Ünite 8: Coğrafi Bilgi Sistemleri Çalışmaları İçin Temel Kartografik Bilgiler

Haritalarla İlgili Genel Kavramlar

Harita

Yeryüzünün bir parçasının ya da tamamının gökyüzünden kuşbakışı görünümünün matematik yöntemlerle küçülterek ve üzerine özel işaretler koyarak iki boyutlu bir düzlem üzerine çizilmiş haline harita denir. Haritalar; mekânsal verilerin görselleştirilmesinde kullanılan en önemli araçlardandır.

Ölçek

Haritalar, yeryüzü üzerindeki nesnelere ait bilgileri belirli matematik kuraları ile gösterirler. Matematik kuralların en önemlisi haritaların ölçeğidir. Harita ölçeği; harita üzerinde bulunan iki nokta arasındaki uzunluğun gerçek dünyada bu iki nokta arasındaki uzunluğa oranı ile ifade edilir.

Ölçek ifadesi Ölçek = haritadaki uzunluk (s) / gerçek uzunluk (S) şeklinde formüle edilmektedir. Haritalarda ölçek 1:M şeklinde haritaların alt kısmında gösterilir. M; ölçek faktörü olarak isimlendirilir. Ölçek faktörü, haritası çizilen alanın kaç defa küçültüldüğünü gösterir.

Harita Anahtarı (Lejant)

Yeryüzündeki nesneler harita üzerinde sembollerle ifade edilir. Bu sembollerin ne anlama geldiği haritaların kenarlarında gösterilir. Sembollerin ve açıklamalarının bulunduğu bu kısma harita anahtarı (lejant) adı verilir bir başka deyişle harita anahtarı, haritalarda kullanılan işaret ve renklerin ne anlama geldiğini gösteren tablolardır.

Kuzey Oku

Haritalar her zaman kuzey yönü referans alınarak çizilir. Haritalarda kuzey yönü genellikle kuzey oku ile gösterilir. Kuzey oku haritaların sağ üst köşesine yerleştirilir. Haritalarda kullanılan bu kuzey yönüne harita kuzeyi veya grid kuzeyi adı verilir.

Pafta

Birleşerek tam bir bütün oluşturan haritaların her birine pafta denir. Bir pafta şekil açısından 3 önemli öğeye sahiptir. Bunlar pafta resim alanı, pafta çerçevesi ve pafta kenarıdır. Paftalar, bilgileri pafta ağı, pafta içeriği ve pafta kenar bilgileri sayesinde iletir

1. Pafta Resim Alanı: Pafta resim alanı, haritalanacak alanın yer aldığı bölümdür.
2. Pafta Çerçevesi: Pafta çerçevesi, harita yüzünü çerçeveleyen ve genelde bir koordinat sistemine göre çizilen kısımdır. Pafta çerçevesi, iç çerçeve çizgisi ve dış çerçeve çizgisi ile bu çizgiler arasında kalan bölümü kapsar.
3. Pafta Kenarı: Pafta kenarı, pafta resim alanı ve pafta çerçevesi dışında kalan ve üzerine paftanın kullanımı ile ilgili bilgileri bulunduran alandır.
4. Pafta Kenar Bilgileri: Kenar bilgiler, haritada verilen bilgilerin önemli bir parçası olup verilen ayrıntıların tam olarak anlaşılması ve kullanılmasındaki esas bilgileri kapsar.
5. Pafta Ağı: Pafta ağı, pafta resim alanını grid ağ ile kaplayan, enlem ve boylam çizgilerinin oluşturduğu ağdır.
6. Pafta içeriği: Pafta resim alanı içerisine çizilen yeryüzüne ait her türlü nesne paftanın içeriğini oluşturmaktadır.

Dünyanın Şekline İlişkin Kavramlar

Dünya, üzerinde bulunan topografik yapı ve kendi ekseni etrafındaki eksantrik hareketinden dolayı, düzgün bir geometriye sahip değildir. Kutuplardan basık ve ekvatorlarda genişleyen bir yüzeye sahip olan dünyanın şeklini tanımlamak için farklı modeller kullanılmaktadır. Dünya üzerindeki topografik yapı dikkate alınmazsa, dünyanın şeklini tanımlayacak bir matematiksel modelin oluşturulması kolaydır. Ancak; dünya üzerinde yapılacak çalışmalarda doğru sonuçlara ulaşabilmek için, dünyayı tanımlayacak modellerde topografyanın da dikkate alınması gerekmektedir. Yer bilimciler tarafından yapılan çalışmalar sonucunda dünya için kullanılabilir matematiksel modeller geliştirilmiştir. Bunlar dünyanın geoid modeli, dünyanın elipsoid modeli ve küremsi modeli (sheroid modeli) dir.

Geoid Model

Dünyanın geoid modeli, her yerde yerçekimi doğrultusuna dik bir yüzey şekli olarak verilir. Yer çekimi doğrultusuna her yerde dik olan yüzeyler, eş potansiyel yüzeyler olarak adlandırılır. Yer çekimi kuvveti ve doğrultusu dünyanın kabuk ve katmanlarının yoğunluğunun düzensizliğinden etkilenir. Bundan dolayı eş potansiyel yüzeylerde düzensizlikler söz konusu olur. Denizlerin hareketsiz ve yer çekimi doğrultusuna dik olduğu var sayıldığında ortalama deniz seviyesi en iyi eş potansiyel yüzey olarak tanımlanır. Dünyanın en doğru şekli olarak bilinen geoid, ortalama deniz seviyesi ile en iyi örtüşen eş potansiyel yüzey olarak kabul edilir.

Geoidi, yerçekimi kuvvetine bağlı olarak belirlendiği için tamamen düz bir yüzeye sahip değildir. Dünyanın bazı bölümleri diğer bölümlerine göre daha girintili çıkıntılı olduğundan dolayı, yer çekimi yönü ve büyüklüğü dünyanın her noktasında aynı değere sahip değildir. Bu yüzden dünyanın geoid modeli de girintili ve çıkıntılı bir görünüme sahiptir.

Elipsoid Model

Dünyanın şeklini en iyi temsil eden model geoid model olmasına rağmen, matematiksel olarak tanımlanmalarının güç olmasından dolayı konum belirleme işlemlerinde referans yüzey olarak kullanılamazlar. Buna karşılık bilim adamları geoide en yakın referans yüzeyi olarak dünyanın şeklini elipsoid model olarak tanımlamıştır.

Küremsi Modeli (Spheroid Modeli)

Küçük bir bölgenin büyük ölçekli haritası yapılacaksa üzerinde yaşadığımız yeryuvarının biçimini düzlem olarak kabul etmek yeterlidir. Burada küçük bölge kavramı ile alanı 50 kilometrekareden küçük bölgeler anlaşılmaktadır. Büyük bölgelerin küçük ölçekli haritaları yapılacaksa yerin biçiminin elipsoide göre geometrisi daha kolay olan küre veya küremsi olarak alınması ve haritanın ortaya çıkması için yapılan hesapların buna göre yürütülmesi yeterlidir. Her iki ekseni de eşit olan elipsid yüzeyine dünyanın küremsi modeli denilmektedir.

Geodezik Datum

Haritaların üretilmesinde alanın büyüklüğüne göre bir referans yüzey seçilir. Çok büyük alanlar için bu referans yüzey bir elipsoiddir. Ancak seçilen bir referans yüzey, yeryüzü üzerindeki bir noktanın konumunun belirlenmesi için yeterli değildir. Çünkü yeryüzündeki nesnelerin konumlarını seçilen referans yüzeyine göre tanımlamak için referans yüzey ile geoid arasındaki mekânsal ilişkinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu ihtiyaç “Geodezi Datum” kavaramı ile karşılanmaktadır.

