.
(vi): فایل های طیفی به دست آمده با استفاده از ASD Fieldspec3 با استفاده از نرم افزار ViewSpec® به فرمت ASCII وارد شدند. بازتاب تاج پوشش در هر بوته (پنج اندازه گیری) با تقسیم تابش پانل هدف و مرجع محاسبه شد. همه طیف‌های جمع‌آوری‌شده برای رانش حساسیت طیف‌سنجی در محل اتصال مناطق طیفی سه آشکارساز مختلف، به صورت سهموی تصحیح شدند. هیچ الگوریتم پرداخت طیفی اعمال نشد.
(vii): برای هر گیاه، یک فایل امضای طیفی بازتاب متوسط و انحراف استاندارد (SD) تولید شد. بازتاب طیفی در طول موج های حدود 1400 نانومتر، 1940 نانومتر و 2400 نانومتر به دلیل وجود نویز بیش از حد ناشی از جذب آب اتمسفر حذف شد. فایل خروجی در قالب کتابخانه طیفی ENVI (Exelis Visual Information Solutions, Inc., Boulder, CO, USA) ذخیره شد.
(viii): هنگامی که طیف بازتاب تاج برای هر گیاه محاسبه شد، کتابخانه طیفی برای پنج گونه غالب با استفاده از طیف‌های اندازه‌گیری نوع I ایجاد شد. ضریب تنوع گونه ای (CV) در فصل خشک با استفاده از طیف هایی که PAI برای آن اندازه گیری شد محاسبه شد. CV برای هر طول موج محاسبه شد و یک مقدار متوسط برای کل منطقه طیفی محاسبه شد. برای تعیین فصلی که گونه‌های غالب بیشترین تنوع و بیشترین تفاوت را بین یکدیگر نشان می‌دهند، از آزمون‌های آماری پارامتریک برای مقایسه گونه‌های اندازه‌گیری نوع I در هر فصل استفاده شد. یک سری استاندارد از آزمون‌های t دو گروهی برای هر طول موج برای آزمایش فرضیه صفر مبنی بر اینکه تفاوت معنی‌داری بین میانگین‌ها وجود ندارد، انجام شد. این آزمایش امکان شناسایی منطقه طول موجی را فراهم می کند که گونه ها قابلیت تفکیک طیفی بالاتری را نشان می دهند. نرمال بودن قبلاً با آزمون نرمال بودن کولموگروف-اسمیرنوف بررسی و تأیید شده بود.
(ix): شاخص شباهت بین گونه ها محاسبه شد. در این مورد، روش‌های شباهت جهانی بر روی اندازه‌گیری‌های نوع II اعمال شد. دو الگوریتم قطعی با استفاده از الگوریتم اصلی و حذف پیوسته اعمال شده برای کل طیف محاسبه شد. این دو الگوریتم مقدار شباهت طیفی (SSV) [ 54] بود] و SAM. SSV با مقایسه همبستگی و جدایی محاسبه شده با فاصله اقلیدسی، اشکال منحنی را در نظر می گیرد. طبق تعریف، مقیاس شباهت طیفی حداقل 0 و حداکثر جذر آن 2 است. مقادیر پایین در مقیاس شباهت نشان دهنده طیف های مشابه است. SAM فاصله زاویه ای بین دو بردار بازتاب را در طول طول موج ها محاسبه می کند و حساسیت کمتری به دامنه هر دو طیف دارد. مقادیر محدوده از 0 تا π/2 متفاوت است، که در آن یک زاویه SAM کمتر به معنای شباهت بیشتر بین دو طیف است.

5. نتایج

نتیجه اصلی کار ما کتابخانه های طیفی برای پنج گونه درختچه غالب در DNP است. آنها پشتیبانی قابل توجهی از نقشه برداری پوشش گیاهی با استفاده از طیف سنجی تصویربرداری هوابرد ارائه می کنند (گزارش شده در Jiménez و همکاران [ 55 ]). با این حال، تنوع درون گونه ای بین گونه های غالب نیز منتقل می شود که به تعیین فصل و منطقه طیفی مناسب برای فعالیت های نقشه برداری کمک می کند. ما همچنین تفاوت‌های بین پنج گونه غالب درختچه‌ای و سایر گونه‌های کمتر فراوان موجود در منطقه مورد مطالعه را گزارش می‌کنیم.

5.1. کتابخانه طیفی گونه های غالب

شکل 4 یک نشانه طیفی متوسط برای پنج گونه غالب بوته زارهای Doñana را نشان می دهد. منحنی‌های کتابخانه طیفی برای فصل خشک و مرطوب میانگین و SD را در سراسر گرادیان PAI اندازه‌گیری شده در جوامع گیاهی تپه‌های شنی تثبیت‌شده نشان می‌دهد. شکل 4 همچنین مقادیر میانگین PAI و CV مربوطه محاسبه شده برای هر گونه در طول فصل خشک را نشان می دهد. اگرچه R. officinalis بالاترین CV را نشان می دهد، محدوده PAI بیشتری برای H. halimifolium یافت شد ، به این معنی که تغییرات PAI تأثیر بیشتری بر پاسخ طیفی R. officinalis دارد. کمترین مقادیر CV و کمترین تغییرات پاسخ طیفی PAI در هر دو گونه حبوبات S. genistoides وU. australis .

