GPS YER KONTROL NOKTALARI KULLANILARAK LiDAR VERİSİNİN DOĞRULUK ANALİZİ. (Geliş/Received: ; Kabul/Accepted in Revised Form:

Transkript

1 SUJEST, c.4, s.1, 2016 SUJEST, v.4,.1, 2016 ISSN: (Elektroik) GPS YER KONTROL NOKTALARI KULLANILARAK LiDAR VERİSİNİN DOĞRULUK ANALİZİ 1 Nuray BAŞ, 2 Haka ÇELİK, 3 H.Goca COŞKUN 1,2,3 İstabul Tekik Üiversitesi, İşaat Fakültesi, Geomatik Mühedisliği Bölümü, İSTANBUL 1 bas@itu.edu.tr, 2 hakacelik@itu.edu.tr, 3 goca@itu.edu.tr (Geliş/Received: ; Kabul/Accepted i Revised Form: ) ÖZ: Güümüzde, harita üretimide kullaıla çalışmalarda, geleeksel ölçüm tekikleride farklı olarak hem daha hızlı, hem de doğruluğu daha yüksek yeryüzü verisi elde etme çabaları gü geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada, elektromayetik spektrumu 1.064m yakı ifrared bölgeside algılama yapa bir Uzakta Algılama Tekiği ola Hava LiDAR tekolojisii, yatay ve düşey doğruluğuu RTK/GPS verileri ile (Real Time Kiematik- Global Positioig System) test edilmesi amaçlamıştır. Bu kapsamda, Türkiye i Doğu Karadeiz bölgeside yer ala Artvi İli Borçka ilçeside 2x2 km 2 büyüklüğüde bir ormalık bölge, çalışma alaı olarak seçilmiştir. Çalışmada, RTK/GPS ile elde edilmiş Yer Kotrol Noktaları (YKN) ile bu oktaları karşılık geldiği LiDAR oktalarıı belirlemesi içi arama çapı yötemi geliştirilmiş ve ayrıca, değişik arazi kategorileri içi karşılaştırmalı test souçları ortaya koulmuştur. Çalışmaı soucuda, düşey hata miktarı (KOHz) ormal dağılımda 0.20 m olarak ve %95 güve aralığıda düşey doğruluk (doğrulukz) ise 0.39m olarak bulumuştur. Yatay hata (KOHr) ormal dağılımda miimum 0.36m, maksimum 1.01m; yatay doğruluk (doğrulukr) ise %95 güve aralığıda miimum 0.62m, maksimum 1.75m düzeyide gerçekleşmiştir. Bu çalışmada kullaıla Hava LiDAR verisi içi düşey doğruluk, yatay doğruluğa göre yaklaşık iki kat daha prezisyolu olarak gerçekleşmiştir. Aahtar Kelimeler: LiDAR, GPS/RTK, arama çapı yötemi, yatay ve düşey doğruluk Accuracy Maagemet of LiDAR Data Usig GPS Groud Cotrol Poits ABSTRACT: Nowadays, both faster ad more accurate data acquisitio studies are gradually gaiig speed, differet of traditioal lad surveyig techics i order to obtai lad data havig high accuratio ad geometric resolutio o mappig. I this study, it is aimed that, to test with RTK/GPS (Real Time Kiematic-Global Positioig System) data of LiDAR (Light Detectio ad Ragig) Techology, as Remote Sesig Techic, makig detectio at 1.064m ear ifrared regio of electromagetic spectrum i terms of plaimetric ad vertical accuracy. İ this cotext, 2x2 km 2 forested lad, located i Borçka provice of Artvi City i the Easter Black Sea Regio of Turkey was selected as study area. I this study, positio ad elevatio differeces were estimated betwee Groud Cotrol Poits (GCP) acquired by RTK- ad the correspodig LiDAR poits, ad the, the relatioship betwee the accuracies of these values was tested with search radius method as compared with. Vertical error (RMSEz) was foud as 0.20m i ormal distributio while it was 0.39 m, vertical accuracy (accuracyz) i 95% cofidece iterval, Plaimetric error (RMSEr) was foud as miimum 0.36m, maximum 1.01m, while it was miimum 0.62m, maximum 1.75m plaimetric accuracy (accuracyr) i 95% cofidece iterval. As a result, it was see that the horizotal error was as twice as the vertical error. Key Words: LiDAR, GPS (RTK), search radius techic, horizotal ad vertical accuracy DOI: /Scitech

