ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

Transkript

1 ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ HĐDROELEKTRĐK POTANSĐYEL BELĐRLEMEYE YÖNELĐK UZAKTAN ALGILAMA VE COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMĐ TABANLI HĐDROLOJĐK MODELLEME YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Müh. Erkan GÜLER Anabilim Dalı: JEODEZĐ VE FOTOGRAMETRĐ MÜHENDĐSLĐĞĐ Programı: GEOMATĐK MÜHENDĐSLĐĞĐ MAYIS 2008

2 ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ HĐDROELEKTRĐK POTANSĐYEL BELĐRLEMEYE YÖNELĐK UZAKTAN ALGILAMA VE COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMĐ TABANLI HĐDROLOJĐK MODELLEME YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Müh. Erkan GÜLER Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 2 Mayıs 2008 Tezin Savunulduğu Tarih: 23 Mayıs 2008 Tez Danışmanı : Doç.Dr. H. Gonca COŞKUN Diğer Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Necati AĞIRALĐOĞLU Prof.Dr. Derya MAKTAV MAYIS 2008

3 ÖNSÖZ Bu tez çalışması TÜBĐTAK destekli 106M043 no lu Akım Ölçümü Olmayan Havzalarda Hidroelektrik Potansiyelin Belirlenmesi adlı proje kapsamında hazırlanmıştır. Katkılarından dolayı TÜBĐTAK a ve proje grubuna teşekkür ederim. Yüksek lisans öğrenimim süresince derslerden tez aşamasına kadar her adımda bana yardımcı olan ve tecrübeleri ile sürekli yol gösteren değerli hocam Doç. Dr. H. Gonca Coşkun a, tez hazırlama sürecinde yoğun programına rağmen beni kırmayıp hemen her konuda verdiği destekten dolayı kıymetli arkadaşım Müh. Uğur Algancı ya ve özellikle hidroloji konusundaki yardımlarından dolayı Yük. Müh. Ebru Eriş arkadaşıma teşekkür ederim. Ayrıca duydukları güven ve her zaman verdikleri destekten dolayı aileme çok teşekkür ederim. Mayıs 2008 Erkan GÜLER ii

4 ĐÇĐNDEKĐLER ÖNSÖZ KISALTMALAR TABLO LĐSTESĐ ŞEKĐL LĐSTESĐ ÖZET SUMMARY ii v vi vii viii ix 1.GĐRĐŞ 1 2. LĐTERATÜR ÇALIŞMALARI 4 3. COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMLERĐ Coğrafi Bilgi Coğrafi Bilgiyi Elde Etme Yöntemleri Coğrafi Bilgi Sistemi Nedir Coğrafi Bilgi Sisteminin Kullanım Alanları Coğrafi Bilgi Sisteminin Bileşenleri Personel Yöntem Yazılım Donanım Veri Coğrafi Bilgi Sisteminin Avantajları Coğrafi Bilgi Sisteminin Fonksiyonları Coğrafi Bilgi Sisteminde Veri Kalitesi Konum doğruluğu Detay doğruluğu Tutarlılık Öznitelik doğruluğu Bütünlük Güncellik Veri Tabanı Kavramı Veri tabanı kullanımının avantajları Veri tabanı yapısı Veritabanı yönetim sistemi Veritabanı yönetim sisteminin bileşenleri UZAKTAN ALGILAMA Uzaktan Algılamada Çözünürlük 18 iii

