Lazer Tarama Sistemleri ile Veri Toplama

Sayısal arazi modeli üretiminde kullanılan bir diğer yöntem de LIDAR (Light Detection And Ranging) teknolojisidir. Lidar; bugün yalnızca SYM üretiminde değil, atmosfer araştırmaları ve bitki örtüsü saptama da dahil pek çok alanda yapılan araştırmalarda kullanılmaktadır. Havadan kullanılan bu lazer ölçüm sistemi; lazer tarayıcı, global konumlama sistemi (Global Positioning Systems - GPS) ve harita hassasiyetini oldukça artıran atalet ölçüm ünitesinden (inertial measuring unit - IMU) oluşur.

Lazer tarayıcı sistemlerinin iki temel tipi vardır: Atım formu (pulse) ve dalga formu. Atım formu, topoğrafik uygulamalarda yaygın olan tiptir. Bu formda lazerden kesikli sinyaller gönderilir ve bir ya da daha fazla sinyal kayıt olarak geri döner. Dalga formu ise sürekli sinyal kullanır ve sürekli ya da ona yakın bir sinyal geri döner. Farklı tarama frekansları Lidar sisteminde kullanılabilir. Frekans seçimi uygulamaya bağlıdır. Proje parametreleri, ayırma gücü ve uçuş yüksekliğine bağlıdır. Uçuş yüksekliği genellikle 100 ile 5000 metre arasında değişir ve saatte 75-250 km. hız kullanılır.

Lazer tarayıcı uçağa hava kamerası olarak monte edilir. Lazer tarayıcı, yeryüzüne, daha sonra yeryüzünden yansıyacak olan kızıl ötesi sinyal gönderir. Tarayıcıdan gönderilen pulsların sayısı kHz biriminde ölçülür. 10 kHz, 1 saniyede 10000 pulse gönderiliyor demektir. Lazer ışığının bu yolculuğu tamamlayıncaya kadar geçen süre ölçülür. Uçağa daha yakın olan cisimlerden yansıyan sinyaller, uzak

olan cisimlerden yansıyan sinyallere göre daha çabuk araca dönerler. Sinyal yer ve araç arasındaki yolu iki defa kat ettiği için süre ikiye bölünür ve bulunan bu değer ışık hızı ile çarpılarak aradaki mesafe bulunur.

Lidar üç farklı bileşenden oluştuğu için her bir bileşenin zamanlamasını diğerlerine uydurmak mümkün olmayabilir. Zamanlamaları uyumlu hale getirmek proses yapmayı gerektirir. GPS alıcısı uçuş süresince genellikle 1 saniyede bir alıcının konumunu tespit eder. Fakat uçaklar 1 saniyede 50 m.’den fazla yol kateder. Demek oluyor ki aralarda lazer tarayıcı konum bilgilerinin enterpole edilmesi gerekir. IMU algılayıcıların dönüklük değerlerini tespit eder. Elde edilen sonuçların tek bir yer referans siteminde olması arzulanır. Verilerin yer referans sistemine çevrilmesi için yer kontrol noktaların tesis edilmektedir.

Lidar atmosferik çalışmalarda, deniz seviyesi ölçümlerinde ve buzul araştırmalarında kullanan çok yönlü bir teknolojidir. Aynı zamanda arazi haritalama uygulamalarında da kullanılmaktadır. Bu teknoloji DTM modeli için yüksek doğruluk ve yüksek nokta yoğunluğu sunar. Bundan başka proje süresini de %30’a varan oranlarda hızlandırır. Teorik olarak yeterli gün ışığı olmadığında ya da bulutlu havada çekilen fotoğraflar dolayısı ile proje kısmen etkilenir. Fotogrametrik metotların tersine, lidar düşük kontrast da, az kot farkı olan yerlerde, nispeten düşük yoğunluktaki bitki örtüsüne sahip alanlarda daha etkilidir. Yer kontrol noktalarının görülmesinin çok zor olduğu sahil ve ormanlık alanlarda lidar klasik fotogrametriye göre daha kaliteli veri toplama imkânına sahiptir. Bunlarla birlikte Lidarın donamın maliyeti oldukça yüksektir.

