ORM 7420 Forest Resource Planning Using Satellite Images. Assist. Prof. Dr. Uzay KARAHALİL

Transkript

1 ORM 7420 Forest Resource Planning Using Satellite Images Assist. Prof. Dr. Uzay KARAHALİL

2 ALGILAMA SİSTEMLERİ

3 PASİF SİSTEMLER Enerji kaynağı: Güneş Işık atmosferden geçerek yeryüzündeki bir obje veya yüzeye ulaştıktan sonra, o yüzey veya objenin cinsine göre ışığın belli bir dalga boyundaki spektrumu yansıtılır. Koordinatları ve yeryüzü özelliği belli bir alandan yansıtılan enerjinin ölçülmesiyle o yüzey özelliği veya objeye ait spektral aralığını belirlemiş oluruz. Bu bilgi bize, benzer nitelikteki yeryüzü veya objelerin yerlerini, alanlarını ve niteliklerini elde etmemizi sağlar. Farklı spektrumlar orman, su yüzeyi, karla kaplı alan, çıplak arazi gibi farklı yeryüzü şekillerini temsil ettiğinden, uydu görüntülerinin işlenmesiyle onlar arasında ayırım yapabiliriz. Pasif algılama sistemleri elektromanyetik spektrumun mor ötesi ve mikro dalga gölgesi arasında algılama yapar. Bu sistemlerden bazıları; LANDSAT, SPOT, IRS, IKONOS, QUICBIRD, vb. uydulardır.

4 AKTİF SİSTEMLER RADARLAR Yapay ışın yardımıyla (mikrodalga alanında yapay ışık oluşturarak nesnelere gönderen ve bunlardan yansıyanları yakalayan sistemler) nesneler hakkında bilgi edinilmesini sağlarlar. RADAR ( Radio Detecting and Ranging/ Işınları Yakalama ve Uzaklık Ölçme) Radar sistemleri antenleri aracılığıyla mikro dalga üretir (yapay ışın kaynağı) ve yeryüzüne gönderir. Yeryüzünden yansıyıp geri dönen ışınları aynı anten tekrar yakalar. Böylece mikro dalga ışının gidiş-dönüş zamanını ve gücünü ölçer. Kendi elektromanyetik ışık kaynağına sahip algılama sistemleridir. Syntetic Aperture Radar kısaca SAR olarak adlandırılırlar. Havadan lazer tarama (LIDAR) ve InSAR olmak üzere ikiye ayrılırlar. LIDAR elektromanyetik spektrumun yakın kızılötesi bölgesinde algılama yaparken InSAR ise mikrodalga bölgesinde algılama yapmaktadır. ERS-1 uydusu aktif algılama sistemine sahiptir. SAR sistemleri, pasif sistemlerden daha uzun dalga boylarında çalışırlar. Bu nedenle, karanlıkta, siste, bulutlu alanlarda görüntüleme yapabilirler.

5 Uyduların Tarihçesi 1945 yılından sonra özellikle Rusya ile Amerika arasındaki rekabet uyduarın gelişmesini sağladı. Amerika Rusya yı m. den uçan U2 uçaklarıyla izliyordu. Ancak Rusya bu uçakları bombalayınca Amerika bu işin böyle yapılamayacağını anladı. Sputnik-1 uzaya fırlatılan ilk uydudur. Amerika 1 yıl sonra Explorer ı uzaya fırlattı da Amerika bir uydu daha fırlattı.

6 Uyduların Tarihçesi - II 1960 lı yıllarda radyo konusunda büyük atılımlar yapıldı. Meteorolojik uydular gerçek anlamda 1960 lı yıllardan itibaren yer almaya başladı. Rusya 12 Nisan 1961 de Vostok-1 uydusuyla Juri Gagarin i uzaya gönderdi ve dünya çevresinde 1 kez dolaştı. Amerika 1961 de Shappard adlı kişiye gökyüzü gezisi yaptırdı de Telstar adlı uyduyu Amerika uzaya gönderdi. Böylece Amerika ile Avrupa arasında televizyon haberleşmesi sağlandı.

