Web CBS Temelleri

Web tabanlı CBS, klasik CBS’nin internet aracılığıyla gerçekleştirilmesini sağlamak­tadır. Web tabanlı CBS günümüzde lojistik, trafik, turizm, tarım, eğitim, şehircilik ve planlama gibi birçok sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Web tabanlı CBS’yi kullanmak, kullanıcılara mekânsal kavramları keşfetme ve gerçek dünyadaki çevresel problem çözmeye katılma fırsatları sağlamaktadır. Özellikle web tabanlı CBS ile veri toplama, çevresel değişim üzerindeki insan etkilerini açık­layabilen boylamsal çevresel veriler üretebilmektedir.

Web tabanlı CBS mimarisi genellikle dört hiyerarşik katmandan meydana gelmektedir. Bunlar ön uç arayüzü, bir dizi arka uç hizmeti katmanı, veri entegrasyonu katmanı ve veri sağlayıcı hizmetleri katmanı olarak ta­nımlanabilmektedir.

• Alt katman, yani veri sağlayıcı hizmetleri katmanı, veri paylaşımı ve entegrasyonu için bir dizi uzak veri sağlayıcı hizmetidir. Her veri sağlayıcı hizmeti, istemci uygulamalarının uzak verileri çeke­bileceği ve ağ üzerinden verileri değiştirebileceği bir dizi arabirim sunmaktadır.
• Veri bütünleştirme katmanı, mevcut tüm veri sağlayıcı hizmetlerini mantıksal olarak birleştirmekte, istemci uygulamalarından veri talebini veri sağlayıcı hizmetlerine iletmekte ve tersine veri sağlayıcı hizmetlerinden istemci uygulamalarına veri yanı­tını geri göndermektedir.
• Üçüncü katman, veri entegrasyon katmanı aracılığıyla birden çok veri kaynağıyla iletişim kuran ve veri sağlayıcı hizmetlerinden gelen verileri analiz etmek ve işlemek için son kullanıcılarla etkileşime giren bir dizi arka uç hizmetidir.
• En üst katman ise uzamsal verilerin sonucunu sunmak için bir grafik kullanıcı arabirimi (GUI) olarak hizmet veren ve son kullanıcıların arka uç hizmetleriyle etki­leşime girmesine olanak tanıyan ön uç arabirim katmanıdır.

İstemci, sunucu tarafından sağlanan bir hizmete erişen bir bilgisayar donanımı veya yazılımı parçasıdır. Sunucu istemciler adı verilen diğer programlar veya aygıtlar için işlevsellik sağlayan bir bilgisayar donanımı veya yazılımı parçasıdır.

Web tabanlı CBS, yaygınlaşan internet ve gelişen CBS teknolojisinin bileşimi olarak tanımlanabilmektedir. “Web CBS” olarak da adlandırılan web tabanlı CBS, bir tür dağıtılmış bilgiye dayanmaktadır. Bu teknolojik hizmetler seti, CBS sunucusu ile istemci arasındaki iletişim yapısının bir parçasıdır. İlişkiler URL’ler ve HTTP aracılığıyla ifade edilir.

Web CBS, CBS’nin açık kullanımını üç ana yönde geliştirmiştir. Bunlar; (1) mekânsal veri erişimi ve yayılması, (2) mekânsal veri keşfi ve coğrafi görselleştirme ve (3) mekânsal veri işleme, analiz ve modellemedir.

İnternetin, özellikle dünyayı saran ağ yani world wide web (www) ve kablosuz iletişimin hızlı gelişimi, Web CBS ve Konum Tabanlı Servis aracılığıyla genel halkı CBS teknolojisiyle güçlendirmek için ideal bir platform sağlamaktadır. Tüm farklı sistemlerde, ortak hayati birimler, coğrafi bilgilere erişimi, işlemeyi, görselleştirmeyi ve kullanıcılar ile veriler arasındaki etkileşimleri yöneten bilgi işlem bileşenleridir. Bu nedenle, dağıtılmış bir CBS, soyut olarak, kendileri çeşitli ağ türleri (uydu, optik fiber ve koaksiyel kablo gibi) aracılığıyla birbirine bağlanan ve birçok bilim insanı tarafından önerilen istemci/sunucu hesaplama modeli ile temsil edilen farklı bilgi işlem birimleri halinde organize edilebilir.

Bulut bilişim, farklı hizmetlerin İnternet üzerinden sunulmasıdır. Bulut bilişim, kullanıcı tarafından doğrudan etkin yönetim olmaksızın, özellikle veri depolama ve bilgi işlem gücü olmak üzere bilgisayar sistem kaynaklarının isteğe bağlı olarak kullanılabilirliğidir.

Jeo-uzamsal veri toplama, birçok mekânsal bilgi kullanıcısı için önemli görevlerden biridir. Jeo-uzamsal veri toplama, uzaktan algılama verilerini, saha verilerini ve diğer kurum içi CBS veri dönüştürme işlemlerini (yani tarama, coğrafi referanslandırma ve sayısallaştırma gibi) içerebilir. Mobil iletişim, Global Navigasyon Sistemleri, İnternet ve Notebook’lar veya Ultra Mobil Kişisel Bilgisayarlar gibi taşınabilir hesaplama cihazları alanındaki son gelişmeler, saha verilerinin zamanında toplanmasını sağlamaktadır. Tarama verileri için bir web harita hizmeti kullanabilen herhangi bir CBS uygulamasına Google Haritalar, Yandex Haritalar veya Microsoft Bing Haritalar görüntü verileri sağlayabilir. Bu, temel harita hazırlama ve diğer görüntü işleme görevleri için gereken zamanı ortadan kaldırmaktadır. İnternet’in artan popülaritesi ve Google Haritalar, Yandex Haritalar ve Microsoft BingHaritalar platformu gibi kullanıcı dostu Web CBS uygulamaları sürüş rotalarının ve yolların bulunması için CBS’yi bugün yaşamın ayrılmaz bir parçası haline getirmiştir.

Raster veri, her hücrenin bilgiyi temsil eden bir değer içerdiği satırlar ve sütunlar (veya bir ızgara) halinde düzenlenmiş bir hücre (veya piksel) matrisinden oluşmaktadır. Diğer bir deyişle mekânsal verilerin hücresel kareler şeklinde ifade edilmesidir. Dijital hava fotoğrafları, uydulardan alınan görüntüler, dijital resimler ve taranmış haritalar raster verilere örnektir.

Web CBS’de aşamalı raster aktarım yöntemi sıklıkla kullanılmaktadır. Aşamalı iletimin temel fikri, tarama verilerini kademeli olarak çıkarmak ve iletmek için görüntü sıkıştırma tekniklerini kullanmaktır. Sıkıştırılmış görüntü istemciye iletildikten sonra, görüntü istemci tarafında kademeli olarak yeniden oluşturulur. En basit aşamalı raster iletim yöntemi, sistematik bir algoritmik süreç izlemeden görüntüyü rastgele çıkarmak ve iletmektir. Aşamalı tarama iletimi için daha karmaşık yöntemler, yaygın olarak kullanılan JPEG (Birleşik Fotoğraf Uzmanları Grubu) yöntemi, fraktal yöntemler ve çeşitli dalgacık tabanlı görüntü sıkıştırma tekniklerine dayandırılabilir. Karmaşıklıkları ve bilgi işlem gereksinimleri nedeniyle aşamalı yöntemler, Web CBS ortamında büyük hacimli ve değişken boyutlu görüntülerin iletimini verimli bir şekilde ele alma esnekliğine sahip değildir; ancak internet üzerinde sabit boyutlu görüntüleri iletmek için idealdir.

Vektör verileri, CBS ortamında gerçek dünya özelliklerini temsil etmenin bir yoludur. Vektör veri, özellikleri tanımlayan metin veya sayısal bilgilerden oluşan niteliklere sahiptir. Bir vektör özelliğinin şekli, geometri kullanılarak temsil edilir. Bu formattaki veriler noktalardan, çizgilerden veya çokgenlerden oluşmaktadır. En basit düzeyde, vektör verileri, dünyadaki fiziksel bir konumu gösteren koordinat çiftleri olarak depolanan bireysel noktalardan oluşur.

Vektör veri iletiminin performansını iyileştirmeye yönelik indeksleme teknikleri esas olarak iki perspektiften geniş çapta incelenmiştir. Bunlar; tematik indeksleme ve uzamsal indekslemedir.

