FOTOYORUMLAMA VE UZAKTAN ALGILAMA (Photointerpretation and Remote Sensing) 1
Ders İçeriği Uydu görüntüleri Meteoroloji uyduları ve algılayıcıları Yer gözlem uyduları ve algılayıcıları 2
3
4
UYDU VERİLERİ Dünya nın çevresinde farklı yüksekliklerde belirli bir yörünge izleyerek yer yüzeyini gözlemleyen, farklı görevleri yerine getirmek için programlanmış pek çok uydu ve algılayıcısı vardır. Bunları kısaca, meteoroloji uyduları ve algılayıcıları, iletişim uyduları ve algılayıcıları, yer gözlem uyduları ve algılayıcıları, okyanus (deniz) gözlem uyduları ve algılayıcıları, mikrodalga kesimi algılayan algılayıcılar şeklinde sıralayabiliriz. 5
METEOROLOJİ UYDULARI VE ALGILAYICI SENSÖRLERİ : Hava durumu ve tahminleri, uzaktan algılamanın askeri olmayan ilk uygulamasıdır. ABD nin 1960 yılında uzaya gönderdiği TIROS-1 (Television and Infrared Observation Satellite) ilk meteoroloji uydusudur. Meteorolojik bilgilerin önemini benimseyen ülkeler, takip eden yıllarda uzaya bu amaca yönelik olarak birçok uydu göndermişlerdir. Bu paralelde, GOES-1,2, 13 (Geostationary Operational Enviromental Satellite) ve NOAA AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) serisi meteoroloji uyduları önemli bir yer tutmaktadır. Meteoroloji uydularının kullandığı algılayıcı sensörlerin tarama genişliğinin diğer bir deyişle bir görüntünün kapladığı alansal genişliğin çok büyük, mekansal çözünürlüğün kaba ve zamansal çözünürlüğün yüksek olduğu görülür. 6
1.GOES: Meteoroloji ve hava tahminleri için 1975 yılından beri kullanılan GOES serisi uydular ve sensörleri, ekvatordan yaklaşık 36.000 km yükseklikteki bir yörüngede uçmakta ve dünyanın hemen hemen 1/3 nü gözetlemektedir. Atmosferik sıcaklık, rüzgar, nem ve bulut örtüsüne ilişkin bilgileri ve görüntüleri sağlamaktadır. Gelişmiş en son teknolojiyi içeren GOES-10 ve 12 meteoroloji uydusu, dünyayı hemen hemen gerçeğe yakın zamanlı olarak gözetlemekte ve bölgeleri 15 dakikada bir görüntülemektedir. Konumsal çözünürlük: 1-4 km 7
8
NOAA AVHRR: Bu uydu ve sensörü, hem meteorolojik hem de küçük ölçekli, dünyaya ilişkin gözlem ve keşif yapma olanaklarına sahiptir. Elde edilen bilgiler direkt olarak yerdeki bir istasyona aktarılmaktadır. Diğer tip yer sathını gözetleme uydularına göre mekansal çözümlemesi kaba olmasına karşın bölgesel, deniz sathı sıcaklığı, tabii bitkiler ve ürün kontrolüne ilişkin olarak geniş bölgeleri kapsayan bilgi ve görüntüleri sağlamaktadırlar. NOAA-18 aktif olarak görev yapmaktadır. Konumsal çözünürlük: 1 km 9
Hava durumu ve deniz sathı sıcaklıklarını içeren görüntüler 10
YER GÖZLEM UYDULARI VE ALGILAYICILARI: Meteoroloji uyduları ve sensörlerinden yer sathına ilişkin olarak sağlanan görüntüler ve bilgiler bazı gereksinimleri karşılayamamıştır. Bu sebepten, sadece dünya yüzeyinin incelenmesine yönelik ihtiyacı karşılayan ve birçok spektral banda sahip uydu uzaya yerleştirilmiştir. Daha uzun ömürlü olarak programlanan bu tip uydu ve sensörleri, halihazırda çok iyi mekansal ve zamansal çözümleme ve yeterli tarama genişliği verecek kabiliyettedir. Farklı ormancılık çalışmaları için uygun olabilecek bazı önemli yer gözlem uyduları; LANDSAT SPOT IRS IKONOS QUICKBIRD BİLSAT HYPERION 11