7 Televizyon Yayınları Uydularla Uluslar arası haberleşme konsorsiyumu kuruldu (Intelsat) 1963 de Telstar 2 gönderildi. Hem televizyon hem telefon görüşmeleri Avrupa ile Amerika arasında yapılmaya başlandı. Amerika uydu izleme radar sistemi kurdu, çünkü uzayda 400 uydu vardı de NASA kuruldu de nükleer başlıklı füzeler uzaya fırlatıldı.

8 Aya İnsan Gönderiliyor 1969 da Apollo-11 ile Ay a insan gönderildi. Bu uydu ile yeryüzü kaynaklarının araştırılması amacıyla 140 set fotoğraflar çekildi (pankromatik ve renkli kızıl ötesi). Bu fotoğraflar Amerika ile Meksikayı kapsıyordu de Amerika yeryüzü kaynaklarının araştırma amaçlı ERST-1 (Sonra Landsat) adlı uyduyu gönderdi. Bu uydu yörüngede 6 yıl kaldı ve daha önce Amerika da keşfedilmemiş 1 milyon dolarlık petrol buldu. Bunun yanında diğer bazı kaynakları da keşfetti. Bugüne kadar 8 Landsat uydusu fırlatılmıştır (En son 2013).

9 Son Dönemde Yaşanan Gelişmeler Amerika 1973 yılında Uzay da insanlı ve ilk uzun süreli uçuşu gerçekleştirip Skylab (Uzay Labratuvarını kurdu). Rusya buna MIR (Barış) ile cevap vermiştir. Bu arada deniz haberleşmesi amaçlı Inmarsat adlı uydu gönderildi de 14 Avrupa ülkesi ve Kanada nın katılımıyla Avrupa Uzay Ajansı (ESA) kurularak Avrupa bu yarışa katıldı yılına gelindiğinde dünya ülkeleri televizyon yayınlarını çok rahat izleyebiliyordu (Telefon ve faks dahil) Bugün Rusya nın 1500, ABD nin 1600 civarında uydusu var

10 Doğal Kaynak İzleyen Uydular Halihazırda Doğal Kaynak İzleyen Uydular: Landsat, Ikonos, Quickbird 2, Spot, JERS, Radarsat, Moms, ERS, Alos- Palsar, Aqua, Envisat, ERS, Terra, ORB View 3-4, Geoeye Detaylı olarak bir sonraki derste sık kullanılan uyduların özelliklerini derinlemesine inceleyeceğiz.

11 Türkiye deki Gelişmeler-I (Atıl Durumdaki Uydularımız) Türkiye 1994 de Türksat 1A yı uzaya gönderdi. Ama bu uydu infilak etti de Türksat 1B fırlatıldı. (Ekonomik ömrü 2006 yılında bitti Hizmet Süresi: 12 Yıl - ydudaki hizmetler Türksat 1C ye aktarıldı) 1996 da da Türksat 1C fırlatıldı. (Ekonomik ömrünü 2010 da tamamladı Hizmet Süresi:14 Yıl - Hizmetler Türksat 2 A ya aktarıldı) 2001 de Türksat 2A fırlatıldı. (Dünyanın uydusu, o yıl fırlatılan 93 uydudan biri, yaşlandığı için hizmetler Türksat 3A ya aktarıldı) 2001 de daha önce uzaya fırlatılan bir uydu (Endonezya için), Anatolia-1 adıyla Türkiye nin kullanımına geçmiştir. Atıl durumdadır.

12 Türkiye deki Gelişmeler-II İşletmedeki Uydularımız 2008 de Türksat 3A fırlatılmıştır. (Ömrü 20 yıl) 2014 de (Şubat) Türksat 4A fırlatılmıştır. (Ömrü 30 yıl), Japon ve Türk Mühendislerinin Ortak Üretimidir. Türksat 4 A ile birlikte uzayda uydu sahibi 30 ülkeden biridir Türkiye nin uydularının sayısı 4 ü aktif olmak üzere (2 si kiralık) 5 e yükseldi. Özetle, Türkiye uzay da 3 tane haberleşme uydu yörünge hattına sahip, bunlardan 42 derecede mülkiyeti bize ait olan 2 uydu işletiyoruz, diğer yörüngelerde de kiralık uydularımız var.

