Ortogörüntü Üretiminde Kullanılan Farklı Yükseklik Verilerinin Yatay Konumsal Doğruluğa Etkisinin Araştırılması: Göktürk-1 Uydusu Örneği

Abstract

Günümüzde teknolojinin hızla ilerlemesiyle birlikte, veri erişimi ve işleme süreçlerinin kolaylaşması, uzaktan algılama teknolojilerinin stratejik önemini artırmıştır. Türkiye'nin uzay alanındaki yatırımları ile Göktürk-2, Göktürk-1 ve Göktürk-2B gibi uydu projeleri, yeryüzünden yüksek çözünürlüklü verilerin elde edilmesini sağlayarak hem askerî hem de sivil uygulamalarda önemli avantajlar sunmaktadır. Uydu görüntülerinin geniş alanlardan veri toplama yeteneği ve geleneksel yersel yöntemlere olan ihtiyacı azaltması, bu teknolojiyi ekonomik ve operasyonel açıdan cazip hale getirmektedir. Bu bağlamda, uzaktan algılama teknolojilerinin sunduğu olanakların doğru şekilde değerlendirilerek katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmesi her geçen gün daha fazla önem kazanmaktadır. Göktürk-1 uydusu gibi yeni nesil uydulardan elde edilen ortogörüntülerin, farklı yükseklik verileri ve üretim senaryolarının birlikte kullanıldığı, özellikle topoğrafyası karmaşık bölgelerde ortogörüntülerin yatay konumsal doğruluğunu ne ölçüde etkilediğine ilişkin kapsamlı ve karşılaştırmalı bir çalışmaya ihtiyaç duyulmuştur. Bu tez çalışmasında, Göktürk-1 uydusundan elde edilen üçlü set (tri-stereo) yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri kullanılarak, farklı yükseklik verileri ile üretilen ortogörüntülerin yatay konumsal doğrulukları değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Çalışma kapsamında DTED-2, ALOS, TREx ve Göktürk-1 stereo görüntülerinden elde edilen Sayısal Yükseklik Modelleri (SYM) ile hem Yer Kontrol Noktası (YKN) kullanılmadan hem de YKN'li olmak üzere iki üretim senaryosu gerçekleştirilmiştir. Antalya ilinin topoğrafik çeşitliliği yüksek olan Kepez, Konyaaltı ve Döşemealtı ilçelerini kapsayan uygulama alanında, Harita Genel Müdürlüğü'nden temin edilen dengelenmiş stereo hava fotoğraflarından elde edilen 0,5 m yatay ve 1 m düşey doğruluğa sahip 20 adet detay noktası, referans veri olarak kullanılmıştır. Üretilen ortogörüntülerin doğruluğu bu noktalarla karşılaştırılarak yatay konumsal doğruluk istatistikleri hesaplanmış ve her bir yükseklik verisinin performansı detaylı biçimde analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında ayrıca, kullanılan yükseklik verilerinin düşey konumsal doğruluğu da incelenmiş; bu doğruluk değerleri, ortogörüntü üretiminde sağlanan yatay doğruluk performanslarının değerlendirilmesine katkı sağlamıştır. Bu çerçevede, YKN kullanılarak üretilen Göktürk-1 L4B SYM verisi ±1,62 m LE90 değeri ile en başarılı SYM olarak belirlenmiş, onu sırasıyla TREx (±3,30 m), YKN kullanılmadan üretilen Göktürk-1 L4A SYM verisi (±3,31 m), ALOS (±8,15 m) ve DTED-2 (±8,32 m) verilerinin takip ettiği görülmüştür. YKN kullanılmadan üretilen Göktürk-1 ortogörüntüsünün (L3A) yatay konumsal doğruluk analizlerinde Göktürk-1 L4B yükseklik verisi ile üretilen ortogörüntü 8,33 m CE90 değeri ile en yüksek doğruluğa ulaşmış, onu sırasıyla TREx (8,43 m), ALOS (8,68 m) ve DTED-2 (8,69 m) verileri ile üretilen ortogörüntüler takip etmiştir. YKN kullanılarak üretilen Göktürk-1 ortogörüntüsünün (L3B) yatay konumsal doğruluk analizlerinde ise Göktürk-1 L4B yükseklik verisi ile üretilen ortogörüntü 1,89 m CE90 değeri ile en yüksek doğruluğa ulaşmış, onu sırasıyla TREx (1,96 m), ALOS (2,04 m) ve DTED-2 (2,31 m) takip etmiştir. Elde edilen sonuçlarda, özellikle topoğrafyası engebeli bölgelerde düşük çözünürlüklü yükseklik verilerinin (DTED-2 ve ALOS) doğruluk kaybına yol açtığı; buna karşın yüksek çözünürlüklü SYM'lerin (TREx ve Göktürk-1 L4B) daha tutarlı sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Ayrıca, YKN kullanımının tüm yükseklik verilerinde doğruluğu belirgin ölçüde artırdığı, özellikle düşük çözünürlüklü SYM'lerde bu iyileşmenin daha belirgin olduğu görülmüştür. Bu çalışmadan elde edilen bulgular doğrultusunda, özellikle topoğrafyası engebeli bölgelerde ortogörüntü üretiminde yüksek çözünürlüklü sayısal yükseklik modellerinin, jeodezik yöntemlerle elde edilen yer kontrol noktalarıyla birlikte kullanılması önerilmektedir. Bu yaklaşım hem yatay hem de düşey konumsal doğruluğun artırılmasına ve karmaşık arazi koşullarında daha güvenilir ortogörüntülerin elde edilmesine katkı sağlayacaktır.With the rapid advancement of technology, the ease of data acquisition and processing has significantly increased the strategic importance of remote sensing technologies. Through Turkey's growing investments in space technologies, satellite projects such as Göktürk-2, Göktürk-1, and Göktürk 2B have enabled the acquisition of high-resolution data from the Earth's surface, providing substantial advantages for both military and civilian applications. The capability of satellite imagery to collect data over wide areas while reducing the need for conventional ground-based methods makes this technology both economically and operationally efficient. In this context, the effective utilization of remote sensing technologies and their transformation into high value-added products has become increasingly important. A comprehensive and comparative study is required to evaluate how orthorectified images derived from new-generation satellites such as Göktürk-1 are affected by the use of different elevation data and production scenarios, particularly in regions with complex topography. In this thesis, the horizontal positional accuracies of orthorectified images generated using different elevation datasets were evaluated and compared by employing tri-stereo high-resolution imagery obtained from the Göktürk-1 satellite. Within the study, Digital Terrain Elevation Data (DTED-2), Advanced Land Observing Satellite (ALOS), TanDEM-X High Resolution Elevation Data Exchange (TREx), and Digital Elevation Models (DEMs) derived from Göktürk-1 stereo pairs were used. Two production scenarios were implemented: one without Ground Control Points (GCPs) and one incorporating GCPs. The study area covers the districts of Kepez, Konyaaltı, and Döşemealtı in the Antalya province, which exhibit high topographic variability. As reference data, 20 control points with a horizontal accuracy of 0.5 m and a vertical accuracy of 1 m—derived from balanced stereo aerial photographs provided by the General Directorate of Mapping—were used. The accuracy of the produced orthorectified images was assessed by comparing them with these reference points, and horizontal positional accuracy statistics were calculated for each elevation dataset. Additionally, the vertical positional accuracy of the elevation datasets used in the study was analyzed, and these results were utilized to support the interpretation of horizontal accuracy performance in orthorectification. Accordingly, the Göktürk-1 L4B DEM produced using one GCP achieved the best vertical accuracy with a value of ±1.62 m (LE90), followed by TREx (±3.30 m), Göktürk-1 L4A DEM produced without GCPs (±3.31 m), ALOS (±8.15 m), and DTED-2 (±8.32 m). In the horizontal positional accuracy analysis of the Göktürk-1 orthorectified images produced without GCPs (L3A), the image generated using Göktürk-1 L4B DEM achieved the highest accuracy with a CE90 value of 8.33 m, followed by TREx (8.43 m), ALOS (8.68 m), and DTED-2 (8.69 m). For the orthorectified images produced with GCPs (L3B), the highest accuracy was again obtained using the Göktürk-1 L4B DEM (CE90 = 1.89 m), followed by TREx (1.96 m), ALOS (2.04 m), and DTED-2 (2.31 m). The results revealed that low-resolution elevation datasets (DTED-2 and ALOS) tend to cause accuracy degradation, particularly in mountainous and highly variable topographic areas, while high resolution DEMs (TREx and Göktürk-1 L4B) provided more consistent results. Furthermore, the use of GCPs significantly improved positional accuracy for all datasets, with the improvement being more pronounced for lower-resolution DEMs. Based on the findings of this study, it is recommended that high-resolution Digital Elevation Models be used in combination with geodetically measured Ground Control Points, especially in areas with rugged topography. This approach contributes to improving both horizontal and vertical positional accuracy and ensures the production of more reliable orthorectified images under complex terrain conditions.