بررسی بصری گرافیک کتابخانه طیفی (نگاه کنید به شکل 4 ) شباهت بین گونه ها را برجسته می کند، همانطور که ممکن است برای گروهی از گونه ها که در یک محیط بسیار مشابه با شرایط بسیار مشابه رشد می کنند (خاک ضعیف، سطح تشعشعات بالا، و دوره های طولانی خشکسالی) انتظار می رود. ). با تمرکز بر روی پنج گونه غالب برای هر دو فصل، ویژگی های جذب متمایز در امضای طیفی آنها ممکن است به آرایش ساختاری آنها مرتبط باشد. برای برگ های سبز، کلروفیل a و b و رنگدانه های جانبی ( به عنوان مثالکاروتنوئیدها) بر ویژگی های جذب در طیف مرئی (400-700 نانومتر) غالب هستند. آب ویژگی های جذب را در مادون قرمز نزدیک به ترتیب در طول موج های 970 و 1188 نانومتر ایجاد می کند. با این حال، در امواج مادون قرمز موج کوتاه، مقادیر بازتاب نسبتا کم و مناطق جذب آب قوی در برگ های سبز یافت می شود.

هنگام مقایسه نشانه‌های طیفی بین فصول، تفاوت‌های ظریف آشکار می‌شوند، مانند مقادیر کمتر تنوع (SD پایین) برای همه گونه‌ها در فصل مرطوب، و نوارهای جذب آب عمیق‌تر NIR، که تقریباً در گونه‌های حبوبات در فصل خشک ناپدید می‌شوند. مشهودترین تفاوت ها برای نوارهای جذب لیگنین و سلولز، با محوریت 2100 و 2310 نانومتر، که در طیف های فصل خشک برای همه گونه ها عمیق تر هستند، قابل توجه است. این به این دلیل است که این نوارها در فصل مرطوب به دلیل محتوای آب بیشتر پوشانده می شوند. تفاوت‌های درهم‌آمیزی در پاسخ بازتابی بین گونه‌ها یافت می‌شود: از یک طرف، ما بازتاب بالاتری را در بخش VIS برای طیف‌های فصل خشک پیدا کردیم، که بیشتر به دلیل غلظت کمتر رنگدانه‌های برگ است. از سوی دیگر، بازتاب کمتری در بخش NIR، به جزE. scoparia، به دلیل آرایش ساختاری بالاتر بافت ها در تاج ها، از طریق تراکم برگ و شاخه، توزیع زاویه ای و کلوخه شدن اندازه گیری می شود [ 45 ].

شکل 4. کتابخانه طیفی پنج گونه غالب بوته ای در پارک ملی دونا. گرافیک میانگین و انحراف استاندارد بازتاب طیفی را برای فصل خشک و مرطوب نشان می دهد. مقادیر PAI و CV برای پاسخ طیفی هر گونه در فصل خشک نشان داده شده است.

5.2. تنوع درون گونه ای

آزمون t استاندارد ارزیابی می کند که آیا تنوع درون گونه ای به طور قابل توجهی بین گونه ها متفاوت است یا خیر. میانگین دو گونه به طور قابل توجهی متفاوت در نظر گرفته شد که مقادیر t محاسبه شده بیشتر از مقدار بحرانی t بود ( 05/0 > P ). مقدار t با فرض واریانس ترکیبی (به جای واریانس های جداگانه) محاسبه شد، زیرا تعداد نمونه های طیفی برای هر گونه متفاوت بود و واریانس آنها نابرابر/بدون جفت بود (آزمون F). گرافیک های منفرد در شکل 5 هر مقایسه دو گونه را نشان می دهند، جایی که منحنی نشان دهنده مقدار t محاسبه شده در هر طول موج است. خط قرمز در گرافیک مقادیر t-critical مربوط به درجات آزادی در نمونه را مشخص می کند.

شکل 5. تنوع درون گونه ای برای گونه غالب بوته زار DNP. آزمون t برای مقایسه گونه به گونه برای فصل خشک و مرطوب به طور جداگانه. خط قرمز در گرافیک مقادیر t-critical را با توجه به درجات آزادی مربوطه مشخص می کند.

مطابق شکل 5 ، اندازه‌گیری‌های فصل خشک قدرت تفکیک کمی بالاتر را در میان گونه‌ها نسبت به اندازه‌گیری‌های جمع‌آوری‌شده در فصل مرطوب نشان می‌دهد. اگرچه در فصل خشک گونه‌ها نشانه‌های متغیر بیشتری را نشان می‌دهند ( شکل 4 را ببینید )، اما بین خودشان نیز متفاوت‌تر هستند و تنوع آن کمتر قابل توجه است. به عنوان مثال، در بخش VIS از طیف پنج گونه در طول فصل خشک، و E. scoparia دارای مقادیر t محاسبه شده بالاتر در فصل خشک نسبت به فصل مرطوب است.

بدیهی است که برخی از نوارها قدرت بیشتری برای تمایز بین گونه ها دارند، زیرا آنها دارای فرکانس بالاتری از میانگین بازتاب آماری متفاوت هستند. آزمون ها به طور مستقل برای هر مقدار طول موج محاسبه شدند. بنابراین ما از این الگوریتم شباهت محلی برای مکان یابی مناطق طیفی استفاده کردیم که در آن تفاوت ها به طور سیستماتیک بیشتر بود. برای گونه‌های درختچه‌ای غالب، بهترین مناطق طیفی برای تمایز بین گونه‌ها ( 05/ 0p <)، در (480، 690، 770، 979، 1600 و 2100 نانومتر) در طول فصل‌های خشک و مرطوب یافت شد.

