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 yönüreferans 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 sayesindeiletir

1.Pafta Resim Alanı: Paftaresim alanı, haritalanacak alanın yer aldığı bölümdür.

2.Pafta Çerçevesi: Paftaçerçevesi, 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 kalanve 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 kullanılmasındakiesas bilgileri kapsar.

5.Pafta Ağı: Pafta ağı, pafta resim alanınıgrid ağ ile kaplayan, enlem ve boylamçizgilerinin oluşturduğu ağdır.

6.Pafta içeriği: Pafta resim alanı içerisine çizilen yeryüzüne ait her türlü nesnepaftanın içeriğini oluşturmaktadır.

Dünyanın Şekline İlişkin Kavramlar

Dünya, üzerinde bulunan topografik yapı ve kendi ekseni etrafındaki eksantrikhareketinden dolayı, düzgün bir geometriye sahip değildir. Kutuplardan basık veekvatorlarda genişleyen bir yüzeye sahip olan dünyanın şeklini tanımlamak içinfarklı 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 olarakverilir. Yer çekimi doğrultusuna her yerde dik olan yüzeyler, eş potansiyel yüzeylerolarak adlandırılır. Yer çekimi kuvveti ve doğrultusu dünyanın kabuk vekatmanlarının yoğunluğunun düzensizliğinden etkilenir. Bundan dolayı eş potansiyelyüzeylerde düzensizlikler söz konusu olur. Denizlerin hareketsiz ve yer çekimidoğrultusuna dik olduğu var sayıldığında ortalama deniz seviyesi en iyi eş potansiyelyüzey olarak tanımlanır. Dünyanın en doğru şekli olarak bilinen geoid, ortalamadeniz seviyesi ile en iyi örtüşen eş potansiyel yüzey olarak kabul edilir.

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

Elipsoid Model

Dünyanın şeklini en iyi temsil eden model geoid model olmasına rağmen, matematikselolarak tanımlanmalarının güç olmasından dolayı konum belirleme işlemlerindereferans yüzey olarak kullanılamazlar. Buna karşılık bilim adamları geoide enyakın 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 bölgekavramı ile alanı 50 kilometrekareden küçük bölgeler anlaşılmaktadır.Büyük bölgelerin küçük ölçekli haritaları yapılacaksa yerin biçiminin elipsoide göre geometrisi daha kolay olan küre veya küremsiolarak alınması ve haritanın ortaya çıkması için yapılan hesapların buna göreyürütülmesi yeterlidir. Her iki ekseni de eşit olan elipsid yüzeyine dünyanınküremsi modeli denilmektedir.

GeodezikDatum

Haritaların üretilmesinde alanın büyüklüğüne göre bir referans yüzey seçilir. Çokbüyük 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 belirlenmesigerekmektedir. Bu ihtiyaç “Geodezi Datum” kavaramı ile karşılanmaktadır.

Datum hesaplamalarda referans olarak kabul edilen yüzeyler için temel bilgiveya başlangıç yüzeyi ile ilgili değişmez (sabit) bilgiler olarak tanımlanır. Geodezikdatum ise; üzerinde hesaplamaların yapılabilmesi için matematiksel olarak tanımlı yüzey olarak kabul edilen ve referans elipsoidinin konumunu belirleyen parametrebilgileri olarak tanımlanır. Datum parametre bilgileri, aynı zamanda koordinatsistemini 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 merkeziolan, şekil ve boyut olarak geoidi en iyi tanımlayan elipsoiddatumlarıdır. Başlangıçnoktası yer kürenin merkezi olan datumlar yer merkezli (geocentric) datumlar olarakadlandırılır. Yer merkezli datum parametreleri ile oluşturulan elipsoidler uydu referanssistemlerini oluşturmaktadır.

Bölgesel ve Mahalli Datumlar

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

Türkiye’de Kullanılan Belli Başlı Datumlar

Datum, yeryüzünün ölçülmesi için referans seçilen yüzeyleri tanımlayan, bu yüzeylerinbaşlangıç noktalarını ve boyutlarını belirleyen matematik modellerdir. Ülkemizdekullanılan ve referans alınan üç temel datum vardır. Bunlar; ED50 (EuropeanDatumu 50), WGS84 (World GeodeticSystem 84) ve ITRF (International TerrestrialReferans Frame) sistemi tarafından kullanılan GRS80 datumlarıdır.

ED50 Datumu

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

WGS84 Sistemi

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

ITRF Sistemi

Uluslararası Yersel Referans sistemi (ITRF) WGS84 gibi yer merkezli, referans elipsoidiolarak 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 referansservisi (International Earth Rotateand Referans Service: IERS) tarafındanoluşturulmuş 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 ortakbir sisteme ihtiyaç vardır. Fakat elde edilen veriler her zaman aynı sistemde olmamaktadır. Bundan dolayı farklı koordinat sistemlerinden elde edilen verilerintek bir sisteme dönüştürülmesi gerekmektedir.

Koordinat Dönüşümü

Koordinat dönüşümleri aynıdatumda nesnelerin konumlarına ait koordinatlarınbirbiri arasında dönüşümüdür. Genel olarak bir datum da iki farklı koordinat sistemitanımlanır. Bunlar coğrafi koordinatlar ve kartezyen koordinatlardır. Koordinatdönüşümü bu iki koordinat sistemi arasındaki dönüşümü ifade eder.

Datum Dönüşümleri

Datum dönüşümleri verilerin üretildiği kaynak datumdan başka bir datuma dönüştürülmesiişlemidir.

CBS yazılımlarında datum dönüşüm işleminde kartezyen koordinatların kullanıldığı ikiyöntem vardır. Bunlar 3 parametreli ve 7 parametreli dönüşüm modelleridir.

COGRAFİ KONUMLANDIRMA

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

Coğrafik konumlandırma işlemi CBS yazılımlarında entegre edilmiş matematiksel dönüşümyöntemleri ile yapılmaktadır. Dönüşüm işlemiraster haldeki uydugörüntüsü, taranmış pafta ve hava fotoğraflarının koordinat sistemleriile yeryüzünde olması gereken konumları bildirengerçek koordinatsistemleri arasında yapılmaktadır. Dönüşüm işlemininyapılabilmesiiçin her iki sistemde koordinatları bilinen ortaknoktalara ihtiyaç vardır.

Dönüşüm işlemlerinde kullanılan başlıca yöntemler Benzerlik dönüşümü veAffin dönüşüm yöntemleridir.

İki Boyutlu Benzerlik Dönüşümü

Benzerlik dönüşümleri dönüşüm işleminden sonra şekillerin geometrik olarak şekillerinikorudukları dönüşüm işlemleridir. Örneğin bilgisayar ortamına taranarakaktarılan bir paftada bulunan dikdörtgen şeklindeki bir parsel dönüşüm işlemindensonra 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 uzunluklardeğişebilir ama geometrik olarak şekiller korunur.

İki Boyutlu Affin Dönüşümü

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