Coğrafi Bilgi Sistemlerine Giriş Dersi Genel Özet

GİRİŞ

İnsanoğlu yeryüzü üzerinde bir şeyleri keşfetme, kendisi için önemli yerleri belirlemegereksinimi duymaktadır. Nereye gitmeliyim, bulunduğum yerde görülmesigereken yerler nereleridir, nasıl giderim gibi sorulara yanıt aramıştır. Bulunduğucoğrafyayı tanıdıkça, o coğrafyadaki nesnelerin konumları ile ilişki kurmayı öğrenmişve nesnelerle ilgi farklı verileri konumları ile ilişkilendirmiştir.Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) coğrafi verileri, harita kullanarak belirli amaç veproje için organize eden bir sistemdir. CBS haritaları, bilgisayar ekranında yakınlaştırılıp, uzaklaştırılabilen, istenen bilgilerin gösterime eklenmesini ve çıkarılmasını sağlayan, etkileşimli haritalardır.CBS yazılımları bu işlemleri farklı veri tip ve modelde üretilen verileri entegreederek anlamlı bilgi haline dönüştürür. Birçok kamu ve özel kuruluş, kendi amaçve hizmetleri doğrultusunda CBS platformunda kullanılmak ve analiz yapabilmekiçin veri üretirler.

CBS VERİ TİPLERİ

• Öznitelik Verisi

• Konumsal Veri

Öznitelik Verisi: En basit tanımı ile konumsal nesnelerin özellikleri olarak ifadeedilebilir. Öznitelik verileri konumsal bir nesne ile ilişkili, konumsal olmayan verilerdirve konum bilgisi içermezler. Genellikle tablo veriler şeklinde sunulan öznitelikverisi, doğadaki konumsal nesnelerin, nicelik ve nitelik gibi karakteristik özelliklerinitanımlamak için kullanılmaktadır.

Konumsal Veri: Yeryüzünde herhangi bir nesnenin coğrafi konumunu belirmekiçin kullanılır. Konum bilgisi koordinat sistemleri ile mutlak bir nokta olarakifade edilebilmektedir. Küçük alanlar için genellikle kartezyen koordinatlar, dahageniş alanlar için ise kartografik projeksiyon sistemleri kullanılmaktadır. Konumsalveriyi ifade etmek için, uluslararası platformda kabul gören birçok projeksiyon sistemibulunmaktadır.Konumsalveriyi ifade etmek için, uluslararası platformda kabul gören birçok projeksiyon sistemibulunmaktadır. Nokta, Çizgi ve Poligon gibi geometrik ifadeler, CBS’de konumsalveriyi tanımlamaya yarayan temel harita elemanlarıdır.Nesnelerin yeryüzündekimutlak ve göreceli konumları, bu elemanlar yardımı ile konumsal veri olarakCBS platformuna aktarılmaktadır.

Konumsal Veri Tipleri

Doğada var olan yeryüzü şekillerini harita elemanları olarak tanımlamak ve konumsalveri olarak CBS platformuna aktarmak için konumsal veri tipleri kullanılmaktadır. Konumsal veri tipleri nokta, çizgi ve poligon olarak üç tanedir.

Nokta:Belirli hacmi, alanı ve uzunluğu olmayan mutlak konum belirlemek içinkullanılan geometrik bir nesnedir. Ağaç, direk vb. noktasal yeryüzü elemanlarınınkonum bilgilerini CBS haritalarında tanımlamak için kullanılır.

• Birbirinden ayrık noktasal konumları belirtir.

• Kullanıldığı ölçek için alansal ve uzunluk cinsinden büyüklüğü yoktur.

• Genellikle X,Y cinsinden tek bir koordinat çifti ile gösterilir.

• Kullanılan ölçekte alan veya çizgi olarak gösterilse, çok küçük değerler olacağıiçin noktasal nesne olarak gösterilmektedir.

Çizgi:CBS yazılımlarında doğru (line) veya çoklu-doğru (polyline) olarakkullanılan geometrik bir nesnedir.İki nokta arasında en kısa uzaklığı tanımlayansürekli koordinat verilerine doğru, birden fazla doğrunun birleşmesi ile oluşan elemanaise çoklu-doğru adı verilir.

• Belirli bir uzunlukları vardır ancak kalınlıkları yoktur.

• Bir dizi sürekli koordinat değerlerinden oluşur.

• Kullanılan ölçeğe bağlı olarak, genişliği olmayan çok ince çizgisel yeryüzüelemanları için kullanılır.

Poligon:Çizgisel elemanlarla sınırlandırılmış iki boyutlu homojen kapalı alanlardır. Ada, göl, parsel, il sınırı vb. alansal yeryüzü elemanlarının konum bilgileriniCBS’de tanımlamak için kullanılır.

• Belirli bir alanı olan yeryüzü şekillerini ifade etmek için kullanılır.

• Kullanılan ölçeğe bağlı olarak çok küçük olmayan alanları çevreleyen çizgiselelemanlardan oluşur.

CBS VERİ MODELLERİ

Verinin olmadığı ortamda bilgi sistemlerinden söz edilemez. Tüm bilgi teknolojilerindeolduğu gibi CBS’nin temeli de veridir. CBS veri setleri farklı tipleri kullanılmasının yanında farklı veri modelleri kullanılarak da üretilmektedir.Veri modeli,veriyi tanımlama ve kullanma şeklini belirleyen, kayıtların aranması için gereklierişim yollarını gösteren, veri tabloları arasındaki ilişkileri açıklayan kurallar dizinidir.Coğrafi tabanlı sayısal konumsal veriyi CBS platformunda saklamak ve işlemekiçin iki adet konumsal veri modeli kullanılmaktadır.

• Raster Veri Modeli

• Vektör Veri Modeli

RASTER VERİ MODELİ

Raster veri iki boyutlu ortamda düzenli grid yapısında satır ve kolonlara bölünmüşhücrelerden oluşur. Bu hücrelerin her birine piksel (pixel) adı verilir. Piksel İngilizcesözcük anlamı olarak picture element (resim elemanı) teriminin kısaltmasıdır.Picture (resim) sözcüğü için pix kısaltması kullanılmıştır.Piksel sayısal ortamda birresmin bölünemeyen en küçük parçasıdır. Raster veri setlerinde öznitelik veri değerleri her bir piksele atanır. Bu değerler, deniz seviyesinden yükseklik, arazi kullanım değeri vb. gibi nümerik veya alfa-nümerik değerler olabilir.Raster veri setlerinde konumsal verinin çözünürlüğü piksel boyutu ile belirlenir.

Raster veri formatında verinin sol üst köşe koordinatı, piksel boyutu ve düzenligrid verinin boyutları (kaç piksele kaç piksel olduğu) bilindiğinde, satır ve kolonlardanoluşan matris yapısı içerisinde veri koordinatları kolaylıkla hesaplanabilmektedir.Grid yapısı bilgisayar yordamları ile iki boyutlu dizinler (array) olarakkodlandığı için, analitik ve cebirsel hesaplamalar hızlı ve kolay yapılabilmektedir.Bu nedenle küçük karelere bölünmüş raster veri modeli birçok CBS yazılımı tarafından tercih edilmektedir. Topoloji raster veri modeli için anlamlı bir yapı değildir.

