نقشه برداری و پایش فرسایش آبکی در مقیاس های چندگانه بر اساس داده های سنجش از دور چند منبعی حوضه آبریز رودخانه سانچا، شمال شرقی چین

خلاصه

این تحقیق بر روی نقشه‌برداری و پایش فرسایش خندقی در مقیاس‌های فضایی چندگانه با استفاده از داده‌های سنجش از دور چند منبعی حوضه آبریز رودخانه سانچا در شمال شرقی چین، جایی که خندق‌ها در یک منطقه وسیع گسترش دارند، متمرکز شده است. یک تصویر ماهواره ای با وضوح بالا (Pleiades 1A، 0.7 متر) برای به دست آوردن توزیع فضایی خندق های حوضه کلی استفاده شد. تفسیر بصری تصویر با تأیید میدانی برای ترسیم ویژگی‌های هندسی خندق و ارزیابی فرسایش آبکند و همچنین ویژگی‌های تمایز توپوگرافی استفاده شد. داده های سنجش از راه دور وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) و روش بازسازی عکس سه بعدی برای نقشه برداری دقیق خندق در مقیاس سایت مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که: (1) تصویر زیرمتر توانایی قوی در تشخیص انواع خندق نشان داد و نتایج رضایت بخشی به دست آورد. و عوامل توپوگرافی جنبه های ارتفاع، شیب و شیب تأثیر قابل توجهی بر توزیع فضایی خندق در مقیاس حوضه داشته است. و (2) در مقیاس سایت دقیق تر، تصاویر پهپاد همراه با بازسازی عکس سه بعدی یک مدل سطح دیجیتال (DSM) و تصویر متعارف در سطح سانتی متر و همچنین یک مدل سه بعدی دقیق را ارائه کردند. محصولات به دست آمده منطقه بهره برداری کشاورزی و شکل دهی به آن توسط فعالیت های کشاورزی انسان و فرسایش آبی را به تفصیل نشان می دهد و همچنین حجم آبکند را فراهم می کند. مطالعه حاضر نشان می‌دهد که استفاده از داده‌های سنجش از دور چند منبعی، از جمله تصاویر ماهواره‌ای و پهپاد به طور همزمان، منجر به ارزیابی موثر فرسایش خندقی در مقیاس‌های فضایی چندگانه می‌شود.

کلید واژه ها:

فرسایش خندقی ; تصویر ماهواره ای با وضوح بالا ; هواپیمای بدون سرنشین ; بازسازی عکس سه بعدی ؛ مقیاس های فضایی متعدد

1. معرفی

فرسایش خندقی فرآیندی است که در آن خاک بر اساس غلظت آب های سطحی و زیرسطحی در مسیرهای جریان باریک حذف می شود و در نتیجه کانال های بریده شده ای تشکیل می شود که ممکن است در دوره های زمانی کوتاه به خندق هایی با عمق بیشتر از 30 سانتی متر تبدیل شوند [1 ] . این امر باعث از دست دادن قابل توجه خاک و تخریب خاک می شود و به طور کلی به عنوان شاخص بیابان زایی و تخریب زمین در نظر گرفته می شود [ 2 ]. چندین مطالعه پیشنهاد کردند که فرسایش خندقی نوع اصلی فرسایش خاک در منطقه خاک سیاه شمال شرقی چین است که از فرسایش شدید خاک رنج می برد [ 3 ، 4 ، 5]]. علیرغم اینکه یک فرآیند طبیعی است، فرسایش خندقی عموماً توسط فعالیت های کشاورزی و انسانی نامناسب آغاز و تسریع می شود [ 6 ]. نقشه برداری فرسایش خندقی گامی حیاتی برای پایش تخریب زمین و مطالعه اثرات محلی فعلی و آتی آن است.

تا به امروز، مطالعات متعدد فرسایش خندقی در مقیاس های مختلف و با اهداف متفاوت انجام شده است [ 7 ]. به عنوان مثال، نقشه های مکان خندقی در مقیاس ملی [ 8 ] و نقشه خطر خندق در مقیاس منطقه ای [ 9 ] به دست آمده است ، تأثیر توپوگرافی بر توزیع خندق ها [ 5 ] و تغییرات فضایی توزیع خندق ها در مقیاس بزرگ به دست آمده است. تجزیه و تحلیل [ 10 ]، شبکه‌های خندقی برای حوضه‌های آبریز کوچک در مقیاس متوسط [ 11 ] تعریف شده است ، و نرخ عقب‌نشینی خندق در مقیاس کوچک برآورد شده است [ 12]]. بر این اساس تکنیک های مختلفی برای اندازه گیری، نقشه برداری و پایش فرسایش خندقی به کار گرفته شده است. در مقایسه با تکنیک‌های مرسوم (مانند خط‌کش، نوار، پروفیل‌های میکروتوپوگرافی [ 13 ]، قطب‌ها، ایستگاه‌های کل [ 14 ]، پین‌ها [ 15 ] و GPS دیفرانسیل [ 16 ، 17 ])، که برای دستیابی به دقت بالا در میدان زمان‌بر هستند. بررسی‌ها در مقیاس کوچک، توسعه تکنیک‌های سنجش از راه دور روشی کارآمد برای به دست آوردن اطلاعات خندق از نظر مکانی پیوسته در مقیاس‌های بزرگ برای دوره‌های زمانی مختلف ارائه کرده است. عکاسی هوایی کلاسیک به طور موثر برای مناطق در مقیاس بزرگ و تحقیقات طولانی مدت، اما با وضوح مکانی و زمانی کم استفاده شده است [ 18 ،19 ]. LiDAR هوابرد [ 20 ، 21 ، 22 ] و اسکنر لیزری زمینی (TLS) [ 23 ، 24 ، 25 ] محصولات داده با وضوح بالا و دقیق را برای مدل‌سازی دقیق سطح زمین استخراج می‌کنند. آنها توانایی اندازه گیری خندق های بدون تماس با وضوح فضایی بالا را ارائه می دهند اما به تخصص قابل توجهی نیاز دارند. تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره ای ادغام شده با بررسی های میدانی ثابت کرده است که یک رویکرد موثر و عملی برای نقشه برداری از فرسایش خندقی در مناطق بزرگ است [ 5 ]. با این حال، وضوح فضایی تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات قبلی بیشتر از 5 متر بود که منجر به حذف مقدار قابل توجهی از خندق‌های زودگذر می‌شود [ 26] .] و امکان تحلیل دقیق [ 27 ] را نمی دهد. علاوه بر این، شناسایی تغییرات کوچک یک خندق فردی در بازه های زمانی کوتاه با استفاده از تصاویر ماهواره ای دشوار است [ 27 ].

برای افزایش وضوح زمین برای نظارت بر فرآیند کوتاه مدت، سکوهای هوایی بدون سرنشین در ارتفاع پایین تر، به عنوان مثال، بادبادک ها یا بادبادک ها، شروع به استفاده می کنند [ 28 ، 29 ]. وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) دارای فناوری خلبان خودکار یکپارچه هستند، که امکان ناوبری نیمه یا کاملاً مستقل، کنترل پرواز و قابلیت های گرفتن تصویر را فراهم می کند [ 30 ]. محققان شروع به کشف استفاده از پهپادها برای دستیابی به تصاویر سنجش از دور و کاربرد در تجزیه و تحلیل سطح زمین با سطح بالاتری از جزئیات کرده‌اند [ 31 ، 32 ]. چندین نویسنده قبلاً از DSMهای با وضوح بالا با دقت سانتی متر به دست آمده از تصاویر مبتنی بر پهپاد برای نظارت و تعیین کمیت فرسایش خندقی استفاده کرده اند [ 27], 33 , 34 ]. علاوه بر این، تکنیک‌های بازسازی خودکار عکس سه‌بعدی با آسان‌تر کردن پردازش تصویر در زمانی که تصاویر از دوربین‌های کالیبره‌نشده و غیرمتریک مشتق می‌شوند، مزایای زیادی نسبت به تکنیک‌های فتوگرامتری سنتی نشان داده‌اند [35 ] . در مقایسه با اسکنرهای لیزری و روش‌های فتوگرامتری دقیق، الگوریتم‌های ساختار از حرکت (SfM) و چند نمای استریو (MVS) که روش‌های بازسازی کلی پیشنهادی هستند، فقط از دوربین‌های درجه یک مصرف‌کننده استفاده می‌کنند و به تخصص کمتری نیاز دارند [36 ، 37 ]]. کار قبلی بازسازی عکس سه بعدی را با روش های میدانی دو بعدی و سه بعدی موجود (مانند LiDAR، پروفیلومتر لیزری، ایستگاه کل) برای ارزیابی فرسایش خندقی با توجه به هزینه، دقت و اثربخشی مقایسه کرده است و برتری عکس سه بعدی را آشکار می کند. بازسازی [ 14 ، 38 ]. با اتخاذ تکنیک های بازسازی عکس سه بعدی، بسیاری از محققان از تصاویر به دست آمده از پهپاد برای تولید داده های توپوگرافی با وضوح بالا و تصویر ارتو برای نظارت بر فرسایش خندقی استفاده کردند [ 34 ، 39 ].

