دراسة تصنيف الأراضي الساحلية باستخدام صور الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية حالة دراسية لشاطئ العقير ...

دراسة تصنيف الأراضي الساحلية

باستخدام صور الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية
حالة دراسية لشاطئ العقير

اعداد / م. عدنان الجابر

ملخص :

تقع العقير على الخليج العربي في محافظة الاحساء الواقعة بالمنطقة الشرقية، لذا تعتبر من أماكن الجذب السياحي نظرا لبيئتها وشواطئها الطبيعية وسواحلها الهادئة.كما تتميز العقير أيضا بأراضيها البكر وبذلك يوفر الساحل إمكانيات ممتازة للتطوير السياحي. 

و لوضع مخطط العقير السياحي، بما يتوافق مع الموارد الساحلية كان لا بد من تحديد الحد الفاصل بين مياه البحر و الأراضي المجاورة، وتصنيف الأراضي، الذي تتطلبه أنظمة و اشتراطات التصميم العمراني، مما يقلل عمليات تغيير المعالم الطبيعية، و التأثيرات السلبية. ويتوافق مع أهداف السياحة المستدامة. 

ولتحقيق ذلك تم تطبيق أسلوب قياس مستوى العتبة المعمول به في كثير من الدراسات المشابهة، وتصنيف الظواهر الطبيعة ذات العلاقة بالتنمية السياحية، جمعت المعلومات وعالجت باستخدام صور الاستشعار عن بعد و نظم المعلومات الجغرافية (GIS).

 

مقدمة

تركز هذه الدراسة لإيجاد منهج تطبيقي لتحقيق سياحة بيئية، الاستخدام العلمي الواعي للموارد السياحية مع المحافظة وتعزيز البيئة الطبيعية كمصدر للاستعمال الأبدي.

العقير شاطئا محبوبا ذا جاذبية سياحية، تتميز المنطقة المحيطة بالعقير بوجود طوبغرافية مثيرة للاهتمام إلى جانب تكوينات الأراضي وعيون المياه والتلال الرملية و المباني التاريخية وملاجئ الطيور التي تتيح فرصه جيدة لتطوير العقير كمركز سياحي فريد.

لاكتشاف ومعرفة إمكانية المنطقة الساحلية لتخطيط الأنشطة المختلفة عليها والمتعلقة بالسياحة, كان من الضروري جمع اكبر قدر من المعلومات عن الوضع الراهن بالمنطقة الساحلية. ولقد نتج من المصادر الثانوية معلومات غير وافية بحيث أنها لم تؤدي إلى إعطاء مؤشرات يمكن أن تساعد في التخطيط السياحي، لذا جمعت المعلومات من خلال تحليل صور الاستشعار عن بعد.

أن الهدف الرئيس من هذا البحث، هو التمميز بين المناطق المغطاة بالمياه وغيرها من التصنيفات الرئيسة من الأراضي. بغيت التوصل التالي:
• تسهيل تطبيق قوانين وأنظمة التخطيط العمراني المتعلقة بالتنمية الساحلية.
• تحديد تصنيفات الأراضي: الرطبة والمناطق الرملية و ترسيبات السبخات والتمييز بين مياه البحر العميقة والضحلة.
• الاستخدام الامثل للموارد الطبيعية بدون التأثير السلبي عليها.
• إمكانية تحديد الأنشطة التي تتناسب مع طبيعة المنطقة اليابسة، الرملية والمياه للمحافظة على بيئة المنطقة و تقليل تكاليف الإنشاء.

لتحديد الموارد السياحية مثل الشواطئ ومنطقة السباحة و ركوب القوارب وصيد السمك و الرياضات الشاقة للركوب والمشي وباقي التسهيلات الترفيهية الأخرى، تم تصنيف الأراضي من خلال صور الاستشعار عن بعد، لتحقيق أقصى استفادة ممكنة من استغلال العناصر الطبيعية وحماية الصفات البيئية وبأقل تكلفة وجهد. و سوف يستفاد من المعلومات النّاتجة لوضع مخطط تنمية شاطئ العقير السياحي.