2 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 41 GİRİŞ (INTRODUCTION) Üzeride yaşadığımız yer yüzeyie ait doğal ve yapay objeleri gerçek fiziki koumua uygu olarak, e doğru ve hızlı bir şekilde modellemesi amacıyla kullaıla haritacılık çalışmaları yüzlerce yıl öceside güümüze kadar süregelmektedir. Doğruluk derecesi ve çözüürlüğü daha yüksek bir modele ulaşmak içi daima yei tekikler araştırılmaktadır. Lazer ışığıı 1960 yılıda buluarak Hava LiDAR (Light Detectio ad Ragig) sistemleride kullaılmasıyla birlikte, bu yei tekiği düyada kullaımıa başlaılmış fakat Ülkemizde bu kouda acak so 5 yılda birkaç yei uygulama yapılabilmiştir. Bu tekolojii düşey yükseklik doğruluğuu yatay doğruluğa göre daha prezisyolu olduğuu çeşitli yayılar ile ortaya koulmuş olması, Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) gibi düşey yükseklik doğruluğua ihtiyaç duyula modellerde bir alteratif olarak kullaılabilirliği sorgulamaya başlamıştır. Bu kapsamda Hava LiDAR tekiği ile elde edile verileri güümüzde hassas koum belirleme çalışmalarıda hızlı ve etki bir yötem ola RTK GPS (Real Time Kiematic Global Positioig System) tekiği esas alıarak, doğruluk aalizii yapılması bu yei tekolojii harita üretimide kullaılabilirliği kousuda öemli bir kayak oluşturacaktır. Hava LiDAR doğruluğu, şüphesiz veri elde etme aşamasıdaki sistem parametreleride, SYM üretimie kadar, yapıla tüm veri işleme çalışmalarıı birlikte değerledirilmesie bağlıdır. Doğruluk içi yatay doğruluk ve düşey doğruluk kavramlarıda söz edilmektedir. Hava LiDAR verisi içi doğruluk büyük orada uçuş yüksekliğie, kouma (GPS) ve IMU (Iertial Measuremet Uit) hatalarıa, yer istasyoları arasıdaki mesafeye ve LiDAR veri işlemei doğruluğua bağlıdır (Hodgso ve Bresaha, 2004). Hava LiDAR yötemi ile oluşturulmuş yükseklikleri düşey doğruluğuu taımlamak içi yaygı ola metot, LiDAR ile oluşturulmuş SYM i Yer Kotrol Noktaları (YKN) ile karşılaştırılmasıdır. YKN ı seçerke dikkat edilmesi gereke husus; yeterli sıklıkta ve homoje dağılmasıı sağlamaktır. Bu kıyaslamaı soucuda oluşturula doğruluk aalizi souçları arazi tiplerie göre farklılık göstermektedir. LiDAR veri doğruluğu düz arazilerde, eğimli ve orma kaplı alalara göre iki kat daha fazladır (Hodgso ve Bresaha, 2004). Karşılaştırma içi bir diğer yaygı yötem, LiDAR okta bulutu verisii eterpolasyo yötemi ile SYM e döüştürmek, ardıda modele karşılık gele hücre değerlerideki YKN ile karşılaştırmaktır. Bu karşılaştırmada bir arama peceresi taımlayıp bu pecere içerisideki LiDAR oktalarıda türetilmiş SYM ile YKN ı karşılaştırmak da ayrı bir yötem olarak değerledirilebilir. Acak LiDAR veriside SYM oluşturma esasıda eterpolasyo tekikleride kullaıla parametrelere bağlı olarak eterpolasyo hatası meydaa gelmektedir. Bu edele alteratif bir yaklaşım olarak, GPS oktaları ile LiDAR oktaları arasıda birebir karşılaştırma da yapılabilmektedir. Böylece gridlemede kayaklaa hatalar elimie edilir (Hodgso ve diğ, 2003). Üçücü yötem ise LiDAR oktalarıı çevresideki oktalarla GPS oktalarıı karşılaştırıldığı yaklaşık okta algoritmasıdır (Webster ve Dias, 2006). Literatürde LiDAR modeli ile GPS-YKN ı karşılaştırılması kousuda pek çok araştırma bulumaktadır. Fakat düşey hata belirleme kousudaki araştırma sayısı, yatay hata belirleme çalışmalarıa göre daha fazladır. Öreği; Veeziao (2002) tarafıda yapıla bir doğruluk araştırmasıda KOH değerleri düz yüzey içi 0.34m, hedek içi 0.66m, eğimli yüzey içi 0.47m, egebeli arazi içi 0.33m, hasat edilmiş arazi içi 0.17m, hasat edilmemiş arazi içi 0.44m olarak belirlemiştir. Reutebuch ve diğ. (2003) ormalık alada 1,5m okta mesafeli LiDAR-SYM ile 347 kotrol oktasıı karşılaştırılması içi yaptığı bir çalışmada ise ortalama hatayı 0.22m olarak tespit etmişlerdir. Kesilmiş orma içi 0.16m, seyrek orma içi ise 0.18m, sık orma içi ise 0.31m olarak tespit etmiştir. Motae ve Torres (2006) Amerika Birleşik Devletleri i (ABD) bir eyaleti ola Güey Carolia da 32 km 2 alada yaptığı bir çalışmasıda RTK/GPS ile elde edilmiş kotrol oktaları ile LiDAR oktaları arasıdaki farkı ortalama 0.07m olarak tespit etmiştir. Webster (2005) ABD Aapolis vadiside tarımsal ve şehir alaıı içere iki ayrı bölgede yaptığı çalışmada, 5m arama çapı içide (yol içi 3m) eterpolasyo işlemi uygulamış LiDAR-SYM oktaları ile RTK/GPS ile elde edilmiş kotrol oktalarıı

