2 UZAKTAN ALGILAMA NEDİR? Uzaktan Algılama; bir cisim, bir arazi yapısı veya bir doğal olayın fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında arada herhangi bir fiziksel ilişki olmaksızın, çeşitli algılayıcı sistemler tarafından toplanan veriler yardımı ile bilgi edinme sanatı, yöntemi yada bilimidir.
3 UZAKTAN ALGILAMANIN TARİHÇESİ 17. yüzyılda geliştirilen teorik optik prensipler sayesinde gözlük lensleri üzerinde önemli gelişmeler kaydedildi. Böylece algılama çok daha fazla önem kazandı. Uzaktan algılamada temel eleman, yeryüzünün görüntüsünü kaydetme yeteneği olduğundan, bu bilimin başlangıç noktası fotoğrafın icat edildiği tarih olarak kabul edilmektedir. 1800’lerin başında fotoğrafik kimyasal maddeler ile çok sayıda deneyler yapılmış ve yeryüzünün havadan balonlarla kaydedildiği fotoğrafların kullanımı ilk 1850’li dönemlerde başlamıştır. Bu ilk dönemlerde platform olarak güvercinler bile kullanılmıştır.
5 1839 yılında çekilen bu fotografta Paristeki boş bir cadde görülmektedir.
6 Uzaktan algılamanın ilk dönemlerinde fotograf çekiminde kullanılan güvercinlerden bir görüntü
7 Havadan çekilen fotoğrafların ilk tarihlerinde en önemli rolü Nadar olarak da adlandırılan balondan çekimlerdi. Aşağıdaki şekilde Nadar ile çekilen Parisin 1868 yılına ait fotoğrafı görülmektedir.
8 Uçurtma, her dönemin vazgeçilmez hava aracıdır Uçurtma, her dönemin vazgeçilmez hava aracıdır. Tabii ki ilk yıllarda Uzaktan Algılama ve fotoğraflama çalışmalarında önemli bir yer edinmiştir. Uçurtma ile çekilen ilk hava fotoğrafı 1880 yıllarının sonlarındaki Fransa'nın görüntüsüne aittir.
10 1900 ile 1914 yılları arasında yapılan çalışmalar fotoğrafçılık alanında önemli adımların atılması gerekliliğini doğurdu yılında Lawrence 9-17 adet arası uçurtma sistemleri kullanarak 22,3 kg. ağırlığındaki büyük kamerayı yüksek mesafelere çıkararak resimler çekti.
12 Lawrence, bu büyük kamerasını 2,000 fit kadar yukarı çıkarmayı başardı ve elektrik kabloları kullanarak fotoğraf makinesinin mekanizmasını kontrol edebildi. Yaptığı bu büyük atılım ile 1906 yılında depreminden sonraki San Fransisko yerleşim yerinin fotoğrafını çekebildi. Yaptığı diğer denemelerde, kendisinin geliştirdiği geniş formatlı kameralarla, merdiven ve yüksek kule kullanarak yerden fotoğraflama çalışmaları da yaptı.
13 SANFRANSİSKO YERLEŞİM YERİNİN LAWRENCE TARAFINDAN ÇEKİLEN FOTOGRAFI
14 Dünya savaşları sırasında Uzaktan Algılama tekniklerine acil talep ve ciddi bir ihtiyaç duyuldu. Önemli bütçeler ayrıldı ve gelişen teknolojinin bütün imkanları seferber edildi. Öncelikle uçaklar kullanılmaya başlandı. Savaş sırasında İngiliz gözlemciler, düşman hatlarının fotoğraflanarak kaydedilmesi üzerinde çalıştılar.
15 Birinci Dünya savaşı sırasında çok etkin olarak kullanılan hava fotoğrafları, savaşın gidişatını bir çok açıdan etkilemiştir. İngiliz ve Alman sığınakları hava fotoğrafları kullanılarak takip edilmiş ve savaş stratsjilerinin geliştirilmesinde kullanılmıştır.
16 Dik açılı kamera ve çekilen hava fotografı 1920'lerde dik açılı fotoğraf tekniği geliştirilerek haritacılık üzerine büyük bir atılım gerçekleştirildi ve bu fotoğraf sistemi ile Manhattan adasının hava fotoğrafı kullanılarak haritası yapıldı.