5.3. شباهت بین گونه ای

شاخص‌های تشابه بازتاب طیفی در میان گونه‌های بوته‌ای غالب و همچنین برای گونه‌های کمتر فراوان موجود در جوامع بوته‌زاری Doñana محاسبه شد. شکل 6 شاخص‌های شباهت را بین تمام گونه‌های درختچه‌ای مورد مطالعه نشان می‌دهد که با استفاده از الگوریتم‌های SSV و SAM محاسبه شده‌اند، با مقایسه طیف‌های اعمال شده اصلی و حذف‌شده از زنجیره. بالاترین مقادیر عدم تشابه شناسایی شده و به رنگ سفید نشان داده شد، 0.4 برای SSV و 0.6 برای SAM بود. در شکل 6 ، نام گونه های درختچه ای با توجه به جامعه بوته زارهای دوننا زیر خط کشیده شده است. علاوه بر این، برای ارزیابی اهمیت نوع شاخ و برگ در امضای طیفی و تمایز آن، نام گونه های درختچه ای بر اساس نوع شاخ و برگ رنگ آمیزی شد.

شکل 6. ماتریس شاخص‌های شباهت طیفی در مقیاس خاکستری، که در آن رنگ سیاه نشان‌دهنده شباهت کلی و سفید بیشترین عدم تشابه را برای گونه‌های درختچه‌ای غالب و کمتر فراوان در پارک ملی Doñana دارد. نوع شاخ و برگ نیز با رنگ آمیزی نام گونه نشان داده می شود. نام گونه ها نیز بر اساس جامعه بوته زارهایی که به آن تعلق دارند، زیر خط کشیده می شوند.

5.3.1. مقایسه نوع برگ: درون و بین گروه‌های نوع برگ

گونه های نیمه اسکلروفیل مقادیر شباهت میانی را با مقادیر کمتر از 0.2 برای هر دو الگوریتم و نوع فرآیند امضای طیفی نشان دادند. برای این نوع برگ، طیف‌های حذف‌شده پیوسته مقادیر SSV بالاتری نسبت به الگوریتم SAM داشتند. علاوه بر این، C. salvifolius در مقایسه با سایر گونه‌های نیمه اسکلروفیل، به مقادیر بالاتر عدم شباهت، 0.3 برای SSV و 0.4 برای SAM رسید. گونه‌های شلروفیل مقادیر ناهمسانی کمتری را برای هر دو الگوریتم و نوع فرآیند امضای طیفی نسبت به بقیه انواع برگ ارائه کردند. در این مورد، الگوریتم SSV مقادیر بالاتری نسبت به SAM نشان داد که به معنی ظرفیت تفکیک پذیری بیشتر است. در نهایت، گونه های خاردار حبوبات نیز مقادیر متوسطی از شباهت را نشان دادند. الگوریتم SAM بهترین جداسازی را ایجاد کرد.

هنگام مقایسه گونه های نیمه اسکلروفیل و اسکلروفیل، مقادیر ناهمسانی قابل توجهی برای هر دو الگوریتم یافت شد (SSV = 0.3، SAM = 0.5). در این مورد، الگوریتم SAM از طیف اصلی، تفکیک پذیری کمی بهتر ایجاد کرد. مشخص شد که گونه‌های حبوبات خاردار برای هر دو الگوریتم بسیار متفاوت‌تر از گونه‌های شلروفیل هستند تا گونه‌های نیمه‌شکلروفیل، و به مقادیر حدود 0.25 برای SSV و 0.35 برای SAM می‌رسند. در این مورد، SAM محاسبه شده از طیف اصلی مقادیر ناهمسانی کمی بالاتر برای هر دو نوع برگ به همراه داشت. S. genistoides گونه خاردار حبوبات با ارزش تفکیک پذیری بالاتر از گونه اسکلروفیل بود.

5.3.2. مقایسه گونه ها در داخل و بین جوامع

گونه Monte Intermedio کمترین مقادیر عدم تشابه را برای گونه های درون خود نشان داد (SSV = 0.15، SAM = 0.25). اگرچه H. halimifolium یک گونه نیمه اسکلروفیل و U. australis یک گونه حبوبات خاردار است، اما مقادیر ناهمسانی کمتری نسبت به گونه‌های جوامع مختلف گیاهی داشت. در مقابل، ارزش تفکیک پذیری بالاتر در گونه Monte Negro پیدا شد. در این مورد، حتی مقایسه بین دو گونه اسکلروفیل E. scoparia و C. vulgaris مقادیر قابل تفکیک بالایی را ارائه کرد و بیشترین تفاوت را با C. salvifilolius نشان داد.. مونت بلانکو سطوح متفاوتی از عدم تشابه را نشان داد، با مقادیر متوسط (SSV = 0.2 و SAM = 0.3) در گونه های نیمه اسکلروفیل، و مقادیر بالاتری بین گونه های اسکلروفیل P. angustifolia و J. phenicia در مقایسه با سایر گونه های نیمه اسکلروفیل و خاردار. حبوبات S. genistoides .

در مقایسه بین گونه های جوامع مختلف، هر سه جامعه ارزش های بسیار قابل تفکیکی را در بین یکدیگر ارائه کردند. بالاترین مقادیر عدم تشابه برای Monte Negro در مقایسه با دو جامعه دیگر یافت شد. SAM بیشترین تفاوت را ایجاد کرد (SAM = 0.5 و SSV = 0.35). مقادیر عدم تشابه هنگام مقایسه گونه های مونت بلانکو با مونت اینترمدیو کاهش یافت. باز هم مشخص شد که SAM بیشترین تفاوت ها را بین جوامع فراهم می کند.

