Tarımda Uydu Teknolojilerinin Kullanımı

Yazar: Tolga Esetlili, Yusuf Kurucu
 
Günümüzde, elektrik-elektronik ve bilgisayar teknolojilerinde yaşanan hızlı gelişmelere paralel olarak, tarım sektöründe de bu teknolojik gelişmeler her geçen gün kendini daha fazla hissettirmektedir. Son yıllarda, hızla artış gösteren nüfus ve buna paralel olarak kentleşme, yanlış arazi kullanımı vb. nedenlerden dolayı verimli tarımsal arazilerin kaybı artarak devam etmektedir. Giderek artan bu baskılar sonucunda birim alandan daha yüksek verim almak, üretim maliyetlerini düşürmek, ürün rekolte tahminleri güvenilir şekilde yapmanın yanında başta su ve toprak olmak üzere doğal varlıkların hem korunmasını hem de en akılcı şekilde kullanılması sağlayabilmek adına geliştirilen bu yeni teknolojilerin tarıma aktarılması artık bir zorunluluk halini almıştır.

Uydu teknolojileri ve bu bağlamda uzaktan algılama tekniği; tarıma bilgi ve teknolojiyi birlikte getirebilecek ve tarımda arzulanan atılımları sağlayabilecek bir teknoloji olarak karşımıza çıkmaktadır. 1980’li yıllardan itibaren adından sıkça bahsedilmeye başlanan uydu teknolojileri, tarım sektöründe de dijitalleşmenin temelini oluşturmaktadır. Uydu teknolojileri ile birlikte ekimden hasada kadar gerçek zamanlı detaylı bilgi sağlanması sonucunda çiftçilerin üretim süreçlerini daha sağlıklı gerçekleştirmelerinin yanında elde edilecek verimin geleneksel yöntemlere göre en üst düzeye çıkarılması mümkün olabilmektedir.

Dünyamızın büyük bölümü uzaktan algılama teknolojileri yardımıyla farklı zaman aralıklarında, çeşitli yersel ve spektral çözünürlüklerde görüntülenebilmekte ve elde edilen bu uydu görüntüleri tarım bilimleri ile birlikte birçok farklı disiplinler tarafından da temel altlık olarak kullanılabilmektedir. Uzaktan algılama teknolojisi her geçen gün gelişmekte ve yeryüzünde meydana gelen doğa ve insanoğlunun meydana getirdiği olayların izlenmesinde sürekli ilerleme kaydederek önemli bir bilim dalı olmaya devam etmektedir.

Uydu teknolojileri ve bu bağlamda uzaktan algılama tekniğini, objelerle doğrudan herhangi bir temas sağlamadan, farklı tekniklerle üretilen görüntüler kullanılarak o objeler hakkında bilgi üretilmesi için geliştirilmiş bir araç olarak tanımlamak mümkündür.
 
Ülkemizde doğal ve kültürel varlıkların belirlenmesi, haritalanması ve bu bağlamda envanter çalışmaları 1980'li yıllara kadar çoğunlukla geleneksel yöntemler uygulanmış, ancak bu yıllardan sonra uzaktan algılama tekniği veya uydu verileri bölgesel alanlarda da olsa kullanılmaya başlanmıştır. Uydu teknolojisi kısa zaman süreci ve düşük iş gücü yanında, araştırma ve çalışmaların büyük bir doğruluk derecesi ile daha sağlıklı tarım istatistiği elde etmede ve buradan elde edilen veriler ışığında ekonomik olarak sonuca ulaşılmasında büyük katkılar sağlamaktadır.

Uzaktan algılama tekniğinin en yaygın kullanıldığı alan tarım ve doğa bilimleridir. Tarımsal alanların izlenmesi amacıyla sıklıkla görüntü alabilen görüntüleme sistemlerine çok gereksinim duyulmaktadır. Konusunu iyi bilen “uzman” kullanıcılar, hava fotoğrafları ya da uydu görüntülerinden, yeryüzünün belirli bir bölgesini veya daha geniş alanlara ait bilgileri ayrıntılı olarak yorumlayabilirler ve haritalayabilirler. Bu amaçla, uçağa takılı kameralar ile görüntü alma çalışmaları ile birlikte füzeye takılı kameralar ile daha yüksekten görüntü alma çalışmaları da 1907-1908 yılarında Alman araştırmacılar tarafından denenmeye başlamıştır. Uydulara öncülük eden bu çalışma 1913 yılından sonra yerini daha gelişmiş sistemlere bırakmıştır (Kurucu ve Esetlili, 2017).

