UZAKTAN ALGILAMA İÇİNDEKİLER

Transkript

1 UZAKTAN ALGILAMA İÇİNDEKİLER 1. UZAKTAN ALGILAMADA KAVRAMLAR VE TEMEL ESASLAR 2. UZAKTAN ALGILAMADA KULLANILAN UYDU SİSTEMLERİ 3. AYIRMA GÜCÜ 4. UZAKTAN ALGILAMANIN UYGULAMA ALANLARI SPOT GÖRÜNTÜSÜ

2 1. UZAKTAN ALGILAMADA KAVRAMLAR VE TEMEL ESASLAR 1.1. TANIM Uzaktan Algılama ; Bir cisim, bir arazi yapısı veya bir doğal olayın fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında arada herhangi bir fiziksel ilişki olmaksızın uzayda, havada veya yeryüzünde konuşlanmış çeşitli algılayıcı sistemler tarafından toplanan veriler yardımı ile bilgi edinme sanatı, yöntemi ya da bilimidir. Uzaktan algılama teknolojisi, insanoğlunun kendi çevresini korumak için gerek duyduğu ve gittikçe artan bilinçlilik ile oldukça hızlı gelişmektedir. Uzaktan algılama; su, hava ve toprak üzerindeki insan etkinliklerinin çarpışmasını belirlemeye ve yeryüzünün doğal ve kültürel kaynaklarının sık sık ve doğru gözlenmesine pratik anlam kazandırır. Aynı zamanda, elde edilen veriler, kaynak geliştirme ve toprak kullanım gibi konularda izlenen siyaset ve alınan kararın ses vermesi için gerekli bilgileri sağlar. Ayrıca uzaktan algılama teknikleri çeşitli özel uygulamalarda da kullanılır. Duman görünmeden çok önce orman yangınlarının yerini bulma, çıplak gözle fark edilir duruma gelmeden hastalıklı bitki ve ağaçları araştırma, su kirliliğinin ve buz dağlarının hareketlerini belirleme, küçük ve orta ölçekli topoğrafik harita üretimi ve bunların güncelleştirilmesi, insanların yararlandığı veya yararlanmayı hedeflediği bir çok uygulama alanının sadece birkaçıdır ( Wolf, 1974 ) UZAKTAN ALGILAMADA GEREKLİ ELEMANLAR VE TEMEL İŞLEMLER Uzaktan algılamada emel iki işlem; 1) Veri Toplama 2) Veri Analizidir. Veri toplama işleminin elemanları : a. Enerji kaynakları, b. Atmosferde enerji yayılımı, c. Yeryüzü özellikleri nedeni ile enerji etkileşimleri, d. Uzayda ve havada taşınan algılayıcılar, e. Fotoğrafik ve sayısal şekilde oluşturulan algılayıcı verileridir. Algılayıcılar kısaca elektromanyetik enerjiyi yayınlayarak ve yansıtarak yeryüzü özelliklerindeki değişiklikleri kayıt etmede kullanılır. Veri analiz işlemi elemanları : f. Fotoğrafik verileri analiz etmek için çeşitli gözleme ve yorumlama aletleri ve/veya sayısal algılama verilerini analiz eden bilgisayar sistemleri, g. Toprak kullanım haritaları ve ürün alan istatistikleri gibi bilgi kaynakları, h. Sonuç bilgiler çerçevesinde karar verme-uygulama işlemini yürütecek kullanıcılardır. 1

3 2. UZAKTAN ALGILAMADA KULLANILAN UYDU SİSTEMLERİ Dünya etrafında yapay uyduların yörüngeye yerleştirilmesiyle birlikte bilimsel araştırma alanında yeni bir çağ başlamıştır. SPUTNİK adını taşıyan ilk yapay yer uydusu, eski adı ile SSCB tarafından 4 Ekim 1957 tarihinde uzaya fırlatılmıştır. Uydu görüntülerinin başlıca özelliği, hava fotoğraflarına oranla çok geniş yeryüzü alanlarını kaplaması ve topoğrafyaya ilişkin büyük çapta konumsal veri içermesidir. Uydu görüntülerinin Sayısal Coğrafi Veri Tabanları (CVT) ve Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) içindeki etkinliği ve kullanım oranı her geçen gün artmaktadır Son yıllarda uydu sistemlerinde meydana gelen çok önemli teknolojik gelişmeler sonucunda, uydulardan yüksek çözünürlükte kaliteli görüntüler elde edilmesi olanaklı hale gelmiştir. Başlangıçta yalnızca çok gelişmiş ülkeler tarafından gerçekleştirilen uydu sistemleri, günümüzde çok sayıda ülke ve ticari kuruluş tarafından kullanıma sunulmaya başlamış, bunun sonucunda kaliteli uydu görüntüsü temini konusunda bir rekabet ortamının doğması sağlanmıştır. Uyduları en genel anlamda ikiye ayırmak olanaklıdır: İnsanlı uydular: Skylab, Gemini, Apollo, Uzay mekiği gibi. İnsansız uydular: Landsat, Meteosat, Seasat, Goes, Tiros, Meteor gibi. Görüntü verilerini algılayıcı türlerine bağlı olarak; Fotoğrafik sistemlerden elde edilen görüntüler, Tarayıcılardan elde edilen görüntüler, Radarlardan elde edilen görüntüler, olmak üzere üç gurupta toplamak mümkündür. Uydular uzayda bir yörünge takip ederler. Bu yörüngelerin bir bölümü yaklaşık kutupsal (örneğin Landsat gibi), bir bölümü ekvatoral (örneğin Meteosat gibi), diğer bir bölümü de eğik yörüngelerdir (örneğin Skylab ve Uzay Mekiği gibi). Uydu görüntülerinden muhtelif ölçeklerde topoğrafik harita üretilebilmesi için üç türde kalite beklentisi ve doğruluğun karşılanması gerekmektedir: Konum doğruluğu (planimetrik doğruluk), Yükseklik doğruluğu (düşey doğruluk), Detay yorumlama ve tanımlama doğruluğu. Uydu sistemlerini, tarihsel gelişmeler dikkate alınarak üç evrede incelemek mümkündür. 2.1 BİRİNCİ EVREDE ( EVRESİ) FAALİYET GÖSTEREN UYDULAR Bu evrede faaliyet gösteren en belirgin uydular arasında Landsat-1,2 ve 3, Uzay Laboratuvarı (Skylab) ve Soyuz uyduları sayılabilir. Bu uyduların temel hedefi, üzerindeki algılayıcılarla elde edilen görüntüler yardımıyla, yeryüzünün küçük ve orta ölçekli haritalarını üretmektir. Ancak bu evrede elde edilen uydu görüntülerinden yalnızca 1: ve 1: gibi küçük ölçekli haritaların üretimi gerçekleştirilebilmiş, bu üretim de oldukça sınırlı düzeyde yapılabilmiştir. Uzaktan algılama amaçlı birinci evre uydular dönemi adı da verilen arası evrede görev yapan uydulardan elde edilen görüntülere ilişkin olarak; veri dağıtımındaki 2