13 Türkiye deki Gelişmeler-III Hedeflerimiz Türksat 4B 2014 yılı sonunda fırlatılması öngörülüyor 50 derecedeki yörüngede hizmet verecek «İnternet maliyeti önemli oranda azalacak - Televizyon yayınları dışında kalan internet, data transferi, canlı yayın geçişleri, kamu kurumlarının internet üzerinden hizmetleri ve haberleşme sisteminin yedekliliği için kullanılacak». Türksat 4B Türkiye'nin dışarıya yaptırdığı son uydu olacak. Ülkemizde kurulmakta olan Uydu Montaj, Entegrasyon ve Test (UMET) tesislerinde üretilecek TÜRKSAT 5A (Peykom-1) uydusunun 2015 yılı başlarında fırlatılması hedeflenmektedir. 50 derecedeki yörüngede hizmet verecek. Milli Uydu Üretim Merkezi''nin 5 tonluk uyduları üretecek büyüklükte olacak. TÜRKSAT 5B uydusunun 2017 yılında, TÜRKSAT 5C uydusunun da 2019 yılında uzaya fırlatılması öngörülmektedir.

14 Türkiye deki Gelişmeler-IV Hedeflerimiz Bu uydular, Türkiye nin üçüncü yörünge hakkı olan ve şu anda boş bulunan 31 derecede yerini alacak ve her 3 yörüngedeki hakkımızı da kullanmış olacağız yılında en az 3'ü ülkemizde üretilmiş, toplam 7 uydudan oluşan bir uydu filosu ile Güney Amerika, Kuzey Amerika'nın doğusu, Avrupa, Asya ve Afrika'nın tamamı ile Avustralya'nın batısını kapsama alanımıza katarak, dolayısıyla dünya nüfusunun %91'ine kendi uydularımız aracılığıyla erişim imkânına kavuşacağız.

15 ANCAK, Bu uydularla doğal kaynaklar kesinlikle tespit edilemez. Sadece haberleşme amaçlı uydulardır. BİZİM DOĞAL KAYNAK İZLEYEN UYDUMUZ YOK MU?

16 Doğal Kaynak İzleyen Uydularımız-I Bilsat 2003 de BİLSAT uzaya fırlatıldı. Temel görevi, uzaktan algılama olsa da haberleşme için de kullanılmıştır. 120 m. Çözünürlüğünde bir kamera, 12 m. çözünürlükte pankromatik (siyah-beyaz) ve 26 m. çözünürlükte multispektral (kırmızı, yeşil, mavi ve yakın kızıl ötesi bantlarda) iki görüntüleyiciden fotoğraf çekilebilmiştir. Ancak Ağustos 2006 da pilleri biterek atıl duruma geçmiştir.

17 Doğal Kaynak İzleyen Uydularımız-II Rasat Türkiye RASAT adında başka bir gözlem uydusunu 17 Ağustos 2011 de fırlatmıştır.

18 RASAT

19

20

21

22

23

24 Türkiye deki Gelişmeler - IV SSM tarafından Göktürk isimli keşif ve gözleme uydusunun 2013 yılında fırlatılması düşünülüyor.

