Assessment of Water Quality parameter using RGB images in Anzali wetland
Subject Areas : Pollution of water resources
Mohadese Tavakoli
1
*
,
Mohammad Javad Chaeichi
2
1 - Education Culture and Research (ACECR), Environmental Research Institute, Rasht
2 - mazandaran university
Keywords: wetland, wastewater, pollutants, RGB, TSS,
Abstract :
Wetlands are one of the most prominent ecosystems in the world. These vital and diverse habitats are among life-giving systems that have no alternative. However, none of the world's ecosystems have experienced human-centered injuries and damages as much as wetlands. One of the main threats to Gilan wetlands are human factors such as urban, domestic and industrial wastewater, overfishing and converting wetland marginal lands into agricultural lands. In this study, RGB images were used to assess the water quality parameters of Anzali wetland (Beheshti Island Station) and the related data were compared to the values obtained from the TSS measurement. Based on the obtained data, the intensity of red color (R) in the macroscopic images (with the naked eye) from the wetland can be an environmental indicator to measure TSS concentration. The results of RGB analysis for red color with a correlation coefficient of 0.8513, for green color (G) with a correlation coefficient of 0.832 and for blue color (B) with a correlation coefficient of 0.663 were obtained. Finally, a correlation coefficient (R2=0/8035) between the decrease of RGB values and the increase of TSS concentration was obtained. Other parameters such as pH and Secchi Depth test were also measured in this study.
استوار، ف؛ توکلی، م.( 1396)."راهنمای آزمایشگاهی شیمی محیط زیست". رشت: پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی.
اشکوری، ح. سازمان برنامه و بودجه (1363)."نگرشی به مرداب انزلی". استان گیلان. رشت.
بالی، ع؛ منوری، م؛ جعفری، م؛ عبداللهی، ش. (1391)."روند تغییرات کاربری اراضی در حوضه¬ی آبخیز تالاب انزلی". فصلنامه علوم و مهندسی محیط زیست. شماره (53-54).
بهروزی راد، ب. (1377)."ارزش تالاب¬ها و نقش کنوانسیون رامسر در حفاظت از آن¬ها". فصلنامه¬ی علمی سازمان حفاظت محیط زیست. جلد دهم. شماره (2). تهران.
توکلی، ب؛ ثابت¬رفتار، ک. (1381)."مطالعه¬ی تأثیر فاکتورهای ساخت جمعیت و تراکم جمعیت حوزه¬ی آبخیز روی آلودگی رودخانه¬های منتهی به تالاب انزلی". مجله¬ی محیط¬شناسی. ویژه¬نامه¬ی تالاب انزلی.
خسروی، م؛ بهرامی¬فر، ن؛ قاسم¬پوری، س. (1390)."بررسی آلودگی فلزات سنگین در رسوب سه بخش تالاب انزلی". مجله سلامت و محیط. دوره¬ی چهارم. شماره¬ی (2).
خوشچین، م. اداره کل حفاظت محیط زیست (1371)."وضعیت زیستی پرندگان، گیاهان و پستانداران کولاب بندرکیاشهر". استان گیلان.
خراسانی، ن؛ گشتاسب میگونی، ح. (1362)."بررسی اکوسیستم تالاب انزلی". مجله¬ی منابع طبیعی ایران. شماره (41).
زارع، م؛ غضبان، ف؛ شریفی، ف؛ خسرو تهرانی، خ. (1388)."بررسی تغییرات مکانی کیفیت آب در تالاب انزلی". فصلنامه¬ی علوم و فنون منابع طبیعی. سال چهارم. شماره¬ی (3).
طاهری شهرآئيني، ح. بهار (1393)."کاربرد داده¬های مریس در تخمین عمق شفافیت در دریای خزر با روش¬های رگرسیون خطی تک-متغیره و چندمتغیره". سنجش از دور و GIS ایران. سال ششم. شماره (1). 84-69.
کتابی، ا. (1362)."سرزمین میرزا کوچک¬خان". تهران: معصومی.
معاونت محیط طبیعی و تنوع زیستی سازمان حفاظت محیط زیست. (1388)."بررسی تالاب¬های ایران". سازمان حفاظت محیط زیست.
فرید مجتهدی، ن؛ اسعدی اسکوئی، ابراهیم؛ تاجداری، خسرو؛ فاتحی، علی.( 1397)."اطلس رودهای گیلان". رشت. نشر فرهنگ ایلیا.
فرید مجتهدی، ن. (1396)."رودهای گیلان". دانشنامه فرهنگ و تمدن گیلان (65). رشت: فرهنگ ایلیا.
منوری، م. (1399)."تالاب¬های گیلان". دانشنامه فرهنگ و تمدن گیلان (74). رشت: فرهنگ ایلیا.
منوری، م؛ رحیمی، ر؛ میرحسینی، ا. (1397)."ارزیابی پیامدهای تغییر اقلیم". دانشگاه آزاد اسلامی. واحد میبد یزد.
منوری، م.( 1374)."محیط زیست گیلان". کتاب گیلان، تهران: انتشارات گروه پژوهشگران ایران.
منوری، م.( 1369)."بررسی اکولوژیک تالاب انزلی". رشت: گیلکان.
مولایی هشجین، ن؛ دادرس، ح.( 1385)."برنامه¬ریزی به¬منظور توسعه در روستاهای حاشیه¬ی تالاب بندرانزلی". فصلنامه¬ی چشم¬انداز جغرافیایی. سال اول. شماره¬ی (2).