Datum hesaplamalarda referans olarak kabul edilen yüzeyler için temel bilgi veya başlangıç yüzeyi ile ilgili değişmez (sabit) bilgiler olarak tanımlanır. Geodezik datum ise; üzerinde hesaplamaların yapılabilmesi için matematiksel olarak tanımlı yüzey olarak kabul edilen ve referans elipsoidinin konumunu belirleyen parametre bilgileri olarak tanımlanır. Datum parametre bilgileri, aynı zamanda koordinat sistemini de tanımlamaktadır.

Datumlar kullanım alanlarına göre küresel, bölgesel ve mahalli olmak üzere üçe ayrılırlar.

Küresel Datumlar

Küresel datumlar temel anlamda orijin noktası (başlangıç noktası) yerin merkezi olan, şekil ve boyut olarak geoidi en iyi tanımlayan elipsoid datumlarıdır. Başlangıç noktası yer kürenin merkezi olan datumlar yer merkezli (geocentric) datumlar olarak adlandırılır. Yer merkezli datum parametreleri ile oluşturulan elipsoidler uydu referans sistemlerini oluşturmaktadır.

Bölgesel ve Mahalli Datumlar

Bölgesel ve mahalli datumlar bölgesel ve mahalli alanlarda geoid yüzeyi ile en iyi çakışan elipsoide göre düzenlenmektedir. Belirlenen elipsoid üzerinde seçilen bir başlangıç noktası dünya yüzeyi üzerindeki özel bir nokta ile eşleştirilir. Bu nokta datumun orijin noktası olarak adlandırılır. Orijin noktasının koordinatları sabittir ve diğer noktaların koordinatları orijin noktasına göre hesaplanır.

Türkiye'de Kullanılan Belli Başlı Datumlar

Datum, yeryüzünün ölçülmesi için referans seçilen yüzeyleri tanımlayan, bu yüzeylerin başlangıç noktalarını ve boyutlarını belirleyen matematik modellerdir. Ülkemizde kullanılan ve referans alınan üç temel datum vardır. Bunlar; ED50 (European Datumu 50), WGS84 (World Geodetic System 84) ve ITRF (International Terrestrial Referans Frame) sistemi tarafından kullanılan GRS80 datumlarıdır.

ED50 Datumu

ED50 datumu, ikinci dünya savaşından sonra güvenli olarak sınır haritaları yapmak için batı Avrupa ülkelerine uygun olarak geliştirilmiştir. ED50 datumunda referans elipsoidi olarak uluslararası (international) elipsoidi alınmıştır. Referans sisteminin başlangıç meridyeni Greenwich meridyenidir ve büyük eksen yarı çapı a=6378 388 m; küçük eksen yarıçapı b=6356911,9461; elipsoid basıklığı f=1/297 olarak belirlenmiştir.

WGS84 Sistemi

WGS84 sistemi ABD savunma bakanlığı tarafından, GPS ölçümlerinde kullanılmak üzere geliştirilen yer merkezli ve dünya çapında kullanılabilen bir sistemdir.

ITRF Sistemi

Uluslararası Yersel Referans sistemi (ITRF) WGS84 gibi yer merkezli, referans elipsoidi olarak GRS80 elipsoidini kullanan ve dünya çapında kullanılan bir sistemdir. Bilindiği üzere tabaka hareketlerinden dolayı yeryuvarı hareketli bir yapıya sahiptir. Her tabaka hareketinden sonra yerkürenin yeniden konumlandırılması gerekmektedir. Uluslararası yersel referans sistemi (ITRF), uluslararası yer dönme ve referans servisi (International Earth Rotate and Referans Service: IERS) tarafından oluşturulmuş bir sistemdir.

Datum Ve Koordinat Dönüşümleri

Coğrafi Bilgi Sistemleri farklı meslek disiplinlerinin ürettiği altlık haritaları kullanmaktadır. Farklı kaynaklardan elde edilen verilerin bir arada çalışabilmesi için ortak bir sisteme ihtiyaç vardır. Fakat elde edilen veriler her zaman aynı sistemde olmamaktadır. Bundan dolayı farklı koordinat sistemlerinden elde edilen verilerin tek bir sisteme dönüştürülmesi gerekmektedir.

