İNSANSIZ HAVA ARAÇLARI İLE SAYISAL ARAZİ MODELİ ÜRETİMİ M. Uysal a, A.S. Topak b *, N. Polat a a Afyon Kocatepe Ünivesitesi, Mühendislik Fakültesi, Haita Mühendisliği Bölümü - (muysal, npolat)@aku.edu.t b Afyon Kocatepe Ünivesitesi, Uzaktan Eğitim Meslek Yüksek Okulu, - astopak@aku.edu.t ANAHTAR KELİMELER: Agisoft, Fotogameti, İHA, SAM ÖZET: Sayısal Aazi Modeli (SAM) biçok mühendislik uygulaması ve analizlei için temel teşkil eden çok önemli topogafik üündü. SAM topogafyanın sayısal gösteimi olaak adlandıılabili. Diğe bi ifade ile SAM aazi üzeindeki doğal ve yapay unsula çıkaıldıktan sona kalan çıplak ye yüzeyini belitmektedi. Bu husus göz önünde bulunduulduğunda aazi analizlei, hacim hesaplaı, yol uygulamalaı ve üç boyutlu modelleme çalışmalaı için SAM vazgeçilmez bi altlık niteliğindedi. SAM üetiminde biçok faklı teknik kullanılmaktadı. Bu teknikleden bii olan fotogameti hızlı ve güvenili bi vei elde etme yöntemi olduğundan çok büyük avantaj sağlamaktadı. SAM üetiminde teknolojik gelişmelee paalel olaak vei toplama sistemleinde de değişimle yaşanmaktadı. Günümüzde bu değişimleden bii vei elde etme platfomu olaak kullanılan İnsansız Hava Aaçlaıdı (İHA). Son zamanlada büyük gelişim gösteen ve faklı amaçla için kullanılabilen İHA la fotogametik vei elde etme amacıyla yaygın olaak kullanılmaya başlanmıştı. İHA la genel olaak üzeinde insan bulunmadan uçabilen ve uzaktan kontol edilen sistemle olaak tanımlanmaktadı. Günümüzde İHA ladan elde edilen veilein değelendimesinde kullanılan fotogametik yazılımla yesel laze taayıcıla kada hassas nokta bulutlaı elde etmeye imkân sağlamaktadı. Bu gelişmele ışığında İHA laın fotogametik tekniklele bilikte kullanımı yaygınlaşmakta ve İHA Fotogametisi olaak adlandıabileceğimiz bu yöntem yakın zamanda Hava ve yesel Fotogameti aasındaki boşluğu dolduacağı düşünülmektedi. Bu çalışma, Afyonkaahisa İli mekezinde bulunan Şahitle Kayası mevkiinde geçekleştiilmişti. Çalışma alanı höyük şeklinde olup, yaklaşık 240m x 180m x 40m (U x G x Y) boyutlaındadı. Bu çalışma ile Şahitle Kayası Höyüğünün İHA ile fotogametik teknikle kullanılaak SAM nin üetilmesi ve doğuluk analizinin yapılması amaçlanmıştı. Bu çalışmada toplam 27 adet Ye Kontol Noktası (YKN) uygulama alanına homojen olaak tesis edilmişti. YKN lein koodinatlandıma işlemi Stonex S9 GNSS cihazı ile RTK yönteminden yaalanılaak yapılmış ve koodinatla ITRF96 datum sisteminde 2005.00 Epok da elde edilmişti. Fotoğaf çekimlei İHA üzeinde bulunan Canon A810 Dijital Fotoğaf Makinası ile otalama 60m yükseklikten geçekleştiilmişti. Çalışma sonucunda SAM üetiminde İHA la ile fotogametik tekniklein bilikte kullanılması, bu alanda yapılan işlee doğuluk, hız, maliyet ve üün çeşitliliği anlamında önemli katkıla sağlamaktadı. KEYWORDS: Agisoft, DTM, Photogammety, UAV ABSTRACT: Digital Teain Model (DTM) is a vey impotant topogaphic poducts fo many engineeing applications and analysis. DTM