توسعه و بکارگیری تکنیک‌های اندازه‌گیری مناسب برای پایش یا درک بهتر شروع و تغییر انواع مختلف آبکند در مقیاس‌های مکانی و زمانی مختلف، هنوز یک چالش بزرگ در تحقیقات فرسایش خندقی است [40 ] . بسیاری از مطالعات قبلی فرسایش خندقی در مقیاس فضایی واحد انجام شد. با این حال، مطالعات نادر بر روی نقشه برداری و نظارت بر خندق ها در مقیاس های فضایی چندگانه متمرکز شده اند که به درک بهتر دینامیک فرسایش خندقی و تعامل آنها با تغییر محیط های خندق از دیدگاهی جامع کمک می کند [41] .]. هدف این مطالعه نقشه برداری و پایش فرسایش خندقی در مقیاس های فضایی چندگانه با استفاده از داده های سنجش از دور چند منبعی است. تفسیر بصری تصویر ماهواره‌ای با وضوح بالا با تأیید میدانی برای نقشه‌برداری ویژگی‌های هندسی خندق و ارزیابی فرسایش خندق در مقیاس حوضه استفاده شد. تصاویر پهپاد همراه با روش بازسازی عکس سه بعدی برای نقشه برداری خندق در مقیاس سایت با جزئیات بیشتر مورد استفاده قرار گرفت.

2. مواد

2.1. منطقه مطالعه

منطقه مورد مطالعه (126°8′49″E–126°17′19″ شرقی، 44°9′18″N-44°22′20″ شمالی)، شامل بخش میانی و بالایی حوضه رودخانه سانچا ( شکل 1 c)، در شمال شرقی چین واقع شده است ( شکل 1 a,b) و مساحت کل 163.83 کیلومتر ^مربع را پوشش می دهد . این منطقه در لبه جنوب شرقی منطقه خاک سیاه واقع شده است ( شکل 1ب) و توسط خاک سیاه معمولی، خاک علفزار، خاک آلبیک و خاک قهوه ای تیره پوشیده شده است. این منطقه دارای آب و هوای قاره ای با میانگین دمای سالانه 3/5 درجه سانتی گراد و بارش سالانه 550 تا 600 میلی متر است. فعالیت‌های طولانی‌مدت انسانی، به‌ویژه احیای بیش از حد، منجر به ایجاد یک زمین کشاورزی شیب‌دار، با پوشش گیاهی کمی در منطقه شد. به دلیل موج‌ریزی قابل توجه زمین، این منطقه دچار فرسایش شدید خاک توسط آب شده است. به عنوان یکی از بحرانی ترین و مخرب ترین انواع فرسایش آبی، فرسایش خندقی در این منطقه پراکنده است. از این رو، منطقه مورد مطالعه یکی از مناطق معمولی فرسایش خاک سیاه شمال شرقی چین است.

2.2. منابع اطلاعات

منابع داده های سنجش از دور شامل تصاویر ماهواره ای و تصاویر پهپاد بود. نقشه برداری خندقی در سطح منطقه بر اساس تصاویر Pleiades-1A (تصاویر شفاف پانکروماتیک با وضوح 0.7 متر با باندهای چند طیفی 2.8 متری ادغام شده است). تصویر در 12 اکتبر 2013 به دست آمد ( شکل 1 ج). اصلاحات هندسی، رادیومتری و جوی توسط ارائه دهنده داده، مرکز ژئوماتیک استان جیلین انجام شد.

تصاویر پهپاد در کمپین هوایی که در اکتبر 2015 با استفاده از یک کوادروکوپتر باتری دار نوع Phantom 3 Professional (DJI، شنژن، چین) انجام شد، به دست آمد. این کوادروکوپتر دارای چهار روتور، وزن 1280 گرم و حداکثر زمان پرواز 23 دقیقه است. این پهپاد مجهز به دوربین یکپارچه و تثبیت شده بود. سنسور Sony EXMOR 1/2.3 اینچ برای گرفتن تصویر استفاده شد. گردش کار دقیق جمع آوری تصویر در بخش 3.2 توضیح داده شده است . این تصاویر پهپاد برای نقشه برداری دقیق در یک سایت کوچک استفاده شد.

داده های سنجش از دور نیاز به پشتیبانی و اعتبارسنجی با داده های حقیقت زمینی دارند که از طریق بررسی های میدانی به دست می آید. ما سعی کردیم از طریق بررسی میدانی به اهداف زیر دست یابیم: (1) تعیین علائم تفسیر خندق (یعنی ظاهر احتمالی خندق، مانند اندازه و شکل خندق) در تصاویر Pleiades. (2) بررسی صحت نقشه برداری و تصحیح بیشتر خطاهای حذف و کمیسیون. و (3) یک کمپین هوایی پهپاد انجام دهید و نقاط کنترل زمینی را نصب کنید ( شکل 1د). با توجه به اهداف فوق، این مطالعه بررسی های میدانی را در ماه می و اکتبر 2015 انجام داد. کار میدانی با ایستگاه مرجع دائمی عملیات جیلین (JLCORS) نصب شده در دستگاه Trimble پشتیبانی شد. دقت موقعیت افقی و عمودی دستگاه به ترتیب بهتر از 3 سانتی متر و 5 سانتی متر است. علائم تفسیر خندق در تصاویر ماهواره ای با وضوح بالا تعیین شد ( جدول 1 ). برای تأیید صحت نقشه برداری در سطح منطقه، کار اعتبارسنجی میدانی انجام شد و خندق های واقع در مجاورت جاده شناسایی شدند.

سایر داده های مهم شرایط جغرافیایی (جاده، آب، مکان های مسکونی و غیره) نیز توسط مرکز ژئوماتیک استان جیلین ارائه شده است. مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) با اندازه پیکسل 5 متری با استفاده از نقشه های توپوگرافی در مقیاس 1:10000 تولید شد.

3. روش ها

3.1. تصاویر Pleiades-1A برای نقشه برداری در سطح وسیع

برای به دست آوردن داده های توزیع آبکند منطقه مورد مطالعه از تفسیر بصری و برداری استفاده شد. جدول 1 چهار نوع خندق احتمالی را در تصاویر ماهواره ای با وضوح بالا و عکس های زمینی منطقه مورد مطالعه نشان می دهد. خندق-1 نمونه ای از آبکندهای زودگذر است که عموماً ساختارهای باریک طولانی دارند و در زمین های کشاورزی رخ می دهند. خندق های زودگذر کانال های کوچکی هستند که توسط جریان متمرکز فرسایش می یابند که می توانند به راحتی با خاکورزی معمولی پر شوند، اما در همان مکان توسط رویدادهای رواناب اضافی دوباره ظاهر می شوند [2 ] . همانطور که Gully-2 نشان می دهد، خندق های خطی توسعه یافته تر بسیار عمیق تر بریده شده اند. کانال ها بسیار عمیق و گسترده هستند تا با تجهیزات معمولی خاکورزی مزرعه هم سطح شوند و به آنها خندق های دائمی گفته می شود [ 2] .]. خندق-3 نمایانگر یک خندق دائمی بزرگتر و وسیعتر است که در آن کف آبکند به طور پراکنده توسط گیاهان پوشیده شده است. سربریدگی خندق و دیواره های خندق تندتر در زمین های مسطح مجاور کاهش می یابد. در مقایسه با خندق منفرد خندق-3، یک سیستم خندق منشعب با چندین شاخه را می توان در خندق-4 مشاهده کرد. بین شاخه‌های منفرد، قسمت‌های مسطح کوچک‌تری از سطح اصلی باقی مانده و حتی احیا شده‌اند. با این حال، خندق‌ها در جنگل‌ها هدف این مطالعه نبودند، زیرا تشخیص این خندق‌ها از روی تصاویر ماهواره‌ای نوری دشوار است.

