Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme hkm 2005/2 Sayý 93 mýþtýr. Daha sonra arazide bu nokt

Transkript

1 hkm Jeodezi, Jeoinformasyon ve Arazi Yönetimi Dergisi 2005/2 Sayý 93 Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme Eminnur AYHAN 1, Özlem ERDEN 2 Özet Bu çalýþmada, kýzýl ötesi hava fotoðraflarý ile Sayýsal fotogrametrik sistemde üç boyutlu modelleme ve çizgisel pafta üretimi gerçekleþtirilmiþ, üretilen paftanýn doðruluðunu etkileyen faktörler ele alýnmýþ, fotogrametrik deðerlendirme sonuçlarýnýn cad ve bilgi sistemi ortamlarýnda sunumu amaçlanmýþtýr. Fotogrametrik yöntemle üretilen paftanýn doðruluk araþtýrýlmasý için, Netcad ortamýnda jeodezik pafta ile karþýlaþtýrmasý yapýlmýþtýr. Sayýsal fotogrametrik yöntemle elde edilen çizgisel haritanýn Arc/Info ortamýnda topolojisi oluþturulup, Arcview 3.2 programýnda bilgi sistemi hazýrlanmýþtýr. Yine Arcview ortamýnda, sayýsal arazi yüzeyi üzerine bölgenin üç boyutlu modellemesi yapýlmýþtýr. Pafta üzerindeki objeler ile objeye ait resimlerin iliþkilendirilmesi gerçekleþtirilmiþtir. Ýlave olarak, çizgisel harita üzerinde bir pilot bölge seçilip, Nikon E2 kamerasý ile detaylarýn (bina, yol, kaldýrým, doðal nesneler...vb.) resimleri çekilmiþtir. Autocad programý ile, pilot bölgenin 3 boyutlu modeli oluþturulmuþ, binalarýn dört cephesinden çekilen yersel fotoðraflarýn, üç boyutlu objelere giydirilme iþlemleri yapýlmýþtýr. Anahtar Sözcükler Sayýsal Fotogrametrik sistem, üç boyutlu modelleme, yakýn mesafe fotogrametrisi Abstract Digital Photogrammetric Mapping with IR Images and 3 Dimensional Modeling In this study, 3 dimensional models from infrared (IR) aerial images are constructed and a line map produced using a digital photogrammetric software (Z/I imaging). The factors that affect the accuracy of the map produced are taken into consideration and the results from photogrammetric evaluation are aimed to be presented in CAD or in Information Systems. For accuracy investigation, the map produced in this fashion is compared with the one digitized using NetCad. A database is constructed in Arcview TM 3.2 after building the topology of this map in Arc/Info TM. Moreover, a 3D model is constructed on the TIN in Arcview TM. Additionally, a pilot region is selected on the line map and the detail points in this pilot region such as buildings, roads, pavements and so on are photographed using a Nikon E2 close-range camera and set as hot-link in Arcview TM. The 3D model of the pilot area including the photographed details is constructed in Autocad and further draped the close-range photographs. Key Words Digital Photogrammetric System, 3D modeling, Close-Range Photogrammetry 1. Giriþ Günümüzde bilginin elektronik ortamda paylaþýmý ile, farklý yazýlýmlarýn bütünleþik (entegre) kullanýmý oldukça yaygýnlaþmýþ durumdadýr. Fotogrametri alanýnda da klasik yöntemlerden