4 devamlılığın aksaması, detayları tanımlama ve yorumlamada uzaysal ayırma gücünün yetersiz kalması, kıymetlendirilen detaylar ve eş yükseklik eğrilerinin konum ve yükseklik doğruluklarının düşük olması, stereoskopik görüntü elde etme olanağının yeterli olmaması gibi nedenlerle topoğrafik harita üretimindeki beklentiler sağlanamamıştır. 2.2 İKİNCİ EVREDE ( EVRESİ) FAALİYET GÖSTEREN UYDULAR Bu evre içine giren başlıca uydular; Landsat-4 ve 5, SPOT-1, 2 ve 3, Uzay Mekiği, Salyut, Cosmos ve ERS-1, 2 uydularıdır. Özellikle 1: ve 1: ölçekli haritaların seri bir şekilde üretimi ve güncelleştirilmesi amacıyla geliştirilen bu uydulara ait görüntülerde, birinci evredeki uydu görüntülerine oranla büyük gelişmeler meydana gelmiştir. İkinci evrede faaliyet gösteren uydularda meydana gelen önemli gelişmeler şunlardır: Bazı uydulardan stereoskopik görüntü elde etme olanağı sağlanmıştır. Elde edilen görüntüler hassas ortofoto haritaların üretimine olanak sağlamıştır. Uydu ömrü ortalama olarak 5 yıldan 10 yıla çıkartılmıştır. Ayırma gücü 5-10 m. düzeylerine kadar yükselmiştir. Daha alçak yörüngelerden ( km. gibi) daha iyi ayırma gücüne sahip uydu görüntülerinin elde edilmesi olanağı sağlanmıştır. İkinci evrede faaliyet gösteren çeşitli uydular ve özellikleri Çizelge-1 de gösterilmiştir. Çizelge-1 İkinci Evrede Faaliyet Gösteren Çeşitli Uydu Algılayıcı Sistemlerinin Topoğrafik Harita Üretimi İçin Uygunluk Düzeyleri Algılayıcı Türü Konum Doğruluğu (σ P ) Yükseklik Doğruluğu (σ h ) Eş Yükseklik Eğrisi Aralığı (Δ h ) B/H oranı Uygun Harita Ölçeği LANDSAT-TM ± 20 m. ± 60 m. 200 m : SPOT-P ± 6 m. ± 7 m. 20 m. 1 1 : KATE-200 ± 12 m. ± 35 m. 175 m : KFA-1000 ± 4 m. ± 15 m. 75 m : Metric Camera ± 7 m. ± 20 m. 100 m : LFC ± 5 m. ± 15 m. 75 m : ÜÇÜNCÜ EVREDE (1997 DEN GÜNÜMÜZE KADAR) FAALİYET GÖSTEREN UYDULAR İLE MEVCUT VE YAKIN GELECEKTEKİ DURUMUN TOPOĞRAFİK UYGULAMALAR VE HARİTA ÜRETİMİ AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ Günümüzde uydu görüntülerinin piksel boyutlarında meydana gelen küçülme nedeniyle konumsal ayırma gücü son derece artmış olup, 5m. ve daha küçük boyuttaki insan yapısı cisimleri tespit etmek olanaklı hale gelmiştir. İçinde bulunduğumuz dönem içerisinde uydu görüntülerinde meydana gelen en önemli gelişme; arazideki ayırma gücünün siyah-beyaz görüntülerde 1m., renkli görüntülerde ise 4m. olmasıdır. Bu doğruluk, 1: ölçekli topoğrafik harita üretimi için yeterli olan bir konum ve yükseklik doğruluğuna karşılık gelmektedir. 1-4 m. ayırma gücüne sahip yüksek duyarlıklı uydu görüntülerinin 1: ölçekli görüntü haritaların üretimi için de yeterli olabileceği değerlendirilmektedir. Ancak bir görüntünün 15 km. x 15 km., 12 km. x 12 km. ve daha küçük alan kaplaması, maliyet 3

5 açısından bir dezavantaj olarak gözükmektedir. Uydu görüntüleri ile ilgili olarak meydana gelen diğer önemli bir gelişme ise, aynı yörünge üzerinde 5-10 saniye gibi çok kısa zaman aralıklarında ve aynı anda stereo görüntü elde edilebilmesi olanağının sağlanmasıdır. Yeni uydu sistemleri, yüksek maliyetlerin düşürülmesi için genellikle belli bir amaca yönelik küçük sistemler şeklinde tasarlanmaktadır. Yeni uydu sistemlerinin geliştirilmesinde, genellikle iki temel yaklaşımdan birisi uygulanmaktadır. Birinci yaklaşım, mevcut sistemlerin geliştirilerek kullanımına devam edilmesidir. Buna en güzel örnekler; Fransa nın SPOT ve ABD nin LANDSAT serisi uydu görüntüleme sistemleridir. İkinci yaklaşım, tamamen yeni ticari uydu sistemlerinin geliştirilmesidir. Belirtilen iki yaklaşımın bazı temel özellikleri bulunmaktadır. Mevcut sistemlerin devamı niteliğinde olan sistemler genellikle uluslararası yeryüzü gözlem projeleri için geliştirilmiş olup, kaynakları uluslararası fonlardan sağlanmaktadır. Bu tür sistemler çoğunlukla bilimsel amaçlı çalışmalarda kullanılan, maliyeti yüksek uydu sistemleridir. Bu uydular birçok farklı amaçlı kullanımlar için tasarlandıklarından, çeşitli algılayıcılar ve çevre birimleri ile donatılmışlardır. Endüstriyel uygulamalarda oldukça sınırlı düzeyde kullanılan bu uydu sistemlerine örnek olarak; ASTER, ENVİSAT, ADEOS, ALOS sistemleri verilebilir. Bu yaklaşımda uygulanan ikinci yöntem, ulusal uydu sistemlerinin devam ettirilmesidir. Teknolojik gelişmeler sayesinde daha düşük maliyette üretilen SPOT-5 ve eski algılayıcı sistemler yerine yenileri kullanılmaya başlayan LANDSAT-7 sistemlerini bu gruba örnek olarak göstermek mümkündür. Yeni ticari uydu sistemlerine örnek olarak RADARSAT ve IRS-1C serisi uydularını verebiliriz. Diğer sistemler, ABD nin askeri amaçlı uydu teknolojisinin üç ayrı Amerikan şirketine dağıtılmasıyla meydana gelmiştir: Space Imaging Satellite (Lockheed, Raytheon, Mithsubishi, Kodak), EarthWatch (Ball Aerospace, Hitachi, Telespazio, CTA Space Systems, Datron, MacDonald Dettwiler) OrbView (Orbital Science Corporation, EIRAD, Fairchild, MDA, PC. App.Sci.) Bütün bu sistemler, belli bir amaca yönelik algılayıcılar kullanılarak elde edilen küçük uydulardan oluşmaktadır. Üçüncü evrede faaliyet gösteren uydu görüntülerinde meydana gelmesi beklenen önemli gelişmeler şunlardır: Aynı gözlem koşulları altında stereo görüntü elde edilmesi olanağı sağlanacaktır. Anlık pozlama tekniği kullanılabilecektir. CBS ile bütünleşecek kaliteli sayısal verilerin elde edilmesi olanaklı hale gelecektir. Pankromatik modda 1m., renkli modda 4m. ayırma gücüne erişilecektir. Yer istasyonuna sahip ülkeler uyduya komuta etme olanağına kavuşabilecektir. a. Günümüzde en Yaygın Olarak Kullanılan ve Gelecekte de Kullanımına Devam Edilmesi Beklenen Uydu Görüntülerinin İncelenmesi (1) SPOT-1, 2, 3 ve 4 Uydu Görüntüleri SPOT uydusu ESA tarafından 22 Şubat 1986 da Ariane roketi ile uzaya gönderilmiştir. Belçika ve İsveç de SPOT programını desteklemiş ve üye olmuşlardır. İlki 1986, ikincisi 4

6 1990, üçüncüsü 1993 ve dördüncüsü 1997 de uzaya fırlatılan ve halen görev yapmakta olan SPOT uyduları, kartoğrafik amaçlı bir uzaktan algılama sistemidir (Şekil-1). Şekil-1 SPOT-4 uydusu SPOT uydusu üzerinde bulunan ve birbirinin aynısı olan iki adet HRV aleti de Pankromatik (P) ve Multispektral (XS) modlarda algılama yapabilmektedir. HRV aletlerinin görüş açısı ± 7.5 arasında olduğunda düşey görüş yaptığı kabul edilir. Belirtilen bu açı değerinden daha büyük alımlar ise eğik görüş olarak nitelendirilir. Her iki HRV aleti de eğik görüş yapma yeteneğine sahiptir (Şekil-2 ). SPOT uydusunun temel özellikleri şunlardır: Uydunun araziden itibaren yüksekliği yaklaşık 832 km. dir. Düşey gözlemde bir satırda pankromatik (P) modda 6000, multispektral (XS) modda 3000 adet piksel taranmaktadır. Pankromatik modda arazideki ayırma gücü 10 m. dir. Multispektral (XS) modda 3 ayrı bant için arazideki ayırma gücü 20 m. dir. Uydu, nadir doğrultusunda düşey ve nadir dışı eğik gözlemle maksimum ± 27 o lik bir açıyla görüntü alımı yapabilmektedir. Bu olanak sayesinde değişik aralıklarla aynı arazi bölgesi tekrar görüntülenebilmekte ve stereo görüntü elde edilebilmektedir. 5

7 Şekil-2 SPOT uydusunun nadir dışı görüntü alımı Güneş uyumlu bir yörüngesi vardır. Uydunun aynı yerden ardışık iki geçişi arasındaki zaman farkı 26 gündür. Nadir gözleminde iki adet HRV aletinde mevcut CCD satır tarayıcıları ile 117 km. genişliğinde alan taranabilir. İki komşu alan arasında 3 km. lik bir bindirme ile 60km. x 60km. lik alan görüntülenmektedir. Nadir dışı eğik gözlemde, arazide 950 km. lik bir alanda herhangi bir yerin görüntüsü alınabilir. Bu durumda 60 km. x 80 km. lik bir alan görüntülenebilmektedir (Şekil-3). 6

8 Şekil-3 SPOT Uydusunun Görüntü Alım Tekniği Polar yörüngeye sahip olduğundan, 84 derece kuzey ve 84 derece güney enlemine kadar görüntü alabilir. SPOT ürünlerinin çıktıları; CCT, CD, floppy disket, film ve kağıt üzerine alınabilmektedir. Uydunun istenen bir bölgede görüntü alımı için programlanması olanaklıdır. Şekil-4 SPOT uydu görüntüleri 7