خندق ها عمدتاً از سطوحی که برش می زنند با توجه به ویژگی های فضایی خود، یعنی الگوها (زهکشی)، شکل و اندازه، متمایز می شوند. با این حال، تمایز خندق ها از محیط اطراف بر اساس ویژگی های طیفی دشوار است زیرا بازتاب طیفی بین خندق ها به طور قابل توجهی در مناطق بزرگ متفاوت است [ 8 ، 42]]. در همین حال، ویژگی‌های طیفی خندق‌ها به پوشش گیاهی یا خاک بستگی دارد، اما مقادیر طیفی خاک برهنه یا پوشش گیاهی داخل خندق ممکن است مانند مقادیر بیرونی باشد. مایه خرسندی است که سایه ایجاد شده توسط دیواره های خندق به تمایز خندق ها از محیط اطرافشان کمک می کند. از آنجایی که زاویه برخورد نور خورشید نسبت به سطح زمین متفاوت است، سایه در تصاویر ماهواره ای نوری با وضوح بالا برای اکثر خندق ها قابل مشاهده است. سایه دیوارهای خندق منحرف شده توسط خورشید، تضاد طیفی بین محیط اطراف و دیواره های خندق مقابل نور خورشید را ارائه می دهد [ 43]]. به عنوان مثال، Gully-2 به دلیل سایه زدن بیشتر از Gully-1 قابل تشخیص است. بر این اساس، سایه با برجسته کردن لبه‌ها به ارائه خصوصیات خطی و شکل خندق‌ها کمک می‌کند. علاوه بر این، نقشه توپوگرافی، نقشه شبکه هیدروگرافیک، نقشه ترافیک و اطلاعات مربوط به آن به شناخت خندق های فرسایشی کمک می کند.

بردار خندقی با استفاده از نرم افزار ArcGIS 10.0 انجام شد. داده های توزیع آبکند شامل طول و مساحت آبکند بود. خندق هایی با عرض کمتر از 3 پیکسل فقط برای طول مشخص شده اند، نه مساحت. با توجه به نتیجه اعتبار سنجی میدانی، داده های خندق اصلاح شدند. خندق های حذف شده و متعهد به ترتیب شامل و حذف شدند. سپس داده های نهایی توزیع آبکند به دست آمد. در ارزیابی کلی و اعتبار سنجی فرسایش خندقی، خندق ها طبقه بندی نشدند. برای ارزیابی جامع فرسایش خندقی، شاخص‌های تراکم و شدت خندق اتخاذ شد. تراکم آبکند در منطقه مورد مطالعه به عنوان طول کل آبکند در هر سطح از کل منطقه مورد مطالعه تعریف شد. توزیع تراکم آبکند با استفاده از ابزار آمار کانونی در ArcGIS برآورد شد. مراحل مشخص به شرح زیر است: (1) یک چند ضلعی شبکه ماهی حاوی سلول های 5 متر × 5 متر ایجاد شد، سپس طول کل در هر منطقه از هر سلول محاسبه شد و یک مقدار به سلول مربوطه اختصاص داده شد. (2) چند ضلعی به یک شبکه با اندازه پیکسل 5 متر تبدیل شد. و (3) آمار کانونی برای محاسبه مقدار متوسط هر سلول ورودی در یک همسایگی مستطیلی 100 متر × 100 متر استفاده شد. بنابراین، نقشه توزیع تراکم آبکند به دست آمد. به طور مشابه، شدت خندق با استفاده از اندازه گیری سطح کل آبکند در هر منطقه محاسبه شد. علاوه بر این، تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی با استفاده از DEM و ابزار آمار ناحیه ای در ArcGIS تجزیه و تحلیل شد. (2) چند ضلعی به یک شبکه با اندازه پیکسل 5 متر تبدیل شد. و (3) آمار کانونی برای محاسبه مقدار متوسط هر سلول ورودی در یک همسایگی مستطیلی 100 متر × 100 متر استفاده شد. بنابراین، نقشه توزیع تراکم آبکند به دست آمد. به طور مشابه، شدت خندق با استفاده از اندازه گیری سطح کل آبکند در هر منطقه محاسبه شد. علاوه بر این، تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی با استفاده از DEM و ابزار آمار ناحیه ای در ArcGIS تجزیه و تحلیل شد. (2) چند ضلعی به یک شبکه با اندازه پیکسل 5 متر تبدیل شد. و (3) آمار کانونی برای محاسبه مقدار متوسط هر سلول ورودی در یک همسایگی مستطیلی 100 متر × 100 متر استفاده شد. بنابراین، نقشه توزیع تراکم آبکند به دست آمد. به طور مشابه، شدت خندق با استفاده از اندازه گیری سطح کل آبکند در هر منطقه محاسبه شد. علاوه بر این، تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی با استفاده از DEM و ابزار آمار ناحیه ای در ArcGIS تجزیه و تحلیل شد.

3.2. سنجش از راه دور مبتنی بر پهپاد برای نقشه برداری دقیق

یک سایت مطالعه کوچک ( شکل 1 د) در حوضه آبریز رودخانه سانچا برای نقشه برداری دقیق با استفاده از پهپاد انتخاب شد، زیرا شامل خندق های معمولی (به عنوان مثال، Gully-4) است و در نزدیکی جاده قرار دارد. گردش کار جمع‌آوری تصویر به شرح زیر است: ابتدا، نقاط کنترل زمینی (GCPs) در محل مطالعه انتخابی قبل از کمپین هوایی توزیع شد ( شکل 1)د). GCPها نصب شده و دقیقاً با JLCORS اندازه‌گیری شدند و همچنین برای ارجاع جغرافیایی در طول پردازش تصویر بیشتر مورد استفاده قرار گرفتند. سیستم مختصات جغرافیایی و طرح ریزی به ترتیب روی سیستم مختصات ژئودتیک چین 2000 (CGCS 2000) و گاوس کروگر تنظیم شد. ثانیاً، این پهپاد در میدان توسط یک اپراتور آموزش‌دیده به کار گرفته شد و به‌طور خودکار توسط نرم‌افزار خلبان خودکار DJI GO (DJI، شنژن، چین) و Pix4Dcapture (Pix4d، لوزان، سوئیس) کنترل می‌شد تا از برنامه‌های پروازی از پیش تعریف‌شده برای گرفتن تصاویر در طول برخاستن، پرواز پیروی کند. و فرود آمدن نقشه های پرواز برای همپوشانی طولی 80 درصد و همپوشانی جانبی 60 درصد طراحی شده اند تا از شکاف بین عکس های منفرد جلوگیری شود و از بازسازی موفق عکس اطمینان حاصل شود. لنز دوربین در موقعیت 90 درجه قرار گرفت،