الدراسات السابقة:

انعكاس الإشعاع الكهرومغناسية من المياه:

معظم الإشعاع الساقط على المياه تمتصه المياه أو تنفذه، و قليل منه تعكسه. فالمياه تمتص معظم إشعاع الموجات تحت الحمراء، مما يجعل التباين بينه وبين مواد السطح الأخرى كبيرا جدا في المرئيات المأخوذة في نطاق إشعاع الموجات تحت الحمراء القريبة (Drury,1987) . أما الإشعاع في الموجات المرئية فمعظمة ينفذ خلال الماء وينعكس حوالي 50% منه (Curran,1985).

والانعكاس من المسطحات المائية يتأثر بعدة عوامل, أهمها عمق المسطح المائي والمواد التي يحتويها. فالإشعاع الذي ينعكس من المسطحات المائية الضحلة بعضة منعكس من مواد القاع, ولذا فأنة يمكن تقدير العمق في المياه الصافية التي يقل عمقها عن 40 مترا 1987), (Drury. كذلك توفر المواد العالقة والكلوروفيل في المياه التي يؤثر على طبيعة الإشعاع المنعكس. فالمياه التي تحتوي على كميات كبيره من الرواسب العالقة تعكس إشعاع الموجات المرئية اكثر من المياه الصافية, ولذا فأنة يمكن أيضا تقدير كمية المواد العالقة من تحليل بيانات الاستشعار عن بعد. أما إذا توفر الكلوروفيل بكميات كبيرة فأنة يؤدي إلى توفر انعكاس إشعاع الموجات الزرقاء والحمراء (الموجات الأقل طولا من 0.6 ميكرومتر) وزيادة انعكاس الأشعة الخضراء, وهذا أيضا من معرفة تركز النباتات.

يلاحظ انه كلما ازداد طول الموجة، ارتفعت نسبة امتصاص الأشعة وقلت نسبة انعكاسها من سطح الماء، وتكون قمة الانعكاس عند طول موجة 0.45 ميكرومتر، يمكن تحديد مواقع المياه في صور الأقمار الصناعية بدقة وخاصة في تلك المنطقة من الطيف إذ يبدو الماء بلون اسود.

قياس مستوى العتبة Threshold :

سبق تنفيذ إحدى الدراسات لمراقبة مياه السدود بالمناطق شبة الجافة باستخدام صور الاستشعار عن بعد عالية الدقة ونظام المعلومات الجغرافية وذلك لتحديد مسطحات المستنقعات المائية والبحيرات والتمييز بين مناطق المياه من غيرها من المناطق، وحساب سعة السدود لكل منطقة مائية عن طريق تحليل الأشعة الحمراء للقمر الصناعي Landsat-TM، في منطقة باتسوانا جنوب افريقية (1997،Finch ).

على فرض أن طريقة قياس العتبة تمكن من تحديد مستوى وضوح الخلايا Pixel، والتي هي الخليط من الماء و الأرض، وعندئذ يصنف الوضوح بأنة للماء إذا كانت نسبة جزيئات الماء إلى العناصر الأرضية الأخرى اكبر من 50%، وبالتطبيق وجد أنة عاده ما توجد كثير من الأراضي المغطاة داخل أو على حدود البحيرات، إما صخور أو أشجار كثيفة تطل على البحيرات أو أشجار تنبت وسط البحيرات و أيضا الأراضي المحيطة بالمياه تكون ممتلئة بالنباتات نتيجة وجود الرطوبة العالية في التربة أو تكون أراضي أو تربة ناتجة من تعرضها واقترابها من أماكن مصادر المياه، مما ينتج عنه نسبة من الخطأ.

و إذا كانت:
Rw = متوسط الانعكاس الناتج من الماء
Pw = احتكاك العنصر الأرضي حيث يكون الماء في الأراضي المغطاة
Ric= متوسط انعكاس الأرض المجاورة مباشرة للماء
T = العتبة المميزة بين الماء وغير الماء

وتصنف الخلايا Pixel على أنة ماء بالمعادلة:

رمز:

Pw Rw + (1- Pw) Ric < T

وتصنف الخلايا Pixel على أنة غير ماء تكون المعادلة:

رمز:

Pw Rw + (1- Pw) Ric > T

وبمكن اختيار العتبة Threshold لكي تصنف الخلايا Pixel على انه ماء إذا كانت الغالبية العظمى للأرض هي مياه، بمعنى أنة في هذه الحالة يفترض قيمة Pw = 0.5:

رمز:

T = 0.5 (Rw + Ric)

توجد مشكلة في تطبيق الطريقة البسيطة للعتبة Threshold، حيث أن الأنواع الأخرى من الأراضي يمكن أن يكون لها انعكاسات اقل من مستوى العتبة Threshold، بمعنى أن المساحات ذات الضلال العميقة المرتبطة مع المنحدرات ذات الانحدار الشديد. ومن الدراسات السابقة مثل التي قام بها (Gilmer, 1976) كانت في مناطق ومساحات ذات طبيعة جغرافية مستوية حيث لا يوجد ضلال.
و باستخدام نظام المعلومات الجغرافية GIS تم تحويل صور الاستشعار عن بعد (Raster) إلى نموذج خطي (Vector)، خط العتبة و مساحات البحيرة ومسطحاتها تمثل بخط مستمر لتغطية منطقة الدراسة، مجموعة البيانات تم تركيبها مع نقاط أسماء السدود وتصنيفها.

منطقة الدراسة :
تم اختيار ساحل العقير كمنطقة لدراسة تحديد حد مياه البحر عن غيرها من أنواع الأراضي المجاورة باستخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية لأسباب عديدة منها: أن مياه البحر بالعقير ضحلة الأمر الذي أدى إلى صعوبة تحديد خط الساحل، طبوغرافية العقير ارض مستوية مما يعطي إمكانية لتطبيق قياس مستوى العتبة، تعتبر منطقة العقير ارض بكر لم تنمى وتتوفر بها إمكانيات طبيعية لتنمية السياحية، المعتمدة بشكل رئيسي على الموارد الساحلية، تكوين الساحل المتميز. ولتحقيق أقصى استفادة ممكنة من استغلال العناصر الطبيعية وحماية الصفات البيئية، تم الاستعانة بالتقنيات الحديثة لاغناء هذا المجال من الدراسات.

يقع ساحل العقير لمحافظة الاحساء على الخليج العربي في منطقة محصورة بين دائرتي عرض 33 ،25 - 25،75 وخطي طول ،5050-50،00 شرقاً ، وعلى طول الساحل يمتد سهل ساحلي رملي منخفض تكتنفه السبخات والمستنقعات يرتفع تدريجياً باتجاه الغرب. وفي الداخل بعيداً عن الساحل واحات الاحساء.

تتميز المنطقة الساحلية للعقير بأنها ارض منبسطة تقدر مساحتها بحوالي 450 كم2 وتقع هذه المنطقة بين الخط الساحلي والتلال الموازية للساحل بما فيها جزيرتي الزخنونية و أم السمايك ويمتد الساحل السهل الوصول إلية لمسافة تقدر بحوالي 155 كم بما فيها تلك الجزيرتين.

الخصائص الطبيعية لمياه ساحل العقير :

الأعماق:

ساحل العقير ضحل جداً ولا تتجاوز أعماقها 10 أمتار وهي بعيدة عن الأعماق المناسبة للملاحة لذلك فلم تقم عليها مواني تجارية باستثناء مرفأ العقير الذي كان المرفأ التجاري الرئيس للمنطقة، فنجد أن خط عمق 10 متر يبعد حوالي 30كم عن خط الساحل.

تشكيل الشاطئ: 

يمتاز شاطئ العقير بأنه شاطئ رملي بطول الساحل بأشكاله المتعرجة مما يعطي شكلا طبيعياً وجميلاً يضيق ويتسع في بعض المناطق وتتخلله مناطق سبخية وهي عادة تقع في الجزر وأشباه الجزر التي تكونها مياه الخليج، وتتناثر الأعشاب والنباتات الطبيعية والأشجار والنخيل على الشاطئ كما أن الشاطئ يتميز بوجود بعض الخلجان الصغيرة أو البحيرات والألسنة المتفرعة من الخليج العربي وقد يصل طولها إلى 12كم ويتراوح عرضها من 1.5كم – 2.5كم ويبلغ عمق الماء في حدود 6 أمتار وهذه الخلجان تؤدي إلى تغير زوايا التربة للشاطئ مما يعطي إمكانات بصرية مختلفة.