5 4.2 Uzaktan Algılamada Sınıflandırma Kontrolsüz sınıflandırma Kontrollü sınıflandırma Uzaktan Algılamada Uydu Teknolojisi HĐDROELEKTRĐK ENERJĐ UYGULAMA ÇALIŞMASI Çalışmanın Amaç Ve Kapsamı Çalışma Bölgesi Çalışmada Kullanılan Yazılımlar Yağış Akış Denklemlerinin Çıkarımı Uydu Verileri Đle Sayısal Yükseklik Modelinin Elde Edilmesi Sayısal Yükseklik Modelindeki Hatalı Çöküntülerin Elimine Edilmesi Eğim ve Bakı Haritaları Eğim haritasının üretilmesi Bakı haritasının üretilmesi Havzaya Ait Sentetik Drenaj Ağının Belirlenmesi Olası Santral Noktalarının Belirlenmesi Alt Havza Sınırlarının Belirlenmesi Eş Yağış Haritasının Oluşturulması Ortalama Alan Yağış Miktarının Hesaplanması Havza Ortalama Yüksekliğinin Bulunması Akım Miktarının Hesaplanması Sentetik Drenaj Ağı Üzerinde Boy Kesit Analizi Alt Havzalarda Alan Bazında Fark Analizi Sorgulamalar SONUÇ VE ÖNERĐLER 48 KAYNAKLAR 51 EKLER 53 ÖZGEÇMĐŞ 61 iv

6 KISALTMALAR CBS SYM GPS GIS DEM m mm : Coğrafi Bilgi Sistemi : Sayısal Yükseklik Modeli : Global Positioning System : Geographical Information System : Digital Elevation Model : Metre : Milimetre v

7 TABLO LĐSTESĐ Sayfa No Tablo 6.1 Akım Denklemleri 27 Tablo 6.2 Cartosat-1 (IRS P5) Uydusunun Teknik Özellikleri. 28 Tablo 6.1 Eşyağış haritasının üretilmesi için denklemlerde kullanılanistasyonlar 39 vi

8 ŞEKĐL LĐSTESĐ Sayfa No Şekil 6.1 : Solaklı Havzasına ait Sayısal Yükseklik Modeli 29 Şekil 6.2 : Sayısal Yükseklik Modelindeki hatalı çöküntü ve çıkıntıların elimine edilmesi işlemi 30 Şekil 6.3 : Solaklı Havzasına ait eğim haritası. 32 Şekil 6.4 : Solaklı Havzasına ait bakı haritası.. 33 Şekil 6.5 : Solaklı Havzasına ait akış yönü haritası. 34 Şekil 6.6 : Solaklı Havzasına ait sentetik drenaj ağı 35 Şekil 6.7 : Havzasına ait olası santral noktaları Şekil 6.8 : Solaklı Havzası için üretilmiş alt havzalar. 38 Şekil 6.9 : Eşyağış belirlemek için kullanılan istasyon noktaları. 40 Şekil 6.10: Solaklı Havzasına ait yıllık eşyağış haritası Şekil 6.11: Solaklı Havzasına ait yıllık eşyağış haritası Şekil A.1 : Solaklı Havzasına ait fotoğraflar 54 Şekil A.2 : Alan yağış miktarının hesaplanması Şekil A.3 : Örnek bir drenaj ağı kolunda yapılan boykesit analizi Şekil A.4 : Seçilen örnek bir drenaj ağına ait istatistiksel parametrelerin belirlenmesi ve drenaj kolu üzerinde 200 m aralıklarla yapılan eğim sorgulaması 57 Şekil A.5 : Örnek bir olası santral noktasına alt havza verilerinin aktarılması 58 Şekil A.6 : Alan bazında fark analizi. 59 Şekil A.7 : Solaklı havzasına ait oluşturulmuş alt havza, sentetik drenaj ağı ve olası santral noktaları vii