به عنوان یکی از اهداف اصلی این تحقیق، موزاییک تصویر ارتو و مدل سطح دیجیتال (DSM) با روش بازسازی عکس سه بعدی توسط نرم افزار فتوگرامتری جدید به صورت خودکار تولید شد. بازسازی سه بعدی با استفاده از تکنیک های ساختار از حرکت (SfM) و استریو چند نمای (MVS) برای بازسازی ژئومورفومتری سطح برای تولید داده های سه بعدی از مجموعه ای از تصاویر غیر کالیبره شده انجام شد. به طور کلی، گردش کار بازسازی شامل مراحل پردازش است: (1) شناسایی نقاط تصویر همولوگ و در نتیجه تطبیق تصویر. (2) بازسازی پیکربندی دریافت تصویر، از جمله جهت گیری دوربین، موقعیت و پارامترهای دوربین داخلی، و همچنین مختصات 3 بعدی مربوطه، با یک تنظیم بلوک بسته تکراری (BBA).34 ، 36 ، 44 ]. در این مطالعه، از نرم‌افزار فتوگرامتری تجاری Pix4DMapper (Pix4D، لوزان، سوئیس)، بر اساس تکنیک‌های SfM و MVS، برای تولید خودکار ارتو موزاییک و DSM استفاده شد. علاوه بر این، اگرچه هر تصویر با موقعیت GPS همگام‌سازی شده با دقت پایین ضبط می‌شد، GCP‌های با دقت بالا با افزودن دستی نقاط اتصال اضافی و استفاده از یک برنامه تولید خودکار نقطه اتصال در نرم‌افزار Pix4dmapper، باید در پردازش گنجانده شوند. به عنوان یک شاخص مهم خندق، حجم بر اساس مطالعات قبلی محاسبه شد [ 27 ، 33]. چند خط سه بعدی لبه خندق برای ایجاد یک چند ضلعی سه بعدی استفاده شد. ما فرض کردیم که سطح قبلی کاملاً صاف بین لبه‌های خندق فعلی است، بنابراین چند ضلعی پس از آن به یک شطرنجی از سطح قبلی قبل از فرسایش تبدیل شد. DSM خندقی بیشتر کم شد. شطرنجی به دست آمده شامل تفاوت ارتفاع بین حالت قبل از برش و حالت فعلی برای هر سلول شطرنجی بود. سپس این مقادیر با وضوح شطرنجی ضرب و جمع‌بندی شدند و در نتیجه حجم آبکند به دست آمد. محاسبه حجم آبکند در نرم افزار ArcGIS انجام شد و روش به طور مفصل توسط d’Oleire-Oltmanns و همکاران شرح داده شد. [ 27 ] و پیتر و همکاران. [ 33 ].

4. نتایج

4.1. پراکنش فضایی آبکندهای فرسایشی در حوضه آبریز

با توجه به تفسیر بصری تصاویر ماهواره ای با وضوح بسیار بالا، وضعیت فرسایش خندقی در کل حوضه آبریز به دست آمد. نتایج آماری فرسایش خندقی در جدول 2 نشان داده شده است . در سال 2013، 1190 خندق فرسایشی در منطقه مورد مطالعه وجود داشت که از میان آنها 572 (نزدیک به نیمی از کل) خندق فرسایشی با عرض کمتر از 3 پیکسل بود. این نتیجه نشان داد که فرسایش خندقی هنوز در منطقه مورد مطالعه نسبتاً فعال است. ما فرض کردیم که این خندق های باریک با فرسایش شدید بدون هیچ گونه پیشگیری توسعه می یابند. تراکم آبکند کل منطقه 1.37 کیلومتر بر کیلومتر ^مربع (طول خندق در واحد سطح) و شدت خندق 5434.84 متر ^مربع / کیلومتر ^{مربع بود.}(مساحت خندق در واحد سطح). مساحت و طول کل خندق به ترتیب 039/89 میلی‌متر ^مربع و 978/224 کیلومتر بود. بر اساس استاندارد طبقه بندی و درجه بندی فرسایش خاک (SL190-2007) که توسط وزارت منابع آب چین صادر شده است، تراکم آبکندی کل منطقه به عنوان فرسایش خفیف طبقه بندی شد.

شکل 2 توزیع فضایی فرسایش خندقی را در سراسر حوضه آبریز رودخانه سانچا نشان می دهد. شکل 2 الف نشان می دهد که خندق ها در سراسر حوضه، به ویژه در قسمت شمال شرقی، گسترده هستند. شکل 2 b,c نشان می دهد که تراکم و شدت خندق از 0 تا 71.99 کیلومتر بر کیلومتر ^مربع و از 0 تا 792896 متر مربع ^در کیلومتر ^{مربع متغیر است.}، به ترتیب. همه نتایج نشان می دهد که فرسایش خندقی در قسمت شمال شرقی جدی ترین بوده است. با این حال، بین توزیع فضایی تراکم و شدت خندق تفاوت‌هایی وجود دارد. شدت بالای خندق به طور کلی نشان می دهد که فرسایش جانبی فرسایش خندقی قابل توجه است که منجر به گشاد شدن قابل توجه طرفین خندق و افزایش مساحت می شود.

در کار اعتبار سنجی میدانی ( جدول 3 )، 20 خندق مشاهده شد و بعداً توسط JLCORS ثبت شد. مطالعه داخلی نشان داد که 18 خندق به درستی تصرف شدند، در حالی که یک خندق کنار جاده حذف شد و مسیر میدانی دیگر با یک خندق زودگذر اشتباه گرفته شد. با این وجود، دقت کلی تفسیر خندق به 90٪ رسید و تصویر ماهواره ای با وضوح بسیار بالا (زیر متر) توانایی قوی در تشخیص انواع مختلف خندق را نشان داد.

4.2. موزاییک تصویر ارتو با وضوح بالا و DSM یک سایت کوچک

تعداد کل 256 عکس JPEG در طول کارزار هوایی میدانی به دست آمد. 255 عکس از 256 تصویر کالیبره شده بودند (99%) و همه تصاویر فعال شدند. موزاییک تصویر ارتو ( شکل 3 ) و DSM ( شکل 4 ) برای سایت مطالعه کوچک تولید شد که در مجموع 13.85 هکتار را پوشش می دهد. میانگین فاصله نمونه برداری از زمین (GSD) پیکسل ها 4.42 سانتی متر بود. چهل GCP نصب شده برای کنترل زمینی استفاده شد. ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) GCPها بین 0.026 و 0.016 متر در جهت افقی و 0.024 متر در جهت عمودی بود. در مجموع 2622204 مشاهده نقطه کلیدی دو بعدی و 899037 نقطه سه بعدی برای تنظیم بلوک بسته استفاده شد، در حالی که میانگین خطای بازپرداخت تقریباً 0.26 پیکسل ارزیابی شد. جدول 4خلاصه این خروجی ها را برای نتایج به دست آمده در نرم افزار Pix4dmapper با استفاده از حالت خودکار نشان می دهد.

موزاییک‌های تصویری ارتو و DSM به‌طور دقیق منطقه بهره‌برداری کشاورزی و شکل‌دهی آن توسط فعالیت‌های کشاورزی انسان و فرسایش آبی را نشان می‌دهند. کاه‌های ذرت با تجمع در زمین‌های کشاورزی مسطح همراه با دفن زباله در داخل سربرگ قابل مشاهده است. زمین زیر کشت در کف خندق حتی قابل تشخیص است. علاوه بر این، فرورفتگی فرسایش خندقی موجود به شدت قابل مشاهده است. علاوه بر سه خندق اصلی، یک خندق کنار جاده و نهرهای کوچک قابل مشاهده است. در شکل 4 ، قسمت آبی روشن پایین ترین ناحیه را در پایین Wadi نشان می دهد. با این حال، حداکثر عمق برش خندق ها به 10.32 متر در بالای سمت چپ خندق اصلی می رسد (یعنی خندق-4 که در بالا ذکر شد). حجم آبکندها 68145 متر ^مکعب و 12240 متر محاسبه شد.³ و 5405 متر ^مکعب برای سه خندق اصلی (به ترتیب از شمال به جنوب در شکل 4 ). در همین حال، یک مدل سه بعدی دقیق و جامع از خندق ها محاسبه شد ( شکل 5 ). ورودی بزرگ‌شده ساختار سه‌بعدی دیواره کناری خندق و برش سر را با جزئیات نشان می‌دهد. نتایج نشان داده شده در شکل 3 ، شکل 4 و شکل 5 درجه بالایی از جزئیات قابل دستیابی با روش سنجش از راه دور مبتنی بر پهپاد و بازسازی عکس سه بعدی را نشان می دهد.