5.3.3. مقایسه در گونه غالب

با در نظر گرفتن مقادیر عدم تشابه بین گونه های غالب، E. scoparia بالاترین مقادیر را در مقایسه با سایر گونه ها داشت. در این مقایسه، SAM از طیف اصلی بهترین عملکرد را نشان داد. سایر مقادیر قابل تفکیک بالا برای حبوبات خاردار S. genistoides در مقایسه با اسکلروفیل E. scoparia یافت شد . علاوه بر این، بین دو گونه حبوبات خاردار، مقادیر تفکیک پذیری متوسط و قابل قبول برای تمایز آنها بود. در مقابل، کمترین مقادیر عدم تشابه بین حبوبات خاردار U. australis و نیمه اسکلروفیل H. halimifolium یافت شد.. اگرچه مقادیر تفکیک پذیری بین این دو گونه جامعه سیاهپوست کمتر بود، اما قدرت تمایز هنوز برای فعالیت های نقشه برداری مناسب است. در نهایت، گونه های نیمه اسکلروفیل H. halimifolium و R.officinalis مقادیر قابل تفکیک متوسطی را نشان دادند.

6. بحث

در این کار، ما یک پروتکل برای توسعه یک کتابخانه طیفی گیاهی با تمرکز بر کاربرد آن در پشتیبانی از فعالیت‌های نقشه‌برداری با طیف‌سنجی تصویربرداری پیشنهاد کردیم. هدف این پیشنهاد اطمینان از اندازه گیری های استاندارد و بسیار تکرارپذیر است. با این وجود، همچنین باید به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد تا روش ها ( به عنوان مثال ، طیف سنج صحرایی، هندسه مشاهده، تعداد تاریخ ها و افراد) را با نوع پوشش گیاهی، تنوع گونه ها و ناهمگونی محیطی منطقه مورد مطالعه تطبیق دهد.

یکی از اشکالات اصلی پروتکل این است که امضاهای طیفی گیاهی در کل تاج پوشش به دست آمده است، از جمله پاسخ طیفی به ترتیبات ساختاری پس‌زمینه و پوشش گیاهی زیرزمینی. استدلال اصلی زیربنای این رویکرد این است که امضای طیفی گیاهی از تجزیه و تحلیل آینده طیف‌سنجی تصویربرداری هوابرد یا ماهواره‌ای پشتیبانی می‌کند، که سیگنال کل تاج به‌علاوه پاسخ طیفی پس‌زمینه را در پیکسل‌های خود ثبت می‌کند. بنابراین، این امضای طیفی در سطح میدان برای ادغام سیگنال در سطح حسگر طراحی شده است. به عنوان مثال، در Manevski و همکاران . [ 29]، پس‌زمینه خاک از طیف‌های تاج پوشش به‌عنوان بخش‌های تلفیقی از طیف‌های گیاهی در محیط‌های نیمه‌خشک معمولی مدیترانه در نظر گرفته شد.

یکی دیگر از نکات پیچیده پروتکل، روش تخمین قابلیت تفکیک گیاهان است. ما معتقدیم که تولید کتابخانه طیفی باید تغییرات طیفی را در طول مکان و زمان ارزیابی کند، به این معنی که تغییرات درون گونه‌ای به صورت پیشینی حیاتی است.اطلاعاتی برای تعیین تاریخ بهینه گرفتن تصویر و انتخاب بهترین نوارها برای تبعیض گونه ها. در نتیجه، کمیت شباهت بین گونه ای برای پروتکل ثانویه است، اما بسیار مهم است که بتوان درجه منحصر به فرد بودن گونه های مورد مطالعه را تخمین زد. از این نظر، همانطور که در بخش 2.3 اشاره کردیم، چندین روش برای سنجش تشابه به طور گسترده در دسترس هستند. ما توصیه می کنیم حداقل دو الگوریتم مختلف را نه فقط برای امضاهای طیفی اصلی، با توجه به تفاوت های احتمالی و ظریف بین گونه های گیاهی اعمال کنید.

در واقع، این پروتکل به گونه ای طراحی شده است که برای انواع مختلف پوشش گیاهی ( به عنوان مثال ، علفزار، بوته زار، باتلاق، جنگل)، به استثنای پوشش گیاهی زیرآبی که جنبه های فنی خاص تری را برای دستیابی به امضای طیفی دارد، به کار رود. برای سایر انواع پوشش گیاهی، پروتکل نمونه برداری باید عمدتاً از نظر هندسه مشاهده تطبیق داده شود.

بکارگیری پروتکل در جوامع بوته زار دونانا امکان اصلاح روش را فراهم می کند. مطالعه موردی ارائه شده در این کار برای یک جامعه گیاهی با حدود 20 گونه درختچه ای، که پنج گونه غالب هستند، توسعه یافته است. اکثر این گونه‌های درختچه‌ای، از جمله گونه‌های غالب، اندازه‌های تاج‌پوشی بین دو یا سه متر دارند و ارتفاع آنها بیش از سه متر نیست. شیب های محیطی تعیین کننده برای الگوهای فضایی در توزیع گونه ها ( به عنوان مثال، میکروتوپوگرافی و مجاورت اقیانوس) با استراتژی نمونه گیری طبقه بندی مورد بررسی قرار گرفتند. در هر صورت، کتابخانه طیفی بوته‌زار دوننا یک مورد فعالیت نقشه‌برداری معمولی است، در حالی که در سایر موارد پیچیده تنوع گونه‌ها و ویژگی‌ها، و گرادیان‌های محیطی، پروتکل ممکن است از نظر استراتژی نمونه‌برداری و کسب طیف چالش‌برانگیزتر باشد. با این حال، در این مورد مهم ترین محدودیت، تراکم بالای گیاهی بود که برای برخی از مناطق بوته زار Monte Negro یافت شد.