3 42 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN karşılaştırmış ve souç olarak GPS ile LiDAR oktalarıı yükseklikleri arasıdaki farkı 0.03m olarak, ormalık alada ise 5m arama çapı içi bu farkı 0.12m olarak bulmuştur. Stal ve diğ. (2011) Belçika da bulua Kemmel dağıda 697 okta ile yapıla bir çalışmasıda 50m çözüürlüklü SYM ile RTK-GPS yötemi ile elde edilmiş oktaları karşılaştırarak maksimum düşey hatayı 0.2m olarak tespit etmiş ve ayrıca topoğrafyaı lokal eğimi ile LiDAR oktalarıı yatay ve düşey yer değiştirmesii korelasyolu olduğuu fakat düşey hata ile eğim arasıda belirgi bir ilişki olmadığıı iddia etmiştir. Edso ve Wig (2015), ABD i Orego eyaletide, McDoald Du Ormaı ve çevreside yaptığı bir çalışmada, farklı ormalık alalarda RTK/GPS ortometrik yükseklikleri ile LiDAR okta yükseklikleri ve ayı zamada LiDAR-SYM yüksekliklerii karşılaştırmıştır. Ortalama GPS-LiDAR okta farklılıklarıı 0.24m ile 2.82m arasıda; LiDAR- SYM karşılaştırması içi 0.27m ile 2.69m arasıda bulmuştur. Aguilar ve diğ. (2010) açık alalarda GPS yükseklikleri ile LiDAR yükseklikleri arasıda yaptığı karşılaştırmada ise düşey doğruluğu 0.15m olarak belirlemiş, fakat bu soucu adir olduğuu açık alalar ve ideal koşullar içi elde ediliebileceğii çalışmasıda açık olarak belirtmiştir. Pourali ve diğ. (2014) Avusturalya Melboure da 130 km lik kıyı şeridie ait LiDAR veriside GPS oktaları ile miimum mesafe yaklaşımı kullaarak yaptığı karşılaştırmada düşey doğruluk içi %68 güve aralığıda 0.10m, yatay doğruluk içi ise 0.35m olarak tespit etmiştir. Liu (2011) Avustralya ı Victoria eyaletide kırsal alada farklı arazi sııflarıda düzesiz üçge ağı, e yakı okta ve çapraz geçerlilik yötemleri kullaılarak oluşturula LiDAR veri setleri ile GPS oktalarıı farklı arazi kategorileri içi arama çapı yötemi de kullaarak karşılaştırmıştır. Maximum hataı ot/eki arazi sııfıda ve miimum-maksimum hata aralığıı bütü okta tipleri içi -0.6m ile +0.6m arasıda bulmuştur. Bu çalışmada; GPS/RTK ile elde edilmiş YKN ile bu oktaları karşılık geldiği LiDAR oktaları arasıdaki koum ve yükseklik farklılıklarıa ilişki hatalarıı arama yarıçapı yötemi ile tespit edilmesi amaçlamıştır. Karşılaştırma Karesel Ortalama Hataları (KOH) hesaplaması yoluyla değişik arazi kategorileride karşılaştırmalı olarak yapılacaktır. STANDARTLAR (STANDARTS) Amerika Birleşik Devletleride kullaıla doğruluk stadartlarıa ilişki, Uluslararası farklı komiteler LiDAR, Harita ve CBS kullaıcıları içi uygulamada belirli stadartları yakalamak amacıyla rehber iteliği taşıya çalışmalar gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışmalarda biri de LiDAR kullaıcıları içi so derece öemli bir kayak teşkil ede yatay ve düşey doğruluk yöetimi ve stadartlarıdır. Bu kuruluşlarda bazıları NSSDA (Natioal Stadard for Spatial Data Accuracy), NDEP (Natioal Digital Elevatio Program) ve ASPRS (The America Society for Photogrammetry ad Remote Sesig) dir. NSSDA Stadartları komitesi LiDAR verisii kaydedilmesi, ölçüm metotları ve doğruluk raporları kousuda tavsiye iteliğide metotlar geliştirmiş ve hagi düzeyde bir doğruluk üretilebileceğii taımlamıştır. ASPRS LiDAR komitesi 17 Kasım 2014 te NDEP tarafıda yayılamış ola Sayısal Yükseklik Verileri Rehberii ilgili bölümleri ile uyumlu ola yei bir rehber yayılamıştır. Bu stadartlar ASPRS Accuracy Stadards for Large Scale Maps (1990) ve ASPRS Vertical Accuracy Reportig for LiDAR Data (2004) stadartlarıı da içermektedir. Bu ASPRS kuralları içide, NSSDA ile zıt olduğu tespit edile vakalar meydaa gelirse, NSSDA ı kotrol belge olduğu ve emsal alıacağı da belirtilmiştir. LİDAR DOĞRULUĞU (LiDAR ACCURACY) Doğruluk içi öcelikle mutlak doğruluk ve relatif doğruluk kavramlarıda söz etmemiz gerekmektedir. LiDAR verileri içi mutlak doğruluk kavramı, lazer hatalı oktalarıı ve relatif doğruluğu bir foksiyou olarak verideki bütü rastgele ve sistematik hataları ölçümüdür. Mutlak doğruluğu değerledirmek içi öce gürültü filtreleme ve kalibrasyo işlemi yapmak gereklidir. Relatif doğruluk ise verii iç tutarlılığı demektir. Öreği farklı uçuş hatlarıda bidirmeli alalar içide

4 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 43 kala oktaları sapmaları ölçülmelidir. LiDAR sistemi iyi kalibre edilmişse hatlar arası sapma 10cm de daha küçük olabilmektedir. Yatay ve düşey doğruluk kavramları ise LiDAR ışııı uzu çim, çalılık gibi yüzeyi bitki örtüsü özellikleride dolayı zemie tamamiyle ulaşamaması soucu, farklı arazi kategorileride ve farklı bitki örtüsü yapısıa bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Ayrıca eğim etkisi de yatay yöde yer değiştirmeye ede olmaktadır. Buula birlikte, literatürde ideal koşullarda yatay doğruluk içi 5-50cm, düşey doğruluk içi 15cm gibi büyüklükler ifade edilmektedir. (Pereira ve Jasse, 1999). Düşey Doğruluk (Vertical Accuracy) LiDAR verileride mutlak düşey doğruluğu taımlamak içi, GPS yötemiyle elde edile kotrol oktalarıı koordiatları ile LiDAR okta koordiatları arasıdaki farklar buluarak KOH değerleri hesaplamaktadır. ASPRS (2004), NSSDA (1998) ve NDEP (2004) doğruluk stadartları kuruluşları doğruluk içi bağımsız bir kayakta üç kez daha doğru bir veri ile karşılaştırma yapmayı öermiş, düşey doğruluk testi içi ise, eğer hata o veri seti içi ormal dağılımı izliyorsa, bu kuralları geçerli olduğuu belirtmiştir. ASPRS (2004) ayrıca, düşey hataı açık arazide ormal dağılımda olmasıa karşı, yoğu bitki alaı gibi yerlerde aktif sesörü zemie ulaşamamasıda dolayı ormal dağılım izlemediğide, araziyi kategorilere ayırmış ve bu kategorilere göre ek rehber vermiştir. Öreği, ormalık, bodur ağaç, buğday yada mısır kaplı ala, uzu otlar, isa yapımı koru, biçilmiş çim, veya şehir alaları vb. Bu yüzde açık arazi ile diğer arazilerdeki testi ayrı tutmuş ve FVA (Fudametal Vertical Accuracy), SVA (Supplametal Vertical Accuracy) ve CVA (Cosolidated Vertical Accuracy) doğruluk kavramlarıı taımlamıştır. FVA sesör performasıa dikkat çekerke, SVA ve CVA, LiDAR ışı döüşüü bitki alalarıda geçirimi, SYM deki düzesiz dağılmış oktalar ve arazi ayrım çizgileri ile ilgilidir. FVA mutlaka hesaplaması gerekirke SVA ve CVA tercihe göre hesaplamalıdır. Temel Düşey Doğruluk (Fudametal Vertical Accuracy) Bitki örtüsü içermeye alamıa gelmektedir. No Vegetated Accuracy (NVA) olarak da ifade edilmektedir. Veri işleme ve toplamaı kalite kotrolüü sağlamakta olup, NDEP rehberide yalızca yeryüzüü yüksek oralı taımladığı açık araziler içi %95 güve aralığıda hesaplaması gerektiği belirtilmiştir. Bitki kaplı alalarda kullaılmamalıdır (Eşitlik 1). FVA = Doğrulukz = KOHz * (1) Tamamlayıcı Düşey Doğruluk (Supplametal Vertical Accuracy ) Diğer arazi sııflarıı sııfladırma algoritmalarıı etkiliğii ölçmektedir. SVA değerleri her arazi kategorisi içi ayrı ayrı olmak üzere 95 th persetil aralığıda hesaplaır. Bu alalarda ormal dağılım izlemesie gerek olmadığı farz edilir. Birleştirilmiş Düşey Doğruluk (Cosolidated Vertical Accuracy) Bitki örtüsü düşey doğruluğu alamıa gele Vegetated Vertical Accuracy (VVA) de deilmektedir. Birleştirile tüm arazi örtüsü katorilerii düşey doğruluğuu göstermektedir. 95th persetil aralığıda hesaplaır. CVA yai VVA doğruluğu, FVA da 1.5 kat daha fazladır ASPRS (2004).

