Paper Geoinformatics'04



Yüklə 47,82 Kb.
tarix26.09.2017
ölçüsü47,82 Kb.

TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası

11. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı

2-6 Nisan 2007, Ankara


SAYISAL YÜKSEKLİK MODELİNİN ORTOFOTO ÜRETİMİNE ETKİSİ

E.Ayhan1,Ö.Erden2, G.Atay3

1Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Böl., Fotogrametri Anabilim Dalı, Trabzon,eayhan@ktu.edu.tr

2Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Böl., Fotogrametri Anabilim Dalı, Trabzon,oerden@ktu.edu.tr

3Karadeniz Teknik Üniversitesi, Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Böl., Fotogrametri Anabilim Dalı, Trabzon,gatay@ktu.edu.tr
ÖZET
Son yıllarda, gelişen teknolojiyle birlikte uydu görüntüleriyle üretilen ortofoto ürünler, yaygın olarak kullanılmaktadır. Ortofoto görüntüler, üretim ve maliyet açısından klasik yöntemlere göre daha avantajlıdır bu sebeple de çok farklı disiplinler tarafından tercih edilmektedir. Yaygın olarak kullanılan ortofoto görüntülerin doğruluğunu etkileyen birçok faktör mevcuttur. Sayısal yükseklik modeli de en önemli faktörlerden biridir.

Çalışmada, Trabzon iline ait ikonos uydu görüntüsü ve farklı kaynaklardan elde edilen sayısal yükseklik modelleri kullanılmıştır. Sayısal yükseklik modelleri, 1/25000’lik topografik haritadan, ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) uydu verisinden ve SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) verisinden elde edilmiş ve ortofoto görüntüler üretilmiştir. Çalışmada, kullanılan farklı sayısal yükseklik modellerinin, ortofoto görüntülerin doğruluklarına etkileri araştırılmıştır.
Anahtar Sözcükler: Sayısal Yükseklik Modeli, Ortofoto, Ikonos, SRTM, Aster.
ABSTRACT
EFFECT OF DIGITAL ELEVATION MODEL ON PRODUCING ORTHOPHOTO
Recently, orthophoto products produced using satellite images have been used widely. Orthophoto images are more advantage than classical methods by comparison to production and cost therefore it is prefered by different disciplines. There are lot’s of factors effecting the accuracy of orthophoto images. Digital elevation model is one of the most important factors.

In this study Ikonos satellite image of Trabzon and digital elevation models produced by different resources have been used. Digital elevation models have been produced 1/25000 scale topographic map, ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) satellite data and SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) data and than orthophoto maps were obtained. In this study, accuracy of orthophoto images were investigated according to used digital elevation models.

Keywords: Digital Elevation Model, Orthophoto, Ikonos, SRTM, Aster.

1. GİRİŞ

Dijital ortofotolar, teorik olarak 1970’lerden sonra geliştirilmiş olmasına rağmen bilgisayar teknolojisindeki kısıtlılıktan dolayı 10 yıl sonra yaygınlaşmaya başlamıştır. Dijital kartoğrafya ve coğrafi bilgi sistemlerinin gelişimiyle yaygınlaşan bilgisayar teknolojisi, ortofotonun gelişimine katkı sağlamıştır.


Bugün, dijital ortofotolar, fotogrametrik yazılımlar ve görüntü işleme sistemleriyle üretilmektedir. Bu ürünler, şehir planlama, mühendislik, inşaat gibi alanlara altlık oluşturmaktadır (Krause, 2000).
Ortofotolar, yükseklik, kamera merceği, fotoğrafik ölçmeler süresince kamera eğikliği nedenleriyle oluşan distorsiyonları düzeltilmiş fotoğraflardır. Ortofotolar, bir fotoğrafın içerdiği tüm bilgileri görterir (Rossi, 2004) Fakat fotoğrafın aksine hem çizgisel haritalarda bulunan topoğrafik elementleri hem de arazi kullanımı ile arazi örtüsü arasındaki ilişkiyi sağlayan objeleri içerir. Buna ek olarak konumsal doğrulukları sayesinde ortofotolar, yatay mesafe, açı, konum, alan ölçümleri için harita olarak kullanılabilirler (Smimard, 1997). Günümüzde dijital ortofolar yaygın olarak kullanılmaktadır. Çünkü bu veriler görüntü yorumlama ve coğrafi bilgi sistemleri( CBS) için ideal bir altlıktır (Rossi, 2004).
Ortofoto görüntüler, üretim ve maliyet açısından klasik yöntemlere göre daha avantajlıdır. Bu görüntüler, zaman ve maliyet açısından kazanç sağladığı için; farklı disiplinler tarafından tercih edilmektedir.