Raster veri modelinde temel problem verinin uygun çözünürlüğünün saptanabilmesidir.Birden fazla veri katmanının birarada kullanılarak yapılacak üst üstebindirme (overlay) analizleri, elde edilecek katman için uygun çözünürlüğün neolacağı konusunda sorunları beraberinde getirmektedir.Eğer bindirme analizindekullanılan katmanların piksel boyutu olması gerekenden büyükse, elde edilen sonuçyeteri kadar hassas olmazken, piksel boyutu olması gerekenden küçük olduğunda da, veri boyutu gereksiz yere artmakta, yapılacak işlemlerin süresi uzamaktave şekilsiz veri setleri oluşmaktadır. Ayrıca sonuç ürün, verinin ilk üretimindekipiksel boyutundan küçük ve hassas olursa, elde edilen analiz sonuçlarında önemsenecekboyutta hata yapıldığı söylenebilir.Genellikle raster verilerde her piksele bir öznitelikverisi atandığı için, öznitelik verilerininfarklı bilgi alanları olan tablolara bağlanması yerineher bilgi alanı için farklı raster veri üretilmektedir.Veri boyutunun büyüklüğü nedeni ile raster verilerde genellikle 1-bit ikili (binary)veri değeri kullanılır. Matematiksel olarak her piksel değeri sadece iki değeralabilir, 0 ve 1. Veri boyutu büyütülerek piksel değeri 8-bit veri değerine çıkartılarak256 farklı değer alabilir.

Raster Veri Modeli Avantajları:

• Raster veri modelinde her piksel matris yapısı içersinde tanımlandığı içinkonumlandırma piksel bazında bilinmektedir.

• Raster veri modelinde her piksel grid yapısı içerisinde dizinlerde tutulduğuiçin analitik ve cebirsel işlemler, programlama açısından daha kolay ve kısasürede yapılabilmektedir.

• Raster veri modelinde genellikle piksellere tek öznitelik verisi atandığındanbasit modelleme, bindirme ve kantatif analizler açısından uygundur.

Raster Veri Modeli Dezavantajları:

• Piksel boyutu raster veri modelinin hassasiyetini belirlemektedir.

• Raster veri modelinde çizgisel elemanların gösterim hassasiyeti piksel boyutunabağlıdır. Bu nedenle şebeke bağlantı noktaları ve analizleri sağlıklı olarakyapılamamaktadır.

• Birden fazla öznitelik verisinin piksellerle ilişkilendirilmesi oldukça zordur.

• Raster veri modelinin karakteristik yapısı sadece bir öznitelik verisi saklamayayatkındır.

• Raster veri modelinde veri boyutu fazladır. Veri işleme, saklama ve görüntülemesüresi uzundur.

VEKTÖR VERİ MODELİ

Vektör veri modeli vektör elemanlardan oluşur. Temel veri elemanı noktadır. Diğer veri elemanları noktaların birleşmesi sonucunda oluşur.Birçokvektör veri modeli bulunmasına karşılık CBS platformu için iki temel vektör verimodeli kullanılmaktadır.

• Spagetti Veri Modeli

• Topolojik Veri Modeli

Spagetti Veri Modeli:Genellikle CAD yazılımları ile üretilen, objelerin sadeceX,Y koordinatlarından oluşan, objelerin birbirleri ile konumsal ilişkilerinin saklanmadığıveri modelidir. Veri elemanları nokta, çizgi ve poligon olarak tanımlanır veelemanları oluşturan nokta koordinatları ve veri tipleri “spagetti veri” modelinin temelinioluşturur.Spagetti veri modelinde topoloji kullanılmaz. Yani veri elemanlarının birbirleri ile olan bağlanırlık, bitişiklik ve yakınlık gibi konumsal ilişkileri,spagetti veri modelinde kullanılmaz.

Topolojik Veri Modeli:Topolojik veri modelinden bahsetmeden önce topolojikavramının tanımını yinelersek; topoloji, nokta, çizgi ve alansal objelerin birbirleriile olan konumsal ilişkilerini inceleyen matematik bilim dalıdır. Topolojikveri modeli, veri elemanlarını (nokta, çizgi, poligon) birbirleri ile olan konumsalilişkileri ile birlikte tanımlamaktadır.Veri elemanlarının konumsal ilişkilerinin tanımlanması, CBS platformunda sorgulama ve analiz olanağı sunmaktadır.Topolojik yapı üç temelilkeye dayanmaktadır;

• Bağlanırlık (Connectivity): Bağlanırlık, topolojik veri elemanlarının fonksiyonel,konumsal ve mantıksal olarak birbirlerine nasıl bağlandığını irdeleyentopoloji kuralıdır.

