HARİTA ONLINE

4 Temmuz 2014 Cuma

3 Temmuz 2014 Perşembe

0 NETCAD Kutupsal Çizim

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;

• 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.

0 NETCAD Arsa Bölme İşlemi ve Plan Çizimi

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:

İnsan gözü veya uzaktan algılama sensörleri, görünen ışık bölgesindeki hedefleri tespit ederler. Görünen dalga uzunluğu 0.4 – 0.7 µm arasındadır.

Şekil 3 Görünen Işık bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar

En uzun dalga uzunluğu kırmızı, en kısası ise menekşe rengidir. Görünen ışık bölgesindeki renkler ve bunların dalga uzunlukları aşağıda belirtilmiş olup ana renkler mavi, yeşil ve kırmızıdır. Diğer renkler bunların kombinasyonundan oluşmaktadır.

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

Mavi renkteki enerji, elektromanyetik tayfın 0.40-0.50 µm dalga uzunluğunda yer almaktadır. Bu renk; uzun dalga boylarında görünmeyen gölgedeki materyali aydınlatma, yeşil bitkilerin içerdiği klorofil tarafından emilme (klorofilin en iyi emildiği dalga uzunluğu 0.40 µm’dir) ve takriben 40 metre derinliğindeki temiz suya nüfuz etme özelliklerine sahiptir.

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.

Şekil 4 Prizmadan geçirilen güneş ışınları ve oluşan renkler

(3) INFRARED:

Infrared (IR) bölgesi, elektromanyetik tayfın 0.7-100 µm dalga uzunluğunda yer almıştır. Görünen ışık bölgesinin 100 mislinden daha geniş bir sahaya yayılmıştır. Bu bölge yayımın özelliğine bağlı olarak yansıyan (reflected) IR ve yayılan (emitted) veya termal (thermal) IR olarak adlandırılan 2 kısma bölünmüştür.

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.

Şekil 5 Infrared bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar

(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.

Şekil 6 Microwaves bölgesine ilişkin dalga uzunlukları ve frekanslar

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.