آموزش ارزیابی شوری خاک در مقیاس جهانی با داده WoSIS و لندست

این محصول آموزشی به ارزیابی شوری خاک در مقیاس جهانی با داده WoSIS و لندست در گوگل ارث انجین می­ پردازد.

افزایش شوری خاک یک تهدید جدی و جهانی برای تولید محصولات کشاورزی است که در بیش از ۱۰۰ کشور در سراسر جهان مساحت های بیش از ۱ میلیارد هکتار را تحت تأثیر قرار داده است و این تعداد به طور مداوم در حال رشد است. علاوه بر این برآورد از بخش های آسیب دیده در سطح جهان، عموما در سطح منطقه­ی باقی می­ماند و بررسی جهانی آن دشوار است. بنابراین، فقط می توان ارزیابی تقریبی از منطقه آسیب دیده از شوری را در سطح جهان ارائه داد. فائو این موضوع را به رسمیت می شناسد و تأکید می کند که واگرایی برآورد فعلی از میزان مناطق تحت تأثیر شوری، ناشی از تفاوت در روش های جمع آوری و آنالیز آماری است.

تنها پایگاه داده ای که در حال حاضر داده های شوری خاک را با پوشش جهانی ارائه می دهد، پایگاه Harmonized World Soil Database است، اما در مورد ارزیابی شوری خاک با محدودیت های زیادی مواجه است. بنابراین، ارزیابی جدیدی نیاز است. تلفیق اطلاعات خاک با تصاویر مادون قرمز حرارتی و یک مجموعه بزرگ از  مشاهدات میدانی در چارچوب یادگیری ماشین می تواند به تولید یک نقشه شوری خاک جهانی کمک کند. اخیراً ، از تصاویر مادون قرمز حرارتی برای تمایز بین سطوح مختلف شوری خاک در زمین های کشاورزی استفاده شده است.

تصاویر مادون قرمز حرارتی به عنوان یک متغیر دینامیک به ما اجازه می دهد که توصیف تغییر شوری خاک به صورت سری زمانی انجام شود. اصل این رویکرد این است که دمای سایبان گیاهان رشد یافته در مناطق آسیب دیده بالاتر از گیاهانی است که در مناطق غیر آسیب دیده رشد می کند. این رویکرد در مقیاس های منطقه ای و محلی مورد آزمایش قرار گرفت و دقت خود را در شرایط مختلف آب و هوایی و در مناطق تحت پوشش محصولات مختلف نشان داد. بنابراین به نظر می رسد استفاده در مقیاس جهانی امیدوار کننده باشد.

سنجش از دور برای نقشه برداری از شوری خاک سالها استفاده شده است. با این وجود ، هنوز هیچ روش قابل قبول جهانی برای استخراج پارامترهای شوری خاک از داده های سنجش از دور وجود ندارد که بتواند برای محیط های مختلف استفاده شود. در مقیاس های محلی بسیاری از مطالعات مدل های تبدیل از متغیرهای سنجش از دور به سطح شوری خاک را در زمین پیشنهاد داده اند. با این وجود ، این مدل ها معمولاً در نقاط مختلف جهان از دقت بالا و یکسانی برخوردار نیستند. به این معنی که مقیاس گذاری در مقیاس جهانی مشکل ساز است.

بررسی در مقیاس جهانی چالش های دیگری مانند مسئله مناطق مختلف آب و هوایی را به همراه خواهد داشت. رویکرد حرارتی قبلاً در نواحی کوچکی اعمال شده بود که در آن­ها دمای هوا را در هر صحنه ثابت فرض می شد. بنابراین نیازی به نرمال سازی مقادیر نبود. در مقیاس جهانی این امر به دلیل وجود مناطق مختلف آب و هوایی و اختلافات شدید دمایی بین مناطق غیرممکن خواهد بود و استفاده از داده، بدون نرمال سازی موجب می­ شود که به جای شوری خاک فقط به خصوصیات آب و هوا منجر بررسی شود.

