Bina rölevesi kapsamında yersel lazer tarama ve insansız hava araçları yardımıyla üretilen verilerin doğruluk analizi
Accuracy analysis of data produced by terresterial laser scanner and unmanned aerial vehicle in building relief scope
Yazar: HACI TEVFİK ÇAŞKURLU
Danışman: DOÇ. DR. TURAN ERDEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Son yıllarda özel mühendislik ve mimari yapıların, kültürel varlıkların 3 boyutlu dokümantasyonuna önem verilmektedir. Dokümantasyon uygulamalarında ise amaca uygun kaliteli sonuç elde etmek için, yüksek doğruluk ve çok sayıda detay elde edilmesi gerekmektedir. Lazer tarama ve dijital fotogrametri, 3 boyutlu model oluşturmak için kullanılan iki farklı yaklaşımdır (Kraus, 1993). Mühendislik ölçmeleri, jeodezi, mimarlık vb. alanlarda hem lazer tarayıcılar hem de dijital fotogrametri yaygın olarak kullanılmaktadır. Küresel konumlama sistemi (GPS) teknolojisinin hassasiyet, hız vs. yönlerinden kazandırdığı gelişim, diğer ölçme yöntemlerinde olduğu gibi fotogrametri açısından da bir çok avantaj sağlamıştır. Son yıllarda dijital fotogrametrinin uygulaması, hava fotogrametrisi içerisine entegre edilmiştir. Ancak hava fotogrametrisi geniş alanların ölçülmesinde avantajlıyken; uçak vs. gibi taşıyıcıların maliyetli olması ve herhangi bir nedenle ölçme tekrarının zor olması gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Bu yüzden önceleri sınırlı olarak kullanılan hava fotogrametrisi yerine genellikle diğer yöntemler uygulanmıştır. Gelişen teknoloji ile taşıyıcı platform olan İnsansız Hava Araçları (İHA), haritacılık sektörü için önemli bir yer edinmiştir. İHA ile yapılan fotogrametrik çalışmaların düşük maliyetli, hızlı, yüksek doğruluklu olması ve ölçmelerin tekrar edilmesine olanak sağlaması bu platformun tercih edilmesine olanak sağlamaktadır. Gelecekte muhtemelen tüm hava fotogrametrisini İHA'ların gerçekleştireceği tahmin edilmektedir. İnsansız hava aracı ile dijital fotogrametri de ise bir yüzeyin fotoğraflar yardımı ve yazılım desteği ile yüzeye ait 3 boyutlu verilere ulaşılabilmektedir. Kontrol noktaları ve doğru uçuş planlaması ile elde edilen fotoğraflar dijital fotogrametri yazılımları ile değerlendirilerek nokta bulutları ve ortofotolar oluşturulmaktadır. Grafik tasarım programları ile gerekli noktasal ve çizgisel veriler elde edilmektedir. Uygulamada xx özetle; Map Made Easy ve DJI yazılımları ile haritası yapılacak yere göre; uçuş planlaması ve uçuşlar gerçekleştirilmiştir. Fotogrametrik değerlendirme, ortofoto, nokta bulutu oluşturma Agisoft 1.4.1 yazılımı ile yapılmıştır. Cad çizimlerinde ise Autocad, lisanslı Stereocad ve Netcad 7.6 kullanılmıştır. Bütün bu ofis çalışmaları iş istasyonu olarak nitelendirdiğimiz özellikleri üst düzey olan bilgisayarlarla değerlendirilmiştir. Bu sayede zaman yönünden oldukça büyük kazanç sağlanmıştır. İHA ile dijital fotogrametri işlemi haritacılık sektörü ve diğer bağlantılı bilimler için devrim niteliğinde görülmektedir (Geodetic System Inc, 2003). Lazer tarayıcılar ile taranmış bir yüzeyin noktaları ile birebir modeller meydana getirilebilmektedir. Bu yüzeye ait tüm 3 boyutlu veriler lazer tarayıcı ile doğrudan elde edilmektedir. Elde edilen nokta bulutlarının düzenlenmesi, farklı kontrol noktalarından yapılan taramaların birleştirilmesi, incelenmesi, filtreden geçirilmesi, yüzey üçgenlemesi, grafik tasarım programları yardımı ve 3 boyutlu model işlemleri aşamalarıyla ihtiyaç duyulan noktasal, çizgisel vb. bilgilere ulaşılabilmektedir. Bu çalışma; İstanbul ili Zeytinburnu ilçesi Çırpıcı mahallesinde bulunan Akfil Tekstil'e ait, 1955 yılında kurulmuş ve 2008 yılına kadar faaliyet göstermiş olan tekstil fabrikasını kapsamaktadır. Çalışma alanı yaklaşık 5 hektardır. Bağımsız bir