Ormanın yapısal çeşitliliğinin uydu verileri kullanılarak kestirimi
Predicting forest structural diversity using satellite data
Yazar: AHMET MERT
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM ÖZDEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Sürdürülebilir orman işletmeciliğinin temel ilkelerinden birisi, orman ekosistemlerinde biyolojik çeşitliliğin korunması ve zenginleştirilmesidir. Yaban hayvanları habitatlarının korunması ve geliştirilmesi, biyolojik çeşitlilik konusunda alınacak başlıca tedbirlerden birisidir. Bunu sağlamanın en pratik yolu ormandaki yapısal çeşitliliğin arttırılması olarak kabul edilmektedir. Çünkü teorik olarak bir orman ekosisteminde çeşitlilik arttıkça, çok sayıda canlı türüne ev sahipliği yapacak habitatların oluşabileceği öngörülmektedir. Dolayısıyla ekosistem çeşitliliğini artırmak amacıyla, amenajman çalışmalarının hem meşcere tiplerinin, hem de meşcere tanımına girmeyen diğer nitelikli alanların çeşitliliğini arttıracak biçimde yapılması önemlidir. Bunun yanında, meşcere düzeyinde çeşitliliği arttıracak silvikültürel tedbirlerin de alınması gerekmektedir. Uygulanacak silvikültürel işlemlerin isabetli olarak belirlenmesi, meşcerenin bugünkü yapısal çeşitliliğinin sayısal olarak belirlenmesine bağlıdır. Planlanacak bir orman işletmesindeki meşcerelerin tamamı düşünüldüğünde, yersel yöntemlere dayalı olarak yapısal çeşitlilik ile ilgili ölçme ve gözlemler yapmanın, envanter maliyetlerini yükselteceği açıktır. Dolayısıyla ormandaki yapısal çeşitliliği daha ucuz ve hızlı olarak belirlemek ve haritalamak için daha uygun envanter yöntemleri geliştirilmelidir. Bu konuda uydu verileri çok önemli bir bilgi kaynağı konumundadır. Ancak çok farklı özellikleri olan uydu verilerinin, ormanın yapısal çeşitliliğini tahmin etmede kullanılabilirliğinin, farklı orman ekosistemleri itibariyle araştırılması gerekmektedir. Dolayısıyla, bu tez çalışmasında, Konya/Beyşehir ilçesi hudutları içinde yer alan, ağırlıklı olarak karaçam meşcerelerinin hakim olduğu bir ormanlık alanda, SPOT-4, Quickbird2-PS ve Quickbird2-MS uydu verilerinden çıkarılan değişkenler kullanılarak meşcere yapısal çeşitliliğinin modellenmesi ve haritalanması amaçlanmıştır. Yersel ölçmelerle, büyüklükleri 100 m2 ile 900 m2 arasında değişen 270 adet örnek alanda (30 ağaç girecek biçimde) meşcere çeşitlilik indeksleri hesaplanmıştır. Sonra, örnek alanlara karşılık gelen piksellerin ortalama parlaklık değerleri ve doku özellikleri belirlenmiştir. İlişkiler 270 örnek alan (Alt Örnek Alan) ve ayrıca beş örnek alan bir arada değerlendirmek suretiyle 1 ha büyüklüğündeki 54 örnek alan (Ana Örnek Alan) için ortaya koyulmuştur. Görüntü değişkenleri ile yapısal çeşitlilik indeksleri arasındaki ilişkilerin incelenmesinde regresyon analizi ve regresyon ağacı yöntemi kullanılmıştır. Çalışma sonucunda, regresyon analizi yönteminin meşcere çeşitliliğini belirlemede, regresyon ağacı yöntemine göre, daha uygun olduğu görülmüştür. Quickbird2 uydu görüntülerinden türetilen değişkenler ile meşcere çeşitliliği arasında daha yüksek ilişkiler bulunmuştur (Clark-evans indeksi için R2=0,68, p<0.01; ağaçlar arası mesafe korelasyonu indeksi için R2=0,60, p<0.01; standart sapma indeksi için R2=0,60, p<0.01); ağaçlar arası ortalama mesafe indeksi için R2=0,59, p<0.01; tür zenginliği için R2=0,51, p<0.01). Ana örnek alan (1 ha) düzeyinde yapılan değerlendirmenin daha başarılı olduğu görülmüştür (Örneğin açıklama payı en yüksek modeller kıyaslandığında, R2 değerlerinde, Clark-evans indeksi için % 25; ağaçlar arası mesafe korelasyonu indeksi için %27, standart sapma indeksi için %39;  ağaçlar arası ortalama mesafe indeksi için %39; tür zenginliği için %20'lik bir artış elde edilmiştir).  Elde edilen tahmin modellerine, uydu verilerinin hem doku hem de parlaklık değerlerinin katkısı olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlara göre, Quickbird-2 uydu verilerinin, çalışılan yörede veya benzer ormanlık alanlarda ve çok ayrıntı gerektirmeyen çalışmalarda, meşcere çeşitliliğini belirlemek amacıyla kullanılabileceği söylenebilir.