can be expessed as a digital epesentation of the topogaphy. In othe wods the DTM efes to bae gound suface afte emoval the natual and atificial elements on land. Consideing this issue a DTM is an indispensable basis fo many studies such as theedimensional modeling, teain analysis, volume calculations, oute planing. In the poduction of DTM, thee ae many diffeent techniques. Photogammety, one of these techniques, povides geat advantage in getting fast and eliable data. Data collection systems fo DTM poduction change paallel with technological advances. Today, one of these changes is Unmanned Aeial Vehicles (UAV) using as a platfom fo collecting data. UAV 's photogammety has been used widely in ode to obtain data. UAV 's ae defined as systems that can fly without human and emotly contoled. Today, the data obtained fom UAV 's can be used in the photogammetic softwae to poduce point clouds as sensitive as teestial lase scannes. In light of these developments, UAV 's use with photogammetic techniques ae widespead and can be named as the UAV Photogammety and this method is expected to fill the gap between aeial and teestial photogammety ecently. This study was caied out in Sahitle ock site at Afyonkaahisa. The study aea is in the fom of mounds, in size 240m x 180m x 40m (L x W x H). In this study, we intended to geneate the DTM of Sahitle ock site using photogammetic techniques and the analysis the accuacy of it. 27 Gound Contol Points wee unifomly established in the study aea. Geoefeencing pocess is caied out with the equipments of S9 GNSS in ITRF96 and 2005.00 Epoke, and Canon A810 Digital Camea. The flight is pefomed at an altitude of 60m with UAV. Accoding the esults of the SAM poduction pocess, it is possible to say that, the use of UAV with photogammetic techniques povides eliable accuacy, speed, cost, and bings a beath of fesh ai in tems of poduct divesity. 275
M. UYSAL vd. 1. GİRİŞ Sayısal Aazi Modeli (SAM) insan yapısı ve bitki ötüsünü gibi detayla çıkaıldığında kalan çıplak ye yüzeyini belitmektedi (Höhle, 2009). Biçok uygulamada SAM ve Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) kavamlaı eşdeğe anlamda kullanılmakla beabe bitakım faklılıkla da baındımaktadı. Bu kavamla 1950 li yıllada kullanılmaya başlanmıştı. İlk uygulamalada vei toplama yöntemi olaak çoğunlukla yesel yöntemle ve fotogameti kullanılmaktaydı (İscan, 2005, Kaczynski vd., 2004). Sonaki dönemlede teknolojik gelişmelee paalel olaak Uydu göüntülei, Rada ve Lida teknolojilei ile SAM üetimi geçekleşmektedi (Sefecik, 2007). SAM üetimi doğal kaynaklaın yönetimi, ye bilimlei, askei uygulamala, mühendislik pojelei, kent yönetimi, üç boyutlu göselleştime gibi biçok uygulama alanında başaı ile kullanılmaktadı (Yastıklı ve Esitgen, 2011). Kullanım alanlaının çokluğu düşünüldüğünde SAM ın üetimi için zaman, maliyet ve doğuluk kavamlaı büyük önem az etmektedi. Faklı mühendislik