Ünite 3: Afet Yönetiminde Uzaktan Algılamanın Kullanımı

Afet Yönetiminde Uzaktan Algılama ve İlgili Temel Kavramlar

Uzaktan algılama, yer ile bir bağlantı olmaksızın, uzaktan yere ait çeşitli verilerin elde edilmesidir. Bu veriler, genellikle uçaktan hava fotoğrafı şeklinde veya uzaydan uydu görüntüsü olarak elde edilmektedir. Uzaktan algılama sistemleriyle görüntü temin etmenin, elde edilen verileri analiz etmenin ve anlamlı sonuçlara dönüştürmenin bazı temel adımları vardır (Şekil 3.1). Bunlar;

• Uzaktan algılamanın en temel elemanı enerji kaynağıdır, algılayıcılara gönderilmek üzere elektromanyetik enerji gerekir.
• Elektromanyetik enerjinin yeryüzündeki nesnelerle girdiği etkileşim ve geri yansıması sonucu elde edilen bilgiler bize nesnelerin yapısı hakkında bilgi sağlar.
• Kaydedilen veriler, bir yer istasyonunda sayısal olarak işlenir ve görüntüye dönüştürülür.

Afet yönetiminde görevli uzmanların amacı durumu izlemek, karmaşık doğa olayını mümkün olduğunca doğru bir şekilde simüle etmek ve böylece daha iyi tahmin modelleri geliştirerek gelecek için uygun stratejiler ortaya koymaktır.

Uzaktan Algılama Platformları

Uzaktan algılama platformları, uydu / uzay platformları ve hava platformları olarak ikiye ayrılır (Şekil 3.2). Uydular, optik algılayıcılı ve yapay açıklıklı radar algılayıcılı yer gözlem uydularıdır. Hava platformları ise yer gözlemi yapan uçak, helikopter, balon ve insansız hava araçlarıdır.

Uydu ve hava araçlarından alınacak görüntülerin birbirlerine göre avantajlı olduğu durumlar vardır. Uydular sayesinde, değişik spektrumlar (elektromanyetik ışınımın dalga boyuna göre dağılımı) kullanılarak geniş alanların görüntüleri alınabilir. Uyduların dünyanın herhangi bir noktasından yeniden görüntü alabilme süresine zamansal çözünürlük ya da yeniden ziyaret süresi denir. “Hava Araçları” boşluğu doldurarak anlık ve kısmen daha dar alanların görüntülerini elde edebilir. . Uydunun avantajı daha geniş alanların görüntüsünü sağlayabilmesidir. Fakat uydu görüntülerinin çözünürlüğü, genellikle hava araçlarıyla alçak irtifadan alınan görüntülere göre daha düşük olmaktadır.

Takım uydu: Görevi yerine getirmek üzere birbirlerine ihtiyaç duyan veya beraber çalışan birden fazla uyduya denir.

Hava araçlarını çok farklı şekilde sınıflandırmak mümkündür. Afet yönetimi kapsamında ihtiyaçlar dikkate alınarak hava araçları öncelikle insanlı ve insansız olarak iki ana kategoriye ayrılır.

İnsanlı hava araçları (uçak, helikopter), taşıma kapasitelerinin yüksek olması ve kullanım esnekliği gibi alanlarda diğer araç çeşitlerine göre avantaj sağlamaktadır.

Diğer taraftan hazırlık süresi ve aracı kullanan insanların tehlikeye maruz kalma ihtimali gibi dezavantajları bulunmaktadır.

NATO tarafından yapılan sınıflandırma temel alınarak hazırlanmış İnsansız Hava Aracı (İHA) "(kitabın 65. sayfasındaki Tablo. 3.1’de gösterildiği gibi) sınıflandırılmaktadır.

Sabit kanat hava araçları: Sabit kanat İHA’lar, hızlı ve düz uçabilen, geniş manevralarla dönüşler yapabilen, irtifa azaltma-artırma sırasında yatayda da ilerlemesi gereken (dikey iniş kalkış yapamayan) hava araçlarıdır. Kanatların kaldırma kuvveti sayesinde havada kaldığı için yakıt tüketimi az olan ve yaklaşık 1 saat havada kalabilen İHA’lardır.

Döner kanat hava araçları: Bu kategoride 4 motorlu (Quadkopter), 6 motorlu (Hexakopter), 8 motorlu (Oktokopter) ve tek motorlu (Helikopter) hava araçları vardır. Havada kalabilmesi için motorların sürekli çalışması gerekmektedir. Belirli bir noktada havada asılı kalabilmektedirler.

Algılayıcılar (Sensörler)

Afet ve acil durum analizleri, disiplinler arası bilgi birikimi ve ortak çalışma gerektiren bir alandır. Afetlerin öncesinde, anında ve sonrasında farklı yöntemlerin ve algılayıcılardan elde edilen verilerin kullanılması gereklidir.

Afet analizlerine ilişkin sıklıkla kullanılan algılayıcılar ve kullanımları tabloda "(kitabın 66. sayfasındaki Tablo. 3.2’de gösterildiği gibi) verilmiştir. Yapılan analizlerde yüksek çözünürlüğe sahip multispektral (çok bantlı) algılayıcılar yaygın olarak kullanılmakta olup ardından SAR (yapay açıklıklı radar) kullanımı gelmektedir.

Elektro – optik algılayıcılar

Uydu ve hava platformlarına yerleştirilen ve yeryüzünün çeşitli özelliklerini toplayan elektro – optik algılayıcılar, esasen yüksek irtifalardan yer hedefleriyle ilgili farklı bilgiler toplamak üzere üretilmiş, gelişmiş dijital fotoğraf makineleridir. Fotoğraf makinelerinin görüntü alma temelleriyle optik uzaktan algılamanın temelleri aynıdır ve elektromanyetik radyasyona (EMR) bağlıdır. EMR enerjinin (ışık, radyo dalgaları, ısı, ultraviyole ışınları ve X-ışınları) uzayda bir objeden diğer bir objeye transferini tanımlar. Uzaktan algılama bu prensipler üzerine çalışmaktadır.

Elektromanyetik spektrum ve elektro–optik algılayıcılarla ilgili bazı tanımlar

Elektromanyetik spektrum (tayf): Elektromanyetik ışıma, elektromanyetik enerjinin bir kaynaktan dalgalar olarak gelmesi olarak tanımlanabilir. Tüm objeler belli oranda enerji yayarlar ve başka objelerden gelen enerjileri yansıtırlar. Uzaktan algılamanın temeli objelerin emdiği ve yansıttığı bu enerjilerin ölçümüne dayanmaktadır. Elektromanyetik enerjinin transferi elektromanyetik dalgalar tarafından belirlenir.

Spektrum: Tayf. Renklerin, seslerin, mikrodalgaların ve radyo dalgalarının, belli bir değer kümesi ile sınırlanmadan birbiri ardına süreklilik içinde değişmesi durumudur.

Dalga boyu: Bir dalga örüntüsünün tekrarlanan birimleri arasındaki mesafedir. Yaygın olarak lamda (?) harfi ile gösterilmektedir. Dalga boyu frekans ile ters orantılıdır, dolayısıyla dalga boyu uzadıkça frekans azalır. Elektrooptik algılayıcılar tarafından üretilen görüntüler; radyometrik bilgi (parlaklık, yoğunluk, ton), spektral bilgi (renk), doku bilgisi ve mekânsal bilgi gibi bilgiler içerir. Mekânsal bilgi piksellerin (hücrelerin) görüntü düzlemindeki yerleri ve kendi aralarındaki yersel ilişkileri olarak tarif edilir. Bir pikselin spektral bilgisi o piksel için farklı dalga boylarında ölçülen radyans (ışıma, parlama) değeridir.

Piksel (hücre): Görüntünün en küçük birimidir. Dijital görüntüler yana yana gelen kare şeklinde pikseller topluluğundan oluşmaktadır. Aynı alanı kapsayan iki uydu görüntüsünden birinde, daha çok piksel varsa o görüntünün çözünürlüğü, netliği daha yüksektir.

Yapay açıklıklı radar algılayıcıları

Sentetik (yapay) açıklıklı radar (SAR), askeri ve sivil uygulamaları olan, gün ışığından bağımsız, hava koşullarından az etkilenen bir algılayıcıdır. Hareketli bir platform (uydu, uçak ya da İHA) üzerine yerleştirilen SAR algılayıcısı, mikrodalga sinyaller yayar ve geri yansımayı toplar. SAR görüntülemede, yansıyan sinyalden hedefin görüntüsü oluşturulur.

SAR görüntülerinin kullanıldığı ya da faydalanıldığı afet türleri;

• Deprem ve tsunami
• Sel baskını
• Endüstriyel kazalar

Veri Temini, Görüntü İşleme ve Kıymetlendirme

Uzaktan algılama verilerini elde etmek, işlemek ve sonuç ürünler üretmek, veri, bilgi birikimi (algoritma, yöntem), yetişmiş personel, donanım, yazılım içeriklerinin tümüne sahip olmayı gerektirmektedir.

Veri temini

Uzaktan algılama temelli analizler için öncelikle elde edilmesi gereken verinin kendisidir. Uydu görüntüleri birçok afet analizine çözüm olmaktadır. Fakat uzaktan algılamanın tek kaynağı değildir. Hava fotoğrafları uçak ya da insansız hava araçlarıyla elde edilmektedir.

Uydu görüntüsü veri kaynaklarının başında millî uydularımız gelmektedir. TÜBİTAK UZAY’ın tasarım, geliştirme, üretim ve operasyonlarında bizzat yer aldığı Türkiye’nin ilk yerli yer gözlem uydusu RASAT ve ilk sivil-askeri yerli yer gözlem uydusu Göktürk-2’nin ardından metre altı çözünürlükte görüntü alan işlevsel diğer elektro optik algılayıcılı uydumuz Göktürk-1’de Dünyanın yörüngesinde yerini almıştır. Her iki uydumuz, afet yönetimi de dâhil olmak üzere aşağıdaki konular kapsamında kullanılabilmektedir.

Afet izleme: Orman yangını izleme ve tahribinin haritalanması, su baskını haritalama ve büyük alanları kaplayan heyelan alanlarını haritalama, deprem sonrası bölgesel hasar analizi, afet yönetimi için güncel tematik verilerin oluşturulması.

Çevre: Orman tahribatının ve ormanlaşmanın izlenmesi, kıyılardaki değişimin izlenmesi, denizde petrol sızıntılarının belirlenmesi ve kirliliğin haritalanması, şehircilik ve planlama, kentsel gelişimin izlenmesi.

Görüntü İşleme ve Kıymetlendirme Analizleri

Uydu ve hava platformlarından elde edilen görüntüler genellikle doğrudan kullanmaya, analiz edilmeye uygun bir yapıda gelmezler. Görüntüleri, afet yönetimi kapsamında analiz etmeye hazır hâle getirmek için bazı ön işlemler yapılır. Uzaktan algılamada kullanılan çoğu görüntü işleme tekniğinin ilk safhaları geometrik ve radyometrik kalibrasyondur.

Geometrik kalibrasyon: Çekilen görüntülerin yeryüzü üzerinde nereye ait olduğunun bulunması için yapılan işlemler geometrik kalibrasyonun bir parçasıdır. Uydularda, yönelimi bildiren alt sistem parçaları geometrik olarak dünya üzerinde hangi noktaya hangi açı ile bakıldığı bilgisini sağlamaktadır. Görüntünün geometrik olarak doğruluğunun hassasiyetini arttırmak için yapılan bir işlem, görüntü üzerinde bazı noktaların seçilerek bu noktaların gerçek koordinat bilgilerinin bir uzaktan algılama programı vasıtası ile tanıtılmasıdır.

Radyometrik kalibrasyon: Kamera sistemi ile elde edilen verilerle, aslında nesnenin yansıttığı veya yaydığı ışınım / sinyal değeri arasındaki ilişkinin bulunması işlemidir.

Hava fotoğraflarının ve İHA görüntülerinin kullanımı: Hava fotoğrafları ve İHA görüntüleri, birbirleriyle bindirmeli olarak çekilen birçok görüntünün denkleştirilip birleştirilmesiyle kullanılır hâle getirilmektedir. Görüntü birleştirme olarak adlandırılan işlem için izlenen genel adımlar şu şekildedir:

• Fotoğrafların elde edilmesi,
• Fotoğrafların örtüşen kısımlarının üst üste getirilmesi (denkleştirilmesi)
• Dikiş işleminin yapılması

Değişim Analizi

Değişim analizi, yersel olarak aynı yere ait en az iki farklı zamanda aynı cins algılayıcıyla elde edilmiş görüntüler arasındaki değişimin incelenmesidir. Özellikle afet anı öncesi ve sonrası elde edilen verilerin otomatik olarak işlenerek veya görsel yorumlama yolu ile hasar analizlerinde etkin kullanımı sağlanabilmektedir.

Sınıflandırma Analizi

Afet yönetimi kapsamında uzaktan algılanan verilerin kıymetlendirilmesinde sınıflandırma analizleri önemli bir yer tutar. Bir uydu görüntüsündeki birden fazla sınıfa ait veriler (örneğin kentsel alan, orman, su kütleleri, tarlalar, kayalık alanlar ve benzeri), bir görüntü işleme programı yardımı ile otomatik – yarı otomatik olarak bulunur ve farklı renklerde gösterilerek sunulur. Sınıflandırma analizi, güdümlü/eğitimli sınıflandırma ve güdümsüz/ eğitimsiz sınıflandırma olmak üzere iki şekilde olabilmektedir. Güdümlü sınıflandırma da kullanıcı, sınıflandırmak istediği örneğe ait bilinen verileri sınıflandırma programına tanıtır. Güdümsüz sınıflandırma da ise kullanıcı hiçbir eğitim verisi tanımlamaz. Program veri içerisindeki bilgileri otomatik olarak ayrıştırır.

Kullanım alanı: Sınıflandırma analizi, birden fazla zamana ait görüntü gerektirmez. Dolayısıyla bir afet sonrası görüntü üzerinden genellikle bölgesel hasar tespiti ya da etki alanı belirleme işlemlerinde kullanılabilir. Özellikle deprem sonrası bölgesel hasar tespit, sel – yangın etki alanlarının belirlenmesi için uygun bir yöntemdir.

Nesne Sezme Analizi

Görüntü üzerinde tanımlı bazı kurallar konarak yol, bina, çadır gibi nesneler otomatik olarak belirlenebilir. Kullanım örnekleri: Özellikle deprem afeti ile ilgili olarak; hem deprem öncesinde hem sonrasında çekilen optik görüntülerinden yararlanılarak nesne sezme analizi tabanlı analizlerle (görüntülerin fark analizi yapılarak) hasarlı binalar tespit edilebilmektedir. Geçici barınma alanlarının (çadırkentler vb) izlenmesinde de kullanılabilmektedir.

Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) Analizleri

SYM kullanarak birçok önemli analiz yapılabilir. Özellikle daha önce bahsedildiği gibi geometrik kalibrasyon işlemleri için gereklidir. İki farklı zamana ait SYM verisinden değişim analizi yapılarak farklı afet türleri için önemli bilgiler elde edilebilir. Uydu görüntülerinde, faylar çizgisel yapılar oluştururlar. SYM’den oluşturulan drenaj (dere, ırmak ağı) şekilleri incelerek fayların ve ırmakların karakteristik özellikleri hakkında çıkarımlar yapılabilir.

Kitle Kaynak Yönetimi

Kitle Kaynak yönetimi uygulamaları, webtabanlı platformlardır. Afet sonrası temin edilen görüntüler üzerinden otomatik görüntü işleme algoritmalarının sonuç üretemediği veya üretilen sonuçların doğrulanması için görsel doğrulamayla (manuel) değerlendirme yapılması gereken durumlar meydana gelebilir. Son yıllarda, bu gibi durumlar için çözüm olarak, kitle kaynak olarak adlandırılan, ilgili konuda uzman olan veya olmayan gönüllülerden oluşturulan kitleden yararlanılmaktadır. Kitledeki gönüllülerin/uzmanların her birinden problemin tamamını çözmesi beklenmemekte, bunun yerine problem küçük parçalara bölünmekte ve havuzdaki uzmanlardan bu küçük parçalar üzerinde çalışması istenmektedir. Problemin çözümü, uzmanların ürettikleri bu kısmi çözümlerin tümleştirilmesinden elde edilir.

Afet ve Acil Durum Haritalaması ve Raporlama

Afet öncesi risk azaltma ve hazırlık, afet sonrası müdahale ve iyileştirme çalışmalarında ihtiyaç duyulan güncel, doğru, amaca uygun coğrafi bilgi sistemi ve uzaktan algılama verilerini süratle elde ederek analiz etmek ve anlaşılabilir harita ve rapor türü ürünler oluşturmak gerekir.

Afet Türlerine Göre Sıklıkla Kullanılan Uzaktan Algılama Yöntemleri

Depremler: Uydu ve hava fotoğrafları, deprem sonrası ön hasar tespiti ve depremin fiziksel yapısının anlaşılması üzerine kritik bilgiler sunar ve genelde bu amaçla kullanılır.

Deprem etki alanı ve hasar tespitine yönelik adımlar şu şekilde sıralanabilir:

• Afet sonrasında karar vericilere genel durum hakkında hızlı ve doğru bilgi sağlaması açısından öncelikli olarak bölgesel hasar tespitin yapılması önem arz etmektedir.
• Afet sonrasında acil arama – kurtarma ve enkaz kaldırma ve zarar/hasar maliyeti raporlamasına veri sağlaması bakımından bina seviyesinde deprem hasar analizlerinin yapılması gereklidir.
• Etki alanı ve hasar analizleri, yardımcı veriler (CBS bilgisi, kadastral veriler, nüfus verileri, arazi kullanım alanı bilgileri vb.) ile desteklenmeli ve süreç içerisinde güncellenerek iyileştirilmelidir.

Seller – su baskınları: Sel (su baskını – taşkın) afetlerinin ülkemizde yaşanma sıklığı, iklim değişikliği etkilerine bağlı olarak her geçen yıl artmaktadır. Sel afeti, yerleşim/sanayi bölgelerinden tarım alanlarına kadar büyük alanları etkileyebildiğinden büyük çaplı sosyoekonomik kayıplara sebep olabilmektedir. Sel afeti kapsamında yapılabilecek risk analizlerine yönelik çalışmalar şu şekilde özetlenebilir:

• Risk yönetiminden sorumlu uzman ve karar vericiler için tüm coğrafi bilgilerin üretilmesi ve bu bilgilerin güncel tutulması gerekmektedir.
• Sel baskınına maruz kalma ihtimali olan bölgeler için tehlike ve risk haritalarının oluşturulması gerekmektedir.
• Üretilen haritalar/ürünler geçmiş, güncel ve potansiyel sel baskınları hakkında bilgiler içermeli ve hasar ve zarar tahminini içermelidir.
• Hazırlanan ürünler için uydu gözlem verilerinin yanında sahadan elde edilen yardımcı veriler ve mümkünse sel afetine özel simülasyon modellerinden faydalanılmalıdır.
• Bahse konu risk analizlerinin çıktıları karar destek sitemlerinin kullanabileceği girdilere dönüştürülebilmelidir.

Heyelanlar (toprak kaymaları): Uydu gözlemleri uzun dönem heyelan riski taşıyan bölgelerin izlenmesi, ön hasar tespit ve sonrasına yönelik kritik bilgiler sunar. Heyelan riski olan yerlerin hava ve uydu görüntüleriyle incelenmesi ve izlenmesi, afet öncesinde;

• Heyelanın bölgesel olarak kapladığı alanın tespiti, hareket eden bölgenin alanının ve hacminin hesaplanması,
• Heyelanların bölgedeki dağılımının, türünün, görüntüsünün, tekrarının ve istatistiklerinin araştırılması,
• Zemin hareketliliğinin gelişiminin anlaşılması, sürekli izlenmesi ve bazen de yakın gerçek zamanlı erken uyarı niteliğinde ana kaymanın zamanın tahmin edilmesi gibi konularda değerli sonuçlar verebilmektedir.

Orman yangınları: Ülkemiz orman yangınlarından dünyadaki diğer örneklerine kıyasla çok daha az etkilenmekte olsa da orman yangını çıkma sıklığı azımsanmayacak derecede yüksektir. Bu nedenle orman yangınlarının ve yangın hasarının uydu/hava görüntüleri yardımıyla hızlıca tespit edilmesi ve yangın olmuş yerlerdeki yeşil alanların yıllar içerisinde ne derecede bir gelişim gösterdiğinin takibi önem arz etmektedir.

Afet sırası ve sonrasında, operasyonel anlamda orman yangını etki alanı ve hasar tespitine yönelik farklı çözümler ve ürünler mevcuttur. Bunları kısaca aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:

Yakın gerçek zamanlı olarak aktif olarak yanan yerlerin (sıcak nokta) izlenmesi ve haritalanması: Orman yangının, başladığı nokta ve yakın civarındaki ilerleyiş yönü ve hızı ve bu bağlamda alınması gereken önlemler ve bilgilendirilmesi gereken mercilerin belirlenebilmesi için aktif olarak yanmakta olan yerlerin haritalanması gereklidir. Bu amaçla oluşturulan “sıcak nokta” haritaları, orman yangını sırasında aktif olarak yanan yerlerin gösterildiği ve bu noktalara ait sıcaklık, şiddet gibi temel bilgilerin verildiği haritalardır.

Orman yangını etki alanı ve hasarının hızlı haritalanması: Orman yangınının görüntünün alındığı anda kapsadığı alana dair bilgi verecek bir ürünün hızlı bir şekilde oluşturulması karar vericilerin yangın hakkında genel durum değerlendirmesine imkân vermesi açısından gereklidir.

Geçici – kalıcı barınma alanlarının izlenmesi: Özellikle büyük depremler gibi afetler sonrasında evleri hasara uğrayan afetzedelere, çadırkent – konteynerkent olarak adlandırılan geçici barınma alanları oluşturulmaktadır. Ayrıca, çevre ülkelerde olan savaş, iç savaş, sosyoekonomik problemler vb. nedenlerle ülkemize mülteci olarak göç eden mültecilerde çadırkentlere/kamplara yerleştirilmekte, her türlü ihtiyaçları bu yaşam alanlarında karşılanmaya çalışılmaktadır. Geçici barınma alanlarının takibi ve çadır tespiti çalışmaları yüksek ve çok yüksek çözünürlüklü optik uydu görüntüleriyle çalışmayı gerektirmektedir. Özellikle çadır tespitinde metre-altı çözünürlüğe sahip hava/uydu görüntülerine ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca, zaman içindeki değişimleri görebilmek için verinin sürekliliği sağlanması da yaralı olacaktır.

Diğer Afetler

Volkanik patlamalar: Yanardağ civarındaki jeotermal ısı hareketliliği, aktivitenin dolayısıyla volkanik bir hareketlenmenin habercisi olabilmektedir.

Tsunamiler: Tsunamiler, büyük ölçekli deniz tabanı hareketlerinin (depremler, volkanik patlamalar ve deniz altı toprak kaymaları gibi sebeplerden kaynaklanan) sebep olduğu, devasa deniz dalgalarıdır.

Kasırga/fırtınalar: Kasırgalar, dünyanın çeşitli bölgelerindeki meydana gelen büyük ölçekli alçak basınç sistemleridir.