17 Almanlar ikinci dünya savaşı sırasında hava fotoğrafları alanında büyük atılımlar gerçekleştirdiler. O dönemde üzerinde denemeler yapılan ve günümüz modern uzay araştırmalarının başlangıcı sayılan Wernher von Braun tarafından 1937 yılında geliştirilen V2 roketleri ile gerçekleştirilen uygulamalar, öncelikle savaş amaçlıydı. Ancak daha sonra çok önemli sivil uygulamalara destek olmuştur. 23 Haziran 1943 tarihinde V2 roketlerinin hedef aldığı Peenemunde bölgesinin bombalamadan önceki ve sonraki durumları görülmektedir.
18 1950’li yıllarda Amerika ile Sovyetler Birliği arasındaki soğuk savaş kızıştı. Amerika Sovyetler Birliği’nin sahip olduğu, bombaları, uçakları ve bunun gibi askeri donanımı ve yatırım potansiyelini ve nerede olduğunu bilmek istiyordu. Normal askeri uçaklar Sovyetler Birliği hava sahasında uçamazdı. O dönemde uydu teknolojisi de henüz gelişmemişti. Bu aşamada CIA için, kod adı Aquatone olan, U-2 uçakları geliştirildi. Beş yıl süre ile U-2 kameraları Sovyetler Birliği’nin 70,000 fit üzerinden çekim yaptı. Amerika ile Sovyetler arasında herhangi bir bomba yada başka bir silah saldırısı yapılmadı U-2 ile. 1 mayıs 1960 tarihinde U-2 projesi durduruldu. Uçak pilotu Sovyetler tarafından tutuklandı ve hapse atıldı. U-2 projesi farklı amaçlarla dünya çapında devam etse de, uydu teknolojisi kullanılarak yapılan Uzaktan Algılama çalışmalarının başlangıcı olarak kabul edilir. Dünya yüzeyinin araştırılması çalışmaları bilimsel olarak bu aşamada başladı ve Uzaktan Algılama terimi ilk kez kullanıldı.
20 I. Dünya Savaşı’nda hava fotoğrafları önemli bir keşif aracı haline gelmiş ve II. Dünya Savaşı sırasında da kullanımı yaygınlaşmıştır. Tüm bu gelişmeler 1950'lerin sonlarına kadar devam etti ve algılayıcılar atmosfer üzeri platformlara taşındı.
21 İlk uzaydan algılama faaliyetleri Alman V-2 roketlerine yerleştirilen otomatik foto-kamera sistemiyle başlamıştır. 4 Ekim 1957’de fırlatılan SPUTNIK uydusu ile uzayda belirli bir yörüngedeki uzay aracına film kameralarının takılması mümkün olmuş ve 1960’larda meteoroloji uydularından (TIROS-1) televizyona benzer siyah-beyaz görüntüler elde edilmiştir.
23 Yerin uzaydan otomatik fotoğraf makinaları ile fotoğraflarını çeken ilk insansız uydu 1959 yılında ABD tarafından uzaya gönderilen Explorer-6 uydusudur.Yer kaynaklarının araştırılması ve yer yüzünün incelenmesi amacı ile uzaya gönderilen ilk uydu ERTS uydusudur. 1972 yılında yörüngesine ABD tarafından yerleştirilmiş ve adı daha sonra Landsat-1 olarak değiştirilmiştir. Bu uydu iş göremez hale gelince Landsat-2 bu devreden çıkınca 1978'de Landsat-3, 1982'de Landsat-4 ve 1985'de Landsat-5 uzaya gönderilmiştir. Bu uydunun amacı ziraat, orman, jeoloji, su kaynakları, haritacılık gibi yer kaynaklarının araştırılmasıdır.ISPRS (International Society of Photogrammetry and Remote Sensing: Uluslararası Fotogrametri ve Uzaktan algılama Birliği) günümüzde özel ve tüzel kişilerin oluşturduğu, bu alanda Dünyanın en büyük kuruluşudur.
24 Tarihlere Göre Uzaktan Algılama 1839 Fotoğrafın icadı1850’ler Balonlardan fotoğraf çekimi1909 Uçaklardan fotoğraf çekimi1940’lar Uzaydan ilk fotoğraflar1960’lar İlk uydular (Explorer 7, TIROS 1, Nimbus, GOES …)1972 Landsat-1 – Yer gözlem amaçlı gönderilen ilk uydu1978 Seasat – İlk radar uydusu1986 Spot-1 – Avrupanın uzaktan algılama alanına girişi1988 IRS-1A – Hindistan uzaktan algılama uydusu1980’ler Hiperspektral sensörler1990’lar Global uzaktan algılama sistemleri
25 Uzaktan algılama, elektromanyetik spektrumun mor ötesi ışınlarla mikrodalga ışınları arasındaki bölümleri aracılığı ile havadan ve uzaydan cisimlerin özelliklerini kaydetme ve inceleme tekniği olarak tanımlanır. Bu ölçmeler özellikle objelerin elektromanyetik spektrum içerisindeki davranışları konumsal ve yıl içerisinde özelliklerindeki değişimlere dayanmaktadır (Curron, 1985).
