İnsansız hava aracı ile elde edilen görüntülerden ağaçların toprak üstü biyokütle tahmini ve karbon depolama kapasitesinin belirlenmesi
Estimating above ground biomass and determination of carbon storage capacity of trees from images acquired by unmanned aerial vehicle
Yazar: AYŞENUR AKPINAR
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR SELİM
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Coğrafya = Geography ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Karbon depolama = Carbon storage ; Toprak üstü biyokütlesi = Aboveground biomass ; Uzaktan algılama = Remote sensing ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Dünya, küresel iklim değişimi, nüfus artışı, küresel ısınma, kentsel büyüme, arazi değişimleri, sera etkisi gibi birçok zorlukla karşı karşıyadır. Bu gelişmeler, plantasyon ormanları da dâhil olmak üzere tüm arazi kullanım sistemlerinde biyokütle karbonunu tahmin etmek için sağlam ve uygulanabilir yöntemlere açık bir ihtiyaç yaratmıştır.
Bu çalışmada, insansız hava aracı (İHA) görüntüleri kullanılarak bireysel ağaçların biyokütle ve karbon kapasitelerinin tahmin edilmesi amaçlanmıştır.  Çalışmada test verisi olarak Citrus aurantium (turunç) kullanılmış, İHA görüntülerinin işlenmesi ile elde edilen biyokütle ve karbon verilerinin doğruluğu, geleneksel yöntemler kullanılarak üretilen değerler ile karşılaştırılmış ve optimizasyon için denklemler oluşturulmuştur. Bu kapsamda çalışma İHA görüntülerinden ve arazi verilerinden karbon ve biyokütle değerlerinin tahmin edilmesi olmak üzere iki kısımda yürütülmüştür. İHA verilerinin fotogrametrik yöntemler ile işlenmesiyle ağaçlara ait katı hacimler çıkarılmıştır. Arazi verilerinden ise ağaçların katı hacimleri, gerçek hacimleri, toprak üstü biyokütle ve karbon tutabilme kapasiteleri geleneksel yöntemlerle elde edilmiştir. Elde edilen bu veriler doğrultusunda ağaçların toprak üstü biyokütle ve karbon tutum kapasitelerinin tahmin edilebilmesi için regresyon denklemleri üretilmiştir. Üretilen denklemler üstel, doğrusal, polinom ve üssel eğim çizgilerine ait denklemlerdir. Bu denklemler İHA verilerinden elde edilen ağaçların katı hacimlerden, arazi verilerinden elde edilen gerçek hacimlere dönüşümü ve hacimden biyokütleye geçiş entegrasyonu için kullanılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre: Karbiyosis yazılımından elde edilen ortalama toprak üstü biyokütle değeri 38.595,17 gr, karbon depolama kapasitesi ise 17.651,38 gr olarak tahmin edilmiştir. İHA verilerinden elde edilen katı hacimden, arazi verilerinden elde edilen gerçek hacime üstel denklem ile üretilen ortalama toprak üstü biyokütle değeri 32.552,68 gr iken toprak üstü karbon değeri ise 15.625,29 gr'dır. 2. dereceden polinom denklemi ile üretilen toprak üstü biyokütle ve karbon değerleri ise sırasıyla 37.550,57 gr ve 18.024,27 gr'dır. İHA verilerinden elde edilen katı hacimden, Karbiyosis'den elde edilen biyokütleye, üstel denklem ile üretilen ortalama toprak üstü biyokütle değeri 37.151,91 gr iken toprak üstü karbon değeri ise 17.832,91gr'dır. 2. dereceden polinom denklemi ile üretilen toprak üstü biyokütle ve karbon değerleri ise sırasıyla 36.839,78 gr ve 17.683,09 gr'dır. İHA verilerinden elde edilen katı hacimden, arazi verilerinden elde edilen gerçek hacime, polinom denklemleri ile üretilen biyokütle değerlerinin Karbiyosis sonuçları ile karşılaştırılmasıyla elde edilen uyumluluklar %85 ve %84 iken karbon için uyumluluk ise %86 ve %84'tür. İHA verilerinden elde edilen katı hacimden, Karbiyosis'den elde edilen biyokütleye, üstel ve 2. dereceden denklemleri ile üretilen biyokütle ve karbon değerlerinin Karbiyosis sonuçları ile karşılaştırılmasıyla elde edilen uyumlulukların tümü ise %86'dır.
Sonuç olarak, İHA görüntüleri kullanılarak bireysel ağaçlara yönelik hacim, biyokütle ve karbon tutum tahminleri yüksek doğrulukta elde edilmiştir. Bu çalışma, uzaktan algılama teknolojilerinin küresel iklim değişikliği kapsamında önemli bir veri olan karbon hesabının yapılabilmesinde kullanılabilir ve uygulanabilir olduğunu doğrulamaktadır.

Abstract:
The world is facing many challenges such as global climate change, population growth, global warming, urban growth, land changes and greenhouse effect. These challenges have created a clear need for a robust and applicable methods for estimating biomass carbon in all land use systems, including plantation forests.
This study aimed to estimate the biomass and carbon capacities of individual trees using unmanned aerial vehicle (UAV) images. Citrus aurantium (orange) was used as  test data, the accuracy of the biomass and carbon data obtained by processing the UAV images were compared with values produced using traditional methods and equations were created for optimization. In this context, the study was carried out in two parts, estimating carbon and biomass values from UAV images and field data. Solid volumes of trees were extracted by processing the UAV data with photogrammetric methods. From the field data, solid volumes, real volumes, above-ground biomass and carbon sequestration capacities of the trees were obtained by traditional methods. In line with the obtained data, regression equations were produced to predict the above-ground biomass and carbon sequestration capacities of trees. The generated equations are exponential, linear, polynomial and exponential slope lines. These equations are used for the conversion of trees from solid volumes to real volumes obtained from field data and integration of transition from volume to biomass.
Following results are found: The average above-ground biomass value obtained from Karbiyosis software was estimated as 38,595.17 gr, and the carbon storage capacity was estimated as 17,651.38 gr. The average above-ground biomass value produced by the exponential equation from the solid volume obtained from the UAV data to the actual volume obtained from the field data is 32,552.68 g, while the above-ground carbon value is 15,625.29 gr. Above-ground biomass and carbon values produced by the 2nd degree polynomial equation are 37,550.57 gr and 18,024.27 gr, respectively. From the solid volume obtained from the UAV data to the biomass obtained from Karbiyosis, the average above-ground biomass value produced by the exponential equation is 37,151.91 gr, while the above-ground carbon value is 17,832.91 gr. Above-ground biomass and carbon values produced by the 2nd degree polynomial equation are 36,839.78 gr and 17,683.09 gr, respectively. Results found by comparing the solid volume obtained from the UAV data to the real volume obtained from the field data, the biomass values produced by polynomial equations with the Karbiyosis results, are 85% and 84%, while the compatibility for carbon is 86% and 84%. The solid volume obtained from the UAV data to the biomass obtained from the Karbiyosis, the overall compatibility obtained by comparing the biomass and carbon values produced with the exponential and 2nd order polynomial equations with Karbiyosis results is 86%.
In this thesis, estimations of volume, biomass and carbon sequestration for individual trees were obtained with high accuracy using UAV images. This study confirms that remote sensing technologies can be used and applied in carbon calculation, which is an important data within the scope of global climate change.