Uzaya araç gönderme ve yeryüzünü görüntüleme/gözetleme çalışmaları, 1950 yıllarından sonraki soğuk savaş dönemlerinde ve öncelikle askeri amaçlar için başlatılmıştır. Hem Rusya hem de Amerika bu yıllarda uzaya insansız araç gönderme ve görüntü alma denemelerini gerçekleştirmişlerdir. Amerika Landsat serileri ile Rusya ise Sputnik ile uzaydan görüntü alım çalışmalarında gelişim göstermişlerdir. Uydu teknolojisi ile yeryüzün incelenmesi ise 1972 yılında ilk görüntü sağlayan uydu olan Landsat o zamanki adıyla ERTS’nin uzaya gönderilmesiyle başlanılmıştır. Günümüzde, Landsat uydu serisiden Landsat-8 ile görüntü almaya devam ederken, bunun yanında Quickbird, Geoeye, WorldView vb serisi ile uzaydan yüksek çözünürlüklü görüntü alımını sürdürmektedir. Amerika dışında bazı ülkelerde ulusal uyduları ile görüntü almaya devam etmektedirler. Örneğin; Rusya KVR uyduları, Fransa SPOT ve Almanya RapidEye, Hindistan IRS, Kanada RADARSAT, Kore KOMPSAT vb. uydu serileri ile görüntü almaya devam etmektedirler. Bu uydulardan görevi sona erenler olmakta, ancak yeni seriler ile daha yüksek çözünürlük özelliklerine sahip görüntü alınmasına devam edilmektedir (Kurucu ve Esetlili, 2017). Türkiye’nin uzaydan görüntü alma çalışmaları TUBİTAK aracılığı ile hazırlanmış BİLSAT ile 2001'de başlamış, daha sonra 2011'de RASAT ve 2012 yılında Göktürk-2 ile devam etmiştir (Görsel 1).

Hızla gelişen teknolojilere paralel olarak ülkemizde de 13.12.2018 tarihinde Cumhurbaşkanlığı Kararnamesi ile Milli uzay programını hazırlamak ve bu kapsamda projelerin hayata geçirilmesini sağlamak üzere Türkiye Uzay Ajansı kurulmuştur. Böylece ülkemizin gelecekti uzay teknolojileri ile ilgili stratejilerinin belirlenmesi ve geliştirilmesinin yanında Milli çıkarlarımız uzayda da gözetilmesi konusunda çok önemli bir adım gerçekleştirilmiştir.
Görsel 1. Göktürk-2 uydusu (URL-1)
 
Doğal öğelerin türlerinin belirlenmesi ve dağılımlarının haritalanmasında kullanılan en başarılı teknik Uzaktan Algılama Tekniğidir. Cisimler doku ve konum özelliklerine göre güneş ışınlarını ya da mikrodalga boyundaki enerjiyi değişik dalga boylarında yansıtırlar ya da absorbe ederler. Yansıyan ya da geri saçılan enerjilerin tamamının insan gözü ile görülebilmesi mümkün değildir. İnsan gözü mavi, yeşil ve kırmızı dalga boyları arasındaki enerjiyi görebilmekte, ancak kızılötesi, termal, mikrodalga boyundaki enerjiyi görememektedir. Ancak objelerin her dalga boyundaki enerjiyi belli ölçülerde yansıttıkları bilinmektedir. Uzay çağına paralel olarak kameraların teknolojisinde yaşanan gelişmeler ile insan gözünün göremediği diğer dalga boylarının, filtreler yardımıyla ayrı ayrı kaydedilmesi ve görselleştirilmesi sağlanmıştır. Günümüzde bitkiler ya da zemindeki diğer doğal ya da yapay varlıklar kızılötesi veya mikrodalga boyundaki (RADAR) enerjiler ile görüntülenebilmektedir. Özel platformlarla (uydu, uçak vb.) taşınabilen algılama düzenekleri ile yansıyan ışınlar algılanabilmekte ve kaydedilebilmektedir (Görsel 2). Bu yolla elde edilen verilerin bilgisayar ortamında gelişmiş yazılımlar aracılığıyla değerlendirilmesi ile istenilen alan içerisindeki öğeler tanımlanabilmekte ve yerleri coğrafi olarak haritalanabilmektedir.


Görsel 2. Uzaktan algılama tekniğinde veri döngüsü (Kurucu ve Balık, 2004)
 
Uzaktan algılama tekniği, algılanan enerjinin kaynağına göre aktif ve pasif uzaktan algıma şeklinde iki başlık altında incelenir.

Pasif uzaktan algılama sisteminde, enerji kaynağı çoğunlukla güneştir, ancak cisimlerin kendi bünyelerinden yaydıkları enerjinin algılanması ve görüntülenmesi işlemi de pasif uzaktan algılama sistemi içerisinde değerlendirilir. Pasif uzaktan algılama sistemi içerisinde yer alan Landsat, Spot, Ikonos vb. uyduların ve uçağa takılı kamera düzenekleri yardımı ile üretilen görüntüler “Optik Görüntü” olarak tanımlanır.

Aktif uzaktan algılama da ise sistem, algılayacağı enerjiyi kendi kaynaklarında yaratır, yeryüzüne gönderir ve gerisaçılımları kaydeder. “Radar” olarak da bilinen bu sistemlerde mikrodalga enerji kullanılır ve bunların yayılması, yansıyan enerjinin algılanmaları antenler aracılığı ile gerçekleşir.

Pasif uzaktan algılama sisteminde, gündüz algılama yapılabilmektedir. Bu nedenle, güneş ışınlarının yeryüzüne ulaşmasını engelleyen kötü hava koşulları veya bulut varlığı görüntü alımına izin vermez. Aktif uzaktan algılama sisteminde ise gece yâda kötü hava koşulları görüntü alımına engel oluşturmaz.

Uzaktan algılama sistemlerinde veri döngüsü şöyle sıralamak mümkündür: Yeryüzünün aktif veya pasif sensörler ile algılanması, algılanan bu verilerin yeryüzünde konumlanan istasyonlarına gönderilmesi ve depolanması, depolanan bu verilerin temel işlemlerden geçirildikten sonra kullanıcılara sunulması olarak tanımlanabilir (Görsel 3).
Görsel 3. Uzaktan algılamada veri döngüsü
 
Uzaktan algılama tekniğinin askeri amaçlardan sonra en çok kullanıldığı alan tarımsal amaçlı çalışmalardır. Dünya genelinde stratejik ürün olan buğday ekili alanlarının ve rekoltesinin belirlenmesi amacı, uydu görüntülerinin ilk tarımsal kullanım konusunu oluşturmuştur. Idso vd., 1975 yılında yaptıkları çalışmalarda toprak neminin ve yüzey toprağı sıcaklığının termal görüntüler ile belirlenebileceğini göstermişlerdir. Jackson vd., 1979 yılında yaptıkları bir çalışmada uzaktan algılama tekniği ile buğday bitkisinin yeşil doku gelişiminin izlenebileceğini belirlemişlerdir. 

Idso vd. (1980), LANDSAT görüntülerini kullanarak yaptıkları bir çalışmada (Phonix,USA) buğday bitki örtünün gelişme dönemine bağlı olarak yansıma verilerinin değiştiğini belirlemişlerdir. Bu amaçla 70x80 m ebatlı deneme tarlaları oluşturmuşlar ve yansıma değerleri ile buğday verimi arasında ilişkiyi incelemişlerdir.

Altınbaş vd. 2000, Ege bölgesi pamuk ekili alanları ve ürün rekoltesini, LANDSAT 5 uydu görüntülerini kullanarak belirlemişlerdir. Çalışmalarında yakın ve orta kızılötesi ile görünür bölge kırmızı bantlarından oluşan bant kompozitini kullanmışlarıdır. Temel görüntü işleme aşamalarından sonra piksel temelli görüntü sınıflandırma işlemlerini uygulamışlar ve Ege bölgesinin tamamında pamuk ekili alanları belirlemişlerdir. Özellikle doğal bitki örtüsünün pamuk bitkisi ile karışımını önlemek için, önce potansiyel pamuk ekili alanların temel koşullarını sağlayan düz-düze yakın eğimli tarım arazileri dışında kalan alanları maskelemişlerdir.

