Satellite-Derived Bathymetry Modelling in Shallow Water: A Case Study of Horseshoe Island


Algancı U. (Executive)

TUBITAK Project, 2021 - 2023

  • Project Type: TUBITAK Project
  • Begin Date: November 2021
  • End Date: November 2023

Project Abstract

 Deniz taşımacılığı için öneminin yanı sıra, sığ su batimetrisi kıyı kesimlerdeki insan kaynaklı olumsuz etkiler ile su seviyesinin yükselmesi gibi iklim değişikliği etkilerinin gözlemlenmesinde de kritik bir rol oynamaktadır. Deniz ve Okyanusların mesahaları için kullanılan geleneksel yöntem olan tek bimli ve çok bimli iskandil kullanımı tabiatı gereği bazı dezavantajları da bünyesinde barındırmaktadır. Söz konusu bu dezavantajlar, teknik açıdan su derinliğinin azalması ile birlikte azalan kaplama alanı, etkinlik ve zamansal çözünürlük ile işletme açısından lojistik güçlükler, yüksek işletme giderleri ve emniyet riskleri olarak sıralanabilmektedir.

 Yakın zamanda gerçekleşen teknolojik ilerlemeler, geniş bölgelerde yüksek zamansal çözünürlüklü veri toplama imkânına sahip uzay-kaynaklı uzaktan algılama tekniklerinin kıyı kesimlerde batimetrik veri çıkarımı için alternatif bir yaklaşım olarak ortaya çıkmasına olanak sağlamıştır. Bu kapsamda, sığ suların mesahası için geliştirilen yöntem Uydu-kaynaklı Batimetri olarak isimlendirilmektedir. Geleneksel yöntemlerin aksine, Uydu-kaynaklı Batimetri ilgili sahaya personel ve cihaz transferini gerektirmemekte, süratli bir şekilde uydu görüntüleri vasıtasıyla batimetrik veri elde edilmesini sağlamakta, böylece zaman ve maliyet tasarrufuna tekabül etmektedir. Söz konusu uydu kaynaklı uygulamalar temel anlamda iki farklı ekol ile icra edilmektedir. Bunlardan ilki, ilgilenilen alana dair her türlü atmosferik parametrenin uydu görüntüsü meta verisinden de faydalanılarak ‘Işınım Transfer Modelleri’ ile modellenmesi ve yansıma değerlerinin bu modeller vasıtasıyla batimetrik değerlere dönüştürülmesi şeklindedir. ‘Analitik’ olarak kategorize edilen bu uygulama her ne kadar batimetrik hesaplamalar için bölgeye dair önceden ölçülmüş veriye ihtiyaç duymasa da, işlem-yoğun ve zaman alan bir iş akışına sahiptir. Uyduya geri yansıyan ışınlarda su kolununun payının %10 civarında olması dikkate alındığında, atmosferik parametrelerin modellenmesi esnasında gerçek değerlerden asgari bir sapmanın batimetrik çıkarımları ciddi ölçüde etkileyecek olması da unutulmamalıdır [1]. İkinci ekol ise ‘Deneysel’ olarak isimlendirilmekte ve uydu yansıma değerleri ile bölgeye dair az miktarda ölçüm verisi arasında bir eşleştirme yaparak elde edilen algoritma vasıtasıyla ölçüm bulunmayan geniş bir satıhta batimetrik çıkarımlar yapmayı sağlamaktadır.

 Bu çalışmada, Horseshoe Adası yaklaşma suları için ‘Deneysel’ Uydu-kaynaklı Batimetri Modeli oluşturulacaktır. Performans analizi kapsamında ‘Çekişmeli Üretici Ağlar’ vasıtasıyla çözünürlüğü artırılan Landsat-8 ve Sentinel-2 uydu veri setleri ve temin edilmesi durumunda milli uydu Göktürk ile elde edilen uydu verileri ile karşılaştırmalı testler gerçekleştirilecektir [2]. Uydu görüntülerinden elde edilen spektral yansıtım değerleri ile batimetrik değer çıkarımı için ‘Logaritmik Dönüşüm’, ‘Logaritmik Oran’, ‘Destek Vektör Makineleri’, ‘Rassal Orman’ ve ‘Evrişimli Sinir Ağı’ modelleri hazırlanacaktır. Söz konusu bu modellerin eğitimi ve çıkarım sonrası doğrulama süreci için Ulusal Antarktika Bilim Seferleri kapsamında bölgede toplanan çok bimli iskandil verilerinden faydalanılacaktır.

 Bahsi geçen çalışma, Batı Antarktika sığ sularına dair öncül ‘Uydu-kaynaklı Batimetri’ uygulama örneklerinden biri olması, özgün ‘Çekişmeli Üretici Ağ’ yapısı ile mekansal çözünürlüğü artırılan görüntülerin Uydu-kaynaklı Batimetri sürecine katkılarının ilk kez denenecek olması ve Milli Uydu Göktürk’ün performansının Uydu-kaynaklı Batimeri alanında ilk kez test edilecek olması özelliğini taşımaktadır. Elde edilmesi planlı batimetrik veriler, bölge özelinde devam eden seyir haritası üretim faaliyetlerine dahil edilebilecek ve bu bağlamda geleneksel yöntemlerle mesahasının icrası çok zor olan sığ su alanlarına dair kıymetli bir bilgi kaynağı olabilecektir. Çalışma hitamında elde edilen tecrübenin ülkemiz sığ sularının benzer şekilde incelenmesi sürecine ve son 20 yıl içerisinde tek bimli iskandil (TBİ) vasıtasıyla toplanan verilerin bütünsel bir yüzey haline dönüştürülmesine olumlu katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir. İlaveten, Batı Antarktika suları için en uygun bant kombinasyonu, atmosferik düzeltme yöntemi ve korelasyon algoritması tespiti de öngörülen proje çıktıları arasındadır.