LANDSAT: NASA tarafından 1972 yılında başlatılan bir programla, yeryüzünü gözetleme amaçlı Landsat-1, 2, 3 uyduları uzaya gönderilmiştir. Bu uydular ömürlerini doldurduğundan yerlerini Landsat- 4, 5 ve 7 uyduları almıştır. Landsat 4 ve 5 uyduları; Multispectral Scanner: MSS ve Tematic Mapper: TM, 1999 yılında hizmete giren Landsat 7 uydusu ise, yer gözetlemesine ilaveten Enhanced Tematic Mapper: ETM sensörleri ile donatılmıştır. Landsat-1 Landsat-2 Landsat-3 12
İlk Landsat Serisi: LANDSAT 1(23/07/1972-06/01/1978) LANDSAT 2(22/01/1975-25/02/1982) LANDSAT 3(05/03/1978-31/03/1983) Altitude : 907-915 km inclination : 99.2 degrees orbit : sun-synchronous polar period of revolution: 103 minutes repeat cycle : 18 day Algılayıcılar RBV (Return Beam Vidicon) algılayıcısı : MSS ve RBVs İlk iki uydu görünen ve kızılötesi kesimi algılayan üç video kamera taşımaktaydı. Konumsal çözünürlüğü 80m olan bu algılayıcı ile 185*185 km görüntüler elde edilmekteydi. Landsat 3 te bu çözünürlük 40 m olarak geliştirilmişti ancak, görüntü tek bir pankromatik spektral bant (0.5-0.75 µm) a kaydedilmekteydi. 13
MSS (Multi Spectral Scanner) Algılayıcı 185 km tarama genişliğinde 4 farklı spektral bant ile algılama yapmaktadır. Bir çerçeve görüntü büyüklüğü 184*185.2 km.dir. Bant No Spektral bant Çözünürlük 4 0,5-0,6 µm 79 m 5 0,6-0,7 µm 79 m 6 0,7-0,8 µm 79 m 7 0,8-1,1 µm 79 m 8 10,5-12,4 µm 237 m (LANDSAT 3 only) Radyometrik çözünürlük : 6 bit 14
İkinci Seri Landsat Uyduları: LANDSAT 4 (16/07/1982 15/06/2001) LANDSAT 5 (01/03/1985 operational) MSS Algılayıcısı Altitude : 705 km inclination : 98.2 degrees orbit : sun-synchronous polar period of revolution: 98.9 minutes repeat cycle : 16 days Algılayıcılar : MSS ve TM Bant Spektral bant Çözünürlük Kullanım Alanı 1 0,5-0,6 µm 82 m Kıyı zonları, deniz çökeltileri 2 0,6-0,7 µm 82 m Yollar ve yerleşim alanları 3 0,7-0,8 µm 82 m Vejetasyon çalışmaları ve yeryüzü/su ayrım sınırlarının haritalanması 4 0,8-1,1 µm 82 m Vejetasyon çalışmaları ve yeryüzü/su ayrım sınırlarının haritalanması Radyometrik çözünürlük : 6 bit 15
Bant Spektral Aralığı (µm) Yersel Çöz. (m) Uygulama TM-1 0.45 0.52 (mavi) 30 Toprak/vejetasyon ayrımı, deniz (su) derinliği ölçme, kıyı haritalama, kültürel/kent özelliği belirleme TM-2 0.52-0.60 (yeşil) 30 Yeşil vejetasyon haritalama, kültürel/kent özelliği belirleme TM-3 TM-4 TM-5 TM-6 TM-7 0.63 0.69 (kırmızı) 0.76 0.90 (yakın kızıl ötesi) 1.55 1.75 (kısa dalga kızıl ötesi) 30 30 30 10.4 12.5 120 (termal kızıl ötesi) 60 2.08 2.35 (kısa dalga kızıl ötesi) 30 Vejetasyonlu, vejetasyonsuz ve bitki türlerinin ayrımı (bitki-klorofil soğurma), kültürel/kent özelliği belirleme Bitki ve vejetasyon tiplerinin sağlık ve biyokütle içeriğinin belirlenmesi, su