5. بحث

5.1. تفسیر تصویری Pleiades بصری برای نقشه برداری فرسایش خندقی

تصاویر Pleiades امکان پذیری بالایی را برای تشخیص انواع آبکندها، به ویژه خندق های زودگذر در این مطالعه نشان می دهد (به عنوان مثال، Gully-1 در جدول 1 ). با این حال، با افزایش وضوح تصویر ماهواره ای، پدیده “نویز” و “اشیاء مختلف با طیف یکسان” و همچنین “اشیاء مشابه با طیف های مختلف” افزایش می یابد [45] .]. در مطالعه حاضر، یک مسیر مزرعه کوچک به راحتی با یک خندق زودگذر اشتباه گرفته شد زیرا ویژگی‌های طیفی و ساختارهای ژئومورفولوژیکی آن‌ها در تصاویر Pleiades مشابه بودند. در همین حال، تشخیص خندق های باریک کنار جاده از جاده دشوار است، زیرا آنها بیش از حد شبیه بودند که نمی توانستند از تصاویر متمایز شوند. با این وجود، نتیجه تفسیر به‌دست‌آمده به دلیل دقت بالا رضایت‌بخش بود ( جدول 3 ). با این حال، دستیابی به نتیجه رضایت بخش زمان بر بود و نیاز به تخصص خاصی داشت. با توجه به مطالعات قبلی، با توجه به تصاویر ماهواره‌ای با وضوح فضایی بالا (مانند Pleiades-1A)، اگرچه تفسیر بصری فرسایش خندقی با تأیید میدانی به دقت بسیار بالاتری دست یافت [ 8 ، 46]]، نقشه برداری (نیمه) خودکار از خندق ها در مقیاس منطقه ای یا مقیاس های بزرگتر، پتانسیل زیادی را برای به دست آوردن یک بیانیه کلی از توزیع خندق ها به گستره وسیع تری نشان داد [43 ، 47 ، 48 ] .

وضوح فضایی بالاتر تصاویر ماهواره‌ای، شناسایی خندق‌ها با محیط پیچیده و همچنین با طیف وسیعی از عواملی که توسعه و توزیع فرسایش خندقی را کنترل می‌کنند، ممکن می‌سازد [ 49 ، 50 ]. ویژگی های تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی در مقیاس بزرگ آشکار بود ( شکل 6 را ببینید ). شکل 6 a توزیع لایه ای فرسایش خندقی را در جهت عمودی نشان می دهد. این نتیجه نشان می دهد که شیب زمین بین انواع ژئومورفیک ارتفاعات پایین تر (مثلاً دشت دره) و ارتفاعات بالاتر (مثلاً تپه) به دلیل شیب طولانی تر و حوضه آبریز بزرگتر برای تشکیل و توسعه فرسایش خندقی مساعدتر است [ 5 ] .شکل 6 ب نشان می دهد که تراکم و شدت خندق ابتدا افزایش می یابد و سپس با افزایش شیب کاهش می یابد. اگرچه شیب تندتر نیروی برشی ذرات خاک را افزایش می دهد [ 51 ]، شیب عامل اصلی محدود کننده شکل خندق فرسایش نیست، که بیشتر تحت تأثیر طول شیب، حوضه آبریز، شکل شیب و سایر عوامل زمین قرار گرفت [52] . ] زمانی که شیب بیشتر از شش درجه بود. رابطه بین جنبه شیب و فرسایش خندقی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت ( شکل 6ج). نتایج نشان می‌دهد که فرسایش خندقی در دامنه‌های رو به باد (S، SSW، SW، WSW و W) بیشتر از دامنه‌های بادگیر بود، زیرا بادهای غالب جنوب غربی منجر به فرسایش شدید بارندگی در دامنه‌های رو به باد نسبت به دامنه‌های بادگیر می‌شوند. علاوه بر این، تفاوت بین تراکم و شدت خندق در عوامل مختلف زمین باید بیشتر مورد توجه قرار گیرد.

5.2. ارزیابی سنجش از دور پهپاد و بازسازی سه بعدی

مطالعات متعدد قبلاً نشان داده است که فتوگرامتری پهپاد در ارتفاع پایین و روش بازسازی عکس سه بعدی مزیت قطعی در جزئیات قابل دستیابی با وضوح بسیار بالا را نشان می دهد [ 27 ، 34 ، 39 ، 53 ]. اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق عموماً در سطح زیر دسی‌متری به‌دست آمدند که قابل مقایسه با TLS [ 14 ] است. TLS اغلب به عنوان مجموعه داده های مکانی مرجع با کیفیت بالا برای ارزیابی روش های مختلف میدانی برای اندازه گیری فرسایش خندقی به دلیل دقت بالای آن استفاده می شود [ 54 , 55]]. در این مطالعه، TLS یا LiDAR دقیق در دسترس نیست. به عبارت دیگر، داده های صحت زمینی دقیق پیوسته مکانی به عنوان مرجع برای سایت مطالعه انتخابی در دسترس نیستند. بنابراین، ارزیابی دقت سنتی غیرممکن است، همانطور که قبلا توسط هاروین و لوسیر [ 56 ] نشان داده شده است. این مطالعه از GCPهای با دقت بالا به عنوان نقاط بازرسی مستقل برای ارزیابی خودکار دقت استفاده کرد ( جدول 4 را ببینید ) و همان روش ارزیابی نیز توسط d’Oleire-Oltmanns و همکاران اعمال می شود. [ 27]. بنابراین، دقت حاصل از محصولات مشتق شده قابل اعتماد در نظر گرفته می شود. توجه داشته باشید که مقدار بدست آمده برای حجم خندق نباید به عنوان یک مقدار دقیق فرسایش مطلق در نظر گرفته شود. مقادیر کمی به دست آمده در دوره های متعدد باید تخمین خوبی از میزان تغییرات ناشی از فرسایش باشد [ 34 ]. علاوه بر این، دیجیتالی کردن دستی لبه خندق بر دقت حجم ها تأثیر می گذارد و تعیین محل لبه خندق همچنان یک چالش باقی مانده است [ 57 ].

5.3. مقایسه و ترکیب تصاویر ماهواره ای و سنجش از دور پهپاد

حتی اگر تصاویر ماهواره ای با وضوح بسیار بالا Pleiades-1A شناسایی فرسایش خندقی را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است، امکان تجزیه و تحلیل دقیق تر از یک خندق را در مقایسه با تصاویر پهپاد فراهم نمی کند. به عنوان مثال، استفاده از بافر مالچ کاه ذرت در داخل خندق یک اقدام ساده و رایج پیشگیری از آبکند در زمین های کشاورزی شیب دار در منطقه خاک سیاه شمال شرقی چین است [ 58 ]. Pleiades-1A با 0.7 متر اطلاعات دقیق تری در مورد کاه های ذرت در خندق ارائه نمی دهد. با این حال، مالچ کاه ذرت در تصویر ارتو به دست آمده از پهپاد (0.042 متر) قابل مشاهده است ( شکل 7 ). با توجه به نمای بزرگ شده تصویر پهپاد (سمت راست پایین شکل 7ما می‌توانیم پوشش گیاهی پایین را به وضوح ببینیم و حتی خندق فعال را که زمین‌های کشاورزی را فرسایش می‌داد تشخیص دهیم.

علاوه بر طول و عرض آبکند، حجم آبکند نیز عامل مهمی برای تعیین میزان رسوب در اثر فرسایش آبکندی است. DSM با وضوح بسیار بالا برگرفته از سنجش از راه دور مبتنی بر پهپاد و بازسازی عکس سه بعدی برای تعیین کمیت حجم آبکندها با جزئیات استفاده شد ( شکل 4 ). در مقابل، وضوح DEM موجود، یعنی وضوح 5 متر × 5 متر، بسیار درشت است و اجازه این درجه از جزئیات را نمی دهد. در همین حال، استخراج حجم‌های خندقی از تصاویر منفرد Pleiades دشوار است و تصاویر استریوسکوپی Pleiades در این مطالعه موجود نیستند. علاوه بر این، مدل سه بعدی جزئیات بیشتری در مورد ساختار سه بعدی دیواره کناری خندق و هدبرش ارائه کرد ( شکل 5، اما اطلاعات سه بعدی در تصویر Pleiades وجود نداشت. وضوح و دقت بالای محصولات داده به دست آمده از پهپاد، تجزیه و تحلیل دقیق دو بعدی و سه بعدی را امکان پذیر می کند، که در سطح مقیاس ماهواره ای امکان پذیر نیست.