Sayýsal yöntemlere geçiþ bu talebi doðrular niteliktedir. Klasik fotogrametri çalýþmalarý zaman alýcý, masraflý olmasýnýn yaný sýra, güncelliðin saðlanmasý ve diðer birimlerle entegrasyonu açýsýndan da yetersizdir. Klasik yöntemlerde karþýlaþýlan bu sorunlar, Sayýsal fotogrametrik yöntemlerle büyük ölçüde çözüme kavuþmuþtur. Sayýsal yöntemlerde, gereksinimler doðrultusunda zaman ve emekten kazanç saðlamak için, uçak ya da uydulardan alýnan görüntüler veri olarak kullanýlmakta ve bu veriler harita yapýmýný daha kolay ve ekonomik hale getirmektedir. Bu çalýþmada ormancýlýk uygulamalarý için çekilmiþ farklý tarama çözünürlüklerine sahip kýzýlötesi hava fotoðraflarý, fotogrametrik pafta üretiminde kullanýlmýþtýr. Ýlk aþamada KTÜ kampus alanýný içeren kýzýl ötesi görüntülerden sayýsal fotogrametrik yönteme göre pafta üretilmiþtir. Daha sonra fotogrametrik olarak üretilen sayýsal bilgiler baz alýnarak üç boyutlu modellemenin yapýlabileceði cad ortamlarýnda uygulamalar yapýlmýþtýr. 2. Sayýsal Fotogrametrik Pafta Üretimi 1 Yrd. Doç. Dr., 2 Müh., K.T.Ü. Jeodezi ve Fotogrametri Bölümü, Trabzon Sayýsal fotogrametrik pafta üretiminde veri olarak, Karadeniz Teknik Üniversitesi Kanuni Kampus alanýna ait 600 ve 1200 dpi çözünürlükle taranmýþ, 1/16000 ölçekli kýzýl ötesi hava fotoðraflarý kullanýlmýþtýr. Deðerlendirme ise Zeiss firmasýnýn geliþtirdiði Z/I Sayýsal fotogrametrik yazýlým sisteminde yapýlmýþtýr. Z/I programýnýn ISDM (Image Station Digital Mensuration Dijital Ölçüm) modülü kullanýlarak, kampus alanýnýn bindirmeli olarak çekilmiþ iki hava fotoðrafýnýn görüntü koordinat sistemlerinin belirlendiði iç yöneltme iþlemi, daha sonra görüntülerden stereo görüþün saðlandýðý karþýlýklý yöneltme iþlemi ve son olarak model koordinat sisteminden arazi koordinat sistemine geçiþi saðlayan mutlak yöneltme iþlemi gerçekleþtirilmiþtir. Bu iþlemler sonucunda, arazi koordinatlarýyla baðlantýlý üç boyutlu model oluþturulmuþtur. Farklý amaçlar için alýnmýþ kýzýlötesi görüntüler ile pafta üretimi aþamasýnda, model sisteminden arazi sistemine geçiþte gerekli yer kontrol noktalarý bilgisine ulaþýlamadýðý için, görüntüler üzerindeki incelemelere dayalý nokta tespiti yapýl- -38-

2 Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme hkm 2005/2 Sayý 93 mýþtýr. Daha sonra arazide bu noktalarýn nirengi sistemine dayalý olarak jeodezik koordinatlarý elektronik uzaklýk ölçer ile belirlenmiþtir. Kontrol noktalarýnýn koordinatlarý, Z/I programýnýn ISDM modülündeki Edit kontrol menüsünden girilerek, kontrol nokta dosyasý oluþturulmuþ ve bu bilgiler mutlak yöneltme iþlem adýmýnda kullanýlmýþtýr. Þekil 1: Ýç yöneltme iþlemi Þekil 2: Karþýlýklý yöneltme iþlemi Þekil 3: Mutlak yöneltme iþlemi -39-

3 hkm 2005/2 Sayý 93 Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme Þekil 4: Dijital fotogrametrik sistemde stereo görüþ ekraný Daha sonra, oluþturulan model mikro istasyon (microstation) altýnda çalýþan ISDC (Image Station DTM Collection)- DTM Toplama ) çizim modülüne aktarýlarak üç boyutlu model alaný üzerinden çizgisel harita ve eþ yükseklik eðrileri elde edilmiþtir Jeodezik Yöntemle Fotogrametrik Yöntemin Karþýlaþtýrýlmasý Fotogrametrik harita cad (Çizim iþlem) ortamýna aktarýlarak, yersel yöntemle yapýlmýþ olan halihazýr harita ile karþýlaþtýrýlmýþ ve sonuçlar irdelenmiþtir. Netcad ortamýnda, çalýþma alanýna homojen olarak daðýlmýþ 33 noktada X,Y, 32 noktada Z koordinatý irdelenmiþtir. 600 dpi çözünürlükle taranmýþ görüntülerin yersel yöntemle karþýlaþtýrýlmasýnda X deðerinde ortalama 45cm, Y deðerinde 40 cm, Z deðerinde 70 cm lik farklýlýklar belirlenirken, 1200 dpi lýk görüntülerde X deðerinde ortalama 35cm, Y deðerinde 30 cm, Z deðerinde da 40 cm lik farklýlýklar belirlenmiþtir. Þekil 6: Netcad ortamýnda Z koordinatý karþýlaþtýrma noktalarýnýn daðýlýmý Kýzýl ötesi görüntülerle Pafta Üretiminde Doðruluðu Etkileyen Faktörler Þekil 5: Netcad ortamýnda Jeodezik ve fotogrametrik paftalarýn X,Y koordinat karþýlaþtýrmalarý. Fotogrametrik pafta üretiminde doðruluðu etkileyen faktörler; Resim Ölçeði, yer kontrol noktalarýnýn daðýlýmý, tarama çözünürlüðü (dpi), operatörün tatbik hassasiyeti, deneyim ve becerisi, doðal ve yapay etkenler, ekranýn piksel çözünürlüðü, kamera objektif (filtre) türü ve ayýrma gücü olarak sýralanabilir. Resim ölçeði, yapýlan çalýþmanýn doðruluðunu etkileyen en önemli etkenlerden biridir. Çalýþma ölçeðinin büyük olmasý, görüntü üzerindeki detay bilgilerine daha duyarlý bir þekilde ulaþýlmasý anlamýndadýr. Bu da operatöre, nesneleri birbirinden ayýrt edebilme ve tatbik kolaylýðý saðlar. Görüntülerin çözünürlüðünde etkili olan faktörlerden biri, alýmda kullanýlan kameranýn ayýrma gücü, bir diðeri de görüntülerin sayýsal ortama aktarýmýndaki tarama çözünürlüðü- -40-

4 Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme hkm 2005/2 Sayý 93 dür. Kameranýn ayýrma gücü ve alýnan görüntünün tarama çözünürlüðü de, en az resim ölçeði kadar önemlidir. Tarama çözünürlüðü arttýkça nesneleri ayýrt etme gücü de artar. Bu da doðruluðun artmasý anlamýndadýr. Operatörün tatbik hassasiyeti, deneyim ve becerisi doðruluk üzerinde etkili bir diðer faktördür. Sayýsal fotogrametrik pafta üretiminde, iç yöneltme, karþýlýklý yöneltme, mutlak yöneltme ve çizim iþlemleri operatör tarafýndan yapýldýðýndan, tatbik ve okuma hassasiyeti her operatör için farklýlýk gösterebilir. Bunun sonucu olarak, bilgi ve deneyim ile tatbik hassasiyeti artar. Siyah beyaz veya renkli hava fotoðrafýna göre Kýzýl ötesi görüntülere tatbik çok daha zaman alýcý ve zordur. Görüntüler üzerindeki nesneleri konumlandýrmada doðruluðu etkileyen diðer etmenler, doðal (yüksek ve geniþ yapraklý aðaçlar) ve yapay (bina saçaklarý, sundurmalar, balkonlar vb.) nesnelerdir. Çizimi yapýlmak istenilen binalara, yollara ve