Ünite 6: CBS Veri Tipleri ve Veri Modelleri

Giriş

İnsanoğlu yeryüzü üzerinde bir şeyleri keşfetme, kendisi için önemli yerleri belirleme gereksinimi duymaktadır. Nereye gitmeliyim, bulunduğum yerde görülmesi gereken yerler nereleridir, nasıl giderim gibi sorulara yanıt aramıştır. Bulunduğu coğrafyayı tanıdıkça, o coğrafyadaki nesnelerin konumları ile ilişki kurmayı öğrenmiş ve nesnelerle ilgi farklı verileri konumları ile ilişkilendirmiştir. Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) coğrafi verileri, harita kullanarak belirli amaç ve proje için organize eden bir sistemdir. CBS haritaları, bilgisayar ekranında yakınlaştı rılıp, uzaklaştırılabilen, istenen bilgilerin gösterime eklenmesini ve çıkarılmasını sağlayan, etkileşimli haritalardır. CBS yazılımları bu işlemleri farklı veri tip ve modelde üretilen verileri entegre ederek anlamlı bilgi haline dönüştürür. Birçok kamu ve özel kuruluş, kendi amaç ve hizmetleri doğrultusunda CBS platformunda kullanılmak ve analiz yapabilmek için veri üretirler.

CBS Veri Tipleri

• Öznitelik Verisi
• Konumsal Veri

Öznitelik Verisi: En basit tanımı ile konumsal nesnelerin özellikleri olarak ifade edilebilir. Öznitelik verileri konumsal bir nesne ile ilişkili, konumsal olmayan verilerdir ve konum bilgisi içermezler. Genellikle tablo veriler şeklinde sunulan öznitelik verisi, doğadaki konumsal nesnelerin, nicelik ve nitelik gibi karakteristik özelliklerini tanımlamak için kullanılmaktadır.

Konumsal Veri: Yeryüzünde herhangi bir nesnenin coğrafi konumunu belirmek için kullanılır. Konum bilgisi koordinat sistemleri ile mutlak bir nokta olarak ifade edilebilmektedir. Küçük alanlar için genellikle kartezyen koordinatlar, daha geniş alanlar için ise kartografik projeksiyon sistemleri kullanılmaktadır. Konumsal veriyi ifade etmek için, uluslararası platformda kabul gören birçok projeksiyon sistemi bulunmaktadır. Konumsal veriyi ifade etmek için, uluslararası platformda kabul gören birçok projeksiyon sistemi bulunmaktadır. Nokta, Çizgi ve Poligon gibi geometrik ifadeler, CBS’de konumsal veriyi tanımlamaya yarayan temel harita elemanlarıdır. Nesnelerin yeryüzündeki mutlak ve göreceli konumları, bu elemanlar yardımı ile konumsal veri olarak CBS platformuna aktarılmaktadır.

Konumsal Veri Tipleri

Doğada var olan yeryüzü şekillerini harita elemanları olarak tanımlamak ve konumsal veri 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 için kullanılan geometrik bir nesnedir. Ağaç, direk vb. noktasal yeryüzü elemanlarının konum 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 olacağı için noktasal nesne olarak gösterilmektedir.

Çizgi: CBS yazılımlarında doğru (line) veya çoklu-doğru (polyline) olarak kullanılan geometrik bir nesnedir. İki nokta arasında en kısa uzaklığı tanımlayan sürekli koordinat verilerine doğru, birden fazla doğrunun birleşmesi ile oluşan elemana ise 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 yeryüzü elemanları için kullanılır.

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

• Belirli bir alanı olan yeryüzü şekillerini ifade etmek için kullanılır.
• Kullanılan ölçeğe bağlı olarak çok küçük olmayan alanları çevreleyen çizgisel elemanlardan oluşur.

CBS Veri Modelleri

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

• Raster Veri Modeli
• Vektör Veri Modeli

Raster Veri Modeli

Raster veri iki boyutlu ortamda düzenli grid yapısında satır ve kolonlara bölünmüş hücrelerden oluşur. Bu hücrelerin her birine piksel (pixel) adı verilir. Piksel İngilizce sözcük anlamı olarak picture element (resim elemanı) teriminin kısaltmasıdır. Picture (resim) sözcüğü için pix kısaltması kullanılmıştır. Piksel sayısal ortamda bir resmin 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 düzenli grid verinin boyutları (kaç piksele kaç piksel olduğu) bilindiğinde, satır ve kolonlardan oluşan matris yapısı içerisinde veri koordinatları kolaylıkla hesaplanabilmektedir. Grid yapısı bilgisayar yordamları ile iki boyutlu dizinler (array) olarak kodlandığı 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 üste bindirme (overlay) analizleri, elde edilecek katman için uygun çözünürlüğün ne olacağı konusunda sorunları beraberinde getirmektedir. Eğer bindirme analizinde kullanılan katmanların piksel boyutu olması gerekenden büyükse, elde edilen sonuç yeteri kadar hassas olmazken, piksel boyutu olması gerekenden küçük olduğunda da, veri boyutu gereksiz yere artmakta, yapılacak işlemlerin süresi uzamakta ve şekilsiz veri setleri oluşmaktadır. Ayrıca sonuç ürün, verinin ilk üretimindeki piksel boyutundan küçük ve hassas olursa, elde edilen analiz sonuçlarında önemsenecek boyutta hata yapıldığı söylenebilir. Genellikle raster verilerde her piksele bir öznitelik verisi atandığı için, öznitelik verilerinin farklı bilgi alanları olan tablolara bağlanması yerine her 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 değer alabilir, 0 ve 1. Veri boyutu büyütülerek piksel değeri 8-bit veri değerine çıkartılarak 256 farklı değer alabilir.