5 44 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Yatay Doğruluk (Horizotal Accuracy) LiDAR verileride yatay hata belirlemek, düşey hata belirlemeye azara daha güçtür. Çükü arazi yüzeyii topoğrafik özellikleri, eğim etkisi gibi edelerde dolayı doğruluk kavramı değişiklik gösterir. Bu sebeple LiDAR verilerideki yatay hata, yükseklik hatasıda birkaç kat daha fazladır (Vosselma, 2008). Ayı zamada yatay doğruluk, düşey doğrulukta olduğu gibi arazi örtüsüe değil arazi ölçüm yeteeğie bağlıdır. Öreği veri elde etme aşamasıdaki lazer sesörü, avigasyo sistemi ve INS (Iertial Navigatio System) arasıdaki açısal kayıklık sebebiyle oluşa yöledirme hatası meydaa gelmektedir. LiDAR verileride yatay hata kayakları şulardır. Taşıma platformuu pozisyou, Döüklük taımlama, Lazer sesör, INS/POS (Positio Orietatio System) ekipmaı ve uçağı platformu arasıdaki kaçıklık, Lazer sesörüü elektro-optik kısmıı arızası, Yalış lazer ve INS/POS veri işleme, Veri ö işleme, GPS baz istasyolarıda gele hatalı veri, Yalış veri-koordiat döüşümü. LiDAR hatalarıı her bloktaki hata, her şeritteki hata, her GPS gözlemideki hata, her oktadaki hata şeklide tarif edebiliriz. ASPRS (2004), miimum yatay doğruluk içi araziyi sııflara ayırmış, hata miktarı KOH içide kalalar içi 1.sııf, sıırı iki katı olalar içi 2.sııf, 3 katı olalar içi de 3.sııf arazi taımlaması yapmıştır. Bu stadartlara göre öreği 1:2000 ölçekli harita içi miimum yatay doğruluk 0.50m, 1:4000 ölçek içi 1m olarak gösterilmiştir. Kotrol Noktalarıı Seçimi (Selectio of The Cotrol Poits) Uluslararası stadart kuruluşlarıda ASPRS (2004) ve FGDC (1998), LiDAR verileride düşey doğruluğu test etmek içi 5 temel arazi kategorisi ve her bir arazi kategorisi içi e az 20 okta (tercihe 30 okta) olmak üzere toplam 100 okta ile testleri yapılmasıı öermiştir. 5 temel arazi kategorisi şulardır: Açık arazi (kum, kaya, sürülmüş tarla, çim, golf sahası), Uzu boylu ot ve ürü, Çalılık arazi, Tamamiyle ağaç kaplı orma, Şehir alaı, isa yapımı obje vb. arazi sııfları. NSSDA (1998) ve ASPRS (2014) rehberleride, kotrol oktalarıı geleeksel açık arazide koumlaması gerektiği, mısır tarlası koru v.b. güveilirliği düşük bölgelerde seçilmemesi gerektiği de ayrıca belirtilmiştir. Hata dağılımı rasgele olmadığı zama kotrol oktalarıı koumu daha öemli olmakla birlikte, öemli detayları olduğu bölgelerde daha yoğu ve az ilgileile bölgelerde daha seyrek dağılımda seçilmesi öerilmektedir. Eğer stadart pozisyo doğruluğu gerektirecek dikdörtge bir veri seti alaımız var ise, karşılıklı diagoal mesafei e az %10 u aralıkta ve veri setii her çeyreğide oktaları e az %20 si kadar dağılım gerçekleştirilmelidir.

6 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 45 NDEP (2004), kotrol oktaları yerleşimi içi yatay hata etkisii ve eterpole hatasıı azaltmak bakımıda, arazi eğimii %20 de fazla olduğu yerlerde, eğimi sıkça değiştiği yerlerde, köprü mesetleride veya yol kearlarıda, arazi ayrım çizgilerii yalış yöleride seçilmemesi gerektiğii belirtmiştir. ÇALIŞMA ALANI ve KULLANILAN VERİLER (STUDY AREA ad DATA USED) Şekil 1. Çalışma Alaı

