CBS103U-COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİNE GİRİŞ
Ünite 3: Veri Tipleri ve Veri Modelleri
Giriş
İnsanoğlu bulunduğu coğrafyayı tanıma çabası içindedir. Bu çaba sonucunda yaşadığı coğrafyadaki varlıklar ile ilişki kurmayı ya da ilişkilendirmeyi öğrenmiştir. “Nasıl giderim?”, “Nerede bulunur?” gibi sorulara verilecek cevap bu ilişkinin meydana getirdiği bilgi ile mümkün olmaktadır. İnsan bulunduğu çevreyi tanıdıkça içinde yaşadığı coğrafyadaki nesnelerle ilişki kurmayı öğrenmektedir.
Buradan hareketle günümüzde yaşanan gelişmeler değerlendirildiğinde Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) gibi bir karar destek sisteminin yardımıyla yeryüzünü modellemenin onu anlama çalışmamız açısından ne kadar önemli olduğu sonucuna varmak yanlış olmaz. CBS temel anlamda coğrafi verileri işleyerek belirli amaçlar doğrultusunda haritalar üreten ve karar vericilere destek sunan bir sistemdir.
Modelleme çalışmalarının gerçekleştirilebilmesi için veriye ihtiyaç vardır. Veri, CBS bileşenlerinden en değerli olanıdır. Veri elde etmenin ya da üretmenin belirli zorlukları vardır. İnsanoğlu bu zorlukların üstesinden gelmek için farklı çözüm önerileri geliştirmiş olsa da veri hâlâ en değerli bileşen olma özelliğini korumaktadır. Çalışmalarımızda kullanmak üzere elimizde verimiz olsa dahi birçok sistemde verinin ön işlemden geçirilmeden kullanılabilmesi pek mümkün değildir. Bu nedenle verinin ne olduğu ve nasıl işlendiği konusu önemlidir. Veriyi işleyebilmek için öncelikle onu tanımamız gerekmektedir. Ne olduğu, nasıl üretildiği ve nasıl kullanılacağı iyi bilinmelidir. Ancak bu adımlardan sonra nitelikli ürünlere ulaşabiliriz.
Coğrafi Bilgi Sistemlerinde Veri
Veri ve bilgi kavramları sıklıkla karıştırılan iki kavramdır. Veri, basit anlamda bilgiye ulaşmak için kullanılan işlenmemiş olgu, kavram ve ifadelerdir. Veri, bilginin temsil ediliş biçimidir. Yani “veri, aslında bilgiye ulaşmak için kullanılan sistemli gerçekler bütünü, her türlü işaret, harf ve rakamlar topluluğu”dur (Çabuk, 2019). Bilgi ise malumat, objektif gerçekliğin belirli bir kısmına ait ifadelerdir. Bilgiye ulaşmak için veriden yararlanırız.
Bilgiye ulaşabilmek için verinin sahip olması gereken bazı özellikleri vardır. Bunlar;
• Düzgün ve düzenli bir şekilde toplanmış olması, • İlgili olması, • Güvenilir, doğru ve doğrulanabilir olması, • Anlaşılır olması, • Uyumlu olması, • Rahat ve kolay işlenebilir olması, • Eksiksiz olması, • Güncel olmasıdır (Kelleci, 2011).
Coğrafi Veri ve Coğrafi Bilgi
Veriyi bilginin temsil biçimi olarak açıklamıştık. Buradan hareketle coğrafi veri de coğrafi bilginin temsil ediliş biçimidir. Günümüz teknolojisinin geldiği noktaya
dayanarak Coğrafi Bilgi Sistemleri özelinde “Coğrafi veri, coğrafi bilginin bilgisayar ortamında temsil ediliş biçimidir.” şeklinde açıklamak yerinde olacaktır. Coğrafi bilgi bir coğrafi varlığa ait bilgidir.
Veri Kalitesi
Coğrafi Bilgi Sistemleri farklı disiplinlerin katkıları ve çok sayıda değişik kaynaklardan toplanan verilerin işlenmesi ve entegrasyonuyla çalışan bir karar destek sistemdir.
Coğrafi veri kalitesini ifade ederken doğruluk ve hassasiyet kavramları öncelikli olarak karşımıza çıkmaktadır. Genellikle karıştırılan bu kavramlar aslında veri hakkında iki farklı durumu ifade etmektedir. Doğruluk; verinin doğru olması durumunu, hatalardan arındırılmışlığı ifade etmektedir. Hassasiyet ise birden fazla kez gerçekleştirilen ölçümlerin birbiri ile ne kadar tutarlı olduğunu ifade etmektedir.
Gerçek konumun koordinatlarla ifade edilen konuma yakınlığına konumsal hassasiyet denir. Kâğıt harita üzerinden çizimler ve ölçümlerin pafta üstündeki konumsal hassasiyetleri genellikle yaklaşık 0,5 mm’dir.
Veri kalitesinden bahsedilirken doğruluk ve hassasiyet tek başına yeterli kavramlar değildir. Veri, bilgiye ulaşmada ihtiyacımız olan gereklilikleri sağlamalıdır. Gereksiz ve tutarsız detay içermemelidir. Mantıksal ve kavramsal olarak tutarlı olmalıdır.