از خصوصیات خاک با شوری خاک ارتباط دارد. به عنوان مثال، روابط متقابل pH و شوری خاک وجود دارد. همچنین شوری خاک بر میزان کربن آلی خاک موثر است. همچنین ارتباطی بین ظرفیت تبادل کاتیونی و شوری خاک گزارش شده است. علاوه بر این، تراکم فله و بافت خاک می تواند به صورت اطلاعات کمکی برای نظارت بر شوری خاک باشد. در این آموزش با ترکیب این نقشه ها همراه با تصاویر مادون قرمز حرارتی و مجموعه بزرگی از مشاهدات میدانی در شاخص های شوری خاک، مانند هدایت الکتریکی، در چارچوب یادگیری ماشین می توانیم یک نقشه جهانی شوری خاک تولید کنیم. علاوه بر این، از آنجا که داده های SoilGrids استاتیک هستند، استفاده از داده های حرارتی از دوره های زمانی مختلف ما را قادر می سازد تا تغییر شوری خاک را در یک منطقه مورد علاقه با گذشت زمان ارزیابی کنیم.

برای پیاده سازی از محیط محاسباتی Google Earth Engine  استفاده شده است. طبقه بندی  جنگل تصادفی با استفاده از خواص خاک و تصاویر حرارتی  مادون قرمز آموزش دید و داده های مشاهده زمینی از پایگاه WoSIS است. صحت اعتبار نقشه های بدست آمده با این روش در محدوده ۶۷ تا ۷۰ درصد است.

مشخصات محصول

• مدرس: دکتر محمد کاکوئی
• تخصص: برنامه نویسی، پردازش تصویر، هوش مصنوعی و سنجش از دور
• موضوع: ارزیابی شوری خاک در مقیاس جهانی با داده WoSIS و لندست
• نرم افزار: سامانه گوگل ارث انجین
• مدت زمان: ۹۰ دقیقه
• مخاطب: علاقه مندان سنجش از دور خاک در محیط GEE
• نوع آموزش: ویدیویی
• پاورپوینت: ندارد
• داده های تمرینی:‌ ندارد
• پیش نیاز: دارد: مبانی استفاده از گوگل ارث انجین (GEE)

تهیه آموزش

به منظور خرید این محصول آموزشی بر روی گزینه زیر کلیک کرده و بلافاصله دانلود نمایید.

توضیحات محصول

از آنجا که این آموزش در مقیاس جهانی اجرا می­شود، از Google Earth Engine (GEE) استفاده شد که به عنوان یک بستر ابری رایگان در دسترس عموم است و مخصوص آنالیز و پردازش داده های جغرافیایی در مقیاس جهانی است. از جمله مزایای GEE می توان به کتابخانه گسترده مجموعه داده های مکانی، از جمله تصاویر ماهواره ای پرکاربرد و قدرت محاسباتی کافی برای پردازش این داده ها در مقیاس جهانی اشاره کرد.

در این محصول آموزشی از داده های WoSIS و باندحرارتی تصاویر ماهواره لندست -۸ (Landsat-8) استفاده شده است.

به عنوان داده های زمینی، ما از پایگاه داده WoSIS، استفاده کردیم، که توسط اطلاعات خاک خاک نگهداری می شود و شامل تعداد زیادی پروفیل خاک با مرجع زمینی است. برای مطالعه ما لایه بالایی از پروفیل های خاک را که مقادیر هدایت الکتریکی (ECe) برای آن موجود است ، انتخاب کردیم. شکل زیر توزیع فضایی نقاط داده را نشان می دهد. این نشان می دهد که توزیع نابرابر است و قبل از هر چیز به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد. به عنوان مثال، فقط چند نقطه برای عرض های جغرافیایی بالاتر در دسترس است، که می تواند با این واقعیت که کشاورزی در این عرض های جغرافیایی محدود است و بنابراین تقاضای تجزیه و تحلیل خاک، توضیح داده شود.