تتفاوت عروض الشاطئ الرملي على طول الساحل واكبر عروض لها تقع في الجنوب عند زبنة ام حويض وفي المنتصف عند رأس الملوح جنوب ميناء العقير وفي الشمال عند ابو زهمول ورأس صباح بالقرب من ميناء العقير .

المد والجزر:
يتعرض شاطئ العقير إلى عملية المد والجزر يومياً و أقصى مدى له حوالي 1 متر ولكل من المد والجزر نقطة يحدث عندها وتكاد تكون مناطق المد المنخفض والمد العالي مسطحة تقريباً ويفصل بينهما انحدار الشاطئ نفسه الذي يكون شديد الانحدار نسبياً وتنتشر على حافة الخليج مناطق سبخية وهي شريط ضيق من الأرض تتعرض للهواء وأشعة الشمس ثم تغطي بالماء وتتعرض لهذه العملية عدة مرات وتسمى بمناطق المد والجزر.

السهل الساحلي : 

وتمتد المنطقة طولياً ومعظم المنطقة عبارة عن تربة رملية أو سبخية كما تمتد الكثبان الرملية التي تتميز بوجود تربة طينية سوداء أسفلها و أحيانا توجد سبخة جيرية. مثل هذه التربة السوداء الطينية المغطاة بالكثبان الرملية. تتميز بمستوى ماء ارضي مرتفع وتتكون من ترسيبات من الرمل والطمى والحصى بالقرب من سطحها

 

منهجية العمل :

تمت معالجة البيانات الرقمية باستخدام برامج ERDAS IMAGINE 8.5 وArcGIS .
تم الحصول على صورة الاستشعار عن بعد الخام Raw Data من مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية للقمر الصناعي الفرنسي سبوت- 4 بالحساس HRV1، ملتقطة بتاريخ 15/4/2004 ، للمنطقة Path (153) / Row (299) والتي تغطي كامل منطقة الدراسة المطلوبة، واهم خصائص مرئية الماسح متعدد الأطياف في سبوت- 4 HRV1 تتكون من:

سبوت جهاز استشعار متعدد الأطياف، حيث يكون الاستشعار في ثلاث نطاقات هي:
نطاق (1) الأخضر: ما بين 0،50 – 0،59 ميكرومتر.
نطاق (2) الأحمر: ما بين 0،61-0،68 ميكرومتر.
نطاق (3) الأشعة دون الحمراء القريبة: ما بين 0،79-0،89 ميكرومتر.
نطاق (4) الأشعة المرئية: ما بين 51، 0-73، 0 ميكرومتر.

ويبلغ التحليل المكاني في هذا النظام 20 مترا. ويقوم كلا من نظامي أجهزة التحليل العالي والمرئي (HRV) بمسح سطح الأرض بخطي استشعار متجاورين عرض كل خط 60 كم، والتداخل بينهما يبلغ 3 كم. لذا فان عرض خط الاستشعار الذي يقوم به القمر الصناعي في وقت واحد يبلغ 117 كم. و يسير هذا القمر في مدار يبلغ ارتفاعه 832 كم, ويغطي سطح الأرض في 26 يوما.

تتكون المرئية من مناطق صغيرة متساوية المساحة تسمى عناصر الصورة Picture Elements أو Pixels. وكل واحد من عناصر الصورة في المرئية الرقمية Digital Image له قيمة رقمية digital Number (DN).

عمليات المعالجة الرقمية سوف تقسم إلى ثلاث أنواع وذلك حتى يمكن تحقيق الهدف، وهي: معالجة المرئية والتي تشتمل على الاستيراد و التصحيح الهندسي Geometry Correction والاقتطاع، ثم التحسين الاشعاعي Spectral Enhancement، واخبرا تصنيف المرئية Classification.

أولا: معالجة المرئية

1. استيراد المرئية:

لاستعراض الصورة القضائية الخام، تم استيراد الملف إلى هيئة (IMG) .

