Uzaktan algılama
UZAKTAN ALGILAMADA BİTKİ ÖRTÜSÜ ANALİZLERİ
·Yeryüzündeki farklı cisimlerin verdiği spektral yansıtımların arasındaki farklılıkların sebebini açıklayabilecek,
·Bitki örtüsü belirleme üzerine yapılan Uzaktan Algılama projelerinin farklı aşamalarındaki analiz ve modelleme çalışmalarını irdeleyebilecek,
·Bitkilerin spektral yansıtımının, elektromanyetik spektrumun farklı dalgaboylarındaki, fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerini yansıtan, karakteristik dağılımını tanımlayabileceksiniz.
GİRİŞ:
Dünyadaki diğer ülkeler göz önünde bulundurulduğunda, ülkemizin çok şanslı bir coğrafi konumda olduğu kıskanılacak bir özelliktir. Dört mevsimi yaşıyor olmamız, tarımın tam anlamı ileuygulanabileceği anlamına gelmektedir. Ekilmeden önce planlamada, ekildikten sonra sürecin takip edilmesinde ve ürün alınma aşamasında rekolte hesaplanmasında, ürün toplandıktan sonra da tarımın toprak üzerindeki etkilerinin belirlenmesinde ve bunun gibi bir çok aşamalarda uzaktan algılama sistemleri etkin olarak kullanılabilmektedir.
Bitki örtüsü ve orman alanları, bir ülkenin önemli hazinelerindendir. Bu alanların sınıflandırılması, takibi ve gelişimine yönelik planlamalar, öncelikli uygulama alanlarıdır. Bu uygulamaların her aşamasında uzaktan algılama sistemleri, projelerin vazgeçilmez parçalarıdır.
HARİTA ELEMANI OLARAK BİTKİ
Çalışma alanındaki harita elemanları içinde, algılayıcı ile algılanan cisimler arasında görüntünün kalitesini olumsuz yönde etkileyecek nesnelerin yer almaması tercih edilir. Farklı türleri belirgin özelliklere sahip olan ve kendine özgü tipik yansıma karakteristikleri gösteren bitkiler, Uzaktan Algılama yöntemleri ile kolayca tanınıp, haritalanabilir. Bitkiler de diğer cisimler gibi, kaynaktan gelen ışınları yansıtır, yayar, soğurur veya saçarlar. Yansıma ve soğurulma olayları, çeşitli dalga boylarındaki ışınlarda farklılık gösterir. Bitki türlerindeki morfoloji, su içeriği, yaprak yüzeyi ve pigmentlerindeki farklılık, farklı tipte yansıma karakteristikleri göstermelerine neden olmaktadır. Yaprağın morfolojik yapısı, yaprak yüzeyinin parlak veya mat, tüylü yada düz olması, bitkinin boyu, iğne yada geniş yüzeyli yapraklara sahip olması gibi değişkenler, elektromagnetik enerjinin bitkilerden yansıma etkileşiminde etkili iç faktörlerden bazılarını oluşturur (Şekil 5.1)
Bitkilerden ışığın yansımasını etkileyen önemli dış faktörler ise; bitkideki besin elementinin eksikliği, yapraklarda meydana gelen aşırı su kaybı, bitki hastalıkları, toprağın tuzluluğu, güneş ışınlarının geliş açısı gibi etkiler olarak örneklendirilebilir. Bitkilerde normalden daha az ve daha küçük hücre gelişimine neden olan en büyük etken, aşırı tuzluluktur. Görülebilir dalga boylarında ışığın absorplanması bu tür bitkilerde daha fazla olduğundan, yansıma daha azdır.
Bitki Örtüsünün Spektral Özellikleri: Bitki örtüsünün spektral yansıtımı, dalga boyuna bağlı olarak değişim göstermektedir. Pigmentasyon, fizyolojik yapı ve su muhtevası, bitki örtüsü için yansıtmada, yutulmada ve geçirimde önemli etkiye sahiptir (Şekil 5.2).
Görünür bölgede, bitkilerin içerdiği pigmentler (klorofil-a ve b, beta karoten, ksantofil vb.), fotosentez için gelen enerjiyi yutar. Pigmentler içinde en önemlisi klorofildir. Yutulma, yeşil bölgede daha az olduğundan, sağlıklı yapraklar gözümüze yeşil renkte görünür. Her dalgaboyunda gelen elektromagnetik enerji, bitki ile etkileştiğinde, Kırmızı (K) ve Mavi (M) dalgaboyu bitki tarafından absorbe edilerek geri yansıtılmaz. Kızılötesi (KÖ) dalgaboyunun çok büyük kısmı bitki tarafından derinlerdeki hücre katmanlarına kadar nüfuz eder, hatta çok küçük bir kısmı yaprağı geçer ve bir kısmı da yaprağın derindeki hücrelerinden geri yansıyarak geldiği ortama döner. Elektromagnetik dalganın, bitki açısından en önemli dalgaboyu Yeşil’dir (Y). Yeşil dalgaboyu, yüzeydeki hücrelerden geri yansıyarak algılayıcılara gelir. Bitki yeşil dalgaboyunu çok büyük oranda geri yansıttığı için bitkiyi yeşil algılarız (Şekil 5.3).