مطالعات نقشه برداری و پایش خندق های قبلی به طور کلی در یک مقیاس فضایی واحد برای دستیابی به یک هدف مشخص انجام شد. در همین حال، انواع داده‌های به‌دست‌آمده از مقیاس‌های مختلف بسیار پیچیده‌تر از آن بودند که به درستی ادغام شوند. با این حال، سنجش از دور مبتنی بر پهپاد یک مقیاس متوسط ارزشمند بین مقیاس ماهواره ای و مقیاس میدانی را فراهم می کند [ 27]]. داده‌های سنجش از راه دور مبتنی بر پهپاد می‌توانند تجزیه و تحلیل دقیق دوبعدی و سه‌بعدی یک خندق را در مقیاس کوچکی ارائه دهند، که در سطح مقیاس ماهواره‌ای امکان‌پذیر نیست. تصویر ماهواره ای می تواند محیط اطراف خندق را ارائه دهد. داده‌های توزیع به‌دست‌آمده از انواع مختلف خندق‌ها در مقیاس بزرگ را می‌توان برای تجزیه و تحلیل چگونگی کنترل عوامل توپوگرافی تشکیل و توسعه فرسایش خندقی مورد استفاده قرار داد. دو منبع داده های سنجش از دور می توانند یکدیگر را در مقیاس های مختلف مقایسه و تکمیل کنند.

اگرچه نقشه برداری و پایش فرسایش خندق در یک زمان واحد در این مطالعه انجام شد، تغییرات کوچک یک خندق منفرد در دوره های زمانی کوتاه را می توان با استفاده از سنجش از راه دور مبتنی بر UAS کوتاه مدت [34] پایش کرد . علاوه بر این، تنوع منطقه‌ای توزیع فضایی خندق‌های فرسایشی در طول دهه‌ها را نیز می‌توان با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای تحلیل کرد [ 10 ]. رویکرد ترکیبی برای تبدیل شدن به یک نظارت منظم برای فرسایش خندقی ادامه خواهد یافت. مطالعات متعدد فرسایش خندقی در سراسر جهان برای نظارت یا درک بهتر شروع و توسعه انواع آبکندها در مقیاس‌های زمانی و مکانی مختلف انجام شده است [ 4 ، 7 ، 20 ، 27] .، 34 ]. در مقایسه با یک مقیاس، رویکرد مبتنی بر داده‌های سنجش از دور چند منبعی در سطوح چندگانه برای ترکیب مقیاس میدان بسیار دقیق و سطح مقیاس بزرگ‌تر می‌تواند به روشن شدن فرآیند فرسایش و ارتباط آن با محیط در مکان‌های مختلف و زمانی کمک کند. مقیاس ها از دیدگاهی جامع

6. نتیجه گیری

مطالعه حاضر یکی از اولین مطالعاتی بود که سعی در نقشه برداری و پایش فرسایش خندقی در مقیاس های چندگانه با ترکیب تصاویر ماهواره ای و پهپاد داشت. در مقیاس حوضه، تصاویر زیر متر توانایی قوی در تشخیص انواع آبکندها را نشان می دهد و نتایج رضایت بخشی به دست می آورد. توزیع آبکندی کل حوضه آبریز رودخانه سانچا مشتق شد، و ویژگی‌های تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی در مقیاس بزرگ نشان داد که فرسایش خندقی در دامنه‌های آفتابی رو به باد قوی‌تر از دامنه‌های بادگیر بوده و عمدتاً در ارتفاعات میانی رخ می‌دهد. هنگامی که شیب بیشتر از شش درجه بود، شیب عامل اصلی محدود کننده فرسایش خندقی نبود. در مقیاس سایت دقیق تر، تصاویر پهپاد همراه با بازسازی عکس سه بعدی داده‌های DSM و تصویر ارتو را در سطح سانتی‌متری و همچنین یک مدل سه‌بعدی ارائه کردند. محصولات به دست آمده محدوده بهره‌برداری کشاورزی و شکل‌دهی به آن توسط فعالیت‌های کشاورزی انسان و فرسایش آبی را به تفصیل نشان می‌دهند و حجم آبکند را نیز فراهم می‌کنند. با این حال، تجزیه و تحلیل دقیق 2 بعدی و 3 بعدی در سطح مقیاس ماهواره ای وجود نداشت.

با استفاده از حوضه آبریز رودخانه سانچا به عنوان منطقه مورد مطالعه، نشان دادیم که استفاده از داده های سنجش از دور چند منبعی، از جمله تصاویر ماهواره ای و پهپاد به طور همزمان، منجر به ارزیابی موثر فرسایش خندقی در مقیاس های متعدد می شود. رویکرد نقشه برداری ترکیبی برای پایش منظم منطقه و کمک به درک بیشتر فرآیند فرسایش و ارتباط آن با محیط زیست از دیدگاهی جامع ادامه خواهد یافت. این کار راهنمایی هایی را برای سیاست گذاران ارائه می دهد تا برنامه های مدیریت جامع حفاظت از خاک و آب را در منطقه مورد مطالعه توسعه دهند.