مهندسان مشاور آمایشگران پویای محیط. (1389)."راهنمای ارزشگذاری اقتصادی اکوسیستم¬های آبی کشور". تهران.
وفادوست، م؛ رضايي، م. (1382). "بهينه¬سازي تبديل فضاي رنگ به¬منظور افزايش كيفيت فشرده¬سازي بر¬مبناي JPEG 2000 و الگوريتم ژنتيك"، يازدهمين كنفرانس مهندسي پزشكي ايران. ۲۸ و ۲۹ بهمن.
Asgharnejad, Hashem, Sarrafzadeh, Mohammad-Hossein (2020). Development of Digital Image Processing as an Innovative Method for Activated Sludge Biomass Quantification. Frontiers in Microbiology. Volume )11(. Article574966.
پژوهش و فناوری محیط‌زیست، 1402،(14)8، 163-176
| |||
كاربرد تصاویر RGBبه منظور ارزیابی پارامتر کیفی آب در تالاب انزلي
|
| ||
1- دانشجوی دکتری، شیمی تجزیه، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران 2- کارشناس پژوهشی، پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی گیلان، رشت 4- استاد، شیمی تجزیه، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران | ||
چکیده | اطلاعات مقاله | |
تالابها، یکی از بارزترین زیستبومهای دنیا هستند. این زیستگاههای حیاتی و متنوع، ازجمله نظامهای حیاتبخش فاقد جایگزین بهحساب میآیند. لیکن، هیچیک از زیستبومهای جهان بهاندازهی تالابها صدمات و خسارات انسانمحور را تجربه نکردهاند. از عوامل اصلی تهدید تالابهای گیلان، عوامل انسانی مانند فاضلابهای شهری و خانگی، صنعتی، صید بیرویه و تبدیل زمینهای حاشیهی تالاب به زمینهای کشاورزی هستند. در این مطالعه، از تصاویر RGB، برای بررسی پارامتر کیفی آب تالاب انزلی (ایستگاه جزیرهی بهشتی)، استفاده شد و دادههای مربوط به آن، با مقادیر حاصل از سنجش TSS مقایسه شد. براساس دادههای بهدست آمده، شدت رنگ قرمز (R) در تصاویر ماکروسکوپی (با چشم غیرمسلح) از تالاب، میتواند یک شاخص محیط زیستی، بهمنظور اندازهگیری غلظت TSS باشد. بررسی نتایج حاصل از آنالیز RGB نیز، برای رنگ قرمز با ضریب همبستگی 8513/0، برای رنگ سبز (G) با ضریب همبستگی 832/0 و برای رنگ آبی (B) با ضریب همبستگی 663/0، به دست آمد. در نهایت، یک ضریب همبستگی) 8035/0=R2 ) بین کاهش مقادیر RGB و افزایش غلظت TSS، حاصل شد. پارامترهای دیگری، مانند pH و آزمون عمق سکی، در این مطالعه مورد سنجش قرار گرفتند.
|
نوع مقاله: پژوهشی تاریخ دریافت: 13/08/1402 تاریخ پذیرش: 01/11/1402 دسترسی آنلاین: 18/01/1403
كليد واژه‌ها: تالاب، فاضلاب، آلاینده، RGB، TSS | |
| ||
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: mohadesetavakoli000@gmail.com
Journal of Environmental Research and Technology, 8(14)2023. 163-176
|
Assessment of Water Quality parameter using RGB images in Anzali wetland
Mohadeseh Tavakoli Noveiri1,2*, Mohammad Javad Chaeichi31 1- PhD Candidate, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Mazandaran, Mazandaran, Iran 2- Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Environmental Research Institute, Rasht, Iran 3- Professor, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Mazandaran, Mazandaran, Iran | |||
Article Info | Abstract | ||
Article type: Research Article
Keywords: wetland, wastewater, pollutants, RGB, TSS |
Wetlands are one of the most prominent ecosystems in the world. These vital and diverse habitats are among life-giving systems that have no alternative. However, none of the world's ecosystems have experienced human-centered injuries and damages as much as wetlands. One of the main threats to Gilan wetlands are human factors such as urban, domestic and industrial wastewater, overfishing and converting wetland marginal lands into agricultural lands. In this study, RGB images were used to assess the water quality parameters of Anzali wetland (Beheshti Island Station) and the related data were compared to the values obtained from the TSS measurement. Based on the obtained data, the intensity of red color (R) in the macroscopic images (with the naked eye) from the wetland can be an environmental indicator to measure TSS concentration. The results of RGB analysis for red color with a correlation coefficient of 0.8513, for green color (G) with a correlation coefficient of 0.832 and for blue color (B) with a correlation coefficient of 0.663 were obtained. Finally, a correlation coefficient (R2=0/8035) between the decrease of RGB values and the increase of TSS concentration was obtained. Other parameters such as pH and Secchi Depth test were also measured in this study. | ||