sabit nesnelere çok yakýn olan yapraklý aðaçlar, bu detaylarýn alýmýný güçleþtirir. Binalara ait çatý saçaklarý, sundurmalar ve balkonlar da zeminden alým yapýlmasýný engeller (Resim 1). Þekil 7: Grafik ve grafik olmayan veri Arcview programýnýn Hot-link menusu ile projede belirlenen pilot bölge için çekilen resimler, binalarla iliþkilendirilmiþtir. Arcview ortamýndaki bir obje ile objeye ait resmin iliþkilendirilmesi sonucunda, grafik ekranda (poligon veya çizgi) istenen objenin resmine ulaþýlmýþtýr. Resim 1: Sayýsal fotogrametride konumlandýrmayý etkileyen faktörler 3. Bilgi Sistemi Uygulamasý Bilgi sistemi uygulamasýnda, Sayýsal fotogrametrik yöntemle oluþturulan çizgisel haritanýn Arc/Info ortamýnda topolojisi oluþturulup, Arcview programýnda bilgi sistemi hazýrlanmýþtýr. Bunun için Z/I programý ile birlikte çalýþan mikroistasyon ortamýnda dxf formatý ile kaydedilen kampus haritasý, Arcview ortamýna aktarýlýp, shp uzantýlý olarak kaydedilmiþtir. Arc Toolbox programýnda bina ve yol katmanlarý için topoloji oluþturulmuþtur. Arcview ortamýnda topolojisi kurulan projenin bina ve yol bilgilerinin girilmesi için alanlar oluþturulmuþ ve tablolarý hazýrlanmýþtýr. Bu bölümlere binalarýn ve yollarýn öznitelik bilgileri girilmiþtir (Þekil 7). Þekil 8: Sayýsal haritadan fotoðrafa ulaþma 3.1. Üç Boyutlu Modelleme Projenin Arcview programýnda üç boyutlu görüntüsünün oluþturulmasý için, 3D Analiz ek modülü kullanýlmýþtýr. Bu iþlemin gerçekleþtirilmesi için, projenin eþ yükseklik bilgisi, detay katmanlarý ve bina yükseklik bilgilerinin olmasý gerekir. (Þekil 9) da bina ve yol katmanlarý 3 boyutlu özellikler menusundan çaðrýlarak, sabit bir zemin üzerinde binalara kat yükseklikleri verilmiþtir. Çalýþmada kat yüksekleri 3m kabul edilerek bina yükseklikleri belirlenmiþtir. (Þekil 10) da ise baþlangýçta eþ yükseklik eðrilerine ait katman açýlarak TIN yüzeyi oluþturulmuþtur. Daha sonra kampus ile ilgili diðer katmanlar projeye eklenerek, yüzeydeki objelerin üç boyutlu modelleri oluþturulmuþtur. -41-

5 hkm 2005/2 Sayý 93 Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme Þekil 9: Sabit zeminde objelerin 3 boyutlu modeli Þekil 10: Arcview ortamýnda SAM üzerinde kampus alanýnýn üç boyutlu modeli 4. Üç Boyutlu Objelere Resim Giydirme Ýþlemi Üç boyutlu objelere görüntü giydirme iþlemi için çizgisel harita üzerinde bir pilot bölge seçilmiþtir. Seçilen bu bölgedeki detaylarýn (bina yol, kaldýrým, doðal nesneler...vb.) Nikon E2 yakýn resim kamerasý ile resimleri çekilip, Autocad programý ile bölgenin 3 boyutlu görüntüsü oluþturulmuþtur (Þekil 11). Daha sonra binalarýn dört cephesinden, yersel yöntemle çekilen fotoðraflarýn üç boyutlu objelere giydirilme iþlemleri yapýlmýþtýr. Yakýn resim çalýþmalarýnda nesnelere gerçek dokularýn yapýþtýrýlmasý konusu detaylý bir konudur. Daha sonraki çalýþmalarda incelenmesi düþünülmektedir. Þekil 11: Autocad ortamýnda yapýlara 3. boyutun verilmesi -42-

