مجله علوم و فنون دریایی

مجله علوم و فنون دریایی

بازشناسی ویژگی‌های فازی شبکه آب‌ها با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای GeoEye-1 (مطالعه موردی رودخانه لاهیجان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه زمین شناسی دریایی، دانشکده منابع طبیعی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران.
2 دفتر اصلی نوآوری، مؤسسه سیننتا، آلمریا، اسپانیا.
چکیده
هدف این پژوهش بازشناسی خودکار الگو‌های فرمیک شبکه آبراهه‌ها در بخشی از رودخانه لاهیجان با استفاده از تصاویر پنکروماتیک با توان تفکیک مکانی بالا (HR-PRS) و الگوریتم‌های خوشه‌بندی فازی است و کارایی این روش‌ها را در ناحیه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای GeoEye-1 محدوده مورد مطالعه به منظور تشخیص و آشکارسازی عوارض ژئومورفیکی و شبکه آبراهه‌ها مورد بررسی قرار می‌دهد. در این راستا ناحیه‌بندی فازی تصاویر پانکروماتیک HR-PRS محدوده مورد مطالعه، پس از پیش‌پردازش‌های رادیومتریک و هندسی با استفاده از الگوریتم‌های FWS ، MSA ، IDF و CFM ، در نرم‌افزار MATLAB صورت گرفت. در نهایت الگوریتم‌های خوشه‌بندی فازی مورد بررسی که دارای پارامترهای فازی هستند، بر روی تصاویرHR-PRS ورودی اعمال شده و نتایج آن مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد الگوریتم خوشه‌بندی Classical Fusion Method and FCM (CFM) در زمینه ناحیه‌بندی فازی و آشکارسازی شاخص‌های مورد بررسی بهترین عملکرد را دارا می‌باشد. همچنین این الگوریتم می‌تواند اشکالات ناحیه‌بندی ناشی از همپوشانی ویژگی‌های طیفی بین طبقات نتایج خوشه‌بندی را کاهش و بهبود دهد و پدیده‌های مکانی و خوشه‌های با انواع اندازه، شکل و چگالی را به خوبی شناسایی نماید؛ در نتیجه مرزهای تصویر به خوبی آشکار می‌شوند. دلیل این امر استفاده از اعداد فازی و نیز روش‌های خوشه‌بندی کارا در این روش‌ می‌باشد. این نتایج همچنین نشان‌ می‌دهد تکنولوژی سنجش از دور با ارائه‌ی تصاویر چندزمانه، می‌تواند مبنای بسیار مناسبی برای پایش و آشکارسازی تغییرات محیطی، تشخیص عوارض و استخراج دقیق اطلاعات از تصاویر باشد و استفاده از الگوریتم‌های خوشه‌بندی و ویژگی‌های فازی، روش مناسب و بهینه جهت ادغام اطلاعات تصاویر ماهواره‌ای HR-PRS از یک منطقه جغرافیایی با هدف ناحیه‌بندی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Adachi, M., Ito, A., Yonemura, S. and Takeuchi, W., 2017. Estimation of global soil respiration by accounting for land-use changes derived from remote sensing data. Journal of Environmental Management, 200, pp.97-104. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.05.076
Alok, A.K., Saha, S. and Ekbal, A., 2015. Multi-objective semi-supervised clustering for automatic pixel classification from remote sensing imagery. Soft Computing, 20(12), pp.4733-4751. https://doi.org/10.1007/s00500-015-1701-x
Arai, R., Kodaira, S., Takahashi, T., Miura, S. and Kaneda, Y., 2018. Seismic evidence for arc segmentation, active magmatic intrusions and syn-rift fault system in the northern Ryukyu volcanic arc. Earth, Planets and Space, 70(1). https://doi.org/10.1186/s40623-018-0830-8
Atta-Fosu, T., Guo, W., Jeter, D., Mizutani, C., Stopczynski, N. and Sousa-Neves, R., 2016. 3D Clumped Cell Segmentation Using Curvature Based Seeded Watershed. Journal of Imaging, 2(4), p.31. https://doi.org/10.3390/jimaging2040031
Bayram, B., Demir, N., Akpinar, B., Oy, S., Erdem, F., Vögtle, T. and Seker, D.Z., 2018. Effect of Different Segmentation Methods Using Optical Satellite Imagery to Estimate Fuzzy Clustering Parameters for SENTINEL-1A SAR Images. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLII-1, pp.39-43. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-1-39-2018
Benincasa, M., Falcini, F., Adduce, C., Sannino, G. and Santoleri, R., 2019. Synergy of Satellite Remote Sensing and Numerical Ocean Modelling for Coastal Geomorphology Diagnosis. Remote Sensing, 11(22), p.2636. https://doi.org/10.3390/rs11222636