29 Uzaktan algılama kısaca şöyle gerçekleşir ; Uzaktan Algılayıcılar (sensörler), dünya yüzeyi ile etkileşimde bulunan elektromanyetik (EM) ışını ölçerler. Madde ile etkileşimler EM ışının yönünü, yoğunluğunu, dalga boyu içeriğini ve kutuplaşmasını değiştirebilir.
30 Uydu yörüngelerindeki yüksekliklerin sağladığı geniş görü, uydu sistemlerinin veri toplama hızı ve kullanılan spektral bant sayısı nedeniyle yeryüzü hakkında çok tekrarlamalı ve çok fazla sayıda verinin ekonomik olarak elde edilmesi mümkün olabilmektedir. Uzaktan algılama çalışmaları için gerekli veriler, elektromanyetik alanlar ve kuvvet alanları içerisinde oluşan; spektral (ışık dağılımına ait), spatial (mekansal) ve tempord (zamana bağlı, geçici) farklılıkların ölçülmesi şeklinde toplanır. Bu ölçümler o alan içerisinde çalışan Algılayıcı Sistemler tarafından yapılır. Bunlara örnekler aşağıda gösterilmiştir:Elektromanyetik alanlar .. Fotoğraf kamerası, çok bantlı algılama sistemKuvvet alanları Magnetometre, gravitemetre Akustik dalga alanları Sonar, bets.
31 UYDU GÖRÜNTÜLERİ ÇÖZÜNÜRLÜK TİPLERİ Konumsal ÇözünürlükAnlık olarak bir sensör tarafından görünen vekaydedilen alanSpektral ÇözünürlükGörüntünün bant sayısı ve bu bantlarıngenişlikleriRadyometrik ÇözünürlükSensör tarafından kaydedilen görüntü verisininbölünme/renklendirme derecesiZamansal ÇözünürlükBelirli bir alan için görüntü kaydetme zamanaralığı
34 AKTİF VE PASİF ALGILAYICILAR Pasif AlgılayıcılarKısa dalga boyları – görünür/kızılötesi bölgelerAtmosferik koşullardan etkilenirGüneş ile senkronize yörüngeAktif Algılayıcılar (RADAR)Daha uzun dalga boyları – Mikrodalga bölgesiKendi enerji kaynağına sahiptirTüm hava ve gündüz-gece şartlarıAtmosferik koşullardan etkilenmezYüzey pürüzlülüğü ve neme duyarlıdırlarFarklı açılardan tarama kabiliyetiİzleme ve acil durumlar için sık görüntüleme imkanı
35 UYDU GÖRÜNTÜ TİPLERİ Multispektral görüntüler 3-10 bant Landsat MSS,TM, ETM+; SPOT HRV, HRG; Terra ASTER; IRS LISSRadar görüntülerMicrodalgalar kullanılır (X, C, L, P vb. bantlar)Bulut vb. atmosferik olaylardan etkilenmezlerMükemmel değil ! (gölge etkisi, ters görüntü, neme aşırı duyarlık vb.)Yüksek çözünürlüklü görüntülerGenellikle 1 Pankromatik ve yaklaşık 4 multispektral banta sahip görüntü0.5 m to 4 m konumsal çözünürlükHavadan veya uzaydan algılama (IKONOS, Quickbird, WorldView)Hiperspektral görüntüler>10 bant sayısıHavadan veya uzaydan algılamaÖrnek algılayıcılar: Hyperion, AVIRIS, CASI
39 UZAKTAN ALGILAMANIN AVANTAJLARI Geniş kapsama alanıNesnelerin gözle görülemeyen özelliklerinin tesbitiBir görüntü binlerce kelimeye değerdir.Hızlı, düşük maliyetli ve güncelTehlikeli ve ulaşılması güç/imkansız alanlar görüntülenebilirPeriyodik olarak görüntü teminiDijital formatlı görüntü ürünleri
41 GÜNÜMÜZDE UZAKTAN ALGILAMA ÇALIŞMALARINDA VERİ TOPLAMA YÖNTEMLERİ
42 Hava FotoğraflarıHaritalarUydu GörüntüleriRadarlarHiperspektral Çalışmalar
43 Hidrolojinin yer gözlemleri için uydusal platformları iki ana gruba ayırabiliriz: Environmental satellites:küresel ya da onun büyük parçalarını daha sık gözlemlemek için dizayn edilmiş,düşük çözünürlüğe sahip uydulardır. Genellikle km yükseklikte yörüngelere yerleştirilirler. Seçilen alandan bir ya da iki kere geçer hergün. Çözünürlükleri 1-50km arasında değişir ve birkaç radyasyon çeşedi kullanırlar. Data tipleri direkt uydudan elde edildiği için oldukça hızlıdır ve gerçek zamanlıdır.