9 HĐDROELEKTRĐK POTANSĐYEL BELĐRLEMEYE YÖNELĐK UZAKTAN ALGILAMA VE COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMĐ TABANLI HĐDROLOJĐK MODELLEME ÖZET Hidroelektrik enerji özellikle son yıllarda çevresel etkileri ve sürdürülebilir özelliğinden dolayı tercih sebebi olmuştur. Pek çok ülke sahip olduğu hidroelektrik potansiyele bağlı olarak gerekli yatırımları yapmaktadır. Türkiye sahip olduğu engebeli yapısı ve su kaynakları göze alındığında hidroelektrik enerji tesisleri için oldukça cazip durumdadır yılındaki verilere göre ise Türkiye nin sahip olduğu hidroelektrik potansiyelin sadece %30-%35 lik kısmını kullanabildiği belirtilmektedir. Hidroelektrik potansiyelin belirlenebilmesi için düşüm yüksekliği ve akım miktarı parametrelerine ihtiyaç vardır. Akım belirleyeme yönelik çeşitli akarsu kolları üzerine tesis edilmiş akım gözlem istasyonları bulunmaktadır. Suyun akımını (debi) ölçen bu istasyonlardan Türkiye de yaklaşık 3000 adet bulunmasına rağmen pek çok akarsu kolunda akım gözlem istasyonu bulunmamaktadır. Bu tez çalışmasında uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemi kullanılarak Solaklı havzasında hidroelektrik potansiyel belirlenmiştir. Bu doğrultuda stereo çekim yapabilen Cartosat-1 uydusunun havzaya ait verileri temin edilmiş ve bu veriler kullanılarak 3 boyutlu sayısal yükseklik modeli oluşturulmuştur. Bu sayısal yükseklik modeli coğrafi bilgi sistemi yazılımları ArcGis ve ArcView a yüklenmiş ve çeşitli işlemler sonunda havzaya ait alt havza sınırları, sentetik drenaj ağı ve olası santral noktaları belirlenmiştir. Havzada daha önce tesis edilmiş akım gözlem istasyonlarının topladığı noktasal yıllık yağış değerleri Kriging yöntemi kullanılarak alansal yağış olarak ifade edilmiştir. Sentetik drenaj ağlarındaki akım miktarını hesaplayabilmek için çoklu regresyon yöntemleri kullanılmış ve akım denklemleri elde edilmiştir. Elde edilen tüm değerler ArcGis yazılımı ile coğrafi bilgi sisteminde toplanmış ve son olarak yukarda bahsedilen elde edilmiş denklem ve parametreler kullanılarak sentetik drenaj ağı üzerindeki akım miktarı hesaplanmıştır. Örnek bir alt havzada klasik yollarla elde edilen akım değeri ile oluşturulan coğrafi bilgi sistemi tabanlı modelleme kullanılarak hesaplanan akım değeri karşılaştırılmış sonucun %96 lık bir oranda doğru olduğu görülmüştür. viii

10 REMOTE SENSING AND GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM BASED HYDROLOGICAL MODELLING FOR DETERMINATION OF HYDROELECTRIC POTENTIAL SUMMARY Hydroelectric energy is more preferable due to its environmental effects and sustainability in recent years. Most of the countries of the world have invested in this type of energy depending on their hydroelectric potential. Because Turkey has a mountainous terrain and wide water resources, it is considered as a suitable place for hydroelectric energy structures. Turkey has only used 30-35% part of its hydroelectric potential according to a report accomplished in Flow amount and height of the waterfall are required to know as the variables to determine hydroelectric potential. Flow gauges are established on the streams to observe the discharges. Although number of flow gauges is about 3000 in Turkey, there is no flow gauge on several streams. In this thesis, hydroelectric potential of Solaklı basin were determined using remote sensing and geographical information systems (GIS). Cartosat-1 stereo digital image was obtained and digital elevation model (DEM) of the basin generated for this purpose. Subbasins, syntethic drainage network and probable hydropower structure locations were determined from DEM using GIS softwares such as ArcGis and Arc view. Areal precipitation was computed from the observations of meteorological stations of the basin by means of Kriging method. Multiple regression method was used to compute discharges and flow equations were derived. Flow equations and variables were combined with GIS softwares and discharges were calculated. Estimated and observed flows were compared. Accuracy of this comparison was found to be almost 96%. ix