yüzeyinin tasviri, toprak nemliliği Toprak ve vejetasyon nemine duyarlılık, kar ve bulut kaplı alanların ayrımı Termal ışımayla ilişkili olarak vejetasyon stresi ve toprak nemi ayrımı, termal (ısıl) haritalama (kent, su) yerleşim Mineral ve kaya tipi ayrımı, vejetasyon nem içeriğine duyarlılık TM-8 (PAN) 0.52-0.90 (görünen kesim+yakın kızıl ötesi) 15 Toprak/Vejetasyon ayrımı, kültürel/kent özelliği belirleme v.s Landsat 4, 5 TM Landsat 7 ETM + Radyometrik çözünürlük : 8 bit 16
Landsat-4 Landsat-5 17
Üçüncü Seri Landsat Uyduları : LANDSAT 6(03/10/1993 03/10/1993) LANDSAT 7(15/04/1999 still operational) Altitude : 705 km inclination : 98.2 degrees orbit : sun-synchronous polar period of revolution: 98.9 minutes repeat cycle : 16 days Algılayıcılar : ETM + 18
Landsat 2, MSS, 16/06/1975 (2-3-1) 19
Landsat 5, TM, 01/08/1987(5-4-3) 20
Landsat 7, ETM +, 24/06/2002 (5-4-3) 21
22
Landsat 7 image of Baghdad acquired on Apr. 25, 2000. 23
SPOT: SPOT uydusu CNES (French Centre National d Etudes Spatiales) tarafından geliştirilmiş ve 1986 nın ilk aylarında fırlatılmıştır. Algılayıcıları çok bantlı ve pankromatik modda alımlar yapar. Yeryüzünü 832 km yüksekten tarar. Zamansal çözünürlüğü 26 gündür. SPOT uydusu normalde nadir (düşey) görüntü sağlar fakat nadir olmayan görüntü yeteneğine de sahiptir. Nadir olmayan görüntü alımlarında zamansal çözünürlük 3 güne düşmektedir. Nadir olmayan görüntüleme yer kontrol istasyonundan programlanır ve zaman açısından veri kazanmanın çok önemli olduğu doğal veya yapay afet olaylarında tarayıcının yolu üzerinde olmayan veri toplamada oldukça yararlıdır. Tarama genişliği nadir görüntüde 60 km, nadir olmayan görüntüde 80 km arasında değişir (ERDAS 1997). SPOT uydularının pankromatik algılayıcısı (SPOT_5 uydusu hariç) 10 m geometrik ayrım gücüne sahiptir. 0.51-0.73 µm aralığında bir banda sahiptir ve siyah-beyaz bir fotoğrafa benzer. Radyometrik çözünürlüğü 8-bit tir (JENSEN 1996). 24
SPOT 5 25
26
27
Applications: The main VEGETATION missions include continuous, regional and global monitoring of the continental biosphere to supply accurate measurements of the main vegetation coverage characteristics, particularly for agricultural production and the effects of deforestation. VEGETATION also provides information on the colour of sea water, which is used for oceanography applications. 28
29
Spot 1, XS mode, 07/1993 30
IRS Uydusu : Hindistan Uzaktan Algılama (IRS) uydu serileri Landsat MSS/TM algılayıcıları ve SPOT HRV algılayıcısının her ikisinin özelliklerini kombine eder. IRS-1A Mart 1988, IRS-1B Ağustos 1991, IRS-1C Aralık 1995, IRS-1D Eylül 1997, IRS-P6 (Resourcesat-1 ) Ekim 2003 ve IRS-1D IRS-P5 (Cartosat-1) Mayıs 2005 te fırlatılmıştır. Tek kanal pankromatik (PAN) yüksek çözünürlüklü (5.8 m) kamera, orta konumsal çözünürlükte (23 m) 4 kanal LISS (Linear Imaging Self Scanner Sensor) algılayıcı, kaba çözünürlüklü (188 m) 2 kanal WiFS (Wide Field Sensor) algılayıcı ve 4 kanal AWiFS (Advanced Wide Field Sensor ) (56 m) algılayıcılara sahiptirler. 31
