UYDU GÖRÜNTÜLERİ YARDIMIYLA PLAJ ALANLARINDA DANE ÇAPININ BELİRLENMESİ

Transkript

1 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 359 UYDU GÖRÜNTÜLERİ YARDIMIYLA PLAJ ALANLARINDA DANE ÇAPININ BELİRLENMESİ S.Erkan KAÇMAZ Sedat KABDAŞLI Kıyı Yük.Müh. Prof.Dr. İTÜ İnşaat Fakültesi, İnşaat Müh. Böl., Hidrolik Lab., Maslak-İstanbul-Türkiye ÖZET Yapılan bu çalışmada, çalışma bölgesindeki kumsalların yapısal özelliklerinin belirlenmesine çalışılmıştır. Bu çalışma için kıyı mühendisliği çalışmaları için uydu teknolojisinden yararlanılarak uydu görüntüleri kullanılmıştır. Böylelikle yeni teknolojiler çalışmalara uyarlanmıştır. Bölgedeki plaj alanlarında yersel çalışmalar yapılmış ve numuneler toplanmıştır. Alınan bu numuneler incelenmiş ve dane çapı dağılımı (granülometrik analizleri) belirlenmiştir. Yersel çalışma ile elde edilen verilere göre uydu görüntülerinden kumsallara ait bilgiler elde edilmiştir. Bu işlemler için bir algoritma oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlar incelenmiştir. Bölgedeki plaj alanlarının envanteri çıkarılmış ve kıyı boyunca kapladıkları alanlar belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar yapılacak birçok çalışma için bize bilgi verebilecektir. Kullanılan yöntem ile çalışma çok hızlı bir şekilde yapılmıştır. GİRİŞ Yumuşak kıyıları oluşturan malzeme kum, çakıl, silt ve benzeri katı maddelerden oluşabilir ve genel olarak plaj veya kumsal olarak isimlendirilirler (Kabdaşlı S.). Yeryüzünde kumsalların gün geçtikçe aşınma gibi çeşitli nedenlerden dolayı azalmakta olduğu bilinmektedir..kumsalları da içeren kıyı bölgelerinin yapısal özelliklerinin belirlenmesi ve bölgenin doğal dengesinin genel yapısının ortaya çıkartılması kumsalların korunmasında büyük önem taşımaktadır. Kumsalların sahip olduğu tabii malzemenin dane çapının belirlenmesi ile sediment hareketi hakkında bilgi edinileceği ve doğal dengenin sürdürülebilirliğinin irdelenebileceği düşünülmektedir. Tüm bölgedeki kumsalların karakteristik özelliklerini belirlemek için klasik yöntemler kullanılması uzun bir zaman ve ekonomik olarak büyük bir maliyet gerektirmektedir. Uzaktan algılama teknolojisinin söz konusu zorlukları önemli ölçüde azaltarak daha etkin sonuçlara varılabilmesine olanak sağladığı bilinmektedir. Bu çalışmada, uydu görüntüleri yardımıyla plaj alanlarında dane çapının belirlenmesi için bir algoritma oluşturulmaya çalışılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, Ikonos Multispektral uydu görüntüsü kullanılmıştır. Elektromanyetik Spektrum Elektromanyetik spektrum, ışık hızı ile hareket ederek boşluk boyunca yayılan dalga boyu, nanometrelerden metrelere kadar değişen sürekli enerjidir. Her madde tarafından belli bir miktarda elektromanyetik enerji yayılır. Bu enerji yayılması uzaktan algılamada, ışınım yoluyla olur. Elektromanyetik enerjinin miktarı, enerji kaynağının