منابع

لوفمن، IE; ناندی، ع. اشپیگل، مورفولوژی T. Gully، فرسایش دامنه، و ویژگی های بارش در دره آپالاچی و استان ریج، جنوب شرقی ایالات متحده. Catena 2015 ، 133 ، 221-232. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
پوسن، جی. Nachtergaele, J.; ورستراتن، جی. والنتین، سی. فرسایش خندقی و تغییرات محیطی: اهمیت و نیازهای پژوهشی. کاتنا 2003 ، 50 ، 91-133. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لیو، بی. یان، بی. شن، بی. وانگ، ز. وی، X. وضعیت فعلی و استراتژی های کنترل جامع فرسایش خاک برای زمین های زیر کشت در منطقه خاک سیاه شمال شرقی چین. علمی حفظ آب خاک 2008 ، 6 ، 1-8. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
در آغوش گرفتن.؛ وو، ی. لیو، بی. یو، ز. تو، ز. ژانگ، ی. نرخ عقب‌نشینی خندق‌های کوتاه‌مدت در مناطق تپه‌ای در خاک سیاه شمال شرقی چین. کاتنا 2007 ، 71 ، 321-329. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ژانگ، اس. لی، اف. لی، تی. یانگ، جی. بو، ک. چانگ، ال. وانگ، دبلیو. یان، ی. نظارت سنجش از دور خندق‌ها در مقیاس منطقه‌ای: مطالعه موردی منطقه کبای در استان هیلونگجیانگ، چین. چانه. Geogr. علمی 2015 ، 25 ، 602-611. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کاکمبو، وی. Rowntree، KM رابطه بین کاربری زمین و فرسایش خاک در زمین های مشترک نزدیک شهر Peddie، کیپ شرقی، آفریقای جنوبی. تخریب زمین توسعه دهنده 2003 ، 14 ، 39-49. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گومز-گوتیرز، آ. کونوسنتی، سی. Angileri، SE; روتیگلیانو، ای. Schnabel, S. استفاده از ویژگی‌های توپوگرافی برای ارزیابی استعداد فرسایش خندقی (حساسیت) در دو حوضه مدیترانه: مزایا و محدودیت‌ها. نات. خطرات 2015 ، 79 ، S291–S314. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
روکس، NM؛ نقشه‌برداری موقعیت مکانی Le، JJ Gully در مقیاس ملی برای آفریقای جنوبی. اس افر. Geogr. J. 2012 ، 94 ، 208-218. [ Google Scholar ]
یوستاس، ق. پرینگل، ام جی; Denham، RJ نقشه خطر برای مکان های خندقی در مرکز کوئینزلند، استرالیا. یورو J. Soil Sci. 2011 ، 62 ، 431-441. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Yan، YC; ژانگ، جنوب غربی؛ یو، SP کاربرد تاج و تصاویر نقطه ای در تحقیقات خندق فرسایش در مناطق معمولی خاک سیاه شمال شرقی چین. منبع. علمی 2006 ، 27 ، 650-656. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
Perroy، RL; بوهاگن، بی. آسنر، GP; چادویک، OA مقایسه برآوردهای فرسایش خندقی با استفاده از LiDAR هوایی و زمینی در جزیره سانتا کروز، کالیفرنیا. ژئومورفولوژی 2010 ، 118 ، 288-300. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
وو، ی. ژنگ، کیو. ژانگ، ی. لیو، بی. چنگ، اچ. وانگ، ی. توسعه خندق ها و تولید رسوب در منطقه خاک سیاه شمال شرقی چین. ژئومورفولوژی 2008 ، 101 ، 683-691. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کاسالی، جی. لویزو، جی. Campo، MA; De Santisteban، LM; Alvarez-Mozos, J. دقت روشهای ارزیابی میدانی فرسایش آبکندی و زودگذر. کاتنا 2006 ، 67 ، 128-138. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کاستیو، سی. پرز، آر. جیمز، MR; کوینتون، JN; تاگواس، EV; گومز، JA مقایسه دقت چند روش میدانی برای اندازه‌گیری فرسایش خندقی. علم خاک Soc. صبح. J. 2012 , 76 , 1319–1332. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
Ionita، I. توسعه خندق در فلات مولداوی رومانی. کاتنا 2006 ، 68 ، 133-140. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
وو، ی. چنگ، اچ. نظارت بر فرسایش خندقی در فلات لس چین با استفاده از یک سیستم موقعیت‌یابی جهانی. کاتنا 2005 ، 63 ، 154-166. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
در آغوش گرفتن.؛ وو، YQ; لیو، BY; ژانگ، YG; شما، ZM; Yu, ZT ویژگی های فرسایش خندقی بر روی نواحی خاک سیاه تپه ای نورد شمال شرق چین. جی. جئوگر. علمی 2009 ، 19 ، 309-320. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Vandekerckhove، L. پوسن، جی. نرخ‌های عقب‌نشینی میان‌مدت خندقی در جنوب شرقی اسپانیا بر اساس عکس‌های هوایی و اندازه‌گیری‌های زمینی تعیین می‌شود. کاتنا 2003 ، 50 ، 329-352. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
بوشنک، ح. فلفول، ام اس؛ بوسما، MR; اثرات Snane، MH شیب و بارندگی بر حجم رسوب توسط فرسایش خندقی در سازند سنگ‌شناسی Souar (تونس). Catena 2009 ، 78 ، 170-177. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
جیمز، لس آنجلس; واتسون، دی جی؛ Hansen، WF با استفاده از داده‌های LiDAR برای نقشه‌برداری خندق‌ها و جریان‌های سرچشمه در زیر تاج جنگل: کارولینای جنوبی، ایالات متحده. Catena 2007 ، 71 ، 132-144. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
جکسون، تی جی؛ ریچی، جی سی. وایت، جی. داده های پروفایل لیزری Leschack، L. هوابرد برای اندازه گیری فرسایش زودگذر خندقی. فتوگرام مهندس Remote Sens. 1988 , 54 , 1181-1185. [ Google Scholar ]
آرمستون، جی. دیزنی، ام. لوئیس، پی. اسکارث، پی. فین، اس. لوکاس، آر. بانتینگ، پ. گودوین، N. بازیابی مستقیم احتمال شکاف تاج با استفاده از شکل موج هوابرد LiDAR. سنسور از راه دور محیط. 2013 ، 134 ، 24-38. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گودوین، NR; آرمستون، جی. استیلر، آی. Muir، J. ارزیابی تکرارپذیری اسکن لیزری زمینی برای نظارت بر توپوگرافی آبکند: مطالعه موردی از آراتولا، کوئینزلند، استرالیا. ژئومورفولوژی 2016 ، 262 ، 24-36. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کوچیوبا، دبلیو. جانیکی، جی. Rodzik، J. اسکن لیزری سه بعدی به عنوان ابزاری جدید برای ارزیابی نرخ فرسایش در خندق‌های لس جنگلی (مطالعه موردی: Kolonia Celejów، Lublin Upland). ان UMCS 2014 ، 69 ، 107-116. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کوچیوبا، دبلیو. کوبیس، دبلیو. Zagorski، P. استفاده از اسکن لیزری زمینی (TLS) برای پایش و مدل‌سازی فرآیندها و پدیده‌های ژئومورفیک در مقیاس فضایی کوچک و متوسط در محیط قطبی (رود اسکات – اسپیتزبرگن). ژئومورفولوژی 2014 ، 212 ، 84-96. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لی، اچ. ژانگ، ایکس. لیو، اس. یوری، ک. کاترینا، آی. لی، ایکس. چن، Q. تکامل فرسایش خندقی در مقیاس روستا در منطقه معمولی خاک سیاه. علمی حفظ آب خاک 2012 ، 10 ، 21-28. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
D’Oleire-Oltmanns، S. مارزولف، آی. پیتر، KD; ریس، هواپیمای بدون سرنشین JB (UAV) برای نظارت بر فرسایش خاک در مراکش. Remote Sens.-Basel 2012 , 4 , 3390-3416. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
مارزولف، آی. Poesen, J. پتانسیل نظارت سه بعدی خندق با GIS با استفاده از عکسبرداری هوایی با وضوح بالا و یک سیستم فتوگرامتری دیجیتال. ژئومورفولوژی 2009 ، 111 ، 48-60. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Ries، JB; مارزولف، I. نظارت بر فرسایش خندقی در حوضه ابرو مرکزی با عکس‌برداری هوایی در مقیاس بزرگ که از یک بالکن کنترل‌شده از راه دور گرفته شده است. کاتنا 2003 ، 50 ، 309-328. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هوگنهولتز، CH; وایتهد، کی. قهوه ای، OW; بارچین، تی. مورمن، بی‌جی؛ LeClair، A. ریدل، ک. همیلتون، تی. نقشه برداری ژئومورفولوژیکی با یک سیستم هواپیمای بدون سرنشین کوچک (sUAS): تشخیص ویژگی و ارزیابی دقت یک مدل زمین دیجیتالی مشتق از فتوگرامتری. ژئومورفولوژی 2013 ، 194 ، 16-24. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هاس، اف. هیلگر، ال. نویگیرگ، اف. Umstädter، K. برایتونگ، سی. فیشر، پی. هیلگر، پی. هکمن، تی. دوسیک، جی. Kaiser, A. کمی سازی و تجزیه و تحلیل فرآیندهای ژئومورفیک در یک معدن سنگ آهن بازکشت شده در جزیره ایتالیایی Elba با استفاده از LiDAR زمینی طولانی مدت و داده های فتوگرامتری توسط یک پهپاد. نات. سیستم خطرات زمین. علمی 2015 ، 3 ، 6271-6319. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
D’Oleire-Oltmanns، S. آیسانک، سی. دراگوت، ال. Blaschke, T. یک گردش کار مبتنی بر شی برای استخراج لندفرم ها در مقیاس های متعدد از دو نوع داده مجزا. IEEE Geosci. Remote Sens. 2013 , 10 , 947–951. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
پیتر، KD; d’Oleire-Oltmanns، S. Ries، JB; مارزولف، آی. Hssaine، AA فرسایش خاک در حوضه های آبکند تحت تأثیر اقدامات تسطیح زمین در حوضه Souss، مراکش، با شبیه سازی بارش و داده های سنجش از دور پهپاد تجزیه و تحلیل شد. Catena 2014 ، 113 ، 24-40. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
استوکر، سی. التنر، ا. Karrasch، P. اندازه‌گیری خندق‌ها با کاربرد هم افزایی پهپاد و فتوگرامتری فاصله نزدیک – مطالعه موردی از اندلس، اسپانیا. Catena 2015 ، 132 ، 1-11. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
اسناولی، ن. Seitz، SM; Szeliski، R. عکس گردشگری: کاوش مجموعه های عکس به صورت سه بعدی. ACM Trans. نمودار. 2006 ، 25 ، 835-846. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
فوروکاوا، ی. پونس، جی. استریوپسی چند نمای دقیق، متراکم و قوی. IEEE Trans. الگوی مقعدی ماخ هوشمند 2007 ، 32 ، 1362-1376. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
کاستیو، سی. جیمز، MR; Redelmacías، MD; پرز، آر. نرم افزار Gómez، JA SF3M: بازسازی عکس سه بعدی برای کاربران غیرمتخصص و کاربرد آن در یک شبکه خندقی. خاک 2015 ، 1 ، 583-594. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
گومز-گوتیرز، آ. اشنابل، اس. Berenguer-Sempere، F. لاوادو-کنتادور، اف. Rubio-Delgado، J. استفاده از روشهای بازسازی عکس سه بعدی برای تخمین فرسایش خندقی. کاتنا 2014 ، 120 ، 91-101. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
التنر، ا. باومگارت، پ. ماس، HG; Faust, D. داده‌های پهپاد چند زمانی برای اندازه‌گیری خودکار فرسایش شیاری و بین‌شیاری در خاک لس. زمین گشت و گذار. روند. Landf. 2015 ، 40 ، 741-755. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
پوسن، ج. چالش‌ها در تحقیقات فرسایش خندقی. Landf. مقعدی 2011 ، 17 ، 5-9. [ Google Scholar ]
اسمیت، مگاوات؛ Vericat، D. از طرح‌های آزمایشی تا مناظر تجربی: توپوگرافی، فرسایش و رسوب در مناطق بد زیر مرطوب از فتوگرامتری ساختار از حرکت. زمین گشت و گذار. روند. Landf. 2015 ، 40 ، 1656-1671. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کینگ، سی. بغدادی، ن. لکومت، وی. Cerdan, O. کاربرد داده های سنجش از دور برای پایش و مدل سازی فرسایش خاک. Catena 2005 ، 62 ، 79-93. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
D’Oleire-Oltmanns، S. مارزولف، آی. تاید، دی. Blaschke, T. تشخیص نواحی آسیب دیده خندق با استفاده از تجزیه و تحلیل تصویر مبتنی بر شی (OBIA) در منطقه Taroudannt، مراکش. Remote Sens.-Basel 2014 , 6 , 8287-8309. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
التنر، ا. قیصر، ا. کاستیو، سی. راک، جی. نویگیرگ، اف. Abellan، A. بازسازی سطح مبتنی بر تصویر در ژئومورفومتری – محاسن، محدودیت‌ها و پیشرفت‌های یک ابزار امیدوارکننده برای دانشمندان زمین‌شناسی. تصویر 2015 ، 3 ، 1445-1508. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
وانگ، کیو. خو، جی. چن، ی. لی، جی. Wang, X. تأثیر وضوح فضایی متنوع تصاویر سنجش از دور بر استخراج اطلاعات مسکونی شهری و روستایی. منبع. علمی 2012 ، 34 ، 159-165. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
شروتی، RBV; کرل، ن. جتن، وی. عبدالله، ل. Machach، I. کمی سازی تغییرات زمانی در مناطق فرسایش خندقی با تجزیه و تحلیل شی گرا. Catena 2015 ، 128 ، 262-277. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
وانگ، تی. او، FH; ژانگ، AD; Gu، LJ; Wen, YM; جیانگ، WG; Shao، HB مطالعه کمی فرسایش خندقی بر اساس تکنیک های تحلیل شی گرا: مطالعه موردی در حوضه آبریز Beiyanzikou Qixia، شاندونگ، چین. علمی World J. 2014 ، 2014 ، 417325. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
هیوز، AO; Prosser، IP پیش‌بینی فرسایش خندق در یک منطقه بزرگ: حوضه موری-دارلینگ، استرالیا. خاک رس. 2012 ، 50 ، 267-277. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
موسى زاده، ف. صالح، KO تأثیر سنگ شناسی و خاک بر وقوع و گسترش فرسایش خندقی، حوضه طرود-ایران. Procedia Soc. رفتار علمی 2014 ، 120 ، 749-756. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
موسى زاده، ف. صالح، KO عوامل کنترل کننده توسعه فرسایش خندقی در حوضه طرود – ایران. Procedia Soc. رفتار علمی 2014 ، 120 ، 506-512. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
رانزی، ر. Le، TH; رولی، MC رویکرد RUSLE برای مدل‌سازی بار رسوب معلق در رودخانه لو (ویتنام): اثرات مخازن و تغییرات کاربری زمین. جی هیدرول. 2012 ، 422-423 ، 17-29. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
وانگ، دبلیو. ژانگ، اس. نیش، H. مکانیسم جفت فرسایش شیب خندقی در منطقه معمولی خاک سیاه شمال شرقی چین. جی. نات. منبع. 2012 ، 27 ، 2113-2122. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
مانچینی، اف. دوبینی، م. گاتلی، ام. استچی، اف. فابری، اس. Gabbianelli، G. استفاده از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) برای بازسازی توپوگرافی با وضوح بالا: ساختار از رویکرد حرکت در محیط های ساحلی. Remote Sens.-Basel 2013 , 5 , 6880-6898. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
هوفل، بی. گریسبام، ال. Forbriger، M. تشخیص خندق‌ها مبتنی بر GIS در داده‌های LiDAR زمینی تورب‌زمین Cerro llamoca (پرو). Remote Sens.-Basel 2013 , 5 , 5851–5870. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کوچیوبا، دبلیو. جانیکی، جی. رودزیک، جی. Stepniewski، K. مقایسه روش های حجمی و سنجش از دور (TLS) برای ارزیابی توسعه یک خندق لس جنگلی دائمی. نات. خطرات 2015 ، 79 ، S139–S158. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
هاروین، اس. Lucieer, A. ارزیابی دقت ابرهای نقطه جغرافیایی ارجاع شده تولید شده از طریق تصویربرداری چند نمای تصویری از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV). Remote Sens.-Basel 2012 , 4 , 1573-1599. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ایوانز، ام. لیندسی، جی. کمی سازی با وضوح بالا فرسایش خندقی در تورب های مرتفع در مقیاس چشم انداز. زمین گشت و گذار. روند. Landf. 2010 ، 35 ، 876-886. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
ون، ال. ژنگ، اف. شن، اچ. گائو، ی. اثرات بافر مالچ کاه ذرت در سر خندق بر فرسایش آبکندی زمین های زراعی شیب دار در منطقه خاک سیاه شمال شرق چین. J. رسوب. Res. 2014 ، 6 ، 73-80. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]