Elektromagnetik spektrumun yakın kızıl ötesi bölgesinde, bitkiler açısından yansıtımı etkileyen en önemli faktör, yaprağın fizyolojik yapısıdır. Yaprak pigmentlerinin ve fizyolojik yapının ortak etkisi, bütün sağlıklı yeşil yapraklara karakteristik yansıtma özelliği kazandırır. Türler arasında yaprak yansıtımındaki önemli farklar, hem pigment içeriğini, hem de fizyolojik yapıyı etkileyen yaprak kalınlığına bağlıdır. Yapraktaki klorofil, yaklaşık olarak 0,45 ile 0,65 μm arasındaki dalga boyu bantlarından gelen enerjinin çoğunu yutmaktadır. İki klorofil-yutma bandı arasındaki dalga boylarında ilişkisel yutma kaybı, yaklaşık 0.54 μm de bir yansıtım tepe noktası oluşmasına neden olur. Bu yeşil dalga bölgesidir. İşte bu dalga boylarındaki düşük yutulma; normal, sağlıklı yaprakların gözümüze görünmesine neden olur. Eğer bir bitki stres altında ise ve klorofil üretimi azaldıysa, klorofil-yutma bantlarında daha az yutulma olmakta ve özellikle spektrumun kırmızı bölgesinde daha fazla bir yansıtıma sahip olacaklarından, sarımsı veya "klorotik" renkte gözükmektedir. Bu bölgede bitki yapraklarındaki pigmentlerin ışığı fazla soğurmaları nedeniyle düşük yansıma olmaktadır, bu nedenle 0,4–0,7 μm bölgesi pigment soğurma dilimi olarak tanımlanır. Soğurma özellikle mavi ve kırmızı ışığın bitki yapraklarında gerçekleşen fotosentez işleminde kullanılmasından ileri gelmektedir. Yeşil dalga enerjisinin önemli bir miktarı ise geri yansıtılmaktadır. Bunun sonucu olarak, yaşayan bitkiler yeşil görünmektedir. Klorofil dışında ilgilenilen diğer pigmentlerden Karotenler ve ksantofiller (sarı pigmentler) genellikle yeşil yapraklarda bulunur, ancak spektrumun mavi bölgesinde bir yutma bandına sahiptir. Bir bitki yaşlandıkça klorofil genellikle kaybolur. Bu da karotenlerin ve ksantofillerin dominant olmasına neden olur ki ağaç yapraklarının sonbaharda sarı renk almasının temel nedeni budur. Aynı şekilde sonbaharda klorofil üretimi azaldığında bazı ağaçlar fazlaca antosyanin üretir ve bunun sonucunda da yaprakları açık kırmızı görünüm alır (Şekil 5.4).
Yakın ve orta kızıl ötesi bölgede 1.4mm, 1.9mm ve 2.7mm civarındaki birincil ve 0.9mm ve 1.1mm civarındaki ikincil yutulma bantlarının sonucu olarak, yaprak yansıtımı azalır. Spektrumun bu bölgesinde soğurulma çok az, yansıma çok yüksek olduğundan, bitki türüne bağlı olarak, yansıma oranı (%30–70) değişmektedir. Geri kalan enerjinin yüksek bir miktarı ise yaprak içine iletilir. Soğurulma ise spektrumun bu bölgesinde minimum olmaktadır. 0,3–1,3 μm dalga boyları arasında bitkiden yansıma, daha çok bitki yapraklarının içyapısından etkilenmektedir. Bitki türlerinin iç yapı yönünden önemli farklılıklar göstermesi nedeniyle, bu bölgedeki yansıma ölçümleri, görülebilir dalga boylarında aynı görülen bitki türlerini dahi ayırt etmeye olanak sağlar. Sağlıklı yeşil bitki örtüsü, yakın kızılötesi bölgesinde (0,7–1,3 μm), görünür dalga boyları ile karşılaştırıldığında,
·çok yüksek yansıtım (yaklaşık: %45'den %50'ye kadar),
·çok yüksek geçirgenlik (yaklaşık: %45'den %50'ye kadar) ve
·çok düşük yutulma (%5'den az) ile karakterize edilmektedir
Bitki yapraklarının iç (hücre) yapısı çok karmaşıktır. Yakın kızılötesi bölgesindeki yansıtımı kontrol altında tutan en önemli etken bu içyapıdır. Yaprak yapısı bitki türleri için çok farklılık gösterdiğinden, buna bağlı yansıtmadaki farklılıklardan yararlanılarak türleri ayırt etmek mümkün olmaktadır. Ayrıca hücre yapısındaki herhangi bir bozulma veya değişiklik yansıtma özelliğini de değiştirdiğinden, bitki hastalıklarını da saptamak kolaylaşmaktadır.
1,3μm’den 0,7μm’ye doğru spektrumun yakın kızılötesi bölümünden görünür bölgeye gitmekte olduğumuz için, sağlıklı vejetasyonda meydana gelen yansıma artmaktadır. 0,7–1,3μm’deki bitkilerin yansıma oranları, birinci olarak bitki yapraklarının iç yapılarından olmaktadır. Bu yapı, bitki türlerinde oldukça değişken olduğu için, yansımanın bu bölgede ölçülmesi, bitki türleri arasındaki tanımlamaları kolaylaştırmaktadır. Burada görünür bölgedeki dalga boyları çok benzer olsa bile, bu işlemler çok kolay gerçekleştirilmektedir. Benzer şekilde, bitkilerin çoğu bu bölgede yansımalarını çok değişik şekillerde yapmaktadır ve alıcıların bölge düzenlemeleri sık sık vejetasyon etkilerini belirlemede kullanılmaktadır. Dalga boylarının 1,3μm’deki enerjisi boyunca yaprakların yansıması genellikle toplam olarak yaprak içerisinde bulunan su muhtevası ile ilişkili olmaktadır. Bu toplam değer yaprağın hem içeriğinin hem de kalınlığının bir fonksiyonudur.
Çok sayıda yaprak tabakası, tek bir yaprak yansıtımı ile karşılaştırıldığında, spektrumun yakın kızılötesi bölgesinde (%85’e kadar) daha yüksek yansıtıma neden olur. Bunun nedeni toplamsal yansıtımdır. En üstteki yaprak tabakasından geçirilen ve ikinci bir tabakadan yansıyan enerji, ilk tabakadan kısmen tekrar geçirilir. Örneğin, kendisine gelen yakın kızılötesi enerjinin %50'sini yansıtan ve yaklaşık %50'sini geçiren bir yaprak göz önüne alınırsa; geçirilen enerji, ikinci yaprak tabakasına gelir ve burada bunun yarısı (ilk enerjinin %25'i) tekrar geçirilir ve yarısı da yansıtılır. Daha sonra bu yansıyan enerji, bu enerjinin yarısını (yani orijinalinin %12,5'i) geçiren ve yarısını yansıtan en üst yaprak tabakasından tekrar geçer. Bu iki tabakalı örnekte, en üst yaprak tabakasından gelen toplam enerji, içeri giren enerjinin %65’i olmaktadır.
Orta kızıl ötesi bölgede yansıtım, su miktarına ve yaprak kalınlığına bağlıdır. Su miktarı arttıkça, yansıtım azalmakta ve yutulma artmaktadır. Orta kızılötesi bölgesinde (1,3–2,7 μm) bitkilerin su muhtevası spektral yansımaya etki eder. 1,4μm; 1,9μm; 2,7μm yakınında oluşan güçlü su yutma bantları, yeşil bitki örtüsünün spektral duyarlılığında baskındır. Yansıma eğrisi bu kısımlarda çukurluklar gösterir. Orta kızılötesi dalga boylarında yansıtım, tepe noktaları ve su yutma bantları arasında, yaklaşık 1,6μm ile 2,2μm de oluşur. Gelen güneş enerjisinin bitki örtüsü tarafından yutulma derecesi, yaprakta bulunan su miktarının bir fonksiyonudur. Yansıtma ile yapraktaki su içeriği ters orantılı olup, su içeriği de yaprak kalınlığı ile orantılıdır. Yaprakların nem oranı azaldıkça, orta kızıl ötesi bölgesindeki yansıtım artar. Yapraklar nem kaybettikçe hücre yapılarında oluşan değişim yakın kızılötesi yansıtımı da etkiler. Bu bölgede bitki örtüsü üzerine gelen enerji esas olarak ya yansıtılmakta yada soğurulmaktadır. Bitki dokuları içinde iletimi ya çok az olmakta yada hiç olmamaktadır. Yansımada azalmanın 1,4–1,9 ve 2,7μm dalga boylarında bitki yapraklarında bulunan suyun, gelen enerjiyi ileri derecede soğurması söz konusudur. Soğurmanın meydana geldiği bu bantlar arasında yer alan 1,6–2,2μm dalga boylarında yansıma en üst düzeye çıkmaktadır. Spektrumun bu bölgesinde yansıma, yaprakların toplam su yüzdesi ile yakından ilişkilidir. Bu toplam su yüzdesi yaprağın hem kalınlığı, hem de nem içeriğinin bir fonksiyonudur.
İç Faktörler; Yakın kızılötesi bölgesinde soğurulacak enerji, yaprak sıcaklığının proteinlerin zarar görebileceği düzeye kadar yükselmesine neden olur. Bu aşamada yaprağın morfolojik yapısı, yakın kızılötesi bölgesinde bitki örtüsü üzerinden elektromagnetik dalganın yansımasını etkileyen asıl faktör halini alır ve elektromagnetik spektrumun yakın kızıl ötesi bölgesinde çok az soğurulma meydana gelir. Bitki enerjiye ihtiyacı olduğu yerde soğurma yapmakta, buna karşılık aşırı ısınmayı önlemek için yakın kızılötesi ışınlarını yansıtmaktadır. Aynı bitki üzerinde farklı derecede yansıma gösteren yaprakların morfolojik yapısı da farklıdır. Bitkinin yaşlı alt yaprakları, genç yapraklara göre daha az yansıma yapmaktadır. Bu yaprakların morfolojik yapıları da birbirinden faklıdır. Yaprak yüzeyinin parlak, mat veya tüylü olması da yansımayı etkiler. Vejetasyon türlerinin farklı morfoloji, su içeriği, yaprak yüzeyi ve pigmentleri olduğundan birbirinden bağımsız olarak faklı tipte spektral yansıma tipleri vardır (Şekil 5.2).
Dış Faktörler; Bitkinin yaşadığı ortam koşulları, bitki yaprağının morfolojisini, su içeriğini, yüzey özelliklerini etkilemektedir. Bu etkileşim yapraklardan olan yansımanın optimum koşullarda meydana gelen yansımadan daha farklı olmasına neden olur. Yapraklardan olan yansımayı etkileyen dış faktörlerin en önemlileri yapraklardan aşırı su kaybı ve bitki besin elementlerinin noksanlığı olarak özetlenebilir.
Yapraklardan Aşırı Su Kaybı; Toprağın nem içeriği ile doğrudan ilişkili bir faktördür. Bitkilerin topraktan ihtiyacı olan suyu karşılayamadığı durumlarda noksanlık söz konusudur. Bu da yansımayı etkilemektedir. Bu etki yakın kızılötesi dalga boylarında hafif yansımanın artması şeklinde görülürken, 1,5μm'nin üzerinde yansımada önemli bir azalma söz konusudur. Yaprakların oluştuğu devredeki nem durumu da, bu yapraklardan olan yansımada etkili olmaktadır. Yüksek nem koşullarında oluşmuş bir yaprak, bütün dalga boylarında daha az yansıma gösterirken, düşük nem koşullarında gelişmiş olan yapraklardan daha fazla yansıma olmaktadır.
Bitki Besin Elementlerinin Noksanlığı; Bitkide besin elementlerinin noksanlığı, yapraklarda kloroz görülmesine, sararmasına, su noksanlığına, çiçeklerde renk değişikliğine ve diğer anormal oluşumlara neden olur. Örneğin demir noksanlığında yapraklar sararır, magnezyum noksanlığında damarlar arası renk kaybolur ve bazı bitkilerde kıvrılmalar olur. Azot noksanlığında genç yapraklar sararırken, fosfor noksanlığında yaprak önce koyu yeşil renk alır, sonra bronzlaşır ve normal büyüklüğüne ulaşamaz. Bitki besin elementlerinin noksanlığı yanı sıra, aşırı ve dengesiz miktarda bulunması da yapraklarda anormal gelişmelere neden olmaktadır. Bitki besin elementleri noksanlığı veya fazlalığı sonucu ortaya çıkan klorozlar, doğrudan bitkilerin spektral yansıma karakteristiklerini de etkilemektedir.
Genel olarak yapısal ve elementel geometri, yaprakların geçirimi, yaprak tabakalarının sayısı, bitki üzerindeki yaprakların dizilimi ve arka plandaki toprak ve jeolojik yapının karakteri, yansıtımı etkileyen en önemli faktörlerdendir.
Görünür bölgede, bitki örtüsünün güneş enerjisinin büyük bir kısmını yutması ve enerji dengesine bağlı olarak ısıl bölgede yayım yapması nedeni ile, elektromagnetik spektrumun ısıl kızıl ötesi bölgesinde bitki örtüsü ısıl özellikleri, suyun veya toprağın özelliklerine kıyasla daha karmaşıktır. Bitki örtüsünün sıcaklığı, geniş yüzey alanına ve yüksek terleme oranına bağlı olarak değişir. Bitki örtüsü kendisini çevreleyen topraktan 30 kat daha fazla bir ışıma oranına sahiptir. Elektromagnetik spektrumun ısıl bölgesinde yapılan Uzaktan Algılama çalışmalarında; toprak sıcaklığı, algılayıcı açısı, bitki örtüsü tipi ve bitki örtüsünün nem içeriği gibi değişkenler üzerinde titizlikle durulmalı ve analiz ve modelleme çalışmalarında gözönünde bulundurulmalıdır.
Elektromagnetik enerjinin bitkiler tarafından soğurulduğu ve uydu görüntülerinde koyu renk göründüğü elektromagnetik dalga bant aralığı kırmızı banttır. En geniş yakın kızılötesi bant aralığı Landsat uydusuna aittir (Tablo 5.1). Yakın kızılötesi bant aralığının diğer uydulardan daha geniş olması nedeni ile Landsat uydusu, bitkiler üzerinde yapılan Uzaktan Algılama çalışmalarında tercih edilmektedir. Landsat uydusunun görünür bölgede 3 bandı (kırmızı, yeşil, mavi), yakın, kısa dalga, orta ve ısısal kızılötesi bölgede birer bandı olmasına karşılık, SPOT ve IRS uydularında görünür mavi, orta ve ısısal kızılötesi bantlara yer verilmemiştir. IKONOS uydusunda, görünür mavi bant olmasına karşılık, kısa dalga kızılötesi bant yer almamıştır. Bu bakımdan farklı uydularda yakın kızılötesi ve görünür kırmızının bulunduğu bant numaraları farklılık göstermektedir. MSS algılayıcılı Landsat uydusunda ise bantlar 4 5 6 7 olarak numaralandırılmıştır.
1986 yılından sonra kullanıma sunulan uydular, Landsat serisi uydulara kıyasla çözünürlük açısından çok daha iyidir. 2002 yılı Şubat ayından itibaren faaliyete geçen QuickBird uydusu ve 2002 yılı Mayıs ayında fırlatılan SPOT 5 uydusu, 2,5m çözünürlük ile yakın kızılötesi ve kırmızı bantlarda bitki örtüsü algılanması çalışmalarında önemli gelişmeler kaydetmiştir.
Bitki Analizleri: Yakın kızılötesi ve görünür kırmızı bantları arasındaki zıtlığı artırmak veya iki banttaki bilgiyi tek banda sıkıştırarak bitki varlığını incelemek üzere Denklem 5.1’de verilen normalize fark bitki indisi ve Denklem 5.2’de verilen bant oranlama yöntemi kullanılmaktadır.
Analiz, modelleme ve haritalama çalışmalarında önemli bir bilgi olan bitki indisi, bir çok farklı yöntem ile belirlenir ve elde ettiğimiz bitki indisi bilgileri, yeşil bitki örtüsü karakteristiğini ortaya çıkarır. Bitki indisi kullanılarak elde edilen haritalar sadece bitkilerin yoğun olduğu alanları değil, bunun yanısıra bitkinin zayıf olduğu veya bitkisiz boş alanları da haritalamamızı sağlar. Elde edilen bitki indisi değeri ne kadar 1 değerine yakın olursa, bitkinin kuvvetli olduğu, 0 değerine yaklaştıkça bitki örtüsünün yok olduğu, negatif olduğunda ise ilgili alanların tamamen bitkisiz olduğu anlamına gelmektedir. Nehir, göl gibi su yüzeylerinde bitki indisi değerlerinin çok düşük olacağı kesindir. Aynı durum, yerleşim alanları, sanayi alanları, yol ağları gibi insan eliyle oluşturulmuş yapay alanlarda da geçerlidir
Bitki İndekslerinin Oluşturulması; Bitki indeksi, elektromanyetik spektrumdaki farklı dalga boylu yansıma değerlerine matematiksel işlemler uygulanarak bitki örtüsünün yoğunluğunu gösteren tek bir değerin elde edilmesi işlemleridir. Yüksek değerde bitki indeksine sahip pikseller sağlıklı bitki örtüsünü gösterir. Bitki örtüsünün güçlü yansıma özelliği gösterdiği, farklı dalga boyundaki bantlar arası işlemler sonrası görüntü zenginleştirilmiş olur. Aşağıda bazı vejetasyon indeksleri için ayrıntılı örnekler verilmiştir.
Vegetation Index (Bant Oranlama indeksi)
Bitki indekslerinin en basit şeklidir. Multispektral tarayıcılar tarafından alınan bitki örtüsüne ilişkin görüntülerin, farklı spektral bantta iki dijital değer arasındaki orandır. Bant oranları, iki spektral bant arasında tersine ilişki olduğunda bazı gizli bilgilerin ortaya çıkmasını sağlar. Diğer taraftan topoğrafyada meydana gelen gölge etkisini giderir. Bu oranlama yöntemi ile, bitki örtüsünün genel sağlığı, toplam biyo-kütle, klorofil içeriği, arazi yüzeyini kaplayan vejetasyonun oranı gibi vejetasyon karakteristiklerini değerlendirmek için kullanılır.
Vegetation Index;
Bitki örtüsünün spektral davranışı, yakın kızılötesi ve kırmızı bantlarla ilişki içindedir. Kırmızı banttaki yansıyan ışık, bitkideki klorofil tarafından yutulurken, yakın kızılötesi ışık mezofil tarafından güçlü bir şekilde yansıtılır. Böylece oran (VI), sağlıklı bitkiler için yüksek olur, bu aşamada sağlıklı ve sağlıksız bitki örtüsü ayrımı kolaylıkla yapılır. Özellikle ormancılık, ziraat ve jeoloji gibi yerbilimleri araştırma uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
Normalized Difference Vegetation Index (Normalize Edilmiş Bitki İndisi)
Uygulamalarda çok çesitli bitki indeksleri kullanılmasının yanında genellikle farklı zamanlı görüntüler için topoğrafik ve atmosferik etkiden arındırılmış Normalize Edilmiş Bitki İndeksi kullanılır. Yakın kızılötesi ve görünür kırmızı bantları arasındaki zıtlığı artırmak veya iki banttaki bilgiyi tek banda toplayarak, bitki varlığını incelemek üzere normalize edilmiş bitki indisi formüle edilir.
Normalize edilmiş bitki indisi değerleri veya yakın kızılötesi bandı, kırmızı bantla oranlayarak elde edilen sonuçlar, yeşil bitki örtüsüyle ilgili bilgiyi verdiği gibi, bitkinin zayıf olduğu veya bitkisiz boş alanları da belirlemektedir.
Ayrıca bitki indisi;
·1 değerine ne kadar yakın olursa, bitkinin kuvvetli olduğunu,
·0 değerine yaklaştıkça bitki örtüsünün yok olduğunu,
·negatif olduğunda ise alanların kesinlikle bitkisiz olduğunu
göstermektedir.
Nehir, göl gibi su yüzeylerinde bitki indisi değerlerinin çok düşüktür. Aynı durum, yerleşim alanları, sanayi alanları, yol ağları gibi insan eliyle üretilmişyapay alanlar içinde geçerlidir. Normalize edilmiş bitki indisi, yeşil bitkilerin pikseli tamamen kapladıkları zaman yüksek, hiçbir yeşil bitki olmadığı zaman ise düşüktür. Normalize edilmiş olması, farklı güneş açısı etkilerini de ortadan kaldırır.
Difference Vegetation Index (Bitki Ayrım İndeksi)
Yakın kızılötesi yansımadan, görünür kırmızıyı çıkarmakla elde edilir. Yakın kızılötesi ve görünür kırmızı yansıma değerleri ölçümleri çok hassastır ve toplanmaları ile normalleştirilmez.
