ایجاد رابط کاربر‌گرافیکی جهت محاسبه خودکار دمای‌سطح زمین و استفاده از نتایج در ارزیابی تغییرات دمایی کاربری‌های اراضی شهرستان اردبیل

پیشینه و هدف دمای سطح زمین (lst) یک شاخص حیاتی برای مطالعه تغییرات محیطی، شرایط هیدرولوژیکی و بیلان انرژی زمین محسوب می شود که با استفاده از آن می توان روی تغییرات حرارتی شهرها نیز نظارت کرد. کمبود ایستگاه های هواشناسی در اکثر مناطق کشور از جمله منطقه مورد مطالعه محدودیت های اطلاعاتی در زمینه داده های دمای سطح زمین ایجاد کرده است. همچنین طیف وسیعی از کاربران غیر سنجش از دوری وجود دارند که به نقشه های دمای سطح زمین نیاز دارند و اغلب آنها آشنایی کافی با نرم افزارهای محاسبه کنندۀ lst ندارند و به ناچار مجبورند زمان زیادی را صرف کنند تا نقشه های مورد نظر خود را تهیه کنند. این فرآیند حتی برای متخصصان سنجش از دور نیز در صورت بالا بودن تعداد تصاویر، زمان بر خواهد بود.استفاده از داده های معتبر جهت اعتبارسنجی که از لحاظ زمانی کمترین اخلاف را با زمان عبور ماهواره داشته باشد، اهمیت زیادی در برآورد دقت نتایج دارد. با بررسی تحقیقات داخلی مشابه با موضوع مورد مطالعه اکثر پژوهش های داخلی برای اعتبارسنجی نتایج تنها از داده های ایستگاه هواشناسی استفاده کردند که زمان ثبت داده در این ایستگاه ها با زمان عبور ماهواره متفاوت است. در این پژوهش به دلیل وسعت زیاد منطقه مورد مطالعه و کافی نبودن تعداد ایستگاه های هواشناسی، علاوه بر داده های دمای سطح اندازه گیری شده در ایستگاه های سینوپتیک، دمای سطح زمین در دو ایستگاه زمینی نیز همزمان با عبور ماهواره ثبت گردید. ایجاد رابط کاربر گرافیکی (gui) جهت محاسبه خودکار دمای سطح شهرستان اردبیل با دو الگوریتم تک کانال و rte و از نتایج در ارزیابی تغییرات دمایی کاربری های اراضی منطقه استفاده شد.مواد و روش ها جهت محاسبه خودکار دمای سطح زمین شهرستان اردبیل از سه نوع داده تصاویر ماهواره های لندست 5 و 8، داده های دمای سطح ثبت شده در محل دو ایستگاه هواشناسی موجود در محدوده مورد مطالعه و همچنین به دلیل کافی نبودن تعداد ایستگاه های هواشناسی از داده های دمای سطح اندازه گیری شده با دماسنج های دیجیتالی همزمان با عبور ماهواره نیز استفاده شد. پس از آماده سازی تصاویر حرارتی و چند طیفی، ابتدا جهت مدل سازی میزان انتقال پذیری اتمسفر از از نرم افزار محاسبه گر تحت وب modtran استفاده و ضرایب اتمسفری استخراج گردید. سپس برای ایجاد رابط ه ای کاربر گرافیکی و محاسبه خودکار lst، دمای سطح زمین با دو الگوریتم تک کانال و روش rte با تصاویر ماهواره لندست 5 و لندست 8 برای دو تاریخ 31/07/2000 و 21/08/2019 در محیط نرم افزار متلب کد نویسی شد و با استفاده از این کدها رابط ه ای کاربر گرافیکی برای هر الگوریتم ایجاد و در نهایت اپلیکیشن محاسبه گر خودکار دمای سطح زمین تولید گردید. همچنین نقشه کاربری اراضی شهرستان اردبیل برای هر دو تاریخ مذکور با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی در محیط سامانه گوگل ارث انجین با 7 کلاس طبقه بندی و استخراج گردید. این الگوریتم به دلیل ساختار سلسله مراتبی که در انتخاب هر پیکسل به طبقه مناسب دارد در مقایسه با روش های سنتی مثل حداکثر احتمال عملکرد بسیار بهتری دارد. جهت اعتبار سنجی نقشه های دمای سطح از دو نوع داده دمای سطح ثبت شده در دو ایستگاه هواشناسی و دمای سطح ثبت شده توسط دماسنج دیجیتالی که همزمان با عبور ماهواره در دو نقطه از محیط همگن غیرشهری با کاربری کشاورزی و بایر که محصول آن برداشت شده بود، استفاده شد. برای ارزیابی دقت نقشه های کاربری اراضی نیز با استفاده از google earth که توان تفکیک مکانی بهتری نسبت به تصویر مورد استفاده دارد، 248 نقطه کنترل زمینی از پیکسل های خالص کاربری های مختلف اخذ گردید و در فرآیند اعتبارسنجی بکار گرفته شد. همچنین پارامترهای آماری مانند ماتریس خطا، دقت کلی و ضریب کاپا روی خروجی هر دو نقشه کاربری اراضی اعمال شد.نتایج و بحث با استفاده از کدهای نوشته شده در محیط نرم افزار متلب رابط ه ای کاربر گرافیکی (gui) ایجاد و سپس اپلیکیشن محاسبه گر خودکار دمای سطح زمین تولید گردید. خروجی اپلیکیشن نقشه های دمای سطح زمین با الگوریتم های تک کانال و معادله انتقال تابشی (rte) بود که برای تاریخ 2000/07/31 با استفاده از تصویر حرارتی (باند 6) سنجنده tm ماهواره لندست 5 و تاریخ 2019/08/21 بوسیله باند 10 سنجنده tirs ماهواره لندست 8 ایجاد گردید. پس از مقایسه نقشه های خروجی با داده های ایستگاه هواشناسی و ایستگاه زمینی، نتایج نشان داد که روش تک کانال در هر دو سال نسبت به ایستگاه ها کمترین اخلاف دما را داشته است. پس از تهیه نقشه های دمای سطح و انتخاب الگوریتم بهینه (تک کانال) نقشه های کاربری اراضی شهرستان اردبیل با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی در محیط gee تهیه گردید.

