Geri Dön

An investigation on multi sensor data fusion techniques inhistorical sites monitoring

Tarihi alanların izlenmesinde çok sensörlü veri füzyonteknikleri üzerine bir inceleme

PDF İndir

  1. Tez No: 657780
  2. Yazar: İREM YAKAR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR BİLGİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Somut kültürel miras unsurları altında tanımlanabilecek tarihi anıtlar, toplumların kültürel, ekonomik ve sosyal gelişiminde oldukça önemli rol oynamaktadırlar. Bu nedenle, bu kültürel miras unsurlarının doğru ve ayrıntılı bir şekilde korunması, bu unsurların gelecek nesillere aktarılması için oldukça önemlidir. Tarihi yapılar zaman içerisinde deformasyona uğrayabilmekte hatta gereken önlemler alınmadığı takdirde tamamen yok olabilmektedir. Bu bağlamda, bu eserlerin gerçeğe uygun ve hassas bir biçimde belgelenmesi, bu eserlerin gelecek kuşaklara taşınması için oldukça elzemdir. Tarihi yapıların dokümantasyon çalışmaları sonucunda elde edilen geometrik bilgiler, bu eserlerin geçmişleri için bir arka plan oluşturmakta ve gelecekteki çalışmalara ışık tutmaktadır. Tarih boyunca farklı dokümantasyon yöntemleri kullanılagelmiştir. Bu yöntemler klasik çizim yöntemleri, klasik ölçme teknikleri vb. olarak sıralanabilir. Öte yandan gelişen teknoloji, kültürel miras belgelenmesine yeni bakış açıları ve teknikleri de beraberinde getirmiştir. Özellikle, bilgisayar teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte işlem ve bellek kapasitesilerinin artması; görüntü elde etme ve kaydetmede elde edilen gelimelerle birlikte dokümantasyon çalışmaları son derece hız kazanmıştır. Bu açıdan, yersel fotogrametri, hava fotogrametrisi ve yersel lazer tarama, tarihi eserlerin belgelenmesinde yaygın olarak kullanılan yöntemler haline gelmiştir. Fotogrametri, fotoğraf elde etme ve yorumlama yoluyla nesneler hakkında 3 boyutlu bilgi elde edilmesi olarak tanımlanabilir. Yersel fotogrametri ve hava fotogrametrisi, fotogrametrinin iki önemli alt bölümüdür. Yersel fotogrametri, nesnelerin yakın mesafeden elde edilen fotoğraflardan ve ya dijital görüntülerden ölçüldüğü bir teknikdir. Farklı perspektiflerden alınan birden çok, üst üste binen görüntüler, nesnelerin doğru 3B modellerini oluşturmak için kullanılabilecek ölçümler üretir. Yersel fotogrametri, modellenecek nesneler hakkında hızlı ve doğru 3 Boyutlu (3B) bilgi üretebildiğinden kültürel miras dokümantasyonu için önemli bir araçtır. Ayrıca yersel fotogrametri alanında özellikle yüksek çözünürlüklü dijital kameralar ve fotogrametrik veri işleme yazılımlarındaki gelişmelerle birlikte birçok ilerleme kaydedilmiştir. Bu nedenle, kültürel miras dokümantasyonu için en değerli araçlardan biri olarak gösterilebilir. Öte yandan, hava fotogrametrisi de, 3B modelleme için önemli çözümler sağlamaktadır. Son yıllarda İnsansız Hava Aracı (İHA) sistemleri hava fotogrametrisi uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ormancılık, tarım, arkeoloji, trafik izleme, 3B model üretimi gibi pekçok farklı alanda İHA sistemleri geomatik mühendiliği uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. İHA fotogrametrisinin klasik insanlı hava fotogrametrisine göre çeşitli avantajları vardır. İlk avantaj, pilotların erişilemeyen ve tehlikeli alanlara onları tehlikeye atmadan ulaşmasını sağlamak olarak gösterilebilir. Öte yandan İHA'lar, klasik insanlı uçakların yetersiz kaldığı alçak irtifalarda uçabilir ve veri alabilir. İHA fotogrametrisinin bir diğer avantajı da zaman ve maliyet açısından verimli olmasıdır. Öte yandan dokümantasyon çalışmalarında İHA kullanımının bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Öncelikle, uçuş yapılabilmesi için bir lisans alınması gerekmektedir. Buna ek olarak, uçuşun gerçekleştirilebilmesi için gerekli uçuş izinlerinin alınması gereklidir. Bu uçuş izinlerinin alınma süresi uçulacak bölgenin önem derecesine göre değişebilmektedir. Örneğin, sıkı koruma altında bulunan tarihi alanlarda uçuş yapılmak isteniyorsa uçuş izininin alınabilmesi için geçen süre uzayacaktır. Bu durum, yapılacak olan çalışmalarda en yavaşlatıcı durumlardan biri olarak gösterilibelir. Bu nedenle, İHA kullanılarak yapılacak çalışmalarda, dikkatli bir planlama süreci oldukça önem arz etmektedir. İHA sistemleri hızlı veri elde etmeyi sağlamasına rağmen, uçuşa kadar geçecek süreç dikkatli bir şekilde planlamadığı takdirde süre bakımından ciddi gecikmelere neden olabilmektedir. Kültürel miras anıtlarını belgelemenin bir başka yöntemi de yersel lazer taramadır. Lazer tarayıcılardaki gelişmeler, kültürel miras ögelerinin kayıt altına alınması ve korunması çalışmalarında da büyük ilerleme kaydedilmesini sağlamıştır. Yersel lazer tarayıcılar, yüksek doğrulukta gerçekçi modeller üretme kabiliyetine sahip olmaları nedeniyle dokümantasyonda yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazer teknolojisi ile milyonlarca 3B nokta verisi hızlı bir şekilde elde edilebilir. Bu nedenle kültürel miras unsurlarının yüzey geometrileri hızlı ve etkili bir şekilde oluşturulabilir. Lazer tarayıcılar kullanılarak üretilen nokta bulutları, oldukça yoğundur. Bu durum, doğrudan her türlü geometrik bilginin çıkartılmasına olanak sağlamaktadır. Bu nedenle, acil karar verilmesi gereken çalışmalarda destekleyici bir sistem olduğu söylenebilir. Ancak yapılan araştırmalar, her yöntemin dokümantasyon açısından farklı alanlarda başarılı olduğunu göstermiştir. Örneğin, yersel fotogrametri ve yersel lazer tarama, tarama veya veri toplama konumu nedeniyle anıtların çatısını doğru şekilde belgeleyemeyebilir. Bu gibi durumlarda, eksik veriler farklı veri kaynağı veya sensörler (örneğin İHA verileri) kullanılarak tamamlanabilir. Bu sürece veri füzyonu veya veri entegrasyonu denir. Bu şekilde, her bir dokümantasyon yönteminin avantajları tek bir modelde birleştirilebilir. Bu çalışmada, füzyon modellerinin doğruluğu ve kalitesinin tarihi alanların izlenmesi ve dokümantasyonu açısından incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla sırasıyla yersel fotogrametri-İHA fotogrametri veri füzyonu, yersel lazer tarama-İHA fotogrametrisi veri füzyonu ve yersel fotogrametri-İHA fotogrametrisi 2 Boyutlu (2B) veri füzyonu kullanılarak üç farklı model üretilmiştir. Bu kapsamda, fotogrametrik veri işleme için ticari bir fotogrametrik yazılım olan Agisoft Photoscan kullanılmıştır. Agisoft Photoscan yazılımında, ilk model yersel fotogrametrik veriler kullanılarak üretilmiştir. İkinci model, hava fotogrametrisi verileri kullanılarak üretilirken, son model hem yersel hem de havadan görüntülerin bir kombinasyonu kullanılarak oluşturulmuştur. Fotogrametrik işleme sonucu elde edilen son model, 2B görüntülerin entegre edilmesiyle elde edilen veri füzyonu modelidir. Yersel fotogrametrik veriler kullanılarak elde edilen model daha sonra İHA verileri kullanılarak elde edilen model ile entegre edilmiştir. Bu da 2B veri füzyonu ile elde edilen modelden sonra elde edilen diğer bir füzyon modelidir. Öte yandan yersel lazer tarama ile elde edilen veriler Faro Scene yazılımında işlenmiş ve bu elde edilen model daha sonra İHA fotogrametrisi ile elde edilen modelle entegre edilmiştir. Bu da üçüncü ve son füzyon modelini oluşturmaktadır. Yersel fotogrametrik model, anıtın cephelerinde seçilen 17 detay noktasının koordinatları kullanılarak coğrafi olarak referanslandırılmıştır. Her bir modelin ortak bir referans sisteminde bulunması için, bu detay noktalarının koordinatları; İHA verilerinin referanslanması için kullanılan Yer Kontrol Noktaları (YKN)'lere dayanarak , takeometrik ölçümler sonucunda elde edilmiş açı ve mesafe değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Yersel lazer tarama verisi de yine anıtın cephelerinden seçilen bu detay noktaları kullanılarak coğrafi olarak referanslanmıştır. İHA fotogrametrisi ile üretilen modelin coğrafi referanslaması ise tesis edilmiş 4 YKN kullanılarak yapılmıştır. Yersel fotogrametri-İHA fotogrametrisinin 2 boyutlu entegre edilmesiyle elde edilen füzyon modelinin coğrafi referanslanması da bu 4 YKN koordinatları kullanılarak yapılmıştır. Yersel fotogrametrik-İHA fotogrametrisi modellerinin füzyonu, 3DF Zephyr ve JRC 3D Reconstructor ticari yazılımları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Yersel lazer tarama modeli ile İHA fotogrametrisi modellerinin füzyonu ise JRC 3D Reconstructor yazılımında gerçekleştirildi. Yersel fotogrametri ve İHA fotogrametrisinin veri füzyonu ise Agisoft Photoscan yazılımında yapılmıştır. Son olarak, her füzyon modelin karesel ortalama hata ve konumsal doğruluk değerleri hesaplanarak bir doğruluk anazilizi yapılmıştır. Doğruluğun belirlenmesi için coğrafi referanslama sürecinde kullanılmayan detay noktalarının koordinatları kesin koordinatlar olarak kabul edilmiş ve her modelden alınan aynı noktaların koordinatları ile karşılaştırılmıştır. Yersel fotogrametri-İHA fotogrametrisi veri füzyon modelinin doğruluğu ± 8.5 cm, yersel lazer tarama-İHA fotogrametrisi füzyon modelinin doğruluğu ± 0.5 cm ve 2B yersel fotogrametri-İHA fotogrametrisi füzyon modelinin doğruluğu ise ±15.1 cm olarak bulunmuştur. Tüm koordinat karşılaştırmaları ve istatistiksel sonuçlar tezin doğruluk değerlendirme bölümünde verilmiştir. Bu sonuçlar, sonuç bölümünde karşılaştırmalı olarak incelenmiş ve tarihi alanların izlenmesi ve dokümantasyonu açısından öneriler verilmiştir. Buna ek olarak, her bir modelin 3B şehir modelleme, deformasyon çalışmaları, rölöve çalışmaları ve sanal gerçeklik çalışmalarında kullanılıp kullanılamayacağı tartışılmıştır. İHA ile belgeleme yapılmasında karşılaşılan sorunlar , İHA sistemlerinin avantajları ve dezavantajları ile birlikte tezin sonuç kısmında irdelenmiştir.

Özet (Çeviri)

Historical monuments which can be specified under the tangible cultural heritage elements play an important role in cultural, economic and social development of societies. Therefore, preserving and documenting these cultural heritage elements in an accurate and detailed way are crucial for protecting and transferring these elements to future generations. Throughout history, different documentation methods have been used. These methods can be listed as classical drawing methods, classical surveying techniques, etc. On the other hand, developing technology has brought new aspects and techniques into cultural heritage documentation. In this aspect, terrestrial photogrammetry, aerial photogrammetry, and terrestrial laser scanning have become prominently used methods for documenting the historical monuments. Photogrammetry can be defined as obtaining 3-dimensional (3D) information about the objects through image acquisition and interpretation. Terrestrial photogrammetry and aerial photogrammetry are two important subdivisions of photogrammetry. The terrestrial photogrammetry is an important method for cultural heritage documentation since it can produce fast and accurate 3D information about the objects to be modeled. In addition, there have been many progresses in the terrestrial photogrammetry area, especially with the developments in high resolution digital cameras and photogrammetric data processing software. Therefore, it can be indicated as one of the most valuable tools for cultural heritage documentation. On the other hand, aerial photogrammetry provides important solutions for 3D modeling. In recent years, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) systems have started to be widely used in aerial photogrammetric applications. The UAV photogrammetry has various advantages in comparison with the classical manned aerial photogrammetry. The first advantage can be shown as enabling the pilots to reach inaccessible and dangerous areas without endangering them. On the other hand, UAVs can operate and acquire data at low-altitudes where classical manned aircrafts cannot. Another advantage of the UAV photogrammetry is being time and cost efficient. Another method for documenting cultural heritage monuments is terrestrial laser scanning. Terrestrial laser scanners are widely used in documentation with being capable of producing realistic models with high accuracy. With laser technology, millions of 3D point data can be obtained quickly. For this reason, surface geometries of cultural heritage elements can be created quickly and effectively. However, the researches showed that each method was successful in different areas in terms of documentation. For example, terrestrial photogrammetry and terrestrial laser scanning may not properly document the roof of the monuments due to scan or data acquisition location. In such cases, the missing data can be completed using different data source or sensor (e.g. UAV data). This process is called data fusion or data integration. In this way, advantages of each documentation method can be combined in one single model. In this study, it was intended to analyze the accuracy and quality of the fusion models in terms of historical site monitoring and documentation. For this purpose, three different models were produced by using“terrestrial photogrammetry–UAV photogrammetry data fusion”,“terrestrial laser scanning–UAV photogrammetry data fusion”and“terrestrial photogrammetry–UAV photogrammetry 2D data fusion”respectively. Within this scope, Agisoft Photoscan, commercial photogrammetric software was used for photogrammetric data processing. The terrestrial photogrammetric data was used in the production of the first model. The second model was produced using aerial photogrammetric data while the last model was generated using a combination of both terrestrial and aerial images. The last model obtained as the result of photogrammetric processing was the data fusion model obtained by integrating the 2-dimensional (2D) images. The terrestrial photogrammetric model was geo-referenced using the coordinates of the 17 detail points selected on the facades of the monument. The coordinates of the detail points were calculated based on the Ground Control Points (GCPs) which were used for geo-referencing the UAV data and tacheometric measurements, for obtaining each model in a common reference system. The UAV photogrammetric model was geo-referenced using the established 4 GCPs. The geo-referencing of the fusion model of terrestrial photogrammetry-UAV photogrammetry in 2D was done by using the coordinates of the 4 GCPs. The fusion of terrestrial photogrammetric and UAV photogrammetric models was done on 3DF Zephyr and JRC 3D Reconstructor commercial software. The fusion of the terrestrial laser scanning model and the UAV photogrammetric model was performed on JRC 3D Reconstructor software. As a final step, an accuracy assessment was done by calculating the Root Mean Square Error (RMSE) and spatial accuracy values of each fusion model. In order to determine the accuracy, the coordinates of the detail points, which were not used in the geo-referencing process, were accepted as the ground truth data and compared with the coordinates of the same points taken from each model. The accuracy of the terrestrial photogrammetry – UAV photogrammetry data fusion model was obtained as ±8.5 cm while the accuracy of the terrestrial laser scanning – UAV photogrammetry fusion model was ±0.5 cm and the accuracy of the 2D terrestrial photogrammetry–UAV photogrammetry fusion model was ±15.1 cm. All coordinate comparisons and statistical results were given in the“Accuracy Assessment Chapter”of the thesis. The results were examined in the“Conclusion Chapter”comparatively and suggestions were given in terms of historical site monitoring and documentation.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    724609

    Numerical simulation of transient sandface and wellbore temperature behaviors of wells in multilayer single-phase oil and geothermal reservoirs

    Çok tabakalı, tek-fazlı petrol ve jeotermal rezervuarlardaki kuyuların kararsız kuyu cidarı ve kuyu içi sıcaklık davranışlarının sayısal simülasyonu

    CİHAN ALAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT ÇINAR

  2. Tez No

    451027

    Gemlik Körfezi deniz seviyesi değişimlerinin jeofizik yöntemlerle incelenmesi

    Investigation of sea level changes in Gulf of Gemlik with geophysical methods

    ASEN SABUNCU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYŞE KAŞLILAR ŞİŞMAN

    DOÇ. DR. KÜRŞAD KADİR ERİŞ

  3. Tez No

    850137

    Dağıtık pasif sensör dizinleri ile kazazede konum tespiti

    Victim location detection with distributed passive sensor arrays

    MELİKE GİRGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN AKGÜL

  4. Tez No

    694494

    Development of a web based 3d visualization and analytics platform for post-earthquake assessment

    Deprem sonrası değerlendirmeleri için web tabanlı 3b görselleştirme ve analitik platformu geliştirilmesi

    KÜBRA ATASOY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Jeodezi ve FotogrametriHacettepe Üniversitesi

    Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SULTAN KOCAMAN GÖKÇEOĞLU

  5. Tez No

    667415

    Linear cavity tapered fiber sensor using phase shift cavity ring down spectroscopy

    Evre kaydırmalı çınlaç boşalım izgegözlem yöntemi ve sündürülmüş optik lif temelli doğrusal çınlaç algılayıcısı

    RANA MUHAMMAD ARMAGHAN AYAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    BiyomühendislikKoç Üniversitesi

    Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. ALPER KİRAZ

Geri Dön