IRS-1C IRS-1D 32
33
This IRS-P6 LISS-IV multispectral mode image shows the Golden Horn in the center of Istanbul, Turkey. The image was acquired in 5 m spatial resolution and a 7 bit radiometric resolution. Vegetation appears red with this false colour combination. 34
IRS-1D, LISS 3, 05/2000 35
This IRS-P6 LISS-III image shows the Murray River east of Adelaide, Australia. The image was acquired on 15-Nov- 2003 in 23.5 m spatial resolution and a 7 bit radiometric resolution. Vegetation appears red with this false colour combination. 36
Ikonos Uydusu : IKONOS 2 uydusu 1999 yılında görüntü alımına başlamıştır. Pankromatik algılayıcı görünen (visible) kesimde ve Multispektral algılayıcı ise görünen (3 bant) ve yakın kızıl ötesi (1 bant) kesimde alım yapar. PAN algılayıcısı, 0.45-0.90 µm spektral aralığa duyarlı tek bantlı alım yapar. 1 m geometrik, 11-bit (211 = 2048 renk) radyometrik çözünürlüğe sahiptir. Stereo(üç boyutlu) alım yeteneğine sahiptir. 11 km süpürme genişliğinde görüntü alımı yapar ve görüntüleme sıklığı (zamansal çözünürlüğü) 3.5-5 gündür. Multispektral algılayıcı 4 banda sahiptir. İlk üç bant görünen (visible) kesimde, 4.bant ise yakın kızıl ötesi (NIR) kesimde alım yapar (0.45-0.53, 0.52-0.61, 0.64-0.72, 0.77-0.88 µm). 4 m geometrik, 11-bit radyometrik çözünürlüğe sahiptir. 11 km süpürme genişliğinde görüntü alımı yapar ve görüntüleme sıklığı (zamansal çözünürlüğü) 3.5-5 gündür. Stereo(üç boyutlu) alım yeteneğine sahiptir. 37
38
39
40
Quickbird 2 Uydusu : 2001 yılında faaliyete geçmiştir. Pankromatik (1 bant) ve Multispektral modda (4 bant) alım yapan iki algılayıcıya sahiptir. Her iki algılayıcı da stereo alım yapar. PAN algılayıcısı, 0.445-0.900 µm (görünen ve yakın kızıl ötesi kesim) spektral aralığında 1 banda sahiptir. Stereo alım yeteneğine sahiptir. 0.61-0.73 m geometrik ve 11-bit radyometrik çözünürlüğe sahiptir. 16.5 km süpürme genişliğinde görüntü alımı yapar ve görüntüleme sıklığı 3.5 gündür. Quickbird-2 uydusunun Multispektral algılayıcısı 4 banda sahiptir. İlk üç bant görünen (visible) kesimde, 4.bant ise yakın kızıl ötesi (NIR) kesimde alım yapar (0.45-0.52, 0.52-0.60, 0.63-0.69 µm (visible), 0.76-0.89 µm (NIR)). Stereo alım yeteneğine sahiptir. 2.5-2.9 m geometrik ve 11-bit radyometrik çözünürlüğe sahiptir. 16.5 km süpürme genişliğinde görüntü alımı yapar ve görüntüleme sıklığı 3.5 gündür. 41
2.44-meter multispectral image 42
60-centimeter panchromatic image 43
Bilsat Uydusu : Ülkemizin ilk yer gözlem uydusudur ve 2003 yılından itibaren alıma başlamıştır. Pankromatik (1 bant) ve Multispektral modda (4 bant) alım yapan iki algılayıcıya sahiptir. Pankromatik mod stereo alım yeteneğine sahiptir. PAN algılayıcısı, 0.538-0.700 µm spektral aralığında bir banda sahiptir. Görünen kesimin yeşil ve kırmızı dalga boyları aralığını algılar. 12 m geometrik ve 8-bit radyometrik çözünürlüğe sahiptir. 25 km süpürme genişliğinde görüntü alımı ve görüntüleme sıklığı 5 gün olacak şekilde planlanmıştır. Bu uydunun Multispektral algılayıcısı 4 banda sahiptir. İlk üç bant görünen (visible) kesimde, 4.bant ise yakın kızıl ötesi (NIR) kesimde alım yapar (0.45-0.52, 0.52-0.60, 0.63-0.69 µm (visible), 0.76-0.90 µm (NIR)). 26 m geometrik ve 8-bit radyometrik çözünürlüğe sahiptir. 55 km süpürme genişliğine sahiptir. 44