از نظر کتابخانه‌های طیفی بوته‌زارهای Doñana، گونه‌های غالب، طیف‌های بوته‌ای معمولی را با تفاوت‌ها با توجه به فصلی که اندازه‌گیری در آن انجام شد، نشان دادند. در طول فصل خشک، کاهش محتوای آب در برگ ها با بازتاب کم در مناطق NIR و SWIR آشکار می شود، در حالی که باندهای لیگنین و سلولزی بارزتر بودند. در دسترس بودن آب های زیرزمینی به دلیل ریز توپوگرافی تپه های باستانی عامل اصلی در استقرار و رشد گیاهان است. به عنوان یک نتیجه، محدوده PAI قابل توجهی برای گونه های بوته غالب، به ویژه برای H. halimifolium گسترده تر پیدا شد .اگرچه تغییرات طیفی قابل‌توجهی در بوته‌ها از نظر تغییرات PAI برای دامنه طیفی (SSV) اما نه در شکل (SAM) یافت شد، تنوع طیفی با دامنه بزرگ‌تر نیاز به تخمین تجربی تغییرات طیفی به دلیل گرادیان‌های محیطی محلی را تقویت می‌کند. محوطه.

آزمون T نشان داد که گونه های مورد تجزیه و تحلیل در طول فصل خشک، قابلیت تفکیک بهتری نسبت به فصل مرطوب داشتند. در طول شرایط خشکسالی، اکوسیستم تپه‌های ماسه‌ای تثبیت‌شده، پس‌زمینه همگن‌تری را نشان می‌دهد و بیشتر پوشش گیاهی زیرپوست در مرحله پیری قرار دارد. مناطق طیفی یافت شده با اهمیت تفکیک پذیری بالاتر معمولاً به محتوای آب گیاه ( به عنوان مثال نوارهای جذب آب) و به طور غیرمستقیم به رنگدانه ها، لیگنین و محتوای سلولز مربوط می شوند.

استفاده از پروتکل برای سایر گونه‌های کم فراوان به شناسایی ویژگی‌های تمایز مناسب برای تقویت نقشه‌برداری با طیف‌سنجی تصویربرداری کمک کرد. تبعیض گونه های گیاهی یک کاربرد بسیار چالش برانگیز است، حتی بیشتر از آن برای گونه هایی از همان نوع پوشش گیاهی و زندگی در شرایط محیطی مشابه. استفاده از الگوریتم‌های جداسازی مختلف در هر دو طیف اصلی و حذف‌شده با پیوستگی به منظور افزایش قابلیت تفکیک گونه‌ها به شدت توصیه می‌شود.

7. نتیجه گیری

این مقاله رویکردی به یک پروتکل استاندارد برای تولید کتابخانه طیفی برای حمایت از نقشه‌برداری پوشش گیاهی با استفاده از طیف‌سنجی تصویربرداری ارائه می‌کند. پروتکل پیشنهادی بر اساس اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی میدانی برای مشخص کردن پاسخ طیفی بازتاب گونه‌های متمایز در سراسر تغییرات فضایی-زمانی است. برای این منظور، ما چندین کارزار صحرایی را در فصول مختلف، به دنبال یک استراتژی نمونه‌برداری طبقه‌ای، با در نظر گرفتن مراحل فنولوژیکی و پاسخ‌های طیفی مختلف به دلیل شیب‌های محیطی موجود در منطقه مورد مطالعه انجام دادیم. علاوه بر این، اندازه گیری پارامترهای پوشش گیاهی کمکی همراه با بازتاب طیفی به شناسایی تجربی تنوع طیفی مرتبط با شرایط محیطی کمک کرد. پس از جمع آوری کتابخانه های طیفی، تفکیک پذیری بین گونه ها با در نظر گرفتن تنوع درون گونه ای و شباهت بین گونه ای اندازه گیری شد. اعضای انتهایی به‌دست‌آمده از کتابخانه‌های طیفی به‌عنوان ورودی اصلی برای نقشه‌برداری پوشش گیاهی با طیف‌سنجی تصویربرداری از جوامع بوته‌زاری Doñana استفاده شدند.55 ].

به طور کلی، گونه های تجزیه و تحلیل شده از نظر طیفی بسیار شبیه به نظر می رسید، همانطور که برای گروهی از گونه هایی که در محیطی با شرایط بسیار مشابه، خاک های ضعیف، تابش زیاد و در دسترس بودن کم آب زندگی می کنند، انتظار می رفت. با این وجود، شاخص‌های تفکیک‌پذیری و مقادیر PAI محاسبه‌شده برای گونه‌های بوته‌ای غالب از نظر آماری معنی‌دار بودند، اگرچه گونه‌های Monte Negro سخت‌ترین تمایز بودند. کتابخانه های طیفی ساخته شده برای برنامه ریزی کمپین های نقشه برداری طیف سنجی تصویربرداری هوابرد در بوته زارهای پارک ملی دوننا [ 55 ] استفاده شد.