• Bitişiklik (Adjacency): Bitişikliktopolojik elemanların birbirleri ilekomşuluklarını irdeleyen bir topolojikuralıdır.‹ki kapalı poligonunbirbiri ile olan komşuluk bilgisinitanımlamak için kullanılır.

• Yakınlık (Proximity): Konumu bilinenbir veri elemanından (nokta, çizgi, poligon)belirli bir uzaklık değeri ile verielemanı çevresinde eş uzaklıklı alanlaryaratarak bu alan içinde kalan diğerelemanların belirlenmesi için kullanılmaktadır.

Topolojik veri modelinde veri elemanları (nokta, çizgi, poligon) sayısal ortamaaktarılırken çizim yönüne göre saklanır. Poligonu oluşturan çizgiler, çizgilerin çizimyönü, kesişim noktaları, çizgilerin çizim yönlerine göre sağında ve solunda kalan poligonlar,çizgilerin başlangıç ve bitiş noktaları topoloji tablolarında saklanmaktadır.

Vektör Veri Modelinin Avantajları:

• Vektör veri modelinde, raster veri modelinde olduğu gibi çözünürlük vehassasiyet sorunu yoktur. Veri üretildiği orijinal çözünürlükte görüntülenmektedir.

• Veri gösterimi daha estetik olarak yapılabilmektedir.

• Genellikle harita baskı işlemleri vektör veri kullanılarak yapıldığı için baskıaşamasında veri dönüşümüne gerek duyulmamaktadır.

• Raster veri modelinde konum bilgisi ancak piksel boyutları kadar hassas olabilirken,vektör veri modelinde konum kesin koordinatlarla belirtilmektedir.

• Topolojik eleman ilişkilerinin bilinmesi ile şebeke, yakınlık vb. Konumsalsorgulamalar kolaylıkla yapılabilmektedir.

• Raster veri modeline kıyasla veri boyutları daha küçüktür.

Vektör Veri Modelinin Dezavantajları:

• Vektör veri modelinde çizgisel ve alansal veri elemanlarını oluşturan hernoktanın koordinatlarının saklanması gerekmektedir.

• Bindirme (overlay) analizleri vektör veri modelinde daha karmaşık algoritalarkullanmakta ve bu yordamların işlem süreleri daha uzun olmaktadır.

• Sayısal arazi modeli vb. sürekli veri tipinde gösterim raster veri modeli iledaha sağlıklıdır. Vektör veri modelinde keskin ve ayrık veri tipi kullanıldığıiçin yeryüzü topoğrafyası üçgenleme yöntemi ile yapılabilmektedir. Bu nedenlegösterimde süreklilik sağlanamamaktadır.

KATMAN YAPISI

CBS konumsal verileri farklı temalarda gruplama özelliğine sahiptir. Bu gruplar ortakkoordinat sitemi içerisinde veri tipi, modeli ve veri elemanının özelliklerine görekatmanlara ayrılmalıdır. Katman yapısının temel ilkesi, farklı gruplardaki yeryüzüelemanlarını haritadaki gösterim karmaşasından kurtarmaktır. Katman yapısıCBS’nin en önemli özelliklerinden biridir.Projelendirme aşamasında, önce amaçbelirlenmeli ve uygun katmanlar saptanmalıdır. Amaca uygun saptanan katmanlar,aynı zamanda veritabanı modelini de kaba hatları ile şekillendirmektedir.Farklı temalardakiyeryüzü elemanları, veritabanı modelini oluşturan tabloların tanımlarınıbelirlemektedir. Temaların yanı sıra konumsal veri tipleri (nokta, çizgi, poligon)katman tanımlamasında belirleyici bir parametredir.