0 CBS'yi Destekleyici Teknolojiler

Tweet

Uzaktan algılama (UA) ve Küresel Konumlama Sistemleri (KKS; GPS, Global positioning systems) CBS'yi destekleyici en önemli iki teknolojidir. Bu teknolojilerin daha çok CBS'ye veri sağlaması, verinin güncellenmesi ve yapılan analizlerin doğruluğunun kontrol edilmesi amaçlı katkıları vardır. KKS (GPS) yerküredeki herhangi bir noktanın koordinatının belirlenmesi için uydu teknolojisine bağlı olarak geliştirilmiş sistemlerdir. UA ise yere temas etmeden bir uydu ya da uçağa yerleştirilmiş algılayıcılar yolu ile yeryüzündeki objelere ait bilgi toplama tekniğidir. Söz konusu algılayıcılar, elektromanyetik spektrumun ultraviyole, görünür, kızılötesi ve mikro dalga bölgelerini kullanarak bilgiyi depolarlar. Daha sonra bu bilgi fotoğraf ve görüntü yorumlaması ve sayısal görüntü işleme teknikleri ile analiz edilerek kullanılabilir hale dönüştürülmektedir (bu işlemin ayrıntıları için Ehlers ve ark., 1990; Jensen, 1996; Lillesand ve Kiefer, 1994 kaynaklarından yararlanılabilir).

1. Küresel Konumlama Sistemleri (KKS)

Küresel konumlama sistemleri (GPS olarak da bilinmektedir) yerküredeki konum bilgisini elde ederken üç ayrı bölümden oluşmuş bir sistemdir (Alporal, 2005). Birinci bölüm uydu teknolojisidir. Bu teknoloji dünya çevresinde belirli yörüngelerde hareket eden toplam 28 adet NAVSTAR uydusundan oluşmaktadır (Şekil 1 ve 2). Bu uydular ABD orijinli olup, şu anki sistemin temelini oluşturmaktadır. Yakın bir gelecekte Avrupa Birliği 24 uydudan oluşan GALILEO isimli bir sistemi devreye sokmayı planlamaktadır (Alporal, 2005). KKS'nin ikinci bileşeni ise kontrol birimidir. Kontrol birimi yeryüzünde birbiri ile ilintili çalışan 5 adet yer kontrol istasyonundan oluşmuştur. Bu istasyonların temel görevi uyduların kalibrasyonudur. KKS'nin son bileşeni de, günümüzde elde taşınabilecek kadar küçülmüş olan KKS (GPS) alıcılarıdır. Bu alıcılar yardımı ile yeryüzündeki herhangi bir noktanın koordinatı bilinebilmektedir.

Şekil 1. NAVSTAR Uydusu (Kaynak: http://www.howstuffworks.com/gps.htm/printable. sayfasından alınan ABD Ordusu fotoğrafı)

Şekil 2. KKS uydu sistemi (Kaynak: http://www.howstuffworks.com/gps.htm/printable sayfasından alınan ABD Savunma Bakanlığı fotoğrafı)

Herhangi bir KKS alıcısının koordinat bulabilmesi prensibi alıcı ile uydular arasındaki mesafenin radyo dalgaları yolu ile belirlenmesine dayanır. Konum bilgisinin elde edilmesi için uydudan mesafe ölçümü işleminin aynı anda en az 3 uydu ile yapılması gerekmektedir. Ancak daha doğru ölçümler için aynı anda uydu kullanımının üçten daha fazla olması tercih edilir. Konum, uydudan gönderilen radyo sinyalinin alıcıya ulaşana kadar geçen süre, sinyalin çıktığı andaki uydunun uzaydaki konumu ve sinyalin atmosferden geçerken kırılması ve gecikmesi parametreleri göz önüne alınarak bulunur. Sistemin çalışması hassas zaman ölçümüne dayandığından, zaman ölçümü atomik saatler ile yapılır Bu işlem 3 ya da daha fazla uydu ile yapılarak kontrol edilir ve sonuç koordinat bilgisi elde edilir. Şekil 3'de de görüldüğü gibi iki uydu ile konum bulunması sırasında uyduların yeryüzünde bulundukları A ve B noktaları birbirinden oldukça uzaktadır. Uydu III'un devreye girmesi ile konum bilgisi istenen nokta daha doğru şekilde tahmin edilmektedir. Şekil 3'den anlaşılacağı gibi KKS'nde konum belirleme işlemi 3'den daha fazla uydu ile yapıldığında daha hassas sonuçlar alınmaktadır.