منابع

اشملر، پایش گونه‌ها و زیستگاه اروپایی DS: اکنون کجا هستیم؟ تنوع زیستی حفظ کنید. 2008 ، 17 ، 3321-3326. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
او، KS; روچینی، دی. نتلر، ام. Nagendra، H. مزایای سنجش از راه دور فراطیفی برای ردیابی تهاجمات گیاهی. غواصان. توزیع کنید. 2011 ، 17 ، 381-392. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
اوستین، اس. زارکو تجادا، پ. ژاکمود، اس. اسنر، جی. سنجش از دور محیط: وضعیت علم و جهت گیری های جدید. در سنجش از دور برای مدیریت منابع طبیعی و پایش محیطی. کتابچه راهنمای سنجش از دور ، ویرایش سوم. Ustin، SL، Ed. John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, NJ, USA, 2004; جلد 4، ص 679–729. [ Google Scholar ]
Schaepman، ME; Ustin, SL; پلازا، ای جی; نقاش، TH; ورلست، جی. لیانگ، طیف‌سنجی تصویربرداری مرتبط با علم سیستم زمین – ارزیابی. Remote Sens. Environ 2009 ، 113 ، 123-137. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کافمن، اچ. سگل، ک. کوستر، تی. روگاس، سی. فورستر، اس. ولف، اچ. هوفر، اس. سانگ، بی. استورچ، تی. مولر، آ. و همکاران برنامه نقشه برداری و تجزیه و تحلیل محیطی (EnMAP) – وضعیت فعلی مرحله مقدماتی. در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی علوم زمین و سنجش از دور (IAGARSS’13)، ملبورن، استرالیا، 21 تا 26 ژوئیه 2013.
رومانو، اف. سانتینی، اف. سیمونیلو، تی. آناناسو، سی. کورسینی، جی. Cuomo, V. ماموریت فراطیفی PRISMA: فعالیت های علمی و فرصت ها برای نظارت بر کشاورزی و زمین. در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی علوم زمین و سنجش از دور (IGARSS’13)، ملبورن، استرالیا، 21 تا 26 ژوئیه 2013.
میلتون، ای جی; Schaepman، ME; اندرسون، ک. Kneubühler، M. فاکس، ن. پیشرفت در طیف‌سنجی میدانی. سنسور از راه دور محیط. 2009 ، 113 ، 92-109. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
آسنر، GP; جونز، MO; مارتین، RE; Knapp، DE; هیوز، RF سنجش از دور گونه های بومی و مهاجم در جنگل های بارانی هاوایی. سنسور از راه دور محیط. 2008 ، 112 ، 1912-1926. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لوئیس، MM یک استراتژی برای نقشه برداری از ارتباطات گیاهی خشک با تصاویر فراطیفی. در مجموعه مقالات یازدهمین کنفرانس سنجش از دور و فتوگرامتری استرالیا، بریزبن، استرالیا، 2 تا 6 سپتامبر 2002. صص 647-655.
Asner, GP منابع بیوفیزیکی و بیوشیمیایی تنوع در بازتاب تاج پوشش. سنسور از راه دور محیط. 1998 ، 64 ، 234-253. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کلارک، ام ال. رابرتز، DA تفاوت‌های سطح گونه در معیارهای فراطیفی در میان درختان جنگل‌های بارانی استوایی که توسط طبقه‌بندی‌کننده مبتنی بر درخت تعیین می‌شود. Remote Sens. 2012 ، 4 ، 1820-1855. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
تحلیل سنجش از دور وارنر، TA: از طراحی پروژه تا اجرا. در کتابچه راهنمای علوم زمین فضایی ، ویرایش دوم. Bossler, JD, McMaster, RB, Rizos, C., Campbell, JB, Eds. تیلور و فرانسیس: لندن، بریتانیا، 2010; فصل 17; صص 301-318. [ Google Scholar ]
ماناکوس، آی. مانفسکی، ک. پتروپولوس، GP; الحاق، م. Kalaitzidis، C. توسعه یک کتابخانه طیفی برای انواع پوشش زمین مدیترانه. در مجموعه مقالات 30th EARseL Simp.: سنجش از دور برای علم، آموزش و میراث طبیعی و فرهنگی، پاریس، فرانسه، 31 مه تا 3 ژوئن 2010. صص 663-668.
زومر، RJ; ترابوکو، ا. Ustin، SL ساختمان کتابخانه های طیفی از طبقه بندی پوشش زمین تالاب ها و سنجش از دور ابرطیفی. جی. محیط زیست. مدیریت 2008 ، 90 ، 2170-2177. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
روبی، جی جی. پایگاه داده امضاهای طیفی فیشر، RL برای کاربردهای سنجش از راه دور. Proc. SPIE 2002 ، 4816 ، 156-163. [ Google Scholar ]
هوئنی، ا. مالتوس، تی. Kneubuehler، M. Schaepman، M. تبادل داده بین پایگاه های داده طیفی توزیع شده. محاسبه کنید. Geosci. 2011 ، 37 ، 861-873. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
پیفیتزنر، ک. بولهوفر، ا. اسپارون، ا. بارتولو، بی. Staben، G. طیف استاندارد شده (400-2500 نانومتر) و ابرداده مرتبط: نمونه ای از شمال استوایی استرالیا. در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی علوم زمین و سنجش از دور IEEE، هونولولو، هاوایی، ایالات متحده آمریکا، 25 تا 30 ژوئیه 2010.
