Fotogrametri Dersi 7. Ünite Özet

Giriş

Günümüzdeki fotogrametrik ürünlerin hepsi sayısal formatta üretilmektedir. Analog fotogrametri döneminde, çizgisel haritalar üretilip kâğıt altlıklara basılıyordu. Analog ve analitik fotogrametri döneminde üretilen kağıt altlıklara basılan ürünler günümüzde de kullanılmaktadır. Fotogrametrik yöntemle üretilen ürünler farklı form ve formatta üretilmektedir. Günümüzde yaygın olarak üretilen fotogrametrik ürünler genel olarak aşağıdaki şekilde ifade edilebilir.

• Coğrafi veriler,
• Sayısal arazi modeli,
• Sayısal yükseklik modeli,
• Vektörel haritalar,
• Ortofoto,
• 3 boyutlu modeller.

Ortofoto

Ortofoto, geometrik niteliği çizgi harita düzeyinde olan fotografik bir üründür. Genellikle bu foto haritanın üzerine eşyükselti eğrileri de çizilmiştir. Kullanımı kolaylaştırıcı yazılar ve rakamlar eklenmiştir. Hava fotoğraflarından üretilen bu tür haritalar alışılmış çizgi haritalar gibi kullanılabilmektedir. Ortofoto Ürün Türlerini sıralamamız gerekirse; Ortofotoğraf (orto-foto): Eğiklik ve diferansiyel alanlarda yükseklik etkileri giderilmiş ve ölçeklendirilmiş, bir haritanın geometrik niteliklerine sahip bir fotoğraftır. Ortofoto Harita: Çizgi haritalar gibi belirli bir pafta bölümleme sistemine göre üretilmiş, koordinat çizgileri, yer isimleri vb. kartoğrafik bilgiler eklenmiş ortofotodur. Ortofoto Mozaik: Birden fazla ortofotonun bir araya getirilmesi ile elde edilen tek bir birleşik görüntüdür. Stereomate: Stereo görüş veren, yükseklik bilgileri eklenmiş ortofotodur. Sayısal ortofoto, sayısal fotoğraflardan sayısal yöntemle elde edilen bir ortofotodur. Klasik ortofotoda olduğu gibi ilgili alanın yükseklik bilgilerine gerek vardır. Sayısal ortofoto, sayısal görüntü kullanılarak, fotoğraf çekim anındaki kamera eğikliği ve arazi yükseklik farklarından oluşan hataları gidermek suretiyle yeni bir sayısal görüntü elde etme yöntemidir. Sayısal fotogrametrik sistemlerin sorunsuz olarak uygulanabildiği ve en çok başarı sağladığı alanlardan biride sayısal ortofoto üretimidir. Sayısal ortofoto üretim iş adımlarını aşağıdaki gibi özetleyebiliriz;

• Orta noktası referans koordinat sisteminde XY koordinatına karşılık gelen boş ortogörüntü matrisinin oluşturulması,
• Sayısal arazi modeli yardımıyla XY koordinatına karşılık gelen Z koordinatının belirlenmesi,
• İzdüşüm denklemleri ve ortofoto üretilecek fotoğrafa ilişkin iç ve dış yöneltme elemanları kullanılarak XYZ koordinatına karşılık gelen fotoğraf koordinatlarının hesaplanması,
• Hesaplanan fotoğraf koordinatlarından piksel koordinatlarının Affin dönüşümü ile hesaplanması,
• Hesaplanan piksel koordinatına ilişkin gri değerin komşu pikselller yardımıyla enterpolasyonla hesaplanması,
• Hesaplanan gri değer boş ortogörüntü matrisinde ilgili piksele atanır.

Üretilen ortofotonun geometrik doğruluğu;

• Dış yöneltme elemanlarının doğruluğuna,
• Sayısal arazi modelinin doğruluğuna,
• Fotoğraf ve piksel koordinat sistemleri arasındaki dönüşüme, bağlıdır

Ortofotonun görüntü kalitesi ise güneş ışığı eğim açısı, kullanılan kamera, filmin ayırma gücü (sayısal kameralarda çözünürlük), çekimde kullanılan filtreye, diyafram ve poz süreleri gibi etkenlere bağlıdır. Bunlar uygun şekilde belirlenmezse komfluorto görüntüler arasında parlaklık ve kontrast farklılıkları oluşur.

Arazi Modelleri

Yeryüzü, matematiksel olarak tanımlanamayacak derecede düzensiz üç boyutlu bir şekildir. Tam olarak tanımlanabilmesi için sonsuz sayıda noktaya gereksinim vardır. Bu da olanaksız olduğundan, belirli sayıdaki nokta kümesi seçilir ve yüzey bu noktalardan yararlanılarak temsil edilmeye çalışılır. Yeryüzünün uygun bir şekilde temsili, yerbilimlerinde, çok sayıdaki mühendislik alanında, askeri uygulamalarda ve diğer birçok alanda büyük bir ihtiyaçtır. Topografik bir yüzey, genellikle uygulamada sayısal bir model olarak üç şekilde gösterilir.

• Sayısal Yükseklik Modeli (SYM-DEM)
• Sayısal Arazi Modeli (SAM-DTM)
• Sayısal Yüzey Modeli (YM-DSM)

Yeryüzü topoğrafyasını en sade ve çıplak şekilde X, Y ve Z yükseklik değeriyle üç boyutlu olarak ifade eden model Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) olarak tanımlarız. SYM’ler özellikle topoğrafik bir yüzeyin sayısal gösterimi için kullanılmaktadır. SYM’ler yeryüzü topoğrafyasını en basit şekilde yansıtan en genel ve yaygın model olarak tanımlanmaktadırlar. SYM’ler genellikle yaygın olarak raster formatında veya üçgenlenmiş düzensiz ağ (TIN- Triangulated Irregular Network) ile temsil edilir. SYM’ler ayrıca sayısal bir görüntü gibi depolanır ve görüntüdeki pikseller yükseklik verilerini içerir. Yani, hücrelerin sayısal değerleri yükseklikleri gösterir. TIN ise rastgele dağılmış X, Y, Z koordinatları bilinen noktalar yardımıyla hesaplanan komşu, kesişmeyen üçgenler topluluğu olarak tanımlanabilir. TIN’in vektör yapısı rastgele dağılmış nokta, çizgi ve poligon verileri üzerine kurulmuştur.

TIN, eğim, bakı, yüzey alanı ve uzunluğu, hacim hesaplamaları, eşyükselti eğrileri ve yükseklik verilerinin enterpolasyonu için kullanılmaktadır. Arazi yüzeyinin belirgin topografik özelliklerinin ve arazinin gerçek şeklinin daha iyi biçimde sayısal olarak sunulmuş biçimine Sayısal Arazi Modeli (SAM) diyebiliriz. SAM haritacılıkta, ortofoto üretiminde, eğim haritalarının yapımı, en ve boy kesitlerin çizimi, hacim hesabı gibi birçok farklı amaç için kullanılmaktadır. SAM oluşturulurken dikkat edilmesi gereken koşullar;

1. Mümkün olduğunca az sayıda dayanak noktasıyla SAM oluşturulmalıdır,
2. Arazi bilgileri verimli bir şekilde işlenmelidir,
3. SAM, arazinin topoğrafyasını yeterli incelikte bir yaklaşımla temsil etmelidir,
4. Enterpolasyonla yükseklikleri elde edilen noktalar için, hesaplama süresi çok fazla olmamalıdır.

SAM’ın oluşturulabilmesi için, seçilen yüzey noktalarının X, Y, Z koordinatları ile uygun bilgisayar programlarına ihtiyaç vardır. Programlar yardımıyla, uygun bir enterpolasyon yöntemi seçilerek dayanak noktalarına bağlı olarak yeni noktaların koordinatları elde edilir. Böylece elde edilen bütün veriler, başka bilgi sistemleri için veri olarak kullanılabilir. Sayısal yüzey modeli (YM), SAM ve SYM’ye benzer. Farkı ise yükseklik bilgilerinin bina, ağaç, kule ve diğer objelerin yüzeyine ilişkin olmasıdır. Sürekli ve tek değerli olduğu kabul edilir. Tek değerli yüzey, z = f(x, y) fonksiyonu olarak tanımlanır. Herhangi bir (x, y) ikilisine karşılık gelen tek bir z değeri vardır. Eşyükselti eğrileri aynı yükseklikteki noktaları birbirine bağlayan eğrilerdir. Yükseklik aralıkları harita ölçeğine bağlı olarak değişir. Yeryüzünün topoğrafik yapısını tam olarak bilgisayara aktarabilmek için böyle milyonlarca nokta gerekir. Bu kadar çok noktanın koordinatlarının ölçülerek tespit edilmesi hem zahmetli hem de zaman alıcı bir iştir. Genel bir yaklaşım olarak mümkün olduğunca az, ancak gerçekleri de yansıtan noktaların arasında enterpolasyon yapılarak yeni noktaların yükseklikleri türetilir. Enterpolasyon sonucu SAM üçgenler veya kareler halinde elde edilir.

Haritalar

Yeryüzünün veya bir parçasının fiziksel görünüşünü belli bir ölçek içinde eşyükselti eğrileri yardımıyla yatay düzlem üzerinde gösterilmesiyle elde edilen çizgisel haritalara topoğrafik haritalar denir. Topoğrafik haritalar üzerinde, yeryüzünde bulunan tüm unsurlar kendilerine özgü simgelerle işaretlenmişlerdir. Topoğrafik haritalar, haritası oldukları bölgelerde bulunan yapay ve doğal objeleri, (binalar, köprüler, yollar, akarsu ve durgun su objeleri, bitki örtüsü ve arazi engebesini) kartografik işaretlerle göstererek bilgi veren ürünlerdir. Akarsu ve durgun su objesi kavramı, dereler, çaylar, nehirler, kanallar, göller, baraj gölleri ve denizleri kapsamaktadır. Topoğrafik haritanın özellikleri;

• Topoğrafik haritaları diğerlerinden ayıran özellik yeryüzünün şeklini eşyükselti eğrileri ile göstermesidir.
• Arazi biçimleri haritada kolayca anlaşılabilecek sembollerle gösterilir.
• Haritanın üst kısmı kuzeyi gösterir.
• Harita ölçeği sayesinde harita üzerinde ölçüm ve hesaplamalar yapılabilir.
• Göller, nehirler, kasabalar ve benzerleri harita üzerinde isimleri ile gösterilir.

Kent haritaları: bir kentin tümünün ya da bir bölümünün, nüfus yoğunluğu, açık alanlar, okullar, anayollar, dolaşım yoğunluğu gibi koşul ve özelliklerini gösteren haritaları da Kent Haritaları olarak adlandırırız. Kent haritalarının hazırlanma amacı kentsel alanlarda bilgi sistemlerinin hazırlanmasına altlık teşkil etmektir. Kent bilgisi, altyapıdan üstyapıya, planlamadan sağlığa, güvenlikten ulaşıma, eğitimden turizme kısaca kent hayatındaki tüm olgulardır. Kurumlarca toplanan, saklanan, paylaşılan ve gerektiğinde kamuya sunulan hizmetlerdeki her bir fonksiyon kent bilgisiyle doğrudan ilişkilidir. Karmaşık yapıda gözüken bu bilgilerin yönetilmesi bugün kent bilgi sistemlerinin temel görevleri arasındadır.

Üç Boyutlu Modeller

Günümüzde, özellikle kentsel alanlardaki yeni tasarımlar, yerleşim alanı planlama, imar uygulamaları, koruma alanlarındaki tarihi mekanların restorasyon ve tanıtım amaçlı modellenmesi, kent bilgi sistemi kapsamında üç boyutlu kadastro uygulamaları, mekânsal nesneleri içine alan park ve bahçe gibi peyzaj düzenlemeleri, mekânsal alanlarda yol planlaması, orman ile mekan arasındaki ilişkileri düzenleme ve turizm amaçlı bir çok konu için, sanal ortamda gerçek dünyaya uyumlu olarak oluşturulmuş üç boyutlu görselleştirilmiş güncel modellere ihtiyaç duyulmaktadır.

Üç boyutlu modelleme ve animasyon destekli arazi ve şehir modellerinin oluşturulması ve elde edilen ürünlerin CBS tabanlı kullanımı için yapılan çalışmalar aşağıdaki gibi sıralanabilir.

• Üç boyutlu modelleme (Modelling)
• Görüntü kaplama (Rendering)
• Animasyon (Animation)
• Üç boyutlu sorgulama (3D Query)

Üç boyutlu modelleme: Kullanılan yöntemler, tamamen mesleki olan jeodezik ve fotogrametrik çalışmaları içeren klasik yöneltme, değerlendirme ve çizim aşamalarından oluşur. Jeodezik koordinatlandırma çalışmalarının ardından objelerin yerden ya da havadan fotoğraflarının çekilmesi veya uydu görüntülerinin sağlanması ile başlayan süreç, üç boyutlu sayısal yüzey modelleri ve üzerindeki detayların üç boyutlu olarak konumlandırılması ile üç boyutlu şehir modellerinin oluşturulması için altlıkların hazırlanması ile tamamlanır. Görüntü Kaplama; sanal dünyanın gerçeğe en yakın görselleştirilmesi için gerçek görüntülerin kullanılması gereklidir. Bu husus fotogrametri açısından modellemenin doğruluğu kadar, animasyonu da bilmeyi gerektirir. Gerçek olarak üç boyutlu şehir modellerinin hazırlanmasında en önemli nokta, yersel ve hava fotoğraflarının üç boyutlu modelde birlikte kullanılmasıdır. Animasyon; animasyonun başarısı esas olarak, yazılımın ve sistemin gücü ile orantılıdır. Animasyon, elde edilen üç boyutlu şehir modellerine sanal gerçeklik uygulamaları olarak; üzerinden uçuş, şehirde ve sokaklarda gezinti, görüntüde yaklaşma ve uzaklaşma gibi adımları içeren görüntüsel hareketleri bulunmaktadır. Üç Boyutlu Sorgulama (3D Query); oluşturulan üç boyutlu şehir modelleri ve bunların animasyonu esas itibari ile görsel bir eğlence olmasından ziyade başta da belirtildiği üzere, üç boyutlu CBS sistemlerine altlık oluşturulması ve sorgulamaların görselleştirilmesine yönelik çalışmalar yapılması amacını taşır. Üç boyutlu ölçme ve sorgulamaların, bu altlıklardan yapılabilmesi ve özellikle ölçmelerin hassasiyeti bakımından şehir içindeki imar faaliyetlerini ve bir takım inşaat işleri için gerekli olan sorgulama ve ölçmelerin araziye çıkılmadan ve hatta arazide hiçbir ölçme aleti kullanılmadan yapılabilmesi amacına yöneliktir. Dolayısıyla üç boyutlu şehir modellerinde gerçeğe uygunlukla beraber doğruluk, birinci derecede önemlidir. Günümüzdeki tüm çalışmalar bu ana fikir doğrultusunda yapılmaktadır.