7 46 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Çalışma alaı olarak Ülkemizi Doğu Aadolu Bölgesi de bulua Artvi İli, Borçka ilçeside yer ala 2x2 km 2 büyüklüğüde bir ormalık ala seçilmiştir (Şekil 1). Kullaıla hava LiDAR verisi, Borçka Gürcista Eerji Nakil Hattıı güzergah etüt çalışmaları sebebiyle oluşturulmuş olup, Körfez Haritacılık ve Plalama Ltd. Şti de temi edilmiştir. Çizelge 1. Kullaıla hava LiDAR Verisii Sistem Parametreleri (System Parameters of Airbore LiDAR Data Used) Sistem Parametreleri Uçuş Hızı 110 kot (203,720 km/h) Uçuş Yüksekliği 1000m (3281 feet) Şerit Geişliği (swath with) 1.154m Tarama Açısı 60 Pulse Tekrarlama Hızı (1/s) Işı Sapması Ham Veri Yoğuluğu Yöeltme Sayısı 0.5 mrad Şerit Bidirme 2.41 Eie Bidirme %60 Ayak izi çapı (footprit) 2.4 okta/m² 4 (ilk pulse-so pulse) 1m Pulse spacig 0.87m Yer çözüürlüğü(grd) 2m Ham veriler, Çizelge 1 de belirtildiği üzere, Riegl LMS-Q560 LiDAR tarayıcısı kullaılmak suretiyle, tarihide 8:32 ile 11:52 saatleri ve tarihide 6:56 ve 11:37 saatleri arasıda Artvi- Borçka-Gürcista güzergahıda yerde ortalama 1000 m uçuş yüksekliğide, 110 kot (203,720 km/h) uçuş hızıyla, 60 tarama açısı kullaılarak, saiyede pulse tekrarlama hızı ile m 2 ye ortalama 2,4 okta düşecek şekilde elde edilmiştir. Koordiatlar, ED-50 Datumuda, UTM koordiat sistemide ilk ve so pulse olarak XYZ koordiatlarıı içere las veri formatıda elde edilmiştir. Çalışma alaı 950x800m boyutlarıda, miimum yükseklik 97.92m ve maksimum yükseklik 600 m dir. Az yoğu bitki örtüsü, bir bölümü ağaçlık ala, bialar ve baraj alaıı içermektedir. Kullaıla LiDAR verisi m 2 ye ortalama 1.4 okta düşecek şekilde ve ortalama okta mesafesi 0.86m dir (Çizelge 2). Çizelge 2. Test Bölgesi Verisii Özellikleri (Characteristics of the Test Data) Test bölgesi Boyut Test-1 950x800 Mi-max yükseklik Nokta Adedi Nokta Yoğuluğu (okta/m 2 ) 1.4 Ortalama okta mesafesi 0.86 Arazi Özelliği Ai değişke, eğimli arazi Yeryüzü harici objeler Bia, ağaçlık ala, baraj, yol

8 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 47 METODOLOJI ve UYGULAMA (METHODS ad APPLICATION) Çalışma alaıda yapıla arazi çalışması soucuda, RTK/GPS yötemi kullaılarak ve Bölüm 2 deki Stadartlara uyularak 100 adet koumu ve yüksekliği bilie yer kotrol oktası elde edilmiştir (Şekil 2a). Bu kotrol oktalarıı yerleri yie bu komiteleri doğruluk stadartlarıı taımlamış olduğu 5 temel arazi kategorilerie göre belirlemiştir. Bu arazi kategorileri; Açık arazi (düz beto çakıl yol- eğim % < 10 ), Kısa çim (eğim %20-30 arası), Çalılık (eğim %30-35 arası), Tamimiyle ağaç kaplı orma, Yerleşim alaı, bia. olmak üzere beş farklı arazi özelliğide yer almaktadır. (a) (b) (c) Şekil 1. (a) Arazide GPS Okumaları (b) YKN larıı Goggle Earth üzeride gösterimi (c) Eğim haritası Seçile çalışma alaı yerleşim alaıa ilişki bialar, köprü, baraj alaı v.b yapay objeler ile homoje olmaya, eğimli ve dik bir arazi yapısıa sahiptir. Kotrol oktalarıı yerlerii seçimi kousuda bu sıradışı ve zorlu arazi yapısı içeriside, 2. Bölümdeki stadartlarda belirtile kriterlere uymak suretiyle seçim yapılmıştır. Fakat, Şekil 2b de görüldüğü gibi uygulama alaı içeriside bu stadartlara tamamiyle uya yüzey örtüsü bulumadığıda öcelikle Uluslararası düzeyde kabul görmüş ola Toprak Taımlama Kılavuzu FOA (Guidelies for Soil Descriptio Food ad Agriculture Orgaizatio of the Uited Natios) stadartlarıa uygu olarak arazi grupladırılmıştır (Çizelge 3). Daha sora, çalışma alaıı eğim haritası oluşturulmuştur (Şekil 2c). Bu çizelgede listelee verilere göre dik arazi kategorisie geçiş değeri ola eğimi %35 de fazla olduğu yerlerde kotrol oktası seçilmemiştir. Arazi kategorileri içi ise yüzeyi bitki örtüsü özellikleri ve eğim değeri baz alıarak; açık arazi, kısa çim, çalılık, tamamiyle ağaç kaplı ala ve yerleşim alaları şeklide grupladırma yapılmıştır.

9 48 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Çizelge 3. (FAO,1990) Sistemie Göre Arazi Eğim Sııfları (Lad Slope Classes Accordig FAO, 1990 System) 1.düzey 2.düzey Eğim(%) düz arazi ova <10 plato <10 çökütü <10 Eğimli arazi Orta eğimli kayalık bölge Orta eğimli tepe Orta eğimli dağ Bölümüş ova Dik arazi Yüksek eğimli kayalık >30 Yüksek eğimli tepe >30 Yüksek eğimli vadi >30 Daha sora, arazi çalışması soucuda elde edile YKN ları ile LiDAR okta bulutu verisi üstüste çakıştırılarak; GPS oktaları ile LiDAR oktalarıı yükseklik ve koum değerleri arasıdaki farklar sırasıyla 1m, 2m ve 3m arama çapı içeriside hesaplamıştır (Şekil 3). Bu işlem soucu elde edile değerler birbirleriyle karşılaştırılarak, e az farkı meydaa geldiği arama çapı içerisideki okta, optimum değer olarak kabul edilmiştir. Şekil 3: Arama Çapı Yötemiyle Verileri Karşılaştırılması

10 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 49 Çizelge 4. Arama Çapı İçerisideki Koum ve Yükseklik Farkları (Locatio ad Height Differeces i Search Radius) GPS - LiDAR (ort) Arama çapı dy dx dz Optimum değer belirlemesi içi arama çapı içeriside, x-y yöüdeki ortalama dx ve dy farkları icelediğide, miimum fark 1 m lik çap içeriside meydaa gelmiştir. Z yöüdeki ortalama farklara bakıldığıda ise, 2m lik çap içeriside seçile oktalar miimum değer almış olmakla birlikte 1m, 2m, ve 3m, çap içeriside belirgi bir fark oluşmamıştır (Çizelge 4). Arama çapı arttırıldığıda x y yöüdeki dx ve dy farkları oktaı koumua bağlı olarak artmıştır. Bu edele farklılığı e yüksek olduğu 3m lik arama çapı değeri uygu bulumamıştır. Diğer yada, veri elde etmede kullaıla sistem parametrelerie bağlı olarak, öreği LiDAR okta yoğuluğuu ortalama 2okta/m 2 olduğu durumlarda 1m lik arama çapı içeriside karşılaştıracak okta bulumayacaktır. Ya da; arama çapı içeriside değerledirme yapılırke, çalışma alaı içeriside LiDAR okta bulutuu yalış filtrelemesi soucu, 1m lik çap içide gerçekte yeryüzüe ait olmaya oktalar yer alabilecektir. Bu yalış oktalar yükseklik doğruluğuu etkileyeceğide okta seçimi esasıda, bu husus göz öüe alımalıdır. Bu edele 1m ve 2m lik arama çapı içeriside e uygu okta karşılaştırması yapılmada öce filtreleme doğruluğu test edilmelidir. Bu durumda çalışma alaımıza karşılık gele sayısal ortofoto harita kullaımı uygu bir seçimdir. Souç olarak; veri yapısı ve Çizelge 4 deki souçları değerledirilmesi soucu, 1m ve 2m lik arama çaplarıı her ikiside değerledirmeye alıarak optimum farklar bulumuştur. Bu durumda, 1 m ve 2m lik arama çapı içeriside yer ala YKN arasıda yapıla aaliz soucu, e uygu LiDAR karşılaştırma oktaları belirleerek, 100 adet okta içi hem koum hem de yükseklik farkları hesaplamıştır. Karşılaştırmada ölçüle GPS oktaları doğru okta olarak kabul edilmiştir. Farkı pozitif değer alması, LiDAR verisii doğru yüzeyi üzeride, egatif değer alması ise altıda olduğuu göstermektedir. 5 arazi kategorisi içi de (LiDARz GPSz) farkları kullaılarak düşey hata (KOHz) hesaplamıştır (Deklem 2). Daha sora, ormal dağılımda kabul edile çıplak arazi kategorisi içi %95 güve aralığıda düşey doğruluk (Doğrulukz) bulumuştur (Deklem 3). Souçlar Çizelge 5 de gösterilmiştir. KOH z i1 ( LiDARz - GPSz) 2 (2) Doğrulukz=1,9600*KOHz (3)

11 50 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Çizelge 5. Temel Arazi Kategorileri İçi Düşey Hata ve Doğruluk Değerleri (Vertical Error ad Vertical Accuracy Value for Basic Lad Categories) Arazi türü metot Doğruluk z Dzmi dz max KOHz Açık ala 1.96XRMSE th Persetil 0.28 Kısa Çim(%20-30) 1.96XRMSE th Persetil Çalı (%30-35) 1.96XRMSE 95th Persetil Tamame ağaç 1.96XRMSE th Persetil Yerleşim 1.96XRMSE th Persetil Birleştirilmiş 1.96XRMSE th Persetil Elde edile souçlar icelediğide, maksimum düşey hata 0.42m ile çalı tipi yüzey örtüsüde, miimum düşey hata ise, tahmi edildiği gibi 0.20m olarak açık ve düz alada meydaa gelmiştir. Fakat çalı tipi yüzey örtüsü dışıdaki arazi kategorileri arasıda düşey hata bakımıda souçlar birbirie oldukça yakıdır. Diğer yada düşey doğruluk (Doğrulukz) değerlerii hesaplamasıda ASPRS (2014) stadartlarıı dikkat çektiği FVA, SVA ve CVA doğruluk hesaplamaları yapılarak Çizelge 6 da gösterilmiştir. FVA değeri ormal dağılım kuralı ile, SVA ve CVA ise ormal dağılımda olmaya 95th persetil aralığıda hesaplamıştır. Ulaşıla souçlara göre açık ala sııfı içi bulua temel düşey doğruluk (FVA) 0.39m ve diğer arazi sııfları içi elde edile birleştirilmiş düşey doğruluk (CVA) 0.66m dir. Yai açık aladaki temel düşey doğruluk, orta ve yoğu bitki örtüsü kaplı arazi sııfları içi elde edile birleştirilmiş düşey doğrulukta daha prezisyoludur. Açık ala dışıdaki arazi kategorileride her bir arazi sııfı içi 95th persetil aralığıda ayrı ayrı hesaplaa SVA değerleri içi ise, kısa çim arazi özelliğide 0.27m, çalı tipi arazi özelliğide 0.82m, tamamiyle ağaç kaplı ala içi 0.66m, ve yerleşim alaı içi 0.42m, olarak hesaplamıştır. E yüksek SVA doğruluğu, yüzey örtüsüü ve eğimi düşük olduğu kısa çim arazide gerçekleşmiştir. Buu yerleşim alaı ve ağaçlık ala izlemektedir. E düşük SVA doğruluğu ise, çalı tipi arazi örtüsüdedir. Bu tür yapraklı çalı tipi bitki örtüsü içi LiDAR ışılarıı yeryüzüe ulaşması güç olmaktadır. Açık alalarda ise LiDAR ışı geçririmi yüksektir. Bu sebeple açık alalarda LiDAR doğruluğu yüksektir.

12 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 51 Çizelge 6. Temel Arazi Kategorileri içi FVA, SVA ve CVA değerleri( FVA,SVA,CVA Values for Basic Lad Categories) Arazi türü FVA Açık ala 0.39 SVA CVA Kısa çim (%20-30) 0.27 Çalı (%30-35) 0.82 Tamamiyle ağaç 0.66 Yerleşim 0.42 Birleştirilmiş 0.66 Yatay koum doğruluğu bakımıda ise NSSDA stadartlarıa bağlı olarak, sistematik hataları mümkü ola e iyi derecede elimie edilebilmesi amacıyla x ve y bileşelerii her birii ve hatalarıı bağımsız ve ormal dağıldığı kabul edildiğide, %95 güve aralığıda hesaplamalar yapılmakta ve buu içi katsayısı kullaılmaktadır. Yatay hata içi ise, (4) ve (5) Deklemleri yardımıyla hesaplaa (6) Deklemi kullaılmaktadır. Yatay doğruluk hsaplamaları içi ise Deklem (7) ve Deklem (8) kullaılmaktadır. Çizelge 7 de koum ve yükseklik farklarıa ilişki KOHx, KOHy, KOHr yatay hata miktarları ile %95 güve aralığıda yatay doğruluk (doğrulukr) değerleri verilmiştir. KOH x = 2 ( Lidarx GPSx) ) i1 (4) KOH y = 2 ( Lidary GPS y) ) i1 (5) KOH r = 2 2 ( Lidarx GPSx ) ( Lidary GPS y ) ) i1 (6) Doğrulukr=2,4477* KOHx =2.4477* KOHy (7) KOHr Doğrulukr= * = * ( KOHr ) (8)

