Mapping and monitoring wetland environment by analysis different satellite images and field spectroscopy
Sulakalan çevresinin farklı uydu görüntüleri ve arazi spektroskopisi ile izlenmesi ve haritalanması
- Tez No: 293692
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. ÇİĞDEM GÖKSEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Bu çalışmada farklı spektral ve mekansal çözünürlükte uydu görüntülerinin ?Terkos Havzası Sulak Alanı? örneğinde; arazi örtüsünde meydana gelen değişimleri ve sulak alan bitki türlerinin belirlenmesinde kullanılabilirlikleri için uygulanabilecek uzaktan algılama yöntemleri ele alınmıştır. Kullanılan yöntemler ile elde edilen yeni işlenmiş görüntülerin performanslarının yersel yansıtım değerleri kullanılarak desteklenmesi ile doğal alanların sürdürülebilir korunma ve yönetimi için uzaktan algılama verilerine dayalı bir altlık rehberin oluşturulması imkanı araştırılmıştır.Sulak alanlar sahip olduğu biyolojik çeşitlilik, doğal işlevleri ve ekonomik değerleriyle yeryüzünün en önemli ekosistemleridir. Sazlıkların kesilmesi, tarım amaçlı kurutmalar, sanayi kirliliği, içme suyu amaçlı kullanımlar ve yapılaşmalar sulak alanların giderek tükenmesine yol açmıştır. Türkiye sulak alanların korunmasına birincil öncelik sağlanması, sulak alan ekosistemlerindeki biyolojik çeşitliliğin sürdürülmesi yönünde gerekli önlemlerin alınması için, 1994 yılında RAMSAR sözleşmesini imzalamıştır. Gerek ülkemizde gerek dünyamızda sulak alanların korunması, yönetilmesi ve geliştirilmesi için doğru ve güvenilir verilere ve veri elde etme yöntemlerine gereksinim duyulmaktadır. Veri desteği ile çok amaçlı haritaların üretilmesi ve bu alanların sürekli izlenmesini sağlayacak teknolojilerin kullanımı gerekmektedir. Uzaktan algılama teknolojisi sulak alanların farklı bantlarda görüntülerinin elde edilebildiği, doğru, tekrarlanabilen ve zamansal sayısal verinin elde edilmesine olanak sağlayan güçlü ve yararlı bir araç olarak tanımlanmaktadır.Bu araştırmada, özellikle 1980 yılı sonrasında hızlı nüfus artışı, sanayileşme ve buna bağlı olarak yerleşim alan artışı ve farklı arazi örtüsü değişimlerinin gözlemlendiği İstanbul ili sınırları içerisinde yer alan Terkos Havzası çalışma bölgesi olarak seçilmiştir. İstanbul nüfusunun içme suyu ihtiyacının yaklaşık olarak % 30' unu sağlayan Terkos Havzası uluslararası ölçütlere göre önemli bitki alanı olarak tanımlanmış ve tabiatı koruma alanı, doğal sit alanı ve yaban hayatı koruma sahası ilan edilerek koruma altına alınmıştır.Bu tez çalışmasında, Terkos Havzası'na ait arazi örtüsü tipleri farklı özelliklere sahip uzaktan algılama verilerinin performanslarını analiz etmek amacı ile SPOT 4, SPOT 5 MS ve SPOT 5 PAN, Hyperion EO-1 ve yersel yansıtım değerleri kullanılmıştır.Uygulamanın ilk aşamasında, orta ve yüksek mekansal çözünürlüğe sahip 1991 tarihli SPOT XS, 2003 tarihli SPOT 4, 2007 tarihli SPOT 5 MS ve PAN görüntüleri elde edilmiş ve görüntüler radyometrik ve atmosferik olarak düzeltilerek atmosferik parçacıklardan kaynaklanan bozulma etkileri ve sistematik hatalar elemine edilmiştir. Bu çalışmada, 2007 tarihli Hiperspektral Hyperion EO-1 görüntüsündeki şerit tarama, detektörler arasındaki kalibrasyon hataları sonucunda oluşan ?spektral bant merkez kayıklıkları? ve ?radyometrik hatalar? ENVI programı ile çalışmakta olan MMTG-A (CSIRO Mineral Mapping and Technologies Group) modülü kullanılarak giderilmiştir. Hyperion görüntüsündeki çok gürültülü bantlar ve sıfır değerine sahip kalibre edilmemiş bantlar ön işleme adımları ile elimine edilmiştir. Görüntüleri ortak bir koordinat sisteminde tanımlamak ve piksel bağıl konum hatalarını düzeltmek amacıyla her bir görüntü geometrik olarak düzeltilmiştir.Çalışmada, yeni bir yaklaşım olarak SPOT uydu görüntüleri için Tasseled Cap Transformation (TCT) katsayıları ?Gram-Schmidth yöntemi? kullanılarak üretilmiştir. Bu katsayılar kullanılarak çalışma bölgesine ait parlaklık, yeşillik ve nemlilik görüntüleri elde edilmiştir. 2003 tarihli SPOT4 ve 2007 tarihli SPOT5 uydu verileri ile üretilen TCT görüntüleri, Terkos Havzası'nda ortaya çıkan arazi örtüsü değişimlerinin tespit edilmesi için ?Değişim Vektör Analizi? (DVA) (Change Vector Analysis CVA) yönteminde kullanılmıştır. Bu aşamada, ikinci yöntem olarak ?Ana Bileşen Dönüşümü (ABD) (Principle Component Analysis PCA ) tabanlı değişim yöntemi? kullanılmıştır. Her iki yöntemle elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. ?Ana bileşen dönüşüm tabanlı değişim tespiti yöntemi?nde 2003 ve 2007 tarihli uydu görüntüleri birleştirilmiş (stacking) ve sekiz bantlı yeni bir görüntü oluşturulmuştur. Bu yeni görüntüye ABD uygulanmış ve en fazla bilgi içeren ilk üç bileşen kullanılarak hibrid bir sınıflandırma gerçekleştirilmiştir. Bu hibrid yöntemde ilk olarak kontrolsüz sınıflandırma uygulanmış ve ?görüntü değişimi var? ve ?görüntü değişimi yok? olmak üzere iki kategori belirlenmiştir. ?Görüntü değişimi var? sınıflarından örnekleme alanları seçilmiş ve kontrollü sınıflandırma yöntemi uygulanmıştır. Her iki yöntem ile heterojen yapıdaki doğal alanlar için değişim tespitinin mümkün olduğu gösterilmiş ve doğruluk değerlendirmesi sonucunda ABD tabanlı değişim tespiti yönteminin daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Terkos Gölü civarında seçilen test bölgesinde semivariogram ve mekansal profil analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar ile değişim alanlarının doğruluğu desteklenmiştir. Yapılan değişim analizleri sonucunda, çalışma bölgesindeki değişimlerin oldukça sınırlı olduğu belirlenmiştir. Çünkü bölgenin bir kısmı uluslar arası kriterlere göre koruma altına alınmıştır. Mevcut değişimlerin ise tarım alanlarının yerleşim alanlarına ve/veya açık alanlara dönüşümü yönünde olduğu, göl etrafındaki sulak alanların azaldığı, yol ve sanat yapılarının arttığı, bazı ormanlık alanların açık alan ve seyrek bitkilik alanlara dönüştürüldüğü ve bazı açık alanların ağaçlandırıldığı saptanmıştır.Çalışmanın ikinci aşamasında, Hyperion EO-1 görüntüsü MNF (Minimum Noise Fraction) ve PCA (Principle Component Analysis) dönüşümleri ile test edilmiştir. Orijinal görüntü ve dönüşüm uygulanmış görüntüler kontrollü ve Spektral Angle Mapper (SAM) yöntemleri ile sınıflandırılmıştır. Hyperion görüntüsü görünür, yakın kızıl ötesi, kısa dalga kızıl ötesi I ve kısa dalga kızıl ötesi II olmak üzere dört ana spektral gruba ayrılmıştır. Her bir gruba PCA dönüşümü uygulanmıştır ve en çok bilgiye sahip bileşenlerden sekiz bantlı yeni bir görüntü elde edilmiştir ve buna kontrollü ve SAM yöntemleri uygulanmıştır. MNF dönüşümü uygulanan görüntüye ilk üç bileşen ve ilk on bileşen için SAM uygulanmıştır. Elde edilen sınıflandırılmış görüntüler doğruluk değerlendirmesi sonuçlarına göre karşılaştırılmıştır. Doğruluk değerlendirmesinde kullanılmak üzere yeni SPOT 5 MS görüntüsü dokuz farklı görüntü birleştirme algoritması kullanılarak üretilmiştir. Görüntülerin birleştirilmesi için IHS (Intensity-Hue-Saturation), Brovey, Multiplicative, HPF (High Pass Filter-Yüksek Gerçirgenlikli Filtre), PCA (Principal Component Analysis- Ana Bileşen Dönüşümü), LMM (Local Mean Matching), LMVM (Local Mean Variance Matching), mIHS (Modified Intensity-Hue-Saturation) ve Wavelet görüntü birleştirme yöntemleri kullanılmış ve elde edilen sonuçlar görsel ve istatistik açıdan karşılaştırılmıştır. En iyi sonuca sahip birleştirilmiş görüntü yer gerçeği verisi olarak çalışmada sınıflandırma ve doğruluk değerlendirmesi aşamasında kullanılmıştır. Bu aşama sonucunda Hyperion ile sulak alan bitki örtüsünün diğer yeşil alanlardan ayırt edilebildiği sonucuna varılmış ve orta mekansal çözünürlüğe sahip olmasına rağmen yüksek spektral çözünürlük ile bitki örtüsü sınıfları arasında karışmanın olmadığı ortaya konmuştur.Son aşamada, ASD Field Spec-Pro spektroradyometresi ile elde edilen yersel yansıtım değerleri ön işleme adımlarından geçirilmiştir. Gürültü etkisinin giderilmesi için Savitsky-Golay filtresi uygulanmıştır. Farklı sulak alan bitki türlerinin sahip olduğu yansıtım değerleri istatistik ANOVA yöntemi ile karşılaştırılmış ve bitki türleri arasında yansıtım farklılıkları hesaplamalar ile ortaya konmuştur.Bu çalışmada, farklı uzaktan algılama verileri ve bunların arazi örtüsü sınıflandırma ve arazi örtüsü değişimi tespiti performansları karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlara göre sulak alanların yönetimi ve korunması için vazgeçilmez arazi ve bitki örtüsü bilgilerinin elde edilmesi yöntemleri araştırılmıştır. Tüm çalışmada elde edilen arazi örtüsü kategorileri CORINE lejantına göre düzenlenmiştir. Böylece, rehber olarak kullanılabilecek hangi görüntüler ile CORINE seviyelerine göre hangi ölçekte bilgi üretilebileceğini ve hangi yöntemlerin verimli şekilde kullanılabileceğini gösteren bir altlık çalışma gerçekleştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study examines various remote sensing methods, which can be applied to find out the performance in detecting land cover changes and the wetland vegetation by using satellite images that contain different spectral and spatial resolution, with in the case study of ?Terkos Basin Wetland??. The feasibility of structuring a basic guide was searched for sustainable conservation and management of natural lands by supporting performances of processed images with field collected reflectance values.Wetlands are the most important ecosystem of the earth because of the biological diversity, natural functions and financial values they have. Cutting reed beds, drainage for agricultural activities, supplying drinking water, and constructing buildings are the main reasons for wetland loss and degradation. Turkey signed RAMSAR Agreement in 1994 in order to prioritize the preservation of wetlands and to take necessary measures in sustaining biological diversity of wetland ecosystems. In Turkey, as well as in the whole world, accurate and reliable data and data processing methods are needed to preserve, manage and monitor wetlands. The technology that enables production of multi-purpose maps via data support and continuous monitoring of these lands is required. Remote sensing technology is considered as a powerful and useful tool that enables providing accurate and temporal digital data and images of wetlands in different bands.In the present work, Terkos Basin within the borders of Istanbul has been selected as the study area. After 1980, İstanbul has experienced rapid population growth, industrialization and a consequent increase in settlements as well as changes in land cover. Terkos Basin that supplies approximately 30% of drinking water needed in Istanbul is an important vegetation area; it has been entitled `under preservation? on accounts of being a nature preservation area, natural site area and wild life preservation area according to the international criteria.In this thesis, in order to analyze performances of remote sensing data, land cover types in Terkos Basin have been studied via field collected reflectance values and remotely sensed images of SPOT 4, SPOT 5 MS, SPOT 5 PAN, and Hyperion EO-1.During the first phase of application, 1991 dated SPOT XS, 2003 dated SPOT 4, 2007 dated SPOT 5 MS and PAN images which have medium and high spatial resolution have been preprocessed. These images radiometrically and atmospherically corrected. Consequently, deterioration effects originating from atmospheric particles and systematic distortions were eliminated. In the present study, ?spectral band center shift? that emerges due to calibration errors between detectors and ?radiometric errors? of 2007 dated Hyperion EO-1 data have been corrected by using MMTG-A (CSIRO Mineral Mapping and Technologies Group) module operating with ENVI program. In this context, too noisy bands in Hyperion image, non-calibrated bands with zero value were eliminated through preprocessing steps. Each image was geometrically corrected in order to define images under a common coordinate system and correct pixel relative location distortions. In this study, Tasseled Cap Transformation (TCT) coefficients were produced for SPOT 5 data by using ?Gram-Schmidth method?. Images of brightness, greenness and wetness were obtained by using these coefficients. TCT images that were produced via 2003 dated SPOT4 and 2007 dated SPOT5 satellite data were used in ?Change Vector Analysis? (CVA) to detect emerging land cover changes in Terkos Basin. For the change vector analysis, three TCT difference images, one change vector magnitude image, three vector direction images; and one final landscape dynamic image depicting the most changed landscapes were produced. Threshold value was determined for the change detection determination by using statistical calculations and the analyst?s expertize. In this phase as a secondary method, ?Principle Component Analysis (PCA) based change detection method? was applied. Results of the above stated methods were compared to examine the performance of the methods for change detection. In PCA based change detection method, 2003 and 2007 dated satellite images were stacked hence a new eight-band image was formed. PCA was applied on this new image and a hybrid classification was obtained by using the first three components with info of great importance. In this hybrid method, firstly unsupervised classification was applied and two categories were prepared as ?an image change is present? and ?an image change is not present?. Masking was applied to select ?an image change is present? category and supervised classification method was followed. Through both methods, it has been shown that detection of change is possible for heterogeneous natural lands. The accuracy assessment results showed that better change detection results can be obtained by ?PCA based change detection? method. Semivariogram and spatial profile analyses were applied alongside the test area near Lake Terkos. Accuracy of change detection results was supported by obtained results. At the end of change detection analyses it was found that changes in study area are rather limited because a certain part of the region is under protection by international criteria. It was detected that present changes have an orientation from agricultural lands to settlements and/or open lands, a decrease in wetlands, an increase in the area of roads and associated land, a transformation from forestry lands to sparsely vegetated lands and forestation of some open lands.In the second part of the study, Hyperion EO-1 image was tested by MNF (Minimum Noise Fraction) and PCA (Principle Component Analysis) transformations. Original image and transformed images were classified through supervised method and Spectral Angle Mapper (SAM) method. Hyperion image was classified under four main spectral groups namely; visible, near infrared, short wave infrared I, short wave infrared II. PCA transformation was applied on each group and by using the components with the greatest information a new eight-band image was produced then supervised and SAM methods were applied. MNF transformation was applied on Hyperion data and based on Eigen values first three and first ten components were selected. SAM classification was conducted on these images. Obtained classified images were compared with respect to accuracy assessment results. For the accuracy assessment SPOT 5 MS image with high spatial resolution was produced by using image fusion techniques such as IHS (Intensity-Hue-Saturation), Brovey, Multiplicative, HPF (High Pass Filter), PCA (Principal Component Analysis), LMM (Local Mean Matching), LMVM (Local Mean Variance Matching), mIHS (Modified Intensity-Hue-Saturation) and Wavelet. Obtained results were compared with respect to visual and statistical aspects. Fused image with the best result has been used in present study to detect accuracy assessment and classification. At the end of this phase, it was concluded that wetland vegetation cover is distinguishable from other green lands by using Hyperion.In the final phase, field collected reflectance values obtained via ASD Field Spec-Pro spectroradiometer were preprocessed. To eliminate noise effect Savitsky-Golay filter was used. Field collected reflectance values that have different wetland flora types have been compared by statistical Analysis of Variance (ANOVA) method and reflectance differences between vegetation types have been put forward through calculations.In this study, different remote sensing data and their land cover classification and land cover change detection performances were compared. In line with these results methods were searched to obtain vital information on land cover for the protection and management wetlands. Land cover categories obtained in this study have been arranged according to CORINE legend. Consequently, a footer guide was prepared that shows which images and on which scale information can be produced based on CORINE levels and which methods can be efficiently used for complex natural areas.
Benzer Tezler
- Şehir Atlası projesi pilot uygulaması: Gaziantep ili örneği
A case study for Urban Atlas project: Gaziantep city
SEMİH SAMİ AKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF SERTEL
- Uzaktan algılama verileri kullanarak derin öğrenmeye dayalı arazi kullanımı ve arazi örtüsü haritalama modeli geliştirme
Developing a deep learning-based land use and land cover mapping model using remote sensing data
ŞAZİYE ÖZGE ATİK
Doktora
Türkçe
2021
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZHAN İPBÜKER
- Güncel arazi örtüsü/kullanım haritalarının doğrudan ve dolaylı yaklaşımlar ile üretilmesi
Generation of current land cover/use maps using direct and indirect approaches
GÜLŞAH ALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF SERTEL
- Obje tabanlı sınıflandırma yaklaşımı ile 3. seviye ulusal arazi örtüsü/kullanımının belirlenmesi
Determination of level 3 national land cover and land use by using object based classification approach
ŞAZİYE ÖZGE DÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF SERTEL
- İstanbul-İkitelli örneğinde uzaktan algılama verileri kullanarak metropoliten analizi
Başlık çevirisi yok
ŞİNASİ KAYA