11 1. GĐRĐŞ Günümüzde ülkelerin teknolojik, ekonomik ve sosyal yönden gelişim süreçlerini etkileyen önemli unsurlardan biride enerjidir. Bu yüzden devletler daha ekonomik ve sürdürülebilir enerji kaynaklarına yönelmiş ve bu konudaki araştırmalara büyük miktarda bütçeler ayırmışlardır. Bir diğer önemli konu ise enerji üretim sürecinde veya sonrasında çevreyi kirletmeyecek ve toplumu olumsuz etkileyecek tahribatlara yol açmayacak enerji kaynak ve yöntemlerinin kullanılmasıdır. Özellikle gelişmiş ülkeler öncelikle kendi enerji kaynak ve potansiyellerini belirlemeye yönelik çalışmalar başlatmış ve halen bu çalışmalarda en son teknolojik yöntem ve teknikleri kullanmaktadırlar. Dünyada en çok kullanılan enerji kaynakları, fosil yakıtlar olarak ta adlandırılan kömür, petrol, doğalgaz, ayrıca nükleer enerji ve yenilenebilir enerji kaynakları olan rüzgar enerjisi, güneş enerjisi ve hidrolik enerji şeklindedir. Yenilenebilir kaynaklar çevre dostu olmaları, uzun ömürleri ve ekonomik bakım masrafları nedeniyle ön plana çıkmaktadırlar. Hidroelektrik enerji suyun elektrik enerjisine dönüştürülmesi ilkesi ile çalışan, dünyada en çok tercih edilen ve üzerinde çalışmalar yapılmaya devam eden yenilenebilir bir enerji türüdür (Öztürk, 2004). Pek çok avrupa ülkesi gibi gelişmiş ülkeler hidroelektrik potansiyellerinin büyük bir kısmını değerlendirmektedirler. Türkiye de yapılmış kesin olmayan hesaplamalara göre GWh lık hidroelektrik potansiyeli bulunmaktadır yılı itibariyle 135 adet hidroelektrik santral işletilmekte olup bu santrallerin ürettiği enerji toplam hidroelektrik potansiyelinin %36 sına karşılık gelmektedir. Toplam potansiyelin yaklaşık %8 ini değerlendirmesi planlanan 41 adet hidroelektrik santral ise halen inşaat halindedir. Geriye kalan %56 lık hidroelektrik potansiyel enerji yi değerlendirebilmek amacıyla 502 adet hidroelektrik santral kurulması devlet tarafından planlanmaktadır. Fakat bu planlanan tesislerin inşaat tarihleri ile ilgili belirsizlik sürmektedir. Đnşaat maliyetinin yüksekliği ve inşaat süresinin uzun olması nedeniyle hidroelektrik tesis yapılması planlanan bölgenin seçimi iyi yapılmalı ve ne tip bir hidroelektrik 1

12 tesisin kurulması gerektiği çok iyi belirlenmelidir. Türkiye de yaklaşık 3000 adet akım gözlem istasyonu bulunmaktadır. Bu istasyonlar hidroelektrik potansiyel belirlemek için gerekli parametrelerden biri olan suyun debisini (akım) ölçmek üzere kurulmuş ve uzun yıllar veri toplayacak şekilde tasarlanmışlardır. Fakat özellikle ulaşımın zor olduğu ve akım gözlem istasyonu olmayan pek çok akarsu kolunda bahsi geçen istasyonlardan bulunmamaktadır. Bu sorun hidroelektrik potansiyel belirleme çalışmalarına olumsuz bir etki yapmaktadır. Hidroelektrik potansiyel belirlemede en önemli iki parametre debi ve düşüm yüksekliğidir. Günümüzde yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri ile elde edilen sayısal yükseklik modeli yardımıyla düşüm yüksekliği daha hassas ve hızlı bir şekilde bulunabilir. Muhtemel santral noktaları olarak belirlenen yerlerde her zaman bir akım ölçüm istasyonu bulmak mümkün olmamaktadır (Kaygusuz, 1999). Dolayısıyla mevcut akım gözlemlerinden yararlanılarak akım ölçümü olmayan bölgelerdeki debiyi çeşitli modeller kullanmak suretiyle bulmak gerekmektedir. Debi yi etkileyen en önemli değişkenin yağış olduğu düşünülürse yağış ve akışın kurulacak bir modelle en iyi şekilde ilişkilendirilmesi gerekmektedir. CBS son yıllarda pek çok uygulamada kullanılan yeryüzüne ait nesneleri ve gelişen olayları analiz etme olanağı sunan bilgisayar destekli bir teknolojidir. CBS yi diğer bilgi sistemlerinden ayıran en önemli özellik, mekansal vektör ve raster verileri bir arada kullanması ve bu mekansal verileri sözel bilgilerle ilişkilendirebilme yeteneğidir. Bu sayede CBS ile konumsal analiz ve sorgulamalar yapmak ve sonuçları gösterecek haritalar üretmek mümkündür. CBS, tarım, altyapı, şehircilik, ulaşım, çevre gibi pek çok sektörde kullanılmakta yapısı gereği birbirinden farklı disiplinleri ortak bir platformda buluşturabilmektedir. Yeryüzünün araştırılmasına yönelik geliştirilerek kendisi için belirlenen yörüngede faaliyetini sürdüren uzaktan algılama uyduları her yıl gereksinime karşılık vercek şekilde uzaysal ve spektral çözünürlüklerini artırmaktadırlar. Bu uydulardan elde edilen sayısal veriler yeryüzünün yada yeryüzüne ait objelerin ölçülmesi ve araştırılmasında kullanılmaktadırlar. Sayısal uydu verileri ile yapılan önemli çalışmalar arasında hidrolojik modelleme, iklim değişikliğinin izlenmesi, ormancılık uygulamaları, arkeoloji, jeoloji olarak sıralanabilir. CBS ve Uzaktan algılama teknolojileri farklı disiplinler gibi görünselerde pek çok uygulamada birlikte kullanılmaktadırlar. Özellikle çok geniş alanlara ait veriler 2