6 Ayhan E., Erden Ö., Kýzýl Ötesi Görüntülerle Fotogrametrik Pafta Üretimi Ve Üç Boyutlu Modelleme hkm 2005/2 Sayý 93 Þekil 12: Binalara resimlerin giydirildiði kampus alaný 5. Sonuç Bu çalýþmada, kýzýl ötesi görüntüler ile Sayýsal fotogrametrik sistemde pafta üretimi, üretilen bilgilerin diðer harita yapým ve deðerlendirme yazýlýmlarýndaki kullaným olanaðý, bu programlarda fotogrametrik pafta bilgilerine dayalý olarak üç boyutlu modelleme amaçlanmýþtýr. Bu iþlemler sýrasýnda genel bir bütünlük ve sonuçlarýn sunumu konusu ele alýnmýþtýr. Uygulamalar sonucunda, Sayýsal fotogrametrik sistemle üretilen verilerin, haritacýlýk alanýnda kullanýlan diðer programlarla bütünleþik (entegre) bir þekilde çalýþma imkanýnýn olduðu belirlenmiþtir. Örneðin; çizim iþlem (Cad) ortamlarýnda, farklý yöntemlerle üretilen paftalarýn karþýlaþtýrmalarý yapýlmýþ, üç boyutlu modelleme ve bu modellere görüntü giydirme iþlemleri gerçekleþtirilmiþtir. Yine fotogrametrik sistem ile üretilen sonuçlar, Kent Bilgi Sisteminin oluþturulmasýnda altlýk olarak kullanýlmýþtýr. Kent bilgi sistemi ile, daha önceden elde edilmiþ bilgilerle bütünleþtirme yapýlmýþ, üzerinden çeþitli sorgulama ve analizler yapýlarak, istenilen her türlü sayýsal ve öznitelik bilgileri elde edilmiþtir. Fotogrametrik yöntemle, jeodezik yönteme göre daha kýsa sürede ve daha ekonomik olarak pafta oluþturulup bilgi sistemi kurulabilir. Bu da zaman ve maliyet bakýmýndan büyük avantajlar saðlar. Çalýþmada, kýzýl ötesi görüntülerin kullanýlmasý ve ölçeðin küçük olmasý, üretilen fotogrametrik paftanýn sonuç doðruluðu üzerinde olumsuz bir etkiye neden olmuþtur. Farklý tarama çözünürlüðüne sahip görüntülerin deðerlendirme sonuçlarý yersel deðerlerle karþýlaþtýrýlmýþtýr. Karþýlaþtýrmalar sonucunda 1200 dpi tarama çözünürlüklü görüntü sonuçlarýnýn, 600 dpi lýk sonuçlara göre X ve Y deðerlerinde 1.3, Z deðerlerinde de 1.7 oranýnda bir iyileþme saðladýðý gözlenmiþtir. Fotogrametrik pafta üretiminde, çalýþmadan beklenen doðruluða göre uygun ölçekli uygun görüntü türleri seçilmeli, ayrýca kullanýlan resimler de bu hassasiyeti saðlayacak çözünürlükte taranmalýdýr. Autocad ortamýndaki üç boyutlu modellemede, binalara kat yükseklikleri verilebilir. Oluþturulan üç boyutlu modellere yersel yöntemlerle elde edilen resimler giydirilebilir. Arcview ortamýnda ise, fotogrametrik yöntemle oluþturulan eþ yükseklik bilgilerine dayalý olarak arazi yüzeyi geçirilip, detaylar üç boyutlu modellenebilir. Kaynaklar ESRI: Image Integration, Environmental Systems, Research Institute, Redlands, USA, DOWMAN I. J.: Close Range Photogrammetry and Machine Vision, Fundamental of Digital Photogrammetry, ed. K.B. Atkinson, ISBN X,, London,1996. SCHENK T.: Digital Photogrammetry, ISBN , USA, YOMRALIOÐLU T.: Coðrafi Bilgi Sistemleri, ISBN O-X, Ýstanbul, Z/I Imaging Document Library, Germany,