3 RADAR sistemleri

Tweet

Radar, Radio Detecting And Ranging kelimelerinin baş harflerinin birleştirilmesi ile oluşmuş bir kelimedir. Aktif bir sistem olması nedeniyle gece ve gündüz, sisli ve puslu havalarda kullanılabilir.

1930 lu yıllarda Almanya'da ve Amerika Birleşik Devletleri'nde hemen hemen aynı zamanda ortaya çıkmıştır. Bu, halen hava alanları, uçak ve gemilerde kullanılan ve dairesel tarama yapan bir alettir.

Radar sistemleri bir tür tarayıcı(scanner) dır.

K bandı kısa dalaga, S bandı uzun dalgaboyu olarak bilinir. Kısa dalga boyu ile çalışan bir radarın bitki örtüsünü delip geçme kabiliyeti az fakat üç boyutlu ayırma gücü fazladır

Haritacılar daha çok Laser Profilimetre adı verilen bir tür radar sistemini kullanırlar.

Uzaktan algılamada kameraların ve radar sistemlerinin dışında laser, radyo dalgası alıcıları, sismograflar, gravimetreler, manyotometreler, sonarlar gibi araçlar da kullanılır.

3 Aktif ve pasif algılayıcılar

Tweet

Syntetic Aperture Radar kısaca SAR olarak adlandırılırlar ve gittikçe artan kullanıcı sayısı vardır. Elektro-optik algılayıcılar pasif görüntüleme cihazları olup elektromanyetik enerjiyi ölçerler. Bu enerji öncelikli olarak Güneşten gelip Dünya yüzeyinden yansımasından ortaya çıkar.

Bunlar pasif cihazlar olarak tanımlanırlar çünkü, bunlar kendi enerji kaynaklarından enerji yaymazlar. Bu demektir ki onlar sadece gün ışığında çalışırlar (termal-infrared yayınmayı ölçen yani güneş ışınlarından yansıyan değil daha çok ısıyı yayan kaynaklar dışında) SAR sensörleri aktif görüntüleme sistemleridir.

Bunlar, elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölümünde yer alan bir radar sinyali yayarlar ve Dünya yüzeyine çarpıp geri dönen sinyalin dayanıklılığını ve diğer özelliklerini ölçerler. SAR görüntüleri diğer pasif algılayıcılardan bazı yönlerden farklıdırlar. Çünkü, SAR sistemleri, elektro-optiksel sistemlerden daha uzun dalga boylarında çalışırlar. O karanlıkta, siste, bulutlu alanlarda görüntüleme yapabilir. SAR görüntüleri bazen elektro-optiksel algılayıcılarla aynı uygulamalar için kullanılabilirler.

POLAR ORBİT

Bütün sivil uzaktan algılama uyduları dünyanın etrafında kutba yakın yörüngede, kuzeydoğu-güney batı doğrultusunda dönerler. Bu dönüşte kutublara doğru yörüngeler alçalır ve her yörünge hemen hemen doğrudan kutupların üzerinden geçer. Uydular önceden belirlenen yörüngede belirli bir hız ve yükseklikte hareket ederler. Bu bilgiyi akılda tutmakta yarar vardır. Çünkü, bu demektir ki yer kontröleri uyduyu hızlandıramaz ve istedikleri alana istedikleri anda yönlendiremezler.

REVISIT CYCLE

Daha öncede belirtildiği gibi, bir uydu önceden belirlenmiş bir yörüngeye sahiptir bu nedenle dünya yüzeyindeki aynı noktaya tekrar gelmesi günler almaktadır. Bu geçişler arasındaki süreye (gün olarak) "revisit cycle" - adı verilir. Fakat ayarlanabilir görüntü açısına sahip algılayıcılar bağlı olduğu uydunun "revisit" süresinden daha sıklıkla aynı alanı görüntüleyebilme olanağına sahiptirler

SWATH WİTH

Uydu algılayıcıları d aynen kamera merceklerinde olduğu gibi bir görüş alanına veya bir görüntüde kapsayabileceği maksimum alana sahiptir. Uydular için "swath width" (swath genişliği) terimi; sensörün algıladığı alanın bir kenarından diğerine olan uzaklığını verir.

1 Uzaktan Algılamada Görüntü İşleme

Tweet

Magnetik veya optik alanda depolanan uydu görüntüleri, toplama ve arşivleme işlerinin yapısından dolayı, dijital görüntüler olarak nitelendirilir. Foto görüntülerini analistin ele alması ve değerlendirmesi çok kolaydır, fakat dijital görüntüler çok daha değişik yollarla işlenirler.

Birçok meteorolojik görüntüleme aygıtı dünya yüzeyini televizyon taramaları gibi analog (resim) şeklinde tararlar. Radyans ölçümleri her bir tarama boyunca taranan element serisini oluşturan zaman basamaklarında alınırlar.

Bu elementler görüntüde tarama numarası veya element numarasına tekabül eden tek tek lokasyonlar olarak belirlenirler. Her bir element lokasyonunda uydu sensörü ile ölçülen radyans tek bir dijital değer olarak depolanır. Renkli veya siyah-beyaz monitör(B/W) gibi görüntüleyici aygıt üzerinde görüntülendiklerinde, grid üzerindeki her bir nokta “resim elementi veya pixel” olarak adlandırılır. Dijital değerler son uydu görüntüsü üzerinde pixelleri renkli veya gri gölgeler olarak belirlemekte kullanılırlar. Sonuç görüntü ya monitörde veya fotoğrafik görüntü “hard-copy” olarak görüntülenir.