• Tematik indeksleme, adres, posta kodu, telefon numarası, özellik adı ve diğer nitelikler gibi niteliklerin indekslenmesi işlemidir; öyle ki nitelik verileri popüler ticari veritabanları kullanılarak verimli bir şekilde işlenebilir. Tematik indeksleme için R-tree indeks yöntemi kullanılmaktadır.
• Uzamsal indeksleme ise tematik indekslemeden daha karmaşıktır ve iki genel kategoride sınıflandırılabilir: R-tree ve Quad-tree gibi hiyerarşik erişim indeksleri ve Grid-files ve R dosyalarıdır. R-tree, özelliği içeren minimum dikdörtgen olan bir özelliğin Minimum Sınırlayan Dikdörtgen kavramını kullanır. R*-tree gibi R-tree’nin birkaç uzantısı vardır. Çok seviyeli veri yapısını desteklemek için Reactive-tree ve Hilbert R-tree kullanılmaktadır. Bu uzamsal ve tematik indeks araştırma çabaları, vektör veri indekslemenin uygulanması için bir temel sağlamaktadır. Bu indeksleme yöntemleri, vektör verilerine erişimi iyileştirmek için istemci ve/veya sunucu tarafından benimsenebilmektedir.

Veri tekrarının önlenmesi için veriler arasında bire-bir ya da bire-çok ilişkiye göre bağlantıların sağlanması gerçekleştirilir. Bunun için de katman ya da tablolar arasında bağlantı için ortak özniteliklerin oluşturulması ve bu duru­ma göre uygun şekilde veri girişinin yapılması gereklidir. Bu işlemler şu şekilde sıralanabilir;

Donanım ve Yazılımlar: Sistemde kullanılacak donanım ve yazılımlar tespit edilmelidir. Bu yazılım ve donanımların birbirleriyle uyumlu olması çok önemli bir unsudur. CBS yazılı olarak açık kaynak kodlu (QGIS) veya ticari amaçlarla geliştirilmiş (ArcGIS) yazılımlar tercih edilebilir.

Grafik Verilerin Düzenlenmesi: Çalışma için ihtiyaç duyulan grafik veriler uygun formatlara dönüş­türülerek ve uygun koordinat sisteminde toplanarak CBS’ye aktarılmalıdır. Veriler boyut değiştirmeyen bir altlık üzerine çizilmişse, bunların gerekli sayısallaştırma işlemleri yapılmalıdır. Eğer sözel veri tabloları varsa, bunlarla ilişki kurulabilmesi için öznitelik tanımlaması yapılmalıdır. Ayrıca, grafik verilerin web üzerinde doğru yayınlanabilmesi için gerekli ölçek ayarlaması da yapılmalıdır.

Veri Giriş İşlemleri: CBS modülü ile katmanların düzenlenmesi ve veri giriş işlemleri yapılmalıdır. Grafik verilerin uygunluğu ve hatalardan arındırılmış olup olmadığı kontrol edilmelidir. Daha sonra veri girişi yapıl­malıdır topolojik hatalarının olup olmadığı kontrol edildikten sonra sıra veri girişlerine gelir. Grafik verideki öznitelik verisi ile sözel veri tablosunun veri girişi uyumlu olmalıdır.

Web Tabanlı Yayın İşlemleri: CBS oluşturma süreçlerinden sonra oluşturulan CBS çalışmasının web tabanlı olarak gerçekleştirilebilmesi için öncelikle bir analiz işleminin yapılması gerekir. Analiz sonucunda hatalar var ise bu hataların düzeltilmesi gerekir. Herhangi bir hata yoksa yayınlama işlemi gerçekleştirilir.

HTML (Hypertext Markup Language) yani Köprü Metni İşaretleme Dili, bir web tarayıcısında görüntülenmek üzere tasarlanmış belgeler için standart işaretleme dilidir.