Günümüzde artan görüntü çözünürlük özelliklerine bağlı olarak, pek çok tarımsal ürün deseni için uzaktan algılanmış görüntüler (hava fotoğrafları, uydu görüntüleri) kullanmaktadır. Kurucu vd. (2008), yüksek çözünürlüklü Quickbird uydu görüntülerini kullanarak zeytin dikili alanları belirlemişlerdir. Torbalı, (İzmir) ilçe sınırlarında seçtikleri bir pilot alan içerisinde, 61 cm yersel çözünürlüğe sahip pansharp (çok bandlı görüntüler ile pankromatik görüntülerin birleştirilmesi ile elde edilen görüntü) görüntüler ile zeytin ağaçlarını tanımlamışlar ve yerlerini işaretleyerek bir zeytin ağaç haritası örneğini oluşturmuşlardır.

Esetlili vd. (2017), stereo hava fotoğrafları ve yüksek çözünürlüklü WorldView-2 uydu görüntülerini kullanarak Efemçukuru-Menderes ilçesinde (İzmir) bağ dikili alanları gösterir bağ haritası ile parseller düzeyinde “Bağ Bilgi Sistemi” örneklemesini gerçekleştirmişlerdir. Çalışma sonucunda, uydu görüntüleri ve coğrafi bilgi sistemlerinin birlikte kullanılarak Efemçukuru bölgesinin hem toprak, hem topoğrafya, hem dikili alan sınırları hem de iklimsel verilerinin bütünleştirildiği bağcılık uygulamalarında kullanılabilecek yüksek hassasiyete sahip bir bağ bilgi sistemi oluşturulmuştur.

Tarımsal amaçlı uydu görüntüleri kullanımı sadece, optik görüntüler ile sınırlı kalmamış, RADAR görüntüleri ile de çalışmalar yapılmıştır. Uca Avcı ve Sunar (2014) Edirne ilinde yaptıkları çalışmada çeltik tarımı yapılan alanların belirlenmesinde sentetik açıklı radar görüntülerini kullanmışlardır. Bu görüntülerde obje temelli sınıflandırma yöntemi uygulayan araştırmacılar, piksel temelli sınıflandırma sistemine göre daha başarılı sonuçlar elde ettiklerini belirtmişlerdir.

Esetlili (2008), RADARSAT-1 ve ENVISAT Sentetik açıklıklı radar görüntülerini kullanılarak tarımsal açıdan oldukça önemli olan Menemen (İzmir) ilçesindeki arazilerin toprak özelliklerinin belirlenebilirliği üzerine bir araştırma yürütmüştür. Araştırma sonucunda, toprak nem düzeyi ve toprak dokusu ile gerisaçılım (yansıma) değerleri arasında önemli düzeyde istatistikî ilişki saptanmış ve toprakların nem düzeylerinin haritalanabileceği belirtilmiştir. Çalışmada, ayrıca belirli koşullar altında üzerinde bitki örtüsü bulunsa bile toprak nemindeki değişimlerin saptanabileceği de belirtilmiştir.

Sonuç olarak, uzaktan algılama ve uydu teknolojileri özellikle son yıllarda giderek artan alana bağlı doğru veri ihtiyacını hızlı şekilde karşılamak için önemli bir araç olarak ortaya çıkmaktadır. Yeryüzünde meydana gelen değişimlerin izlenmesi, analizi ve modellenmesi uzaktan algılama ile etkili bir biçimde gerçekleştirilebilmektedir. Uzaktan algılama tekniği, özellikle tarım arazilerin belirlenmesinde ve buna yönelik envanter çalışmalarında, toprakların haritalanmasında ve korumasına yönelik alınacak tedbirlerin uygulanmasında, tarımsal bitki örtüsünün tanımlanması, izlenmesi ve rekolte bilgilerinin yüksek doğruluk oranı ile belirlenmesi gibi tarımsal istatistik verilerinin sağlıklı elde edilmesi konularında oldukça başarılı bir şekilde kullanılabilmektedir. Ayrıca, bölgesel veya ulusal düzeyde tarımsal arazi kullanım ve üretim planlamaları ile teşvik desteklerinin belirlenmesinde ve beyan kontrolü çalışmalarında çok güçlü bir araç olarak karşımıza çıkmaktadır. Böylece tarımsal üretim yapılan alanlarda meydana gelebilecek bütün değişiklikler izlenerek karar vericiler için daha sağlıklı ve başarılı ulusal tarım politikaları üretilmesine olanak sağlanabilecektir.
 
Kaynaklar:
  1. Altınbaş, Ü., Y. Kurucu, M., Bolca, M. T., Esetlili N., Özden, (2000). Ege Bölgesi ve Çevresi Pamuk Ekili Alanlarının ve Ürün Rekoltesinin Uzaktan Algılama Tekniği-Uydu Verileri Kullanılarak Belirlenmesi. İzmir Ticaret Borsası.
  2. 2. Esetlili M.T., (2008). Toprağın Değişebilir Nem Düzeylerinin Sar (Radar) Uydu Görüntüleri İle Belirlenebilirliği Üzerine Bir Araştırma. Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak ABD. (Doktora Tezi).Bornova - /İzmir.
  3. Esetlili, M.T., F. Özen, Y. Kurucu, M.Bolca, A. Altındişli, E. Göneci, N. Kandemir, (2017). Stereo Hava Fotoğrafları ve CBS Kullanılarak Bağ Bilgi Sistemi Oluşturulması, Efemçukuru Örneği", E.Ü. Bilimsel Araştırma Projesi, 13–ZRF–032, Bornova/İzmir.
  4. Idso, S.B., Schmugge, T.J., Jackson, R.D. and Reginato, R.J., (1975). The utility of surface temperature measurements for the remote sensing of surface soil water status. Journal of Geophysical Research 80: doi: 10.1029/JC080i021p03044. issn: 0148-0227
  5. Idso S. B., P. J. Pınter, Jr., Lb. D. Jackson, And R. J. Regınato., (1980). Estimation of Grain Yields By Remote Sensing of Crop Senescence Rates. Remote Sensing Of Environment 9:87-91.
  6. Jackson, Ray D. , Robert J. Reginato, Paul J. Pinter, and Sherwood B. Idso, 1979. Plant canopy information extraction from composite scene reflectance of row crops. Applied Optics Vol. 18, Issue 22, pp. 3775-3782 (1979)
  7. Kurucu Y., F. Balık, (2004). Ege Bölgesi Koşullarında Doğal ve Kültür Bitki Örtülerinin Haritalanması Amacıyla Mikrodalga (RADAR) Uydu Görüntülerinin Kullanılabilirliği Üzerine Bir Araştırma. Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu, Proje No; TOGTAK-2903.
  8. Kurucu, Y., M.T. Esetlili, (2017). Uzaktan Algılama Tekniğine Giriş ve Tarihçesi. Y. Kurucu (Ed.), Tarımda Uzaktan Algılama Tekniği, (s.1-9) içinde. Bornova-İzmir: DEMFO Baskı&Cilt.
  9. Kurucu, Y., Ü. Altınbaş, M.Bolca, T. Esetlili, N. Özden, F. Özen, (2008). Uzaktan Algılama Tekniği Kullanılarak Zeytin Dikili Alanların Belirlenebilirliği Üzerine Bir Araştırma. Ege Üniversitesi Bilimsel Araştırma Proje No: 2004 ZRF-027, Bornova/İzmir.
  10. Uca Avcı, Z.D., F. Sunar, (2014). Çeltik Tarlalarının Haritalanmasında Çok-Zamanlı Radar Uydu Verilerinin Kullanımı: Meriç (İpsala - Enez) Havzası Örneği V. Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu (UZAL-CBS 2014), 14-17 Ekim 2014, İstanbul.
İnternet Kaynakları:
  1. http://uzay.tubitak.gov.tr (Erişim tarihi: 20.12.2018)
Görseller:
Yazara aittir.

YORUMLAR

Bu sayfalarda yer alan okur yorumları kişilerin kendi görüşleridir. Yazılanlardan apelasyon.com sorumlu tutulamaz.