2. Sayısal Yükseklik Modeli (SYM)

Fotogrametrik işlemlerin en önemli adımı, arazi yüzeyinin matematiksel olarak modellenmesidir. SYM, sayısaldır ve gerçek objelerin matematiksel olarak ifadesidir. SYM, yer yüksekliğini esas alır. SYM üzerindeki bilgiler, yer yüzeyiyle sınırlandığında SYM, sayısal arazi modeli (SAM) olarak adlandırılır. SAM, yeryüzü üzerinde bulunan tüm detayların yükseklikleri hakkında bilgi verir (Michel vd., 2002).


Sayısal yükseklik modeli, hegzagonal yapıdadır ya da bir grideki x,y,z arazi yüksekliklerinin düzenli gösterimidir. SYM, yer ölçüm verilerinden, kartoğrafik eş yükseklik eğrilerinin sayısallaştırılmasıyla ya da fotoğrafik ölçümler kullanılarak üretilebilir. Yer ölçüm verileri x, y, z bilgilerini içerir. Bu veriler, bir grid ya da (TIN) düzensiz üçgen ağı modeline enterpole edilebilir (Jensen, 2000).
Günümüzde SYM’ lerin oluşturulmasında, raster ve üçgenleme yöntemleri olmak üzere farklı iki yapılandırma yönteminden bahsetmek mümkündür.
2.1 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)

Amerikan, İtalyan ve Alman araştırma merkezlerinin ortak katkılarıyla radar interferometri tekniği kullanılarak dünyanın uzaydan üç boyutlu haritasının çıkartılması amacıyla SRTM mekiği, 11 Şubat 2000 tarihinde yörüngeye yerleştirilmiş ve 11 gün süren misyonunu 22 Şubat 2000 tarihinde başarıyla tamamlamıştır.

Yükü 13.600 kg (13.6 ton) ve anten direği 60 metre (kalkışta ve inişte 3 metreye küçülebiliyor) olarak bildirilen mekik, C-bant ve X-bant IFSA radar sistemlerini (interferometric synthetic aperture radar) kullanılmıştır.Dünya yörüngesinde günde 16 tur, 11 günde toplam 176 tur attı ve ortalama 7.5 km/sec. (27.000 km/saat) hız yaparak, 60 derece Kuzey ve 54 derece Güney enlemleri arasındaki kara parçalarını ortalama 233 kilometre uzaklıktan taramıştır. Böylece yeryüzündeki kara parçalarının %80'inin verileri kayıt edilmiş olup. 16 metre mutlak, 10 metre göreceli yükseklik doğruluğuna ve 20 metre mutlak yatay dairesel doğruluğa sahip veriler elde edilmiştir (URL-1, 2007).
SRTM uydu verisinden elde edilen SYM’ler, ABD dışındaki coğrafyalarda 90 m (3arcsecond) grid aralıklı olarak internetten indirilebilmektedir. Bu veriler, A.B.D. içinde daha iyi sonuç verebilen 30 m'lik grid aralığında alınabilmektedir. Tüm dünya için yakın gelecekte 30 m' lik verilerinde serbest bırakılması beklenmektedir.

2.2 Aster

TERRA uydusu, 1999 yılında yörüngeye oturtulmuştur. ASTER, CERES, MISR, MODIS, MOPITT isimli 5 algılayıcı taşımaktadır. Bu algılayıcıların her bir farklı amaçlara yönelik olarak çalışmaktadırlar.


Aster, Terra platformu üzerindeki tek yüksek konumsal çözünürlüklü aygıttır. Aster, 24 Şubat 2000 tarihinde veri toplamaya başlamış ve 01 Aralık 2000 tarihinden itibaren veriler kullanıma sunulmuştur. Aster algılayıcı, elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinden termal infrared bölgesine uzanan 14 farklı dalga boyunda yüksek çözünürlüklü (15m-90m )görüntüler elde eder. ASTER modülü, bulut özelliklerini, bitki örtüsünü, diğer arazi yüzey özelliklerini, yüzey minerolojisini, toprak özellikleri, yüzey ısısı ve topoğrafya gibi konularda yüksek çözünürlüklü sonuçlar elde edebilir. Algılayıcı, stereo görüntü elde edebilme özelliğine sahip olup, bu ürünler sayısal yükseklik modeli üretiminde sıkça kullanılmaktadır. (URL-2,2007)


  1. SAYISAL ORTOFOTOLARIN KALİTESİNE VE DOĞRULUĞUNA ETKİ EDEN FAKTÖRLER

Ortofotonun doğruluğunu etkileyen faktörler; girdi ve çıktı görüntülerinin ölçeği, iç ve dış yöneltme doğruluğu, fotogrametrik çözümde kullanılan yer kontrol noktalarının dağılım ve doğruluğu, matematik modelin doğruluğu, görüntü eşleştirme doğruluğu ve ortorektifikasyon işleminde kullanılan SYM’ nin doğruluğudur. Eğer farklı ölçekte hava fotoğrafları kullanılarak ortofoto işlemi yapılırsa ve iki resim aynı düzlemde olduğu kabul edilirse elde edilen iki sonuç üründe farklılıklar ortaya çıkar. Çünkü bu durum, SYM’ yi de etkiler. Farklı ölçeklerdeki resimlerden üretilen SYM’ nin doğruluğu da farklı olur. Benzer şekilde aynı ölçekteki iki resimden üretilen iki SYM’ nin, nokta uzayı değiştirilirse, SYM yoğunluğundaki farklar yüzünden, sonuç üründe doğruluk farkları oluşacaktır. Buradan da anlaşılacağı gibi, SYM doğruluğu, sadece resim ölçeğinin bir fonksiyonu değildir; ayrıca nokta yoğunluğuna da bağlıdır (Smimard, 1997).


Ortofotonun doğruluğunu etkileyen faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir;

  • Kamera kalitesi ve odak uzaklığı,

  • Fotoğraftan sonuç ürün ölçeğine büyütme,

  • Diapozitiflerin yoğunluk oranı veya tarayıcı pikselindeki bitlerin kalitesi,

  • Tarayıcının işlenmemiş ham veri tarama kalitesi ve geometrik doğruluğu,

  • Mikron veya fotoğraf ölçeğindeki dpi ile ifade edilen tarama örneklerinin kalitesi,

  • Yer kontrol noktalarının işaretleme ve koordinat doğruluğu,

  • Diferansiyel düşeye çevirme yöntemleri,

  • Arazi birimlerinde ifade edilen sonuç piksellerin boyutu,

  • Diferansiyel düşeye çevirmeden sonra otomatik radyometrik düzeltme,

  • Kontrol noktalarının seçimi,

  • Kamera odak uzaklığına bağlı olan arazi veya binadaki varyans,

  • Sayısal yükseklik modeli (SYM) verilerininin yoğunluğu ve kalitesidir (Yılmaz, 2002).

Sayısal ortofotoların mutlak doğruluğu çok büyük oranda SYM üzerine yerleştirilecek veya yönlendirilecek taranmış görüntülerin bu işlemi yapacak kontrol noktalarının kalitesine ve düşeye çevirmede kullanılacak SYM’nin doğruluğuna bağlıdır.



4. DiJital (Sayısal) Ortofoto Harita Üretimi




4. 1. Çalışma Alanı

Çalışma alanı, Trabzon ili, 410 00' 04.54"N- 390 45' 41.92"E, 400 59' 26.63"N- 390 45' 41.92"E, 400 59' 26.63"N-390 46' 46.07"E, 410 00' 04.54"N- 390 46' 46.07"E koordinatları arasında kalan yaklaşık 2 km2’lik bir alanda yer almaktadır. Çalışma alanı, Şekil 1’de gösterilmiştir.


Şekil 1. Çalışma alanı



  1. 2. Materyaler ve Programlar

Çalışmada kullanılan materyaller;



  • İkonos görüntüsünün pankromatik bandı (UTM-WGS84, Zone:37)

  • 1/25000 ölçekli SYM (UTM-WGS84, Zone:37)

  • SRTM verisi (UTM-WGS84, Zone:37)

  • Aster SYM (UTM-WGS84, Zone:37)

Çalışmada kullanılan programlar;



  • Inroads 8.0

  • I/RASC V7

  • Microstation V8-7

  • Many Raw Converter

  • İmage Station Photogrammetric Manager (ISPM)

  • ImageStation Base Rectifier Modülü (ISBR)

  • Erdas İmagine 6.0



4.3. Uygulama

Çalışma alanına ait ikonos PAN görüntüsü ile dijital Ortofoto görüntülerinin üretimi, Zeiss firmasının bir yazılımı olan Z/I imaging programının ISBR modülünde yapılmıştır. Kullanılan program, uydu görüntüsü, RPC dosyası, SYM ve SAM verilerini kullanarak ortofoto işlemini gerçekleştirmektedir. Bu nedenle öncelikli olarak bu işlemde kullanılacak SYM ve SAM’ler üretilmiş ve görüntü hazırlanmıştır. Görüntülerin istenilen formata dönüşümünde Many Raw Converter programı kullanılmaktadır.