Liquid Water Content (Hareketli Su İçeriği)
Hareketli suyun karışımda olduğu bir materyalin oranıdır. Genellikle ağırlık yada hacimsel olarak ifade edilir.
T; toplam materyal, W; Su, A; Hava, S; Katı ve x, y, z; katsayılar. Suyun katı ve sıvı alt bölümleri olabilir. LWC, 1 eşitliği ile gösterilir.
Leaf Area Index (Yaprak Alanı İndeksi)
Her bir arazi parçası için yeşil yaprak alanının oranı olarak ifade edilir. Bu indeks besin zinciri, fotosentez, transpirasyon, respirasyon, verimlilik göstergesi gibi pek çok biyolojik ve fiziksel yöntemlerde kullanılan önemli bir parametredir. Yaprak Alanı İndeksi, orman yangınlarının etkileri yada ormansızlaşma gibi arazi özelliklerini tanımlamada da kullanılır. Vejetasyon sağlığını ölçme şekli olarak kullanılan; Green Leaf AreaIndex, bitkisel materyalin gelişim durumunu ölçmede kullanılan; Greenness, birim alandaki yaprak ağırlığı veya hacmi için suyun toplam miktarı ve vejetasyonun enerji dengesi, transpirasyon potansiyelini tahmin etmekte; Leaf Water Content Index gibi ayrıca önemli bitki indeksi parametreleri kullanılır.
Yaprak dökmeden her mevsim yeşil kalan orman alanları, uydu görüntülerinden türetilen bitki indisi görüntülerinde, yüksek bitki indisi değeri verir. Yaprağını döken bitki örtüsünün yapraklarının döküldüğü mevsimde alınan uydu görüntülerinden oluşturulan bitki indisi görüntüsünde düşük indis değeri görülür.
Uzaktan Algılama Çalışmalarında Bitki Analizleri; Bitki indisi kullanılarak yapılan analiz ve modelleme çalışmalarından elde edilen sonuçlar, çalışma alanının bitki örtüsü ve arazi kullanım haritalarının üretilmesine gerçekçi bir değer katmaktadır. Bitki varlığı, içinde bulunduğu toprak yapısı, coğrafya, jeoloji ve mevsimsel değişim gibi değişkenlere hassas bir şekilde bağlıdır. Özellikle bitkilerin belirli zaman dilimlerinde gösterdiği karakteristik özellikler vardır. Örneğin, bir bitkiyi veya tahıl ürününü belirlemek için, bu ürünün ekildikten sonra yeşerdiği veya yeşil kaldığı aylarda kaydedilmiş bir uydu görüntüsü, ilgili proje kapsamında değerlendirilmelidir. Ülkemizde buğday, arpa gibi tahıl ürünleri, Nisan ve Mayıs aylarında yeşermekte oldukları için bu aylarda kaydedilmiş bir uydu görüntüsüyle bu alanlar üzerinde çalışılmalıdır. Uydular, yeryüzünün yaklaşık 700 km yukarısından görüntü kaydettikleri için, bulut ve bulut gölgesi altında kalan alanlardan tatmin edici bilgi elde etmek güç olmaktadır. Ürün özelliğini kaybetme aşamasında, sararmak üzereyken, havanın açık olduğu zamanda alınan görüntü, proje çalışmalarına dolaylı yoldan katkı sağlamaktadır. Akdeniz bölgesinde olduğu gibi, farklı mevsimlerde farklı ürün yetiştirilen bölgelerde ise, farklı mevsimlerde kaydedilmiş uydu görüntüleri kullanılarak, farklı ürünlerin belirlenmesi çalışması yapılabilir. Yaprak dökmeden her mevsim yeşil kalan orman alanları, farklı mevsimlerde kaydedilmiş uydu görüntülerinden türetilen bitki indisi görüntülerinde, yüksek bitki indisi değerleri verir. Bir mevsimde belirli bir ürün hasat edilip, arazi yıl boyu dinlenmeye bırakılıyorsa, bu durum, ürünün yeşerdiği mevsimdeki bitki indisi görüntüsünde yeşil alan, hasat edildiği mevsimdeki görüntüde ise bitkisiz boş alan olarak belirlenir.
Ülkemizde bazı tarım alanları bir yıl ekilmekte, bir yıl ise nadasa bırakılmaktadır. Bu alanlar, ekili olduğu yılın uydu görüntüsünde bitkili alan, nadasa bırakıldığı yılda ise bitkisiz boş alan olarak belirlenir. Mera alanları ise otlatma sıklığına bağlı olarak orta ile zayıf arası bitki örtüsüne sahip olur. Eğer, meralar otlatıldıktan sonra kendini toparlamak amacıyla dinlendiriliyorsa, mevsimsel olarak fazla bir değişim göstermez. Aynı durum, şehirlerde bırakılmış park alanları, çayırlar, oyun ve mesire alanları için de geçerlidir.
Farklı arazi kullanımlarını belirlemek için bitki indisi görüntüsü bir ön hazırlık olarak kullanılabilir. Proje çalışmalarının farklı aşamalarında farklı teknikler kullanılmaktadır. Örneğin farklı arazi kullanım tiplerini temsil eden örnek alanların bilgisayar ekranında gözle yorum yaparak belirlenmesi. Yapay olarak renklendirilmiş uydu görüntüsü, bilgisayar ekranına bir görüntü işleme yazılımı aracılığı ile, yakın kızılötesi bant yeşil, görünür kırmızı bant mavi, diğer herhangi bir bant ise kırmızı renk bileşeni olarak kullanılıp ekrana görüntü olarak getirilebilir. Bu bant seçiminden amaç, bitki örtüsünün yakın kızılötesi banda duyarlı olması özelliğini bilgisayar ekranına taşımak, bitkileri parlak yeşil olarak sergileyerek gözle yorumlanmasını kolaylaştırmaktır.
Denetimli sınıflandırma tekniği ile, gözle birbirine benzetilen örnek arazi örtüsü çeşitleri farklı sınıfları temsil etmek üzere değişken olarak kullanılabilir. Bu aşamada, biçim tanıma amaçlı sınıflandırma programı da örnek alanlarda hesapladığı istatistiksel verileri kullanarak bütün görüntüde örnek alanlara benzeyen bölgeleri, o alanların atandığı sınıfa atar. Örnek alanlar, uydu görüntüleriyle coğrafi bilgileri çakıştırmayı amaçlayan bir yer gerçeği belirleme çalışması esnasında araziye götürülen kağıt üzerine basılmış uydu görüntüsüne işaretlenir veya GPS ölçüm değerleri toplanarak laboratuvar çalışması kapsamında hava fotoğrafına, haritaya veya uydu görüntüsü üzerine koordinatlı olarak işlenir. Belirlenen örnek test alanlarındaki harita elemanı statüsündeki cisimler, UTM koordinatları, GPS küresel konum belirleme aleti kullanılarak detaylandırılır. Elde edilen coğrafi bilgiler, laboratuvar çalışması aşamalarında yapılacak geometrik düzeltme teknikleri ile sayısal harita kapsamında değerlendirilir. Farklı arazi kullanım çeşitlerini simgeleyen sınıfların ne kadar bitki yoğun olduklarını tahmin edebilmek için sınıf ortalama nitelik değerleri temel olarak alınarak her sınıfın ortalama bitki indisi değeri hesaplanır. Bu bilgiler aracılığı ile, bir kümenin ne kadar bitki yoğun olduğu bilgisi elde edilir.
Orman Alanları Üzerine Çalışmalar: Uzaktan Algılama çalışmaları kapsamında çok fazla uygulama imkanı bulunan projelerin başında, orman sahaları üzerinde gerçekleştirilen çalışmalar gelmektedir. Bunlardan biri olan yetişme ortamı verileri, ormancılık sektörünün, orman kadastrosundan silvikültürel planlamalara kadar geniş yelpazede en önemli bilgi altyapısını oluşturmaktadır. Sürdürülebilir ormancılık için yetişme ortamı özelliklerinin belirlenmesi, sınırlandırılması ve haritalara bağlanması gerekir. Ekosistem tabanlı ormancılık çalışmaları ile orman ekosisteminin dengeli bir şekilde varlığını sürdürmesi de yine yetişme ortamı özelliklerini, yaşama birliğini ve bu birliği oluşturan canlı toplumların bilinmesine bağlıdır. Yetişme ortamı özellikleri araştırılıp ortaya konulmadan, modern ve teknik anlamda bir planlamanın mümkün olamayacağı, doğaya uygun bir orman işletmeciliğinin yapılamayacağı, ormanların gerçek verim gücü, hasılat ve büyüme ilişkilerinin ortaya konulamayacağı, amenajman planları ile silvikültür planları arasında çelişkilerin giderilemeyeceği ve ormanların gerçek anlamda fonksiyonlarının uygulanmakta olan yöntemlerle belirlenemeyeceği bir gerçektir. Bu aşamada Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri teknikleri kullanımı kaçınılmazdır.
Sürdürülebilir ormancılık çalışmalarını yürütebilmek için, yetişme ortamını iyi tanıyarak bu ortamın yetiştirme gücünden devamlı ve en yüksek verimi alacak şekilde yararlanmak gerekmektedir. Yetişme ortamı faktörlerini bilmeden ormanların planlaması, silvikültürel uygulamalar, ağaçlandırma ve erozyon kontrol çalışmalarının yapılabilmesi bir hayli zordur. Ormancılıkta silvikültür planlarının başarı derecesi doğrudan yetişme ortamı koşullarının bilinmesine ve tanınmasına bağlıdır. Üstelik yetişme ortamı envanteri yalnız ağaç türü seçimi için değil, ormana uygulanacak bütün silvikültürel müdahaleler için gerekli temel esasları verir. Silvikültürel kararlarda (tür seçimi, gençleştirme yöntemi ve bakımı) etkili olan en önemli faktörlerin yetişme ortamı özellikleri olduğu bir gerçektir.
Ekosistem tabanlı çok amaçlı planlama yaklaşımı orman ekosistemi içindeki bütün öğeleri dikkate alan ve ormanları ekolojik, ekonomik ve sosyo-kültürel değerleri ile planlayan bir planlama yaklaşımıdır. Bu planlama yaklaşımı ile yapılacak orman amenajman planlarında yetişme ortamı verim gücünün gerçek anlamda belirlenmesi gerekmektedir. Söz konusu bu planlama yaklaşımında yetişme ortamı verim gücünün belirlenememesi halinde ormanların gerçek anlamda görebileceği fonksiyonlar belirlenemeyecek, faydalanmanın düzenlenmesi sekteye uğrayacak, uygulanacak silvikültürel müdahalelerde istenilen başarı seviyesine ulaşılmayacak ve ormanların sürekliliği tehlike altına girecektir. Ancak yersel ölçümlerle yetişme ortamı envanterinin ortaya konulması oldukça zaman alıcı, pahalı ve fazla işgücü isteyen bir çalışmayı gerektirmektedir. Buna karşın Uzaktan Algılama verileri ile kısa sürede daha düşük maliyetle başarılı sonuçlar elde edilmektedir. Meşcere tiplerinin yapısı ve dağılımı; yeryüzü şekli, iklim, anakaya özellikleri, topoğrafik özellikler, toprak yapısı ve toprak nemi gibi parametrelerin belirlediği yetişme ortamı özelliklerine bağlıdır. Yetişme ortamı özelliklerinin belirlenmesinde ise toprağın su ekonomisi (yıl boyunca nem değişimi) en önemli parametreyi oluşturmaktadır. Yetişme ortamı için gerekli olan faydalanılabilir su miktarı arazide toprak profili açılarak alınan toprak örneklerinin laboratuarda incelenmesiyle belirlenmektedir. Elde edilen sonuçların diğer parametrelerle birleştirilmesiyle de toprağın su miktarı belirlenmekte ve bunun sonucunda yetişme ortamı özellikleri belirlenmektedir. Topraktaki su içeriğinin toprağın yansıtma özelliklerine önemli ölçüde etki etmesi nedeniyle, yetişme ortamı özelliklerinin belirlenmesi, az sayıda yersel ölçme yapılarak, uygun Uzaktan Algılama verileriyle belirlenmesi, istenilen sonuçlara daha kısa sürede ulaşılmasını sağlamaktadır.
Proje Çalışmalarında Gereklilikler; Doğal kaynakların bilinçsiz kullanımı, fiziki çevreyi geri dönüşü olmayacak şekilde değiştirmektedir. Dünyanın doğal dengesinin bozulması, doğanın yapısını bozarken, insan yaşamını da tehdit etmektedir. Dünyadaki doğal ve yapay değişimlerin izlenmesinde Uzaktan Algılama çalışmaları gün geçtikçe önemini artırmaktadır. Bitki örtüsü ve orman kaynaklarının Uzaktan Algılama metotları ile izlenmesi, değerlendirilmesi ve planlanması zorunlu hale gelmiştir. Bu sayede farklı özelliklerdeki uydu görüntüleri ile arazi kullanımı ve bitki örtüsünün sınıflandırılması kolaylıkla belirlenebilmektedir.
Uzaktan Algılama yöntemleriyle incelenecek alanın ekolojisi ve vejetasyonun dönemsel morfolojik ve fizyolojik özellikleri dikkate alınarak, en uygun bant kombinasyonunun seçilmesi, elde edilecek sonuçların doğruluğunu arttıracaktır. Bitki örtüsünün kendine has yansıma özellikleri içinde, elektromanyetik spektrumun yakın kızıl ötesi dalga boyunu çok güçlü olarak yansıtması, görülebilir ışık bölgesindeki dalga boylu ışınlarını (özellikle mavi ve kırmızı bölgesi) absorbe etme özellikleri, göz önünde tutularak yapılacak analiz çalışmalarında faydalı olacaktır.
Bitki örtüsünü oluşturan farklı bitki topluluklarının tür bileşimi, morfolojik yapıları, kapalılık oranı, yaprak boyutu, bitki besin elementleri, su içeriği gibi parametrelerden dolayı vejetasyonun gelen radyasyona karşı davranışı farklı olmaktadır. Bu özelliklerin bitki indeksleri oluşturularak Uzaktan Algılama yöntemleriyle ayırt edilebilir olması, bitki örtüsü analizleri için tematik haritalama ve sınıflandırma imkânı sunacaktır.
Milli Parklar, Tabiatı Koruma Alanları, Özel Çevre Koruma Bölgeleri, Sit Alanları gibi doğal ve korunması gereken alanların planlanmasında ve ileriye dönük stratejilerin ortaya konmasında ve yine doğa korumada öncelikli alanların belirlenmesinde, Uzaktan Algılama yöntemlerinin ve uydu görüntülerinin kullanılması, korunan alan yönetimi için daha rahat karar verme olanağı sağlayacaktır.
Orman yangınlarının etkileri ve sonuçları, ağaç hastalık ve böceklenmeleri gözetleme, ormansızlasma ve çöllesme (küresel ısınma) gibi güncel tehditlerin araştırılması ve izlenmesi bu yöntemler yardımıyla çok daha hızlı gerçekleşecektir.
Günümüzde çok çesitli özelliklerdeki uydu görüntülerinin kolaylıkla elde edilebilir olması ve bu görüntüler içerisinde en doğru ve kolay ayırt edilebilen öğe olan, bitki örtüsü analizlerinin ve değişimin izlenmesinde Uzaktan Algılama tekniklerinin kullanımının gerekliliği ve öneminin oldukça büyüktür.
UZAKTAN ALGILAMA İLE İLGİLİ FİZİK KANUNLARI
JEO MADENLER
YER YÜZÜ VE SIRLARI
JEOTERMAL ENERJİ
YER KABUĞU