9 SPOT uydu görüntülerinin ayırma güçlerinin yüksek olması, stereo görüntü sağlaması ve özellikle iki bant bütünleşmesi (P+XS) yapıldığında (Şekil-4) oldukça iyi sonuçlar vermesi nedeniyle, özellikle 1: ölçekli topoğrafik harita üretimi ve revizyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır. SPOT uydu görüntülerinin ölçeklerinin çok küçük olması nedeniyle, görüntülerden ancak çok net olarak seçilebilen detayların kıymetlendirilmesi ve revizyonu olanaklıdır. SPOT uydu görüntüleri tek başlarına topoğrafik bir haritada bulunan arazi örtüsü bilgisinin tamamını sağlayamamaktadır. (2) LANDSAT-1,2, 3, 4 ve 5 Uydu Görüntüleri LANDSAT uydusu ilk defa 1972 yılında uzaya gönderilmiştir. Bu uydunun o zamanki kısa adı ERTS-1'dir. Uydunun temel amacı, yeryüzü kaynaklarının araştırılmasıdır yılında ismi LANDSAT olarak değiştirilmiş ve Landsat-2 olarak faaliyete geçmiştir. Daha sonra sırasıyla 1978 yılında Landsat-3, 1982 de Landsat-4 ve 1984 te Landsat-5 uzaya gönderilmiştir. Landsat-4 uydusu atıldıktan kısa bir süre sonra arızalanması nedeniyle, 1 Mart 1984 de fırlatılan Landsat-5 uydusu, Landsat-4 için planlanan görevleri yerine getirmektedir. Landsat -1, 2 ve 3 ün yörünge yüksekliği 920 km., Landsat-4 ve 5 in 705 km. dir. Landsat-1, 2 ve 3 dünya etrafındaki bir turunu dakikada tamamlar. Yani günde 14 tur yapar ve geçtiği bir yörüngeden tekrar 18 gün sonra geçer. İki yörünge izinin birbirinden uzaklığı, ekvatorda 2875 km. dir. Landsat görüntülerinin sınırlı düzeyde de olsa stereoskopik olarak incelenmesi olanağı mevcuttur. Landsat uydularında üç adet görüntüleme sistemi kullanılmaktadır: RBV (Return Beam Vidicon, Dönel Işınlı Kamera) sistemi, MSS (Multispectral Scanner, Çok Bantlı Tarayıcı) sistemi, TM (Thematic Mapper, Tematik Harita Yapımı) sistemi. (a) RBV sistemi: Aynı anda yeryüzünün aynı bölgesini 185 km. x 185 km. boyutunda görüntülemeyi amaçlayan üç adet televizyon türü kameradan oluşmaktadır. Kameraların arazideki ayırma gücü 80 m. dir. Elde edilen bantlar 1, 2 ve 3 ncü bantlardır. (b) MSS sistemi: İkisi görünen dalga bandında olmak üzere dört bantta ve 185 km. x 185 km. genişliğinde görüntüleme yapan bir radyometredir. Döndürme yerine salınan ayna sistemi kullanılmıştır. Bu ayna her 33 milisaniyede bir salınmaktadır. MSS, uydunun güneye doğru hareketi sırasında her satırı batıdan doğuya doğru tarar. MSS in arazideki ayırma gücü 79 m. civarındadır. (c) TM algılayıcı: Landsat-4 uydusu, Thematic Mapper (TM) ismi verilen yeni geliştirilmiş çok bantlı bir algılayıcı taşımaktadır. TM, yedi çalışma bandına sahiptir. TM nin 6 ncı bandı hariç diğerlerinin uzaysal ayırma gücü 30 metredir. 6 ncı bandı ise 120 metre ayırma gücüne sahiptir. (3) ERS-1, 2 SAR Uydu Görüntüleri ERS-1 uydusu ile alınan görüntüler SAR verileridir. İlk olarak 1950 yıllarında geliştirilen SLAR sistemi ile askeri alanda kullanılmaya başlayan RADAR algılama sistemleri; anten tasarımında ve kayıt sistemlerindeki gelişmeler sonucunda, günümüzde çok değerli bir uzaktan algılama amaçlı veri toplama sistemi haline gelmiş olup; jeoloji, jeofizik, oşinografi, 8

10 ormancılık gibi birçok bilim dalında kullanılmaya başlamıştır. ERS-1/2 radar uydusu, farklı fakat birbirini tamamlayıcı özelliğe sahip çeşitli algılayıcı sistemleri bünyesinde bulundurmaktadır (Şekil-5). Şekil-5 ERS-1 uydusu ERS-1 SAR uydusunun özellikleri şunlardır: Yörünge eğikliği : 98 güneş senkronizasyonlu, Nadir dışı eğim açısı : 23.5, Uzaysal ayırma gücü : m., Görüntü boyutu : 100 km. x 100 km., Bir yeri örtme periyodu : 3, 35, 176 gün, Yörünge yüksekliği : 785 km., Tarama genişliği : 100 km. ERS-1 SAR uydusunun görüntüleme geometrisi Şekil-6 de gösterilmiştir. Başka uydu görüntüleri ile elde edilemeyen pek çok veriler, bu uydularla her türlü hava koşullarında elde edilebilmektedir. 9

11 Algılayıcı Yörünge θ Yerin dönmesi Yeryüzü Tarama genişliği 100 km 4.3 km Şekil-6 ERS-1 SAR Uydusunun Görüntüleme Geometrisi OEEPE tarafından yapılan testlerle SAR verilerinin (Şekil-7), bölgenin mevcut eski haritası ile birlikte kullanılarak topoğrafyada meydana gelen değişimlerin tespiti ve harita revizyonu amaçları ile yalnız başlarına veya diğer çok bantlı uydu verileriyle birleştirilerek kullanılabileceği anlaşılmıştır. Ancak ERS-1 SAR verilerini kullanarak topoğrafik harita üretiminde çeşitli sorunlarla karşılaşılmaktadır. Bu uydu görüntülerinin diğer uydu görüntülerini tamamlayıcı nitelikte bir veri kaynağı olarak kullanılması daha uygundur. Diğer çok bantlı uydu verileri ile birleştirilerek de kullanılabilir. ERS-1 SAR verilerinin SPOT, KFA-1000 veya LANDSAT-TM bantlarıyla birleştirilmesi ile oldukça duyarlı uzaysal bilgiler elde edilebilmektedir. 10

12 Şekil-7 ERS-1 SAR görüntüsü (4) KVR-1000 ve Diğer Rus Uydu Görüntüleri (a) KFA-1000 kamerasının ayırma gücü 5-10 m, asal uzaklık değeri 1013 mm. ve resim formatı 30 cm. x 30 cm. dir. MK-4 kamerası 4 objektifli olup, 300 mm. asal uzaklık ve 18 cm. x 18 cm. resim boyutlarına sahiptir, m. çözünürlüğe sahip görüntü elde etmektedir. KATE-200 sistemi ise m. ayırma gücüne sahiptir, 18 cm. x 18 cm. boyutlarında resim elde etmektedir. Her üç kamera sistemi de ileri bindirmeli (stereoskopik) görüntü alma yeteneğine sahip olmakla birlikte, çoğu kez B/H oranı yeterli düzeyde olmamaktadır. (b) KVR-1000 non-stereometrik kameranın teknik özellikleri şunlardır: Ayırma gücü : 2 m., Ortalama görüntü ölçeği : 1: , Resim boyutu : 180 mm. x 180 mm., Görüntünün arazide kapladığı alan : 40 km. x 40 km., Resim köşe-kenar markaları : Mevcut değildir. (c) TK-350 kamerası, stereo fotogrametrik çalışmalara uygun olarak % ileri bindirmeli stereo görüntüler elde etmektedir. Asal uzaklığı 350 mm. olan kameranın çektiği görüntülerin 11

13 ortalama ölçeği 1: , resim boyutları 30. cm x 45 cm., görüntünün yeryüzünde kapladığı alan ise 200 km. x 300 km. dir. TK-350 stereometrik topoğrafik kameranın teknik özellikleri şunlardır: Odak uzaklığı : 350 mm, Ayırma gücü : 10 m, Ortalama görüntü ölçeği : 1: , Resim boyutu : 300 mm. x 450 mm., Görüntünün arazide kapladığı alan : 200 km. x 300 km., Boyuna bindirme oranı : % 60 - % 80, Resim köşe-kenar markaları : Mevcuttur. (4) MOMS - 01, 02 Uydu Görüntüleri MOMS-02 stereo görüntü algılayıcı sistemin temel özellikleri şunlardır: Üç adet stereo bilgiyi (öne, nadire ve arkaya doğru) aynı anda hafızasında tutar. Uçuş anında kolon boyunca stereo görüş sağlar. Stereo görüntü ve çok bantlı görüntüleri alma ve birleştirme yeteneğine sahiptir. Uydu sisteminin beş adet merceği mevcut olup; bunlardan üç tanesi stereo görüntü, iki tanesi çok bantlı görüntü alabilmektedir (Şekil-8). MODE 1Stereo5/6/7 MODE 2 MS 1/2/3/4 MODE 3 MS 3/4 stereo 6/7 MODE 4MS 1/3/4 stereo 6 MODE 5MS 1/3/4 stereo 7 MODE 6 MS 2/3/4 HR MODE 7MS 1/3/4 HR o STEREO 7 MS 1/2 MS 3/4 Uçuş yönü 120km HR 5 120km o STEREO 6 Genişlik Genişlik 45x45m 135x135m 135x135m 135x135m Şekil-8 MOMS-02 Uydu Algılayıcı Sisteminin Stereo Görüntüleme Prensibi 12