2 3 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu dalga boyuna bağlıdır. Buna gore dalga uzunluğu arttıkça enerji miktarı azalır. Maddenin artan ısısıyla birlikte kısa dalga boylarına doğru enerji miktarı artar. Elektromanyetik spektrum, dalga boyları temel alınarak bölgelere ayrılmıştır. Elektromanyetik spektrumun algılama aralıkları, algılayıcı uyduların tasarımında ve çalışmalarda kullanılacak uydu görüntülerinin seçiminde büyük önem arz etmektedir. Yeryüzünün tüm özelliklerinin, kimyasal, ısıl, elektriksel ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi için, elektromanyetik spektrumun farklı bölgelerinde algılama yapan çeşitli algılayıcılara gereksinim vardır. Zeminlerin Spektral Yansıtması Zeminlerin spektral yansıtmalarında, sadece yansıtma ve yutma söz konusudur. Zeminlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin farklı olmasından dolayı, yutma ve yansıtma özellikleri de farklıdır. Zeminlerin spektral yansıtmasını etkileyen faktörler; Zeminin su muhtevası, Zeminin içeriği (kum, kil,çamur oranı), Yüzey pürüzlülüğü, Organik madde muhtevasıdır. Genel olarak, bir zeminde su muhtevasının artmasıyla yansıtma özelliği azalır ve zeminler koyu renkte gözükürler. Kuru zeminler, ıslak zeminlere oranla daha fazla yansıtırlar. Su muhtevası; zeminin yapısı ve içeriği ile ilgilidir. Kaba ve kumlu zeminler iç; drenaj olanağı da fazla olduğundan bunların yansıtma özellikleri çok fazladır, buna karşılık ince dokulu, az drenaj imkanlı zeminlerde yansıtma özelliği azdır. Zeminlerde suyun bulunmaması durumunda, kaba içerikli zeminler yüzey pürüzlülüğünün fazla olması nedeniyle koyu, ince içerikli zeminler ise açık renk tonunda gözükürler. Laboratuar çalışmaları sonucunda, aynı cins zemin türü için dane boyutunun azalmasıyla birlikte yansıtma değerinin arttığı gözlemlenmiştir. Aynı özellikleri taşıyan zeminlerde, organik madde miktarındaki artış spektral yansımada azalmaya neden olur. Uydu Görüntüsü Özellikleri Algılayıcı : Siyah_Beyaz / Çok bantlı (Pancromatic / Multispectral) Çözünürlük : 1 m Siyah-beyaz - 4 m Çok bantlı Ürün Tipi :1-metre Siyah-Beyaz - 4-metre Çok bantlı 1 metre Renkli (1 metre siyah/beyaz verinin detay alansal içeriği ile çok bantlı 4 metre görüntü verilerinin renk içeriğini birleştirmektedir.) Bantlar : Siyah-Beyaz:.45-. mikrometre, Bant 1 Blue (Mavi): mikrometre, Bant 2 Green (Yeşil): mikrometre, Bant 3 Red (Kırmızı): mikrometre, Bant 4 Near Infrared: mikrometre (Yakın Kızılötesi) YÖNTEM Çalışma Bölgesi Çalışma bölgesi olarak Karadeniz Ereğli, Alaplı ve Akçakoca kıyılarını kapsayan plaj alanları seçilmiştir. Çalışma Bölgesinin koordinatları sağ üst köşe X= m Y= m, sol alt köşe X= m Y= m dir. Kıyı şeridinin uzunluğu yaklaşık 38 km dir (Şekil1).

3 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 361 Şekil 1 Çalışma bölgesinin tarihli Landsat7 ETM+ uydu görüntüsünde, RGB,3/2/1 bant kombinasyonunda gösterimi. Bu bölgenin seçilmesinde Akçakoca nın Batı Karadeniz de turizm açısından önemli bir yer olmasının yanı sıra Kdz. Ereğlinin demir çelik sanayinin yer aldığı bir ağır sanayi bölgesi olması etkin olmuştur. Yapılan çalışma planı doğrultusunda plaj alanlarına numune alınacak noktalar belirlenmiş ve Karadeniz Ereğli ve Akçakoca arasındaki kıyı boyunca 6 adet noktadan kum numuneleri alınmıştır. Bu numuneler alınırken aynı zamanda el GPS i ile koordinat ölçümleri yapılmıştır. Böylece numune noktaları belirli bir referans sisteminde koordinatlandırılmıştır. Numunelerin Koordinat Değerleri Tablo 1 Numune alım noktalarının koordinatları Numune No Bölge Tanımı X (m) Y (m) 1 Ereğli Plaj Bölgesi , ,39 2 Alaplı Plaj Bölgesi 3833, ,43 3 Kocaman Bölgesi 3573, ,53 4 Shell Mevkii Bölgesi 3988, ,27 5 Karayolları Kamp Mevkii Bölgesi , ,52 6 Akçakoca Plaj Bölgesi , ,21 Numune koordinat değerlerinin, Datumu : WGS 84, Projeksiyonu: UTM (Universal Mercator Projection), Zone: 36 Alınan Numunelerin Elek Analizi Sonuçları ve Granülometrik Eğrileri Alınan kum numunelerin dane çaplarının belirlenmesi için, elek analizleri İTÜ Hidrolik Laboratuvarı nda yapılmıştır. Buradan elde edilen sonuçlara göre herbir numunenin dane çapı dağılımı (granülometri) eğrisi elde edilmiştir (Şekil 2.a-f). Dane çapları çok geniş bir aralık içinde değiştiği için yarı logaritmik çizimler kullanılmaktadır (Özaydın K., 1999).

4 Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Elek Analizi Numune No: 1 Elek Analizi Numune No: Şekil 2.a 1 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Şekil 2.b 2 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Elek Analizi Numune No:3 Elek Analizi Numune No: Şekil 2.c 3 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Şekil 2.d 4 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Elek Analizi Numune No:5 Elek Analizi Numune No: Şekil 2.e 5 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Şekil 2.f 6 Nolu Numuneye ait dane çapı eğrisi Numunelerin Dane Çapları Elde edilen dane çapı dağılımı (granülometri) eğrisinden (Toğrol E., Tümay M, 1969), D, D 85 ve D 15 e göre dane çaplarının (mm) değerleri hesaplanmıştır (Tablo 2). Tablo 2 Numune numaralarına göre, D, D 85 ve D 15 e göre dane çaplarının (mm) değerleri. Numune No D (mm) D 85 (mm) D 15 (mm) Kıyı şeridi boyunca alınan numune değerlerine bakıldığında Kdz.Ereğli Akçakoca arasındaki 1-5 nolu numunelerin dane boyutunun, orta kum değerleri arasında iken 6 nolu Akçakoca plaj bölgesinde, kaba kum değerinde olduğu görülmektedir. Uydu Görüntüsünün İşlenmesi

5 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 363 Bu çalışmaya uygun olarak yüksek çözünürlüklü Ikonos uydu görüntüleri temin edilmiş ve uydu görüntüleri rektifikasyon işlemi neticesinde belirli koordinat sistemine oturtularak koordinatlandırılmıştır. Alınan numunelerinden yansıyan elektromanyetik enerjinin yansıtım değerleri Spektroradyometre ile ölçülmüştür. Elde edilen yansıtım değerleri uydu görüntüsünün kontrollü sınıflandırılması işleminde kullanılmıştır. Bu numuneler ile görüntü pikselleri aynı sistemde üst üste çakıştırılmıştır. Uydu görüntüsünden elde edilen veriler ile yersel çalışmadan elde edilen veriler karşılaştırılarak aralarındaki ilişki incelenmiştir. Çalışma bölgesinin 3 Boyutlu sayısal derinlik ve yükseklik modeli oluşturulmuştur. Çalışma Bölgesini kapsayan uydu görüntüleri 4 çerçeve halinde alınmıştır (Şekil 3). Şekil 3 Alınan Ikonos uydu görüntülerinin çerçeveleri ve po_id numaraları Numune alınan GPS noktalarının görüntü üzerinde işaretlenerek gösterilmesi Numune koordinatları ile görüntü koordinatları aynı koordinat sistemine getirilmiştir. Görüntü üzerine koordinatları alınan numune alım noktaları işaretlenerek gösterilmiştir (Şekil 4). Şekil 4 İkonos uydu görüntüsü üzerinde numune alım noktalarının gösterimi.

6 Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Şekil 5 Bütün Numunelerin spectral yansıtım grafiği Görüntünün kontrollü sınıflandırılması Uydu görüntüsünün sınıflandırılması işlemine geçerken Spektrometre ile ölçülen Spektral yansıtım grafiğinde görülen dalga boyu ve yansıtım değerleri dikkate alınarak görüntünün hangi bant larının kullanılması gerektiğine karar verilir. Bunun sonucu olarak kumsal alanlarının belirlenmesinde 1 ve 4 (NIR) bandın kullanılmasına karar verilmiştir. Açık olarak, çalışma verisinin seçimi kontrollü sınıflandırmada anahtar basamaktır (Campbell James B.,22). Sınıflandırmada görüntü işlemede kullanılan algoritma görüntü verisinde var olan örnekleme bölgelerini kullanarak ya da önceden tespit edilmiş spektral özelliklerden faydalanarak sınıflandırma işlemini gerçekleştirir. Kontrollü sınıflandırmada, çalışma bölgesindeki kumsalların niteliklerini yansıtan yeterli miktarda örnek alanlar vasıtasıyla piksel değerlerinin nitelik dosyaları elde edilir. Kontrol alanlarının örneklendiği nitelik dosyalarının görüntü verisine tatbik edilmesi ile her bir piksel, hesaplanan olasılık değerine göre en yakın benzerlik gösterdiği sınıfa dahil edilmektedir. Kontrollü sınıflandırmada en iyi sonucu elde edebilmek için mozaik görüntüsünden sadece kumsal alanlar 1 ve 4.üncü bandı içerek şekilde kesilmiştir. Numune alım noktaları, koordinat değerleri dikkate alınarak piksel değerlerinin signature leri Erdas programında tanımlanmıştır. Bu signature değerlerine göre kontrollü sınıflandırma işlemi, en büyük olasılık (Maksimum Likelihood) algoritması yöntemine göre yapılmıştır (Erdas Field Guide, 22). Sınıflandırma sonucu 6 numuneye ait sınıflar elde edilmiş ve kapladıkları alanlar ile konumları tespit edilmiştir (Şekil 6a-b). Aşağıda görülen sınıflandırma sonucu elde edilmiş veride numunelerin sahip olduğu dane çapındaki kumsalları göstermektedir. Şekil 6 Sadece kumsal alanlarının kontrollü sınıflandırılması sonucunda elde edilen Numune 5 (D =,47 mm) sınıfı ve Numune 6 (D = 1, mm) sınıfı gösterimi