Koordinat Dönüşümü

Koordinat dönüşümleri aynı datumda nesnelerin konumlarına ait koordinatların birbiri arasında dönüşümüdür. Genel olarak bir datum da iki farklı koordinat sistemi tanımlanır. Bunlar coğrafi koordinatlar ve kartezyen koordinatlardır. Koordinat dönüşümü bu iki koordinat sistemi arasındaki dönüşümü ifade eder.

Datum Dönüşümleri

Datum dönüşümleri verilerin üretildiği kaynak datumdan başka bir datuma dönüştürülmesi işlemidir.

CBS yazılımlarında datum dönüşüm işleminde kartezyen koordinatların kullanıldığı iki yöntem vardır. Bunla r 3 parametreli ve 7 parametreli dönüşüm modelleri dir.

Coğrafi Konumlandırma

Coğrafi Bilgi Sistemlerinde altlık olarak kullanılan haritaların çoğu taranmış paftalardan, hava fotoğrafları veya uydu görüntülerinden elde edilmektedir. Elde edilen bu haritalar raster formatında olan haritalardır. Bu haritalar CBS ortamına aktarıldıklarında haritalar üzerindeki konum bilgileri yeryüzündeki konum bilgilerinden tamamen farklıdır. Başka bir ifade ile bahsedilen haritalar yeryüzündeki gerçek konumlarını göstermemektedir. Bu haritaların CBS’de altlık olabilmeleri için yeryüzünde gerçek konumlarına taşınması ve projeksiyon sisteminin belirlenmesi gerekmektedir. CBS için kullanılacak altlık haritaların yeryüzündeki gerçek konumlarını bildiren koordinat sistemlerine taşınması işlemine coğrafik konumlandırma veya rektifikasyon (rectification) denir.

Coğrafik konumlandırma işlemi CBS yazılımlarında entegre edilmiş matematiksel dönüşüm yöntemleri ile yapılmaktadır. Dönüşüm işlemi raster haldeki uydu görüntüsü, taranmış pafta ve hava fotoğraflarının koordinat sistemleri ile yeryüzünde olması gereken konumları bildiren gerçek koordinat sistemleri arasında yapılmaktadır. Dönüşüm işleminin yapılabilmesi için her iki sistemde koordinatları bilinen ortak noktalara ihtiyaç vardır.

Dönüşüm işlemlerinde kullanılan başlıca yöntemler Benzerlik dönüşümü ve Affin dönüşüm yöntemleridir.

İki Boyutlu Benzerlik Dönüşümü

Benzerlik dönüşümleri dönüşüm işleminden sonra şekillerin geometrik olarak şekillerini korudukları dönüşüm işlemleridir. Örneğin bilgisayar ortamına taranarak aktarılan bir paftada bulunan dikdörtgen şeklindeki bir parsel dönüşüm işleminden sonra yine dikdörtgen şeklinde kalması benzerlik dönüşümüne bir örnektir. Benzerlik dönüşümünde düzgün geometrik şekillerin alanı eşit oranda büyür veya küçülür. Dönüşüm işleminden sonra alanlar veya çizgisel nesnelere ait uzunluklar değişebilir ama geometrik olarak şekiller korunur.

İki Boyutlu Affin Dönüşümü

Benzerlik dönüşümünde dönüşümü yapılacak nesnelerin geometrik şekillerinin bozulmadığını ve her iki eksen yönünde de ölçek değişimin sabit olduğu kabul edilmektedir. Ancak kâğıt üzerinde bulunan paftalar, fotoğraflarda zaman içerisinde bozulmalar olmaktadır. Bunlara birde taramalar sonucu oluşan bozulmalar eklendiğinde altlık olarak kullanılacak haritalarda her iki eksen yönünde de bozulma olacaktır. ‹ki eksen yönünde değişim olacağından iki farklı koordinat sistemi arasında dönüşüm yapılırken Affine dönüşümü uygulanır.