Raster Veri Modeli Avantajları:

• Raster veri modelinde her piksel matris yapısı içersinde tanımlandığı için konumlandırma piksel bazında bilinmektedir.
• Raster veri modelinde her piksel grid yapısı içerisinde dizinlerde tutulduğu için analitik ve cebirsel işlemler, programlama açısından daha kolay ve kısa sürede yapılabilmektedir.
• Raster veri modelinde genellikle piksellere tek öznitelik verisi atandığından basit 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 boyutuna bağlıdır. Bu nedenle şebeke bağlantı noktaları ve analizleri sağlıklı olarak yapılamamaktadır.
• Birden fazla öznitelik verisinin piksellerle ilişkilendirilmesi oldukça zordur.
• Raster veri modelinin karakteristik yapısı sadece bir öznitelik verisi saklamaya yatkındır.
• Raster veri modelinde veri boyutu fazladır. Veri işleme, saklama ve görüntüleme süresi uzundur.

Vektör Veri Modeli

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

• Spagetti Veri Modeli
• Topolojik Veri Modeli

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

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

• Bağlanırlık (Connectivity): Bağlanırlık, topolojik veri elemanlarının fonksiyonel, konumsal ve mantıksal olarak birbirlerine nasıl bağlandığını irdeleyen topoloji kuralıdır.
• Bitişiklik (Adjacency): Bitişiklik topolojik elemanların birbirleri ile komşuluklarını irdeleyen bir topoloji kuralıdır. ‹ki kapalı poligonun birbiri ile olan komşuluk bilgisini tanımlamak için kullanılır.
• Yakınlık (Proximity): Konumu bilinen bir veri elemanından (nokta, çizgi, poligon) belirli bir uzaklık değeri ile veri elemanı çevresinde eş uzaklıklı alanlar yaratarak bu alan içinde kalan diğer elemanların belirlenmesi için kullanılmaktadır.

Topolojik veri modelinde veri elemanları (nokta, çizgi, poligon) sayısal ortama aktarılırken çizim yönüne göre saklanır. Poligonu oluşturan çizgiler, çizgilerin çizim yönü, 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 ve hassasiyet sorunu yoktur. Veri üretildiği orijinal çözünürlükte görüntülenmektedir.
• Veri gösterimi daha estetik olarak yapılabilmektedir.
• Genellikle harita baskı işlemleri vektör veri kullanılarak yapıldığı için baskı aşamasında 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. Konumsal sorgulamalar kolaylıkla yapılabilmektedir.
• Raster veri modeline kıyasla veri boyutları daha küçüktür.

Vektör Veri Modelinin Dezavantajları:

• Vektör veri modelinde çizgisel ve alansal veri elemanlarını oluşturan her noktanın koordinatlarının saklanması gerekmektedir.
• Bindirme (overlay) analizleri vektör veri modelinde daha karmaşık algorit alar kullanmakta ve bu yordamların işlem süreleri daha uzun olmaktadır.
• Sayısal arazi modeli vb. sürekli veri tipinde gösterim raster veri modeli ile daha sağlıklıdır. Vektör veri modelinde keskin ve ayrık veri tipi kullanıldığı için yeryüzü topoğrafyası üçgenleme yöntemi ile yapılabilmektedir. Bu nedenle gösterimde süreklilik sağlanamamaktadır.

Katman Yapısı

CBS konumsal verileri farklı temalarda gruplama özelliğine sahiptir. Bu gruplar ortak koordinat sitemi içerisinde veri tipi, modeli ve veri elemanının özelliklerine göre katmanlara ayrılmalıdır. Katman yapısının temel ilkesi, farklı gruplardaki yeryüzü elemanlarını haritadaki gösterim karmaşasından kurtarmaktır. Katman yapısı CBS’nin en önemli özelliklerinden biridir. Projelendirme aşamasında, önce amaç belirlenmeli ve uygun katmanlar saptanmalıdır. Amaca uygun saptanan katmanlar, aynı zamanda veritabanı modelini de kaba hatları ile şekillendirmektedir. Farklı temalardaki yeryüzü elemanları, veritabanı modelini oluşturan tabloların tanımlarını belirlemektedir. Temaların yanı sıra konumsal veri tipleri (nokta, çizgi, poligon) katman tanımlamasında belirleyici bir parametredir.