Uydu aygıtının çözünürlüğü, alet tarafından dünya yüzeyi üzerinde çözümlenebilen en küçük elementin boyutu olarak belirlenebilir. Bu, sensör optiklerinin görüntüleme alanı ve dünya yüzeyinden olan uzaklığın bir fonksiyonudur. Aynı zamanda her tarama prosesindeki geçen zaman boyunca toplanan radyasyonun, dünya yüzeyi üzerinde gözlemlenen ne kadarlık bir alandan geldiği sorusu da akla gelebilir. Bu alanlar (kutucuklar) bazen “footprints” olarak adlandırılır. Sebeplerin çeşitliliğinden dolayı, footprints’lerin boyutu kanaldan kanala değişir. Örneğin uydu üzerindeki visible kanal, -infrared kanalın 8 km çözünürlüğe sahip olmasına rağmen-, 1 km çözünürlüğe sahip olabilir. Uydu aygıtının çözünürlüğü her bir kanal için ayrı ayrı belirlenmiştir.

Alınan bir görüntünün ilk olarak yorumlanması gerekir hangi alanların daha parlak hangilerinin koyu olarak belirlenecegi saptanmalı bu işlem görüntüden kesitler alınarak yapılabilir

Parlaklık lar belirlendikten sonra yakın olan parlaklıklara yakın numaralar verilir

Daha sonra verilen numaralar algoritmalar yardımıyla sınıflandırılır ve alanlar belirlenir.

En son yapılan işlemde renklendirmedir.

2 Uydu Görüntülerinin Özellikleri

Tweet

Hava fotoğrafı, arazi çalışmaları ve kağıt haritalar gibi bir çok farklı coğrafik veri kaynağı varken, uydu görüntülerini kullanmanın ne gibi yararları olabilir?

Birçok uygulama için basit cevap: uydu görüntüleri hızlı, daha ucuz ve daha iyidir. Bu belki biraz basmakalıp bir cevap olmakla birlikte, doğru cevaptır.

Uydu görüntülerinin avantajları;

SAYISALDIR (Dijital)

HIZLIDIR

UCUZLUK

GLOBAL

GÜNCELLEME

AYRINTILI

DOĞRULUK

ESNEKLİK

Hava fotoğrafları;

Küçük alanlarda ve 1m2 den küçük yapıları / objeleri haritalamak için düşük maliyetlidir. Birçok hava fotoğrafı siyah - beyaz veya standart renklerde veya yakın-kızılötesi'dir.

Havadan Tarayıcılar (Aerial Scanners);

Uydularda bulunan multi-spektral algılayıcıların uçaklara monte edilmesiyle, yüksek resolusyonlu, çok bantlı görüntüler elde edilebilir ancak bunlarda hava fotoğrafları gibi geniş alanların görüntülenmesinde düşük maliyetli değildir.

Uydu görüntüsü nasıl olur?

Uzaktan Algılamanın en önemli konusu, uydu görüntüsü gerçekte nedir ve nasıl elde edilmektedir? sorularının cevabını açıklamaktır.

Bir görüntü (image) bir kamera ile film üzerine alınmış bir fotoğraf değildir. Hemen hemen bütün ticari uzaktan algılama uyduları , görüntüleri (images) algılayıcıları (sensors) sayesinde sayısal (dijital) olarak elde ederler. Bu algılayıcılar (sensörler), günümüzde yeni popüler olan dijital kameralarla aynı prensiplerde çalışmaktadırlar.

Aynı dijital kamerada olduğu gibi, bir uydu algılayıcısı da filme sahip değildir. Onun yerine algılayıcı yeryüzünden ve onun üstündeki objelerden yansıyan elektromanyetik enerjinin miktarını ölçen binlerce binlerce küçük alıcılardan (detectors) oluşmuştur.

Bunlar, spektral (bantsal) ölçümler olarak adlandırılırlar. Her spektral yansıma değeri bir dijital sayı (numara) olarak kaydedilir. Bu sayılar Dünya'ya geri gönderilerek bilgisayarlar tarafından renklere ve gri-renk tonlamasındaki parlaklık seviyelerine göre fotografa benzeyecek şekilde görüntüye dönüştürülürler.

Alıcıların (detectors) duyarlılığına bağlı olarak algılayıcılar (sensors) yansıyan enerjiyi; görünen (visible), yakın-kızıl ötesi (near infrared), kısa dalga-kızılötesi (short-wave infrared), termal kızılötesi (thermal infrared) ve mikrodalga radar, bölümlerinde ölçülebilir.

0 Uydu Nedir?

Tweet

Uydular hava olaylarını küresel olarak inceleme olanağı sağlar ve dünya çevresindeki yörüngelerinde hareket ederken, sensörleri (radyometre) tarafından kaydedilen verileri belirli aralıklarla yer istasyonlarına gönderirler. Uyduların en önemli özelliklerinden birisi de, yer gözlem istasyonlarının kurulamadığı ve böylece verilerin toplanamadığı okyanus, çöl, dağlık alanlar, kutup bölgeleri vs. gibi çok geniş alanlardan meteorolojik bilgilerin elde edilmesidir.

Tüm uyduların uzaktan algılama sistemleri cisimler tarafından yansıtılan ve cisimlerin vücut sıcaklığına bağlı olarak yaydıkları elektromagnetik radyasyonun, uzaya yerleştirilen platformlar (uydu) üzerinde bulunan radyometreler tarafından ölçülmesi (pasif algılama) ve radar (aktif algılama) sistemlerine dayanır.