Öncelikli olarak mevcut 1/25000 ölçekli 10m aralıklarla geçirilmiş SYM’den x,y,z koordinatlarını içeren *.txt uzantılı dosya hazırlandı. Bu dosya SAM verisi olarak kullanıldı. Daha sonra uygulama alanını kapsayacak şekilde kesilerek düzenlene SRTM ile üretilmiş *.img formatındaki SYM’den, Erdas Imagine 6.0 programında nokta dosyası üretildi. SRTM verisinden 90m aralıklarla bu noktalar kullanılarak InRoads programında 30 ve 90m aralıklarla eğriler geçirildi. IRASC programında, bu yeni oluşturulan SYM’lerin koordinat sistemleri UTM, WGS84, Zone 37 olarak tanımlandı ve *.asc formatında SAM’ler oluşturuldu. Son olarak; aster SYM’den Erdas Imagine 6.0 programında 15m aralıklı nokta dosyası üretildi. Bu noktalar kullanılarak InRoads programında, 5 ve 15m’lik eğriler geçirildi. Oluşturulan bu SYM’lerin koordinat sistemleri tanımlanarak SAM’ler hazırlandı.

SYM ve SAM verileri hazırlandıktan sonra ortofoto üretimi sırasında kullanılmak üzere proje oluşturulma aşaması, Image Station Photogrammetric Manager (ISPM) modülünde yapıldı. ISPM modülü, ASCII ya da proje bilgileri içeren ikili dosyalar kullanılarak (binary files) yeni verilerin elde edilmesi, proje, kamera, model, fotoğraf, kolon oluşturulması, dosya formatlarının değiştirilmesi gibi bir çok işlemde kullanılır. (Erden,2006). Proje oluşturma aşamasında uydu görüntüleri için kamera bilgileri, koordinat sistemi ve dönüklük, öteleme parametrelerinin tanımlandığı RPC dosyası ve kullanılacak sayısal yükseklik modeli tanımlandı.


Oluşturulan projeler, SYM’ler, SAM’ler ve PAN görüntü kullanılarak ISBR modülünde, farklı SYM’ler ile ortofoto görüntüler elde edildi.
Z\I Imaging programı ISBR modulünde yapılan dijital Ortofoto işlemini özetleyen iş akış diyagramı şekil 2’de gösterilmiştir.

Şekil 2. Z/Imaging Programında Ortofoto Üretimi İş Akış Şeması (Erden,2006).



  1. İRDELEME

SRTM(30m ve 90m), Aster (5m ve15m) ve 1\25000’lik (10m) SYM’ler kullanılarak üretilen ortofoto görüntüler üzerinde çalışma alanına iyi dağılmış 15 kontrol noktası belirlenmiştir. Şekil 3’de de görülen bu noktalar zemindeki detaylardan seçilmiştir.



Şekil 3. Kontrol noktalarının dağılımı


Bu detay noktalarındaki X ve Y ölçümleri Erdas Imagine programında yapılmıştır. Şekil 4’de, yapılan nokta ölçümlerine bir örnek gösterilmiştir.


Şekil 4. Kontrol noktalarının ölçümü.



15 noktada yapılan ölçümler, 1\1000 ölçeğindeki halihazır harita ile karşılaştırılmıştır. Ölçeği kullanılan SYM’lerin ölçeklerinden büyük olduğu için karşılaştırma açısından doğruluğu yeterli görülmüştür. Karşılaştırma sonucunda X ve Y yönünlerindeki ortalama hatalara ve konumsal hatalara bakıldığında en iyi sonucu, 1\25000’lik SYM ile üretilen ortofoto görüntü sağlamıştır. Ancak SRTM verisi de 1\25000’lik SYM’ye yakın bir doğrulukta sonuç vermiştir. Aster verisinde ise diğer kullanılan SYM’lere göre daha kötü bir sonuç elde elde edilmiştir. Çünkü, burada kullanılan Aster SYM, stereo görüntülerden elde edilmiştir. Dolayısı ile üretim aşamasında kullanılan veriler ve yöntemin kalitesi sonucu direkt olarak etkilemektedir.