Ben Salah, M., Mitiche, A. and Ben Ayed, I., 2010. Effective level set image segmentation with a kernel induced data term. IEEE Transactions on Image Processing, 19, pp.220-232. https://doi.org/10.1109/tip.2009.2032940
Capolongo, D., Refice, A., Bocchiola, D., D’Addabbo, A., Vouvalidis, K., Soncini, A. and Stamatopoulos, L., 2019. Coupling multitemporal remote sensing with geomorphology and hydrological modeling for post flood recovery in the Strymonas dammed river basin (Greece). Science of the Total Environment, 651, pp.1958-1968. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.114
Carleer, A., Debeir, O. and Wolff, E., 2005. Assessment of very high spatial resolution satellite image segmentations. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 71, pp.1285-1294. https://doi.org/10.14358/PERS.71.11.1285
Chang, N.B., Bai, K. and Chen, C.-F., 2015. Smart information reconstruction via time-space-spectrum continuum for cloud removal in satellite images. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 8(5), pp.1898-1912. https://doi.org/10.1109/JSTARS.2015.2400636
Chen, D., Shang, S. and Wu, C., 2014. Shadow-based Building Detection and Segmentation in High-resolution Remote Sensing Image. Journal of Multimedia, 9(1), pp.181-188. https://doi.org/10.4304/jmm.9.1.181-188
Du, S., Du, S., Liu, B., Zhang, X. and Zheng, Z., 2020. Large-scale urban functional zone mapping by integrating remote sensing images and open social data. GIScience & Remote Sensing, 57(3), pp.411-430. https://doi.org/10.1080/15481603.2020.1724707
Fan, J. and Wang, J., 2018. A Two-Phase Fuzzy Clustering Algorithm Based on Neurodynamic Optimization with Its Application for PolSAR Image Segmentation. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 26(1), pp.72-83. https://doi.org/10.1109/TFUZZ.2016.2637373
Fang, W., Liang-shu, W., Jun-jie, H., Gui-ling, L. and Xi-ping, J., 2017. Optimized fuzzy C-means clustering algorithm for the interpretation of the near-infrared spectra of rocks. Spectroscopy Letters, 50(5), pp.270-274. https://doi.org/10.1080/00387010.2017.1317271
Fourie, C., 2015. On Attribute Thresholding and Data Mapping Functions in a Supervised Connected Component Segmentation Framework. Remote Sensing, 7(6), pp.7350-7377. https://doi.org/10.3390/rs70607350
Gao, B. and Wang, J., 2015. Multi-Objective Fuzzy Clustering for Synthetic Aperture Radar Imagery. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 12(11), pp.2341-2345. https://doi.org/10.1109/LGRS.2015.2477500
Ghosh, A., Mishra, N.S. and Ghosh, S., 2011. Fuzzy clustering algorithms for unsupervised change detection in remote sensing images. Information Sciences, 181(4), pp.699-715. https://doi.org/10.1016/j.ins.2010.10.016
He, T., Sun, Y.-J., Xu, J.-D., Wang, X.-J. and Hu, C.-R., 2014. Enhanced land use/cover classification using support vector machines and fuzzy k-means clustering algorithms. Journal of Applied Remote Sensing, 8(1), 083636. https://doi.org/10.1117/1.JRS.8.083636
HongLei, Y., JunHuan, P., BaiRu, X. and DingXuan, Z., 2013. Remote Sensing Classification Using Fuzzy C-means clustering with Spatial Constraints Based on Markov Random Field. European Journal of Remote Sensing, 46(1), pp.305-316. https://doi.org/10.5721/EuJRS20134617
Hua, A.K., 2017. Land Use Land Cover Changes in Detection of Water Quality: A Study Based on Remote Sensing and Multivariate Statistics. Journal of Environmental and Public Health, 2017, pp.1-12. https://doi.org/10.1155/2017/7515130
Iwahashi, J., Kamiya, I., Matsuoka, M. and Yamazaki, D., 2018. Global terrain classification using 280 m DEMs: segmentation, clustering, and reclassification. Progress in Earth and Planetary Science, 5(1). https://doi.org/10.1186/s40645-017-0157-2