44 Earth resources satellites: küresel ya da onun seçilen büyük parçalarını daha az sıklıkla gözlemlemek için dizayn edilmiş ve yüksek çözürlüğe sahip uydulardır. Yörüngeleri yüksektir.Bu uyduların yörüngeleri environmental uydularla aynı olabilir ama değişik sensörleri içerirler. Bu sensörler ile daha ileri boyutta detaylı bilgi sağlarlar küçük alanlardan ama yılda birkaç defa aynı bölgeden geçerler. Çözünürlükleri birkaç metreden birkaç on metreye çıkabilir ve çok fazla radyasyon çeşidi kullanırlar. Bu uydular ile detaylı yüzey sınıflandırması ve harita yapılabilir.
45 Son yıllarda bu iki uydunun sahip olduğu özelliklerin arasındaki özellikleri dolduran uydular geliştirildi. Örneğin ERS(european remote sensing) ve JERS(japanese remote sensing) taşıdıkları sensörler ile yüksek çözünürlüklü data elde edebilirler seçilen alandan birkaç günlük aralıklarla.
46 Özellikle hidroloji için çalışan uydular olmamasına rağmen bu alanda kullanılan uydular: Environmental satellites:NOAA(national oceanic and atmosphere administration),Military DMSP(defence meteorological satellite program) ve yüksek yörünge uyduları olan GOES-East ve GOES-West(amerika), METEOSAT, FY(çin), GMS(japon), INSAT(hindistan) ve GOMS düzensiz olarak yaklaşık ekvator etrafında dolaşırlar. Bu uyduların hepsi hidrometrik özellikle buharlaşma ve yağış ile ilgili düzenli bilgi sağlarlar.Earth resources satellites:Amerikan LANDSAT ve fransız SPOT uydu aileleri yüzeye ait su ve hidrojeolojik bilgi sağlarlar. Aynı zamanda su içeriği ve kalitesi ile ilgili bilgi sağlarlar.Remote sensing satellites:ERS ve JERS uydu aileleri, Kanada RADARSAT ile geniş hidrolojik bilgi sağlanır. Yüzey suyu, yüzey morfolojisi ve bunların dünyanın hareketlerine göre değişimi hakkında bilgi verir.
47 Üç çeşit elektromagnetik radyasyon hidrolojik bilgi edinmek amacıyla uydular tarafından kullanılır. Bunlar:visible(VIS)termal infrared(IR)passive microwave(PMW)
48 TARIMSAL ALANDA UZAKTAN ALGILAMA Tarımsal alanda da yine uydu görüntülerinden faydalanılmaktadır
49 Görüntüler Bursa’nın Karacabey İlçesinde yer alan Karacabey Ovası’nın bir kısmına aittir. Görüntü IKONOS uydudundan çekilmiştir.
53 UZAKTAN ALGILAMANIN JEOLOJİDEKİ YERİ Jeolojide en çok uydu görüntülerinden yararlanılmaktadır. Jeolojinin yoğun olarak kullandığı uydular ise şunlardır.
54 LANDSATLandsat ilk olarak atılan uzaktan algılama uydularının başında gelmekte ve halen sıklıklakullanılmaktadır. Landsat uydusu 1972 yılında Amerika California’daki Vanderberg Hava Üssü’ndenUSGS tarafından uzaya gönderilmiştir.
55 Daha sonra gönderilenLandsat MSS görüntülerijeoloji ve hidrolojide sıklıkla kullanılmaktadır. Hidrolojik anlamda gölün yüzeyindeki yükselmemiktarı, su hacmi, tuzluluk, iklimsel değişimler gibi faktörler Landsat MSS görüntülerindenSağlanmaktadır.
56 ASTERNASA ve Japonya uzaktan algılama data analiz merkezi olan ERSDAC ile beraber ortaklaşa olarak Kasım 1999 yılında fırlatılmıştır.