Web CBS ve uzaktan algılama araçlarının entegrasyonu, kaynak ve habitat yönetimi görevleriyle ilişkili geleneksel saha araştırma yöntemlerine göre önemli faydalar sunmaktadır. Çok büyük hacimli uzaktan algılanmış görüntülere erişmek için geleneksel yaklaşımlar zaman alıcı ve sorunludur. Yalnızca yeterli yazılım eğitimi almış deneyimli kullanıcılar, karmaşık CBS ve Uzaktan Algılama yazılımlarını kullanarak coğrafi verilere ve görüntülere erişebilmektedir. Web tabanlı CBS ve çevrimiçi uzaktan algılama, kullanıcılara, yerel bilgisayarlarında CBS ve görüntü işleme yazılımını yükseltme zorluğu ve maliyeti olmadan günlük görevleri için değerli coğrafi bilgi ve görüntülere erişebilme imkânı sağlamaktadır. Yani, Web CBS ve çevrimiçi görüntü analiz araçları, kullanıcılara, çevresel izleme görevleri için gerekli olan uzamsal bilgilere erişmek, çıkarmak ve oluşturmak için esnek bir yol sağlamaktadır.

Sunucu Taraflı Mimari: İstemci tarafından sadece web tarayıcısının bulunduğu; sunucu tarafında ise tüm işlemler gerçekleştirildiği mimaridir. Bu mimaride, kullanıcılar bilgisayarlarına ek programlar kurma gereksinimi duymamaktadır. Sistem tek bir merkezden yönetildiği için kullanıcılara güvenlik ve güncelleme konularında kolaylık sağlamaktadır. 

Web CBS’yi diğer web sistemlerinden ayıran temel özellik web sunucusuna ek olarak Web Harita Sunucusunun (Web MapServer) da kullanımıdır. Bu şekilde, konumsal sorgulamalar, koordinat dönüşümleri ve web grafikleri daha etkin bir şekilde yapılabilmektedir. Web CBS’de istemci http protokolü ile web sunucusuna internet üzerinden istek göndermektedir. Bu istekler, web sunucusu tarafından CBS sunucusuna iletilmektedir. CBS sunucusu gerekli veriyi CBS veritabanı sunucusundan çekmekte ve isteği işlemektedir. İstek sonucu, web sunucusu aracılığıyla http protokolü ile istemciye iletilmekte ve sonuç istemcinin ekranında görüntülenmektedir. Dolaysıyla istek ve yanıt döngüsü tamamlanmış olmaktadır.

Web Harita Servisi, internet üzerinden coğrafi referanslı harita görüntüleri sunmak için 1999 yılında Open Geospatial Consortium (OSGeo) tarafından geliştirilen standart bir protokoldür. Bu görüntüler tipik olarak bir harita sunucusu tarafından bir CBS veritabanı tarafından sağlanan verilerden üretilmektedir.

Büyük verilerle baş edebilmek ve bunları depolayabilmek için veritabanı yönetim sistemine ihtiyaç vardır. Veritabanı yönetim sistemi, kullanıcılara özellikle konum bilgilerinin depolanması noktasında çok büyük avantaj sağlamaktadır. Günümüzde harita bilgilerinin depolanabilmesi ve bunlar üzerinde gerekli işlemlerin gerçekleştirilebilmesi için özelleştirilmiş konumsal veritabanları geliştirilmiştir. İndekslemeler konumsal veritabanları ile yapılarak daha hızlı sorgulamalar gerçekleştirilebilmektedir. PostgreSQL ve MYSQL günümüzde en çok kullanılan konumsal veritabanlarıdır. Bu veritabanları geometrik nesneler üzerinden etkin sorgulamaların gerçekleştirilmesine olanak sağlamaktadır.

Web CBS uygulamaları geliştirmek için farklı mimariler kullanılabilir. İki katmanlı mimariler, web uygulamasının kullanıcı arabirimini ve işlevsel bölümünü birinci katmanda tutar ve ikinci katmanda veritabanı ve veri depolama işlevlerini dağıtır. Bununla birlikte, daha verimli bir mimari, kullanıcı arayüzünün ve işlevsel bölümlerin farklı katmanlarda ayrıldığı 3 katmanlı bir mimaridir. Bu gibi durumlarda, uygulamanın herhangi bir bölümünün değiştirilmesi gerekiyorsa diğer bölümler bu değişiklikten etkilenmez ve web uygulaması farklı geliştirme ortamlarındaki değişikliklere göre ölçeklenebilir kalır.