Uydu görüntüleri kullanılarak topografik haritaların üretim olanaklarının araştırılması
Investigating the potential of satellite images in topographic map production
- Tez No: 335929
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AHMET ÖZGÜR DOĞRU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Günümüzde hızlı, doğru ve güncel bilgiye erişim oldukça hayati bir bir anlam kazanmıştır. Pek çok alanda olduğu gibi, kartografik harita üretiminde de yalnızca geleneksel yöntemler kullanılarak güncel standartları yakalamak mümkün olmamaktadır. Uzaktan algılama görüntüleri bu anlamda sıkça kullanılmaktadır. Çünkü uzaktan algılama uyduları 7/24 gözlem yapabilme, farklı mekansal, spektral, radyometrik ve zamansal çözünürlükte görüntü üretebilmenin yanı sıra bu verilere istenildiği anda ulaşılabilir. Kartografik anlamda uydu görüntüleri; topografik ve tematik harita ve altlık üretimi, tematik bilgi çıkarımı ya da görüntü haritaları üzerinden veri entegrasyon yöntemleriyle bilgi üretimi gibi pek çok farklı amaç için kullanılmaktadır. Bu tezin amacı topografik harita üretim süreçlerinde farklı spektral ve mekansal çözünürlükteki uydu görüntülerinin kullanım olanaklarını incelemektir. Topografik haritalar yükseklik bilgisi (eş yükseklik eğrileri) olmaksızın, sadece iki boyutlu olarak ele alınmıştır. Bu kapsamda üretilmesi amaçlanan haritanın ölçeği ve içeriğine bağlı olarak kaynak veri olarak kullanılabilecek uydu görüntülerinin özellikleri araştırılmıştır. Bu amaçla farklı ölçeklerdeki topografik haritalar ile ilgili uydu görüntüleri arasındaki ilişkiler ortaya koyulmuş ve uydu görüntülerinin yalnız başına topografik harita üretmek için yeterli olup olmadığı tartışılmıştır. Sonuç olarak hangi özelliklerdeki uydu görüntüsü ile hangi tip topografik haritaların hangi şartlarda üretilebileceği belirlenmiş ve sonuç haritalar tematik ve geometrik doğruluk kriterlerine göre değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak ölçek ve içerdiği konu bakımından harita kavramı ele alınmıştır. Tematik ve topografik harita kavramlarına değinilmiş ve topografik haritalar büyük, orta ve küçük ölçekli olarak sınıflandırılmıştır. Her ölçekteki harita sınıfları; üretim amacı, içerik bilgisi, kullanım alanları ve içerdiği detaylar yönünden açıklanmıştır. Bunun yanı sıra haritaya konu olan objelerin gösterim özelliklerinden bahsedilmiş ve belli geometrik sınırlar verilmiştir. Bu karşılaştırmalar noktasal, çizgisel, alansal objeler ulusal ve uluslararası standartlardan yararlanılarak belirlenmiş ve temel geometrik ve tematik özelliklerine göre sınıflandırılmıştır. Sınıflandırma sonucunda haritaya konu olan objeler; yerleşim, hidrografya, bitki örtüsü ve ulaşım ana sınıfları altında toplanmıştır. Her temel obje sınıfı üç detay seviyesinde ele alınmıştır. Örneğin; ?bitki örtüsü? temel sınıfında bulunan ?tarım?; ?ekili dikili alan? ve ?ekili dikili alan? ise ?çeltik tarlası? alt sınıflarını içermektedir. Sonraki aşamada farklı detay seviyeleri ve ölçeklerine göre (1 : 5 000 ile 1 : 1 000 000 arasında) incelenen obje gruplarına ait gereksinim matrisleri oluşturulmuştur. Gereksinim matrisleri noktasal, çizgisel ve alansal detayların hangi ölçekte ve hangi biçimde gösterilmesi gerektiğini yansıtmaktadır. Matrisler oluşturulurken Harita Genel Komutanlığı tarafından üretilen 1 : 25 000, 1 : 50 000 ve 1 : 100 000 ölçekli harita lejantları temel alınarak USGS (United States Geological Survey) ve CORINE (Coordination of Information on the Environment) arazi kullanım standartları gibi çeşitli uluslararası standartlardan yararlanılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde ise uzaktan algılama sistemlerine ve uydu görüntülerinin sınıflandırılmasına değinilmiştir. Görüntüleme yapan uyduların (imaging satellites) kullanım amaçları açıklanmış ve tablo halinde sunulmuştur. Uydu görüntüleri, mekansal çözünürlüklerine göre sınıflandırılmış; (i) 2,5 m ve daha yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri ?çok yüksek çözünürlüklü? (ii) 2,5 m ve 10 m arasındakiler ?yüksek çözünürlüklü? (iii) 10 m ve 100 m arasındakiler ?orta çözünürlüklü? ve (iv) 100 m?den düşük olanlar ise ?düşük çözünürlüklü? olarak adlandırılmıştır. Ayrıca uzaktan algılama konusu kapsamında, spektral yansıtım özelliklerinden yararlanarak, obje karakteristikleri ortaya konmuş ve elektromanyetik spektrumdaki algılama aralıklarına göre uydu verileri incelenmiştir. Uydu görüntülerinden çıkarılması mümkün olan objeler, topografik haritalara konu olan obje sınıfları ile uyumlu bir şekilde gruplandırılmış ve bu sınıflar için yukarıda bahsi geçen ana sınıflar kullanılmıştır (yerleşim, hidrografya, bitki örtüsü ve ulaşım). Tüm bu işlemler gerçekleştirilirken uluslararası arazi örtüsü ve arazi kullanım sınıflandırma standartları dikkate alınmıştır. Bir sonraki aşamada, mekansal çözünürlüklerine göre; çok yüksek, yüksek, orta ve düşük çözünürlüklü olmak üzere sınıflandırılan uydu görüntüleri için -haritalar için oluşturulan matrislere benzer şekilde- yerleşim, hidrografya, bitki örtüsü ve ulaşım ana sınıfları içeren gereksinim matrisleri oluşturulmuştur. Daha sonra elde edilen gereksinim matrislerinin çapraz karşılaştırılması ile topografik haritalar ve uydu görüntüleri arasındaki çözünürlük-ölçek ilişkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Uygulama aşamasında ise, Tekirdağ ilinde Biyikali Koyu pilot bölge olarak seçilmiştir (41°01'43.79“N, 27°20'18.04”E ve 40°59'24.14“N, 27°24'45.54”E.). Bu bölgeyi kapsayacak 1 adet 50 cm mekansal çözünürlüğe sahip Worldview-2, 1 adet 2,5 m mekansal çözünürlüğe sahip pankromatik SPOT-5 ve 1 adet 30 m mekansal çözünürlüğe sahip Landsat-5 TM görüntüsü kullanılmıştır. Görüntüler öncelikle gereksinim matrislerindeki detay sınıfları göz önünde bulundurularak, bölgelere ayrılmıştır. oluşturulan bölgeler yerleşim, hidrografya, bitki örtüsü ve ulaşım ana sınıfları altında gruplandırılabilecek bina, su kütlesi, tarım alanı ve yol alt sınıflarını içermektedir. Sonuç olarak, detay çeşitliliğine ve detayların kapladıkları alanlara bağlı olarak birçok örnek alan belirlenmiştir. everal sample areas -based on detail variability and areal coverage- were created. 3 adet su sınıfından, 3 adet orman sınıfından, 5 adet ekili-dikili alan sınıfından, 4 adet yerleşim, 1 adet endüstriyel ve 7 adet ise yol sınıfından oluşmak üzere her uydu görüntüsü üzerinden çalşma bölgeleri belirlenmiştir. Daha sonra, belirlenen bölgelere ait topografik haritalara konu olabilecek noktasal, çizgisel ve alansal objelerin, uydu görüntüleri kullanılarak ekran üzerinden sayısallaştırılması işlemine geçilmiştir. Sayısallaştırma işleminde, öncelikle obje tiplerine ve geometrilerine bağlı olarak özellik sınıfları oluşturulmuş ve her özellik sınıfı için koordinat sistemi tanımlanmıştır. Örneğin tarım alanları poligon tipinde, yollar çizgi tipinde sayısallaştırılmıştır ve son olarak her özellik sınıfı, şekil dosyasına dönüştürülerek kaydedilmiştir. Değerlendirmeler bölgesel bazda yapılmıştır. Worldview-2 görüntüleri referans kabul edilerek bağıl ve yüzde hatalar hesaplanmıştır. Yollar; Worldview-2 ve SPOT-5 görüntülerinde çift çizgi, Landsat-5 görüntüsünde ise tek çizgi olarak üretilmiştir. Yerleşim alanları ve endüstriyel alanlar yalnız Worldview-2 görüntüsünde bina bazında, SPOT-5 görüntüsünde bina grubu biçminde sayısallaştırılabilmiş, Landsat-5 görüntüsünde ise hiçbir şekilde belirlenememiştir. Orman ve tarım alanları tematik olarak tüm görüntülerde üretilebilmiş ancak geometrik doğruluk çözünürlükle ters orantılı olarak değişmektedir. Göl objesi de her üç görüntüde sayıllaştırılabilmiş ve birbirine yakın alanlar elde edilmiştir. Landsat-5 görüntüsünde doğru bant kombinasyonu özellikle su bilgisinin çıkartılması için çok önemlidir; örneğin 7-4-2 kombinasyonu kısa dalga kızılötesi (SWIR) bant içerdiği için su yansıtım göstermeyeceğinden siyah görünecek ve kolayca ayırt edilecektir. Sayısallaştırma işlemi sonrasında bağıl karesel ortalama hatalar hesaplanarak doğruluk analizi yapılmıştır. Worldview-2 görüntüsü referans olarak kullanılmış ve hatalar Worldview-2 görüntüsüyle elde edilen alansal ve çizgisel sayıllaştırma sonuçları baz alınarak hesaplanmıştır. Yerleşim ve endüstriyel alanlar haricinde SPOT-5 görüntüsüyle elde edilen sayısallaştırma sonuçları Worldview-2 sonuçlarına oldukça yakın değerler vermiştir. Ancak Landsat-5 görüntüsü üzerinden aynı alanlara ait sayıllaştırma yapılamadığından bağıl karesel ortalama hatalar hesaplanamamıştır. Sayısallaştırma ve gereksinim matrisleri sonuçlarına göre, Worldview-2 1 : 5 000 ölçekli topografik harita üretimi için gerekli ve yeterli tematik ve geometrik doğruluğu sağlamıştır. SPOT-5 görüntüsünün ise, 1 : 25 000 ölçekli topografik haritaların üretiminde kullanılabileceği, hatta üretilecek haritanın konusuna ve kullanım amacına bağlı olarak, daha büyük ölçekli bazı haritaların üretiminde de yararlanılabileceği sonucuna ulaşılmıştır. Landsat-5 TM görüntüsünden, her ne kadar genel olarak tarım alanları, su bilgisi ve orman alanları hakkında tematik bilgi çıkarmak mümkün olsa da, büyük ölçekli harita üretimi için uygun değildir. Genel olarak, uydu görüntülerinden yararlanılarak harita üretimi için, teoride varsayılan tematik ve geometrik doğruluklara pratikte ulaşmak kolay değildir. Uydu görüntüleri beklenen doğruluk kriterlerini karşılamayabilir. Dahası, uydu görüntüsünün mekansal çözünürlüğü ile harita ölçeği arasında doğruda ilişki kurmak tamamen doğru bir yaklaşım değildir. Bunun sebebi uydu görüntüsünün yorumlanmasında mekansal çözünürlük harici; spektral, radyometrik ve temporal çözünürlük gibi başka faktörler olmasıdır.
Özet (Çeviri)
Recently accessing fast, accurate and up-to-date information has become vitally important. In many scientific areas -cartographic mapping as well- it is not possible to meet the current needs by appyling only conventional methods. Remote sensing technology steps in at this stage, because remote sensing satellites are able to make 7/24 earth observations at different spatial, spectral, radiometric and temporal resolution. Moreover, all the information -that remote sensing satellites provide- is reachable when desired. Satellite images can be used for the following cartographic purposes; (i) topographic and thematic map and base-map production (ii) thematic information extraction or (iii) information extraction from image maps with data integration methods. This thesis aims to examine the usage possibilities of remote sensing imagery at different spectral and spatial resolutions in topographic map production procedure. While considering the topographic maps, third dimension (i.e height information) was kept out of the thesis, only 2D information about map objects were mentioned. In this context, characteristics of satellite image data -as a source data- were examined based on the content and scale of map to be produced. For this purpose, the relationship between maps at different scales and related satellite images were introduced. Additionally, it is discussed whether a satellite image by itself is enough to produce a topographic map or not. As a result, ?which satellite image is suitable for which topographic map production at which condition? is determined and end-maps were evaluted by means of thematic and geometric accuracy. Within the scope of the study, first, map concept were described depending on the scale and content. Thematic and topographic maps were defined and topographic maps were classified as large, medium and small-scaled maps. Map content elements and their representation properties were explained considering the national and international mapping standards. These point, line and area based map content elements were classified into four fundamental categories: administration, hydrology, vegetation and transportation. Then, requirement matrices -belonging to object categories- were created based on the scales between 1 : 5 000 and 1 : 1 000 000. While creating the requirement matrices, legends of 1 : 25 000, 1 : 50 000 and 1 : 100 000 topographic maps -produced by General Command of Mapping- were used as a base and some other international standards such as USGS (United States Geological Survey) ve CORINE (Coordination of Information on the Environment) land cover classification standards were also used. Second part of the study is related to the remote sensing systems and classification of remote sensing images. Usage purposes of imaging satellites were mentioned and satellite images were classified as very high, high, medium and low-resolution data. On the other hand, object characteristics were introduced based the detection range of satellites at electromagnetic spectrum. At last, requirement matrices for remote sensing satellites were created with a similar approach as done for maps and same class names were used. Afterwards, obtained matrices were crosschecked and resolution-scale relationship between topographic maps and remote sensing images was tried to be determined. In the application stage, a plot area (approximately 20.000 m²) was chosen to apply the theoretical information. The region is Biyikali village in Tekirdag (in the north-west of Turkey) with the geographic coordinates of 41°01'43.79“N, 27°20'18.04”E and 40°59'24.14“N, 27°24'45.54”E. The region has a rich detail variability and temporal resolution of remote sensing data belongs to the region was good enough for comparison and information extraction. Before starting to work with remote sensing images, study area was divided into zones based on the land feature characteristics. At first, area of interests were determined for entities, and then subset images were created for each zone. Each zone represents one of main information themes (transportation, vegetation, administrative and hydrographic). After generating zones; entities which can be a subject for topographic maps were digitized. Feature class, feature type/geometry (polygon, line, point, multipoint, multipatch, etc.) and coordinate system were determined for each feature to be digitized. Each feature class was exported to a shape file and saved. At the end, several sample areas -based on detail variability and areal coverage- were created on three satellite images for roads, residential buildings, industrial buildings, water bodies, forests and arable lands. 3 samples from water, 3 samples from forest, 5 samples from arable land, 4 samples from residential area, 1 sample from industrial area and 7 samples from road were formed on each satellite image. Based on individual zones, evaluation was done. Relative and percentage errors were calculated by considering Worldview-2 image as reference. Roads are extracted as two lines from Worldview-2 and SPOT-5 but as a single line from Landsat-5 TM image. Residential and industrial buildings can be digitized individually from Worldview-2 image. All of the satellite images give thematic information about forest and arable land. However geometric accuracy decreases with the lower spatial resolution. The water body was also successfully extracted from all of the images with some errors. Finally, accuracy assessment was conducted by considering Worldview-2 images as reference. Regarding evalution of digitized features and requirement matrices, Worldview-2 images provide sufficient geometric and thematic accuracy for topographic mapping at 1 : 5 000. With SPOT-5, 1 : 25 000 scaled topographic maps can be produced and also based on the thematic content and purpose of mapping, larger scales can possibly be updated. In general, it has been found out that; it is not easy to achieve the expected thematic and geometric accuracy in practice. Satellite images may not meet the required accuracies determined theoretically. Moreover, to form a direct relationship between map scale and spatial resolution of satellite data is not a completely right approach. Because only spatial resolution parameter is not enough to interpret a remote sensing data in order to produce maps at relevant scale.
Benzer Tezler
- İstanbul'da kentsel büyümenin senaryo tabanlı modellenmesi ve ekolojik açıdan değerlendirilmesi
Scenario-based modeling and evaluation of urban growth in Istanbul
ALİYE GONCA BOZKAYA KARİP
Doktora
Türkçe
2024
Şehircilik ve Bölge PlanlamaMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÜNSAL
- Topografik ve tematik haritaların yapımına veri kaynağı oluşturacak uydu görüntülerinin dönüşüm yöntemleri analizi
Rectification methods of satellite image data for optimum benefit to topographic and the matic mapping purposes
CENGİZHAN İPBÜKER
- Ikonos uydu görüntüleri ile ortofoto yapımının araştırılması
Investigation of orthophoto production with the use of ikonos imagery
LEVENT İŞCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Jeodezi ve FotogrametriYıldız Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. FATMAGÜL BATUK
- Spot 5 stereo uydu görüntülerinin konumlandırma doğruluğunun ve 1/25.000 ölçekli topoğrafik harita üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması
Evaluation of geopositioning accuracy and usage in the production of 1/25.000 scale topographic maps of spot 5 stereo imagery
ALTAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2008
Jeodezi ve FotogrametriSelçuk ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERRUH YILDIZ
- Taşkın modellemede LiDAR verisi ile performans analizleri
Performance analyses with with LiDAR data in flood modelling
HAKAN ÇELİK
Doktora
Türkçe
2017
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLAL GONCA COŞKUN