poblemleinin çözümünde fotogametik tekniklein kullanımı daha da yaygınlaşmıştı. Ancak yüksek yapılı doğal ya da yapay detaylada, fotoğaf çekme olanaklaının kısıtlı olması bu gelişimi bi nebze de olsa töpülemişti. Bu nedenle günümüzde, Fotogameti tekniğinde kullanılan veilei elde etmek için, son zamanlada büyük gelişim gösteen ve faklı amaçla için kullanılabilen İHA taşıyıcı platfomlaı da yaygın olaak kullanılmaya başlanmıştı (Uysal vd., 2013a, 2013b). İHA ladan elde edilen veilein fotogametik tekniklele değelendiilmesi ile hem hava hem de yesel fotogametinin sağlamış olduğu avantajla bi aaya toplanmıştı (Topak, 2014). İHA la yadımı ile fotogametik çözümlemele için istenilen zamanda göüntü elde edilebilmesi, bu tekniğin daha efektif kullanılmasına imkân sağlamaktadı. Günümüzde otofoto ve SAM üetimi için hazı set olaak kullanıcıya sunulan bu sistemle hem vei toplama, hem de vei değelendime safhalaını daha kolay hale getimişti (Topak, 2014). Bu uygulama ile, İHA ladan elde edilen veilele fotogametik teknikle kullanılaak SAM elde edilmesi ve doğuluk analizinin yapılması amaçlanmıştı. Uygulamada fotogametik yazılım olaak Agisoft Photoscan tecih edilmişti (URL-1). Elde edilen SAM ın doğuluk analizi için uygulama alanından 250 adet kontol noktası, Global Navigation Satellite System (GNSS) Cihazı ile Real Time Kinematik (RTK) yöntemiyle ölçülmüştü. Cloud Compae yazılımında Ölçülen kontol noktalaı ile fotogametik teknikle yadımıyla üetilen SAM aasında, Z eksenindeki fakla hesaplanmış ve kontol noktalaın hata dağılımlaı incelenmişti. Bu uygulamada taşıyıcı platfom olaak Tukuav Octo Xl İHA, fotoğaf çekimlei için İHA üzeine yeleştiilen Canon EOS M Dijital fotoğaf makinası kullanılmıştı (Şekil 1). Şekil 1. İHA ve dijital kamea. Tukuav Octo Xl İHA mikocopte uçuş elektoniğini kullanmaktadı. Bu uçuş elektoniği; yükseklik ve pozisyon sabitleme, yön sabitleme, eve dönüş, düşük bataya uyaısı, otonom iniş ve kalkış, otonom uçuş ve obje takibi gibi özellikleini içemektedi. Bu özellikle, Mikocopte MK Tools yazılımına bağlantı yapılaak, geek uçuş öncesi geekse uçuş esnasında kullanabilmekte ve seyüsefe duum bilgileini anlık olaak göüntülenebilmektedi. Bunun yanı sıa yazılım, online haita üzeinden otonom uçuş planı yapmaya imkan vemektedi. Bu otonom uçuş planında yatay ve düşey hız, yükseklik, yön, noktada bekleme süesi, noktayı bulma hassasiyeti, koodinat bilgilei ve kamea açısı gibi detaylaı belitebilmekte mümkündü. Uçuş elektoniğine, he bi otonom uçuşta standat olaak 250m yaıçap ve yüksekliğe sahip bi silindi içeisinde 32 güzegâh noktası tanımlanabilmektedi. Ayıca Cihaz 2kg yük taşıyabilmekte ve 12-20dk aasında uçuş yapabilmektedi (URL-2). Canon EOS M Dijital fotoğaf makinası, 18 Megapiksel değeinde etkin piksele ve 22,3*14,9 Cmos özellikli göüntü sensöü kullanmaktadı. Jpeg ve Raw fomatlaında fotoğaf çekebilen cihazın en büyük göüntüsü 5184x3456 olup piksel büyüklüğü 4.3 μ boyutundadı. Cihazın gövde ağılığı 298g ve EF-M 22mm lens ile bilikte toplam 403g ağılığa ulaşmaktadı (URL-3). 