13 52 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Çizelge 7. %95 Güve Aralığıda 5 Temel Arazi Kategorisi içi Koum Doğruluğu (Locatio Accuracy for The Five Basic Lad Category, 95% Cofidece Iterval) Arazi türü dy dx Mi Max Mi Max KOHx KOHy KOHr Doğruluk r Açık ala kısa çim (%20-30) Çalılık (%30-35) Tamame ağaç Yerleşim Elde edile souçlara göre e düşük yatay hata, 0.36m ile bitki örtüsüü az olduğu kısa çim arazi yapısıda, e yüksek yatay hata ise yerleşim alaıdadır. Açık alada 0.61m, çalı tipi eğimli arazi yapısıda 0.91m, tamame ağaç kaplı alada 0.99m, yatay hata elde edilmiştir. Çalı tipi, tamamiyle ağaç, ve yerleşim alaı içi elde edile souçlar birbirie oldukça yakıdır. Yatay doğruluk (Doğrulukr) içi ise açık alada 1.06m, kısa çim arazi yapısıda 0.62m, çalı tipi arazi yapısıda 1.58m, tamamiyle ağaçlık alada 1.71m, ve yerleşim alaıda ise 1.75m doğruluk değerleri elde edilmiştir. SONUÇLAR (CONCLUSIONS) Bu çalışma, Ülkemizi Doğu Karadeiz Bölgesi de, heteroje ve eğimli arazi yapısıda, mevcut ölçüm tekikleri ile ulaşılması zor alalar içi, so yıllarda yapıla birkaç uygulama ile güdeme gelmiş bulua Hava LiDAR tekolojisii kullaılabilirliğii ve doğruluk derecesii test etmek amacı ile gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, güümüzde uygulaa hassas koum belirleme çalışmalarıda cm ler düzeyide doğruluğa ulaşılabile RTK GPS (Real Time Kiematic Global Positioig System) tekolojisi ile elde edile YKN (Yer Kotrol Noktaları) esas alıarak, bu oktalar ile LiDAR ile elde edile x,y,z oktaları arasıdaki koum ve yükseklik doğrulukları geliştirile arama çapı yötemi ile test edilmiştir. Buu soucuda, arama çapı mesafesii belirlemesi içi, koordiat ve yükseklik farklılıkları test edilmesii yaıda, LiDAR okta bulutu verisii m 2 ye düşe okta yoğuluğu ve sııfladırma doğruluğua bakılarak karar verilmesii gerekliliği ortaya komuş olup, bu çalışmada kullaıla veriler içi 1m veya 2m lik arama çapıı uygu olduğu soucua ulaşılmıştır. Çalışmada ayrıca çıplak arazi yapısıdaki düşey doğruluk ile seçile farklı arazi kategorileride elde edile düşey doğruluklar karşılaştırılmıştır. Souç olarak; çıplak arazide elde edile temel doğruluk (FVA(Fudemetal Vertical Accuracy)) içi, diğer arazi kategorilerii birleşimi içi elde edile birleştirilmiş düşey doğruluğa (CVA(Cosolidated Vertical Accuracy)) azara daha yüksek doğruluk elde edilmiştir. Diğer öemli bir souç ise LiDAR ışı geçirimii e yüksek olduğu açık aladaki temel düşey doğruluğu orta ve yoğu bitki örtüsü kaplı arazi sııfları içi elde edile birleştirilmiş düşey doğrulukta daha prezisyolu olarak gerçekleşmiş olmasıdır. Ayrıca, kısa çim gibi yüzey örtüsüü düşük olduğu yerlerde, yapraklı çalılık gibi LiDAR ışılarıı geçirimii güç olduğu yerlere göre daha yüksek doğruluk elde edilmiştir. Uluslararası Stadart Kuruluşlarıda NDEP (Natioal Digital Elevatio Program) doğruluk kriterlerie göre eğri aralığı 4m ola bir haritada ormal dağılımda düşey hata (KOHz) ı 0.37m de ve FVA değerii ise 0.73m de büyük olmaması gerektiğii belirtilmiştir. Bu çalışmada ormal

