Unmanned aerial vehicles based 3D city modeling data collection, processing and analysis the case of Yavuz Sinan neighborhood

Birleşmiş Milletler'in Sürdürülebilir Kalkınma Stratejileri Raporu'na (URL-17) göre, kentsel nüfusun 2030 yılına kadar küresel nüfusun %60'ını kaplaması bekleniyor. Bu büyümeyi sürdürülebilir, kapsayıcı ve esnek kılmak için kentsel alanlarda nüfusun büyümesine ilişkin stratejiler geliştirilmiştir. Bununla birlikte, kentsel alanlardaki nüfus artışı zorlayıcı değildir, ancak kaynakların gelişimi, yenilikçilik ve yaratıcılık üzerine daha fazla yoğunlaşan, iyi tasarlanmış ve iyi yönetilen kentsel alanlarda bir fırsat haline dönüşebilir (URL-17). Bu doğrultuda akıllıca düzenlenmiş teknolojik gelişmelerin ve bu tür stratejilerin etkinliğini en üst düzeye çıkarmasındaki rolü ve önemi ortaya çıkmaktadır. Son yıllarda, insansız hava araçları sivil uygulamalarda rol almak için askeri amaçla kullanım alanından uzaklaşma evresine girmiştir ve daha küçük dronlar kullanılmaya, satın alınabilir hale gelmiştir. Bu tür İHA'lar farklı şekilde adlandırılabilmektedir. Bunlar; dronlar, insansız hava taşıtı ve uzaktan kumandalı hava taşıtı gibi adlandırmalardır. Bunların dışındaki diğer isimlendirmeler farklı sınıflandırmaları tanımlayan uzaktan kumandalı uçabilen araçlarla eş anlamlıdır. Çeşitli sınıflandırmalar, zengin gelişen tarihi ve karmaşık kompozisyonu ile İHA'lar son zamanlarda sivil uygulamalar konusunda çeşitli alanlarda önemli rol almaya başlamıştır. Yerel, ulusal ve uluslararası hükümetler ve politika yapıcılar, kalkınma ve teknolojiye bir engel teşkil etmeden İHA'lara ilişkin sosyo-teknik kaygıları önlemek için etkili yasal çerçeveler yoluyla strateji ve düzenlemelerin geliştirilmesi konusunda endişe duymaktadır. Araştırma ve akademik veri tabanlarında, çeşitli eğitim alanlarını kapsayan yayınlarda önemli bir artış gözlendiği tespit edilmiştir. Öte yandan, 3D şehir modelleri (3DCM) özellikle bilgisayar grafikleri ve depolama yeteneklerinin gelişmesinden sonra farklı araştırma alanlarında önemli bir yer almıştır. Manuel bir şekilde modellenen şehir modelleri, maliyet ve zaman sorununu çözmek için bulunan veri girişine, özniteliklere ve kurallara bağlı olarak, uygun şehir modellemesi sağlanıncaya kadar zaman ve işgücü maliyeti açısından uygun bulunmuştur. 3 DCM, gerçek dünyaya uygulanmadan önce gelecek senaryoları simüle etme becerisine sahip güçlü bir temsil, görselleştirme ve analiz aracıdır. City GML, çeşitli görselleştirme yetenekleri, yönleri ve sınıfları ile depolanacak ve paylaşılacak modeller için teorik veya gelecekteki tasarımları analiz etme, görselleştirme becerisine sahip birden fazla disiplin uzmanı sağlayan ortak bir uluslararası taban sağlamaktadır. CityGML, 3DCM kullanım amacı ile detay seviyesinin daha uyumlu bir şekilde ayarlanmasını sağlayan aynı nesnelerin sunumu için birden fazla ayrıntı seviyesi sağlamaktadır. Önceden veriye dayalı yöntemler, lazer tarama veya fotogrametri yöntemlerinden üretilen nokta bulutu veri kümesini 3DCM yapımında kullanılacak giriş verilerine dönüştürmede güçlü bir araç olduğunu kanıtlanmıştır. Çeşitli analiz yeteneklerinin yanı sıra, hem 3 DCM'nin varlığı, yerel ve bölgesel düzeyde daha fazla katılım ve gelecekteki gelişmeler için kriz, doğal afetler gibi durumlarda kullanılmak üzere hem de çoğunlukla mevcut şehir yapısını depolamak için çok önemli hale gelmiştir. Son on yılda, hem 3DCM hem de İHA'da yüksek sayıda yayın ve kümülatif yıllık büyüme oranı ayrı ayrı gözlenirken; 3DCM ve İHA konularını birlikte çalışan yayınların sınırlı olduğu tespit edilmiştir. Tezin ana amacı, İHA teknolojilerini 3B şehir modellemesine entegre etmektir. Hava ve yatay görüntüleri içeren veriler, tarihi yarımadada bulunan Fatih ilçesi sınırları içerisindeki Yavuz Sinan Mahallesi'nde toplanmıştır. DJI Phantom 4 drone kullanılarak birden fazla UAV uçuşu gerçekleştirilmiştir. Uçuş ve çözünürlük özellikleri önceki fotogrametri araştırmalarına bağlı olarak düzenlenmiştir. Görüntüler, GCPs ile sağlanan anahtar noktaları eşleme tekniği kullanılarak işlenmiş, sonuçlanan veriler (nokta bulutu, DSM, DTM, Ortomosaics, 3D mesh modeli) veri girişi olarak 3D modelleme platformuna entegre edilmiştir. Üretilen haritalar uydu görüntülerine göre daha yüksek çözünürlük ve doğruluktadır. Aynı zamanda üretilen ortomosaik harita 3 mm çözünürlükteyken uyduya bağlı haritalar 25 mm çözünürlüktedir. DTM, bitki örtüsü, binalar veya insan yapımı özellikler olarak sınıflandırılan tüm noktaların DTM'Yİ üretmek için kaldırıldığı sınıflandırılmış nokta bulutu veri kümesinden üretilmiştir. Hem yüksek çözünürlüklü hava hem de yatay görüntülere bağlı olarak üretilen örgü modeli, bitki örtüsü ve arazinin yanı sıra bina çatıları, yükseltileri görmemizi sağlamaktadır.3DCM uygulaması kentsel analiz yapmak amacıyla oluşturulmaktadır. Düzenlemeler, Boolean dahil olmak üzere katı cisimden akıllı modele dönüşümü test etmek için nokta bulutu verilerinden güçlü bir şekilde üretilen üçgen şeklinde örgü modeli üzerinde gerçekleştirilmiştir. Binalar, sürekli bağlanan örgü modelinden bağımsız bir nesne olarak başarılı bir şekilde ayrılmıştır. Bunun yanı sıra, decimation aracı ayrıca, şekil ve doku deformasyonu olmadan üçgen sayısının bir sınıra indirilmesine yardımcı olmaktadır. Ancak üretilen modelde; yükseklik, alan ve hacim gibi katı çokgenlerin verilerinden bazıları eksiktir. Bu nedenle, 3DCM yapısında kullanılabilecek verilerinin türev yöntemlerinin kullanılmasına ihtiyaç duyulmuştur. Üretilen verilerin hepsi 3dcm yapımı için girdi olarak kabul edilmekte ve bina ayak izleri, binaların maksimum yüksekliği, yüksekliklerin dokuları, ağaç yerleri vb. gibi verileri sağlamaktadır. Yapılan analizler sonucunda hem Openstreetmap hem de 2D CAD'nin bina ayak izi, mevcut durumla uyumsuz bulundu. Bunun sonucunda normalize edilmiş DSM veya sınıflandırılmış nokta bulutu veri kümesinden bina ayak izleri türetmek gerekli bulundu. Binaların türetilen ayak izleri, mülkiyet haritasının olmamasından ve binaların başka bir binayla aynı cepheyi paylaşmasından dolayı sınırlı olduğu görülmektedir. Bu sebeplerden ötürü çokgenlerin farklı yükseklikteki ayrı binalara bölünmesi için manuel olarak düzenlenmeler gerekti. Oluşturulan yapı kütleleri en az katı poligonlardan oluşturuldu ve aynı zamanda kentsel simülasyon gerçekleştirilebilir hale geldi. İHA'nın hem kentsel hem de kırsal ortamlardaki sivil uygulamaları test edildi. Hem kentsel hem de kırsal ortamlardaki sivil uygulamalar, arkeolojik dokümantasyonlar, tarım, hava kalitesi, trafik analizi, afet sonrası hasar değerlendirmesi, itfaiye hizmetleri ve bunlara benzer diğer araştırmalar İHA sivil uygulamalarına örnektir. İHA; kentsel planlama, akıllı şehirler, kentsel sürdürülebilirlik, yerleşim iyileştirme ile ilgili birçok uygulamada bir araç olarak kullanılmıştır. Aynı zamanda araştırma pratiğinin geleceği için çeşitli fırsatları ve araştırma alanlarını kapsayacağı öngörülmektedir. Üretilen modelde aynı zamanda 3DCM Kentsel Uygulamalar da test edildi. 3DCM kentsel uygulamaları çevresel uygulamalar, halkın katılımı, afet yönetimi, sel senaryosu simülasyonları, görünürlük, kültürel miras belgeleri ve diğerlerini kapsamaktadır. Bu uygulamaların incelenmesi, bu teknolojilerin analiz yeteneklerini daha geniş bir şekilde ele almaktadır. Son olarak İHA tabanlı 3 DCM'nin analiz kabiliyetini inceleme girişimi ile yaya rüzgar konfor analizi yapılmıştır. Simülasyon 32 rüzgar yönü için CFD simülasyonuna bağlı olarak kullanılmıştır. Kullanılan rüzgar verileri alan çalışmasına en yakın hava istasyonundan alındı. Lawson rüzgar konfor kriterleri, yaya rüzgar konforunu yerden 1.6 metre seviyeye göre değerlendirmek için kullanıldı. Bu nedenle çalışma, veri sınırlamalarının üstesinden gelmek, İHA'nın 3DCM için bir veri toplama aracı olarak entegre edilmesinin gücünü en üst düzeye çıkarmak için önerilerle sona ermektedir. Son olarak çalışma, sırasıyla aynı iş akışını izlemesi muhtemel araştırmalara fayda sağlayabilecek bölümleri vurgulayarak iş akışı için genel bir rehberlik sunmaktadır.