Şekil 3. KKS'nde konum belirleme prensibi

2. Uzaktan Algılama (UA)

Elektromanyetik ışınım (elektromagnetic radiation) uzaktan algılama araçları tarafından toplanan tüm sinyallerin kaynağıdır. Elektromanyetik (EM) enerji çeşitleri algılayıcı özelliklerine göre değişmektedir. Pek çok algılayıcı güneşin meydana getirdiği EM enerjiyi kullanarak veri toplar ki bu tür sistemlere pasif sistemler denir (Şekil 4). Aktif sistemler ise kendi EM enerjilerini üretirler ve bu enerjiyi belli bir yönde yeryüzüne göndererek yansıyan kısmının özelliklerini kaydederler (Şekil 5). Uzaktan algılanmış veri elde etmenin temel olarak 8 bileşeni vardır (Şekil 6).

Şekil 4. Pasif RS sistemleri (Kaynak: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/tutorials/fundam/ chapter1/chapter1_6_e.html)

Şekil 5. Aktif RS sistemleri (Kaynak: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/ tutorials/fundam/ chapter1/chapter1_6_e.html)

Şekil 6. Uzaktan algılamanın bileşenleri (Kaynak: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/tutorials/ fundam/chapter1/chapter1_1_e.html)

Şekil 6'da de görüleceği gibi bu bileşenler, enerji kaynağı (A), ışınım ve atmosfer (B), hedef ile etkileşim (C), algılayıcı ile enerjiyi kaydetme (D), nakil, kabul ve işleme (E), yorumlama ve analiz (F) ve uygulamadır (G). UA için gerekli birinci bileşen ilgilenilen hedef alana EM enerji gönderecek kaynaktır (A). EM enerji kaynaktan hedefe giderken ve hedeften algılayıcıya yansırken atmosferden geçer (B). Enerji atmosferden geçerek hedefe ulaştığında ışınımın ve hedefin özelliğine göre hedef ile tekilleşir (C). Enerji hedeften yansıdıktan sonra algılayıcı yardımı ile kaydedilir (D). Algılayıcıda kaydedilen enerji elektronik olarak yer istasyonuna gönderilir ve burada işlenir (E). İşlenmiş görüntü daha sonra sayısal görsel yollarla ve görüntü işleme teknikleriyle yorumlanıp analiz edilir (F). Son aşamada da işlenmiş görüntü başka bilgiler ile birleştirilerek çeşitli amaçlar için kullanılır (G) ki bu aşamada CBS ile entegrasyon büyük kolaylıklar sağlamaktadır. UA'da elde edilen görüntüler elektronik ortamda saklanırken eşit büyüklükteki küçük karelere bölünür ve her karede görüntünün o bölgesindeki parlaklığı gösteren bir parlaklık değeri vardır (Şekil 7). Karelere hücre ya da piksel de denir.

Şekil 7. UA'da elektronik ortamda görünüş saklama (Kaynak: http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/ learn/tutorials/fundam/chapter1/chapter1_7_e.html)

Uzaktan algılamada görüntülerin çözünürlüğü algılayıcının bulunduğu platform ile hedef arasındaki mesafeyle ilintilidir. Hedeften uzakta bulunan algılayıcılar daha geniş bir alanı görebilirken bu alandan elde edilen görüntünün çözünürlüğü düşüktür. Bu durum, uçaktan yere bakarken görünen alan ile uzay mekiğinden dünyaya bakarken görünen alanın karşılaştırılmasına benzer. Bu mantıkla, uçaklara takılan algılayıcılar ile elde edilen hava fotoğraflarının çözünürlüğü uydu görüntülerinin çözünürlüğünden daha fazladır. Bir başka deyişle hava fotoğraflarında uydu görüntülerine nazaran daha çok ayrıntı yer alır. Bir görüntüde saptanabilecek en küçük ayrıntı o görüntünün mekansal çözünürlüğünü verir. UA'da algılayıcıların başka çözünürlük türleri de görüntünün kalitesini etkiler. Uydu algılayıcısının EM dalga boyları arasındaki farkı seçme özelliğine spektral çözünürlük denir. Spektral çözünürlüğün yüksek olduğu algılayıcıların birbirine benzer özelliği olan objeleri ayırt etme niteliği artar. Sözgelimi bitki örtüsü ve suyu ayırt etmek için çok yüksek spektral çözünürlüğe ihtiyaç yokken kaya çeşitlerini ayırmak için yüksek spektral çözünürlük gerekmektedir. Şekil 7'de gösterildiği gibi sayısal görüntü elektronik ortamda hücrelerin parlaklık değeri ile ifade edilir. Bu nedenle algılayıcının EM enerjisinin büyüklüğüne olan hassasiyetine radyometrik çözünürlük denir. Yüksek radyometrik çözünürlükteki algılayıcılar yansıyan EM enerjiler arasındaki farkı kolayca saptayabilmektedirler. Elektronik ortamda görüntü 0 ila 2'nin katları arasında değişen bir aralıktaki değerler ile saklanır. Bu aralık, sayıları iki tabanına göre kodlamada kullanılan bitlere karşılık gelir. Bu nedenle görüntüde saklanacak parlaklık değerleri, olabilecek en büyük bit sayısı ile ifade edilir. Söz gelimi bir algılayıcının kayıt kapasitesi 8 bit ise, görüntüde 28 adet parlaklık değeri vardır. Bir başka deyişle bu görüntünün parlaklık değerleri 0 ila 255 arasında değişmektedir. Eğer bir algılayıcının görüntü kaydetme kapasitesi 4 bit ise, görüntüdeki parlaklık değerleri 0 ila 15 arasında yer almaktadır. Farklı amaçlar için tasarlanmış değişik uydu algılayıcıları mevcuttur. En önemlileri hava deniz ve yer algılayıcılarıdır. Çizelge 1'de bu algılayıcıların özellikleri verilmektedir.

Çizelge 1. UA'da kullanılan çeşitli uydu algılayıcıları

Uydunun Adı	Mekansal Çözünürlük	Uygulama Alanı
GOES	1 – 4 km	Meteoroloji
NOAA	1.1 – 4 km	Meteoroloji
GMS	5 km	Meteoroloji
OLS	2.7 km	Meteoroloji
METEOSAT	5 km	Meteoroloji
CZCS	825 m	Deniz bilimleri
MOS	50 m – 2.7 km	Deniz bilimleri
SeaWIFS	1.1 km	Deniz bilimleri
LANDSAT - 7	30 – 60 m	Yer gözlemleri
SPOT-2	10 - 20 m	Yer gözlemleri
IRS-1B	4 m	Yer gözlemleri
IRS-1C	1 - 3 m	Yer gözlemleri
ERS	1 – 4 m	Yer gözlemleri
IKONOS	1- 4 m	Yer gözlemleri
EROS	1.5 m	Yer gözlemleri
SPIN	2 m	Yer gözlemleri
BILSAT-Coban	120 m	Yer gözlemleri

Kaynak: Düzgün, H., Ş., Madencilikte Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Yardımcı Teknolojiler, El Kitabı.