14 MOMS-02 uydu görüntüleri 4.5 m. ayırma gücü ve stereo görüntüleme olanağı sayesinde, özellikle 1: ölçekli topoğrafik harita ve ortofoto haritaların üretimi ve revizyonunda büyük kolaylıklar sağlamaktadır. b. Henüz Yeni Faaliyete Geçmiş ve Yakın bir Gelecekte Faaliyete Geçecek Olan Yüksek Duyarlıklı (± 1 M.) Uydular ve Diğer Topoğrafik Amaçlı Uydular A.B.D. hükümeti tarafından alınan bir karar gereğince; 1980 li yılların casus uydularında kullanılan yüksek ayırma gücüne sahip algılayıcıların 1997 yılı ve sonrasında fırlatılacak uydu platformlarında yer almasına izin verilmiş ve bunlardan elde edilecek görüntülerin ticari amaçlı kullanımı serbest bırakılmıştır. Bu çerçevede yer alan uyduların başında CRSS (Commercial Remote Sensing Satellite), Space Imaging, EarthWatch ve OrbView gelmektedir. Ayrıca Kanada nın A.B.D ile ortaklaşa fırlatacağı WorldView isimli uydu da aynı kapsam içerisinde yer almaktadır. Yüksek duyarlıklı (± 1 m.) uydularda beklenen önemli gelişmeler şunlardır: Yapım maliyetinin düşmesi ve fırlatma kapasitelerinin arttırılması, Aynı yörünge ve gözlem koşulları altında stereo görüş elde edilmesi, Anlık pozlama tekniğinin kullanılması, Kaliteli ürün çeşidi ve CBS ile bütünleşecek sayısal verilerin elde edilmesi, Pankromatik mod için ± 1 m., renkli mod için ± 4 m. ayırma gücüne erişilmesi, Yer istasyonuna sahip ülkelerin uyduya komuta etme olanağına kavuşması, Arşivleme maliyetlerinin azalması, Aynı bölgeye ait görüntülerin 1-2 gün ara ile elde edilebilmesi. (1) SPACE IMAGING Sistemi Space Imaging, görüntü üreten bir kuruluş ve uydu merkezidir. İlk uydunun 1997 de fırlatılması planlanmıştır. Space Imaging ve Lockheed firmalarının ortak çalışmaları sonucunda; 1 m. Pankromatik, 4 m. Multispektral ve 1m. Pankromatik + Multispektral görüntülerin elde edileceği belirtilmektedir. Space Imaging uydu sistemi için planlanan tipik bir çalışma senaryosu Şekil-9 de gösterilmiştir. Uydu yükseklik 10 ± 45 0 Bakış UÇUŞ YOLU Space Imaging Bağlantı kurma, LEO Smallsat 28 sn. Görev tanımı 60 sn. Veri toplama, görüntü alımı 394 sn km. Tarama genişliğ 3700 km. (-4000 km. UYDU GÖRÜNTÜSÜNÜN ARAZİDEKİ İZİ Girilebilir veri toplama böl i Şekil-9 Space Imaging Uydusunun Tipik Çalışma Senaryosu 13

15 (2) EARTHWATCH Uydusu EarthWatch uydusunun yörünge bilgileri şunlardır: 465 km. uydu yüksekliği ve 97.3 eğiklik açısı, Güneş uyumlu uydu yörüngesi, 94 dakika devir süresi ve bir günde 16 yörünge geçişi, İz üzerindeki yörünge geçişlerinde, ardışık yörünge geçişleri arasındaki mesafe 2500 km., Komşu resimler arasında 125 km. lik bindirme, Ekvatoru sabah 10:30 ve öğleden sonra 13:30 da geçiş. (3) WORLDVİEW Uydusu Algılayıcı ± 30 ye kadar nadir dışı gözlem yaparak, hem yan yana alınan görüntülerden hem de öne ve arkaya doğru alınan görüntülerden stereo görüntü oluşturma yeteneklerine sahiptir. Yüksek kalitede stereo çift oluşturulabilmektedir. Maksimum B/H oranı 1 'dir. Ayrıca uydu algılayıcı sistemi ± 280 km. genişliğinde bakış alanına ve 560 km. genişliğinde tarama alanına sahiptir. WorldView uydusunun teknik özellikleri şunlardır: Kısa pozlama zamanına sahiptir. 30 km. x 30 km. lik alan kaplayan çok renkli görüntü alma yeteneğine sahiptir. 6 km. x 6 km. lik alan kaplayan HI-RES pankromatik görüntü alımı olanaklıdır. 36 frame matris stereo olarak görüntülenebilir. Aynı anda çok renkli görüntü alımı olanaklıdır. Worldview uydu görüntüleme sistemi iki ayrı kameraya sahiptir: Yüksek ayırma gücüne sahip kamera, Geniş görüş alanına sahip kamera. (4) EYEGLASS-TM Uydusu Eyeglass TM uydusunun ± 1m. ayırma gücüne sahip görüntüleri ile; objelerin konum ve yükseklik doğrulukları, konumlama ve nokta belirleme duyarlıkları ile ilgili olarak, rölatif anlamda 1.9m. civarında rmse hata değerlerinin elde edilmesi öngörülmüştür. Bu düzeydeki doğruluk, 1: ölçekli harita üretimine olanak sağlamaktadır. Eyeglass-TM uydusunun ekvatorda görüntü yineleme periyodu 2 gün, nadir doğrultusunda ise 16 gündür. Yüksek ayırma gücüne sahip çeşitli uydu görüntülerinden bazılarının çözünürlükleri ve stereo görüntüleme yetenekleri Çizelge-2 de verilmiştir. Ancak bu çizelgede belirtilen uyduların büyük çoğunluğu, çeşitli olumsuz koşullar nedeniyle henüz uzaya fırlatılamamış veya çeşitli nedenlerden dolayı planlanan tarihlerde faaliyete geçirilememiştir. Yüksek duyarlıklı uydu görüntülerinde devam etmesi muhtemel sorunlar şunlardır: Bant sayısının 1-4 ile sınırlı olması, Maksimum 1: ölçekli harita üretimi veya güncelleştirmesine olanak sağlaması, Görüntülerin 15 km. x 15 km. veya 12 km. x 12 km. gibi oldukça dar alanları kaplaması, Düşey görüşte uydunun aynı gözlem noktasına gelme süresinin güne kadar ulaşması, 14

16 Bulut, sis, pus, yağmur, kar gibi meteorolojik olaylardan etkilenmenin devam etmesi, Birbirlerinin etki alanına giren uydu yer istasyonlarında önceliklerin kimlere ait olacağının henüz belirlenmemiş olmasıdır. (5) ORBVİEW-3 Uydusu OrbView-3 uydusu, 1998 yılı için planlanmış fakat mali problemler nedeniyle hala gerçekleştirilememiş bir uydu sistemi projesidir. Sistem pankromatik moddda 2m. çözünürlükte görüntü alacak ve görüntü alanı 4 km.x 4 km. olacaktır. Multispektral modda (4 bantlı) ise çözünürlük 4m. ve görüntü alanı 8 km. x 8 km. olacaktır. Sistem, yörüngesi boyunca 45 o eğim açısıyla görüntü alım kapasitesine sahip olacak, böylece aynı gün içerisinde stereo görüntüleme mümkün olabilecektir. Uydu sistemi, yerden 460 km. yükseklikte güneş uyumlu bir yörüngeye yerleştirilecektir. Aynı bölge için görüntü yineleme aralığı 16 gün (minimum 3 gün) olacaktır. Görüntüler doğrudan uydu üzerinde kaydedilecek ve bir seferde 160 ila 665 arasında görüntü alınabilecektir. Uydunun GPS ve yıldız sensörleriyle konumlaması da yapılabilecektir. (6) EARLYBİRD Uydusu Ağustos 1997 de uydunun fırlatılması planlanmış ve Aralık 98 de bu işlem gerçekleştirilmiş olup, şu ana kadar herhangi bir görüntü elde edilememiştir. Çözünürlük pankromatik modda 3m. ve multispektral modda (3 bantlı) 15m. dir. Görüntünün boyutu pankromatikte 3 km.x 3 km., multispektralda 15km.x15km. dir. Yörünge boyunca 30 o eğimle görüntü alımı yapılabilmekte, böylece aynı gün içerisinde stereo görüntüleme sağlanmaktadır. Uydu, yerden 470 km. yükseklikte güneş uyumlu bir yörüngede hareket etmektedir. Görüntü yineleme aralığı ortalama 20 gündür (minimum 2 gün). Görüntüler uydu üzerinde doğrudan kaydedilmekte ve bir seferde 500 görüntü alınabilmektedir. GPS sistemi ile hareket halindeki uydunun konumu belirlenebilmektedir. (7) QUICKBIRD (EARTHWATCH) Uydusu EarlyBird uydusunun devamı olarak 1998 ortalarında fırlatılması planlanmış, fakat henüz gerçekleştirilememiştir. Sistem pankromatik modda 0.82 metre ve multispektral (renkli) modda 3.5 metre çözünürlüğe sahip olacaktır. Görüntü boyutu 22 km.x 22 km. olacak, 50 o eğim açısıyla görüntü alınması sonucu, aynı gün içerisinde stereo görüntüleme yapılabilecektir. Uydu 600 km. yükseklikte güneş uyumlu bir yörüngeye yerleştirilecek, uydu üzerinde bir seferde 100 görüntü doğrudan kaydedilebilecektir. Görüntü yineleme aralığı ortalama 20 gün (minimum 2 gün) olacaktır. 15