Lidar bazı yönlerden ve karakteristiklikler yönünden RADAR ile benzerdir. Lidar dataları da RADAR’da olduğu gibi 24 saat toplanabilir. Her ikisi de algılama sistemi olmasına rağmen, farklı sinyaller kullanırlar. Atmosferik parametreler ikisini farklı biçimlerde etkiler. Lazer altimetresi her havada kullanılan bir sistem değildir. Diğer taraftan, arazi tarayıcıların elektromanyetik ölçümlerinde görünür olmalıdır. Bazı bulutlanma problemleri giderilebilmesine rağmen, genellikle bu zordur. Genellikle lidar bitki örtüsünün içinden geçer. Fakat bu her bitki için geçerli değildir. Yaprakların arasındaki boşluklardan lazer ışınları geçer. Fakat ışın ağaç gövdesine

gelirse lazer geçemez. Genel olarak ağaçların altına geçip havaya bakıldığında eğer gökyüzü görülebiliyorsa burada lazer ile ölçüm yapılabilir.

2.5.1.4 Radar sinyal dalgalarından yararlanılarak veri toplama

Radar görüntüleme aktif bir sistemdir. Işık kaynağını kendisi sağlar ve dış bir ışıklandırma kaynağına ihtiyaç duymaz. Bir radar, gündüzün veya gecenin her saatinde görüntü elde edilebilir. Buna ek olarak mikro dalgalar kolayca bulutların arasından nüfuz edebilir.

IFSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) kullanılarak; sayısal arazi modeli, deformasyon haritası ve tematik harita üretmek için aynı bölgede iki ya da daha fazla sayıda SAR veri seti ve aynı uzay algılama aracının kullanılması gereklidir. Bu veri setleri radar sinyalinin faz ve büyüklük değerleri ile yörünge, zaman, kalibrasyon ve diğer gerekli parametrelerini içermelidir.

Radar görüntülemenin temel prensibi, yeryüzüne elektromanyetik radyasyon yaymak ve bu dalganın büyüklüğünü ve geri yansıması arasındaki zaman gecikmesini kayıt etmektir. Bu bilgi aşağıdaki parametrelerle ifade edilen elektromanyetik dalga ile taşınır:

• Çoğalmanın yönü • Genlik

• Dalga boyu • Yayılım • Faz

Sayısal Arazi Modeli, farklı algılayıcı konumlarından elde edilen iki SAR veri seti interferogramlarının kullanılmasından elde edilir. Deformasyon Haritaları, Diferansiyel INSAR adı verilen bir teknikle oluşturulur. Sistemin çalışma prensibi, farklı zamanlarda elde edilen üç veri setine ait iki interferogram arasındaki farkların hesaplanmasına dayanır. Bu sistem, buz kütlelerinin hareketleri, tektonik plakaların kaymalarının tespiti ve volkanik hareketler gibi özelliklerin belirlenmesinde kullanılabilir.

Radar interferometresi yeryüzünün üç boyutlu bilgisinin üretilmesi için kullanılır. Farklı açılardan elde edilmiş aynı yerin iki SAR resmindeki eşlenik pikselleri arasındaki faz farkının değerlendirilmesi esasına dayanır. SAR sistemleri geri dönen sinyallerin fazlarını oldukça yüksek bir doğrulukla algılayabilmektedir. IFSAR için kullanılacak olan radar verileri iki farklı şekilde toplanabilir: bunlardan ilki; tek veya eşzamanlı geçiş interferometrisi ve tekrarlı geçiş interferometrisi.

SAM üretimi iki aşamada gerçekleştirilebilir. İlk aşamada interferogramdaki her noktanın yüksekliği hesaplanır ve sonuçta elde edilen yükseklik haritası eğim haritası şeklinde olur. İkinci adım ise elde edilen bu yükseklik haritasının elde bulunan kartografik referans sistemine dönüştürülmesidir. Burada söz konusu olan geocoding, yörünge bilgilerini kullanarak arazi-görüntü arasındaki ilişkiyi kartografik referansı baz alarak kurar.

Radar sinyal dalgalarından yararlanarak veri toplayan en önemli uydular; SRTM (Shuttle RADAR Topography Mission), JERS–1 (Japanese Earth Resources Satellite), RADARSAT–1, ENVISAT ve ALOS uydularıdır. Bu çalışmada kullanılan SYM’lerinin bir tanesi de SRTM verilerinden üretilmiştir. SRTM hakkında detaylı bilgi Bölüm-3’te anlatılmaktadır.

2.5.1.5 Fotogrametrik ölçmelerle veri toplama

Fotogrametri; çeşitli hava araçlarına monte edilmiş olan metrik kamera, algılayıcı ve tarayıcılarla havadan veya uzaydan alınan fotoğraf ya da görüntüler kullanılarak veri elde etmeye ve cisimler hakkında üç boyutlu geometrik bilgiler çıkarmaya yarayan bir ölçme, değerlendirme ve yorumlama tekniğidir. Son yıllarda oldukça geniş bir uygulama alanı bulan uydu görüntülerinden ve uzaktan algılama verilerinden yararlanarak arazinin topoğrafik yapısına ilişkin geometrik, tematik ve öznitelik bilgilerinin çıkarılması konusu, uzaktan algılama ve sayısal görüntü işleme tekniklerinin ilgi alanına girmekle beraber, günümüzde fotogrametri ve uzaktan algılama tekniklerini birbirinden kesin çizgilerle ayırmak olanaklı değildir (Fritsch 1995).

Fotogrametrik yöntemde temel veri kaynağı, üç boyutlu görüntü oluşturmaya olanak veren hava fotoğrafları ve uydu görüntüleridir.

Klasik fotogrametrik sistemler olarak adlandırılan analog ve analitik kıymetlendirme aletlerinde veri kaynağı, analog formdaki resim çiftleridir. Digital fotogrametrik sistemlerde ise, digital görüntüler veri kaynaklarıdır.

Fotogrametrik yöntemle veri toplamada; nokta seçimi ve seçilen noktaların koordinatları ile kaydedilmesi başlıca üç yolla yapılabilir (Sarbanoğlu 1990):

• Seçerek örnekleme yöntemi, • Uyum sağlayarak örnekleme, • Otomatik korelasyonla örnekleme.

Seçerek örnekleme (Progressive Sampling) yöntemi: Koordinatları ile kaydedilecek noktalar veri toplamadan önce ya da veri toplama sırasında seçilirler. Özelliğine bağlı olarak uygulamada etkinlik kazanmıştır. Foto yorumu gerektirir.

Bu yöntemle; arazinin özelliğine bağlı olarak bilgisayarla örnekleme hassasiyetini düşüren, bulutlu, suyla kaplı, yoğun dağlık, kısaca stereoskobik niteliği zayıf, çok düzensiz veya çok düzenli alanlara ilişkin normal yüzey özellikleri örneklenir.

Her model için arazi cinsine bağlı olarak X, Y, Z elde edilir veya bilgisayar destekli sistemlerle X, Y koordinatları hesaplanıp sadece Z koordinatları operatörün müdahalesiyle tespit edilir, veriler vektör formatında depolanır.

Uyum sağlayarak örnekleme (Adaptive Sampling) yöntemi: Bu yöntemle, veri toplamada; profiller boyunca, eşyükselti eğrileri boyunca veya belirlenen kot noktalarında arazinin örneklenmesi uygundur.

Otomatik korelasyonla örnekleme: Sayısal fotogrametrik sistemlerle çalışabilmek için görüntülerin de sayısal olması gerekliliği, 1972 yılından itibaren uzaya gönderilmeye başlanan uzaktan algılama amaçlı Landsat uydularındaki çok bantlı algılayıcılardan elde edilen sayısal görüntüleri, bu alanda ilk uygulama çalışmalarının temelini oluşturmasına neden olmuştur. Ardından SPOT uydusunun stereo görüntülerinin devreye girmesiyle söz konusu teknik, bütünüyle stereo fotogrametrinin esaslarını benimsemiş bir yapıya dönüşmüştür. Sayısal yükseklik bilgilerinin, otomatik korelasyon tekniği kullanarak stereo görüntülerden elde edilmesi yönündeki çalışmalar günümüzde büyük gelişim göstermiştir. Sayısal

görüntüleri veri kaynağı olarak alan ve paralaks farklarını belirleyerek sayısal yükseklik modelini elde etme şeklinde kullanılan bu teknik, görüntü çiftlerinin çakıştırılmasını gerekli kılmaktadır. Söz konusu geometrik model, görüntü korelasyonu eşlenik (epipolar) hatlar boyunca oluşturulan kenar veya detay (feature) noktalarını esas alır.

Stereo otomatik korelasyon tekniği ile SYM oluşturmada, üç ana işlem aşaması bulunmaktadır. Bunlar; iki görüntünün stereo çakıştırılması (matching), üç boyutlu yer koordinatlarını oluşturmak için uzay geriden kestirmesi ve düzenli SYM matrisini elde etmek için enterpolasyon işlemidir.