25 Doğal Kaynak İzleyen Uydularımız-III Göktürk-2

26 Doğal Kaynak İzleyen Uydularımız-III Göktürk-2

27 Türkiye deki Gelişmeler - V

28 Türkiye deki Gelişmeler - VI

29 Türkiye deki Gelişmeler - VII

30 Türkiye deki Gelişmeler - VIII

31 Türkiye deki Gelişmeler - IX

32 Türkiye deki Gelişmeler - VIII

33 UYDULAR NASIL ÇALIŞIR?

34 Algılayıcılar Yansıyan Işın Gelen Işın Emilen Işın Geçirilen Işın

35

36 UYDULARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ Bir görüntü (image) bir kamera ile film üzerine alınmış bir fotoğraf değildir. Uydular görüntüleri (images) algılayıcılar (sensors) sayesinde sayısal (digital) olarak elde ederler. Dijital kameralarla aynı prensipte hareket ederler. Dijital kamerada olduğu gibi bir uydu algılayıcısı bir filme sahip değildir. Onun yerine algılayıcı objelerden yansıyan elektromanyetik enerjinin miktarını ölçen binlerce küçük alıcılardan (detectors) oluşmuştur. Bunlar bantsal (spektral) ölçümler olarak da adlandırılırlar.

37 UYDULARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ - II Her spektral yansıma değeri bir dijital sayı (numara) olarak kaydedilir. Bu sayılar dünyaya geri gönderilerek bilgisayarlar tarafından renklere ve gri-renk tonlamasındaki parlaklık seviyelerine göre fotoğrafa benzeyecek şekilde görüntüye dünüştürülür. Alıcıların (detectors) duyarlılığına bağlı olarak algılayıcılar (sensors) yansıyan enerjiyi; görülen (visible), yakın kızılötesi, (near infrared), kısa dalga kızılötesi (short-wave infrared), termal infrared (thermal infrared) ve mikrodalga radar bölümlerinde ölçülebilir. Bir çok uzaktan algılama uydusu enerjiyi spektrumun kesin olarak belirlenmiş özel dalga boylarında ölçerler.

38 Pankromatik Görüntü Elektromanyetik spektrumun enerji ölçebilen algılayıcılar tarafından elde edilebildiği bölümlere bant adı verilir. Halihazırdaki bir çok pankromatik algılayıcılar (sensörler) için bu tek bant genellikle spektrumun görünen (visible) ile yakın kızılötesi (near-infrared) bölümünü kapsamaktadır. Pankromatik veriler siyah-beyaz görüntü olarak oluşturulurlar.

39

40 Multispektral Görüntü Multispektral Görüntü: Elektromanyetik spektrumdaki birden fazla bant'ta ölçen dijital sensörlerle elde edilirler. Örneğin; alıcıların (Detektörler) bir bölümü görünür kırmızı yansıyan enerjiyi ölçerken, diğer bir grup yakın kırmızı ötesi (near-infrared) enerjiyi ölçer. İki ayrı algılayıcı (detektör) dizilimi aynı dalga boyunun değişik bölümlerindeki enerjiyi ölçebilirler. Bu çoklu yansıma değerleri; renkli görüntü yaratmak için birleştirilirler. Günümüzdeki, multi-spektral (çok bantlı) uzaktan algılama uyduları bir kerede 3 ila 7 değişik bant'taki yansımaları ölçebilirler.

41 Spatial Bilgi: Şekil, büyüklük, renk, genel görünüm Spektral Bilgi: Mineral içerik, toprak nemi, bitki örtüsü sağlığı SPOT 4 Multispektral 04 March 2014 görüntü - Trabzon

42 Hyperspektral Görüntü Hyperspektral Görüntüler:Bu terim, bir çok küçük bant aralıklarında (genellikle 100 civarında ) yansıma ölçebilen spektral algılayıcılara verilen isimdir. Hyperspektral algılamanın amacı spektrumun çok küçük bölümlerindeki yansılmaları ölçmek ve bunun yardımıyla yüzeyin gizli özelliklerini ortaya çıkarmak ve yüzey özellikleri arasındaki farklılığı ortaya koymaktır. (özellikle bitki örtüsündeki, topraktaki ve kayalardaki) Şu andaki ticari uyduların hiçbiri hyperspektral algılayıcı taşımamaktadır. Günümüzde kullanılan hyperspektral algılayıcılar uçağa monte edilerek küçük alanların görüntülenmesinde kullanılmaktadır.

43 What is Remote Sensing? Remote Sensing is: The art and science of obtaining information about an object without being in direct contact with the object (Jensen 2000). Environmental Remote Sensing: the collection of information about Earth surfaces and phenomena using sensors not in physical contact with the surfaces and phenomena of interest.

44 Remote Sensing Defined Remote Sensing Includes: A) The mission plan and choice of sensors; B) The reception, recording, and processing of the signal data; and C) The analysis of the resultant data.

45 Where we use remote sensing in forestry? FORESTRY Wood Biodiversity Deforestation

46 Satellite image of agricultural fields and forested lands

47 Satellite image of deforestation Comparison of an aerial photograph (bottom) with a radar image (top) of deforestation along a road Wageningen UR 2002

48 Aerial recording for species identification Land cover classification Dark green: conifers Green: lower branches Light purple: gravel Yellow: deciduous Orange: dry ground cover Red: wet ground cover Blue (light): water Blue (dark): deep or clear water

49 Detection of forest fires (Canada) NOAA-AVHRR image Explanation A = burned areas B = Fort Norman C = Norman Wells

50 Soil moisture from radar images Wet areas due to recent precipitation show up bright in the image (bottom half)

51 LAND USE Intensive land use in China

52 Aerial photography for the detection of urban expansion

53 Mapping urban expansion with multitemporal satellite images Explanation Egypt: light green = urban areas in 1973; pink = urban areas in 1985

54 MAPPING Radar image of a continuously clouded area Map with the road network

55 Topographical map derived from a radar image Wageningen UR 2002

56 Forestry Scope Satellite image based forest resource mapping and updation Forest change detection Forest resource inventory GIS database development Benefits Availability of baseline information Planning for aforestation strategies Futuristic resource planning Sustainability of environment Wild life conservation & development for recreation purpose Sarhad Reserve Forest (Ghotki)

57 UA Tekniklerinin Ormancılık Çalışmalarında Kullanımı Orman amenajman haritalarının üretilmesi Orman sınırlarının belirlenmesi Orman alanlarındaki değişimlerin gözlenmesi Orman yangınlarına hassas bölgelerin tespit edilmesi Ormanda Biyolojik çeşitliliğin tespit edilmesi ve korunması gereken alanların belirlenmesi Uydu görüntülerinden vejetasyon sınıflandırması

58 Remote Sensing Process Components Energy Source or Illumination (A) Radiation and the Atmosphere (B) Interaction with the Target (C) Recording of Energy by the Sensor (D) Transmission, Reception, and Processing (E) Interpretation and Analysis (F) Application (G)

59 Electromagnetic Radiation We will focus on data collected from an overhead perspective via transmission of electromagnetic radiation.

60 Görüntü oluşumu elektromanyetik enerji kavramına dayanmaktadır. Elektromanyetik enerji; c ışık hızında sinüzoidal ve harmonik dalgalar şeklinde hareket eden bir enerji olarak tanımlanmaktadır

61 Enerji Nesne İlişkisi Güneş enerjisi alan bütün nesneler aynı zamanda ısınırlar Dalga boyu arttıkça (büyüdükçe) E kuantum enerjisi azalır. Kuantum enerjisi azalınca nesnelerin ışını yansıtma yetenekleri azalır. Toplam enerji miktarı azalmayacağına (ya da kaybolmayacağına) göre; E T ( ) = E Gelen ( ) + E Saçılan ( ) + E Yutulan ( ) + E Yansıyan ( ) Nesneler bulundukları ortamdan sıcak iseler enerji yayarlar. Yutma (soğurma) ve yayma belli bir sürede dengeye girer Enerjiyi yutma ve yayma özelliği ideal olan nesneler SİYAH CİSİM lerdir. Siyah cisim kötü bir yansıtıcıdır.