17 (8) IKONOS-1 (Space Imaging) Uydusu Space Imaging firması tarafından Eylül 1999 da uzaya fırlatılan IKONOS-1 uydusu, en son olarak ticari kullanıma sunulmuş yüksek duyarlıklı uydu görüntülerinden birisidir. Sistem pankromatik modda 1m., multispektral modda 4m. çözünürlüğe sahip uydu görüntüleri elde edebilmektedir. Görüntü boyutu 11 km.x 11 km. dir. 45 o eğimle görüntü alınabilmekte, böylece aynı gün içerisinde stereo görüntüleme yapılabilmektedir Uydu 680 km. yükseklikte güneş uyumlu bir yörüngeye yerleştirilmiş olup, uydu üzerinde bir seferde 400 adet görüntü doğrudan kaydedilebilmektedir. Görüntü yineleme aralığı 14 gündür (minimum 2 gün). GPS ve yıldız algılayıcılarıyla uydunun konumu belirlenebilmektedir. (9) EROS A/B Uyduları EROS A/B uyduları, İsrail Havacılık Endüstrisi ve Core Yazılım Teknolojileri tarafından yılları arasında 6 mini uydunun uzaya fırlatılmasını amaçlayan bir projedir. Fakat henüz hiç bir uydusu uzaya fırlatılamamıştır. Çözünürlük A serisinde pankromatik modda 1.3 m., B serisinde pankromatik modda 1 m. ve multispektral modda her ikisinde de 4.5 metre olacaktır. Görüntü boyutu A serisinde 11 km.x 11 km., B serisinde 20 km.x 20 km. olacaktır. 30 o eğimle görüntü alınabilecek ve aynı gün içerisinde stereo görüntüleme mümkün olabilecektir. A serisi EROS uydusu yerden 480 km., B serisi uydu yerden 600 km. yükseklikte güneş uyumlu bir görüntüde hareket edecektir. Görüntü yineleme aralığı A serisinde 7 gün ve B serisinde 15 gün (minimum 3 gün) olacaktır. GPS ve yıldız algılayıcılarıyla uydunun konumu belirlenebilecektir. Çizelge-2 Yüksek Ayırma Gücüne Sahip Çeşitli Uydu Sistemlerinin Stereo Görüntüleme Yetenekleri Ayırma Gücü ( m.) Tarama Genişliği (km. ) Piksel Sayısı Stereo Görüntüleme Yeteneği 1: Ölçekli Fotoğraf Alımı Fotoğraf bindirmesi ile LOCKHEED Aletin eğilmesi ile EYEGLASS Aletin eğilmesi ile 1: Ölçekli Fotoğraf Alımı Fotoğraf bindirmesi ile KVR Mevcut değil WORLDVİEW Alet eğilmesi ile KFA B/H 0.1 HIROS Öne-arkaya alımla SPOT ( x 3 ) Öne, nadire ve arkaya alımla IRS 1- C Yörünge dışı stereo görüntü alımı ile 1997 ve sonrası fırlatılacak ticari amaçlı uydu sistemlerine ilişkin özet bilgiler Çizelge-3 de gösterilmiştir. 16

18 Çizelge ve Sonrasında Fırlatılacak Bazı Yüksek Duyarlıklı Uydu Sistemleri Uydunun Adı EARLY- BİRD QUİCK- BİRD Bağlı Olduğu Ülke A.B.D./ KanadaTicari ( WorldView / Earth Watch ) A.B.D./ KanadaTicari World View / Earth Watch Fırlatma Tarihi Algılayıcı Tipi Konumsal Ayırma Gücü 1997 Pankromatik Multispektral 1997 Pankromatik Multispektral 3 m. 15 m. 3 1 m. 4 m. 4 Renkli Bant Sayısı ORBVİEW A.B.D.Ticari 1997 Pankromatik 1 m. - ( Orbimage ) CRSS A.B.D. Ticari ( SII ) 1997 Pankromatik 1 m. 4 Multispektral 4 m. EOS AM-1 Japonya/A.B.D Multispektral 15 m. 14 Hükümetleri CRSS 2 A.B.D. Ticari ( SII ) Pankromatik 1 m. 4 Multispektral 4 m. KOMSAT Kore Hükümeti 1998 Pankromatik 10 m. - EOS AM - A.B.D. Hükümeti 2004 Pankromatik 10 m. 2/ LANDSAT - 8 Multispektral 30 m. 7 Çizelge-4 Çeşitli Uydu Görüntülerinden Görüntü Haritası Üretimi İçin Önerilen Harita Ölçekleri Algılayıcı Türü Piksel Boyutu Harita Ölçeği LANDSAT - MSS 80 m. 1: LANDSAT - TM 30 m. 1: SPOT - XS 20 m. 1: SPOT - P 10 m. 1: KFA m. 1: : MOMS m. 1: KVR m. 1: (10) SPOT-5 ve 6 Uyduları Halen kullanımda olan SPOT-4 uydusu SPOT-3 ün devamıdır. Bu uyduda, eski sistemde bulunan 10 metre çözünürlükteki pankromatik bant yerine 10 metre çözünürlükte kırmızı bant yerleştirilmiştir. Buna ek olarak, orta kızılötesi bantta algılama yapan 20 metre çözünürlükte bir algılayıcı daha ilave edilmiştir. SPOT-5 sisteminin 2002 yılında fırlatılması planlanmaktadır. SPOT-5 sisteminde pankromatikte 5, multispektralda 10 ve orta kızılötesinde 20 metre çözünürlük elde edilmesi tasarlanmaktadır. Hipermod adı verilen çift algılayıcılı pankromatik modda çözünürlüğün

19 metreye kadar çıkabileceği ifade edilmektedir. Tamamen stereoskopik görüntü elde etmeye yarayan yeni bir SPOT sisteminin oluşturulması çalışmalarına da devam edilmektedir. Yine SPOT un devamı niteliğindeki 3S adı verilen yeni sistemlerin üretimi de planlanmaktadır. Bu tür sistemlerde, uzaktan algılama çalışmalarının çok sayıda küçük uyduyla gerçekleştirilebileceği belirtilmektedir. Ayrıca 3S1 de pankromatik ve multispektralda 1 m.., 3S2 de 2 m. civarında çözünürlük elde edilebileceği; uyduların yükseklik kontrollü olacağı ve aynı gün içerisinde stereo görüntüler elde edilebileceği ifade edilmektedir. Yakında hizmet verecek olan SPOT-5 uydusunun belirgin özellikleri şunlar olacaktır: Arazideki ayırma gücü ± 5 metredir. Stereoskopik görüntülemede üç algılayıcı kullanılır; öne doğru, nadir doğrultusunda ve geriye doğru görüntü alımı olanaklıdır. Stereo görüntülerde B/H oranı arasında değişir. Görüntüleme açısı ± 19.2 o dir. Uydu ömrü beş yıldan fazladır. Stereo bindirme oranı % 98 e kadar çıkabilmektedir. Kontrol noktaları ile geometrik doğruluk; konumda ± 10m., yükseklikte ± 5 m. den daha iyi karesel ortalama hata değerleri civarındadır. SPOT-1, 2, 3 ve 4 ün ardından faaliyete geçecek olan SPOT-5 ve 6 uydu görüntüleri; çözünürlüğün artması, kontrol noktası gereksiniminin biraz daha azalması ve çok bantlı görüntülerde bant sayısının artması gibi yenilikleri de beraberinde getirecek olması nedeniyle yaygın olarak kullanılabilecektir. (11) LANDSAT-7 Uydusu 1999 yılında uzaya fırlatılmış olan bu uydu, LANDSAT serisinin devamı olan bir uydudur. Sistem pankromatik modda 15 m., multispektral modda 6 bantta 30 m. ve 1 bantta 60 m. çözünürlükte görüntü almaktadır. Görüntü boyutu 180 km.x 180 km. dir. 705 km. yükseklikte güneş uyumlu bir yörüngeye yerleştirilmiştir. Görüntü yineleme aralığı 16 gündür. Şekil-10 LANDSAT-7 sistemi 18