2. التصحيح الهندسي:

لعمل التصحيح الهندسي Geometric Correction، من صورة موجودة على الشاشة From Viewer تم اختيار أسلوب Polynomial، و إدخال نقاط الضبط الأرضية (GCP) المأخوذة من الصورة الجوية المعروضة على الشاشة، وتحديد المسقط UTM WGS 84 بالمنطقة Zone 39، واختيار Resample تجميع البيانات عند العرض بناء على الجار الأقرب. وبعد عملية التصحيح تم إنتاج صورة مصححة هندسيا وتخزينها في ملف جديدة.

1. الاقتطاع :

قص (Subset Image) منطقة الدراسة من الصورة المصححة هندسيا، وذلك بتحديد مربع (AOI) للمنطقة المراد قصها، تصبح إحداثيات الخارطة المقصوصة مخزنة أتوماتيكيا بعد عملية التصحيح الهندسي السابقة، ولذلك فان النظام يظهر لنا إحداثيات زوايا الخارطة حسب التصحيح.

ثانيا: تحسين المرئية Spectral Enhancement:

تطبيق عملية التحسين على المرئية بهدف إبراز حدة التباين، وذلك لتسهيل التممييز بين مياه البحر وغير المياه من الأرضي المجاورة تم تطبيق أسلوب قياس مستوى العتبة Threshold، والتعويض في المعادلة رقم (1) Pw Rw + (1- Pw) Ric < T، وذلك بإتباع الخطوات التالية:

1. اقتطاع جزاء من صورة الاستشعار عن بعد للعقير تمثل متوسط الانعكاس الناتج من الماء، لنطاق الأشعة تحت الحمراء Band 3، Rw = 3.915

2. اقتطاع جزاء من الصورة يمثل متوسط الانعكاس الناتج من الأرض المحاذية مباشرة للماء لنطاق الأشعة تحت الحمراء Band 3، Ric= 7.564

3. تحديد مستوى العتبة Threshold لكي تصنف الخلايا Pixel على انه ماء، في هذه الحالة يفترض قيمة Pw= 2، والتعويض في المعادلة رقم (3) :
T = 2(Rw + Ric)
T = 2 (3.915 + 7.564)
= 22.958

4. التحسين الطيفي Spectral Enhancement لصورة الاستشعار عن بعد، وذلك بإتباع أسلوب Indices، يتم بناء نموذج من خلال برنامج ERDAS لتطبيق قياس مستوي العتبة Threshold على كامل الصورة، .

شكل يوضح النتيجة النهائية لتطبيق معادلة قياس العتبة بالعقير المستخرجة من صورة الاستشعار عن بعد

تحويل عنصر الصورة Raster إلى عنصر خطي Vector باستخدام برنامج نظام المعلومات الجغرافية (ArcGIS)، وذلك تلقائيا عن طريق 3D Analyst، وتخزينه في ملف جديد على هيئةShapfile ، ونوع التمثيل الجغرافي Polygon مساحة مغلقة.

6. تكوين الخارطة (Map Composition)، شكل رقم (1) وذلك بإتباع التالي:
- تحديد مقاس ورقة الإخراج
- تحديد مساحة الخارطة والإطار
- إضافة مقياس الرسم
- إضافة شرائح الخريطة
- وضع شبكة الإحداثيات على الخارطة
- كتابة أسماء المناطق بمنطقة العقير.

ثالث: تصنيف المرئية

المقصود بالتصنيف هو تقسيم المرئية إلى أقاليم جغرافية حسب القيم لعناصر المرئية. ويمكن عمل التصنيف على أساس القيم الرقمية باستخدام معلومات أكثر من نطاق للقمر الصناعي سبوت- 4 HRV1 .

يوجد طريقتان لتصنيف المرئية متعددة الأطياف هما: التصنيف المحكوم Supervised Classification، والتصنيف غير المحكوم Unsupervised Classification. فالتصنيف المحكوم يتطلب توفر قياسات أرضية، بصمات (Signature)، لمعامل الانعكاس في مناطق معينة من المرئية تمثل فئات التصنيف. أما في التصنيف غير المحكوم يقوم الكمبيوتر بتقسيم المعلومات إلى عدة فئات، يتم ذلك يناء على العلاقة بين القيم الرقمية في النطاقات المستخدمة، وبهذه الطريقة نحصل على عينة للمنظر كله، ثم نحدد عن طريق المراجعة الحقلية نوع الاستخدام الغالب ونعطيها للحاسب الآلي، يقوم بدورة بتصنيف الخلايا حسب المعلومات المستقاة من العينة. وحيث يصعب جمع معلومات حقلية لمنطقة العقير، وذلك لضيق الوقت و قلة الإمكانيات، تم إتباع أسلوب التحليل المحكوم لتصنيف الظواهر الرئيسة لمنطقة العقير بناء على المعلومات الوصفية والمكانية المتوفرة بالشكل رقم (2)، و تتلخص الخطوات بالتالي:

1. إعداد التقسيمات: التي يطلق في برنامج ERDAS (Signature)، وتتم هذه العملية باختيار عينات كافية من كل استخدام في منطقة العقير والتي يغطيها المنظر، وتحدد للحاسب الآلي نوع الاستخدام في هذه العينات كالتالي:

2. تعميم التصنيفات: فبعد تخزين تصنيفات الظواهر الرئيسة لمنطقة العقير طبقا للعينات المختارة، نطلب من الحاسب الآلي أن يعمم هذه التصنيفات على جميع خلايا مرئية الاستشعار عن بعد، بحيث تصنف كل منطقة لها نقس معدل العينة أو قريبة من طبقا للتصنيف الملائم لها.

2. استخراج المعلومات: بعد تحليل المعلومات تم تحويل بيانات المرئية التي تحتوي على التصنيف إلى هيئة خريطة، نوع التمثيل الجغرافي Polygon مساحة مغلقة، موضح بالشكل رقم (3). 

الاستنتاجات و التوصيات

هذه الدراسة استعرضت لنا أن البيانات المستخلصة من صور الاستشعار عن بعد تمكن من تحديد الامتداد الطبيعي لمياه البحر بدقة مقبولة، إضافة إلى محاولته تصنيف الظواهر الرئيسة لمنطقة العقير بإتباع التحليل المحكوم.

ومن أهم الظروف التي ساعدت على تطبيق أسلوب قياس مستوى العتبة لشاطئ العقير استواء الطبوغرافية و خلو صورة الاستشعار عن بعد من المشاكل. ونظرا لعدم إمكانية إعداد التدريبات الحقلية تم الاستناد على المعلومات من المصادر الثانوية للتصنيف.

الخطوة الأولى من التمييز بين الماء وغيرها من تصنيفات الأراضي قد تمت بنجاح، وعلى أي حال فان ذلك يشكل أرضية لاقتراح عدة مواضيع بحثية ذات حاجة ملحة للدراسات المستقبلية منها على سبيل المثال:

• تصنيف الموارد الطبيعية للأرض والبحر بمنطقة العقير من خلال جمع المعلومات الحقلية ومقارنتها مع صور الاستشعار عن بعد والتي تفيد قي تحديد التنمية المناسبة.

• تحديد المواقع المناسبة للأنشطة الترفيهية والسياحية حسب متطلبات كل نشاط بدون أحدث تغييرات سلبية على طبيعة المنطقة.

• تحديد منطقة المد والجزر و تأثيرها على تنمية منطقة العقير.

• الكشف عن المناطق الأثرية بواسطة صور الاستشعار عن بعد.

• المساعدة في اختيار ألاماكن المناسبة للموانئ عن طريق تحليل صور الاستشعار عن بعد.

المراجع :

• العنقري، الدكتور.خالد محمد، 1986م ،الاستشعار عن بعد - و تطبيقاته في الدراسات المكانية.
• ابوريشة، علي وفا عبدا لرحمن، 1992م، أسس تقنيات الاستشعار عن بعد.
• كتيبات التدريب اليدوي لبرنامج ايراداس اماجن (ERDAS IMAGINE 8.6)
• مخطط التنمية السياحي للعقير، 1405هـ، وزارة الشئون البلدية والقروية.
• J.W Finch, Mentoring small dames in semi-arid regions using remote sensing and GIS, Journal of hydrology 195,(1997)
• Curran, P.J, Principles of Remote Sensing, Longman, London (1985).
• Drury, S.A, Image Interpretation in Geology, Allen & Unwin, London. (1897) .

حمله من هنا

_______________

 

[PDF]

دراسة تصنيف الأراضي الساحلية باستخدام صور الاستشعار عن بعد و ...