3.1 Uygulama Alanı 3. UYGULAMA Uygulama alanı olaak Afyonkaahisa İli Mekezinde bulunan Şahitle Kayası Höyüğü seçilmişti. Uygulama alanının yaklaşık boyutlaı 240m x 180m x 40m (U x G x Y) di (Şekil 2). 2. İNSANSIZ HAVA ARACI İHA la Yeine getieceği göeve bağlı olaak, yaı otomatik, otomatik veya bunlaın bileşimiyle uzaktan kontol edilen, çeşitli yüklemelele, atmosfede veya dışında belili bi süe aalığında özel göevlei yeine getien, insansız, teka kullanılabili motoize hava aaçlaı olaak tanımlanı (Blyenbugh, 1999). Aynı zamanda İHA la insansız hava aaçlaı olmalaına ağmen, insan opeatöle taafından kontol edilen veya opeatöün uçuş planlaması ile tamamen otonom uçuş geçekleştiebilen aaçladı (Eisenbeiss, 2009). 1979 yılında, İHA laın fotogametik amaçlı ilk denemelei yapılmıştı (Pzybilla ve Weste-Ebbinghaus, 1979). Şekil 2. Uygulama alanı. 276
İnsansız Hava Aaçlaı İle Sayısal Aazi Modeli Üetimi 3.2 Uçuş Planı ve Vei Toplama Öncelikle İHA ile otonom uçuş yapabilmek için uçuş planı hazılanmıştı. Bunun için İHA nın MK Tools yazılımına bağlantısı yapılmıştı (Şekil 3). Şekil 3. Uçuş planı hazılık aşaması. Yazılımda cihazın uçuş, moto, seyi kontolcülein ve kumpasın hata veip vemediği kontol edileek ve OSD menüsüne geçiş yapılmıştı. OSD ekanından çalışma alanına ait online haita yüklenmiş ve bu haita üzeinden 4 kolonda 32 noktalık uçuş planı hazılanmıştı. Uçuş ve kamea bilgilei Tablo 1 de veilmişti. DEĞERLER (Canon EOS M Dijital Kamea) Piksel Büyüklüklei (μ) 4.3 Kamea Asal Uzaklığı (c, mm) 22.0132 Uçuş Yüksekliği (h, m) 60 Fotoğaf Ölçeği (M, 1/m ) 1/3000 Bu işlemin tamamlanmasından sona fotogametik değelendime yapılabilmesi için uygulama alanına homojen olaak 50*50cm lik alüminyum plakala halinde kımız-beyaz mektup zafı desenli toplam 27 adet YKN tesis edilmişti. YKN le, Stonex S9 GNSS cihazı ile RTK yönteminden yaalanılaak ITRF96 datum sisteminde 2005.00 Epok da koodinatlandıılmıştı. RTK yöntemi için yaklaşık 3km uzaklıktaki Afyon Kocatepe Ünivesitesi Mühendislik Fakültesi Binası üzeinde bulunan sabit istasyon kullanılmıştı. İHA ile fotogametik teknikle yadımıyla üetilecek SAM ın doğuluk analizi için uygulama alanından RTK yöntemiyle 250 adet kontol noktası ölçülmüştü. Koodinatlandıma işlemleinin tamamlanmasından sona İHA üzeindeki Canon EOS M kameası ile fotoğaf çekimi geçekleştiilmişti. Öncelikle MK Tools yazılımının OSD menüsünde kayıt edilen uçuş planı İHA ya aktaılmıştı. Daha sona OSD ekanından uydu sayısı, uçuş modu, bataya duumu bilgilei kontol edilmişti. İHA uçuşa hazı hale geldikten sona Dijital Kameanın iki saniyede bi çekime ayalanmıştı. Bu sayede çekilen fotoğaf sayısını atımış ve dolayısı ile bozuk ya da bulanık fotoğafla kaşılaşma ihtimalini azaltmıştı. Bu işlemden sona İHA ile uçuşa başlanmış ve fotoğaf çekimlei yapılmıştı. İHA ile uygulama alanına ait toplam 250 adet fotoğaf çekilmişti. 