Bu bağlamda coğrafi verinin bir düzen içerisinde sunulabilmesi için bazı standartlar kullanılmaktadır. ISO 19157 Coğrafi Bilgi-Veri Kalitesi isimli standart, coğrafi verinin kalitesi için sahip olması gereken özellikleri tanımlamak üzere oluşturulmuş bir standarttır.
Kısaca ISO 19157 standartları;
• Veri kalitesini tanımlamak için gereken bileşenleri tanımlar. • Veri kalitesi ölçütleri için bir kaydın bileşenlerini ve içerik yapısını belirtir. • Coğrafi verilerin kalitesini değerlendirmek için genel prosedürleri tanımlar. • Veri kalitesini raporlama ilkelerini belirler (ISO, 2013).
CBS içerisinde meydana gelen hatalar, veri kalitesini etkileyen faktörler arasında yer almaktadır. Hataların meydana gelmesinde çeşitli nedenler olabilmektedir.
Hata kaynaklarını şu üç ana başlık altında toplayabiliriz (Burrough vd., 2015):
• Açık (belirgin) hata kaynakları • Doğal değişim veya ölçümler • İşlem sırasındaki hata kaynakları
Veri Tipleri
CBS yazılımları çeşitli veri kaynaklarından toplanan verileri Coğrafi Bilgi Sistemleri çalışmalarına hizmet
etmek amacıyla kullanır. CBS’de bu amaçla iki tip veri kullanılmaktadır. Bunlar;
1. Konumsal veri 2. Öznitelik verisi
Öznitelik verisi genel olarak konum bilgisi içermeyen ancak konumsal nesnelerle ilişkili özellikleri içeren veriler olarak tanımlanmaktadır (Uyguçgil, 2018).
Konumsal veri, bir coğrafi varlığın yeryüzündeki konumunun belirlenmesinde kullanılmaktadır. Konumsal veri söz konusu olduğunda nesnenin evrendeki yerini belirten koordinat bilgileri ön plana çıkmaktadır.
Veri Modelleri
CBS’de konumsal verinin modellemesi ya da diğer bir ifadeyle temsil edilmesi iki şekilde yapılmaktadır. Bunlar;
1. Raster veri modeli 2. Vektör veri modeli
Raster Veri Modeli
Raster veri, coğrafi bilginin eşit boyuttaki düzenli grid yapısındaki hücrelerin satır ve sütunlara bölünmesiyle oluşmaktadır (Zeiler, 1999). Raster veriler; yükseklik veya bitki örtüsü gibi bir arazi yüzeyinin özelliklerini temsil edebileceği gibi uydu görüntüleri, taranmış haritalar ve fotoğraflar gibi farklı türdeki grid yapılarını da temsil edebilmektedir.
Vektör Veri Modeli
Vektör veri modeli; konumsal veri başlığında belirtilen nokta, çizgi ve alan nesnelerinin kullanılarak belirli bir projeksiyonda çizilen ve nesnelere ait öznitelik verilerinin de tutulabildiği veri modelidir. Vektör veri modelinin en önemli özelliği, oluşturulan nesnelerin X, Y koordinat bilgisine sahip olmasıdır.
CBS platformlarında iki temel vektör veri modeli bulunmaktadır.
Spagetti Veri Modeli
Bilgisayar destekli tasarımda nokta, çizgi ve alan olarak çizilen nesneler veritabanı yerine bir dosyada saklanmaktadır. Her bir nesnenin sahip olduğu koordinatları (X, Y) saklanmaktadır ancak nesnelerin birbirleriyle olan komşuluk, yön, bağlantı vb. ilişkileri saklanmamaktadır. İşte bu yapıya spagetti veri modeli ismi verilmektedir.
Topolojik Veri Modeli
Topolojik veri modelinde nokta, çizgi ve poligon nesneler oluşturulurken sahip olduğu bazı özelliklerine göre saklanmaktadır.
Nokta çizgi ve poligon nesnelerinin bazı ilkeler doğrultusunda oluşturulmaktadır. Bu özellikler topolojinin temel ilkeleridir. Topoloji üç temel ilkeye sahiptir (Uyguçgil, 2018). Bunlar;
• Bağlanırlık • Bitişiklik
• Yakınlık
Konumsal Veri Kaynakları
Konumsal verilerin temin edilebilmesi için çok çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Konumsal verinin bazen temin edilmesi bazen de üretilmesi gerekmektedir. Dijitalleşen dünya ile birlikte bu yöntemlerden bazıları günümüzde güncelliğini yitirmiş gibi görünseler de hâlâ kullanımına ihtiyaç duyulan zamanlar olabilmektedir. CBS teknolojilerinin kullanımının yaygınlaşması ve bireysel kullanıcılarında CBS platformlarını kullanan uygulamalara ilgi göstermesiyle birlikte veri temin edilebilecek kaynak sayısında değişimler olmuştur.