Gerek SRTM gerekse Aster verisin farklı SYM’leri için yapılan uygulamada birbirine yakın sonuçlar vermiştir . Başka bir deyişle SRTM için 30m’lik ve 90m’lik iki ayrı SYM kullanıldığında sonuçlarda bir değişim olmamıştır. Elde edilen sonuç, yine kullanılan verinin çözünürlüğü kadar doğruluk sağlamıştır. Aynı durum Aster için de geçerlidir. 5m ve 15m’lik iki ayrı SYM kullanıldığında konumsal doğrulukta bir değişim gözlenmemiştir. Kontrol noktalarında yapılan ölçümler sonucunda X,Y yönündeki ortalama hatalar ve konumsal hataları Tablo1’de gösterilmiştir.




SYM

1/25000

SRTM (30m.)

SRTM (90m.)

ASTER (5m.)

ASTER (15m.)

DY

3,84

3,83

3,89

4,79

4,67

DX

3,64

4,21

4,03

6,09

6,15

DP

5,29

5,69

5,60

7,74

7,73

Tablo 1. Kontrol noktalarında yapılan ölçümlerden elde edilen sonuçlar

Tablo 1’de verilen konumsal hataların Şekil 5’de grafiksel olarak gösterilmiştir.


Şekil 5. Konumsal hatalar


Kotu yanlış olan noktaların bulunduğu, doğruluğu düşük kalitesiz SYM kullanıldığunda, Şekil 6’deki bozulmalar meydana gelmektedir. Bu durumda, SYM’nin kalitesinin sonuç ürün için ne derece önemli olduğu açıkça görülmektedir.

a) b)


Şekil 6. SYM kalitesinin görüntü üzerindeki etkisi a)Kaliteli SYM b)Kalitesiz SYM ile üretilen ortofoto görüntüler

6. SONUÇLAR

Yapılan çalışmada kullanılan sayısal yükseklik modellerinin ortofoto görüntüler üzerine etkileri incelenmiştir. Yapılan karşılaştırmalar sonucu 1/25000’lik topoğrafik haritadan üretilen SYM’nin konumsal hatası 5,29m. iken STRM verisinden üretilen SYM’nin konumsal hatası, yaklaşık 5,60m. olarak elde edilmiştir. Aster verisinde ise bu değer 7,70m. civarındadır. Bu sonuçlardan da görüldüğü gibi en küçük konumsal hata, 1/25000’lik topoğrafik haritadan ve SRTM verisinden üretilen SYM’ler ile sağlanmıştır. Dolayısı ile SRTM verisi, 1/25000’lik topoğrafik harita ile eşdeğer bir konumsal doğruluğa sahiptir. Aynı zamanda güncellenebilmesi, daha geniş alanları kapsaması, maliyet, emek ve zaman açısından da avantajlıdır. Aster verisi kullanılan diğer verilere göre daha kötü sonuç vermiştir. Bunun nedeni, 1/25000’lik ve SRTM verileri direkt yükseklik modeli oluşturmayı amaçlarken aster verisinde topoğrafik veriler dolaylı olarak stereo görüntülerden üretilir. Üretim aşamasında kullanılan veriler ve yöntemin kalitesi sonucu direkt olarak etkilemektedir. Ancak çok fazla hassasiyet gerektirmeyen çalışmalarda tercih edilebilir.


KAYNAKLAR

Erden,Ö., 2006, Hava Fotoğrafları ve Uydu Görüntüleri İle Dijital Ortofoto Üretimi ve Kentsel Gelişimin İzlenmesi, K.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.


Jensen, J.R, 2000. Remote Sensing of The Environmant: An Eart Resource Perspective, University of South Caroline
Krause, K., 2000. Photogrammetry, Fundamentals and Standard Processes, Peter Waldhausl and Peter Stewardson, Fourth Editon, Dümmler, Vienna
Michel, K., 2002. Yves, E., Digital Photogrammetry, Taylor & Francis, London
Rossi,Tiffiny A., “Application Of Digital Photogrammetric Methods İn The İnterpretation Of Land Cover Change

On The Coastal Dunes Of Warren Dunes State Park, Berrien Country”,The Michigan state University

(Michigan),2004, Master Thesis
Smimard,Pierre G.,”Accuracy Of Digital Orthophotos”,The University Of New Brunswick (Canada),1997,Master

Thesis
Yılmaz, A., 2002. Farklı Kaynaklardan Üretilen Sayısal Yükseklik Modellerinin Doğruluk Araştırması, Yüksek Lisans Tezi, Y.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul



URL-1, http://www.sayisalgrafik.com.tr/gazete/vol05no01/s01/m03.htm , 14 Şubat 2007
URL-2, http://terra.nasa.gov/About/ASTER/index.php , 10 Şubat 2007
URL-3, http://www.nik.com.tr/new/yazilimlar/uydular/aster.htm , 19 Şubat 2007
URL-4, http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/instr.htm , 14 Şubat 2007





Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə