Radar teknikleri ile toprak nemliliğinin belirlenmesi
Estimation of soil moisture by radar techniques
Yazar: RUTKAY ATUN
Danışman: DOÇ. DR. ÖNDER GÜRSOY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN KOŞAROĞLU
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, sulama yapılmayan doğal nem döngüsü içerisindeki bir alanda radar teknikleri ile toprak nemliliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında toprak nemliliği uzaysal radar verileri ve yersel radar verilerinin birlikte kullanımı ile kestirilmiştir. Uzaysal radar verisi olarak SAR uydusu Sentinel 1 ve yersel radar verisi olarak da GPR ölçmelerinden elde edilen verilerden yararlanılmıştır. Bu kapsamda, Sivas ili Ulaş ilçesinde bulunan 25 dönümlük bir tarla çalışma alanı olarak seçilmiştir. Çalışma alanının seçilmesindeki en önemli kriter, toprak nemliliğinin kısa mesafe aralıklarında değişiminin çok olmasıdır. Bu kapsamda, Sentinel 1 uydusu geçiş zamanıyla senkronize olarak çalışma alanında GPR ölçmeleri yürütülmüştür. Toprak nemliliği Sentinel 1 görüntüsüyle deneysel bir yaklaşım geliştirmek suretiyle, GPR verilerinden de yansıma hiperbollerinden hız verilerinin elde edilmesi vasıtasıyla bulunmuştur. Buna ek olarak, toprak nem ölçer sensörle çalışma alanında yersel kontrol ölçmeleri gerçekleştirilmiştir. Yersel olarak toprak nem ölçer sensörle yapılan ölçmeler ve Sentinel ile hesaplanan toprak nemliliği arasındaki lineer korelasyonun tatmin edici sonuç vermemesinden kaynaklı çalışma kapsamında toprak nemliliği dağılımının birinci araziye göre nispeten homojen olduğu 25 dönümlük alandan oluşan başka bir tarla seçilmiştir. Bu sayede, ölçülen ve Sentinel 1 ile hesaplanan nemlilik değerleri arasındaki lineer korelasyon yükselmiştir. GPR verilerinden hesaplanan nemlilik değerlerinin ise Sentinel 1 görüntüsüne göre iyi bir performans gösterdiği sonucuna ulaşılmıştır.
Sonuç olarak, tarla ölçeğinde toprak nemliliğinin mekânsal dağılımı çalışma kapsamında belirlenmiştir. Yapılan çalışma ile yanlış sulamanın önüne geçme, su kaynaklarını ve tarım arazilerini koruma hedefleri için altlık oluşturulması amaçlanmıştır.

Abstract:
In this study, it was aimed to estimate soil moisture using radar techniques in an area within the natural moisture cycle without irrigation. Within the scope of the study, soil moisture was estimated by using spatial radar data and terrestrial radar data together. SAR satellite Sentinel 1 was used as spatial radar data and data obtained from GPR measurements were used as terrestrial radar data. In this context, a 25-decare field located in Ulaş district of Sivas province was chosen as the study area. The most important criterion in selecting the study area is that soil moisture varies greatly in short-distance intervals. In this context, GPR measurements were carried out in the study area synchronized with the Sentinel 1 satellite transition time. Soil moisture was estimated by developing an empirical approach with the Sentinel 1 image and obtaining velocity data from reflection hyperbolas from GPR data. In addition, in situ measurements were carried out in the study area with a soil moisture meter sensor. Since the linear correlation between in situ measurements and the estimated with Sentinel did not produce satisfactory results, another field consisting of 25 decares, where the soil moisture distribution was relatively homogeneous compared to the first field, was selected within the scope of the study. In this way, the linear correlation between the measured and estimated soil moisture values with Sentinel 1 increased. It was concluded that the soil moisture values estimated from GPR data showed good performance compared to the Sentinel 1 image.
As a result, the spatial distribution of soil moisture at the field scale was estimated within the scope of the study. The study aimed to create a basis for preventing improper irrigation and protecting water resources and agricultural lands.