Kâğıt Haritalar
Kâğıt haritalar CBS’nin önemli veri kaynakları arasında yer almaktadır. Haritalar basılı birer materyal olarak çeşitli firmalar ya da kamu kurumları tarafından saklanmaktadır ve ihtiyaç hâlinde kullanıma sunulmaktadır.
Bu haritalar çoğunlukla ücreti karşılığında temin edilebilmektedir. Geçmişte kâğıt haritalar, sayısallaştırma tabletleri yardımıyla bilgisayar ortamına aktarılırken günümüzde tarayıcılar yardımıyla bilgisayar ortamına aktarılmaktadır (Uyguçgil, 2018). Bilgisayar ortamına aktarıldıktan sonra kullanabilmek için öncelikle coğrafi konumlandırma (georeferencing) sonrasında ise sayısallaştırma işlemlerinin gerçekleştirilmesi gerekmektedir.
Hava Fotoğrafları
Yüksek çözünürlüklü veriler ile çalışılmak istendiğinde hava fotoğraflarından yararlanılmaktadır.
Hava fotoğrafları aşağıdaki yöntemler ile toplanabilmektedir:
• Yüksek irtifa uçak ve balon gözlemleri • Orta irtifa uçak ve planörler ile yapılan gözlemler • Alçak irtifa Sivil İnsansız Hava Araçları (İHA) ile yapılan gözlemler
Uydu Görüntüleri
Uydular kullanımlarına göre askerî, meteorolojik, astronomi, haberleşme ve GPS uyduları gibi sınıflara ayrılmaktadır.
Uzaktan algılama ve CBS birbirleri ile yakın ilişki içinde olan iki farklı disiplindir. Bu nedenle iki disiplin için de uydu görüntüleri önemli veri kaynaklarından biridir. Uydu teknolojileri gelişmeden önce hava fotoğraflarından yararlanılmaya çalışılmıştır ancak teknolojik gelişmeler ışığında günümüzde uydulardan elde edilen görüntüler yardımıyla yaşadığımız gezegenin zamansal ve mekânsal değişimini takip edebilmemiz kolaylaşmıştır.
Arazi Ölçümleri
Arazi ölçümleri sırasında teodolit, total station, GPS gibi temel haritacılık ölçme aletleri ve bazı hesaplama yöntemlerinden faydalanılmaktadır. Ayrıca arazi yapısı
dışında hava kirliliği, toprak yapısı ve türlerin çeşitliliği gibi veriler ile CBS platformları kullanılarak gerçekleştirilecek bir modelleme çalışması için de veri toplanabilmektedir. Arazide kullanılan ölçme araçları ile hesaplanan koordinat değerleri bilgisayar ortamına aktarılır. Sonrasında sayısallaştırma yöntemleri ile vektör verilerin üretilmesi sağlanır. Saha çalışması sırasında yapılan modelleme çalışmasının iyi bir şekilde planlanmış olması gerekmektedir.
Sayısal Veriler
Veri temin etme yöntemleri arasında hâlihazırda mevcut olan sayısal verilerin kullanımı gelmektedir. Görüntünün sayısal formatta sunulabilmesi öncesinde başlıca iki işleyiş bulunmaktadır. Birincisi başlangıçta analog elde edilen görüntünün sonradan sayısallaştırılması ikincisi ise görüntünün ilk aşamada sayısal olarak elde edilmesidir.
Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)
GPS, ilk olarak 1978 yılında ABD hükûmetine ait ve ABD Uzay Kuvvetleri tarafından yönetilen uydu tabanlı radyonavigasyon sistemi olarak ortaya çıkmıştır. Dünyanın herhangi bir yerinde bulunan bir kullanıcının konumunu atmosferin farklı katmanlarında yer alan uydular yardımıyla belirleyen sisteme GPS denir (GPS, 2022). Uydulardan bir tür radyo sinyali gönderilmektedir. Uydulardan gönderilen sinyallerin GPS cihazına ulaşması ile sinyal varış süresinin ölçülmesi esasına dayalı olarak çalışmaktadır. Alıcı her mesajın geçiş süresini belirlemek için aldığı iletileri kullanır ve ışık hızını kullanarak her uyduya olan mesafeyi hesaplamaktadır. Uydu merkezli ölçme sistemi olan GPS’nin çalışabilmesi için en az dört farklı uydu sinyaline ihtiyacı vardır. GPS sisteminde kullanılan sinyaller işlendikten sonra bazı bilgilere ulaşılabilmektedir. Bunlar;
• Konum • Yön • Yükseklik • Hassasiyet • Hız • Saat • Tarih
GPS günümüzde konum belirleme amacıyla sıklıkla kullandığımız bir sistemdir. Kapalı alanlar ve su altı gibi sinyal alınmasının güç olduğu alanlar olsa da dünya üzerinde her alanda çalışabilmektedir. GPS cihazından alınan koordinatlar nokta veri türündedir ancak teknolojik gelişmelere paralel olarak geliştirilen çözümler sayesinde CBS’de konumu kaydetme, hat oluşturma, hedefe yönlendirme ve alansal veri üretmede kullanılabilmektedir. Bu işlemleri gerçekleştirmek için çeşitli yardımcı analiz araçları kullanılmakladır.