دلیل دوم توزیع نابرابر تمایل دارندگان داده های محلی برای در دسترس قرار دادن داده ها به صورت عمومی است. به عنوان مثال، شکل زیر نشان می دهد که گرچه نمونه های زیادی در ایالات متحده آمریکا و مکزیک موجود است، اما در روسیه یا آسیای میانه به سختی نمونه وجود دارد. با این وجود ، با تمام محدودیت های خود، پایگاه داده WoSIS غنی ترین پایگاه موجود در مقیاس جهانی است و بنابراین در این تحقیق مورد استفاده قرار می گیرد

هدف اصلی این آموزش، بررسی استفاده از GEE برای بررسی شوری خاک در مقیاس جهانی است. مخاطبان این محصول آموزشی افرادی هستند که به مباحث پایش و مدیریت خاک در سنجش از دور علاقه مند هستند. داشتن اطلاعات به روز در مورد توزیع فضایی و شدت شوری خاک برای مدیریت کشاورزی مناطق آسیب دیده بسیار مهم است. این اجازه می دهد تا اقدامات لازم برای کاهش یا حتی جلوگیری از تلفات اقتصادی و بازیابی بهره وری خاک انجام شود.

نقشه برداری از خصوصیات پویای خاک مانند شوری در مقایسه با سایر خصوصیات کمتر پویا دارای چالش هایی است. شوری خاک می تواند به سرعت پس از آبیاری یا یک بارندگی تغییر کند. از طرف دیگر ، خشکسالی ممکن است در طی چند هفته شوری را افزایش دهد. بنابراین ، نظارت بر روش های سنتی به نمونه برداری مکرر در زمان نیاز دارد، که می تواند هزینه زیادی داشته باشد. این یکی از دلایلی است که امروزه روشهای سنجش از دور بیش از پیش برای نظارت و نقشه برداری از شوری خاک استفاده می شود.

ویدئوی معرفی محصول

عناوین آموزشی

عناوین آموزش داده شده در این محصول عبارت اند از:

• بخش اول: معرفی دوره
• بخش دوم: مبانی ارزیابی شوری خاک
•              مرور مقاله استفاده شده
• بخش سوم: دانلود داده از WoSIS
•               آپلود داده به GEE فراخوانی ویژگی ها خاک در GEE فراخوانی مجموعه تصاویر لندست
• بخش چهارم: تصحیح ویژگی shapefile با توجه به دسته بندی پیشنهادی
•                استفاده از ویژگی Anomaly باند حرارتی لندست ۸ نمونه برداری از داده ها و ساخت مجموعه train آموزش طبقه بندی جنگل تصادفیطبقه بندی شوری خاک در منطقه مورد مطالعهتشکیل تصویر مبنای سنتینل-۱
• بخش پنجم: بررسی نقشه در مناطقی از ایران و جهان
• بخش ششم:  جمع بندی

تنها پایگاه محاسبه شوری جهانی خاک

تنها پایگاه داده ای که در حال حاضر داده های شوری خاک را با پوشش جهانی فراهم می کند، پایگاه داده Harmonized World Soil Database است. این پایگاه داده منبع مهمی از داده های خاک برای مطالعات جهانی است ، اما در مورد ارزیابی شوری خاک محدودیت های زیادی دارد.

اول، پایگاه داده از نقاط نقشه برداری خاک تشکیل شده است ، نه یک شبکه پبوسته با مقادیر خواص خاک برای هر پیکسل. بیش از ۱۵۰۰۰ نقطه نقشه برداری دارد و فقط یک مقدار شوری خاک در هر واحد دارد، در حالی که بعضی از این واحدها صدها کیلومتر کشیده شده اند.

دوم، اگرچه پایگاه داده چندین بار در گذشته به روز شده است، بیشتر آن به نقشه خاک فائو/یونسکو وابسته است که در سال ۱۹۷۰-۱۹۸۱ تولید شده است. با توجه به طبیعت پویا شوری خاک، کمبود جزئیات مکانی و داده های منسوخ، نیاز به نقشه جهانی شوری خاک به روز شده را نشان می دهد.

تهیه آموزش

به منظور خرید این محصول آموزشی بر روی گزینه زیر کلیک کرده و بلافاصله دانلود نمایید.