Hava LIDAR’ı ile yersel LIDAR sistemlerinin farklarını

Hava LIDAR’ı ile Yersel LIDAR Sistemlerinin Farkları

LIDAR (Light Detection and Ranging) sistemleri, elektromanyetik dalgalar kullanarak nesnelerin konumlarını ve şekillerini hassas bir şekilde ölçmeye yarayan uzaktan algılama teknolojileridir. Bu sistemler, özellikle haritacılık, ormancılık, arkeoloji, inşaat mühendisliği, mimari belgeleme ve çevresel analiz gibi birçok disiplinde önemli rol oynamaktadır. LIDAR teknolojisi genel olarak iki temel kategoriye ayrılabilir: Hava LIDAR sistemleri (Airborne LiDAR Systems - ALS) ve yersel LIDAR sistemleri (Terrestrial LiDAR Systems - TLS). Her iki sistem de benzer prensiplere dayanmakla birlikte; kullanım alanları, veri toplama yöntemleri, doğruluk seviyeleri, ekipman özellikleri, yazılım gereksinimleri ve maliyet gibi birçok farklılık barındırır.Bu çalışmada, hava LIDAR sistemleri ile yersel LIDAR sistemlerinin teknik, operasyonel ve uygulama temelli farkları detaylı bir şekilde ele alınacaktır. Yaklaşık 5000 kelimelik bu açıklamada, sistemlerin tarihçesi, bileşenleri, avantajları, dezavantajları ve örnek uygulama alanlarına da yer verilecektir.

1. LIDAR Teknolojisinin Temel Prensipleri

LIDAR teknolojisi (Light Detection and Ranging), ışık darbeleri kullanılarak bir yüzeyin üç boyutlu yapısının yüksek hassasiyetle belirlenmesini sağlayan uzaktan algılama yöntemidir. Bu sistem, elektromanyetik spektrumun görünmez yakın kızılötesi bölgesinde çalışan lazerler vasıtasıyla çalışır. Bir lazer ışını, hedef yüzeye gönderilir ve geri yansıyan sinyalin algılanmasıyla mesafe bilgisi elde edilir. Bu işlem, "time-of-flight" adı verilen zaman ölçümü prensibiyle gerçekleştirilir. Lazerin hedefe ulaşma v...Modern LIDAR sistemleri yalnızca bir lazer kaynağından ibaret değildir. Bir LIDAR platformu genellikle üç temel bileşenden oluşur: lazer kaynağı, global konumlama sistemi (GNSS) ve atalet ölçüm birimi (IMU). GNSS, tarayıcının dünya üzerindeki konumunu sağlarken, IMU sistemin dönme hareketlerini ve yönelimini izler. Bu veriler, lazer darbesinin çıktığı andaki pozisyonu ve yönünü hesaplamada kullanılır.Bu teknoloji 1960’lı yıllarda ortaya çıkmış ve ilk olarak askeri ve atmosferik ölçümlerde kullanılmıştır. LIDAR’ın coğrafi bilgi sistemleri (GIS), haritacılık ve inşaat sektörlerinde yaygınlaşması 2000’li yıllardan sonra gerçekleşmiştir. Günümüzde hem sabit kara tabanlı sistemler hem de hava tabanlı platformlar ile kullanılan LIDAR teknolojileri, çevresel analizlerden şehir planlamasına, arkeolojiden sanayiye kadar pek çok alanda vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir.Özellikle yüksek çözünürlüklü topografik haritaların üretiminde, yüzey deformasyon analizlerinde, bina ve altyapı modellemelerinde yaygın olarak kullanılan LIDAR teknolojisi, klasik yöntemlere kıyasla hem hız hem de doğruluk açısından önemli avantajlar sunmaktadır. Bir LIDAR cihazı saniyede yüzbinlerce ila milyonlarca lazer darbesi gönderebilir. Bu sayede karmaşık yüzey geometrileri dahi milimetre seviyesinde detaylarla modellenebilir.LIDAR sistemlerinin çalışabilmesi için ayrıca bir algılama sensörü gereklidir. Bu sensörler genellikle APD (Avalanche Photodiode) tipi olup, çok düşük yoğunluklu sinyalleri dahi algılayabilirler. Lazerin yüzeyden yansıyan zayıf enerjisi, bu algılayıcılar yardımıyla yüksek hassasiyetle kaydedilir. Ayrıca çoklu geri dönüş sinyallerini (first return, last return, multiple return) algılayabilen gelişmiş sistemler, yüzeyin üst yapısından alt yapılarına kadar detaylı analizler yapılmasını mümkün kılar.Örneğin ormanlık bir alanda, ilk geri dönüş sinyali ağaçların tepesinden gelirken, son sinyal yer yüzeyinden gelir. Bu da aynı anda hem orman örtüsü hem de zemin hakkında bilgi edinmeyi sağlar. Bu özellik, özellikle ekolojik analizler ve ormancılık uygulamaları açısından büyük önem taşır.Sonuç olarak, LIDAR sistemleri sadece bir ölçüm aracı değil, aynı zamanda büyük veri üretimi ve analizine olanak sağlayan entegre bir platformdur. Üretmiş olduğu nokta bulutu verileri, ileri düzey yazılımlarla işlenerek sayısal arazi modeli (DTM), sayısal yüzey modeli (DSM), 3D şehir modelleri, bina bilgi modelleri (BIM) ve daha birçok çıktıya dönüştürülebilir. LIDAR teknolojisinin temel prensiplerinin anlaşılması, farklı sistemlerin karşılaştırılmasında ve doğru uygulama alanlarının belirlenmesinde kilit rol oynamaktadır.

2. Hava LIDAR Sistemleri (Airborne LIDAR)

Aşağıda bu sisteme ait temsili bir görsel yer almaktadır:

Aşağıda bu sisteme ait temsili bir görsel yer almaktadır:

Aşağıda bu sisteme ait temsili bir görsel yer almaktadır:

Hava LIDAR sistemleri (Airborne Laser Scanning - ALS), yüzey topografyasını yüksek hassasiyetle haritalamak amacıyla hava taşıtlarına monte edilen lazer tarama sistemleridir. Bu sistemler, sabit kanatlı uçaklar, helikopterler veya insansız hava araçları (drone) üzerine yerleştirilen entegre birimler halinde çalışır. Hava LIDAR sisteminin temel amacı, geniş arazileri üç boyutlu olarak kısa sürede ve yüksek doğrulukla tarayabilmektir.Hava LIDAR sistemleri, genellikle üç ana bileşenden oluşur: Lazer tarayıcı, Global Navigasyon Uydu Sistemi (GNSS) alıcısı ve Atalet Ölçüm Ünitesi (IMU). Lazer tarayıcı, yüzeye lazer darbeleri gönderir; GNSS, sistemin yer koordinatlarını belirler; IMU ise sistemin üç eksendeki açısal hareketlerini kaydeder. Bu üç bileşen birlikte çalışarak, her bir lazer darbesinin coğrafi konumunu milimetre hassasiyetinde belirlemeye olanak tanır.ALS sistemlerinin en büyük avantajı, zorlu arazi koşullarına sahip bölgelerde bile haritalama yapılabilmesidir. Örneğin ormanlarla kaplı, eğimli, çukur veya bataklık alanlarda geleneksel ölçüm yöntemleri kullanılamazken; hava LIDAR sistemleri bu engellerin üzerinden geçerek verileri toplayabilir. Orman örtüsünün altına ulaşabilen lazer darbeleri sayesinde, ağaçların altındaki zemin topografisi bile detaylı şekilde modellenebilir.ALS sistemlerinin uygulama alanları oldukça geniştir. Başlıca kullanım alanları arasında; arazi modeli üretimi (DTM), yüzey modeli üretimi (DSM), orman envanteri, tarımsal analizler, kıyı ve nehir morfolojisi haritalama, jeolojik araştırmalar, şehir planlama ve afet yönetimi (heyelan, sel vb.) yer almaktadır. Ayrıca, enerji hatları ve ulaşım altyapısı gibi büyük ölçekli mühendislik projelerinde de hava LIDAR sistemleri aktif şekilde kullanılmaktadır.Bir hava LIDAR taramasının başarısı birçok faktöre bağlıdır: Uçuş yüksekliği, uçuş hızı, lazer darbesi sıklığı (pulse rate), tarama açısı, zemin yansıtıcılığı ve atmosferik koşullar gibi etmenler, elde edilen veri kalitesini doğrudan etkiler. Yüksekten uçan bir sistem geniş alanları kapsayabilir ancak veri yoğunluğu azalır. Daha alçaktan yapılan uçuşlar daha detaylı veri sunar fakat kapsam alanı daralır.Günümüzde hava LIDAR sistemleri, RGB veya hiperspektral kameralarla birlikte kullanılabilmektedir. Bu sayede, sadece topografik veri değil, aynı zamanda görsel ve spektral analizler de yapılabilir. Örneğin, bir hava LIDAR taraması sırasında eşzamanlı olarak fotoğraflar çekilerek, 3B nokta bulutuna renk bilgisi eklenebilir (colorized point cloud). Bu özellik, kent modelleme ve çevre analizlerinde önemli avantajlar sağlar.Ayrıca bazı gelişmiş sistemler, yoğun orman örtüsü altında bile zemin modellemesi yapabilen çoklu geri dönüş (multiple return) özelliğine sahiptir. Bu sayede birden fazla yüzey katmanı aynı anda analiz edilebilir. Örneğin, ağaç tepesi, alt dal yapıları ve yer seviyesi gibi farklı katmanlar ayrı ayrı sınıflandırılabilir.ALS sistemlerinin veri işleme süreci de özel yazılım ve uzmanlık gerektirir. Lazer darbelerinden elde edilen veri ham biçimde LAS veya LAZ formatlarında saklanır. Bu veriler çeşitli algoritmalarla filtrelenerek, yer yüzeyi (bare earth) ve diğer objeler (ağaç, bina vb.) ayrıştırılır. Filtrelenmiş veriler kullanılarak yüksek doğruluklu DTM ve DSM’ler oluşturulur.Ancak hava LIDAR sistemlerinin bazı dezavantajları da vardır. Özellikle maliyet açısından yüksek yatırım gerektirir. Uçuş lisansları, hava trafiği izinleri, pilot eğitimi ve hava şartlarına bağımlılık gibi faktörler operasyonu karmaşık hale getirebilir. Ayrıca veri hacmi çok büyük olduğu için işleme süreci zaman alıcı olabilir.Sonuç olarak, hava LIDAR sistemleri, geniş alanların kısa sürede haritalanmasını sağlayan, yüksek verimlilikli ve modern bir ölçüm teknolojisidir. Özellikle arazi modelleme, çevresel izleme, doğal afet yönetimi ve kentsel gelişim projelerinde stratejik bir araç olarak öne çıkmaktadır. Günümüzde bu sistemlerin drone tabanlı versiyonları daha yaygın hale gelmiş ve maliyet etkin çözümler sunmaya başlamıştır. Hava LIDAR teknolojisinin geleceği, yapay zekâ tabanlı otomasyon sistemleri, veri analitiği ve bulut tabanlı işleme y...

3. Yersel LIDAR Sistemleri (Terrestrial LIDAR)

Yersel LIDAR sistemleri (Terrestrial Laser Scanning - TLS), lazer tarayıcıların genellikle tripod üzerine monte edilerek sabit bir noktadan çevresel verileri toplaması esasına dayanır. Bu sistemler, yapıların, alanların ve nesnelerin üç boyutlu modellenmesinde yüksek hassasiyet ve çözünürlük sunar. Yersel LIDAR sistemleri; mimari dokümantasyon, tarihi yapıların restorasyonu, iç ve dış mekân taramaları, endüstriyel tesis analizleri, inşaat izleme ve kriminolojik olay yerlerinin belgele...

4. Karşılaştırmalı Teknik Özellikler

Hava ve yersel LIDAR sistemlerinin teknik özellikleri, kullanım amaçları ve uygulama koşullarına göre ciddi farklılıklar gösterir. Bunların başında menzil, hassasiyet, tarama açısı, veri yoğunluğu, çalışma süresi, ekipman karmaşıklığı ve veri çıktısı gibi kriterler yer almaktadır. Hava LIDAR sistemleri, yüksekten ve geniş alanlara yayılarak veri toplarken, yersel LIDAR sistemleri daha kısa menzilde çok daha yoğun ve detaylı veri sağlar. Örneğin, hava LIDAR genellikle 10-30 cm ...

5. Uygulama Alanları Açısından Farklılıklar

Hava ve yersel LIDAR sistemlerinin uygulama alanları kullanım biçimlerine göre farklılık göstermektedir. Hava LIDAR sistemleri geniş alanlarda yüzey modellemesi, orman envanteri, nehir yatakları analizi, kıyı çizgisi izleme ve sel risk haritalaması gibi makro ölçekli çalışmalarda kullanılır. Yersel LIDAR sistemleri ise bina içi ve dışı modellemelerde, tünel ve galeri ölçümlerinde, endüstriyel tesislerin dijital ikiz modellerinin oluşturulmasında, tarihi ve kültürel yapıların belg...

6. Veri Yoğunluğu ve Doğruluk Kıyaslaması

Veri yoğunluğu ve doğruluk, LIDAR sistemlerinin performansını değerlendirmede kritik faktörlerdir. Yersel LIDAR sistemleri, sabit pozisyonda ve genellikle daha kısa menzillerde çalıştığı için çok daha yüksek çözünürlük ve veri yoğunluğu sağlar. Bu sistemlerle 1-5 mm hassasiyetle ölçüm yapılabilirken, hava LIDAR sistemlerinde genellikle 10-30 cm arasında doğruluk elde edilir. Ancak hava LIDAR, geniş alanlarda hızlı veri üretimi sağlar ve düşük yoğunlukta verilerle...

7. Ekipman ve Taşıma İhtiyaçları

Yersel LIDAR sistemleri genellikle tripodlu taşınabilir cihazlardan oluşur ve saha içinde manuel olarak taşınır. El tipi ve mobil platformlara monte edilmiş varyantları da bulunmaktadır. Bu cihazlar saha koşullarına göre farklı taşıma kutuları, batarya sistemleri ve veri toplama aksesuarlarıyla desteklenir. Hava LIDAR sistemleri ise uçak, helikopter veya drone gibi taşıyıcı araçlara monte edilir ve genellikle saha dışı kontrol merkezlerinden yönetilir. Taşıma, kurulum ve bakım sü...

8. İşleme Süreci ve Yazılım Gereksinimleri

Veri toplamanın ardından, LIDAR verilerinin işlenmesi karmaşık yazılımlar ve güçlü bilgisayar sistemleri gerektirir. Hava LIDAR sistemlerinde kullanılan başlıca yazılımlar arasında Terrasolid (TerraScan, TerraModeler), LAStools, Global Mapper ve LP360 yer alır. Bu yazılımlar, GPS/IMU verileri ile lazer ölçümlerini birleştirerek doğru konumlandırılmış 3B nokta bulutları oluşturur. Yersel LIDAR sistemleri içinse Cyclone, FARO Scene, Autodesk ReCap, 3D Recons...

9. Maliyet ve Operasyonel Zorluklar

Hava LIDAR sistemleri, yersel sistemlere kıyasla çok daha yüksek başlangıç ve operasyon maliyetlerine sahiptir. Taşıyıcı platform maliyeti, lisanslar, hava izinleri, ekipman ve bakım gibi giderler göz önüne alındığında, bu sistemler büyük bütçeli projelerde kullanılmaktadır. Yersel LIDAR sistemleri ise daha az maliyetli olmakla birlikte daha fazla pozisyon gereksinimi ve tarama süresi nedeniyle operasyonel açıdan yoğun emek gerektirir. El tipi LIDAR’lar bu açıdan devre...

10. Örnek Senaryolarla Karşılaştırmalı Analiz

Örneğin bir şehirdeki bütün sokakların 3B modellemesi gerekiyorsa, mobil LIDAR sistemleri tercih edilirken, tarihi bir caminin iç mekan detaylarının modellenmesi için yersel LIDAR tercih edilir. Bir taş ocağı veya maden sahası gibi geniş alanlarda hacim hesaplaması yapılacaksa hava LIDAR tercih edilir. Hava LIDAR ile elde edilen veriler daha az yoğun ama geniş kapsamlıdır, yersel LIDAR ile elde edilen veriler daha detaylı ama lokal düzeydedir. Her iki teknol...

11. Türkiye’de Kullanım Örnekleri ve Sanal Harita Mühendislik Katkısı

Türkiye’de LIDAR teknolojilerinin kamu ve özel sektördeki kullanımı her geçen yıl artmaktadır. Orman Genel Müdürlüğü, Karayolları Genel Müdürlüğü, belediyeler, tapu ve kadastro müdürlükleri, arkeolojik kazı ekipleri ve birçok üniversite, hava ve yersel LIDAR verilerini aktif olarak kullanmaktadır. Antalya merkezli Sanal Harita Mühendislik firması, yersel LIDAR tarama, el tipi LIDAR uygulamaları, mobil LIDAR sistemleri ve dron destek...

12. Sonuç ve Geleceğe Yönelik Öngörüler

LIDAR teknolojileri geleceğin dijital dönüşümünde anahtar roller üstlenecektir. Özellikle yapay zekâ destekli veri işleme, bulut tabanlı depolama ve analiz, nesnelerin interneti (IoT) ile entegre uygulamalar gibi alanlarda büyük potansiyele sahiptir. LIDAR sistemleri, akıllı şehirler, akıllı tarım, otonom araçlar, afet yönetimi, altyapı izleme, arkeoloji ve kültürel miras belgelenmesi gibi çok çeşitli alanlarda standart teknoloji haline gelecektir. Hem hava ...

Karşılaştırmalı Teknik Özellikler Tablosu

Özellik	Hava LIDAR	Yersel LIDAR
Tarama Alanı	Çok Geniş	Sınırlı
Çözünürlük	Orta	Yüksek
Taşınabilirlik	Düşük	Yüksek
Kapsama Hızı	Yüksek	Düşük
Maliyet	Yüksek	Orta
Veri Yoğunluğu	Orta	Çok Yüksek

Karşılaştırmalı Özellik Grafiği

Kaynakça

[1] Wehr, A. & Lohr, U. (1999). Airborne laser scanning—an introduction and overview. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing.[2] Shan, J. & Toth, C.K. (2009). Topographic Laser Ranging and Scanning: Principles and Processing. CRC Press.[3] Vosselman, G. & Maas, H.-G. (2010). Airborne and Terrestrial Laser Scanning. Whittles Publishing.[4] CHC Navigation. RS10 Handheld LiDAR Brochure and User Manual, 2023.[5] Leica Geosystems. RTC360 Technical Specifications and Application Guide.[6] Autodesk ReCap, Leica Cyclone, Faro Scene resmi dökümantasyonları.[7] Sanal Harita Mühendislik, Antalya – Yersel ve mobil LIDAR hizmetleri üzerine saha raporları (2024).