Ortofoto ve sayısal yükseklik modelleri: üretim, doğruluk ve kurumsal kullanım.

Ortofoto ve hava fotoğrafı arasındaki fark.

Bir hava fotoğrafı merkezi izdüşümle çekilir. Objektifin tam altındaki nokta doğru yerinde görünürken görüntünün kenarlarına doğru yüksek nesneler dışa doğru yatar, arazideki yükseklik farkları da noktaların konumunu kaydırır. Bu nedenle ham bir hava fotoğrafı üzerinde mesafe ya da alan ölçmek güvenilir sonuç vermez.

Ortofoto, bu bozulmaların bir yükseklik modeli ve kameranın konum ile yönelim bilgisi kullanılarak düzeltildiği, harita geometrisine getirilmiş görüntüdür. Düzeltilmiş görüntüde her piksel bir koordinat sistemine oturur; böylece görüntü, vektör katmanlarla üst üste bindirilebilir ve üzerinde ölçüm yapılabilir. Çok sayıda görüntünün birleştirilmesiyle oluşan geniş alan ürününe ortomozaik denir.

Klasik ortofotoda düzeltme genellikle çıplak arazi yüzeyi üzerinden yapılır. Bu durumda binalar gibi yüksek yapılar hâlâ hafifçe yatık görünür ve çatının arkasındaki alanı örtebilir. Gerçek ortofoto (true ortho) ise binalar ve ağaçlar dahil yüzey modelini kullanır; yapılar tepeden bakılmış gibi dik görünür. Yoğun yapılaşmış kent merkezlerinde bina izi ile çatı izinin çakışması istendiğinde gerçek ortofoto tercih edilir.

SYM, DSM ve DTM: yükseklik modellerinin farkı.

Sayısal yükseklik modeli (DEM), yüksekliği düzenli bir hücre ağında ya da noktalar kümesinde temsil eden genel addır. Uygulamada iki alt tür ayrılır. Sayısal yüzey modeli (DSM), arazi üzerinde ne varsa onun üst yüzeyini verir: çatılar, ağaç tepeleri, köprüler, araçlar. Sayısal arazi modeli (DTM, Türkçe kaynaklarda SAM), bu nesneler ayıklandıktan sonra kalan çıplak zemindir.

Türkçe kısaltmalar kaynaktan kaynağa değişir. SYM bazı belgelerde sayısal yükseklik modeli, bazılarında sayısal yüzey modeli anlamında kullanılır. Teknik şartname ya da teslim belgesi hazırlanırken İngilizce karşılığı (DEM, DSM, DTM) parantez içinde yazmak, hangi ürünün istendiği konusunda sonradan çıkabilecek anlaşmazlıkları önler.

Yükseklik modelinin hücre boyutu da en az model türü kadar önemlidir. Kaba hücreli bir model geniş ölçekli eğim ve havza çalışmalarında yeterliyken, yol kotu, bordür ya da küçük drenaj yapıları gibi ayrıntılar ancak ince hücreli modelde görünür. Hücre boyutu küçüldükçe dosya hacmi ve işlem süresi hızla büyür.

Hangi modelin gerektiği, sorulan soruya bağlıdır:

• Yağış akışı, havza sınırı, eğim ve bakı analizi için DTM kullanılır; çatılar ve ağaçlar akış yönünü bozar.
• Bina yüksekliği, görüş alanı, gölge ve telekom kapsama analizleri için DSM gerekir.
• DSM ile DTM farkı, nesne yüksekliğini (normalize yüzey modeli) verir; bina kat tahmini ya da ağaç boyu gibi ölçümlerde bu fark kullanılır.
• Eş yükselti eğrileri çoğunlukla DTM üzerinden türetilir ve yumuşatılarak haritaya aktarılır.

Drone ve hava fotogrametrisiyle üretim.

Fotogrametrik üretimin temeli, aynı noktanın farklı açılardan çekilmiş birden fazla görüntüde görünmesidir. Bu nedenle uçuş, hem uçuş hattı boyunca hem de komşu hatlar arasında bindirmeli planlanır. Esri'nin ArcGIS Reality belgeleri drone ve hava görüntüsü için hat içinde en az yüzde 60, hatlar arasında en az yüzde 30 bindirme ister ve en iyi sonucun her iki yönde yüzde 80 dolayında bindirmeyle alındığını belirtir. Bitki örtüsü yoğun, dokusuz ya da yansıtıcı yüzeylerde eşleştirme zorlaştığı için bindirme artırılır.

Çekimden sonra blok dengeleme (aerotriangulation) yapılır: görüntüler arasında bağlantı noktaları bulunur, kameranın her çekimdeki konumu ve yönelimi birlikte çözülür. Ardından yoğun görüntü eşleştirmesiyle nokta bulutu ve DSM üretilir, DSM filtrelenerek DTM elde edilir, son adımda ortofoto ya da gerçek ortofoto oluşturulur. ArcGIS Pro'daki ortho mapping araçları ve ArcGIS Reality for ArcGIS Pro eklentisi bu adımları sihirbazlarla yürütür; eklenti ayrıca yoğun nokta bulutu ve 3B ağ (mesh) ürünleri de üretebilir.

Görüntünün detay düzeyini yer örnekleme aralığı (GSD) belirler: bir pikselin yerde kapladığı mesafe. GSD uçuş yüksekliği, kamera sensörü ve odak uzaklığıyla belirlenir. Daha küçük GSD daha fazla ayrıntı demektir ama aynı alan için daha fazla görüntü, daha uzun işlem süresi ve daha büyük veri hacmi anlamına gelir.

Fotogrametri, yoğun bitki örtüsü altındaki zemini göremez; kamera yalnızca görünen yüzeyi ölçer. Orman içindeki arazi yüzeyi gerektiğinde LiDAR tercih edilir, çünkü lazer atımlarının bir kısmı yaprak aralıklarından zemine ulaşır. Açık arazide ise fotogrametrik DTM çoğu kurumsal ihtiyaç için yeterlidir.

Geniş alanlarda çok sayıda görüntü birleştirildiğinde renk ve parlaklık farkları ortaya çıkar. Renk dengeleme, görüntüler arasında ton geçişini eşitler; dikiş çizgileri (seamline) ise komşu görüntülerin hangi hat boyunca birleşeceğini belirler. Dikiş çizgisinin bir binanın ya da köprünün ortasından geçmesi, ortomozaikte kırık ve kaymış görünen yapılar üretir. Bu nedenle teslim öncesi kalite kontrolünde dikiş çizgileri özellikle yapı yoğun alanlarda gözle incelenir.

Doğruluk, yer kontrol noktaları ve kontrol noktaları.

Bir ortofotonun konum doğruluğu iki ayrı konuya ayrılır: görüntülerin birbirine göre tutarlılığı (göreli doğruluk) ve ürünün gerçek koordinatlara ne kadar yakın oturduğu (mutlak doğruluk). Göreli doğruluk iyi olsa bile, mutlak doğruluk sağlanmamış bir ortofoto kadastro ya da altyapı katmanlarıyla üst üste bindirildiğinde kayık görünür.

Mutlak doğruluk için yer kontrol noktaları (YKN) kullanılır. Bunlar arazide işaretlenen ve GNSS ile hassas ölçülen, görüntüde açıkça seçilebilen noktalardır. Blok dengelemesine katılırlar ve modeli gerçek koordinatlara bağlarlar. RTK ya da PPK özellikli drone'lar görüntü merkezlerini yüksek doğrulukla kaydettiği için gereken YKN sayısını azaltabilir; ancak düşey sapmaları yakalamak ve sonucu kanıtlamak için bağımsız ölçüm yine gerekir.

Doğruluğu raporlamanın doğru yolu, dengelemeye katılmayan bağımsız kontrol noktaları kullanmaktır. ASPRS konum doğruluğu standartları, yatay ve düşey doğruluğun bu bağımsız noktalar üzerinden hesaplanan karesel ortalama hata (RMSE) ile ifade edilmesini öngörür. Ortofoto testinde kontrol noktalarının çatı köşesi gibi yükseltilmiş nesnelere değil, zemin düzeyindeki belirgin noktalara konması önerilir.

• Kontrol noktaları alana dengeli dağıtılmalı, yalnızca kolay ulaşılan yol kenarlarında toplanmamalı.
• Koordinat sistemi ve düşey datum (elipsoit ya da ortometrik yükseklik) teslimden önce yazılı olarak belirlenmeli.
• Ortalama hatanın belirgin biçimde sıfırdan uzak olması sistematik kaymaya işaret eder ve teslim öncesi düzeltilmelidir.

Kurumsal kullanım alanları.

Belediyelerde güncel ortofoto, imar planı çalışmalarının, numarataj güncellemesinin ve yapı denetiminin ortak altlığıdır. Plan paftası ile mevcut yapılaşmanın aynı ekranda karşılaştırılması, sahaya çıkmadan önce hangi adaların incelenmesi gerektiğini gösterir. Farklı yıllara ait ortofotolar arşivlendiğinde bir yapının hangi dönemde ortaya çıktığı görsel olarak izlenebilir.

Altyapı kurumlarında ortofoto, hat güzergâhı planlamasında ve kazı öncesi yüzey durumunun belgelenmesinde kullanılır. DTM ise cazibeli akışla çalışan su ve kanalizasyon hatlarında eğim hesabı, taşkın ve yüzey akışı modellemesi için temel girdidir.

Madencilik ve taş ocağı işletmelerinde düzenli aralıklarla yapılan drone uçuşları, stok hacmi, kazı ve dolgu miktarı ile şev geometrisinin izlenmesini sağlar. İki farklı tarihteki yüzey modelinin farkı alınarak hacim değişimi hesaplanır; ArcGIS Spatial Analyst içindeki Cut Fill aracı bu tür karşılaştırmayı hücre bazında yapar. Hacim sonucunun güvenilirliği, iki modelin aynı koordinat ve düşey referansa oturmasına bağlıdır.

ArcGIS ortamında saklama, yönetim ve servis.

Tek bir ortofoto dosyası küçük bir alan için yönetilebilir; ancak yıllar içinde biriken çok sayıda uçuş, farklı çözünürlükler ve tarihler söz konusu olduğunda dosya klasörleri hızla karmaşıklaşır. ArcGIS'te bu koleksiyonlar mozaik veri seti ile yönetilir: görüntüler taşınmadan tek bir katalogda toplanır, tarih ve çözünürlük gibi öznitelikler üzerinden sorgulanır, üst üste binen görüntülerden hangisinin önce gösterileceği kurallarla belirlenir.

Kurum içinde paylaşım için görüntüler servis olarak yayımlanır. ArcGIS Enterprise tarafında dinamik görüntü servisleri ArcGIS Image Server ile sunulur; ArcGIS Online tarafında ise barındırılan görüntü katmanları (hosted imagery layer) kullanılır. Yükseklik modelleri önbelleğe alınmış bir yükseklik katmanı olarak yayımlanabilir ve 3B sahnelerde zemin yüzeyi olarak kullanılabilir. Salt görüntüleme amaçlı kullanımda karo önbellekli katmanlar, analiz gereken durumlarda ise piksel değerlerine erişen dinamik katmanlar tercih edilir.

Teslim alınan her ürünün metaverisinde uçuş tarihi, GSD, koordinat sistemi, düşey datum ve raporlanan RMSE değerinin yer alması, verinin yıllar sonra da doğru yorumlanmasını sağlar.

Rodosto Teknoloji, ortofoto ve yükseklik verisinin ArcGIS Enterprise ya da ArcGIS Online üzerinde düzenlenmesi, mozaik veri setleriyle yönetilmesi ve kurum içinde servis olarak paylaşılması işlerinde uygulama tarafında çalışır.

Sık sorulanlar