İskenderun, 30 Ekim 2003 45
Hiperspektral Algılayıcılar : Hiperspektral algılama ile elektromanyetik spektrumun görünen ve yakın kızıl ötesi kesimi (0.4-0.9 µm) çok sayıda banda bölünerek (ör; 200 bant) algılanır. Bu sayede spektral çözünürlüğü çok yüksek veri elde edilir. Hiperspektral algılamayla her objenin spektral parmak izleri belirlenebilmekte ve bu verilerle çok ayrıntılı ve doğru bilgi elde edilebilmektedir. Hiperspektral algılayıcılar uçak ve uydu platformunda olabilmektedir. ALGILAYICI OPERATÖR PLATFORM BANT SAYISI GEOM. ÇÖZ. (m) HYPERSPECTRAL ORBIMAGE UYDU 200 8 HYPERION NASA UYDU 220 30 HYDICE ERIM UÇAK 210 30 AVIRIS Jet Propulsion Lab. UÇAK 224 20 CASI 2 ITRES Research Institute UÇAK 288 0.5-10 DAIS 7915 DLR - German Aerospace Center UÇAK 79 2-30 HyMAP HyVISTA Corp UÇAK 125 5 46
Hyperion : 400-2500 nm dalga boyu aralığında 220 spektral bant kullanarak algılama yapar. Location: New England Target Latitude: 43.1861 North Target Longitude: 72.4335 West Targeting Sensor: Hyperion Acquisition Date: February 28, 2002 Hyperion: L1R 109:30:15 (RGB) 47
UZAKTAN ALGILAMADA UYDU VERİLERİNİN ÜSTÜNLÜKLERİ 1. Uydu verilerinin kullanıcıya iletimi çok daha hızlıdır. 2. Uydu verileri herkesin kullanımına açıktır. 3. Uydular yörüngeye oturtulduktan sonra yıllarca dünya etrafında dönerek dünya üzerindeki herhangi bir alana ait sayısal görüntüleri çok kısa aralıklarla (zamansal çözünürlüklerine bağlı olarak) elde ederler. Yörüngeye oturtulduktan sonra yakıt masrafları yoktur. 4. Platform olarak uydular genelde atmosferin en son tabakasında (ekzosfer) yörünge izlediklerinden daha durağan bir yapıya sahiptirler ve bu nedenle elde edilen sonuç görüntülerdeki geometrik bozulmalar atmosferin daha alt tabakalarında hareket eden ve hava şartlarından etkilenen hava platformlarından (balon, zeplin, helikopter, uçak) elde edilen görüntülere nazaran daha azdır. 5. Uydu platformlarının yüksekliği, hava platformlarından fazla olduğu için yer üzerinde çok daha büyük alanları görüntüleyebilmekte, uyduya ve algılayıcı özelliklerine, hava fotoğraflarının ölçeğine bağlı olmakla birlikte tek bir uydu görüntüsü yüzlerce ve hatta binlerce hava fotoğrafının kapladığı alanı görüntüleyebilmektedir. 48