20 2.4 YAKIN GELECEKTEKİ UYGULAMALAR VE ELDE EDİLMESİ PLANLANAN ÜRÜNLER Günümüzde yer gözlem uyduları en çok haritacılık ve tarımda kullanılmaktadır. Önümüzdeki yıllarda uyduların yerleşim yeri planlaması uygulamalarında da kullanılması beklenmektedir. 1 metre seviyesinde çözünürlük, kamu çalışma alanları ve trafik planlaması gibi yerleşme alanı çalışmalarına da olanak sağlamaktadır. Genellikle yeni sistemlerin hepsinde bulunan stereo görüntüleme olanağı, hassas sayısal yükseklik modeli (DEM) verilerinin üretimini ve iletişim sistemleri uygulamalarında kullanılmasını olanaklı hale getirmektedir. Yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinin hassas şekilde geometrik düzeltmelerinin yapılabilmesi için, yine yüksek doğrulukta DEM verilerine ve yer kontrol noktalarına (YKN) ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun yerine, yeni sistemlerden bu ihtiyaçları bizzat sistemin kendisinin sağlaması beklenmektedir. Yeni sistemlerin geniş uygulama alanı bulmaları yanında, mevcut uygulama alanlarına sağladığı katkıların artması da beklenmektedir. Yakın bir gelecekte görüntü fiyatlarının düşmesi arzu edilmektedir. Zira hala oldukça yüksek maliyete sahip olan uydu görüntü verilerinin, geniş alanlarda kullanılması pek fazla mümkün olamamaktadır. Çözünürlüğün artması, verilerin bilgisayar ortamında çok yer kaplamasına yol açmakta ve verilerin işlenmesinde çeşitli zorluklara neden olmaktadır. Bu durum, uygulama alanının özelliğine ve amaca göre, uygun çözünürlükte uydu verilerinin kullanılmasını zorunlu hale getirmektedir. Gelişmiş uydu sistemlerinden elde edilebilen farklı ürün çeşitleri, kullanıcıların ürün tipi seçiminde zorlanmalarına yol açabilecektir. Ancak, kullanıcılar ve uydu verisi üreticileri arasında doğru ve amaca uygun veri seçimi için, güvene dayalı bir ortam oluşturulması sonucunda, bu güçlüğün de aşılması olanaklı hale gelebilecektir. 2.5 UYDULARDA KULLANILAN KAMERA VE SİSTEMLER Metrik kameralar, Büyük formatlı kameralar (Large Format Camera, LFC), Üç kanallı RBV sistemi, TV kamerası, Çok objektifli kameralar, Kolon kameralar, Panoramik kameralar, Video kameralar, CCD (Charge Coupled Device) kameralar. 2.6 UYDU TARAYICI SİSTEMLERİ (SATELLİTE SCANNERS) Uzaysal tarama olarak isimlendirilen bu yöntemler tematik uygulamalar yapılması ve özel amaçlı veriler elde edilmesi için uygun olmalarına rağmen, topoğrafik uygulamalarda çok fazla kullanılmamaktadır. Bu sistemlerin çalışma prensibi dijital kamera sistemlerine çok benzemektedir. Tarayıcılar; çok kanal ilkesine göre çalışabilmesi, çalışmalarında film gerekmemesi ve oldukça kaliteli görüntü sağlayabilmeleri nedeniyle, uzay araçlarında en fazla 19

21 kullanılan algılama sistemi olma özelliğini kazanmışlardır. Tarayıcılar görünür ışık dışında, kızılötesi ve termal kızılötesi ışınlarla da çalışabilmektedirler Şekil-11 Hassas Fotoğraf Tarayıcıda Tarama ( Scanning ) İşleminin Temel Prensibi Uydularda bulunan tarayıcı sistemleri şunlardır: Elektro - optik tarayıcılar, Tek kanallı tarayıcılar, Çok kanallı tarayıcılar (MSS), Optik - mekanik satır tarayıcıları, Termal kızılötesi satır tarayıcıları, Optik - mekanik çerçeve tarayıcıları, Doğrusal dizinli (push-broom) tarayıcılar. manyetik band kayı tedici kuvvetlendirici tarayı cı dönen ayna dedektör pozlanmamı ş gelen ı şı nı m CRT pozlanmı s film tarama önceki tarama tarama genişliği eş zamanlı görüş alanı Şekil-12 Termal Satır tarayıcı 20

22 2.7 ALGILAYICI SİSTEMLER (SENSORS) Algılayıcılar; belirli aralıklarla alınan analog sinyalleri kaydeder, daha sonra bu sinyaller sayısallaştırılarak sayısal görüntü verisi haline dönüştürülür. Veri toplama işleminde kullanılan algılayıcılar; Spektral veri sistemleri, Görüntü oluşturan sistemler, şeklinde iki sınıfa ayrılır. Görüntü oluşturan sistemler ise üç gruba ayrılır: Çerçeve görüntü sistemleri, Tarayıcılar, Mikro dalga algılayıcılar. Görüntü algılama sistemleri Çerçeve görüntüleme sistemleri Tarayıcı sistemler Mikrodalga algılayıcılar Fotoğrafik sistemler Fotoğrafik olmayan sistemler Optik mekanik satır tarayıcılar Optik mekanik çerçeve tarayıcılar Doğrusal dizili tarayıcılar Düzlem göstergeli radarlar Yan bakışlı radarlar Tek objektifli kamralar Çok objektifli kameralar Kolon kameralar Panoramik kameralar Video kameralar RBV kameralar CCD kameralar Termal IR satır tarayıcılar Çok spektrumlu satır tarayıcılar Gerçek açıklıklı radar (SLAR) Yapay açıklıklı radar (SAR) Şekil-13 Görüntü Algılama Sistemlerinin Sınıflandırılması Sözü edilen bu üç ana sistem, ya sabit kanatlı uçaklarda ya da uzayda taşınan insanlı veya insansız uydu platformlarında yer alabilir. Algılayıcı verilerinin diğer uydu tarayıcıları ve kameraları ile alınan uydu görüntülerinden en önemli farkı, görünür ışık yerine elektromanyetik spektrumun mikro dalga bölümünden elde edilmesidir. Algılayıcı verileri, uçaklara ve uydulara takılı çeşitli algılayıcı sistemler, lazer profilleme sistemleri ve radar sistemlerinden elde edilen verilerdir. Bu veriler sayısal veya analog formda kullanıcılara sunulabilmektedir. Çok bantlı algılayıcı görüntüleri özellikle küçük ölçekli topoğrafik harita üretimi, jeodezik çalışmalar ve askeri uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır. Algılayıcı sistemlerle topoğrafik harita üretimi ve CBS oluşturulmasında kullanılabilecek verilerin elde edilmesi yönündeki araştırma ve geliştirme çabaları sürdürülmektedir. a. Uçaklara Takılı Uzaktan Algılama Sistemleri Uçaktan görüntüleme yapabilen SAR ve SLAR radar sistemleri mevcuttur. Uçaklarda kullanılan MSS çok bantlı tarayıcılarda olduğu gibi, bu tip sistemlerin ve veri toplama yöntemlerinin pek çok avantajları vardır, ancak oldukça pahalıdır. Yakın gelecekteki 21

