BULUNAN SONUÇLAR...
5 Temmuz 2014 Cumartesi
0 Atmosferin Uzaktan Algılamaya Etkileri
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.
Şekil 1 Atmosferin dağılma etkisi
(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.
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.
4 Temmuz 2014 Cuma
3 Temmuz 2014 Perşembe
0 Uzaktan Algılamaya İlişkin Fiziksel Kuramlar
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;
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).
Şekil 1 Gelen ışın, dağılma, yansıma, emme ve yayım
Yansıma
Gelen ışın
• 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,
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.
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
|
SENSÖRÜN ÇALIŞTIĞI BANT
|
KELVİN
DERECESİ
|
SANTİGRAD DERECESİ
|
3-5
|
965 - 579
|
(+692) – (+306)
|
8-14
|
362 - 207
|
(+89) – (-66)
|
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
Bu eşitlik, gri cisimlere uygulanmak üzere Kirchoff' kanununu içerecek tarzda düzenlendiğinde eşitlik,
W= e T4
şekline dönüşmektedir. Buradaki "e" sembolü cismin yayım kabiliyetini göstermektedir.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.
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.
Kaynak: İşlem GIS, Uzaktan Algılama Kitabı, 2002.
0 Elektromanyetik Tayf ve Özellikleri
Uzaktan algılama platformlarındaki sensörler, elektromanyetik yayımı kaydederek görüntüyü oluştururlar. Bu yayımın kategorize edilmesi ile Elektromanyetik Tayf oluşmuştur. Tayf; gama ve x ışınlarını da içeren kısa dalga uzunluğu ile microwave ve TV / radyo dalgalarını kapsayan uzun dalga uzunluğu arasında yer almıştır. Elektromanyetik tayf uzaktan algılama açısından önem taşıyan muhtelif bölgelere ayrılmıştır. Aşağıdaki şekillerde tayfın içerdiği genel bölgeler ile Ultraviole (UV), Görünen Işık (Visible Light), Infrared (IR) ve Microwave bölgelerinin dalga uzunluğu ve frekans durumu gösterilmiştir.
Şekil 1 Elektromanyetik tayf bölgeleri
(1) ULTRAVIOLE:
Çok kısa dalga uzunluğundaki tayfın Ultraviole veya kısa bir deyişle UV bölgesi, 0.2-0.4 µm dalga uzunluğunda yer almakta ve uzaktan algılamaya olanak sağlamaktadır. Dünya sathındaki kayalar ve mineraller gibi bazı materyaller, UV ışınları tarafından aydınlatıldığında ışık saçma (Fluoresce) veya görünen ışığı yayma özelliği bulunmaktadır. Bu özellikleri nedeniyle bu tip materyaller sensörler tarafından algılanarak belirlenirler. 
Şekil 2 Ultraviolet bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar
(2) GÖRÜNEN IŞIK:
Şekil 3 Görünen Işık bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar
Menekşe : 0.4-0.446 µm
Mavi : 0.446-0.500 µm
Yeşil : 0.500-0.578 µm
Sarı : 0.578-0.592 µm
Turuncu : 0.592-0.620 µm
Kırmızı : 0.620-0.700 µm
Yeşil renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.50-0.60 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; 13 metre derinliğindeki temiz suya nüfuz etme, temiz ve bulanık su arasındaki kontrastlığı belirleme, yeryüzündeki gerilim etkisi nedeniyle sudaki yağı tespit etme ve yakın Infrared (NIR) bölgesine göre daha az tarzda bitkilerin yaptığı yüksek yansımayı belirleme, özelliklerini içermektedir.
Kırmızı renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.60-0.70 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; klorofilin emilmesi nedeniyle (0.66 µm) bitkileri ayırt etme, toprağı ayırt etme ve yerleşim sahası niteliklerini analiz etme, ölü yaprakların içerdiği kırmızı ve sarı renkteki pigmentlerin yaptığı yansımayı tespit ve 8 metre ile limitli su derinliğine nüfuz etme özelliklerini kapsamaktadır.
İnsan gözü, güneş ışınlarını tek veya homojen bir renkte görmektedir. Gerçekte bu renk; tayfın ultraviolet, görünen ve infrared bölgelerin yaydığı muhtelif dalga uzunluklarından oluşmuştur. Güneş ışınlarının bir prizmadan geçirilmesi halinde, bu renkleri ayrı ayrı görmek mümkündür.
(3) INFRARED:
0.7-3.0 µm dalga uzunluğunda yer alan yansıyan IR bölgesindeki ışık veya ısı tarzındaki yayım, görünen ışık bölgesindekine çok benzemekte ve uzaktan algılama amaçlarına hizmet vermektedir.
3.0-100 µm dalga uzunluğuna sahip termal IR bölgesi, görünen ışık ve yansıyan IR bölgesinden oldukça farklı özellikleri taşımaktadır. Bu bölgedeki enerji temelde yer sathından yayılan sıcaktır. Görünen ışık ile microwave (radar) bölgeleri arasında bulunan IR bölgesinin bazı özellikleri optik bazıları ise radar enerjisine benzemektedir. Bölge kendi içinde ayrıca dalga uzunluklarına dayalı olarak; Yakın Infrared (Near IR: NIR), Kısa dalga Infrared (Short Wave IR: SWIR), Orta dalga Infrared (Mid Wave IR: MWIR) ve Uzun dalga Infrared (Long Wave IR: LWIR) olarak 4 kısma bölünmüştür.
Yakın Infrared ve kısa dalga Infrared yansıyan enerji, Orta dalga Infrared yansıyan ve termal, Uzun dalga Infrared ise yayılan veya termal bölge kapsamındadır.
(a) YAKIN INFRARED 0.72-1.1 µm:
Yakın infrared bölgesindeki yansıma, yaprak dokusunun hücresel yapısından kuvvetli bir şekilde etkilenmektedir. Bu özellik nedeniyle bitkilerin analizinde kullanılır. Suyun emme ve bitkilerin yansıma özelliği nedeniyle (0.76-0.90 µm) kıyı haritacılığına olanak sağlamaktadır. Ayrıca canlı kütlelerin (0.76-0.90 µm) belirlenmesinde, iğne ve yayvan yapraklı ağaçların birbirinden ayırt edilmesine imkan vermektedir.
(b) KISA DALGA INFRARED 1.1- 3.0 µm:
Bitki tipleri arasında kontraslık farklılıkları bu bölgede ortaya çıkmaktadır. Sınırlı olarak buluta nüfuz eden kısa dalga Infrared; sulardaki yağın, toprak ve bitkilerin içerdiği nemin belirlenmesini sağlayan özelliklere sahiptir.
(c) ORTA DALGA INFRARED 3.0- 5.0 µm:
Uzun dalga infrared bölgesi kadar sıhhatli olmamakla beraber termal sıcaklıkları tespit etmektedir. Bu bölge gündüzleri; yansıyan enerjiyi ve termal yayım karışımını, geceleri; yayılan ısıyı, metal çatılardan yansıyan enerjiyi, bacalardan çıkan ve yangınlardan kaynaklanan ısı yayımını ve buhar yansımasını tespit eder. Dumana nüfuz etme özelliğine de sahiptir.
(d) UZUN DALGA INFRARED 5.0- 14.0 µm:
Termal analizlerde kullanılır. Bazı bitkilerin yoğunluğu ve örtü tipini, günlük ve mevsimsel olarak termal atalet gösteren bitkileri belirme özelliklerini taşımaktadır.
(4) MICROWAVE:
Yakın zamanda, uzaktan algılamanın ilgi sahasına giren microwave enerji bölgesi, elektromanyetik tayfın 0.1-100 cm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu bölge, kendi içinde muhtelif gereksinimler için kullanılan 6 bandı içermektedir.
• Ka-Bandı (0.75-1.1 cm), K-Bandı (1.1-1.67 cm) ve Ku-Bandı (1.67-2.4 cm): çok kısa dalga uzunluğundadır. Uçaklarda ilk radar sistemi olarak kullanılmışlardır.
• X-Bandı (2.4-3.75cm): Askeri keşif ve arazi haritacılığı amaçları için uçaklarda yaygın olarak kullanılmıştır.
• C-Bandı (3.75- 7.5cm): Bir çok uçakta, İnsansız hava aracında ve uzay araçlarında (ERS-1 ve RADARSAT) kullanılmaktadır.
• S-Bandı (7.5-15 cm): Rusların ALMAZ uydusunda kullanılmıştır.
• L-Bandı (15-30cm): ABD’nin SEASAT, Japonların JERS-1 uyduları ve NASA’nın uçaklarında bulunmaktadır.
• P-Bandı (30-100 cm): NASA’nın deneyimsel araştırma sistemi olarak uçaklarda kullanılmaktadır.
Bölgenin kısa uzunluktaki dalga uzunlukları, termal infrared bölgenin özelliklerini taşırken, uzun uzunluktaki dalga uzunlukları ise radyo yayınlarına olanak sağlamaktadır. Şiddetli yağmur dışında, uzun dalga uzunluğundaki microwave enerji; bulut örtüsüne, pusa ve toza nüfuz etme kabiliyetine sahip olup kısa optik dalga uzunluğuna tesir eden atmosferik dağılmadan etkilenmemektedir. Bu özellik nedeniyle microwave bölgede, hemen hemen tüm hava ve çevresel koşullar altında, herhangi bir zamanda veri toplamaya imkan sağlamaktadır.
Tüm cisimler belirgin miktarda microwave enerji yaymaktadır. Bu enerji cismin veya sathın yaydığı sıcaklık ve nem özelliklerine bağlıdır. Microwave algılama, uzaktan algılamada kullanılan pasif ve aktif yöntemlerden her ikisini de içermektedir.
Kaynak: İşlem GIS, Uzaktan Algılama Kitabı, 2002.
Kaydol:
Kayıtlar
(
Atom
)