Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/16262
Title: Elektro-optik ve mikrodalga algılayıcılardan elde edilen uydu verilerinden orman alanlarında meşcere tiplerinin ve yetişme ortamı birimlerinin belirlenme olanakları
Authors: Örmeci, Cankut
Musaoğlu, Nebiye
100732
Geomatik Mühendisliği
Geomatics Engineering
Keywords: Meşcereler
Mikrodalgalar
Ormanlar
Uydu görüntüleri
Stands
Microwaves
Forests
Satellite images
Issue Date: 1999
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract:  İnsanoğlu yaşamını sürdürebilmek ve bu işlevi sırasında gelecek nesillere en iyiyi bırakabilmek için sahip olduğu doğal kaynaklardan en ekonomik şekilde yararlanmak ve bu kaynakları korumak zorundadır. Günümüzde gelişen teknoloji ve artan bilimsel çalışmalara paralel olarak uzaktan algılama bilimindeki gelişmeler, insanlığın bu konudaki en büyük yardımcısıdır. Bu çalışmada, elektromanyetik spektrumun farklı aralıklarında algılama yapan Landsat MSS, Landsat TM, ERS.SAR ve JERS.SAR uydu görüntüleri ile yersel veriler kullanılarak, coğrafi konumu ve genel özellikleri ile oldukça zengin bir orman örtüsüne sahip olan Sarıyer'de uydu görüntülerinden meşcere tiplerinin, toprak nemi ve yetişme ortamı birimlerinin ayırt edilebilirliği incelenmiş, zaman içinde orman alanlarındaki oluşan değişimler saptanmıştır. Bu amaçla, öncelikle 1/25000 ölçekli standart topoğrafik haritalar kullanılarak uydu görüntüleri UTM koordinat sistemine dönüştürülmüştür. Uydu görüntülerinin UTM koordinat sistemine referanslandırılmasında dönüşüm eşitlikleri 1. Dereceden polinom olarak seçilmiştir. Matematiksel yöntem olarak Landsat görüntülerinde kübik enterpolasyon yöntemi, radar görüntülerinde ise komşu piksellerin bozucu etkisi nedeniyle en yakın komşu yöntemi kullanılmıştır. Ayrıca topoğrafik haritalar üzerinden tesviye eğrileri 20 m de bir sayısallaştırılarak çalışma alanının sayısal arazi modeli oluşturulmuştur. Radar algılayıcılarının 16 bit olarak kaydedilmesi, bu nedenle yüksek bilgisayar kapasitesine gereksinim duyması ve mevcut görüntü işleme sistemlerinin 8 bit radyometrik çözünürlükle çalışıyor olması nedeniyle, radar görüntüleri 8 bite dönüştürülmüştür. Radar görüntülerinde ayırt edilebilirliğin arttınlması için farklı filtreler uygulanmış, en iyi sonucun önce 3*3 filtre boyutunda Median daha sonra 5*5 filtre boyutunda Mean filtrelerinin uygulanması ile elde edildiği görülmüştür. Sayısal arazi modelleri kullanılarak radar görüntülerinde gölgede kalan alanlar belirlenerek, yorumlamada oluşabilecek hataların en aza indirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca radar verilerinden farklı kombinasyonlar ile yeni veri grupları oluşturulmuş ve bu yeni veri gruplarının ormancılık çalışmalarında ve arazi kullanım değişimlerindeki kullanılabilirliği irdelenmiştir. En yüksek ayırt edilebilirlik Landsat TM 4. ve 5. kanallar ile JERS.SAR görüntüsünden elde edilen veri grubundan sağlanmıştır. Landsat görüntülerinde çalışmada kullanılacak kanal kombinasyonunu belirlemek amacıyla farklı arazi örtü tiplerinde spektral profil ve varyans-kovaryans analizleri yapılmıştır. Farklı örtü tiplerinde çizilen profiller, su - kara - orman ayırımının, Lansat TM algılayıcısının bütün kanallarında çok belirgin olduğunu, meşcere tiplerinin, özellikle 4. ve 5. kanallarda belirgin bir şekilde ayırt edildiğini göstermiştir. Landsat MSS ve Landsat TM görüntülerinin kanalları arasında yapılan varyans-kovaryans analizlerinde ise, Landsat TM de 4. ve 5. kanalların en düşük korelasyona sahip oldukları belirlenmiştir. Landsat MSS görüntüsünde ise bütün kanalların amaca uygun olarak kullanılabileceği saptanmıştır. Meşcere tiplerinin uydu görüntülerinden ayırt edilmesinde, öncelikle test alanı olarak seçilen İ.Ü Orman Fakültesi Eğitim ve Araştırma Ormanında yapılan yersel ölçmeler baz kabul edilerek istatistik analizler yapılmıştır. Bu amaçla, arazide meşcere tipleri belirlenen ölçme noktaları sayısallaştırılarak bilgisayar ortamına aktarılmıştır. 1997 tarihli Landsat TM görüntüsünde bu ölçme noktalarına karşılık gelen piksellerin parlaklık değerleri ise, pikselin etrafındaki 3*3 bir pencerenin ortalaması ile belirlenerek arazi çalışmalarındaki nokta seçiminde ve geometrik dönüşümde oluşabilen hatalar elimine edilmiştir. Yapılan irdeleme sonucunda, Gürgen meşceresinin Landsat TM algılayıcısının 4. ve 5. kanallarında yüksek yansıtım değeri gösterdiği, Gürgene Kestane ve Defne karıştıkça yansıtım değerlerinin daha da arttığı görülmektedir. Meşe meşceresinin hakim olduğu noktalarda ise, Gürgen ve Kestane ikinci tür meşcere olduğundan, daha fazla yansıtım değerlerinin görüldüğü saptanmıştır. Uydu görüntülerinden meşcere tiplerinin ayırt edilmesinde ikinci aşama olarak sınıflandırma algoritmaları kullanılmıştır. Farklı tarihli test alanlarına ve çalışma alanının tamamına önce kontrolsüz sınıflandırma daha sonra da kontrollü sınıflandırma algoritmaları uygulanmıştır. Test alanına ait 1984 tarihli Landsat TM sınıflandırma sonucu incelendiğinde, geniş yapraklı ve çabuk gelişim gösteren Kestane meşceresinin ve özellikle dere yataklarında fazla gelişim gösteren Gürgen meşceresinin belirgin olarak ayırt edildiği görülmüştür. 1997 tarihli Landsat TM sınıflandırma sonucunda ise, Kestane meşceresinde bir azalma, Gürgen meşceresinde artma görülmektedir. Test alanında, saf Meşe meşceresinin bazı bölgelerde net olarak ayırt edilebildiği, 1984 yılında iskan alanı olarak belirlenen bölgede, iğne yapraklıların yetişmeye başladığı saptanmıştır. Sınıflandırma sonuçları incelendiğinde, bazı sınıfların içinde tek tek piksellerin farklı meşcere tiplerini gösterdiği belirlenmiş ve sınıflandırma sonuçlarına filtre uygulanarak amaca uygun hale getirilmiştir. Çalışma alanındaki değişimin belirlenmesi amacıyla görüntüler sınıflandırılmış ayrıca oran görüntüleri de oluşturulmuştur. Çalışma alanının tamamında uygulanan sınıflandırma sonuçları ve oran görüntüleri birlikte değerlendirildiğinde, zamansal olarak bölgenin hem orman yapısında hem de arazi kullanımında değişimler yaşandığı, doğal bitki örtüsü olan yapraklıların zaman içinde yapılan yeni ağaçlandırmalarla iğne yapraklıya dönüştüğü, özellikle Karadeniz kıyı şeridinin denize doğru ilerlediği belirlenmiştir. Radar verileri ile yapılan sınıflandırmalarda ise, ERS.SAR görüntülerinden elde edilen sınıflandırma sonucunda meşcere tipleri bölgenin topografik yapısı nedeniyle ayırt edilememiştir. ERS.SAR, JERS.SAR ve Landsat TM 5. kanal ile oluşturulan yeni veri grubunda, iğne yapraklı ve yapraklı meşcereler hatta bazı bölgelerde Kestane ve Gürgen meşcereleri ayırt edilebildiği belirlenmiştir. Yetişme ortamlarının belirlenmesi amacıyla Landsat TM algılayıcısının 5. ve 6. kanalları ile mikrodalga bölgesinde algılanan JERS.SAR görüntüsü kullanılmıştır. Bu amaçla, arazide ölçme yapılarak yetişme ortamları ve higroskopik nemleri belirlenen noktalar ile uydu görüntüsü üzerindeki karşılık geldikleri noktalar arasında korelasyon analizi yapılmıştır. Yapılan irdeleme sonucunda, Landsat TM algılayıcısının 5. kanalında nem oranının fazla olduğu taze, tazece ve değişken nemli topraklarda, renk tonunun koyulaştığı ve yansıtım değerlerinin düştüğü, çok kuru yetişme ortamlarında ise, yansıtım değerlerinin arttığı belirlenmiştir. TM algılayıcısının ısıl bölgede algılama yapan 6. kanalında ise, yetişme ortamlarında çok belirgin farklar olmaması nedeniyle önemli bir değişim görülmemiştir. JERS.SAR görüntüleri ile yapılan istatistik analizlerde, neme duyarlılığın daha fazla olduğu görülmektedir. Parlaklık değerlerinden xı elde edilen geri yansıtım katsayıları (dB) incelendiğinde, nem oranıyla geri yansıtım katsayılarının doğru orantılı olarak arttığı görülmektedir. Yetişme ortamlarının ayırt edilmesine yönelik olarak uydu görüntülerine yoğunluk dilimleme, kontrast arttırma ve ana bileşenler dönüşümü görüntü zenginleştirme algoritmalan uygulanmıştır. Elde edilen sonuç görüntüleri incelendiğinde, özellikle çok kuru ve nemli yetişme ortamlarının daha rahat ayırt edilebildiği belirlenmiştir. Sınıflandırma ve görüntü zenginleştirme sonucunda elde edilen uydu görüntüleri, bölgeye ait sayısal arazi modelleri ile entegre edilerek, test alanının ve çalışma alanının tamamında 3 boyutlu modeller oluşturulmuştur. Test alanının 3 boyutlu modeli üzerinde çizilen profiller ile meşcere tipi dağılımlarının yetişme ortamı birimleri ile ilişkisi irdelenmiştir. Bu irdeleme sonucunda, arazinin yüksek olduğu doğu bakılı üst yamaçlardaki tazece yetişme ortamlarında Kestanenin, Doğu bakılı orta yamaçlardaki taze ve nemli yetişme ortamlarında Kestane ve Ihlamurun, genellikle batı bakılı yamaçlardaki tazece ve değişken nemli yetişme ortamlarında Meşe meşcerelerinin, değişken nemli yetişme ortamları ile nemli ve çok nemli ıslak yetişme ortamlarında ise Adi Gürgen meşcerelerinin hakim olduğu belirlenmiştir. Çalışma alanının tamamına ait 3 boyutlu modeller üzerinde çizilen profiller ile de doğal bitki örtüsünün yükseltiye göre dağılımı ve zamansal olarak değişimi de ortaya konmuştur. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, test alanındaki yüksek arazilerde görülen meşcere yapısının, çalışma alanının tamamında da aynı özellikleri gösterdiği, Kestane meşceresinin, genellikle yüksek bölgelerde olmak üzere hemen hemen bütün yükseltilerde aynı yayılışını devam ettirdiği, sırtlarda ve yamaçların güneye bakan kısımlarında Meşe meşcerelerinin, kuzeye bakan alt yamaçlarda ve vadilerde, Gürgen meşceresinin daha yaygın olduğu belirlenmiştir. Ayrıca 1975 yılındaki yapraklı hakimiyetinin özellikle bölgenin kuzey doğusunda iğne yapraklıya geçtiği ve ormanlık alanlarda belirgin bir azalmanın olduğu saptanmıştır. Bu çalışmada, meşcere tipleri için özellikle Landsat TM algılayıcısının 4. ve 5. kanallarının yüksek ayırt edilebilirlik sağladığı, bu kanallara JERS.SAR görüntüsünün eklenmesiyle oluşturulacak veri grubu ile ayırt edilebilirliğin daha da artacağı saptanmıştır. Yetişme ortamlarının ve higroskopik nemin belirlenmesinde ise, JERS.SAR verilerinin yersel ölçmelerle yüksek korelasyon gösterdiği, Landsat TM algılayıcısının 5. kanalının da bu amaca yönelik olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Ayrıca topografyanın uygun olduğu bölgelerde ERS.SAR görüntülerinin de meşcere tipi ve yetişme ortamı belirleme çalışmalarında kullanılabileceği, uydu görüntülerinden elde edilen sonuçların sayısal arazi modelleri ile entegrasyonu sağlandığında meşcere tipleri ve yetişme ortamları arasındaki ilişkinin yükseltiye bağlı olarak belirlenebileceği saptanmıştır. 
 i order to maintain his life and in the meantime leave the best for the generations to ome, mankind has to utilize the natural resources he has in the most economic manner nd protect them. Parallel to the developing technology and increasing scientific îsearches today, advancements in the science of remote sensing are major helpers of iankind in this field. i this study, differentiability of vegetation, soil moisture and growing sites at Sariyer, an >rea with rich forestry due to its geographical situation and general characteristics, have ieen analyzed through the satellite images by using, together with ground data, satellite nages of Landsat MSS, Landsat TM, ERS.SAR and JERS.SAR which sense from the lifferent sections of electromagnetic spectrum, and temporal changes which occurred in Drest lands have been determined. For this purpose, satellite images have first been ransformed into UTM co-ordinate system by using standard topographic maps of /25000 scale. In referring the satellite images to the UTM co-ordinate system, ransformation equations have been selected at 1st degree polynoms. As for the nathematical method, cubic convolution method was used in Landsat images, and for adar images, the nearest neighbor method was used because of the deforming effect of ıeighboring pixels. Also, on the topographic maps, the contour lines have been ligitalized at every 20 meters to form the digital elevation model of the area of study. îecause of recording the radar sensors as 16 bits and therefore requiring high computer capacity and the fact that available image processing systems operate at 8 bits adiometric resolution, radar images, different filters have been applied and it has been seen that the best result was obtained by applying first firstly the Median filter at the iimension of 3*3 and then the Mean filter at the dimension of 5*5. Using the digital îlevation models, shaded areas in radar images have been found out and it has been assured to minimize to minimize the errors that could occur in interpretation. On the rther hand, new groups have been formed by different combinations from the radar data and usability of these new groups of data in works of forestry and change in the use of and was analyzed. The highest differentiability was achieved from the data group >btained from Landsat TM 4 and 5 channels and JERS.SAR. ror the purpose of determining the channel combination to be used in studying the.andsat images, spectral profile and variance/co-variance analyses have been made at Afferent vegetation types. The profiles drawn at different vegetation types show that the differentiation of water-land-forest is very significant in all channels of Landsat TM sensor clearly be differentiated especially in the 4th and 5th channels. In the variance/co- /ariance analyses made among the channels of Landsat MSS and Landsat TM images, t has been found out that 4th and 5th channels at Landsat TM have the lowest correlation. In the Landsat MSS image, it was established that all channels could be jsed for purpose. In differentiating the types of vegetation through the satellite images, stly statistical analyses have been made by taking as basis the ground measurements arried out at Istanbul University, The Forest of Education and Research of the Faculty : Forestry which was selected as the test area. For this purpose, the types of sgetation in the land were transferred to computer media by digitizing the measurement 3ints, which had been set. In the Landsat TM image, brightness values of the pixels jrresponding to these measurement points were determined by the mean of the 3*3 indow around the pixel thereby eliminating the errors that could occur during selection F point in land study and geometric transformation. As a result of the analysis, it has sen found out that Carpinus betulus displayed high reflection value in the 4th and 5th iannels of Landsat TM sensor, and when Castanea sativa and Lourus nobilus mingled ith the Carpinus betulus, reflection values increased even further. At the points where ;ock of Quercus spp. Prevailed, higher reflection values were seen since the Carpinus etulus, and Castanea sativa are of secondary type of vegetation. s the second stage of differentiating types of trees through satellite images, lassification algorithms have been used. Firstly uncontrolled classification and then ontrolled classification algorithms have been applied to the test areas with different ates and to the entire area of study. When the result of Landsat classification of the test rea dates 1984 is analyzed, it has been seen that Castanea sativa which have broad saves and grow fast, and Carpinus betulus that grow particularly along the river beads ould be significantly differentiated. As the result of Landsat TM classification dates 997, a decrease in stock of Castanea sativa and an increase in the stock of Carpinus etulus have been noticed. It was further found out that in the test area, pure Quercus pp. stock could clearly be differentiated in some areas, and coniferous trees started to row in the area, which was allocated for human settlement in 1984. When the result of lassification are studied, it was found out that in some classes, one by one the pixels tarted to display different types tree stock and the results of classification were filtered d be ready for the purpose. he images have been classified and also the proportion images have been formed in irder to ascertain the change in the area of study. When the results of classification ipplied to the entire area of study and proportion images were jointly evaluated, it has ieen determined that temporal changes occurred both in the forest types of the area and ne use of land, that the leafed trees being the natural flora of the area were replaced by oniferous trees through forestation works in time, and that the Black Sea coastline in iarticular moved towards the sea. In the classification made with radar data, types of ree stock as a result of classification obtained through ERS.SAR images could not be lifferentiated due to the topographic structure of the area. In the new data group formed »y ERS.SAR, JERS.SAR and Landsat TM 5th channel, coniferous and leafed trees, and sven Castanea sativa and Carpinus betulus in some areas have been differentiated. :or the purpose of determining the growing sites, JERS.SAR image sensed in the nicrowave area by the 5th and 6th channels of Landsat TM sensor has been used. For his purpose, measurements have been carried out on land and, correlation analysis has >een made between the points whose growing sites and hydroscopic moisture have ieen established and the points they correspond on the satellite image. As a result of he analysis has been made, it has been found out in the 5th channel of Landsat TM sensor that the color tone darkened and reflection values decreased in the fresh, semi- resh and variable moist soil where the rate of moisture was higher; whereas reflection 'alues increased in very dry growing sites. In the 6th channel of TM sensor which senses n the thermal zone, no major change has been observed as there was not any ?ignificant difference among the growing sites. In the statistical analyses made with ERS.SAR images, it has been seen that there was high sensivity to moisture. When the XIV ackscattering coefficients (d B) obtained from the brightness values were analyzed; it is sen that the rate of moisture and backscattering coefficients increased in direct roportion. Density slicing, contrast enhancement, major components conversion image nhancement algorithms have been applied to satellite images for the purpose of sorting ie growing sites. When the resulting images are looked at, it is to be seen that specially very dry and humid growing sites can be more easily differentiated. hree-dimensional models have been formed in the entire test and study areas by itegrating the satellite images, obtained by classification and image enhancement, with ie digital elevation models pertaining to the area. By means of the profiles drawn on ie three dimensional model of the test area, relationship between the distribution of egetation types and units of growing sites has been analyzed. As a result of this nalysis, it has been found that Castanea sativa prevailed in the semi fresh growing sites i the upper slopes looking eastwards where the land is high, that Castanea sativa and ilia argentena, prevailed in the fresh and moist growing sites in the middle slopes »oking eastwards, that stocks of Quercus spp. Prevailed in the semi fresh and variable umid growing sites generally looking westwards, and that in the variable moist growing ites and moist and very moist wet growing sites Carpinus betulus were predominant. Jso by means of the profiles drawn on the three dimensional models belonging to the ntire study area, breakdown of vegetation according to altitude and its temporal change ave been presented. When the obtained data is evaluated, it was determined that the ipe of trees seen in the higher lands of the test area displayed same characteristics in ie entire study area. It was also established that the stock of Castanea sativa laintained its spread at almost every altitude, mainly in the higher areas and stock of )uercus spp. Were more frequent on the backsides and in the parts of slopes looking outhwards, whereas in the lower slopes looking northwards and the valleys, stocks of Carpinus betulus were predominant. It was also found out that the dominance of leafed.ees in 1975 was replaced by the coniferous trees especially in the north east of the rea and decrease of the forest lands was significant. i this study, it was determined that especially 4th and 5th channels of the Landsat TM ensor provided higher differentiability, and that with the data group to be obtained by ıdding JERS.SAR image to these channels, differentiability would be enhanced even jrther. As for determining the growing sites and hygroscopic moisture, it was found out lat JERS.SAR data displayed high correlation with ground measurements, and 5th hannel of the Landsat TM sensor could be used for this purpose. Also in the areas with uitable topography, ERS.SAR images could be used in studying the types of vegetation ind growing sites; and once the integration of results obtain through satellite images /ith digital elevation model is achieved, relationship between the types of vegetation and irowing sites could be ascertained depending on the altitude.
Description: Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999
Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 1999
URI: http://hdl.handle.net/11527/16262
Appears in Collections:Geomatik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
100732.pdf33.26 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.