13 içeren yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleri, CBS ye daha geniş konumsal analizler yapma olanağı tanımaktadır. CBS de 3 boyut analizleri için kullanılan sayısal yükseklik modeli, uzaktan algılama teknikleri ile hızlı, ekonomik ve doğruluğu yüksek bir şekilde elde edilebilmektedir. Bu anlamda uzaktan algılama verileri, CBS için ekonomik, hızlı ve önemli bir veri toplama aracıdır. Uzaktan algılama ve CBS bir çok alanda olduğu gibi hidrolojik uygulamalarda da etkin bir şekilde kullanılmaktadırlar. Uydu verilerinin sunduğu geniş alanlarda çalışma olanağı ve CBS nin sahip olduğu karmaşık sorgulama analizleri nedeniyle hidrolojik çalışmalarda kullanılmak için idealdirler. Bu çalışmada Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemi teknolojilerini kullanarak uygulama çalışması için pilot bölge olarak seçilen Solaklı Havza sında potansiyel belirleme çalışmaları yapılmıştır. Bu havzaya ait topografik parametrelerin SYM ve CBS yardımıyla bulunması amaçlanmıştır. Yine CBS ve mevcut ölçümler kullanılarak gerekli yağış akış denklemleri belirlenmek suretiyle istenilen bir noktadaki akım değeri dolayısıyla hidroelektrik potansiyel hesaplanmıştır. 3

14 2. LĐTERATÜR ÇALIŞMALARI Son yıllarda önemini artıran enerji problemi beraberinde bilim insanlarını bu problemin çözümünde yeni arayışlara itmiştir. Dünya üzerinde birincil enerji kaynağı olarak gösterilen petrol, doğalgaz, kömür gibi fosil enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve nükleer tesislerin de insan yaşamını tehdit eden riskler taşıması nedeniyle hidroelektrik enerji, çevre dostu ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak ön plana çıkmaktadır. Literatürde hidroelektrik enerji ve hidroelektrik potansiyel belirlemeye yönelik dünya üzerinde pek çok çalışma bulmak mümkündür. Ertekin ve Evrendilek (2003), öncelikle Türkiye deki hidroelektrik potansiyeli incelemişler ve kullandıkları bir model yardımıyla Türkiye nin uzun süreli elektrik ihtiyacını tahmin etmişlerdir. Cheng ve diğ. (2006), sayısal yükseklik modeli, uydu verileri ve CBS kullanılarak drenaj ağı ile akarsu kolları arasındaki ilişkinin modellenebileceğini belirtmişlerdir. Öztürk (2004), Türkiye nin en önemli enerji kaynağının düşük bakım masrafları, çevreye verdiği minimum zarar ve yenilenebilir bir enerji türü olduğu için hidroelektrik enerji olduğunu belirtmiştir. Ayrıca bu yönde Türkiye de hidroelektrik çalışmaların artırılması gerektiğini ifade etmiştir. Kumar ve Singhal (1999), Sayısal yükseklik modeli kullanılarak akım istasyonu olmayan su toplama havzalarında hidroelektrik potansiyel belirlemek için gerekli eğim ve yükseklik gibi topografik parametrelerin elde edilebileceğini belirtmişler, bu parametreler yardımıyla havza sınırları ve drenaj ağlarının bulunabileceğini ayrıca uzaktan algılama ve CBS yardımıyla hidroelektrik potansiyelin hesaplanabileceğini ifade etmişlerdir. Vandewiele ve Elias (1995), Belçika da 75 farklı havza alanına ait hidrolojik parametreleri kullanarak komşu havzalardaki değerleri bulmaya çalışmışlar ve sonuçlara göre Kriging yönteminin alansal yağış hesabında en iyi yöntem olduğunu belirtmişlerdir. Dulhani ve Sinha (2006), özellikle Hindistan ve Nepal gibi dağlık ve ulaşımın zor olduğu bölgelerde yapılan yada planlanan hidroelektrik projelerde uzaktan algılama verileri ile çalışmanın çok daha uygun olduğunu belirtmişlerdir. 4

15 Rijal (2000), Hidroelektrik santralları kendi içerisinde sınıflara ayırmıştır. Buna göre enerji kapasitesi 10 kw ile 99 kw arasında olanlara mini HES, enerji kapasitesi 100 kw ile 999 kw olanlara mikro HES ve enerji kapasitesi 1000 kw ile kw olanlara da küçük HES adını vermiştir. Özellikle mini HES lerin ülke toplam enerji ihtiyacını karşılamada önemli rolü olduğunu belirtmiştir. 5

16 3. COĞRAFĐ BĐLGĐ SĐSTEMLERĐ 3.1 Coğrafi Bilgi Mekansal konuma sahip, boyutlu yeryüzüne ait doğal veya yapay bir varlığı tanımlayan bilgiye coğrafi bilgi denir. Coğrafi bilgi, objelerin konumunu tanımlayan geometrik bilgi ve objelerin öznitelik bilgilerini veren sözel bilgiler olmak üzere iki bölüme ayrılır. Grafik bilgi, nesnelerin yer yüzündeki konumsal yerini belirli bir projeksiyon ile koordinat sisteminde tanımlayan bilgidir. Öznitelik bilgisi, coğrafi nesnelerin konum bilgisi dışındaki tanımlama verilerini ifade eder. Coğrafi bilgi sistemlerinde bu iki ana coğrafi bilginin yanında üçüncü bir bileşen olarak zaman ortaya çıkmaktadır. Zaman, özellikle uzun süreli değişim analizlerinde ve planlama simülasyonlarında sıklıkla kullanılır. Yeryüzündeki bir bölgeye ya da objeye ait farklı zamanlarda elde edilmiş aynı verilerin farkları kullanılarak değişim analizleri yapılır. 3.2 Coğrafi Bilgiyi Elde Etme Yöntemleri Coğrafi bilgi çeşitli teknik ve yöntemler kullanılarak elde edilir. Coğrafi veri; Total station yada GPS alıcıları gibi veri toplama cihazları kullanılarak arazide ölçüm yapmak sureti ile, Yeryüzünün havadan fotograflarının çekilmesi ve stereo değerlendirmeler sonucunda, Kağıt ortamındaki harita ve planların sayısallaştırılması sonucunda, Doğrudan bilgisayar ortamında üretilen dijital haritalar ve çizimler yardımı ile, Yüksek çözünürlüklü uzaktan algılama verileri kullanılarak, 6

17 Çeşitli yazılımlar yardımı ile alfa nümerik veri girişi sayesinde, elde edilirler. CBS bilgisayar tabanlı bir sistem olduğu için yukarda anlatıldığı gibi tüm veriler mutlaka dijital olarak ifade edilmelidir. 3.3 Coğrafi Bilgi Sistemi Nedir Haritalar binlerce yıldır kullanılmasına rağmen teknolojinin gelişim süreciyle beraber sadece birkaç yıldır bilgisayar ortamında saklanıp üretilebilmekte ayrıca grafik verilerle sözel veriler ilişkilendirilebilmektedir. Coğrafi Bilgi Sistemi teknolojisi, yeryüzüyle konumsal olarak ilişkilendirilmiş verileri toplayan, saklayan, kontrol eden, birleştiren, yöneten, analiz eden ve görselleştiren bilgisayar tabanlı bir bilgi sistemidir (Lee, 1995). CBS, coğrafi verileri analiz ederken ve görselleştirirken doğrudan veritabanıyla bağlantı kurarak çalışır, bu özellik CBS ye oldukça büyük bir güç sağlar. Bir başka ifadeyle; haritalar veritabanındaki verilerle üretilir ve aynı şekilde veriler de haritalardan referanslandırılabilirler. Ayrıca veritabanındaki öznitelik bilgileri ne zaman güncellenirse grafik verilerde aynı anda güncellenir. CBS nin sahip olduğu veritabanı coğrafi, sosyal, politik, çevresel, demografik bilgiler gibi oldukça çeşitli kategorilerde veri saklayabilir. CBS, kullanıcısına sunduğu katman (layer) yapısı sayesinde farklı veri setleri arasında çeşitli ilişki fonksiyonları kurabilme olanağı sağlar. Bu sayede gerekli coğrafi analizleri yapabilmek için sadece gerekli katmanlarla çalışma imkanı sunar. Sisteme yapılan ilk veri girişinde kullanıcı bir katman belirlemek ve o katman dahilin de veri kaydı yapmak zorundadır (Küpçü, 2004). Girişi yapılan bu yeni veri daha sonra kullanılmak üzere sistemin kullandığı veritabanının o katman için ayrılmış kısmında saklanır. CBS nin kullandığı verilerin büyük çoğunluğu konumsal bilgi taşımaktadır. Başka bir değişle sistemde bulunan bilgilerin çoğu yeryüzünde bulunan bir mekanla ilişkilidir. Dolayısıyla CBS, kurulacak yeni yapılar, yol güzergahları, koruma alanlarının belirlenmesi gibi çalışmalarda rahatlıkla kullanılabilir. 7

18 3.4 Coğrafi Bilgi Sisteminin Kullanım Alanları CBS etkin bir veri toplama, depolama, sorgulama ve sunma teknolojisi olduğu için oldukça geniş bir kesim tarafından kullanılmakta ve takip edilmektedir. Gelişmiş ülkelerde birçok kurum ve özel şirket özellikle planlama konusunda CBS yi kullanmakta ve bu teknolojiden maksimum verimi alabilmek için yatırımlar yapmaktadır. CBS özellikle resmi kurum ve kuruluşlar tarafından gereksiz evrak arşivlemelerinden, zaman kaybına yol açan bürokrasiden ve maliyeti artıran fazla insan istihdamından kurtulmak ve optimum maliyetle maksimum verimi alabilmek için tercih edilmektedir. CBS genel olarak ; Hidroloji, jeoloji, jeofizik gibi yer altı ve yer üstü araştırmaları yapan disiplinler tarafından, Trafik kazaları oranı, suç miktarı, seçimler için oy potansiyeli belirleme gibi izleme ve analiz amaçlı çalışmalarda, Đtfaiye binasının, parkların, polis karakolunun inşaa edileceği alanların belirlenmesi, yatırım yapılacak öncelikli bölgelerin seçilmesi gibi bina-tesis konum planlaması içeren uygulamalarda, Ambulans, itfaiye araçları gibi acil hizmet araçları için en kısa yolun bulunması, büyük taşıma firmalarının araçlarının takibi gibi navigasyon ve rota belirleme uygulamalarında, Ayrıca kadastral uygulamalarda, sayısal haritaların üretiminde ve bazı politik, ekonomik ve siyasal çalışmalarda kullanılmaktadır. 3.5 Coğrafi Bilgi Sisteminin Bileşenleri CBS, temel 5 bileşenden oluşur; personel, veri, donanım, yazılım ve yöntemler. Tüm bileşenler mutlak olarak birbirlerine bağlıdır ve sistemin etkin çalışabilmesi için hepsi dengeli bir şekilde kurulmalı ve ayarlanmalıdır (Küpçü, 2004). 8