14 GPS Yer Kotrol Noktaları Kullaılarak Lidar Verisii Doğruluk Aalizi 53 dağılımda %95 güve aralığıda düşey hata 0.20m, ve FVA değeri ise, 0.39m buluarak bu değerleri içeriside souç elde edilmiştir. Koum doğruluğu içi ise souçlar birbirie oldukça yakı gerçekleşmesie rağme rakam olarak, e yüksek doğruluk kısa çim alaıda e düşük doğruluk ise yerleşim alaıda bulumuştur. Ayrıca, ASPRS (1990), 1/4000 ölçeğide bir harita içi I.sııf arazide yatay hatayı (KOHr) 1.41m ve %95 güve aralığıda yatay doğruluğu (doğrulukr) 2.45m olarak taımlamıştır. NSSDA ise 1/4000 ölçekli haritada yatay hatayı (KOHr) 1.34m ve %95 güve aralığıda koum doğruluğuu (doğrulukr) 2.32m olarak taımlamıştır. Bu çalışmadaki souçlara göre ise, yatay hata (KOHr) miimum 0.36m, maksimum 1.01m olarak bulumuştur. Yatay doğruluk (Doğrulukr) ise miimum 0.62m, maksimum 1.7m düzeyide gerçekleşmiştir. Bu çalışmada olduğu gibi, gücel ölçüm tekikleri ile hava LiDAR tekolojisi arasıda yapılacak doğruluk araştırmasıda, doğru bir değerledirme yapılabilmesi içi çalışmaı amacıa da bağlı olarak, Hava LiDAR verisii elde edilmesi sırasıda belirleecek ola uçuş yüksekliği ve m 2 ye düşe okta yoğuluğu gibi sistem özellikleride, veri işlemedeki sııfladırma doğruluğua kadar pek çok usuru ayrı ayrı değerledirilmesi gerekmektedir. Topoğrafik özellikler ile arazi örtüsüü çeşitliliği de doğruluğa etki etmektedir. Acak, yüzeydeki bitki örtüsü yapısı yatay doğrulukta çok düşey doğruluğu etkilemiştir. Yatay doğruluk içi farklı yüzey özellikleride bezer ve yakı souçlar elde edilmiştir. Çükü, yatay doğruluk daha çok topoğrafik özellikler ve ölçüm metotları ile ilgilidir. Karşılaştırma oktaları içi kullaıla oktaları sııfladırma doğruluğu da elde edile souçları etkilemektedir. Çalışmaı geel soucu olarak; elde edile veriler ve hesaplamalar ışığıda, hava LiDAR verisii düşey doğruluğuu yatay doğruluğa göre daha prezisyolu olduğu, yoğu yüzey örtüsüü buluduğu alalarda düz ve açık alalara göre, LiDAR ışııı çıplak yer yüzeyie tamamiyle ulaşması egellediğide, daha fazla düşey hataya ede olduğu tespit edilmiştir. Yatay doğruluk ise sistem özellikleride (GPS/IMU), veri kalibrasyoua, sııfladırma doğruluğua ve pek çok usura bağlı olmaktadır. Fakat buu yaıda hava LiDAR verileri içi farklı arazi kategorileride farklı doğruluk stadartlarıı belirlemesi gerekmektedir. KAYNAKLAR (REFERENCES) Aguilar, F. J., Mills, J. P., Delgado, J., Aguilar, M. A., Negreiros, J. G., ad Perez, J. L., 2010, " Modellig Vertical Error i LiDAR Derived Digital Elevatio Models", ISPRS Joural of Photogrammetry ad Remote Sesig, 65(1), ss ASPRS, 1990, ''ASPRS Accuracy Stadards for Large-Scale Maps, Photogrammetric Egieerig ad Remote Sesig'', 56(7): , America Society for Photogrammetry ad Remote Sesig (ASPRS), Bethesda, MD. ASPRS, 2004, ''ASPRS Guidelies, Vertical Accuracy Reportig for Lidar Data'', May 24, 2004, America Society for Photogrammetry ad Remote Sesig (ASPRS), Bethesda, MDASPRS Guidlie Vertical Accuracy Reportig for Lidar Data Edso, C., ad Wig, M. G., 2015, " LiDAR Elevatio ad DEM Errors i Forested Settigs " Moder Applied Sciece, 9(2), ss Erdoğa, H.E, 2003, "Toprak Taımlama Kılavuzu", Tarım Reformu Geel Müdürlüğü,Akara FGDC. (1998). Geospatial positioig accuracy stadards, part 3 Natioal Stadard for spatial data accuracy: Federal Geographic Data Committee, Subcommittee for Base Cartographic Data,FGDC-STD , 20 p. Hodgso, M. E., ad Bresaha, P.,2004, " Accuracy of Airbore Lidar-Derived Elevatio Empirical Assessmet ad Error Budget",,Photogrammetric Egieerig ad Remote Sesig, 70(3), ss

15 54 N. BAŞ, H.ÇELİK, H.G.COŞKUN Hodgso, M. E., Jese, J. R., Schmidt, L., Schill, S., ad Davis, B., 2003, "A evaluatio of LIDAR ad IFSAR Derived Digital Elevatio Models i Leaf o Coditios with USGS Level 1 ad Level 2 DEMs." Remote Sesig of Eviromet, 84(2), ss Liu, X., 2011, " Accuracy Assessmet of Lidar Elevatio Data Usig Survey Marks Survey Review", 43(319), ss Motae, J. M., ad Torres, R., 2006, "Accuracy Assessmet of Lidar Saltmarsh Topographic Data Usig RTK GPS " Photogrammetric Egieerig ad Remote Sesig, 29208(August), ss NDEP, 2004, ''Guidelies for Digital Elevatio Data'', Versio 1.0, Natioal Digital Elevatio Program, May 10, 2004, c/o U.S. Geological Survey (USGS), Resto, VA. NSSDA., 1998, '' Geospatial Positioig Accuracy Stadards, Part 3: Natioal Stadard for Spatial Data Accuracy'' Federal Geographic Data Committee (FGDC), c/o U.S. Geological Survey (USGS), Resto, VA. Pereira, L., ad Jasse, L., 1999, '' Suitability of laser data for DTM geeratio: a case study i the cotext of road plaig ad desig'', ISPRS Joural of Photogrammetry ad Remote Sesig, Vol. 54, pp Pourali, S., Arrowsmith, C., ad Chrisma, N., 2014, "Vertical Accuracy Assessmet of LiDAR Groud Poits Usig Miimum Distace Approach", (April), ss.7 9. Reutebuch, S. E., McGaughey, R. J., Aderse, H. E., ad Carso, W. W., 2003, " Accuracy of a High Resolutio Lidar Terrai Model Uder a Coifer Forest Caopy", Caadia Joural of Remote Sesig, 29(5), ss Stal, C., Nuttes, T., Bourgeois, J., Carlier, L., Maeyer, P. De, ad De, A., 2011, " Accuracy assessmet of a LiDAR Digital Terrai Model by Usig RTK GPS ad Total Statio", 10(1), ss Veeziao, D., 2002, ''Accuracy evaluatio of LIDAR-derived terrai data for highway locatio'', Vosselma, G., 2008, "Aalysis of Plaimetric Accuracy of Airbore Laser Scaig Surveys" Iteratioal Istitute for Geo-Iformatio Sciece ad Earth Observatio, (ITC), Netherlad, Vol. XXXVII, part B3a., ss Webster, T. L., 2005, " LIDAR Validatio Usig GIS: A Case Study Compariso Betwee Two LIDAR Collectio Methods", Geocarto Iteratioal, 20(4), ss Webster, T. L., ad Dias, G., 2006, A automated GIS Procedure for Comparig GPS ad Proximal LIDAR elevatio, Computers ad Geoscieces, 32(6), ss