Anahtar Kelimeler: Yapısal çeşitlilik, uydu görüntüsü, bitki indeksi, modelleme, regresyon analizi, regresyon ağacı.

Abstract:
One of the core principles of sustainable forestry management is conservation and enrichment of biodiversity in forest ecosystems. Conservation and enhancement of wildlife habitats have been seen as one of the basic measures about biodiversity. To enhance the structural diversity in forest ecosystems has been considered to be the most practical way to accomplish this. It has been theoretically accepted that if the structural diversity increases in a forest ecosystem, many habitats hosting for many kind of the species are constituted. It is important that forest management applications should be performed to increase diversity of stand types and other land cover patches. It also needs to take silvicultural measurements to increase diversity at stand level. Appropriate silvicultural treatments can be practiced depending on the quantification of current structural diversity of stands. It is obvious that the inventory costs of measurements and observations based on field methods to determine structural diversity are quite expensive when we consider all of the stands in a forest management unit. Thus, efficient inventory methods should be developed to assess and map the structural diversity in the forest stands. In this respect, satellite data are very important information resources. Satellite data with different characteristics should be investigated to estimate the structural diversity in different forest ecosystems. In this thesis, it has been aimed at the modeling and mapping of the structural diversity in a forest area consisting of predominantly Anatolian black pine within the borders of Beyşehir in Konya, using the variables derived from SPOT-4, Quickbird2-PS and Quickbird2-MS satellite data. Diversity indexes were calculated with field measurements in 270 sample plots (including 30 trees) ranging in size from 100 m2 to 900 m2. In the next step, average brightness values and texture features of pixels corresponding to the sample plots were determined. The relations have been demonstrated for 270 sample plots (sub-plots) and 54 sample plots (main plots) with 1 ha size to evaluate a combination of five samples. Simple regression analysis and regression tree techniques were used to examination of the relationships between image variables and structural diversity. Simple regression analysis compared with regression tree technique was found more appropriate to determine stand diversity. More significant relations were found between the variables derived from Quickbird-2 satellite images and stand diversity (clark-evans index: R2=0,68, p<0.01; index of the distance between trees: R2=0,60, p<0.01; standard deviation index: R2=0,60, p<0.01; index of the average distance between trees R2=0,59, p<0.01; species richness: R2=0,51, p<0.01). The assessment was found more successful at main plot level (1 ha) (i.e. compared to the models having the highest significance level; R2 values increased 25% for Clark evans index, 39% for standard deviation index, 39% for index of the average distance between trees and 20% for species richness.). It was determined that both texture and brightness values of satellite data contributed to the estimating models. According to these results; it can be said that Quickbird-2 satellite data can be used to determine stand level diversity in the studied district or similar forest areas that do not require as much detail. 

Keywords: Structural diversity, satellite image, vegetation index, modeling, simple regression analysis, regression tree