62 Electromagnetic Spectrum Ölçü Birimi: Mikronmetre=mikron 1 m = 10-6 metre

63 ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM Işın Çeşidi Dalga Boyu Frekans v Kullanım Alanları Yayıldığı Ortam Radyo Dalgaları Uzun d. Orta d. Kısa d Ultra K.d Km Km m 1-10 m Khz Khz 3-30 Mhz Mhz Radyo Radyo Radyo Radyo ve TV Yeryüzü Yerel Tüm Yeryüzü Görüşalanı içinde Mikrodalga 1mm-1m 300Mhz-300Ghz Aktif Uzakt.Algıl. (Radar Sistemi) Atmosferden Geçer (Gece ve Gündüz) Kızıl Ötesi Işınlar 3 Khz 10 Hz Mhz 10 6 Hz Termal Orta Yakın 8 m-1mm 1 m-8 m 780nm-1 m , Hz 3, Hz Hz Hz - 3, Hz Pasif Uzakt. Algıl. Pasif Uzakt. Algıl. Pasif Uzakt. Algıl. Atmosferden Geçer (Gece ve Gündüz) Ghz 10 9 Hz 12 Thz 10 Hz Görünen ışık nm 3, Hz - 7, Hz Pasif Uzakt. Algıl. Atmosferden geçer mor,mavi,yeşil,sarı oranj, kırmızı Mor Ötesi Işınlar nm 7, Hz Hz Atmosferden kısmen geçer Röntgen Işınları 0,4-10 nm Hz Hz Yakın Alan Yakın alanlarda Işınları ,4 nm Hz - 4, Hz Radyoaktif Atmosferden geçişi sınırlı Kozmik Işınlar , Hz Hz Uzay

64 Uzaktan Algılama Nasıl Gerçekleşir? Uzaktan Algılayıcılar (sensörler), dünya yüzeyi ile etkileşimde bulunan elektromanyetik (EM) ışını ölçerler. Madde ile etkileşimler EM ışının yönünü, yoğunluğunu, dalga boyu içeriğini ve kutuplaşmasını değiştirebilir. EM Işın Kaynağı Yayılma Sensör Emilim Yayılma Emilim Yayılma Yayılma Emisyon Emilim

65 YANSIMA Dogada her nesne farklı yansıma özelliklerine sahiptir

66 YANSIMA

67 YANSIMA

68 Uzaktan Algılamada Veri Kaynakları Hava fotoğrafları Topoğrafik haritalar Uydu görüntüleri

69 Fotomozaik Hava fotoğrafları % 60 oranında bindirilmiş olarak çekilirler. Geniş bir alana ait, çok sayıda bindirilmiş fotoğrafın bir altlık üzerinde tek bir görüntü oluşturacak şekilde birleştirilmesine fotomozaik adı verilir. Fotoğraflar birleştirilirken kayma hataları giderilmediğinden ve fotoğraflar arasındaki ölçek farklılığı nedeniyle, sağlıklı veriler içermezler.

70 Ortofoto (Görüntü) Haritalar Arazinin yükseklik farklarından ve resim alımındaki eğikliklerden dolayı oluşan hataların diferansiyel olarak düzeltilmesi ile istenilen ölçeğe getirilen fotoğrafik görüntünün üzerine grid çizgileri, kenar bilgileri ve eşyükselti eğrileri gibi diğer bilgilerin eklenmesi ile elde edilen fotoğraf görünümündeki haritalardır.

71 Types of Remote Sensing Aerial Photography Multispectral Active and Passive Microwave and LIDAR

72 Aerial Photos Balloon photography (1858) Pigeon cameras (1903) Kite photography (1890) Aircraft (WWI and WWII) Space (1947)

73

74 Multispectral NOAA-AVHRR (1100 m) GOES (700 m) MODIS (250, 500, 1000 m) Landsat TM and ETM (30 60 m) SPOT (10 20 m) IKONOS (4, 1 m) Quickbird (0.6 m)

75 AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) NASA

76 GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) IR 4

77 MODIS (250 m)

78 Landsat TM (False Color Composite)

79 SPOT (2.5 m)

80 QUICKBIRD (0.6 m)

81 IKONOS (4 m Multispectral)

82 IKONOS (1 m Panchromatic)

83 RADAR (Radio Detection and Ranging) Image: NASA 2005