çok yapının yer aldığı söz konusu fabrika sahası; yapılmış olan "Millet Bahçesi" projesinin eki olarak düşünülmüştür. Mevcut fabrika sahasının projeye altlık oluşturacak şekilde yapılarının durumunu, konumunu ve çevresindeki her türlü nesne ile olan ilişkisini belirlemek için farklı ölçme yöntemleri birlikte kullanılmıştır. Böylece yapılara ait güncel konumsal veriler elde edilmiştir. Bu kapsamda, iç mekan ve dış cephelerine ait üç boyutlu nokta bulutları lazer tarayıcı ile elde edilmiş, farklı açılardan ortofoto görüntüleri oluşturulmuş, kesit, dilim ve kat planlarına ait rölöve çizimleri hazırlanmış ve çalışma sahasında bulunan yapay ve doğal objeler ile arazinin karakteristiğini ortaya koyan her türlü yapı ve doğal oluşumlar ölçülmüş ve belirli bir ölçekteki halihazır haritada gösterilmiştir. Ölçme sistemi kurulması ve detay ölçmeleri aşamasında; proje alanında uygun yerlere GNSS ve klasik yersel ölçme yöntemleriyle kontrol noktaları tesis edilmiş ve bu noktaların ITRF96 (2005.0) datumundaki koordinatları hesaplanmıştır. Poligon güzergahı oluşturularak uygulama projesine altlık oluşturmak üzere GNSS Real Time Kinematik yöntemi ve total station ile üst yapı (Ağaç, süs havuzu, kaldırım, yol, merdiven vb.) ve altyapı tesisleri ölçülmüştür. Proje alanının güncel durumu xxi Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliğine (BÖHHBÜY) uygun olarak hazırlanmıştır. Röleve ölçmeleri ve çizimleri aşamasında; Proje alanındaki iç ve dış mekana ait alanlarda lazer tarayıcı kullanılarak ortalama 5 mm. çözünürlüklü üç boyutlu nokta bulutu elde edilmiştir. Çok sayıda istasyonda kurulacak lazer tarayıcı ile elde edilen farklı uzaylardaki nokta bulutu verileri birleştirilerek tek bir nokta bulutu haline getirilmiştir. Gereksiz olan veriler ayıklandıktan sonra idarece istenen plan, cephe ve düşey kesitler için ortofotolar oluşturulmuş ve söz konusu ortofotolar esas alınarak rölöve çizimleri gerçekleştirilmiştir. Proje sahasında önceden tesis edilen ITRF96 (2005.0) datumundaki noktalar referans alınmış ve yapı üzerindeki ortometrik yükseklikler rölöve çizimleri üzerinde gösterilmiştir. Öte yandan, yersel yöntemlerle ulaşılması mümkün olmayan bölgelerin durumunu ve konumsal bilgilerini üretmek için insansız hava aracı (İHA) kullanılmıştır. İHA ile elde edilen fotoğraflar yardımıyla özellikle yapıların çatı kısımlarının mevcut halini ve tüm yapı ile olan ilişkisini ortaya koymak mümkün olabilmiştir. Çalışmanın doğruluk değerlendirmesi aşamasında ise, proje sahasında 15 metre yüksekliğindeki duvar yüzeyinde oluşturulan kontrol ağı; yersel teknik, lazer tarama ve İHA yardımıyla ölçülmüş, ölçme sonuçları birbiriyle karşılaştırılmıştır. Uygulamada; GPS olarak Geomax Zenith 25 Pro, totalstation olarak Geomax Zoom Pro 20, yersel lazer tarama aleti olarak faz farkı ile ölçüm yapan Z-F 5010 ve İHA ile fotogrametrik çalışmada ise DJI Phanton 4 Pro kullanılmıştır. Çalışmalar sonucunda yersel lazer tarayıcılar, cm. altı doğruluğa sahip, doğrudan üç boyutlu veri elde edebilen ağır, hassas ve pahalı aletler olarak karşımıza çıkmıştır. İHA ile fotogrametrik yöntem ise cm seviyesinde doğruluğa sahip, hızlı, ekonomik, ancak fotoğrafların çekim geometrisiyle nesne yüzeyindeki dokudan ve çevre ışık miktarından etkilenen bir yöntem olarak belirmiştir. Ayrıca bina röleve projesi kapsamında hem lazer tarama yöntemiyle, hem İHA ile fotogrametrik yöntemle hasar ve malzeme tespiti yapılmış, ölçümsel olarak iki yöntemin tamamlayıcı ve eksik yönleri irdelenerek kıyaslanmıştır. Yersel lazer tarayıcı ile ölçmenin mümkün olmadığı yerlerde İHA, tamamlayıcı ölçme yöntemi olarak işlev yüklenmiştir. xxii Bu çalışmada; İnsansız Hava Araçları ile fotogrametri, yersel lazer tarayıcı ve klasik ölçme teknikleri birbirlerini tamamlayan ölçme yöntemleri şeklinde kullanılmıştır. Yapılan çalışmayla, planlanan ve tahmin edilen sonuçlara ulaşıldığı değerlendirilmektedir.

Abstract:
In recent years, 3D documentation of special engineering structures, architectural structures and cultural sites are given importance. In the documentation application, high accuracy of object details should be obtained. Laser scanning and digital photogrammetry are two different approaches used to create a 3D model (Kraus, 1993). In the engineering measurements, geodesy and architecture etc., digital photogrammetry by UAV and laser scanners are widely used at today's technology. The development of Global Positioning System (GPS) technology's accuracy, 
quickness, etc. has brought many advantages for other measurement methods as well as photogrammetry. In recent years, the application of digital photogrammetry has been integrated into aerial photogrammetry. However, while aerial photogrammetry is advantageous in measuring large areas; airplane etc. there are also disadvantages 
such as being costly and measuring repetition difficult for any reason. Therefore, instead of aerial photogrammetry, which was rarely used before, other measurement methods were generally used in measurements. UAV systems, which are the carrier platform with the developing technology, have gained an important place for the 
mapping industry. Photogrammetry studies performed with UAVs are low cost, fast, highly accurate and advantageous in terms of allowing the measurement to be repeated for any reason. It is estimated that UAVs will probably perform all aerial photogrammetry in the future. 3D data of measurement area with the help of photographs and software supports can be accessed with the method of digital photogrammetry. Photographs obtained with 
control points and correct flight planning are evaluated with digital photogrammetry software and point clouds and orthophotos are created. Necessary point and line data are obtained with CAD programs. Used software in study summerizely; flight planning and flights were carried out with Map Made Easy and DJI software. Photogrammetric evaluation, orthophoto, point cloud creation was done with Agisoft 1.4.1 software. Cad drawings are made with Licensed Stereocad ,Netcad 7.6 and Autocad2014 software. All these office works have been evaluated with high-level computers called workstation. In this way, a great profit has been made in terms of time. Digital photogrammetry by UAV are seen as revolutionary for the cartography industry and other related sciences (Geodetic System Inc, 2003). One-to-one models can be created with point sets of a scanned surface with laser scanners. All 3D data of this surface is obtained directly by laser scanner. Arrangement of the obtained point clouds, combining, examining, filtering, the scans from different control points, surface triangulation, the help of CAD and 3D model operations needed point and line information etc. can be accessed. This study area; it includes the textile factory belonging to Akfil Textile, which is located in the Çırpıcı district of Zeytinburnu in Istanbul, which was established in 1955 and operated until 2008. It is about 5 hectares. The building, in which many 
independent buildings are located, has been damaged by external factors until today. This factory site; It is considered as an extension of the "Millet Bahçesi" project. Different measurement methods have been used together to determine the condition of the buildings, their location and their relationship with all kinds of objects around the existing factory site in a way to form a basis for the project. Thus, up-to-date spatial data of the structures were obtained. In this context, three-dimensional point clouds belonging to interior and exterior facades were obtained with laser scanners, orthophoto images were created from different angles, survey drawings of crosssection, slice and floor plans were prepared, and all kinds of artificial and natural objects in the study area and all kinds of demonstrating the characteristics of the land, structure and natural formations were measured and plotted on the map of a scale. At the stage of establishing a measurement system and measuring details; Control points were established at appropriate locations in the project area with GNSS and classical terrestrial measurement methods and the coordinates of these points in the ITRF96 (2005.0) datum were calculated. The other structure (tree, ornamental pool, pavement, road, stairs, etc.) and infrastructure facilities were measured with the GNSS Real-Time Kinematic method and the total station to form a base for the application project by creating a polygon route. The current status of the project area has been prepared in accordance with the regulation (Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim yönetmeliği- BÖHHBÜY). At the stage of measurements and drawings; a three-dimensional point cloud with an average resolution of 5 mm. was obtained by using a laser scanner in indoor and outdoor areas in the project area. The point cloud data in different spaces obtained 
with the laser scanner to be installed in many stations has been combined into a single point cloud. After removing the unnecessary data, orthophotos were created for the plan, facade and vertical sections requested by the administration, and the survey drawings were made based on orthophotos. The points in the ITRF96 (2005.0) datum previously established in the project area are taken as reference and the orthometric heights on the building are shown on the survey drawings. On the other hand, unmanned aerial vehicles (UAVs) were used to generate the status and spatial information of regions that are not accessible by terrestrial methods. With the 
help of the photographs obtained by the UAV, it was possible to reveal the current state of the roof parts of the buildings and their relationship with the whole structure. In this study; measurement works was conducted for an old textile factory in Çırpıcı district of Zeytinburnu, Istanbul. The control network that created on the wall surface of 15 meters in the project area is established and produced terrestrial data was compared by laser scanning and digital photogrammetry with UAV data. In this project, Geomax Zenith 25 Pro is used GPS, Geomax Zoom Pro 20 is a total station, Z-F 5010 measuring with phase difference as a terrestrial laser scan instrument and DJI Phanton 4 pro is used UAV. As a result of the studies, terrestrial laser scanners have emerged as heavy, sensitive 
and expensive instruments that can obtain 3D data directly with an accuracy of below cm. The photogrammetric method with UAV has emerged as a fast, economical method with cm level accuracy, but is affected by the shooting geometry of the photographs, the texture on the object surface and the ambient lighting. In addition, within the scope of the building relief project, both laser scanning and UAV were compared with the photogrammetric method of determination of damaged place and material detection, and the complementary and deficient aspects of the two methods were compared. In this study; Unmanned Aerial Vehicles's photogrammetry, terrestrial laser scanning and classical measurement techniques are not competing measurement techniques, but have been measurement methods that complement each other. In this way, the expected results were achieved in the study.