| |||
[1] * Corresponding author E-mail address: mohadesetavakoli000@gmail.com
مقدمه
مجموعهی تالاب انزلی در مجاورت شهر بندرانزلی و در عرض جغرافیایی 37 درجه و 23 دقیقه تا 37 درجه و 32 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 49 درجه و 15 دقیقه تا 49 درجه و 36 دقیقه شرقی، در ساحل غربی دلتای رودخانهی سفیدرود و در ارتفاع 23 متر پایینتر از سطح آبهای آزاد قرار دارد (منوری، 1399). تالاب انزلی، از شمال به دریای کاسپین، از شرق به روستای پیربازار، از غرب به کپورچال و آبکنار و از جنوب به صومعهسرا و قسمتی از شهرستان رشت، محدود میشود (توکلی و ثابترفتار، 1381). مساحت تالاب انزلی در وضعیت فعلی، با استفاده از عکسهای ماهوارهای حدوداً 16779 هکتار و حجم آن، 160 میلیون متر مکعب است (بهروزی راد،1377). اما مساحت ثبتشدهی آن در کنوانسیون رامسر 15هزار هکتار اعلام شده است (توکلی و ثابترفتار، 1381). آبهای ورودی به تالاب انزلی، توسط پنج آبراه بزرگ که به زبان محلی روگا نامیده میشوند، از تالاب خارج شده و ازطریق کانال کشتیرانی به آبهای دریای خزر میپیوندند (خسروی و همکاران،1390). مقدار زیادی از انواع فاضلابها وارد تالاب میشوند و سالانه 30 میلیون مترمکعب فاضلاب شهری و روستایی، فاضلاب کشاورزی شامل 1500 تن کود و 415 هزار لیتر سم، فاضلابهای صنعتی و 44 واحد دیگر، مستقیماً وارد رودخانه شده و نهایتاً، وارد تالاب میشوند (مولایی هشجین و دادرس، 1385). حدود 50 درصد کل آلایندههای آلی وارد شده به تالاب، ازطریق رودخانهی پیربازار است که این نشان میدهد؛ کیفیت آب تالاب، بهشدت تحتتأثیر تخلیهی فاضلابهای شهری از شهر رشت است (منوری،1374). عوامل طبیعی تخریب تالابها، شامل خشکسالیها و کاهش آبهای ورودی است (منوری و همکاران، 1397). مطابق استاندارد (CIE RGB)، رنگهای پایه عبارتند از: قرمز با طول طیف رنگ700 نانومتر، سبز با طول طیف رنگ 1/546 نانومتر و آبی با 8/435 نانومتر. این مدل، تمام رنگها از ترکیب سه رنگ مذکور تشکیل میشود. با ترکیب رنگهای فوقالذکر که به آنها ابتدایی میگویند، رنگهای ثانویه ایجاد میشوند. این رنگها مقادیر گسسته بین 0 تا 255 را دارا میباشند )اگر برای هر رنگ 8 بیت درنظر گرفته شود( که همان مقادیر پیکسل است. (اصغرنژاد1و صرافزاده2، 2020). در شکل (1)، تصویری از سیستم تجمعی RGB، مشاهده میکنید.
شکل (1) سیستم تجمعی RGB
در این پژوهش، روشهایی نوین مانند عمق سکی3 (SD) و آزمون آنالیز تصاویر RGB (با چشم غیرمسلح) و بررسی ارتباط بین آنها و غلظت TSS آب تالاب انزلی بهمنظور پایش محیط زیستی وضعیت تالاب، بهکار گرفته شده است. پارامتر pH نیز، در این مطالعه سنجیده شده است. نخستين بار، در سال 1865 میلادی، فيزیکدان ایتاليایي، پیترو آنجلو سکي4 برای تخمين شفافيت آب دریای مدیترانه از یک دیسک سفيد استفاده کرد. عمق سکي، به عمقي اطلاق ميشود که در آن، دیسک ناپدید ميشود و شاخصي از ژرفترین عمقي است که نور در آب نفوذ ميکند. عمق سکي، شاخصي از ميزان مجموع مواد معلّق مختلط موجود در آب، مثل جلبکها، ارگانيسمهای ميکروسکوپي و رسوبات نيز، بهشمار ميآید (طاهری شهرآئینی،1393). کل مواد جامد معلّق یا TSS عبارت است از کل مواد جامد معلّق در نمونه آب یا فاضلاب. pH ، عبارت است از میزان هیدروژن اضافی در مقابل یون هیدروکسید موجود در آب (فدریشن5 و انجمن بهداشت عمومی آمریکا6، 2005). در طبیعت، بیشترین عامل اسیدی شدن آبها فضولات صنعتی است و مقدار این آلاینده را در آبها با الکترود pH میتوان سنجید. (استوار و توکلی، 1396). در این پژوهش، روشی نوین در جهت پایش محیط زیستی تالاب انزلی ارائه شده است. در سالهای اخیر، پژوهشهای دیگری در سراسر دنیا در ارتباط با مقادیر عددی حاصل از آنالیز RGB و دیگر آزمونهای رایج و همچنین، سنجش پارامتر TSS و مقایسهی آن با طول طیفهای رنگی مختلف، بهمنظور پایش محیطزیستی، بررسی پارامترهای کمّی و کیفی محصولات کشاورزی و ... انجام شده که در این پژوهش، بهتعدادی از آنها اشاره شده است. کاررس پریئتو7و همکاران در سال 2022 میلادی، کاربرد سنسورهای فاضلاب مقرونبهصرفه و دقیق، با استفاده از کاهش بخشهایی از طیف نورمرئی LED را موردبررسی قرار دادند. در این پژوهش، روشی برای سنجش پارامترهای COD، BOD5، TSS، TN و TP نمونههای فاضلاب، با مطالعه در چند طول موج متعلّق به گروه‌های رنگی مختلف محدودهی طول موج (700-380 نانومتر) ارائه شد. در این مطالعه، 36 مدل، براساس الگوریتم ژنتیک محاسبه شد. همهی مدل‌های محاسبه‌شده دقت بالایی را با R2 بین 80 تا 85 درصد برای COD، BOD5 و TSS نشان دادند (کاررس پریئتو8 و همکاران، 2022). هان9 و همکاران در سال 2014 میلادی، ارتباط بین مقادیر RGB تصاویر دیجیتال و رطوبت برگ را بررسی کردند. از شش گروه پارامترهای ویژگی رنگ برگ، ازجمله میانگین، واریانس، انرژی، آنتروپی، آزمونهای آماری کشیدگی10 و چولگی11، میانگین و کشیدگی، با رطوبت همبستگی قابل توجهی داشتند. ضریب همبستگی (R2) آزمون آماری میانگین رطوبت برابر با 7017/0 و R2 آزمون آماری کشیدگی رطوبت برابر با 7175/0 ارائه شد. نتایج مطالعه ثابت کرد، میتوان از تصاویر RGB برگهای بریده شده برای اندازهگیری میزان رطوبت استفاده کرد (هان و همکاران، 2014). مانیکاواساگان12 و همکاران در سال 2014 میلادی، از تکنیک تصویربرداری رنگی RGB برای درجهبندی خرماها براساس سختی به سه دستهی سخت، نیمهسخت و نرم استفاده کردند. در سه هدف طبقهبندی شده، بالاترین درصدها بهترتیب مربوط به خلاص با 87 درصد، نقال با 82 درصد و فرد با 69 درصد است، این نتایج با استفاده از LDA این نتایج بهدست آمد. تکنیکهای تصویربرداری میتوانند پتانسیل زیادی برای توسعهی سیستم‌های نظارت کیفی آنلاین برای خرماها براساس سختی داشته باشند (مانیکاواساگان و همکاران، 2014). این روش، روشی ساده و راحت برای اُپراتور و بینیاز به تنظیم طول موج در اسپکتروسکوپی است. بههرحال، روشهای میکروسکوپی محدودیتهای خاص خود، ازجمله، هزینهی بالا، تجهیزات پیچیده و اغلب، عدم امکان سنجش آنلاین را دارند. در این مطالعه، آنالیز RGB از تصاویر دیجیتالی برداشته شده از تالاب و استخراج مقادیر رنگهای قرمز، سبز و آبی از آنها و مقایسهی این مقادیر با دادههای کمّی آزمون آفلاین TSS میتواند بهعنوان روشی کیفی برای بررسیهای محیط زیستی مورد توجه قرار بگیرد.
مواد و روشها
بررسی كاربرد تصاویر RGBبهمنظور ارزیابی پارامتر کیفی آب در ایستگاه جزیرهی بهشتی (با نام محلی قلمگوده) تالاب انزلی، بهطور کلی در یازده مرحله (هفتههای مختلف) انجام شد. برای اندازهگیری عمق سکی از دیسک سکی استفاده شد. متر متصل به آن، دارای طول سه متر و از جنس استیل بود. براي کاهش ميزان خطا، اندازهگيري، توسط يک فرد، انجام گرفت. زمان اندازهگيري حوالي ساعات ظهر بهوقت تهران، انتخاب شد و علت آن تابش عمودي نور خورشید در آن زمان بود. صفحه به‌صورت عمودی وارد آب شد. در عمقي که صفحه کاملاً غيرقابل رؤيت بود، اندازهگیری ثبت شده و بهعنوان عمق سکی در نظر گرفته شد. عمق رؤيت صفحهی سکي، بيانگر انعکاس نور از سطح آن بهطرف چشم محقق بوده كه اين مقدار تحتتأثير مواد محلول و معلّق موجود در آب قرار ميگيرد. این آزمون دوبار انجام شد و از نتایج آن میانگین گرفته شد. نمونهبرداری در ظرفهای تمیز 250 میلیلیتری انجام شد. نمونهها پس از انتقال به آزمایشگاه، به مقدار 100 میلیلیتر به بشر اضافه شده و با استفاده از پمپ خلأ مدل VE225 کمپانی Value چین، ارلن مایر و کاغذ صافی واتمن 42، سایز 125 میلیمتر بدون خاکستر صاف شدند. کاغذ صافی بهکار برده شده در این آزمون، قبل از صاف کردن، بهمدت یک ساعت، در دمای 105 درجهی سانتیگراد، در آون آزمایشگاهی مدل 800-100 کمپانی memmert آلمان حرارت داده شد و پس از قرار داده شدن در دسیکاتور و خنک شدن، با ترازوی آزمایشگاهی دیجیتال مدل AND AND HR120i ژاپن، وزن شد. نمونهی آزمایشگاهی بههمراه کاغذ صافی بعد از صاف کردن، در آون مذکور و شرایط دمای 105 درجهی سانتیگراد و زمان یک ساعت، حرارت داده شد و بعد از قرار گرفتن در دسیکاتور و خنک شدن، وزن شد. تفاوت وزن کاغذ صافی از وزن کاغذ صافی و رسوب محاسبه شد و با استفاده از فرمول محاسبهی TSS، غلظت آن بهدست آمد. این آزمون دو بار تکرار شد و از نتایج آن میانگین گرفته شد. در هر مرحله از یازده مرحلهی این دورهی زمانی 5 ماهه، عکاسی در حوالی ظهر بهوقت تهران واقع در ایستگاه جزیرهی بهشتی تالاب انزلی و در مکانی ثابت با دوربین کانن مدلEos700D kit 18-55 mm IS STM، در زیر نور طبیعی و با فاصلهی چشمی و فاصلهی کانونی mm 18 انجام گرفت. دقت مؤثر حسگر این دوربین، 18 مگاپیکسل و بزرگنمایی اپتیکال آن 3 برابر است. تصاویر با فرمت JPG ذخیره شدند. از بین تصاویر ثبت شده با دوربین، تعدادی از آنها به علت روشنایی ناهموار و بهمنظور به حداقل رساندن خطای روش، حذف شدند. بهمنظور کاهش تحریف هندسی تصاویر، 500 پیکسل از چهار طرف آنها حذف شد (پینگپینگ13 و همکاران، 2019). پنج عکس از بهترین عکسها از بین تصاویر برداشته شده باقی ماند و بقیه حذف شدند. برای آنالیز RGB تصاویر، از اپلیکیشن RGB Color Detector استفاده شد. این اپلیکیشن تصاویر برداشته شده از آب را به مقدار پیکسل عکس تبدیل کرد و از نتایج آنها میانگین گرفته شد.
یافتههای پژوهش
برای بررسی روابط بین نتایج آنالیز RGB و دیگر پارامترهای محیطزیستی، آزمون TSS، pH و عمق سکی، انجام شد. نتایج این آزمونها به همراه نتایج آنالیز RGB که با XR،XG ، XB مشخص شدند؛ به همراه میانگین دمایی حد بالا و پایین در روز انجام آزمون، در جداول یازده مرحله، ارائه شد.
• مرحلهی اول: نتایج مرحلهی اول اندازهگیری پارامترهای محیط زیستیpH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (1)، ارائه شده است.
جدول (1) نتایج مرحلهی اول اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temprature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
7/149 | 2/144 | 144 | 111 | 20 | 9/5 | 24 | 31 | 20/5/1401 | 1 |
5/161 | 8/155 | 7/154 | 119 | 22 |
|
|
|
| 2 |
2/164 | 6/153 | 8/150 |
|
|
|
|
|
| 3 |
2/156 | 5/149 | 1/149 |
|
|
|
|
|
| 4 |
6/154 | 2/150 | 5/149 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی دوم: نتایج مرحلهی دوم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (2)، ارائه شده است.
جدول (2) نتایج مرحلهی دوم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temprature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
9/142 | 90/146 | 9/147 | 127 | 16 | 9/5 | 23 | 32 | 27/5/1401 | 1 |
7/142 | 3/146 | 7/148 | 111 | 14 |
|
|
|
| 2 |
1/142 | 9/145 | 1/147 |
|
|
|
|
|
| 3 |
1/140 | 2/144 | 145 |
|
|
|
|
|
| 4 |
9/133 | 9/137 | 4/140 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی سوم: نتایج مرحلهی سوم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (3)، ارائه شده است.
جدول (3) نتایج مرحلهی سوم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temprature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
3/130 | 2/137 | 2/140 | 143 | 9 | 8.5 | 23 | 31 | 3/6/1401 | 1 |
2/132 | 3/138 | 3/141 | 134 | 11 |
|
|
|
| 2 |
6/134 | 6/141 | 7/142 |
|
|
|
|
|
| 3 |
8/133 | 3/141 | 8/143 |
|
|
|
|
|
| 4 |
139 | 4/143 | 4/144 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی چهارم: نتایج مرحلهی چهارم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (4)، ارائه شده است.
جدول (4) نتایج مرحلهی چهارم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
8/160 | 3/160 | 3/160 | 94 | 19 | 9/5 | 22 | 26 | 17/6/1401 | 1 |
9/159 | 1/158 | 6/158 | 120 | 21 |
|
|
|
| 2 |
8/162 | 1/161 | 162 |
|
|
|
|
|
| 3 |
5/163 | 5/161 | 5/161 |
|
|
|
|
|
| 4 |
3/157 | 3/155 | 3/155 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی پنجم: نتایج مرحلهی پنجم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (5)، ارائه شده است.
جدول (5) نتایج مرحلهی پنجم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order | |||
3/129 | 8/131 | 3/134 | 210 | 15 | 8/5 | 23 | 27 | 8/7/1401 | 1 | |||
131 | 133 | 4/133 | 204 | 15 |
|
|
|
| 2 | |||
7/128 | 4/132 | 4/134 |
|
|
|
|
|
| 3 | |||
3/127 | 3/131 | 3/132 |
|
|
|
|
|
| 4 | |||
129 | 133 | 134 |
|
|
|
|
|
| 5 | |||
• مرحلهی ششم: نتایج مرحلهی ششم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (6)، ارائه شده است.
جدول (6) نتایج مرحلهی ششم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی،TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
126 | 128 | 9/128 | 380 | 7 | 8/5 | 19 | 28 | 28/7/1401 | 1 |
5/124 | 5/126 | 7/126 | 404 | 7 |
|
|
|
| 2 |
126 | 128 | 129 |
|
|
|
|
|
| 3 |
1/125 | 127 | 5/128 |
|
|
|
|
|
| 4 |
2124 | 2/126 | 8/126 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی هفتم: نتایج مرحلهی هفتم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (7)، ارائه شده است.
جدول (7) نتایج مرحلهی هفتم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
1/129 | 129 | 3/129 | 200 | 14 | 9/5 | 17 | 21 | 6/8/1401 | 1 |
128 | 128 | 1/128 | 284 | 12 |
|
|
|
| 2 |
6/128 | 1/128 | 129 |
|
|
|
|
|
| 3 |
6/128 | 3/128 | 2/129 |
|
|
|
|
|
| 4 |
8/128 | 5/128 | 1/129 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی هشتم: نتایج مرحلهی هشتم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (8)، ارائه شده است.
جدول (8) نتایج مرحلهی هشتم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی،TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
5/127 | 5/140 | 5/145 | 180 | 18 | 5/5 | 12 | 18 | 12/8/1401 | 1 |
3/128 | 3/141 | 8/144 | 174 | 18 |
|
|
|
| 2 |
6/128 | 7/140 | 145 |
|
|
|
|
|
| 3 |
2/128 | 141 | 1/145 |
|
|
|
|
|
| 4 |
127 | 4/141 | 3/144 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی نهم: نتایج مرحلهی نهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (9)، ارائه شده است.
جدول (9) نتایج مرحلهی نهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
3/108 | 1/113 | 1/117 | 380 | 15 | 5/5 | 11 | 17 | 19/8/1401 | 1 |
110 | 114 | 5/117 | 420 | 17 |
|
|
|
| 2 |
7/109 | 7/114 | 7/116 |
|
|
|
|
|
| 3 |
5/110 | 1/114 | 4/116 |
|
|
|
|
|
| 4 |
5/109 | 5/114 | 3/116 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی دهم: نتایج مرحلهی دهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (10)، ارائه شده است.
جدول (10) نتایج مرحلهی دهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی،TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order |
1/145 | 2/149 | 1/150 | 120 | 8 | 9/5 | 11 | 17 | 27/8/1401 | 1 |
1/145 | 2/149 | 1/150 | 116 | 6 |
|
|
|
| 2 |
1/141 | 1/145 | 1/150 |
|
|
|
|
|
| 3 |
143 | 6/148 | 6/151 |
|
|
|
|
|
| 4 |
136 | 7/147 | 150 |
|
|
|
|
|
| 5 |
• مرحلهی یازدهم: نتایج مرحلهی یازدهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB در جدول (11)، ارائه شده است.
جدول (11) نتایج مرحلهی یازدهم اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی pH ، عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | pH | Average low temperature(°C) | Average high temperature(°C) | Day | Order | ||||||
1/123 | 1/123 | 1/123 | 400 |
| 6 | 9/5 | 14 | 20 | 3/9/1401 | 1 | |||||
9/114 | 6/114 | 3/115 | 484 |
| 6 |
|
|
|
| 2 | |||||
8/120 | 2/120 | 4/121 |
|
|
|
|
|
|
| 3 | |||||
9/113 | 9/113 | 9/113 |
|
|
|
|
|
|
| 4 | |||||
2/119 | 2/119 | 2/119 |
|
|
|
|
|
|
| 5 | |||||
در نهایت، از دادههای بهدست آمدهی آزمونهای عمق سکی، غلظت TSS و آنالیز RGB میانگین گرفته شد (جدول 12).
جدول (12) نتایج میانگین اندازهگیری پارامترهای محیط زیستی عمق سکی، TSS و آنالیز RGB
|
|
|
| TSS (ppm) | SD (cm) | Order |
50/152 | 24/157 | 66/150 | 62/149 | 115 | 21 | 1 |
44/143 | 34/140 | 24/144 | 74/145 | 119 | 15 | 2 |
94/138 | 98/133 | 36/140 | 48/142 | 139 | 10 | 3 |
88/159 | 86/160 | 26/159 | 54/159 | 107 | 20 | 4 |
65/131 | 06/129 | 30/132 | 60/133 | 207 | 15 | 5 |
76/126 | 16/125 | 14/127 | 98/127 | 392 | 7 | 6 |
64/128 | 62/128 | 38/128 | 94/128 | 242 | 13 | 7 |
94/137 | 92/127 | 98/140 | 94/144 | 177 | 18 | 8 |
51/131 | 66/109 | 08/114 | 80/116 | 400 | 16 | 9 |
80/146 | 06/142 | 96/147 | 38/150 | 118 | 7 | 10 |
38/118 | 38/118 | 20/118 | 58/118 | 442 | 6 | 11 |
نمودار مقادیر میانگین مجموع رنگهای RGB نسبت به مقادیر میانگین TSS نمونههای موردمطالعه، در نمودار (1) ارائه شد.
شکل (2) مقادیر میانگین مجموع رنگهای RGB نسبت به مقادیر میانگین غلظت TSS نمونههای موردمطالعه
همانطور که در شکل (2)، مشاهده میشود، با افزایش غلظت TSS، مقدار میانگین مجموع رنگها کاهش یافته است و مقدار (8035/0 (
=، گزارش شده است. نمودار مقادیر RGB نسبت به غلظت TSS نمونهها در تصاویر زیر، ارائه شده است. بهطور کلی، اغلب، با افزایش غلظت TSS، مقدار هر کدام از رنگهای RGB کاهش مییابد. همانطور که در شکل (3) و (4) و (5) مشاهده شده است، محدودهی تغییرات غلظت TSS با بردار R و G مطابقت بیشتری داشته است. بردارهای R و G ضریب همبستگی بالاتری نسبت به بردار B دارند و تغییرات آنها با افزایش غلظت TSS بیشتر شده است. ضریب همبستگی برای نمودار R برابر با 8513/0 و برای نمودار G برابر با 832/0 است. نمودار B با ضریب همبستگی 6638/0، کمترین ضریب همبستگی را دارد.
شکل (3) نمودار تغییرات مقادیر R نسبت به غلظت TSS نمونه
شکل (4) نمودار تغییرات مقادیر G نسبت به غلظت TSS نمونه
شکل (5) نمودار تغییرات مقادیر B نسبت به غلظت TSS نمونه
بحث و نتيجهگيری
براساس طبقهبندی روشهای آفلاین و آنلاین، روشهای آفلاین نیاز به نمونهبرداری و آنالیز در آزمایشگاه دارند و موجب تأخیر در سنجش پارامترها میشوند. از میان بهترین روشهای آفلاین شناخته شده در ارتباط با سنجشهای محیط زیستی، تعیین وزن رسوب خشکشده از بهترین روشهاست و از بین آزمونهای مربوط به آن، آزمون TSS در این پژوهش، در فاز آزمایشگاهی انجام گرفت. از میان روشهای آنلاین، روش بررسی فضاهای رنگی در عکاسی بهکار گرفته شد. فضای سهرنگی RGB، روشی برای پایش محیط زیست و ساده، ارزان و اثرگذار است و بهطورکلی، مشکلات مربوط به سایر تکنیکهای اندازهگیری آنلاین، مربوط به زمان اندازهگیری، قیمت و مادهی موردنیاز است. شارما14و همکاران در سال 2020 میلادی، کاربرد روش سنجش طیف‌سنجی مادون قرمز مرئی- نزدیک (Vis-NIR) بهمنظور اندازهگیری TSS میوهی انبه بر روی تسمه نقاله را بررسی کردند. اطلاعات طیفی و مقادیر TSS مربوط به آن، برای ایجاد یک رابطهی خطی با رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLS) استفاده شد. طیف در سه محدودهی طول موج 400 تا1000 نانومتر، 600 تا 1000 نانومتر و700 تا 1000 نانومتر برای توسعهی مدل استفاده شد. ترکیب متعادلسازی و MAS بیانگر انتقال مؤثر طیف در طول موج 600 تا 1000 نانومتر است. مدل بهینه با استفاده از تکنیک اعتبارسنجی خارجی، بهترتیب با ضریب همبستگی مجموعهی کالیبراسیون و مجموعهی پیشبینی80/0 و 74/0 بهدست آمد. نتایج آماری رگرسیون PLS قابلیت اجرایی شدن سیستم تسمه نقاله را بهمنظور درجهبندی میوهها براساس TSS نشان داد (شارما و همکاران در سال 2020 میلادی). اصغرنژاد و صرافزاده در سال 2020 میلادی، توسعه عکس دیجیتال بهعنوان روشی مبتکرانه برای تعیین غلظت سلول بیوماس لجن فعال را بررسی کردند. بر اساس یافتهها شدت رنگ آبی در تصویر ماکروسکوپی میتواند شاخص دقیقی برای اندازهگیری غلظت سلول باشد. در نهایت یک همبستگی بین مقادیر RGB و غلظت سلول در مقادیر پایینتر بیوماس براساس قانون بیر-لامبرت پیشنهاد شده که میتواند غلظت سلول بیوماس لجن فعال را با ضریب (97/0 (=، برمبنای شاخص B (رنگ آبی) تخمین بزند (اصغرنژاد و صرافزاده،2020). پینگپینگ و همکاران در سال 2019 میلادی، اندازهگیری رنگی براساس روش تصاویر و کاربرد آنها در تعیین کیفیت آب را بررسی کردند. برای سنجش محلول رنگی استاندارد، روش پیشنهادی نسبت به اسپکتروفتومتری دقت بالاتری داشته است. بهمنظور اندازهگیریهای واقعی نمونهی آب، تفاوت مشخصی بین این روش و روش اسپکتروفتومتری مشاهده نشد (پینگپینگ و همکاران، 2019). فرهاد میرزایی و همکاران در سال 1398، رابطهی کدورت آب و غلظت TSS در آبیاری قطرهای را بررسی کردند. نتایج نشان میدهد که در طول موج 750 نانومتر بین درصد عبور نور و کل مواد معلّق جامد در آب، R2 برابر با 9916/0 و خطای کمتری وجود دارد و یک معادلهی درجه دوم (y= 49/853x2 -116/71x+102/02) بین درصد عبور نور و کل مواد معلّق جامد وجود دارد (میرزایی و همکاران، 1398). در پژوهش پیشرو نیز، تکنیک آنالیز تصاویر مورداستفادهی فضای سه رنگی قرمز، سبز و آبی، اجازهی یافتن رابطهی معکوس با غلظت TSS را میدهد. برطبق این بررسیها، کاهش رنگهای قرمز و سبز با افزایش غلظت TSS سریعتر اتفاق افتاد. رنگ آبی، غیرفعالترین رنگ گزارش شد. روند تجزیهی رنگهای قرمز، آبی و سبز تصاویر، با افزایش TSS، روند نزولی را دنبال میکند. در تمامی محدودههای غلظتی TSS، دادههای R مطابقت بیشتری با غلظت TSS دارد. باتوجه به نتایج بهدست آمده از این پژوهش و مقایسهی آنها با نتایج پژوهشهای مشابه که به آنها اشاره شد و بررسی ضرایب همبستگی آنها، سنجش تصاویر ماکروسکوپی نه تنها بررسی لحظهای را محدود نمیکند، بلکه خطاهای مربوط به اُپراتور و دید محدود میکروسکوپ را نیز، ندارد. در تکنیک میکروسکوپی، معایب دیگری مانند تصاویر پیچیده، هزینهی بالا و پیچیدگی روش، وجود دارد. این روش مبتکرانه، ظرفیت ترکیب با تصاویر میکروسکوپی و شبیهسازی کمّی و کیفی را دارد و میتواند موردتوجه و مطالعهی بیشتری قرار بگیرد.
پیشنهادات
1- با توجه به اهمیت پایش آلایندههای محیط زیستی و نظربه وجود دادههای پراکنده در مراکز مختلف از قبیل ادارات محیط زیست، آب و فاضلاب، مراکز پژوهشی و دانشگاهی، وجود سامانهی متمرکز دادههای پایشی جهت ارائه راهکار و راهبری طرح‌های پژوهشی و کاربردی حائز اهمیت است.
2- کاربرد روش فضای سهرنگی RGB، بهمنظور پایش محیط زیستی و ارائهی دادههای حاصل از آن در سامانهی متمرکز دادههای پایشی در کنار سایر دادههای بهدست آمده از روشهای آنلاین و آفلاین
3- توسعهی این روش در فاز حقیقی و محیط طبیعی و بررسی ارتباط آن با سایر آلایندههای شیمیایی و میکروبی محیط زیستی
مراجع
استوار، فریبا؛ توکلی، محدثه (1396). راهنمای آزمایشگاهی شیمی محیط زیست. رشت: پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی.
بهروزی راد، بهروز (1377). ارزش تالابها و نقش کنوانسیون رامسر در حفاظت از آنها. فصلنامهی علمی سازمان حفاظت محیط زیست. (10)34، 2-24.
توکلی، بابک؛ ثابترفتار، کریم (1381). مطالعهی تأثیر فاکتورهای ساخت جمعیت و تراکم جمعیت حوزهی آبخیز روی آلودگی رودخانههای منتهی به تالاب انزلی. مجلهی محیطشناسی. ویژهنامهی تالاب انزلی.459 دوره 28، 57-51.
خسروی، معصومه؛ بهرامیفر، نادر؛ قاسمپوری، سید محمود (1390). بررسی آلودگی فلزات سنگین در رسوب سه بخش تالاب انزلی. مجله سلامت و محیط. دورهی چهارم. شمارهی (2)، 232-223.
طاهری شهرآئيني، حمید (1393). کاربرد دادههای مریس در تخمین عمق شفافیت در دریای خزر با روشهای رگرسیون خطی تکمتغیره و چندمتغیره. سنجش از دور و GIS ایران. سال ششم. شماره (1). 84-69.
منوری، مسعود؛ رحیمی، راضیه؛ میرحسینی، ابوالقاسم (1397). ارزیابی پیامدهای تغییر اقلیم. میبد: دانشگاه آزاد اسلامی.
منوری، مسعود (1374). محیط زیست گیلان. کتاب گیلان، تهران: انتشارات گروه پژوهشگران ایران.
منوری، مسعود (1399). تالابهای گیلان. دانشنامه فرهنگ و تمدن گیلان 74. رشت: انتشارات فرهنگ ایلیا.
مولایی هشجین، نصرالله؛ دادرس، حسن (1385). برنامهریزی بهمنظور توسعه در روستاهای حاشیهی تالاب بندرانزلی. فصلنامهی چشمانداز جغرافیایی. سال اول. شمارهی (2). 144-127.
میرزایی، فرهاد؛ سجودی، زینب؛ شهریاری، اسماعیل (1398). تعیین رابطهی کدورت آب (NTU) و کل مواد معلّق (TSS) در آبیاری قطرهای. پژوهش و فناوری محیط زیست. دورهی چهارم. شماره (6). 54-47.
Asgharnejad, H., Sarrafzadeh, M. H. (2020). Development of Digital Image Processing as an Innovative Method for Activated Sludge Biomass Quantification. Frontiers in Microbiology. 11(1-10) .https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.574966
Carreres-Prieto, D., García, J.T., Carrillo, J. M., Vigueras-Rodríguez, A. (2023). Towards highly economical and accurate wastewater sensors by reduced parts of the LED-visible spectrum. Science of The Total Environment, 871( 1). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162082
Federation, W.E. & American Public Health Association. (2005). Standard methods for the examination of water and wastewater. American Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA.
Han, W., Sun, Y., Xu, T., Chen, X., Su, K. O. (2014). Detecting maize leaf water status by using digital RGB images. Int J Agric & Biol Eng. 7 (1). Open Access at http://www.ijabe.org
Manickavasagan, A., Al-Mezeini, N.K., Al-Shekaili, H.N. (2014). RGB color imaging technique for grading of dates. Scientia Horticulturae (175) 87–94. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2014.06.003
Pingping, C., Yuanyang, Zh., Wenzhu, Zh., Sheng, L., Hongwen, G. (2019). Chromaticity Measurement Based on the Image Method and Its Application in Water Quality Detection. Water. 11, 2339. doi:10.3390/w11112339
Sharma, S., Sirisomboon, P., Pornchaloempong, P. (2020). Application of a Vis-NIR Spectroscopic Technique to Measure the Total Soluble Solids Content of Intact Mangoes in Motion on a Belt Conveyor. The Horticulture Journal. doi: 10.2503/hortj.UTD-168
[1] . Asgharnejad
[2] . Sarrafzadeh
[3] . Secchi Depth (SD)
[4] .Angelo Secchi
[5] .Federation
[6] .American Public Health
[7] .Carreres-Prieto
[8] . Carreres-Prieto
[9] . Han
[10] . kurtosis
[11] . skewness
[12] . Manickavasagan
[13] . Pingping
[14] . Sharma