23 gelişmeler dikkate alındığında, uydu platformu ve algılayıcılarının uygulama olanakları açısından henüz yetersiz oldukları anlaşılmaktadır. Uydu görüntüleri ve algılayıcılar konusunda mevcut eksiklikler ve dezavantajlar şunlardır: Sürekli dışarıya bağımlılık söz konusudur. İstenen zaman ve bölgeye ilişkin görüntü elde edilmesi zordur. Mevcut arşiv görüntülerinin temin edilmesi oldukça zaman alıcıdır. Meteorolojik koşullardan büyük ölçüde etkilenilmektedir. Görüntü ayırma güçleri birçok uygulama alanı için hala düşük düzeylerdedir. Oldukça pahalıdır. Buna karşılık, son zamanlarda bu olumsuzlukların ve yetersizliklerin büyük bir bölümünü tamamen ortadan kaldıracak, bazılarını ise minimum düzeye indirecek bir teknolojiye sahip olan uçaklara takılı uzaktan algılama sistemlerinin kullanımına doğru bir eğilim mevcuttur. Uçaklara takılı olarak kullanılabilen uzaktan algılama sistemlerinden en önemlileri; MSS, TM, SAR ve CCD algılayıcılarıdır. Uçaklara takılı uzaktan algılama sistemlerinin, çeşitli uygulamalarda kullanımının yaygınlaşacağı beklenmektedir. Yakın bir gelecekte kullanılması beklenen ve uçaklara takılı olarak faaliyet gösteren tipik bir algılama yöntemi ve sistemi Şekil-8 de gösterilmiştir. b. Uydu algılayıcı sistemleri Görüntü alımı amacıyla en fazla kullanılan algılayıcı sistemler şunlardır: Pasif sistemler: Optik, elektro-optik ve kızılötesi algılayıcı sistemlerdir. Aktif sistemler: SAR ve SLAR sistemleridir. RADAR sistemleri RADAR sistemleri aktif sistemler olması nedeni ile gece ve gündüz, sisli ve puslu havalarda kullanılabilir. 1930'lu yıllarda Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri nde aynı anda PPI (Plan Position Indicator) radarı denen bir aletle ortaya çıkmıştır. PPI radarı halen hava alanları, uçak ve gemilerde kullanılan ve dairesel tarama yapan bir alettir. Radar sistemleri de bir tür tarayıcıdır. Fakat, daha büyük dalga boylu ışınları kullanır (1 mm. den 1 m.'ye kadar). Radarda görüntü, CRT katot ışınlı tüp yardımı ile ekranda görülür hale getirilir yılında SLAR (Side Looking Airborne Radar), 1960'da SAR (Synthetic Aperture Radar) sistemleri imal edilmiştir. (Şekil-14). Yapay anten açıklığı gerçek anten H Minimum uzaklık Gerçek ışın demeti Yapay ışın demeti Şekil-14 Yapay Açıklıklı Radar (SAR)'ın Çalışma Sistemi 22

24 1 V 2 Verici/Alıcı düğmesi Anten Verici ve alıcı Elektronik birimler Tarama Yönü 3 Gönderilen puls Ayırma gücü elemanı 4 sinyal şiddeti Ağaçlar Nehir Tepe Tepe gölgesi Ağaçlar Zaman Azimut yönü Film kaydedici 5 Işın demeti genişliği Önceki görüntü satırları CRT Puls uzunluğu V Görüntü satırı Şekil-15 SLAR'ın Çalışma Prensipleri Radar; anten yardımı ile enerji yayan bir verici ve nesnelere çarpıp geri dönen enerjinin algılanmasına olanak veren alıcı anteninden oluşur. Kısa dalga boylularda bitki örtüsünü delip geçme yeteneği az, ancak üç boyutlu ayırma gücü fazladır. İlk uzay radarı olan SAR, 1978 yılında A.B.D nin Seasat uydusu üzerinde denenmiştir. Günümüzde ESA nın ERS-1 ve ERS- 2, Japonya nın JERS ve Kanada nın RADARSAT görüntüleri, yaygın olarak kullanılan radar görüntüleridir. Radarın yararları ve kullanım alanları şunlardır; Bulutları deler, sisten ve bitki gölgelerinden geçer. Büyük alanların 1: , 1: ölçekli haritalarının yapılmasına olanak sağlar. Gece de görüntü alınması mümkündür. Gölgeli bir görüntü verdiği için, değişik perspektiflerden görüş alınması olanaklıdır. Stereoskopik görüş elde etmek amacıyla bindirmeli çekim yapılabilir. Askeri amaçlı olduğu kadar sivil amaçlı hava trafiğinde de kullanılabilmektedir. 23

25 (a) SAR (Synthetic Aperture Radar, Yapay Açıklıklı Radar) sistemleri SAR radar sistemlerinde 7-10 saniye gibi çok kısa sürelerle dalga yayınlanmaktadır. Odak noktasında içbükey bir yansıtıcı vardır. Bunun da ortasında bir verici bulunmaktadır. Buradan yayılan dalga cisme çarpıp geri gelir. Bu durumda elektronik anahtar, anteni algılayıcı hale getirir. SAR yapay açıklıklı radar sistemleri gece ve gündüz, meteorolojik koşullardan etkilenmeksizin, orta düzeyde ayırma gücünde görüntü elde etme yeteneğine sahiptir. Ancak, bu sistemlerin henüz gelişmelerini tamamlamadıkları ve uygulama alanlarının halen araştırıldığı gözlenmektedir. SAR görüntüleri, özellikle ardışık uydu geçişleri ile herhangi bir bölgedeki değişiklikleri araştırmak için oldukça uygun bir kullanım olanağına sahiptir. (b) SLAR (Side Looking Airborne Radar, Yana Bakışlı Hava Radarı) sistemleri Elektromanyetik spektrumun mikro dalga bölümünde uzaktan algılama verisi toplama amacıyla kullanılan en önemli teknik, yapay açıklıklı radar (SAR) tekniğidir. SAR ın uçaklarda kullanılan şekline SLAR adı verilir. SLAR ın SAR a göre bazı değişiklikleri vardır. SLAR da mikro dalga boyundaki bir elektrik enerjisi pulsu, eğik olarak uçağın yanına doğru yayınlanır. Aynı prensibe dayanan, navigasyon ve rota belirlemesi amacıyla kullanılan radarlar, bu yayımlanan enerjinin bir kısmını araziden saçılma yoluyla tekrar uçaktaki alıcıya geri dönmesi sonucunda algılarlar. Pulsun yayımlanması ve araziden geri yansıması arasında geçen zaman yardımıyla uçaktan hedefe olan eğik mesafe bulunabilir. Uçaklarda radar görüntüsü elde etmek için çok büyük boyutlu anten yerine SLAR tekniği kullanılır. Bu teknikte dalgalar pulslar halinde yayılırken uzay aracı hareket halinde olur, bu da uzun bir anten kullanımı etkisi gösterir (Şekil-15). 3. AYIRMA GÜCÜ Görünen ve kızılötesi bandlarda çalışan görüntüleyici uzaktan algılama sistemlerinin başlıca özellikleri, konumsal (spatial), spektral, radyometrik ve zamansal (temporal) ayırma gücü terimleri ile açıklanır. Diğer önemli özellikler ise tarayıcı sistemin (elektro-mekanik veya elektro-optik) çalışma yöntemi ve geometrik niteliği ile ilgilidir Konumsal (Spatial) Ayırma Gücü En basit şekli ile; "bir görüntüleme sistemi tarafından ayrık kayıt edilebilen iki nesne arasındaki en küçük uzaklık" olarak tanımlanan konumsal ayırma gücünü belirlemek kolay değildir (ASP, 1983). Kullanıcı amacına bağlı olarak değişik yöntemlerle ölçülebilen bu kavramın tanımlanmasında çeşitli ölçütler kullanılmaktadır. Bu ölçütlerden biri, görüntüleme sisteminin geometrik niteliği olup, bunu esas alan ve en genel uygulanan ölçüm, algılayıcının Anlık Görüş Alanı (IFOV= Instantaneous Field Of View) dır. Kuramsal olarak anlık görüş alanı (AGA); zaman içerisindeki herhangi bir anda, bilinen bir yükseklikten, algılayıcı ile gözlenen yeryüzüne karşılık gelen alan olarak tanımlanır. Şekil 16 dan da görüleceği üzere AGA, ya α açısı ya da yeryüzündeki X Y uzunluğu ölçülerek bulunabilir. Şekil, bir kesit gösterim olduğundan, gerçekte X Y uzunluğu dairenin çapını göstermektedir (Mather, 1987). 24

26 Dedektör Optik sistem α X AGA Şekil 16 Anlık Görüş Alanının Açısal ( α ) ve Yeryüzü Uzunluğu (XY) Olarak Gösterimi. Genellikle AGA bir piksele karşı düşer. Ancak birkaç AGA birleştirilerek bir piksel oluşturulabildiği gibi, sayısal bir resim yeniden örneklendiğinde, ya da geometrik düzeltmeden geçirildiğinde AGA-piksel ilişkisi bire bir olmaktan çıkar (İnce, 1986). AGA değeri birçok faktöre bağlı olarak değişim sergileyebilmektedir. Bunların başında, uydu yörüngesinin tam olarak sabit (stabil) bir durum gösterememesi gelmekte, yörünge yüksekliği sık sık onlarca kilometre değişebilmektedir. Örneğin Landsat 1-3 için nominal yörünge yüksekliği 913 km. olmakla birlikte bu değer, km. arasında değişmektedir. Bu nedenle Landsat-MSS için genel olarak 79 m. belirlenen konumsal ayırma gücü, alçak (ekvatora yakın) enlemlerde daha küçük (76 m.) yukarı (kutba yakın) enlemlerde ise daha büyük (81 m.) değere ulaşmaktadır (Mather, 1987). Yine AGA ölçümünde farklı yöntemler kullanıldığında, piksel değerinde farklılıklarla karşılaşılabilecektir. Yersel ayırma gücü de denilen konumsal ayırma gücü, AGA ve piksel büyüklüğüne yakından bağlı olduğu kadar, radyometrik ayırma gücü, yer ve atmosfer koşullarına da bağlılık gösterir. Bu durumu bir örnekle açıklamak gerekirse; beş metre genişliğinde bir yol, hatta 1m.x1m. boyutunda bir ayna Landsat-TM görüntüsünde kolayca görülebilirken, m. genişliğindeki bir yol, çevresiyle kontrast farkı az olduğunda hiç görülmeyebilir. Aşağıda IRS uydusuna ait farklı 6 farklı yer çözünürlüğüne ilişkin bir örnek verilmiştir: Y 25

