چندین شهر در سراسر جهان با محیط‌های حرارتی رو به وخامتی مواجه هستند که جزایر گرمایی شهری و امواج گرما مشخص می‌شود. این تخریب را می توان به افزایش استفاده از مواد مصنوعی پوشش زمین، کاهش مناطق سبز و تغییرات سریع در محیط های فیزیکی مانند افزایش ساختمان های بلند نسبت داد [1]، [2]، [3] ، [4]، [5]، [6]. استفاده گسترده از مواد پوشش مصنوعی زمین منجر به انباشت انرژی در سطوح شهری شده است که منجر به افزایش دمای سطح زمین (LSTs) و دمای هوا شده است [7، [8]، [9]، [10]، [11]، [12]. دماهای بالا آسایش حرارتی ساکنان شهری را به خطر می اندازد و منجر به مسائل مختلفی از جمله بیماری های مربوط به گرما و افزایش مصرف انرژی می شود [13, [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]. ]، [20]. علاوه بر این، این مسائل به مناطق شهری محدود نمی شود، بلکه پیامدهای ملی و جهانی دارد. بنابراین، ابتکارات جدید برای بهبود محیط حرارتی شهری، به ویژه آنهایی که بر برنامه‌ریزی فضایی کارآمد و اصلاح ویژگی‌های محیطی فیزیکی مسئول مسائل حرارتی تمرکز دارند، ضروری هستند.

ویژگی‌های محیط فیزیکی، مانند پوشش‌های مختلف زمین و مصالح ساختمانی مورد استفاده در فضاهای شهری و قرارگیری ساختمان‌ها و درختان، بر تجمع انرژی حرارتی در زمین تأثیر می‌گذارند که به نوبه خود بر عوامل جوی مانند دما [21] و باد تأثیر می‌گذارد. [22]. بنابراین، بهبود مستمر و مؤثر محیط حرارتی یک منطقه شهری مستلزم شناسایی ویژگی‌های حرارتی منطقه مرتبط با ویژگی‌های محیط فیزیکی و ایجاد استراتژی‌هایی است که بتواند به طور مؤثر این ویژگی‌ها را در برنامه‌ریزی فضایی ادغام کند [23]، [24]، 25]، [26]. مطالعات قبلی ابزارها و روش‌های متعددی را برای دستیابی به این هدف به کار گرفته‌اند. مطالعات قابل توجهی را می توان به مواردی دسته بندی کرد که از تصاویر ماهواره ای و وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) همراه با فناوری اطلاعات مکانی استفاده کردند، مانند سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) [13]، [27]، [28]، آنهایی که از مدل سازی ریزاقلیم استفاده می کردند، مانند ENVI-met [5]، [29]، [30]، [31]، [32]، و آنهایی که بر اساس اندازه گیری های درجا [33]، [34]، [35]، [36]، [37] ]، [38]، [39]، [40]، [41]، [42]، [43].

هر یک از رویکردهای به کار رفته در این مطالعات دارای مزایا و محدودیت هایی است. مطالعاتی که از فناوری اطلاعات مکانی استفاده می‌کنند می‌توانند داده‌ها را برای محیط‌های مختلف سطح زمین با استفاده از ماهواره‌ها و تصاویر پهپاد جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کنند و ویژگی‌های حرارتی یک منطقه را با استفاده از حسگرهای حرارتی-مادون قرمز ثبت کنند [44، [45]، [46]. سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی می‌توانند از داده‌های خصوصیات فیزیکی و حرارتی به‌دست‌آمده از ماهواره‌ها و پهپادها برای تعیین روابط بین این ویژگی‌ها از طریق ابزارهای تحلیل فضایی استفاده کنند. با این حال، دقت اطلاعات مکانی باید برای این رویکرد تایید شود زیرا این داده‌ها توسط سنجش از راه دور گرفته می‌شوند. اگرچه پهپادها قادر به گرفتن تصاویر در ارتفاع کم و وضوح فضایی در سطح میلی متری هستند، اما ممکن است نتوانند اطلاعاتی را از مناطقی که دسترسی به آنها دشوار است، مانند مناطقی که با سایبان درختان پوشیده شده است یا در سایه کوه ها قرار دارند، به دست آورند [47]، [48]. ]. علاوه بر این، در حالی که اطلاعات طیفی از تصاویر را می توان برای تشخیص سریع اجزای حرارتی مانند دمای سطح، اجزای حرارتی اتمسفر، مانند دما، رطوبت، و میانگین دمای تابشی مورد استفاده قرار داد (T _mrt)، باید به طور غیرمستقیم از طریق اندازه گیری های میدانی یا مدل سازی آب و هوا تجزیه و تحلیل شود، که یک محدودیت است. مطالعات مدل‌سازی ریزاقلیم، پیش‌بینی مکانی و زمانی خواص حرارتی مختلف را تنها بر اساس داده‌های محیط فیزیکی (به عنوان مثال، مصالح پوشش زمین، مصالح ساختمانی و ارتفاع، و اطلاعات درخت) و داده‌های اولیه آب و هوای منطقه مورد نظر تسهیل می‌کند [23]. اگرچه این مطالعات برای تعیین رویکردهای برنامه‌ریزی فضایی بهینه برای بهبود محیط‌های حرارتی (با تغییر محیط‌های فیزیکی) [49] ارزشمند هستند، اما تکرار دقیق شرایط دنیای واقعی در محیط‌های مدل‌سازی همچنان چالش‌برانگیز است که منجر به مشکلات بالقوه دقت در پیش‌بینی‌ها شده است [32]. ]، [50]. یکی دیگر از ایرادات مصرف زمان قابل توجهی است که می خواهید نتایجی با دقت بالا داشته باشید. مطالعات مبتنی بر اندازه‌گیری‌های درجا می‌توانند ویژگی‌های حرارتی دقیقی را زمانی که از تجهیزات اندازه‌گیری مناسب استفاده می‌شود، ارائه دهند [51]، [52]. با این حال، محدودیتی در در نظر گرفتن محیط های فیزیکی مختلف به دلیل محدودیت های تجهیزات اندازه گیری وجود دارد [53]. علاوه بر این، چنین مطالعاتی به منابع انسانی و زمان قابل توجهی نیاز دارد. تحقیقات برای تکمیل مزایا و معایب هر روش تحقیق در حال انجام است. به عنوان مثال، چند مطالعه فناوری اطلاعات مکانی [48]، [54]، [55]، [56] یا مدل‌سازی آب و هوا [57، [58]، [59] را با اندازه‌گیری‌های درجا ترکیب کرده‌اند. با این حال، چنین مطالعاتی به نقاط اندازه گیری متعددی برای تأیید صحت تصاویر ماهواره ای و پهپاد نیاز دارد و بنابراین نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی از نظر تجهیزات، زمان و منابع انسانی دارد. بنابراین لازم است با در نظر گرفتن روش‌ها و فناوری‌های مختلف تحقیقاتی از جمله فناوری اطلاعات مکانی، فناوری پهپاد، اندازه‌گیری‌های میدانی و مدل‌سازی اقلیمی، راه‌های بهبود محیط حرارتی در مناطق شهری بررسی شود. مهمتر از همه، برای تسهیل تشخیص سریع و اقدامات واکنش سریع برای محیط حرارتی در مناطق شهری، توسعه فناوری‌هایی که قادر به تجزیه و تحلیل محیط‌های حرارتی بر اساس داده‌های تصویری متنوع با وضوح بالا جمع‌آوری‌شده توسط پهپادها هستند، بسیار مهم است.

ما قبلاً محیط فیزیکی دقیق یک منطقه شهری را با وضوح فضایی 1 سانتی متر با استفاده از تصاویر طیفی مختلف به دست آمده از پهپادها تجزیه و تحلیل کردیم [23]. ما نتایج را با خواص حرارتی منطقه، از جمله شار تابش و T _mrt ، که در 11 نقطه اندازه‌گیری شد، مقایسه کردیم. بنابراین ما ویژگی های خواص حرارتی منطقه مورد مطالعه را با توجه به محیط های فیزیکی مختلف شناسایی کردیم. این مطالعه استفاده بالقوه از پهپادها را در برنامه‌ریزی فضایی، توسعه استراتژی و سیاست‌گذاری برای بهبود محیط‌های حرارتی شهری با توجه به توانایی پهپادها برای جمع‌آوری سریع و آسان اطلاعات دقیق در مورد محیط‌های فیزیکی برجسته کرد. علاوه بر این، این مطالعه نیاز به گسترش کاربرد پهپادها را با در نظر گرفتن طیف وسیع‌تری از محیط‌های فیزیکی پیشنهاد کرد.

بنابراین، در این مطالعه، ما محیط فیزیکی و مولفه‌های حرارتی پیش‌بینی‌شده با استفاده از ENVI-met، یک مدل ریز اقلیم نماینده، را با داده‌های پهپاد برای بهبود کاربرد پهپادها برای ارزیابی محیط‌های حرارتی، با در نظر گرفتن محیط‌های فیزیکی متعدد و متنوع‌تر از مطالعات قبلی مقایسه کردیم. ما دانشگاه ملی Changwon در منطقه مرکزی شهر Changwon، کره جنوبی را به عنوان منطقه مورد مطالعه انتخاب کردیم که با محل مطالعه در مطالعه قبلی ما مطابقت دارد [21]. ابتدا، داده‌های فیزیکی محیطی و LST جمع‌آوری‌شده از پهپادها را تحلیل کردیم و محیط‌های فیزیکی را به انواع مختلف طبقه‌بندی کردیم. دوم، ما محیط‌های فیزیکی و خواص حرارتی منطقه مورد مطالعه را از طریق اندازه‌گیری‌های درجا تحلیل کردیم. سوم، ما محیط‌های فیزیکی و خواص حرارتی منطقه را با استفاده از شبیه‌سازی‌های ENVI-met پیش‌بینی کردیم و نتایج را با داده‌های اندازه‌گیری درجا مقایسه کردیم. در نهایت، امکان استفاده از پهپادها برای پیش‌بینی ویژگی‌های حرارتی یک منطقه را با مقایسه محیط‌های فیزیکی و خواص حرارتی مشاهده‌شده با استفاده از پهپادها با موارد پیش‌بینی‌شده توسط شبیه‌سازی ENVI-met بررسی کردیم.