شکل 1. موقعیت منطقه مورد مطالعه: ( الف ) نقشه شمال شرق چین. ( ب ) نقشه منطقه مورد مطالعه، واقع در لبه جنوب شرقی منطقه خاک سیاه. ( ج ) نمای کلی منطقه مورد مطالعه با نمایی دقیق از سایت بررسی – تصویر ماهواره ای دقیق RGB-321 Pleiades-1A شامل حوضه آبریز رودخانه سانچا (12 اکتبر 2013) است. و ( د ) سایت مورد بررسی برای نقشه برداری دقیق مورد استفاده قرار گرفت و نقاط کنترل زمینی (GCPs) بر روی سایت توزیع شد.

شکل 2. نقشه توزیع: ( الف ) خندق های فرسایشی. ( ب ) تراکم آبکند. و ( ج ) شدت آبکند در منطقه مورد مطالعه.

شکل 3. موزاییک تصویری اصلاح شده از محل مطالعه کوچک (31 اکتبر 2015). مناطق تاریک تر در سیستم خندقی، پوشش گیاهی پژمرده هستند. همانطور که در بالا ذکر شد خندق اصلی در بخش شمالی خندق-4 است.

شکل 4. مدل سطح دیجیتال (DSM) محل مطالعه کوچک. با سایه زنی تپه اعمال شد.

شکل 5. ( a – c ). مدل سه بعدی محل مطالعه کوچک ( ج ). آبی ( a )؛ و قسمت‌های بزرگ شده قرمز ( b ) به ترتیب ساختار سه‌بعدی دیواره کناری خندق و برش سر را با جزئیات نشان می‌دهند.

شکل 6. تمایز توپوگرافی فرسایش خندقی: ( الف ) ارتفاع. ( ب ) شیب؛ و ( ج ) جنبه شیب.

شکل 7. مقایسه تصویر ماهواره ای (12 اکتبر 2013؛ سمت چپ ) و تصویر پهپاد (31 اکتبر 2015؛ سمت راست ).

جدول 1. علائم تفسیری: چهار نوع ظاهر خندقی در تصاویر ماهواره ای با وضوح بالا و عکس های زمینی منطقه مورد مطالعه.

جدول 2. وضعیت فرسایش خندقی در حوضه آبریز رودخانه سانچا.

جدول 3. نتایج صحت سنجی میدانی.

جدول 4. خلاصه ای از خروجی های به دست آمده در Pix4dmapper.

© 2016 توسط نویسندگان؛ دارنده مجوز MDPI، بازل، سوئیس. این مقاله یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط و ضوابط مجوز Creative Commons Attribution (CC-BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) توزیع شده است.

;کاربردهای GIS مقالات

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب