Evaluating and Predicting Vegetation Changes Pertaining to Land Use Changes using LCM Model and CA-Markov Chain (Case Study: Ahvaz City)

جغرافیا و مخاطرات محیطی

Article 10, Volume 9, Issue 3 - Serial Number 35, December 2020, Pages 183-204   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/geoeh.2020.67236.0

Authors

Mohammad Abiyat¹; Sina Attar Roshan^{* 2}; Mahmud Abiyat³

¹MSc in Natural Resources Engineering, Environment (Land Use Planning and Assessment), Islamic Azad, Science and Research Tehran (Khouzestan), Ahvaz, Iran

²Assistant Professor in Environment Department, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran

³MSc in Geography and Rural Planning, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

Abstract

Monitoring land use and vegetation changes plays an important role in urban management. The purpose of this study was to investigate the changes in vegetation cover of Ahvaz metropolis pertaining to land use changes. First, satellite imagery was prepared through object-oriented vector machine-based algorithm, classified method, and land use maps. To increase the accuracy of the maps, three normalized indices of vegetation difference, soil effect modifier and relative vegetation were used separately in the classification. The results showed that soil effect modifier index had higher capability and its maps with the highest kappa coefficients and overall accuracy were entered into land change modeling to detect changes. Changes in the next 10 years were also predicted using the Markov chain automated cell model. The results of the changes showed that the vegetation has a decreasing trend, so that 1339.65 hectares the vegetation in the period 1989-1989 and 1860.50 hectares in the period 2019-2002, have reduced. The most changes are related to the conversion of vegetation into man-made areas with 686.44 hectares in the period 1989-1989 and 1032.51 hectares in the period 2019-2002. The least changes are related to the conversion of vegetation into water areas with 7.18 hectares in the period 1989-2009 and 9.33 hectares in the period 2019-2002. The results of forecasting changes by 2029 also confirmed the reduction of vegetation. In 10 years, 785.77 hectares of vegetation will be reduced and the area will reach 2923.24 hectares.

Keywords

Vegetation; Object-Oriented; Land Change Modeling; Markov Chain; Ahvaz

Supplementary Files

10-attar-Revised.pdf

References

اکبری، الهه، زنگنه اسدی، محمدعلی، تقوی مقدم، ابراهیم؛ 1394. پایش تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌های مختلف تئوری آموزش آماری منطقه نیشابور. آمایش جغرافیایی فضا. 6(20): 35-49.

انتظاری، علیرضا، زندی، رحمان، خسرویان، مریم؛ 1398. ارزیابی تغییرات فضایی پوشش‌گیاهی و دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر لندست و مادیس، مطالعه موردی: استان فارس 2017-1986. مهندسی و مدیریت آبخیز. 11(4): 929-940.

اندریانی، صغری، نیکجو، محمد رضا، رضایی مقدم، محمد حسن، مختاری، داوود؛ 1396. تحلیل تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌های شیءگرا و زنجیره مارکوف در حوضه آبریز زیلبیرچای واقع در آذربایجان شرقی و غربی. جغرافیا و توسعه. 16(53): 37-50.

انوری پور، رضا؛ 1392. مدیریت و ارزیابی رواناب شهری با استفاده از تکنیک سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی نمونه موردی: کلان شهر اهواز. پایان­نامه کارشناسی ارشد رشته سنجش از دور و GIS، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز.  

پوراحمد، احمد، حبیبیان، بهار، احمدنیا، محمد رضا؛ 1394. تحلیلی بر فضای کالبدی شهر اهواز. باغ نظر. 13(39): 25-38.

حاجی بیگلو، محبوبه، بردی شیخ، واحد، معماریان، هادی، بایرام کمکی، چوقی؛ 1398. ارزیابی طبقه‌بندی نظارت شده شی­گرا و پیکسل‌پایه در استخراج کاربری اراضی بر مبنای دو شاخص اختلاف کمی و مکانی در حوزه آبخیز گرگان رود. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 10(4): 1-20.

حلبیان، امیرحسین، سلطانیان، محمود؛ 1395. ارزیابی و پیش‌بینی تغییرات بیابان زایی در شرق و جنوب اصفهان با مدل CA-Markov. تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. 3(4): 71-88.

خضری احمدآباد، محمد، سلیمانی، کریم؛ 1396. کاربرد تصاویر ماهواره‌ای برای تهیه نقشه کاربری اراضی حوضه آبخیز قزل اوزن با استفاده از تکنیک فیوژن و پردازش شیءگرا. کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در برنامه‌ریزی. 8(3): 13-21.

روستایی، شهرام، مختاری، داوود، ولیزاده کامران، خلیل، خدائی قشلاق، لیلا؛ 1397. مقایسه روش پیکسل‌پایه (بیش‌ترین شباهت) و شی‌گرا (ماشین بردار پشتیبان) در طبقه‌بندی کاربری اراضی (منطقه اهر- ورزقان. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. 8(1): 118-129.

سارلی، رضا، روشن، غلامرضا، گرب، استفان؛ 1398. سنجش و پیش‌بینی تغییرات پوشش‌گیاهی حوزه استان مازندران طی بازه زمانی 2017-2005 با استفاده از زنجیره مارکوف و GIS. اطلاعات جغرافیایی (سپهر). 28(111): 149-162.

سرافراز اسبق، سونیا، میانجی، مهسا، فیضی زاده، بختیار؛ 1394. آشکارسازی تغییرات فضای سبز شهری با استفاده از روش فازی در طبقه‌بندی شیءگرا (مطالعه موردی: کلان‌شهر تبریز). بیست­و­دومین همایش ملی ژئوماتیک، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران.

سفیانیان، علیرضا، خداکرمی، لقمان؛ 1390. تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از روش طبقه‌بندی فازی (مطالعه موردی سه زیرحوزه آبخیز کبودر آهنگ، رزن-قهاوند و خونجین-تلخاب در استان همدان). آمایش سرزمین. 3(4): 95-114.      

 

سلمانی، سعید، ابراهیمی، حمید، محمد زاده، کیوان، ولیزاده کامران، خلیل؛ 1396. ارزیابی تکنیک‌های مختلف طبقه‌بندی شیءگرا در استخراج کاربری اراضی از تصاویر ماهواره آیکونوس. اطلاعات جغرافیایی. 28(111): 205-215.

شکوری، صادق، موسوی حسنی، سید مسعود، پورعطاکش، مهسا، قربانی، آناهیتا، ارنک، سمیرا؛ 1397. شناسایی و بررسی روند تغییرات کاربری پوشش‌گیاهی با استفاده از مدل‌های شبکه عصبی زمان‌مند و CA با بهره‌گیری از تکنیک‌های GIS و RS (مطالعه موردی: شهرستان مینودشت استان گلستان). کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در برنامه‌ریزی. 9(2): 50-71.

شکوهی زادگان، سحرناز، خسروی، حسن، آذرنیوند، حسین، زهتابیان، غلامرضا، رایگانی، بهزاد؛ 1395. ارزیابی و پایش پوشش‌گیاهی مبتنی بر منطق فازی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای؛ مطالعه موردی: پارک ملی بمو– شیراز. اطلاعات جغرافیایی (سپهر). 25(100): 157-166.

صابرفر، رحیمه، فلاحتکار، سامره، کیا، سید حسین؛ 1397. تحلیل تغییرات شاخص‌های پوشش‌گیاهی در سنجنده‌های ماهواره لندست (مطالعه موردی: ارس‌زارهای شرق پارک ملی گلستان و منطقه حفاظت‌شده قرخود). اکوسیستم‌های طبیعی ایران. 9(1): 71-91.

طاهرپرور، مریم، پیرمرادیان، نادر، وظیفه دوست، مجید؛ 1395. مقایسه روش‌های پرکردن پیکسل‌های فاقد داده در تصاویر ماهواره لندست 7 ETM+ در برآورد نقشه ضریب گیاهی. تحقیقات آب و خاک ایران. 47(4): 665-676.

عبدالهی، علی اصغر، خبازی، مصطفی، درانی، زهرا؛ 1398. مدل‌سازی و پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی شهر لاهیجان با رویکرد توسعه پایدار. شهر پایدار. 2(4): 17-30.

کاظمی‌نیا، عبدارضا؛ 1396. کاربرد سنجش از دور و GIS در بررسی پوشش‌گیاهی. مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی. 9(1): 75-85.   

کرمانی، فرزانه، رایگانی، بهزاد، نظامی، باقر، گشتاسب، حمید، خسروی، حسن؛ 1396. ارزیابی روند تغییرات پوشش‌گیاهی مناطق خشک و نیمه‌خشک (مطالعه موردی: منطقه حفاظت­شده توران). مهندسی اکوسیستم بیابان. 6(16): 1-14.

محمدیاری، فاطمه، پورخباز، حمید رضا، توکلی، مرتضی، اقدر، حسین؛ 1393. تهیه نقشه پوشش‌گیاهی و پایش تغییرات آن با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: شهرستان بهبهان). اطلاعات جغرافیایی. 23(92): 23-34.  

محمدیان بهبهانی، علی، حیدری زادی، زاهده؛ 1397. پایش و پیش‌بینی روند تغییرات پهنه‌های ماسه‌ای بـا اسـتفاده از مـدل زنجیـره مارکف CA (مطالعه موردی: دشت ابوغویر دهلران، استان ایلام). علوم محیطی. 16(4): 153-166.

مکرم، مرضیه، مزین، ملیحه، فرجی، محمد، موسوی، کتایون؛ 1396. بررسی تغییرات پوشش‌گیاهی در فصول مختلف رویش با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و ارتباط آن با تغییرات دما (منطقه مورد مطالعه: شمال شهرستان داراب). اکوسیستم‌های طبیعی ایران. 8(3): 1-20.

میرعلیزاده فرد، سید رضا، علی‌بخشی، سیده مریم؛ 1395. پایش و پیش‌بینی روند تغییرات کاربری اراضی با استفاده از مدل زنجیره مارکوف و مدل‌ساز تغییر کاربری اراضی (مطالعه موردی: دشت برتش دهلران ایلام). سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 7(2): 33-45.  

میرعلیزاده فرد، سید رضا، منصوری، شهروز؛ 1398. ارزیابی شاخص­های سنجش از دور در مطالعات کمی و کیفی آب­های سطحی با تصاویر ماهواره­ای لندست-8 (مطالعه موردی: جنوب استان خوزستان). سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 10(2): 63-84.   

ناطقی، سعیده، نوحه‌گر، احمد، احسانی، امیرهوشنگ، بذرافشان، ام‌البنین؛ 1395. بررسی تغییرات پوشش‌گیاهی براساس شاخص‌های گیاهی با استفاده از سنجش از دور. تحقیقات مرتع و بیابان ایران. 24(4): 778-790.      

ولی، عباسعلی، موسوی، سید حجت، عباسی، هاجر؛ 1398. تحلیل و ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی مبارکه در راستای تحقق توسعه پایدار. جغرافیای اجتماعی شهری. 6(2): 73-86.  

یاراحمدی، جمشید، رستمی‌زاد، قباد، ساعی، حسین؛ 1398. آشکارسازی تغییرات پوشش جنگلی به روش شیءگرا با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در حوزه آبخیز ایلگنه‌چای جنگل‌های ارسباران. حفاظت و بهره‌برداری جنگل‌های هیرکانی. 1(2): 59-70.

یوسفی، صالح، تازه، مهدی، میرزایی، سمیه، مرادی، حمید رضا، توانگر، شهلا؛ 1393. مقایسه الگوریتم‌های مختلف طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای در تهیه نقشه کاربری اراضی. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی. 5(3): 67-76.

 

Beek, E. and Meijer, K., 2006. Integrated Water Resources Management for the Sistan Closed Inland Delta. Water Research Institute: Iran.

Blaschke, T. Feizizadeh, B. and Holbling, D., 2014. Object-Based Image Analysis and Digital Terrain Analysis for locating Landslides in the Urmia Lake Basin, Iran. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, IEEE Journal7(12): 4806-4817.

Brian, W.S. Chen, Q. and Borger, M., 2011. A Comparison of Classification Techniques to Support Land Cover and Land Use Analysis in Tropical Eoastal Zones. Applied Geography 31(2): 525-532.

Brink, A. and Eva, H., 2009. Monitoring 25 Years of Land Cover Changes Dynamics in Africa: A Sample Based Remote Sensing Approach. Applied Geography 29(4): 501-512.

Brink, A.B. Bodart, C. Brodsky, L. Defourney, P. Ernst, C. Donney, F. Lupi, A. and Tuckova, K., 2013. Anthropogenic Pressure in East Africa—Monitoring 20 Years of Land Cover Changes by Means of Medium Resolution Satellite Data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 28(1): 60-69.

Chang, C.L. and Chang, J., 2006. Markov Model and Cellular Automata for Vegetation. Journal of Geographical Research 1(1): 45-57.

Darwish, T. and Faour, G., 2008. Rangeland Degradation in Two Watersheds of Lebnon. Lebanese Science Journal 9(1): 71-80.

Dragut, L. Csillik, O. Eisank, C. and Tiede, D., 2014. Automated Parameterisation for Multi-Scale Image Segmentation on Multiple Layers. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 88(100): 119–127.

Fatiha, B. Abdelkader, A. Latifa, H. Mohamed, E. and Spatio, A., 2014. Temporal Analysis of Vegetation by Vegetation Indices from Multi-dates Satellite Images: Application to a Semi-Arid Area in ALGERIA. International Conference-Advancements in Renewable Energy and Clean Environment 36(Part 1, 2): 667-675.

Jensen, J., 2005. Introductory Digital Image Processing: A Remote Sensing Perspective (3rd Edition. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall 526.

Jonsson, L., 2015. Evaluation of Pixel Based and Object Based Classification Methods for Land Cover Mapping with High Spatial Resolution Satellite Imagery, in the Amazonas: Brazil.

Koh, C.N. Lee, P.F. and Lin, R.S., 2006. Bird Species Richness Patterns of Northern Taiwan: Primary Productivity, Human Population Density, and Habitat Heterogeneity. Diversity and Distributions 12(5): 546–554.

Mathieu, R. Aryal, J. and Chong, A.K., 2007. Object-Based Classification of Ikonos Imagery for Mapping Large-Scale Vegetation Communities in Urban Areas. Sensors 7(11): 2860-2880.

MingLee, T. and ChungYeh, H., 2009. Applying Remote Sensing Techniques to Monitor Shifting Wetland Vegetation: A Case Study of Danshui River Estuary Mangrove Communities, Taiwan. Ecological Engineering 35(4): 487-496.

Morawitz, D. Blewett, T. Cohen, A. and Alberti, M., 2006. Using NDVI to Assess Vegetative Land Cover Change in Central Puget Sound. Environmental Monitoring and Assessment 114(1): 85–106.

Newcomer, M. ChenHsu, W. Justice, E. Guild, L. Rogoff, D. and Skiles, J., 2011. Prototype Application of NASA Missions to Identify Patterns of Wetland Vegetation Development within the South San Francisco Bay Salt Ponds. ASPRS 2011 Annual Conference, Milwaukee, Wisconsin, May 1-5th, 1-10.

Pettorelli, N. Vik, O. Mysterud, A. Gaillard, J.M. Tucker, C.J. and Stenseth, N.C., 2005. Using the Satellite-Derived NDVI to Assess Ecological Responses to Environmental Change. Journal Trends in Ecology and Evolution 9(20): 200-216.

Pu, R.L. Landry, S. and Yu, Q., 2011. Objectbased Urban Detailed Land Cover Classification with High Spatial Resolution IKONOS Imagery. Remote Sensing 32(12): 3285–3308.

Rawat, J.S. Biswas, V. and Kumar, M., 2013. Changes in Land Use/ Cover Using Geospatial Techniques: A Case Study of Ramnagar Town Area, District Nainital, Uttarakhand, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science 16(1): 111-117.

Trimble., 2012. Ecognition Developed Reference Book. Trappentreustr. 1D-80339 München, Germany: München, Germany GmbH 270.

Vaclavik, T. and Rogan, J., 2009. Identifying Trends  in  Landuse/ Landcover  Changes  in  the  Context of Post-Socialist Transformation in Central Europe: A Case Study of the Greater Olomouc Region, Czech Republic, GIScience & Remote Sensing 46(1): 24-12.

Wiley, J., 1996. Paul Wright. Highway Engineering, 6th ed. 55- 56, 58.