creating a graphical user interface (gui) to automatically calculate the land surface temperature and use the results in evaluating temperature changes in land uses in ardabil city

background and objective land surface temperature is a vital indicator for studying environmental changes, hydrological conditions and the energy balance of the earth, which can also be used to monitor the temperature changes of cities. the lack of meteorological stations in most parts of the country, including the study area, has created information limitations in the field of surface temperature data. there are also a large number of non-remote sensing users who need lst maps, and most of them are not familiar enough with lst computing software and inevitably have to spend a lot of time mapping to prepare their maps. this process can be time-consuming even for remote sensing professionals if the number of images is high. the use of valid data for validation that has the least time difference with the satellite passes time is very important in estimating the accuracy of the results. by reviewing internal research similar to the one under study, most internal studies used only meteorological station data to validate the results, the data recording time at these stations is different from the satellite passes time. in this study, due to the large area of the study area and the insufficient number of meteorological stations, in addition to the surface temperature data measured in synoptic stations, the land surface temperature in two ground stations was recorded simultaneously with the satellite. creating a graphical user interface (gui) to automatically calculate the surface temperature of ardabil city with two single-channel and rte algorithms and use the results to evaluate the temperature changes of land usesmaterials and methods in this study, in order to automatically calculate the land surface temperature of ardabil city from three types of data: landsat 5 and 8 satellite images, land surface temperature data recorded at two meteorological stations in the study area and also due to an insufficient number of stations meteorological data land surface temperature data measured with digital thermometers are also used as the satellite passes. after preparing thermal and multispectral images, first modtran web computing software was used to model the atmospheric transferability and atmospheric coefficients were extracted. then, to create graphical user interfaces and automatic calculation of lst, land surface temperature with two algorithms single-channel and rte method with landsat 5 and landsat 8 satellite images for two dates: 31/07/2000 and 21/08/2019 in matlab software were coded and using these codes, graphical user interfaces were created for each algorithm and finally, an automatic land surface temperature calculator application was produced. also, the land use map of ardabil city for both mentioned dates was classified and extracted using a random forest algorithm in the google earth engine system environment with 7 classes. this algorithm has a much better performance compared to traditional methods such as maximum likelihood due to its hierarchical structure in selecting each pixel to the appropriate class. to validate surface temperature maps from two types of surface temperature data recorded in two meteorological stations and surface temperature recorded by a digital thermometer that simultaneously passes the satellite in two points of the homogeneous non-urban environment with agricultural use (alfalfa) and bayer that product it was harvested, used.