3.3 SAM Üetimi Bu aşamada ilk olaak İHA ile çekilen fotoğafladan bozuk ya da bulanık olanla ayıklanmış ve seçilen 200 fotoğaf Agisoft Photoscan yazılımına aktaılmıştı. Yazılım ile otomatik olaak fotoğafladan 4 092 485 noktadan oluşan seyek aalıklı nokta bulutu üetilmiş ve bu işlemin adından 27 adet YKN esimle üzeinden işaetlenmişti (Şekil 5). Aazideki Piksel Büyüklüklei (m x Piksel Büyüklüğü, cm) 1.3 Tablo 1. Uçuş ve kamea bilgilei Uçuş planına göe cihazın iniş ve kalkış süelei haiç uçuş süesi yaklaşık 8.30 dakika olaak hesaplanmıştı. Oluştuulan uçuş planı, uygulama alanında İHA ya yüklenmek üzee kayıt edilmişti (Şekil 4). Şekil 5. İHA ile Fotogametik teknikle üetilen seyek aalıklı nokta bulutu, fotoğaf çekim noktalaı ve YKN le. Şekil 4. Uçuş planı. Fotogametik değelendime aşamasında yapılan dengeleme işlemi sonucunda 27 adet YKN nin X, Y, ve Xnleinde ki doğuluk değelei Tablo 2 de veilmişti. Elde edilen bu sonuçlaa göe YKN lein dengeleme işlemi sonucunda, en düşük 0.53cm ile 4 numaalı noktada, en büyük 4.37cm ile 16 numaalı noktada ve otalama 2.37cm doğuluk değeine sahip olduğu göülmüştü (Tablo2). 277
M. UYSAL vd. N.N. M X (cm) M Y (cm) M Z (cm) M XYZ (cm) 1-0.26 0.77-1.11 1.37 2-1.19 1.43-0.27 1.88 3-0.68 0.92-0.80 1.39 4-0.42 0.14-0.28 0.53 5-0.75-0.39-0.01 0.84 6 0.57-1.64 0.13 1.74 7 0.57-0.64-1.51 1.74 8-0.37-1.00-0.27 1.10 9-1.26 0.23-2.68 2.97 10-0.25-0.34 1.92 1.96 11-0.90-0.13 1.99 2.19 12-2.20 1.67 1.52 3.15 13-0.91 1.41 2.25 2.80 14 0.09 1.48 1.56 2.16 15 0.32 2.19-0.55 2.28 16 0.85 3.71-2.15 4.37 17 0.39 0.53-0.02 0.65 18 2.04-0.08-3.05 3.67 19 1.24 0.37 2.15 2.51 20 0.63-0.98-0.98 1.52 21 0.92-2.69-0.12 2.84 22 1.51-2.23 1.56 3.11 23-0.81-1.72 2.60 3.23 24-1.29-1.69-1.04 2.37 25 1.10-0.33-3.02 3.23 26 1.46 0.25-0.41 1.53 27-0.21-0.98 1.26 1.61 Total 1.01 1.41 1.61 2.37 Tablo 2. Dengeleme işleminde YKN lee ait nokta konum doğuluklaı. üetilen SAM ın Z eksenindeki faklaı hesaplanmıştı. Bulunan fakla -9.75 cm ile +6.94 cm aalığındadı. Doğuluk analizinde RTK yöntemiyle ölçülmüş olan kontol noktalaının, SAM üzeindeki dağılımı ve faklaı Şekil 7 de göülmektedi. Şekil 7. Kontol noktalaının SAM üzeindeki dağılımı ve faklaı. Bunun yanı sıa kontol noktalaına ait hatalaın otalama değei -4.57cm bulunmuş ve hata aalıklaına göe kontol nokta sayılaının dağılımı Şekil 8 de ki histogamda veilmişti. Dengeleme işleminin tamamlanmasından sona sık aalıklı nokta bulutu üetimine geçilmişti. Bu işlem sonucunda fotoğafladan 26 025 883 noktadan oluşan sık aalıklı nokta bulutu üetilmişti. Üetilen sık aalıklı nokta bulutundan üçgen model oluştuulmuş ve üçgen modelin geçek doku ile kaplanmasıyla SAM üetimi tamamlanmıştı (Şekil 6). Şekil 8. Hata aalıklaına göe kontol nokta sayılaının dağılımı. 