بودنباوم، اچ. استرن، او. استلمز، ام. استوفلز، جی. پوشل، پی. هیل، جی. ورنر، دبلیو. طیف‌سنجی تصویربرداری صحرایی از نهال‌های راش تحت تنش خشکی. Remote Sens. 2012 , 4 , 3721–3740. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هروسکا، آر. میچل، جی. اندرسون، ام. گلن، NF تجزیه و تحلیل رادیومتری و هندسی تصاویر فراطیفی به دست آمده از یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین. Remote Sens. 2012 , 4 , 2736–2752. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ندامانوری، RR; Zbell, B. استفاده از داده های بازتاب میدان برای نقشه برداری محصول با استفاده از تصویر ابرطیفی هوابرد. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 2011 , 66 , 683-691. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هوئنی، ا. نیکه، جی. شوفر، جی. Kneubühler، M. Itten، KI پایگاه داده طیفی SPECCHIO برای بهبود قابلیت استفاده طولانی مدت و اشتراک گذاری داده ها. محاسبه کنید. Geosci. 2009 ، 35 ، 557-565. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
راسایه، بی. جونز، اس. بلمن، سی. مالتوس، فراداده TJ Critical برای کمپین های میدانی طیف سنجی. Remote Sens. 2014 , 6 , 3662–3680. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
جیمنز، م. گونزالس، م. آمارو، ا. Fernández-Renau، A. سیستم فراداده طیف سنجی میدانی بر اساس استانداردهای ISO و OGC. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2014 ، 3 ، 1003-1022. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
نیکودیموس، FE; ریچموند، جی سی; Hsia، JJ; گینزبرگ، IW; Limperis، T. ملاحظات هندسی و نامگذاری برای بازتاب . دفتر ملی استانداردها، وزارت بازرگانی ایالات متحده: واشنگتن، دی سی، ایالات متحده آمریکا، 1977. [ Google Scholar ]
ثنکبیل، ص. لیون، جی. Huete, A. پیشرفت در سنجش از دور فراطیفی پوشش گیاهی و مزارع کشاورزی. در سنجش از دور فراطیفی پوشش گیاهی ; Thenkabail, PS, Lyon, JG, Huete, A., Eds. CRC Press/Taylor and Francis Group: Boca Raton، FL، USA، 2011; صص 3-36. [ Google Scholar ]
Miao، X. تخمین فراوانی استارت‌هیستل زرد از طریق مدل‌های مخلوط طیفی خطی تصاویر فراطیفی CASI-2. سنسور از راه دور محیط. 2006 ، 101 ، 329-341. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
موکل، تی. دالماین، جی. پرنتیس، HC; اکلوند، ال. پورشکه، او. اشمیتلین، اس. هال، K. طبقه بندی مراحل متوالی مرتع با استفاده از تصاویر ابرطیفی هوابرد. Remote Sens. 2014 , 6 , 7732–7761. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
رابرتز، دی. گاردنر، ام. کلیسا، آر. اوستین، اس. Scheer، G. گرین، RO نقشه برداری چاپارال در کوه های سانتا مونیکا با استفاده از مدل های مخلوط طیفی چند عضو انتهایی. سنسور از راه دور محیط. 1998 ، 65 ، 267-279. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
مانفسکی، ک. ماناکوزا، آی. پتروپولسا، پ. Kalaitzidis، C. تمایز گونه‌های گیاهی رایج مدیترانه‌ای با استفاده از طیف‌سنجی میدانی. بین المللی J. Appl. زمین Obs. Geoinf. 2011 ، 13 ، 922-933. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
سیلوستری، اس. مارانی، م. مارانی، ع. سنجش از دور فراطیفی پوشش گیاهی شوره‌زار. فیزیک شیمی. زمین. 2003 ، 28 ، 15-25. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Kalacska، M. انگشت نگاری اکولوژیکی جانشینی اکوسیستم: تخمین ساختار و تنوع جنگل های خشک استوایی ثانویه با استفاده از طیف سنجی تصویربرداری. سنسور از راه دور محیط. 2007 ، 108 ، 82-96. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
سامرز، بی. Asner، GP تجزیه و تحلیل سری زمانی فراطیفی گونه های بومی و مهاجم در جنگل های بارانی هاوایی. Remote Sens. 2012 , 4 , 2510–2529. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Fyfe، SK تغییرات مکانی و زمانی در بازتاب طیفی: آیا گونه‌های علف دریایی از نظر طیفی متمایز هستند؟ لیمنول اقیانوسگر. 2003 ، 464-479. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
SPECCHIO. پایگاه داده طیفی آنلاین. در دسترس آنلاین: http://www.specchio.ch (در 11 اوت 2015 قابل دسترسی است).
کلارک، RN; روش، طیف‌سنجی بازتاب TL: تکنیک‌های تحلیل کمی برای کاربردهای سنجش از دور. جی. ژئوفیس. Res. 1984 ، 89 ، 6329-6340. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
قیمت، JC امضاهای طیفی چقدر منحصر به فرد هستند؟ سنسور از راه دور محیط. 1994 ، 49 ، 181-186. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ژاکمود، اس. ورهوف، دبلیو. بارت، اف. باکور، سی. Zarco-Tejada، PJ; آسنر، GP; فرانسوا، سی. مدل‌های Ustin، SL PROSPECT + SAIL: مروری بر استفاده برای خصوصیات پوشش گیاهی. سنسور از راه دور محیط. 2009 ، 113 ، S56–S66. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