Jurado, J.M., Cárdenas, J.L., Ogayar, C.J., Ortega, L. and Feito, F.R., 2020. Semantic Segmentation of Natural Materials on a Point Cloud Using Spatial and Multispectral Features. Sensors, 20(8), p.2244. https://doi.org/10.3390/s20082244
Lu, H., Liu, C., Li, N. and Guo, J., 2015. Segmentation of high spatial resolution remote sensing images of mountainous areas based on the improved mean shift algorithm. Journal of Mountain Science, 12(3), pp.671-681. https://doi.org/10.1007/s11629-014-3332-6
Miao, Z., Shi, W., Samat, A., Lisini, G. and Gamba, P., 2016. Information Fusion for Urban Road Extraction from VHR Optical Satellite Images. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9(5), pp.1817-1829. http://dx.doi.org/10.1109%2FJSTARS.2015.2498663
Ming, D., Ci, T., Cai, H., Li, L., Qiao, C. and Du, J., 2012. Semivariogram-based spatial bandwidth selection for remote sensing image segmentation with mean-shift algorithm. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 9, pp.813-817. https://doi.org/10.1109/LGRS.2011.2182604
Swetnam, T.L., Gillan, J.K., Sankey, T.T., McClaran, M.P., Nichols, M.H., Heilman, P. and McVay, J., 2018. Considerations for Achieving Cross-Platform Point Cloud Data Fusion across Different Dryland Ecosystem Structural States. Frontiers in Plant Science, 8. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02144
Wan, Y., Zhong, Y. and Ma, A., 2019. Fully Automatic Spectral–Spatial Fuzzy Clustering Using an Adaptive Multiobjective Memetic Algorithm for Multispectral Imagery. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 57(4), pp.2324-2340. https://doi.org/10.1109/TGRS.2018.2872875
Wang, T., Yan, G., Mu, X., Jiao, Z., Chen, L. and Chu, Q., 2018. Toward operational shortwave radiation modeling and retrieval over rugged terrain. Remote Sensing of Environment, 205, pp.419-433. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.11.006
Xu, Y., Chen, R., Li, Y., Zhang, P., Yang, J., Zhao, X. and Wu, D., 2019. Multispectral Image Segmentation Based on a Fuzzy Clustering Algorithm Combined with Tsallis Entropy and a Gaussian Mixture Model. Remote Sensing, 11(23), p.2772. https://doi.org/10.3390/rs11232772
Yildiz, S. and Doker, M.F., 2016. Monitoring urban growth by using segmentation-classification of multispectral Landsat images in Izmit, Turkey. Environmental Monitoring and Assessment, 188(7). https://doi.org/10.1007/s10661-016-5392-2
Yu, H., Xu, L., Feng, D. and He, X., 2015. Independent feature subspace iterative optimization based fuzzy clustering for synthetic aperture radar image segmentation. Journal of Applied Remote Sensing, 9(1), 095060. https://doi.org/10.1117/1.JRS.9.095060
Yu, X., He, H., Hu, D. and Zhou, W., 2014. Land cover classification of remote sensing imagery based on interval-valued data fuzzy c-means algorithm. Science China Earth Sciences, 57, pp.1306-1313. https://doi.org/10.1007/s11430-013-4689-z
Zhang, Y., Jiang, P., Zhang, H. and Cheng, P., 2018. Study on Urban Heat Island Intensity Level Identification Based on an Improved Restricted Boltzmann Machine. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(2), p.186. https://doi.org/10.3390/ijerph15020186
Zheng, Z., Cao, J., Lv, Z. and Benediktsson, J.A., 2019. Spatial–Spectral Feature Fusion Coupled with Multi-Scale Segmentation Voting Decision for Detecting Land Cover Change with VHR Remote Sensing Images. Remote Sensing, 11(16), pp.2-22. https://doi.org/10.3390/rs11161903
دوره 24، شماره 4
زمستان 1404
صفحه 47-59

  • تاریخ دریافت 23 بهمن 1400
  • تاریخ بازنگری 18 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش 24 اسفند 1400
  • تاریخ انتشار 01 دی 1404