5. SONUÇ Şekil 6. İHA ile fotogametik teknikle kullanılaak üetilen SAM. 4. DOĞRULUK ANALİZİ Doğuluk analizi için öncelikle aaziden RTK yöntemiyle ölçülmüş olan 250 adet kontol noktası ve İHA yadımıyla İHA laın günümüzde faklı alanlada ve faklı amaçlala kullanımı gideek atmaktadı. İHA laın fotogametik çalışmalada vei toplama amaçlı kullanımının, mühendislik pojeleine yeni bi ivme kazandıacağı aşikâdı. Bu uygulamada İHA laın SAM üetimindeki kullanım olanaklaının belilenmesi amaçlanmıştı. İHA yadımıyla çekilen fotoğaflaın fotogametik tekniklele değelendiilmesi sonucunda SAM üetilmiş ve YKN lee ait nokta konum doğuluklaı X, Y, ve Z eksenleinde 2.37cm olaak bulunmuştu. Doğuluk analizi neticesinde GNSS cihazı ile RTK yöntemiyle ölçülmüş olan 250 adet kontol noktasının, İHA yadımıyla üetilen SAM dan Z ekseninde otalama -4.37cm faka sahip 278
İnsansız Hava Aaçlaı İle Sayısal Aazi Modeli Üetimi olduğu belilenmiş ve yeteli doğuluğun sağlandığı göülmüştü. Yapılan Uygulama neticesinde İHA la ile fotogametik tekniklein SAM üetiminde kullanılması, bu alanda yapılan işlee doğuluk, hız, maliyet ve üün çeşitliliği anlamında önemli katkıla sağlamaktadı. KAYNAKLAR Blyenbugh Van, P., 1999, UAVs: and Oveview, In: Ai & Space Euope, I, 5/6, 43-47. Eisenbeiss, H., 2009, UAV Photogammety Docto of Sciences, ETH Zuich, Switzeland, Mitteilungen N. 105 Höhle, J., (2009), DEM Geneation Using a Digital Lage Fomat Fame Camea. Photogammetic Engineeing & Remote Sensing Vol. 75, No.1, Januay 2009, pp. 87 93. İşcan, L., (2005), İkonos Uydu Göüntülei İle Otofoto Yapımının Aaştıılması, Yıldız Teknik Ünivesitesi Fen Bilimlei Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, İstanbul. Kaczynski, R., Majde, A., Ewiak, I., (2004). Accuacy of DTM and Otho Geneated fom Ikonos Steeo Images, ISPRS2004 Congess, İstanbul. Pzybilla, H.-J. and Weste-Ebbinghaus, W., 1979, Bildflug mit fengelenktem Kleinflugzeug, In: Bildmessung und Luftbildwesen, Zeitschift fue Photogammetie und Fenekudung, 47, 5, 137-142. Sefecik, U. G., 2007. Rada Intefeometi Tekniği Ile Sym Üetimi ve Doğuluk Değelendimelei, Tmmob Haita ve Kadasto Mühendislei Odası 11.Tükiye Haita Bilimsel ve Teknik Kuultayı, 2-6 Nisan 2007, Ankaa Topak, A. S., 2014. Fotogametik Tekniklein İnsansız Hava Aaçlaı İle Mühendislik Pojeleinde Kullanılabililiğinin Aaştıılması, Selçuk Ünivesitesi Fen Bilimlei Enstitüsü Yüksek lisans tezi, Konya. Uysal M., Topak A.S., Polat N., 2013a, Afyon Gedik Ahmet Paşa (İmaet) Camisinin Fotogametik Yöntemle Üç Boyutlu Modellenmesi, TUFUAB 2013, Tabzon. Uysal M., Topak A.S., Polat N., 2013b, Photo Realistic 3D Modeling with UAV: Gedik Ahmet Pasha Mosque in Afyonkaahisa, CIPA 2013 Symposium, 3-6 Septembe 2013, 659-662 Yastıklı N. ve Esitgen F., 2011. Sayisal Yükseklik Modelleinde Kalite Değelendime ve Doğuluk Analizi, Tmmob Haita ve Kadasto Mühendislei Odasi13. Tükiye Haita Bilimsel ve Teknik Kuultayi 18-22 Nisan 2011, Ankaa URL-1, http://www.agisoft.u URL-2, http://www.obonik.com.t URL-3, http://www.canon.com.t 279