همایونی، س. Roux، M. تجزیه و تحلیل تصویر فراطیفی برای نگاشت مواد با استفاده از تطبیق طیفی. در مجموعه مقالات کنگره ISPRS 2004، استانبول، ترکیه، 12 تا 23 ژوئیه 2004.
Kruse، FA; Lefkoff، AB; بردمن، جی بی. هایدبرشت، KB; شاپیرو، AT; بارلون، پی جی. گوتز، AFH سیستم پردازش تصویر طیفی (SIPS) – تجسم تعاملی و تجزیه و تحلیل داده های طیف سنج تصویربرداری. سنسور از راه دور محیط. 1993 ، 44 ، 145-163. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
سازمان بین المللی استاندارد (ISO). اطلاعات جغرافیایی — فراداده ; سازمان بین المللی استانداردسازی: ژنو، سوئیس، 2003. [ Google Scholar ]
مک آرتور، ای. آلونسو، ال. مالتوس، تی. مورنو، J. استراتژی های میدان طیف سنجی و تأثیر آنها بر اندازه گیری سطوح زمین ناهمگن و همگن. در مجموعه مقالات سمپوزیوم سیاره زنده 2013، ادینبورگ، انگلستان، 9 تا 13 سپتامبر 2013.
مک آرتور، ای. مک للان، سی. مالتوس، تی جی توابع میدان دید و پاسخ جهتی دو طیف‌سنج میدانی. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2012 , 50 , 3892–3907. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
راهنمای میدانی اندازه‌گیری‌های طیفی سالزبری، JW . فنی نماینده ADA362372; مرکز اطلاعات فناوری دفاعی: فورت بلوار، ویرجینیا، ایالات متحده آمریکا، 1998. [ Google Scholar ]
Jonkheere، I. فلک، اس. Nackaerts، K. مییز، بی. کاپین، پی. ویس، م. Baret, F. بررسی روشهای درجا تعیین شاخص سطح برگ. بخش اول. نظریه ها، حسگرها و عکاسی نیمکره ای. کشاورزی برای. هواشناسی 2004 ، 121 ، 19-35. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Gitelson، AA تخمین غیرمخرب محتویات رنگدانه برگی (کلروفیل ها، کاروتنوئیدها و آنتوسیانین ها). در سنجش از دور فراطیفی پوشش گیاهی ; Thenkabail, A., Lyon, PS, Huete, JG, Eds. CRC Press: Boca Raton، FL، USA، 2011; صص 141-166. [ Google Scholar ]
کلمبو، آر. بوستتو، ال. مرونی، م. روسینی، ام. Panigada، C. سنجش از دور نوری محتوای آب گیاهی. در سنجش از دور فراطیفی پوشش گیاهی ; Thenkabail, A., Lyon, PS, Huete, JG, Eds. CRC Press: Boca Raton، FL، USA، 2011; ص 227-244. [ Google Scholar ]
اشمیت، KS; Skidmore، AK صاف کردن طیف های گیاهی با موجک. بین المللی J. Remote Sens. 2004 ، 25 ، 1167-1184. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گارسیا نوو، اف. Marín Cabrera, C. Doñana: Agua y Biosfera ; Ministrio de Medio Ambiente: سویا، اسپانیا، 2005. [ Google Scholar ]
Muñoz Reinoso، JC; García Novo، F. کنترل چند مقیاسی الگوهای پوشش گیاهی: مورد Doñana (SW اسپانیا). زمین ها اکو. 2005 ، 20 ، 51-61. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
زونزونگی، م. دیاز باراداس، ام سی; عین لوت، اف. کلاویخو، ا. García Novo, F. برای زندگی یا زنده ماندن در تپه های دونیا: پاسخ های سازگار گونه های چوبی در آب و هوای مدیترانه ای. خاک گیاهی 2005 ، 273 ، 77-89. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گراتانی، ال. Varone, L. استراتژی های فتوسنتزی تطبیقی گونه های ماکی مدیترانه ای با توجه به منشاء آنها. Photosynthetica 2004 ، 42 ، 551-558. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Ain-Lhout، F. تفاوت های فصلی در کارایی فتوشیمیایی و محتوای کلروفیل و کاروتنوئید در شش گونه درختچه مدیترانه ای در شرایط مزرعه. Photosynthetica 2004 ، 42 ، 309-407. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
چن، جی.ام. Cihlar, J. کمی سازی اثر معماری تاج پوشش بر اندازه گیری های نوری شاخص سطح برگ با استفاده از دو روش تجزیه و تحلیل اندازه شکاف. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1994 , 33 , 777-787. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
شیرین، جی. گراناهان، جی. شارپ، ام. یک استاندارد عینی برای کیفیت تصویر فراطیفی. در مجموعه مقالات کارگاه AVIRIS، آزمایشگاه رانش جت، پاسادنا، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا، 23 تا 25 فوریه 2000.
خیمنز، م. پو، ا. Díaz-Delgado، R. Cartografía de especies de matorral de la Reserva Biológica de Doñana mediante el sistema hyperspectral airportado INTA-AHS: Implicaciones en el seguimiento y estudio del matorral de Donana. Revis. de Teledetec. 2011 ، 36 ، 98-102. [ Google Scholar ]

© 2015 توسط نویسندگان; دارنده مجوز MDPI، بازل، سوئیس. این مقاله یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط و ضوابط مجوز Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) توزیع شده است.

;کاربردهای GIS مقالات

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب