Digital Documentation of Monumental Trees Using Photogrammetry Technique: The Case of Mızık Pine Natural Monument

Abstract

It is important to identify, register, protect monumental trees that are living representatives of natural and cultural heritage, to transfer them to next generation with a digital documentation based on reality and a sustainable understanding. The photogrammetry technique offers a reliable and accurate approach to the reality-based documentation of monumental trees. In this study, it is aimed to create a realistic and highly accurate three-dimensional (3D) model based on photogrammetry technique as an effective and low-cost tool for the preservation and visualization of monumental trees. The workflow was applied to the Mızık Pine Natural Monument located in Domur Village, Domaniç district, Kütahya province. The results of the study showed that the photogrammetry technique provides great advantages in terms of accuracy, speed, cost, efficiency and product diversity in 3D digital documentation and analysis of monumental trees. The approach described in the study provides new opportunities to make works of cultural heritage more accessible and inclusive.

Keywords

• Photogrammetry
• cultural heritage
• monumental tree
• 3D model

Fotogrametri Tekniği Kullanılarak Anıt Ağaçların Dijital Belgelenmesi: Mızık Çamı Tabiat Anıtı Örneği

Öz

Doğal ve kültürel mirasın yaşayan temsilcileri olan anıt ağaçların tespiti, tescili, korunması, gerçekliğe dayalı dijital belgelenmesi ve sürdürülebilir bir anlayışla gelecek nesillere aktarılması önem arz etmektedir. Anıt ağaçların gerçekliğe dayalı dokümantasyonunda fotogrametri tekniği güvenilir ve doğru bir yaklaşım sunmaktadır. Bu çalışmada, anıt ağaçların korunması ve görselleştirilmesi için etkili ve düşük maliyetli bir araç olarak fotogrametri tekniğine dayalı gerçekçi ve yüksek doğrulukta üç boyutlu (3B) modelinin oluşturulması amaçlanmıştır. İş akışı Kütahya ili, Domaniç ilçesi, Domur Köyü’nde yer alan Mızık Çamı Tabiat Anıtına uygulanmıştır. Çalışmanın sonuçları, anıt ağaçların 3B dijital dokümantasyonu ve analizi çalışmalarında fotogrametri tekniğinin doğruluk, hız, maliyet, verimlilik ve ürün çeşitliliği açısından büyük avantajlar sağladığını göstermiştir. Çalışmada açıklanan yaklaşım kültürel miras eserlerini daha erişilebilir ve kapsayıcı hale getirmek için yeni fırsatlar sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Fotogrametri
• kültürel miras
• anıt ağaç
• 3B model

Kaynakça

1. Asan, Ü. (1987). Türkiye ormanlarında saptanabilen anıt nitelikli ağaçların dünyadaki benzerleriyle karşılaştırılması. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 37(2).
2. Asan, Ü. (1991). Doğal ve Kültürel Miraslarımızdan Anıt Ağaç ve Ormanlarımız. Yeşil Çerçeve, 6, 22-24.
3. Briffa, K. R. (2000). Annual climate variability in the Holocene: interpreting the message of ancient trees. Quaternary Science Reviews, 19(1-5), 87-105.
4. Çelik, M. Ö., Yakar, İ., Hamal, S., Oğuz, G. M., Kanun, E. (2020). Sfm Tekniği ile Oluşturulan 3B Modellerin Kültürel Mirasın Belgelenmesi Çalışmalarında Kullanılması: Gözne Kalesi Örneği. Türkiye İnsansız Hava Araçları Dergisi, 2(1), 22-27.
5. Díaz-Varela, R. A., De la Rosa, R., León, L., Zarco-Tejada, P. J. (2015). High-resolution airborne UAV imagery to assess olive tree crown parameters using 3D photo reconstruction: application in breeding trials. Remote Sensing, 7(4), 4213-4232.
6. Fonstad, M. A., Dietrich, J. T., Courville, B. C., Jensen, J. L., Carbonneau, P. E. (2013). Topographic structure from motion: a new development in photogrammetric measurement. Earth Surface Processes and Landforms, 38(4), 421-430.
7. Huang, H., Tang, L., Chen, C. (2015). A 3D individual tree modeling technique based on terrestrial LiDAR point cloud data. In 2015 2nd IEEE international conference on spatial data mining and geographical knowledge services (ICSDM) (pp. 152-156).
8. Iglhaut, J., Cabo, C., Puliti, S., Piermattei, L., O’Connor, J., Rosette, J. (2019). Structure from motion photogrammetry in forestry: A review. Current Forestry Reports, 5(3), 155-168.

9. Liang, X., Jaakkola, A., Wang, Y., Hyyppä, J., Honkavaara, E., Liu, J., Kaartinen, H. (2014). The use of a hand-held camera for individual tree 3D mapping in forest sample plots. Remote Sensing, 6(7), 6587-6603.
10. Maravelakis, E., Bilalis, N., Mantzorou, I., Konstantaras, A., Antoniadis, A. (2012). 3D modelling of the oldest olive tree of the world. IJCER, 2(2), 340-347.
11. Mohan, M., Silva, C. A., Klauberg, C., Jat, P., Catts, G., Cardil, A., ... & Dia, M. (2017). Individual tree detection from unmanned aerial vehicle (UAV) derived canopy height model in an open canopy mixed conifer forest. Forests, 8(9), 340.
12. Rahlf, J., Breidenbach, J., Solberg, S., Næsset, E., Astrup, R. (2017). Digital aerial photogrammetry can efficiently support large-area forest inventories in Norway. Forestry: An International Journal of Forest Research, 90(5), 710-718.
13. Remondino, F., Rizzi, A., Girardi, S., Petti, F. M., Avanzini, M. (2010). 3D Ichnology—recovering digital 3D models of dinosaur footprints. The Photogrammetric Record, 25(131), 266-282.
14. Shum, H. Y., Ke, Q., Zhang, Z. (1999). Efficient bundle adjustment with virtual key frames: A hierarchical approach to multi-frame structure from motion. In Proceedings. 1999 IEEE computer society conference on computer vision and pattern recognition (Cat. No PR00149) (Vol. 2, pp. 538-543). IEEE.
15. Torres-Sánchez, J., de Castro, A. I., Pena, J. M., Jimenez-Brenes, F. M., Arquero, O., Lovera, M., Lopez-Granados, F. (2018). Mapping the 3D structure of almond trees using UAV acquired photogrammetric point clouds and object-based image analysis. Biosystems Engineering, 176, 172-184.
16. Uslu, A., Polat, N., Toprak A.S., Uysal, M. (2016). Kültürel Mirasın Fotogrametrik Yöntemle 3B Modellenmesi Örneği. Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 8(2), 165-176.
17. Uslu, A. (2021). Kültürel Mirasın Kullanıcı Merkezli Etkileşimli Deneyimi için Bütünsel Bir Uygulama: 3B Baskı, Artırılmış Gerçeklik ve Web Tabanlı Görselleştirme Kombinasyonu. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ejosat Special Issue 2021 (ICAENS), 1291-1295.
18. Uslu, A. ve Uysal, M. (2021). Kitle kaynaklı fotoğraflar kullanılarak kültürel mirasın üç boyutlu modellenmesi ve web tabanlı görselleştirilmesi: Afrodisias- Tetrapylon örneği. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(3), 632-639.
19. Uzun, Ö. ve Gül, A. (2017). Fotoğraf yardımı ile 3 boyutlu ağaç modellenmesinde uygun programın araştırılması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 5(3), 621-631.
20. Westoby, M. J., Brasington, J., Glasser, N. F., Hambrey, M. J., Reynolds, J. M. (2012). ‘Structure-from-Motion’photogrammetry: A low-cost, effective tool for geoscience applications. Geomorphology, 179, 300-314.
21. Wu, C., He, L., Du, X., Chen, S. (2014). 3D reconstruction of Chinese hickory tree for dynamics analysis. Biosystems Engineering, 119, 69-79.
22. Zarco-Tejada, P. J., Diaz-Varela, R., Angileri, V., Loudjani, P. (2014). Tree height quantification using very high resolution imagery acquired from an unmanned aerial vehicle (UAV) and automatic 3D photo-reconstruction methods. European Journal of Agronomy, 55, 89-99.
23. Zhang, Y., Wu, H., Yang, W. (2019). Forests growth monitoring based on tree canopy 3D reconstruction using UAV aerial photogrammetry. Forests, 10(12), 1052.
24. Zhou, X., Wang, W., Di, L., Lu, L., Guo, L. (2020). Estimation of Tree Height by Combining Low Density Airborne LiDAR Data and Images Using the 3D Tree Model: A Case Study in a Subtropical Forest in China. Forests, 11(12), 1252.
25. URL-1. http://www.domanic.gov.tr/mizik-cami, (15.09.2021).
26. URL-2. https://spectrageospatial.com, (25.12.2021).
27. URL-3. http://www.theia-sfm.org/sfm.html, (25.12.2021).