7 6. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu 365 Görüntünün Kontrollü Sınıflandırılmasının Sonuçları Uydu görüntülerinin kontrollü sınıflandırılması ile 6 numuneye ait sınıfların kıyı boyunca uzanan kumsallardaki kapladıkları alanlar ve konumları elde edilmiştir. Çalışma bölgesini kapsayan kumsalların, dane çaplarına göre sonuçlar elde edilmiştir. Tablo 3 Numunelerin sınıflandırılması sonucunda kapladıkları alanlar Numune Adı Kapladığı Alan (m²) Kapladığı Alan (Hektar) Numune 1 (D =,45mm) ,325 Numune 2 (D =,38mm) ,9 Numune 3 (D =,56mm) ,9 Numune 4 (D =,43mm) ,682 Numune 5 (D =,47mm) ,944 Numune 6 (D = 1,mm) 3583,358 Toplam Kumsal Alanı ,229 SONUÇ Çalışma sonucunda, elde edilen veri, kullanılan uydu görüntüsünün çözünürlüğü ile doğru orantılıdır. Bu çalışmada numunelerin spektral yansıma değerleri referans alınarak görüntüler işlendiği için numuneler çalışma alanını yansıtmaktadır. Kıyı şeridi boyunca alınan numune değerlerine bakıldığında Kdz. Ereğli Akçakoca arasındaki 1-5 nolu numunelerin dane boyutunun, orta kum değerleri arasında iken 6 nolu Akçakoca plaj bölgesinde kaba kum değerinde olduğu görülmüştür.. Yapılan bu örnek çalışma sonucunda, kumsal alanlardaki kumların dane boyut analizleri yapılarak karakteristik özellikleri belirlenmiş ve uydu görüntülerinin sınıflandırılması ile dane çapına göre plajların kapladıkları kumsal alanları (m² olarak ) ve konumları belirlenmiştir. Böylece çalışma bölgesindeki kumsal alanların envanteri çıkarılmıştır. Bunlar Bilgi Sistemine aktarılmıştır. Sınıflandırma neticesinde akarsuların denize döküldüğü yerlerdeki durumu belirlenmiş ve deniz içinde akarsu akıntısının hangi yönde yol aldığı belirlenmiştir. Yapılan bu çalışma daha kapsamlı bir şekilde tüm Türkiye kıyılarına uygulanarak, kumsalların yapısal özellikleri, kıyıdaki kumsalları besleyen akarsularda dikkate alınarak, kıyısal değişimi belirlenebilir ve yapılaşmanın izlenmesi kontrol altına alınabilir. Elde edilen veriler Coğrafi Bilgi Sistemi yapısı altında bir veri tabanında toplanabilir. Böylece izleme daha kolay bir şekilde yapılabilir. Türkiye nin turizm gelirinin büyük çoğunluğunu deniz turizmi oluşturmakta olduğu düşünülürse kıyı alanlarının ve kumsalların önemi daha da anlaşılmaktadır. Bu çalışmada olduğu gibi yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri, kıyılarda yapılaşma planlaması ve kıyı alanlarının yönetiminde altlık olarak kullanılabilir. KAYNAKLAR Campbell J.B.,22, Introduction To Remote Sensing, London Erdas Field Guide, 22 Kabdaşlı S., 1992 Kıyı Mühendisliği, İ.T.Ü İnşaat Fakültesi Matbaası, İstanbul.

8 Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu Rosenak S., Toğrol E., Tümay M., tarafından çevrilmiştir, 1969, Zemin Mekaniği, İ.T.Ü Matbaası, İstanbul Gümüşsuyu Özdemir,K., Tan,O., Aksoy,İ.H., 1996, Çözümlü Problemlerle Zemin Mekaniği, Birsen Yayınevi, İstanbul