6. Uzaktan algılama verileri değerlendirilme yöntemleri açısından incelendiğinde, hava fotoğraflarının analog formatta olmaları nedeniyle bir yorumlayıcı tarafından manuel değerlendirildiğini, sayısal formatta olan uydu verilerinin ise sayısal görüntü işleme yöntemleriyle bilgisayar ortamında değerlendirildiğini söylemek mümkündür. Manuel (el yordamıyla) değerlendirme subjektif bir yöntemdir ve farklı yorumlayıcılar farklı sonuçlara ulaşabilir. Piksellerin parlaklık değerlerine dayalı bilgisayar ortamında gerçekleştirilen sayısal değerlendirmelerle daha objektif sonuçlara ulaşılabilmektedir. 7. Uydu verileri taşıdıkları algılayıcılar ile elektromanyetik spektrumun farklı kesimlerinde yer yüzeyi objelerinden yansıyan ışınımları ayrı ayrı kanallarda kaydederler ve bu özellikleri sayesinde hava fotoğraflarından birbirinden ayırt edilemeyen objeler uydu verilerinden farklı kanal kombinasyonları kullanılarak kolaylıkla ayırt edilebilmektedir. 8. Son 5 6 yıla kadar yüksek ayrıntı gerektiren çalışmalarda, büyük ölçekli hava fotoğrafları, uydu verilerinin geometrik çözünürlüklerinin yeterli düzeyde olmaması nedeniyle kaçınılmaz olarak kullanılmak zorundaydı. Ancak, 1999 yılından itibaren IKONOS 2, QUICKBIRD 2, SPOT5 HRG gibi yüksek geometrik detay sağlayan ve üstelik hava fotoğrafları gibi üç boyutlu değerlendirilebilen uyduların faaliyete geçmesiyle birlikte bu durum değişmiş ve bu gibi çalışmalarda hava fotoğrafları tek kaynak olma özelliğini yitirmiştir. Buradaki ifadelerden artık uzaktan algılamada hava fotoğraflarının kullanım dışı kaldığı veya kalacağı anlaşılmamalı aksine kaynak alternatiflerinin arttığı düşünülmelidir. 49
6. Uzaktan algılama verileri değerlendirilme yöntemleri açısından incelendiğinde, hava fotoğraflarının analog formatta olmaları nedeniyle bir yorumlayıcı tarafından manuel değerlendirildiğini, sayısal formatta olan uydu verilerinin ise sayısal görüntü işleme yöntemleriyle bilgisayar ortamında değerlendirildiğini söylemek mümkündür. Manuel (el yordamıyla) değerlendirme subjektif bir yöntemdir ve farklı yorumlayıcılar farklı sonuçlara ulaşabilir. Piksellerin parlaklık değerlerine dayalı bilgisayar ortamında gerçekleştirilen sayısal değerlendirmelerle daha objektif sonuçlara ulaşılabilmektedir. 7. Uydu verileri taşıdıkları algılayıcılar ile elektromanyetik spektrumun farklı kesimlerinde yer yüzeyi objelerinden yansıyan ışınımları ayrı ayrı kanallarda kaydederler ve bu özellikleri sayesinde hava fotoğraflarından birbirinden ayırt edilemeyen objeler uydu verilerinden farklı kanal kombinasyonları kullanılarak kolaylıkla ayırt edilebilmektedir. 8. Son 5 6 yıla kadar yüksek ayrıntı gerektiren çalışmalarda, büyük ölçekli hava fotoğrafları, uydu verilerinin geometrik çözünürlüklerinin yeterli düzeyde olmaması nedeniyle kaçınılmaz olarak kullanılmak zorundaydı. Ancak, 1999 yılından itibaren IKONOS 2, QUICKBIRD 2, SPOT5 HRG gibi yüksek geometrik detay sağlayan ve üstelik hava fotoğrafları gibi üç boyutlu değerlendirilebilen uyduların faaliyete geçmesiyle birlikte bu durum değişmiş ve bu gibi çalışmalarda hava fotoğrafları tek kaynak olma özelliğini yitirmiştir. Buradaki ifadelerden artık uzaktan algılamada hava fotoğraflarının kullanım dışı kaldığı veya kalacağı anlaşılmamalı aksine kaynak alternatiflerinin arttığı düşünülmelidir. 50