57 Hangi disiplin adı altında olursa olsun her jeologun amacı yerküre üzerinde dağılım gösteren farklı kaya türlerini belirlemek ve bu farklı kaya türlerinin değişiközelliklerini göze alarak haritalarını hazırlamaktır. Bu haritalar ile ekonomik anlamda ilgilenenjeolog maden veya mineral aramakta iken, hidrojeolog yer altı suyu, yapısal jeoloji uzmanı ise aktifveya inaktif fay ve kırık sistemleri bulmak ister. Tüm bu amaçlar altında yüksek spatial çözünürlüklüASTER uydu görüntüleri, geniş elektromanyetik spektrum içinde jeoloji haritalarının hazırlanmasındaklasik yöntemlere göre daha iyi ve daha güvenilir sonuçlar vermektedir.
58 SPOT SPOT uydusu ilk defa SPOT 1 uydusu olarak 1986 yılında Fransız Hükümeti tarafından fırlatılmıştır. SPOT görüntüleri özellikle taşkın alanlarının belirlenmesi, fosil yakıtların yerlerinin tespit edilmesi gibi uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadır.Özellikle dünyadaki birçok petrol firması araştırmalarını geliştirmek amacı ile 2.5 m’den 1 Km’ye kadar değişen ve pankromatik ile multispektral görüntüler kadar iyi olan küresel yükseklik modelleri kullanmaktadırlar. Bu modeller ile yeni fosil yakıt alanlarının geliştirilmesi sağlanmaktadır.
59 RADARSAT 2Kanada Uzay Ajansı ve MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd. (MDA) tarafından 2007 Mart ayında Kazakistan’dan fırlatılmıştır. Bu uydu 3 metreden 100 metreye kadar çözünürlükte görüntü verebilmektedir. Jeolojik uygulamalarda RADARSAT uydusundan alınan görüntüler ile petrol alanlarında yapılacak sondajlarda risk azalmaktadır. Ayrıca bu görüntüler jeofiziksel çalışmalara yardımcı olarak yeraltındaki sıkışmamış materyalin ayırt edilmesi ve temel kayanın belirlenmesi amacı ile de kullanılır. RADARSAT uydusunun en önemli özelliği polarimetrik kapasitesinin çok yüksek olmasıdır. Bu da çözünürlüğü artırarak jeolojik formasyonların ayırt edilmesinde kullanılmaktadır.
60 IRS1988 yılında ilk IRS (Indian Remote Sensing Satellite) uydusunu uzaya göndermiştir. hem jeoloji hem de jeomorfolojik çalışmalarda relief analizlerinde iyi sonuçlar vermesi ve fotogrametrik çalışmalarda sıklıkla kullanılmasına karşın en önemli dezavantajı termal bant eksikliğidir.
61 IKONOSİkonos uyduları 1m’ye kadar çözünürlükte görüntü veren çok kaliteli bir uydu sistemleri olarak Eylül 1999 yılında görüntü sağlamaya başlamıştır. Bu uydu en yüksek çözünürlükte veri veren 2. uydudur, pankromatik olarak 1m, multispektral olarak ise 4m çözünürlükte görüntü elde edilebilir. Ikonos görüntüleri çok yüksek çözünürlükleri sayesinde özellikle heyelanlar ve değişik sedimanların ayrılmasında kullanılmaktadır. Özellikle heyelan riskli alanlarda yer yüzeyinin rahatsız edildiği noktayı bulmak, akarsularla olan bağlantıyı bulmak açısından Ikonos görüntüleri sıklıkla kullanılmaktadır.
62 QUICKBIRDŞu an dünyadaki en kaliteli görüntüleri veren uydu sistemi Quickbird uydu sistemidir. Quickbird uydusu Digital Globe şirketi tarafından yaptırılmış ve 18 Ekim 2001 yılında Amerika California’daki Vanderberg Hava Üssünden fırlatılmıştır. Sahip olduğu sensör ile pankromatik olarak 0.m’den 1.25 m’ye kadar çözünürlük ile görüntü elde edilmektedir. Tüm jeolojik uygulamalarda kullanılmasına rağmen bu görüntüler özellikle mühendislik jeolojisi uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmalar ile risk faktörü azalmakta ve yeni yapılacak yapıların stabilizasyonu daha kolay sağlanmaktadır. Ayrıca küresel olarak yüksek pankromatik ve multispektral görüntüleri sayesinde haritaların daha sağlıklı bir şekilde değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır.
63 ORMANCILIK ALANINDA UZAKTAN ALGILAMA UYGULAMALARI Ormancılık alanında yukarda belirtilen 5 yöntemin hepsi kullanılmakla birlikte en fazla HAVA FOTOĞRAFLARI ve UYDU GÖRÜNTÜLERİ kullanılmaktadır.