Meterolojik amaçlı uydular (METEOSAT, GOES,GMS, NOAA vs.) pasif algılama yöntemlerini kullanırken, ERS-1 gibi uydular aktif algılama yöntemlerini kullanmaktadır.

Meteorolojik uydular

Meteorolojik amaçlı ilk uydunun atmosfere fırlatıldığı günden bu yana geçen 30 yılı aşkın bir sürede uydular, dünya ve atmosferi ile ilgili çalışmalarda vazgeçilmez bir öneme sahip olmuşlardır. Özellikle meteorolojik gözlem ağının yokluğunun veya eksikliğinin hissedildiği (okyanuslar, kutup bölgeleri, dağlık alanlar, ormanlar ve çöller) alanlar başta olmak üzere, dünya ve atmosferi hakkında vazgeçilemez bilgi kaynakları durumuna gelmişlerdir.

LANDSAT

Bu uydu ilk olarak 23 Temmuz 1972 yılında (USA) Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi Başkanlığınca fırlatıldı ve daha sonra ERTS (Dünya Kaynakları Teknoloji Uydusu) olarak isimlendirildi. Uydular iki ayrı set algılayıcı taşımaktaydı, yüksek çözünürlüklü televizyon görüntüsü oluşturabilen geliştirilmiş vidikon televizyon kamerası; return-beam vidikon (RBV) ve çokbandlı spektral tarayıcıdır

SPOT

SPOT uydusu Fransız Uzay Merkezi (CNES) tarafından planlanarak Fransa , Belçika ve İsveç tarafından üretildi. İlk kez 22 Şubat 1986 ‘da işlev kazandı.

Çok bandlı spektral modu (MSm) 20*20 m 2 geometrik çözünürlüklü tayfın yeşil (.50-.59 mm), kırmızı(.61-.68 mm) ve yakın kızılötesi (.79-.89 mm) bölümünü kaplayan 3 banddan oluşur. Pankromatik (siyah- beyaz) modu sadece görünür bölgeyi örten tek band (.51-.73 mm) ve 10*10 m2 yüksek geometrik çözünürlüğe sahiptir.

METEOSAT

Landsat ve SPOT’ tan farklı olarak Meteosat’ ın dünyaya olan konumu sabittir (değişmez konumlu) yani uydu dünyanın hızına eşit hızla döner. Yeryüzünden 36000 km uzakta, ekvator üzerinde 0 derece boylamında yer alır. İlk olarak 14 Mayıs 1979 ‘da yörüngeye oturtuldu ve hala çalışır durumdadır.

NOAA

Bunlar iki grup algılayıcı taşımaktadır; ileri çok yüksek çözünürlüklü radyometre (AVHRR) ve TIROS (Televizyon Kırmızı Ötesi Gözlem Uydusu), düşey ses dalgası vericisi (TVOS:TIROS). AVHRR 1.1*1.1 km 2 çözünürlüğe sahip ve elektromanyetik spektrumun, görünür kırmızı (R), yakın kızılötesi ( NIR) ve 3 bandda termal kızıl ötesi ( t IR) bölgesinde olmak üzere 5 band içerir. TVOS temel olarak 3 set algılayıcıdan oluşmuştur.

RADARSAT

1994 yılında Kanada Uzay Ajansı tarafından fırlatılmış ve dünyanın yerden işletilebilir ilk radar uydusu olduğu ifade edilmiştir. 5.3 GHz frekansında çalışmakta ve değişik dalga boyu seçme şekilleri verilerin çok çeşitli tarama genişliklerinde, çözünürlüklerde ve yatay açılarda algılanmasını sağlar. Uydu işletilebilir olduğunda veriler; arazi kullanım haritalanması, toprak neminin saptanması, ormanların izlenmesi, kıyı gözlemleri gibi çok çeşitli amaçlarla kullanılabilir.

0 Uzaktan Algılamada Kullanılan Araçlar

Tweet

Uzaktan algılamada;

Uydular 

Radar

Ayrıca kameraların ve radar sistemlerinin dışında lazer, radyo dalgası alıcıları, sismograflar, gravimetreler, manyotometreler, sonarlar gibi araçlar da kullanılır.

0 Uzaktan Algılamada Bilgi Üretimi

Tweet

Uzaktan algılamada bilgi üretimi genel olarak iki bölümde incelenebilir.

Gözle Yorum (Visual Interpretation)

Sayısal Görüntü İşleme

0 Uzaktan Algılama Ders Notları

Tweet

UZAKTAN ALGILAMA (REMOTE SENSİNG)

Uzaktan algılama nedir?

Uzaktan algılama nerelerde kullanılır?

CBS nedir?

Uzaktan algılamada bilgi üretimi

Uzaktan algılamada kullanılan araçlar

UYDU nedir?

Uydu görüntülerinin özellikleri

Uzaktan algılamada görüntü işleme

Aktif ve pasif algılayıcılar

RADAR sistemleri

0 Uzaktan Algılama Nerelerde Kullanılır?

Tweet

Uzaktan algılamanın sayısız kullanım alanı olmakla birlikte genel olarak özetlersek;

Otoyol, devlet yolu, demiryolu ve boru hattı koridor seçimleri, sulama, baraj, madencilik ve ormancılık ön etüdlerinde,

Stereo uydu görüntülerinden etüd haritaları ve 3 boyutlu sayısal arazi modellerinin hazırlanmasında,

Deniz ve kıyı kirliliği etüdlerinde, uydu görüntülerinden işlenip uygun filitremeler yapılarak kirlilik haritalarının yapımında,

Tarımsal amaçlı, arazi kullanım ve toprak haritalarının etüdünde,

Orman kaynaklarının ön envanterlerinin yapımı ve haritalanmasında, ayrıca orman yangınlarının yaptığı hasarların tespitinde ve görüntülerin işlenmesi-haritalandırılmasında,

Maden aramalarında, jeolojik etüdlerin yapımında, yer çalışmalarını süre ve maliyet açısından en aza indirmek amacıyla,

kullanılır.

1 Uzaktan Algılama Nedir?

Tweet

Uzaktan Algılama; Yeryüzünden belirli uzaklıkta, atmosferde veya uzayda hareket eden platformlara yerleştirilmiş ölçüm aletleri aracılıyla, objelerle fiziksel temasa geçilmeden, yeryüzünün doğal ve yapay objeleri hakkında bilgi alma ve bunları değerlendirme tekniğidir, bir başka ifade ile objelerle fiziksel temasta bulunmadan herhangi bir uzaklıktan yapılan ölçümlerle objeler hakkında bilgi edinme bilim ve sanatı olarak ifade edilir.

Ua kısa biçimde ise telekayıt (tele detection) ya da Dünya’nın gözlenmesi (earth observation) olarak tanımlanabilir. Genel anlamda ise UA çoğunlukla görüntünün (resmin) oluşturulması ile konum olarak durağan veya hareketli, uzak mesafelerden yeryüzeyinin gözlenmesinde kullanılan yöntemler, teknikler ve araçların bütünüdür. Uzaktan algılama sistemleri tarafından elde edilmiş verilerden genellikle yer yüzeyine ait yararlı bilgiler elde etmek için yapılan bütün kayıt, işleme, analiz, yorumlama ve sonuç olarak bilgi üretme gibi aktiviteleri kapsar.

Diğer taraftan uzaktan algılama, elektromanyetik spektrumun mor ötesi ışınlarla mikrodalga ışınları arasındaki bölümleri aracılığı ile havadan ve uzaydan cisimlerin özelliklerini kaydetme ve inceleme tekniği olarak da tanımlanır.

0 SYM - 3 - Eş Yükselti Eğrileri (izohips) Oluşturma (ArcGIS)

Tweet

0 SYM - 2 - SRTM Yükseklik Verisi İndirme ve İncelemeler

Tweet

0 SYM - 1 - ASTER GDEM Yükseklik Verisi İndirme

Tweet

0 LiDAR nedir? Ne işe yarar? Nasıl bir teknolojidir?

Tweet

0 Uzaktan Algılamada Yeryüzünün Etkileri

Tweet

Atmosfer tarafından dağıtılmayan veya emilmeyen enerji, dünya yüzeyine ulaştığında önemli derecedeki bir engelleme ile karşılaşır. Enerji dünya yüzeyine çarptığında ve geldiğinde (I); emme (Absorption: A), Geçme veya aktarma (Transmission: T) ve yansıma (Reflection: R) olarak adlandırılan 3 tip etkiye maruz kalmaktadır. Gelen enerji yer yüzeyinde 3 tip etkiden biri veya daha fazlası ile karşılaşmaktadır. Bunlardan her birinin etkileme oranı; enerjinin dalga uzunluğuna, yüzeydeki materyale ve şartlara bağlı olarak değişmektedir. Yansıyan veya emilen enerji, algılayıcılar tarafından yapılan ölçümlerle ve kaydedilen sayısal numaralar (DN) vasıtasıyla direk olarak kontrol edilebilmektedir. Farklı materyaller, farklı miktarlardaki enerjiyi yansıtır, emer ve aktarır. Bu farklılıklar, görüntüdeki farklı özelliklerin belirlenmesine olanak sağlamaktadır.

Şekil 1 - Dünya yüzeyinin 3 tip engellemesi I: Gelen enerji A:Emilen enerji T: Geçen / aktarılan enerji R: Yansıyan enerji

EMME:

Güneş ışınları hedefe çarptığında, materyalin kimyasal bileşimi veya molekülleri kapsamındaki atomların çekimi nedeniyle emilir. Elektromanyetik tayfın emilen bu kısmı algılayıcıya dönmez. Emilen tayf (absorption spectra) olarak adlandırılan bu tip dalga uzunlukları, görüntülenen saha hakkında birçok bilgiyi içermektedir.

GEÇME / AKTARMA:

Yansımayan veya emilmeyen enerji, materyalin bir uçundan girip diğer uçuna doğru gitmektedir. Elektromanyetik tayfın bu kısmı algılayıcıya dönmemektedir.

YANSIMA:

Enerjinin tümü veya bir kısmı yüzeye çarptığında yön değiştirerek tekrar atmosfere döner. Yansıma olarak isimlendirilen bu husus sensörler tarafından algılanarak kaydedilir. Hedefe çarpan enerji; düzgün yansıma (specular reflection) ve dağınık yansıma (diffuse reflection) şeklinde olmaktadır. Yüzeyin ayna gibi düz olması durumunda, gelen enerji yüzeye vurduğunda, normal ile yaptığı açıya eşit bir açı ile yansır. Gelen enerji düz olmayan yani pürüzlü bir yüzeye çarptığında ise, gayri muntazam ve muhtelif yönlerde yansıyarak atmosfere geri döner. Dünya yüzeyindeki pek çok özellik ya düzgün veya dağınık yansıma yapmaktadır. Bu yansımalar gelen ışının dalga boyuna ve yüzeyin yapısına bağlı olarak değişmektedir. Şayet dalga boyu yüzeyi oluşturan varyasyonlardan veya zerrelerin ebadından daha küçük ise dağınık bir yansıma meydana gelir. Örneğin ince taneli kumlar uzun dalga boyundaki microwave bölgede oldukça düzgün, görünen ışık bölgesinde ise tamamen kaba tarzda görünmektedir.

 

Şekil 2 - Düzgün ve dağınık yansıma

Yaprakların kimyasal yapısındaki klorofil, kırmızı ve mavi dalga boylarında enerjiyi, güçlü bir tarzda emerken, yeşil rengi yansıtmaktadır. Yaz aylarında yaprakların azami klorofili içermesi nedeniyle bunlar bize, yeşilimsi renkte görünürler. Sonbaharda yapraklardaki klorofil daha azdır ve daha az emme ve kırmızı dalga boyunda daha fazla yansıma yaparlar. Bunun sonucu olarak kırmızı veya sarı renkte görüntü verirler. Sağlıklı yapraklar içeren yapısı nedeniyle, yakın infrared dalga boyunda mükemmel bir dağınık yansıtıcı işlevini yapmaktadır. İnsan gözü yakın infrared bölgeye hassas ise, bu tip yapraklara sahip ağaçlar, bize oldukça parlak bir görüntü sunarlar. Bu özelliği göz önüne alan fen adamları, yakın infrared bölgedeki bu yansımayı ölçerek ve analiz ederek bitkilerin sağlıklı veya sağlıksız oluşunu belirlemişlerdir.

Şekil 3 - Sağlıklı ve sağlıksız bitkilerin yaydığı tayf sinyalleri

Su; uzun dalga boyu görünen ışık ve yakın infrared bölgelerinde, kısa dalga boyu görünen ışık bölgesine göre daha fazla emme yapmaktadır. Böylece su, kısa dalga boylarında yaptığı güçlü bir yansıma nedeniyle mavi veya mavi-yeşil renkte, kırmızı veya yakın infrared dalga boylarında ise daha koyu renkte görünmektedir. Su gövdesinin yukarı tabakalarında katı partiküller veya tortusal maddeler (S) varsa, daha iyi yansıma yapmakta ve daha parlak bir görüntü vermektedir. Su içinde asılı gibi duran bu maddeler, birbirine benzer iki doğa olayının etkisi ile sığ fakat temiz suların karıştırılmasına sebep olmaktadır.

Su yosun içeriyorsa, yosundaki klorofil, mavi dalga boyunu daha fazla emer ve yeşil dalga boyunu yansıtır. Bu özellik suyun daha yeşil görünmesine neden olur. Su yüzeyi düzgün veya dalgalı veya yüzer maddeleri içeriyorsa, suyun rengi ve parlaklığının değerlendirilmesi oldukça zordur.

Şekil 4 - Yaprakların ve suyun muhtelif dalga boylarındaki emme ve yansıma özellikleri

Yukarıda belirtilen yaprak ve suyun farklı dalga boylarında yaptıkları emme, yansıma ve geçirme özelliği, dünya üzerindeki mevcut tüm materyaller için kendilerine özgü tarzda farklılıklar göstermektedir.

Bu önemli özellik, materyallerin elektromanyetik tayfa olan tepkisi (spectral response) ve meydana getirdiği tayf sinyalleri (spectral signature) vasıtasıyla birbirlerinden ayrılmalarına olanak sağlamaktadır. Materyallerin birbirinden ayrılmasını dolayısıyla tanınmasını sağlayan tayf tepkileri ve tayf sinyalleri konusunun daha iyi anlaşılması, aşağıda verilen 2 örnek ile açıklanmıştır.

ÖRNEK 1: Su ve bitkiler elektromanyetik tayftaki muhtelif dalga boylarına farklı tepkiler vermekte ve birbirinden farklı sinyaller yayımlamaktadır.

Şekil 5 - Bitki ve suyun tayf tepkileri

ÖRNEK 2: Çam ormanı, otlak, kırmızı toprak ve çamurlu suyu içeren 4 genel satıh materyalli bu örnekte; kayanın, yeşil bitkilere nazaran bazı dalga boylarında daha fazla enerji yansıttığı, diğer dalga boylarında ise daha fazla emme yaptığı görülmektedir.

Temelde, çeşitli tipteki yüzey materyalleri, onların yaptığı farklı yansımalardan istifade edilerek tanınmaktadır. Bu farklılıkları, dalga boyunun bir fonksiyonu ve aydınlatmanın yoğunluğu olarak ölçmek için bazı uygun metotlar bulunmakta ve kullanılmaktadır.

Şekil 6 - Çam ormanı, otlak, kırmızı toprak ve  çamurlu suyun yansıma sinyalleri

Şekil 7 - 0.55 ve 0.85 micrometer dalga uzunlukları üzerindeki yansıma oranı plotu

Bu dört materyalin meydana getirdiği sinyal eğrileri, dalga uzunluğu ve yansıma oranını içeren grafikler üzerinde gösterilebilmekte ve dalga uzunluğuna göre plot edilebilmektedir. Görünen ışık ve yakın infrared bölgelerini içeren şekil-29’daki grafik ve şekil-30’daki plot üzerinde yapılan analizlerde aşağıdaki sonuçlara ulaşılmaktadır.

4 materyalin birbirinden ayrıldığı ve tanınabildiği dalga uzunlukları; görünen ışık bölgesinde 0.55 micrometer, yakın infrared bölgesinde ise 0.85 micrometer’dır.

4 materyalin iki dalga uzunluğundaki yansıma oranları, aşağıdaki tabloda belirtilen değerlerdedir.

DALGA UZUNLUĞU (micrometer)		YANSIMA YÜZDESİ
	ÇAM ORMANI	OTLAK	KIRMIZI TOPRAK	ÇAMURLU SU
0.55	25	35	53	15
0.85	57	80	43	5

4 materyalin en fazla yansıma yaptığı dalga uzunlukları, aşağıdaki tabloda belirtilen değerlerdedir. (*) Çam ormanı, otlaktan biraz daha az yansıma yapmaktadır.

MATERYAL TİPİ	DALGA UZUNLUĞU (micrometer)
ÇAM ORMANI	0.8-0.95 (*)
OTLAK	0.8-0.95
KIRMIZI TOPRAK	0.59
ÇAMURLU SU	0.57

Görünen ışık bölgesinde (0.6 mikron) kırmızı toprak, bitkilerden ve sudan daha fazla parlaklık, yakın infrared bölgesinde (1.2 mikron) ise bitkiler daha fazla parlaklık vermektedir.

Bu analizler, örneğin çok bantlı (mutispectral) görüntülerin içerdiği ikiden fazla dalga uzunlukları kullanılarak yapıldığında, materyallerin birbirinden ayrılması daha kolaydır.

Kaynak: İşlem GIS, Uzaktan Algılama Kitabı, 2002.

0 Atmosferin Uzaktan Algılamaya Etkileri

Tweet

Solar enerji sensöre, atmosferin içinden geçerek ulaşmaktadır. Atmosfer içindeki partiküller ve muhtelif gazlar bu enerjinin yayılmasını etkilemekte, diğer bir deyişle engellemektedir. Bu etkileme, dağılma (scattering) ve emme (absorption) tarzında olmaktadır.

(a) DAĞILMA:

Atmosferde mevcut olan partiküller ve gaz molekülleri enerji yayımını etkileyerek onun orijinal istikametini değiştirir. Meydana gelen dağılma; yayımın dalga boyuna, partikül ve gazların çokluğuna ve ışının atmosferde kat ettiği mesafeye bağlı olarak değişmektedir. Atmosferdeki dağılma; “Rayleigh”, “Mie” ve “nonselective” olarak adlandırılan tarzlarda olmaktadır.



Şekil 1 Atmosferin dağılma etkisi

(1) Rayleigh Dağılım:

Yayılan enerji, atmosferin üst kısımlarında, dalga boyundan daha küçük partiküllerle karşılaştığında, meydana gelen bir dağılma tipidir. Bu partiküller; toz zerrelerini, nitrojen ve oksijen moleküllerini içermektedir. Bu bölgede kısa dalga enerjisi uzun dalga enerjisine göre daha fazla dağılmaktadır.

Güneş ışını atmosferden geçerken görünen ışık bölgesinin en kısa dalga boyuna sahip olan mavi renk, aynı bölgedeki daha uzun dalga boylarını içeren yeşil ve kırmızı renklerden daha fazla dağılma meydana getirmektedir. Bu özellik, gökyüzünün mavi renkte görülmesini sağlamaktadır.

Güneş doğumu ve batımı zamanında ışık, öğle zamanına göre dünyanın küreselliği nedeniyle daha fazla yol kat etmekte ve kısa dalganın hemen hemen tamamı dağılmaktadır. Böylece uzun dalga kapsamındaki kırmızı rengin çok büyük bir kısmı atmosfere nüfuz ederek gökyüzünün kızıl renkte görünmesini sağlamaktadır.

Şekil 2 Uzun dalga kapsamındaki kırmızı rengin atmosfere etkisi

(2) Mie Dağılım:

Yayılan enerjinin dalga boyu, hemen hemen aynı ebatlardaki partiküllerle karşılaştığında, meydana gelen bir dağılma tipidir. Toz, polen, duman ve su buharı bu dağılmaya neden olan unsurlardır. Uzun dalga boyunu etkileyen bu dağılım, atmosferin alt kısımlarında, bulutlu hava şartlarında ve pek çok partikülün bulunduğu yerlerde oluşmaktadır.

(3) Nonselective Dağılım:

Yayılan enerji, dalga boyundan daha büyük partiküllerle karşılaştığında meydana gelen bir dağılma tipidir. Su damlaları ve büyük toz parçaları bu tip dağılmaya neden olmaktadır.

Dalga boyları takriben eşit olarak dağıldıklarından sis ve bulutlara sebep olurlar. Mavi, yeşil ve kırmızı ışığın eşit miktarda dağılması ve bunların birleşimi sonucunda beyaz renk oluştuğundan, bulutlar ve sis beyaz renkte gözükmektedir.



Şekil 3 Nonselective dağılım ve Atmosferin emmesi

(b) Emme:

Dağılmanın zıttı olan bu doğa olayı etkisiyle, muhtelif dalga boylarındaki enerji, atmosferdeki moleküller tarafından emilir ve sonuç da enerji belirli miktarda kaybolur.

Ozon, karbon dioksit ve su buharı atmosferin emme yapan 3 ana öğesidir. Bu ana öğelerin yanı sıra karbon monoksit, diazotmonoksit ve metan da belirli oranlarda emme yapmaktadır.

Ozon, güneşin yayımladığı zararlı ultraviolet ışınları emmekte ve dünya üzerinde koruyucu bir katman meydana getirmektedir. Bu katmanın olmaması halinde, güneş ışınlarının direk etkisi altında kalan insan derisi yanmaktadır.

Bitkilerden kaynaklanan korbondioksit, elektromanyetik tayfın termal ısı ile ilgili olan uzun infrared bölgesinde güçlü bir tarzda emilmektedir.

Atmosferdeki su buharı, uzun dalga Infrared ve kısa dalga microwave bölgelerinde (22µm-1µm) oldukça fazla emilmektedir. Alçak seviyelerdeki mevcut su buharı miktarı, senenin farklı zamanlarına ve farklı coğrafik bölgelerine göre değişmektedir.

Örneğin çöl bölgelerinin üzerinde enerjiyi emen su buharı miktarı oldukça az iken, tropik bölgelerde bu miktar oldukça yoğundur.

IR görüntülerini en fazla etkileyen su buharının muhtelif iklim bölgelerine ve irtifalara ba3’ lük su buharlı olarak yapını içeren atmosfer kuru ve ıslak incelemeleri sonucunda; 3.5 g/m hemen hemen tam geçirgen, tropik bölgelerdeki 19 g/m3’lük su buharına sahip atmosfer ise, nemli ve geçirmeyen olarak değerlendirilmiştir.

			SU BUHARI MİKTARI (g / m3)
İRTİFA (Km)	TROPİK BÖLGE	ORTA PARALELDE YAZ MEVSİMİ	ORTA PARALELDE KIŞ MEVSİMİ	KUTBİ YAZ MEVSİMİ	KUTBİ KIŞ MEVSİMİ	ABD STANDARDI
0	19	14	3.5	9.1	1.2	5.9
1	13	9.3	2.5	6.0	1.2	4.2
2	9.3	5.9	1.8	4.2	0.94	2.9
3	4.7	3.3	1.2	2.7	0.68	1.8

Bunun sonucu olarak; açık ve nemli havalar için 3-5 µm bandında, puslu ve kuru havalar için 8-14 µm bandında çalışan sensörler ideal olarak kabul edilmiştir. Bu verilerin ışığı altında, Infrared görüntü algılanacak bölgelere ait engelleyici hususlar ile, mevsimsel iklim incelenmeli ve alınacak sonuçlara göre sensör seçilmelidir. 

Muhtelif gazların, tayfın çok özel bölgelerinde elektromanyetik enerjiyi emmeleri hususu, uzaktan algılama amaçları için ınfrared bölgesinde değerlendirildiğinde, 3-5 µm ve 8-14 µm dalga boylarındaki atmosferik pencerelerde en iyi algılamanın yapılacağı sonucuna erişilmektedir. Üreticiler bu gerçekten hareketle IR sensörleri, 3-5 veya 8-14 mikron dalga boylarında çalışacak şekilde imal etmişlerdir.

Dalga uzunluğu (µm)

Şekil 4 Muhtelif dalga uzunluklarındaki atmosferin emmesi

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

 

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

 

Dalga Uzunluğu (Micrometers)

Şekil 5 Elektronik tayfta muhtelif gazların ve su buharının yaptığı emme, atmosferik aktarım ve algılamaya olanak sağlayan atmosferik pencereler

Özet olarak uzaktan algılamada, elektromanyetik tayfın en etkin dalga uzunluklarını kullanmak büyük önem taşımaktadır. Tayfın, insan gözünün de algılayabildiği görünen ışık bölgesi, içerdiği atmosferik pencere ve güneş enerjisini tepe noktada kaydetmesi yönünden önem taşımaktadır. Dünya tarafından yayılan en iyi ısı enerjisi termal Infrared bölgedeki, takriben 10 µm dalga uzunluğundadır. Microwave bölgesinde ise, 1 mm dalga uzunluğunun ötesindeki büyük bir pencere, uzaktan algılamaya en iyi imkânı vermektedir.

0 Uzaktan Algılamaya İlişkin Fiziksel Kuramlar

Tweet

Bilim adamı Kelvin, her cismin birbirinden farklı ve mutlak sıfır (-273 °C) olarak tanımlanan bir sıcaklığın üzerinde Infrared enerji yaydığı kuramını ortaya koymuştur. Yayılan solar enerjinin (6000 C0) tümünü emen bunu en iyi şekilde tekrar yayan cisimlere siyah cisim (Blackbody) denilmektedir. Dünya üzerinde böyle bir cisim mevcut olmayıp, bulunanlar ise Gri cisim (Greybody) olarak tanımlanmışlardır.

Fiziksel olarak ışınlar;

• Az yoğun ortamdan (ortam 1) çok yoğun bir ortama girerken, normale yaklaşır. Diğer bir deyişle geliş açısı (Q1) sapma açısından (Q2) büyüktür (Q1>Q2). Çok yoğun ortamdan (ortam 2) az yoğun ortama giderken ise normalden uzaklaşır (Q2<Q1).

Yansıma

Gelen ışın

 

Şekil 1 Gelen ışın, dağılma, yansıma, emme ve yayım

• Sathın yapısına bağlı olarak (çok düzgün) aynı açı ile yansırlar (Q1=Q2).

• Sathın üzerinde değişik yönde dağılırlar (scattering),

• Satıh tarafından emilir. Takiben oluşan enerji ise yayılır.

PLANCK KANUNU:

Planck, sıfır Kelvin derecesinin üzerinde sıcaklığa sahip cisimlerin yaydıkları enerjinin dalga boyunun, sıcaklığa bağlı olarak değiştiğini kanıtlamış ve buna ilişkin olarak aşağıdaki eşitliği ve dağılım grafiğini hazırlamıştır. Grafiğin incelenmesi sonucunda, 300 Kelvin derecesinde, yani oda sıcaklığındaki cisimlerin yayımının, 9.6 mikron dalga boyunda olduğu ortaya çıkmaktadır. Dünya üzerinde ortalama sıcaklık 300 Kelvin olduğuna göre, bu sıcaklığa sahip cisimlerin görüntülenmesi, 9.6 mikron dalga uzunluğunu içeren 8-14 mikron bandında sağlanmaktadır.

 

                                                                DALGA UZUNLUĞU,

Şekil 2 Planck Kanunu grafiği ve eşitliği

WIEN KANUNU:

Sıcaklığı artan cisimlerin yaymakta olduğu enerji miktarında meydana gelen değişiklikleri araştıran Wien, aşağıdaki grafik ve eşitlik vasıtasıyla, sıcaklığın artması halinde dalga boylarında yayım yoğunluğunun arttığını ve tepe noktasına karşıt gelen dalga boyunun ise azaldığını ispatlamıştır. Sıcaklığı artan cisimlerin yaymakta olduğu enerji miktarında meydana gelen değişiklikleri araştıran Wien, sıcaklığın artması halinde dalga boylarında yayım yoğunluğunun arttığını ve tepe noktasına karşıt gelen dalga boyunun ise azaldığını ispatlamıştır.

Şekil 3 Wien Kanunu grafiği ve eşitliği

Wien eşitliği veya grafiği kullanılarak muhtelif sıcaklıktaki cisimlerin yayımladığı enerjinin dalga uzunlukları tespit edilmektedir. Buna ilişkin örnekler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

CİSİM	CİSMİN SICAKLIĞI + KELVİN	DALGA BOYU (Mikron)
İNSAN	37+273=300	9.6
TANK EKZOSTU	85+273=358	5.8
KAZAN DAİRESİ	480+273=753	3.8
GÜNEŞ	6000	0.5

Keza bu eşitlik vasıtasıyla 3-5 veya 8-14 mikron bant 'da çalışan sensörlerin algılayacağı sıcaklıkları da belirlemek mümkündür.

SENSÖRÜN ÇALIŞTIĞI BANT	KELVİN DERECESİ	SANTİGRAD DERECESİ
3-5	965 - 579	(+692) – (+306)
8-14	362 - 207	(+89) – (-66)

STEFAN-BOLTZMAN KANUNU:

Cisimlerin radyometrik sıcaklıkları üzerinde araştırma yapan Boltzman; cismin sıcaklığının 2 katına çıkması halinde, enerji yayım kabiliyetlerinin 16 misli arttığını, bulundukları zemin ile hemen hemen aynı sıcaklığa sahip olan ağaçlar gibi doğal bitkilerin yayım kabiliyetlerinin farklı olduğunu ve bulundukları zemin ile farklı sıcaklıklara sahip fabrika, uçak, gemi, tank ve araç gibi insan yapısı olanların kontrastlık nedeniyle görüntülenebildiğini ispatlamıştır. Infrared görüntüler üzerinde çalışanlara, hayati öneme haiz bilgileri ortaya koyan Boltzman, bu amaç için aşağıdaki eşitliği meydana getirmiştir.

W= σ T⁴

W= Radyometrik Sıcaklık σ = Boltzman Sabiti (5.66961x10-8) T = Cismin Mutlak Sıcaklığı

Bu eşitlik, gri cisimlere uygulanmak üzere Kirchoff' kanununu içerecek tarzda düzenlendiğinde eşitlik,

  W= e T⁴

şekline dönüşmektedir. Buradaki "e" sembolü cismin yayım kabiliyetini göstermektedir.

TERS KARE KANUNU:

Bir kaynaktan alınan radyasyon, aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi kaynak ile alıcı arasındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Örneğin kaynaktan 500 fit uzaklıkta 1 birim IR enerji algılanıyorsa, 1000 fit uzaklıktan olan algılama 1/4 birime, 2000 fit uzaklıktan olan algılama ise 1/16 birime düşmektedir. Bu özellik planlayıcı ve kıymetlendirmecilere, IR sensörlerle algılanacak görüntülerin alçak irtifadan yapılmasını dikte ettirmektedir.

Şekil 4 Ters Kare Kanunu

LAMBERT'İN KOSİNÜS KANUNU:

Lambert, muhtelif kaynaklardan algılanan radyasyon miktarının, sensörün optik ekseni ile normal arasındaki açının kosinüsüne eşit olduğunu ispatlamıştır. Şekil-18'de görüldüğü gibi, aynı güce sahip ve hedefe dik veya muhtelif açılarla bakan sensörlerle yapılan uygulamada, açı büyüdükçe algılamanın azaldığı görülmüştür.

Hedefe 0 derece ile bakan sensör (A), 10 watts x Cos 00 (1)= 10 watts algılarken, Hedefe 60 derece ile bakan sensör (B), 10 watts x Cos 600 (0.5)= 5.00 watts, Hedefe 75 derece ile bakan sensör (C) ise, 10 watts x Cos 750 (1)= 2.58 watts algılama yapmaktadır.

Bu husus, azami algılamanın yapılabilmesi, yani çok iyi bir görüntünün elde edilebilmesi için sensörün hedefe göre dikey konumda olmasını gerektirmektedir.

Şekil 5 Lambert'in Kosinüs Kanunu

Kaynak: İşlem GIS, Uzaktan Algılama Kitabı, 2002.