سامان نیک مهر

در دنیایی که در حال تکامل مستمر است و نیازهای انسان با توجه به افزایش جمعیت جهان به‌طور تصاعدی رشد می‌کند، ظهور فناوری‌های جدید نقش اساسی در همه زمینه‌های صنعت به‌ویژه کشاورزی ایفا می‌کند. بهینه‌سازی زمان، خودکارسازی ماشین‌ها و تضمین کیفیت محصول از اهداف کلیدی در زمینه کشاورزی است که فناوری‌های مختلف نوآورانه را برای برآوردن نیازهای تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان ادغام می‌کند و در عین حال، احترام به محیط زیست و منابع کره زمین را تضمین می‌کند. از این رو، کیفیت آب هم برای شرب و هم برای فعالیت‌های صنعتی و کشاورزی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی در زمینه‌های مختلف ابزارهای جدید و دقیق‌تری در دسترس انسان‌ها قرار گرفته است که با کمک گرفتن از آنها پنجره‌های جدیدی در علوم مختلف باز شده‌اند. یکی از آنها بهره گرفتن از سنجش از دور برای اندازه‌گیری پارامترهای مختلف آبی است. استفاده از سنجش از دور برای پایش پارامترهای کیفیت آب بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر و همچنین قدرت مانور بیشتری نسبت به اندازه‌گیری‌های میدانی دارد چه بسا در مدت زمان مصرفی برای این پایش نیز بسیار مفیدتر و سریع‌تر می‌باشد. از طرف دیگر با گذر زمان شاهد پیشرفت و دقیق‌تر شدن ماهواره‌ها هستیم لذا میزان دقت آنها روزبه‌روز در حال افزایش است. با کمک سنجش از دور می‌توانیم به‌صورت مستمر پارامترهای کیفیت آب را مورد پایش قرار دهیم. در این پژوهش پارامترهای کیفیت آب از قبیل کلروفیل a، قلیایت، اکسیژن محلول، pH، آمونیاک، نیتروژن غیر ارگانیک، کجلدال نیتروژن، پتاسیم، هدایت الکتریکی (EC)، سولفات، نیتروژن کل، کدورت و کل جامدات معلق را مورد پایش قرار داده شد. برای این منظور در این تحقیق با کمک ماهواره سنتینل-2 پارامترهای مربوط به کیفیت آب را در دریاچه (Ontario) که واقع در مرز میان آمریکا و کانادا است و از نظر مساحت جزء دریاچه‌های بزرگ در جهان می‌باشد طی بازه زمانی 2016 تا 2021 را مورد بررسی قرار داده شد. ابتدا تصاویر ماهواره‌ای مربوط به دریاچه را در سال‌های مورد نظر بارگذاری شدند و تصحیحات لازم اعم از تصحیحات اتمسفری و هندسی در تصاویر ماهواره‌ای اعمال شد. سپس، میزان بازتاب هر کدام از پارامترها را برای هر یک از باندهای این ماهواره با استفاده از نرم‌افزار SNAP و GIS استخراج شد و در ادامه با کمک مقادیر اندازه‌گیری شده میدانی همه‌ی پارامترها در ایستگاه‌های مختلف به کمک روش‌های رگرسیون مبنا از قبیل مدل رگرسیون خطی، مدل جنگل تصادفی، مدل GBT و مدل Lasso در سناریو‌های همراه با PCA و بدون PCA داده‌های خود را مدل‌سازی شدند سپس با کمک گرفتن از شاخص‌های خطا از قبیل R-Square، MAE، NSE، RMSE، RRMSE و RE% مدل‌ها را مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در سناریو بدون PCA قلیایت و اکسیژن محلول بهترین عملکرد را دارا بوده به‌طوری که شاخص‌های خطای این پارامترها به ترتیب برابر با 784/0NSE=، 031/0MAE=، 137/1RRMSE= و 792/0R2=، 770/0NSE=، 406/5RRMSE= بودند و همچنین نتایج نشان داد که در سناریو همراه با PCA پارامترهای اکسیژن محلول و کربن غیر آلی بهترین عملکرد را داشته به‌طوری که شاخص‌های خطا برای آنها به ترتیب برابر با 854/0R2=، 466/0RMSE=، 767/4RRMSE= و 784/0R2=، 747/0NSE=، 774/0RRMSE= بودند و در نهایت با کمک مدل‌ها فرمول‌هایی را برای تخمین و پایش پارامترهای کیفیت آب نام برده استخراج گردید.