ICESat-2/ATLAS, havasal LİDAR ve GNSS verileri ile lokal geoit yükseklik hesaplamaları: Bergama örneği
Local geoid height calculations with ICESat-2/ATLAS, airborne LIDAR and GNSS Data: The case of Bergama
Yazar: ALİ İHSAN DALOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜGE AĞCA
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: LIDAR = LIDAR ; Ortometrik yükseklikler = Orthometric heights

Özet:
Dünya üzerinde buz tabakalarından denizlere, denizlerden ormanlara kadar hemen hemen tüm yüzeylerde fiziksel değişimler yaşanmaktadır. Bilim insanları bu değişimlerin izlenebilmesi için anlık ve belirli aralıklarla düzenli olarak veri toplayabilen ICESat-2/ATLAS sistemini geliştirmiştir. Bu sistemler tarafından toplanan yatay konum bilgileri (X, Y) uygulamalarda direkt olarak kullanılabilirken düşey konum bilgisi (h) çalışma alanının gerçek durumunu yansıtmadığı için direkt olarak kullanılamamaktadır. Bu nedenle elipsoidal yüksekliklerin (h), çalışma alanının gerçek durumunu yansıtan ortometrik yüksekliklere dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın genel amacı ICESat-2/ATLAS, havasal LİDAR ve GNSS/CORS sistemlerinden elde edilen zemin noktalarına ait geoit ve ortometrik yüksekliklerin TG20 veri seti ve lokal GPS nivelman noktaları yardımıyla hesaplanmasıdır. Alt amaçlar ise; (a) Çalışmada referans olarak kullanılan TG20 veri seti ve lokal GPS nivelman noktalarının çalışma alanını temsil etme doğruluğunun araştırılması, (b) ICESat-2/ATLAS, havasal LİDAR ve GNSS/CORS sistemlerinden elde edilen zemin noktalarına ait ortometrik yükseklik değerleri arasındaki ilişkilerin incelenmesidir. Geoit yüksekliklerinin hesaplanmasında ilk veri seti olarak 12 adet lokal C1-C3 derece GPS nivelman noktası kullanılmıştır. İkinci referans veri seti olarak 5'× 5' çözünürlüğündeki yeni Türkiye Geoit Modeli 2020 (TG20) grid verisi kullanılmıştır. Son veri seti olarak ise TG20 geoit verilerinin, lokal GPS nivelman noktaları yardımıyla enterpolasyon yöntemleri kullanılarak iyileştirilmesiyle elde edilen veriler kullanılmıştır. 
Çalışmada geoit yüksekliklerinin hesaplanabilmesi için Çakar tarafından windows tabanlı olarak C sharp programlama dilinde geliştirilen Lokal Geoit 1.0 programı ve çeşitli enterpolasyon (ağırlıklı aritmetik ortalama, kriging, multikuadratik, polinom) yöntemleri kullanılmıştır. Enterpolasyon hesaplarından elde edilen sonuçlara bakıldığı zaman üçüncü veri setinde polinom enterpolasyon yöntemiyle yapılan iyileştirme (M0= 0.00 cm) sonuçlarının daha iyi olduğu görülmüştür. Daha sonra belirlenen geoit yükseklikleri kullanılarak karşılaştırması yapılacak olan ortometrik yükseklik değerleri hesaplanmıştır.  Bu sistemler arasındaki karşılaştırmada kök ortalama kare hata (RMSE), ortalama kare hata (MSE), ortalama mutlak hata (MAE), ortalama hata (ME) ve determinasyon veya belirlilik katsayısı (R2) gibi çeşitli analiz yöntemleri kullanılmıştır. Havasal LİDAR-ICESat-2 arasındaki ilişkinin (RMSE = 2.003 cm, MSE = 4.013 cm, MAE = 1.748 cm, ME = 0.004 cm), GNSS/CORS-ICESat-2/ATLAS arasındaki ilişkiden (RMSE = 3.091 cm, MSE = 9.558 cm, MAE = 2.723 cm, ME = 1.401, R2=1.00) daha iyi olduğu görülmüştür. Sonucunda ise; ICESat-2/ATLAS sisteminden elde edilen ortometrik yükseklik değerlerinin, GNSS/CORS ve havadan LİDAR sistemleriyle benzer sonuçlar verdiği görülmüştür.

Abstract:
Physical changes occur on almost all surfaces on Earth, from ice sheets to seas, from seas to forests. In order to monitor these changes, scientists have developed the ICESat-2/ATLAS system, which can collect data instantly and regularly at certain intervals. While the horizontal position information (X, Y) collected by these systems can be used directly in the applications, the vertical position information (h) cannot be used directly because it does not reflect the actual state of the work area. For this reason, ellipsoidal heights (h) need to be converted to orthometric heights that reflect the actual state of the study area. The general purpose of this study is to calculate geoid heights of ground points obtained from ICESat-2/ATLAS, aerial LIDAR and GNSS/CORS systems with the help of TG20 data set and local GPS leveling points. Sub-objectives; (a) Investigating the accuracy of representing the working area of the TG20 data set and local GPS leveling points used as a reference in the study, (b) Examining the relationships between orthometric height values of ground points obtained from ICESat-2/ATLAS, aerial LIDAR and GNSS/CORS systems. In the calculation of geoid heights, 12 local C1-C3 degree GPS leveling points were used as the first data set. The new Turkey Geoid Model 2020 (TG20) grid data with a resolution of 5'×5' was used as the second reference data set. As the last data set, the data obtained by improving the TG20 geoid data by using interpolation methods with the help of local GPS leveling points were used. 
In order to calculate geoid heights, Local Geoit 1.0 program developed by Çakar in windows-based C sharp programming language and various interpolation (weighted arithmetic mean, kriging, multiquadratic, polynomial) methods were used in the study. When the results obtained from the interpolation calculations are examined, it is seen that the improvement (M0= 0.00 cm) results made by the polynomial interpolation method in the third data set are better. Then, using the determined geoid heights, the orthometric height values to be compared were calculated. In the comparison between these systems, various analysis methods such as root mean square error (RMSE), mean square error (MSE), mean absolute error (MAE), mean error (ME) and coefficient of determination or certainty (R2) were used. The relationship between airborne LIDAR-ICESat-2 (RMSE = 2.003 cm, MSE = 4.013 cm, MAE = 1.748 cm, ME = 0.004 cm) than the relationship between GNSS/CORS-ICESat-2/ATLAS (RMSE = 3.091 cm, MSE = 9.558) cm, MAE = 2.723 cm, ME = 1.401, R2=1.00) were found to be better. As a result; It has been observed that the orthometric height values obtained from the ICESat-2/ATLAS system give similar results with the GNSS/CORS and airborne LIDAR systems.