27 Şekil 17 IRS Uydusunun Farklı Çözünürlük Seviyeleri 26

28 3.2. Spektral Ayırma Gücü Yeryüzündeki nesnelerin ve arazi türlerinin uzaktan algılama yoluyla tanımlanabilmelerinin en önemli nedeni spektral özelliklerinin değişiklik göstermesidir. Algılayıcıların tasarımı da bu değişiklikleri fark edecek ve istenilen ayrımları yapabilecek biçimde düşünülür. Her spektral band (ya da kanal) elektromanyetik spektrumun bir bölgesinde duyarlıdır. Bu bölge başlangıç ve bitiş dalgaboyları ya da merkez frekansı ve band genişliği biçiminde verilir (İnce, 1986 a). Uzaktan algılama aletinin spektral ayırma gücü, kullanılan kanalın band genişliği ile belirlenir. Kuramsal olarak spektrum ne kadar çok ve küçük parçaya ayrılırsa, spektral ayırma gücü o kadar artar. Ancak, dar bandlı aletler, sistemin radyometrik ayırma gücünü azaltan, düşük sinyal-gürültü (signal-noise) oranı ile veri elde etme eğilimindedir (ASP, 1983). Bu durumda, dar band genişliği (yüksek ayırma gücü) ve düşük sinyal-gürültü oranı arasında uygun bir çözüm yolu arama zorunluluğu doğmaktadır. Sinyal; algılayıcı tarafından elde edilen verinin bilgi içeriği iken, gürültü; sinyale katılan istenmeyen değişimlerdir. Gürültü, rastgele ya da sistematik yapıda olup, aletin iyi çalışmayan mekanik veya elektronik bileşenlerinden kaynaklanır. İşte bu sinyal düzeyi ve gürültü düzeyi arasındaki orana sinyal-gürültü (S/N) oranı adı verilmektedir. Pushbroom türündeki yeni tip algılayıcılar, her tarama satırındaki elemanın bir dedektörle temsil edildiği ve doğrusal dizi oluşturan bu dedektörlerin, platformun ileri doğru hareketi ile görüntüyü elde etmesi esasına dayanmaktadır. Bu durum, görüntüleme sırasında her tarama satır elemanına daha uzun bir süre bakış (kayıt) olanağı sağlamakta ve böylece tek dedektörlü mekanik tarayıcılara kıyasla daha iyi sinyal-gürültü oranı vermektedir (Şekil 5.3). Böylece pushbroom tarayıcı için her noktadaki bakış süresi daha uzun olmakta ve dar bandlarda, kabul edilemiyen düzeyde bir S/N oranı azalması olmaksızın çözüm sağlanabilmektedir (Mather, 1987). a Pushbroom tarayıcı (HRV) b Elektrom ekanik tarayıcı (M SS) Ayna mercekler Dedektör dizisi Optik sistem Dedektör genişlik Genişlik Şekil 18 Pushbroom ve Elektromekanik Tarayıcı Çalışma Esası En uygun spektral band seçimi amaca göre değişmektedir. Örneğin, tarımsal ürün büyümesi ve gelişimi, görünen ve yansıyan kızılötesi bölgelerde dar bandlar kullanılarak daha iyi gözlenebilmektedir. Deniz durumunun izlenmesi, çok kanallı aktif ve pasif mikrodalga sistemler ile daha iyi sonuç vermektedir. Jeoloji gibi bir disiplin içerisinde en iyi sonuç, özel spektral bandlar kullanılarak elde edilmektedir. Örneğin volkanizma, yüksek radyometrik ayırma gücüne sahip geniş termal kızılötesi bandlar ile araştırılmakta; yüzey jeolojisi, duruma 27

29 bağlı olarak Landsat görüntüleri, hava fotoğrafları veya aktif mikrodalga sistemleri yardımı ile elde edilmiş görüntüler kullanılarak haritalanabilmektedir (ASP, 1983) Radyometrik Ayırma Gücü Parlaklık ya da yayın şiddeti olarak ölçülen değerlerin bilgisayar ortamında saklanabilmesi için belirli sayıda ayrık değerler biçiminde ifade edilmesi, yani sayısallaştırılması gerekir. Radyometrik ayırma gücü ya da radyometrik duyarlık; algılayıcı tarafından toplanan verilerin, seçilebilen ayrık parlaklık değeri sayısı ve düzeyinin belirlenmesini tanımlar. Diğer bir deyişle sinyalin bölünebildiği ayrık düzey sayısının saptanmasıdır (ASP, 1983 ve Mather, 1987). Radyometrik ayırma gücü, bilgisayar ortamında ve ikili sayı sistemi veya bit cinsinden tanımlanmaktadır. Genellikle 8 bitten oluşan ve bir bayt (byte) adı verilen radyometrik ayırma gücü gösterimi, 0 ile 255 arasında değişen 2 8 = 256 farklı parlaklık düzeyinin sayısal ortamda yer almasını sağlamaktadır. Bununla birlikte Landsat 1, 2 ve 3 uydularındaki MSS algılayıcısında radyometrik ayırım 6 bit (64 düzey), NOAA uyduları AVHRR algılayıcısında ise 10 bit (1024 düzey) dir (İnce, 1986 a). Bir görüntünün yeryüzünde kapladığı alan cinsinden boyutu, spektral band sayısı, radyometrik ve konumsal ayırma gücü, bilgisayar ortamında işlenecek veri hacminin birer göstergesidir. Sözkonusu veri hacmini açıklamak açısından Landsat-TM algılayıcısı ele alındığında, bilindiği üzere bu algılayıcı 7 dalga bandına sahip bulunmaktadır. 8 bit ayırma gücündeki bu bandlardan görünen ve yansıyan kızılötesi bölgede algılama yapan altısının konumsal ayırma gücü 30 m., termal olanı ise 120 m.dir. 185 km x 185 km. alanı kapsayan bir görüntünün termal bandında 2.37 milyon piksel, diğer altı bandda ise toplam 38 milyon piksel yer almaktadır. Her piksel 8 bit olduğuna göre 7 bandda x 10 bit (1.848 Gbit) veya diğer bir anlatımla 231 Mbyte bulunacaktır (Richards, 1993). Bu değerlerden görülmektedir ki, sayısal uydu görüntülerini işlemede kullanılan bilgisayar sistemlerinin gerek bellek gerekse bilgi işlem hızı yönünden üstün özelliklere sahip olmaları büyük önem taşımaktadır Zamansal (Temporal) Ayırma Gücü Yeryüzündeki bir çok doğal nesnede, uzun süre içerisinde değişim sözkonusu değildir. Ancak değişmez de denilse, yeryüzündeki nesnelere ait fiziksel ve kültürel özellikler, bu özelliklerin gözlenebileceği en uygun zaman aralıkları içerisinde bir takım değişimlere konu olacaktır. Burada hem görüntülerin alınma zamanı hemde iki görüntü arasındaki zaman farkı önemli olabilmektedir (İnce, 1986). Bu uygun zaman aralığı, yıl, mevsim, birkaç gün veya hafta olabilmektedir. Hele bazı uygulamalar için uzaktan algılanmış verilerde zaman aralığı daha önemli bir unsur olmaktadır. Örneğin ürün büyüme ve gelişimini izlemede, önceden belirlenmiş kısa zaman aralıklarında (belki 10 gün) görüntü elde etme büyük önem taşımaktadır. Ancak bir yerleşim yerinin gelişimine yönelik görüntü isteğinde ise bu süre, bir yıl veya daha fazla zaman aralığı için daha uygundur. Ürün rekolte tahmini, yerleşim yerlerindeki gelişim, hidrolojik değişim, deprem, deniz taşımacılığı, ekili alan izlenmesi gibi önemli dinamik olayların algılanmasında, zaman faktörü çoğu kez anahtar rol oynamaktadır (ASP, 1983). Uzaktan algılamanın önemli işlevlerinden biri de zaman içerisindeki değişimleri izlemek olduğundan, algılayıcı sistemin ayırma gücü karakteristiklerinin belirlenmesinde zamansal ayırma gücünün önemli bir yeri bulunmaktadır. Uzaktan algılama işlemlerinin 28