19 3.5.1 Personel Đnsanlar (personel), CBS yi yapan ve yöneten en önemli bileşendir. Personel bileşeni CBS yöneticileri, veritabanı yöneticileri, uygulama uzmanları, sistem analistleri ve programcılar gibi hayati pozisyonları içerir. Personel coğrafi veritabanının devamlılığını sağlamak ve teknik destek vermek zorundadır. Sistemin sağlığı ve devamlılığı için personele ne çeşit bir sistemin parçası olduğu öğretilmeli, konu ile ilgili tüm eğitimler eksiksiz verilmelidir. Personel bileşeni kendi içinde 3 alt kategoriye ayrılır; CBS uzmanları, izleyiciler ve genel kullanıcılar. CBS uzmanları sistemi tasarlayan ve kuran kişilerdir. Veritabanı yöneticileri, programcılar ve uygulama yöneticileri bu sınıfa dahildir. Đzleyiciler sadece kendi kısmı ihtiyaçları için coğrafi bilgileri sorgulayan ve araştıran insanlardır. Farklı sınıflardan sadece sistemin sunduğu sonuçları araştıran kullanıcılardır. Genel kullanıcılar CBS yi profesyonel servislerde, iş dünyasında, önemli karar mekanizmalarında aktif olarak kullanan sınıftır. Yapı inşaat yöneticileri, kaynak yöneticileri, şehir plancıları, bilim adamları, mühendisler bu sınıfa dahil edilebilir Yöntem Verilerin nasıl geri döneceği, veri giriş metotları, verilerin saklanması, yönetilmesi, dönüştürülmesi analiz edilmesi ve son olarak sunulması adımları yöntem başlığı altında toplanabilir. Yöntemler cevaplanması gereken soruların cevabını bulmak için kullanılan adımlardır. CBS nin konumsal analiz yeteneği bu soruları çözmede oldukça büyük bir kolaylık sağlar ve bu özelliği sayesinde CBS diğer bilgi sistemlerinden ayrılır. Dönüşüm adımlarında koordinat sisteminin dengelenmesi, projeksiyon seçimi, sayısallaştırılmış verilerin düzeltilmesi ve vektör verilerle raster verilerin birbirine dönüştürülmesi gibi işlemler bulunmaktadır. 9

20 3.5.3 Yazılım Günümüzde çok çeşitli CBS yazılım paketleri bulunmaktadır. Bu yazılım paketleri veri girişine, saklamaya, yönetmeye, dönüştürmeye, analiz etmeye ve sonuçları çıktı olarak sunabilmeye olanak sağlamalıdır. Genelde bu yazılım paketleri amaç olarak aynı görünse de kullandıkları yöntemler, veri kaynakları, kullanım kolaylığı, gerektirdiği donanım gibi faktörlerden dolayı farklılık göstermektedirler. CBS yazılımları hem grafik hem de sözel öznitelik bilgilerini tek bir veritabanında tutabilirler. Bu şekilde kullanılıcılar istedikleri sonuçlara daha kısa sürede ulaşabilmekte ve sistem fazla yüklenmemektedir Donanım Donanım bileşeni CBS yi çalıştıracak teknik teçhizatları tanımlar. Bunlar kısaca CBS yi işletmek için gerekli yazılımları çalıştırabilecek yeterli konfigürasyona sahip bilgisayarlar, veri saklama cihazları, yeterli gücü sağlayacak güç kaynakları ayrıca bilgisayara veri girişini ve çıkışını sağlayacak yazıcı, tarayıcı, sayısallaştırıcı gibi araçlar donanım bileşeninin konusudur Veri Muhtemelen bir CBS nin kurulum aşamasında en çok vakit ve para kaybına sebep olan kısım bir veritabanının kurulmasıdır. Coğrafi veri elde etmeye başlamadan önce birçok şeyin iyice düşünülmesi gerekir (Lee, 1995). Sisteme dahil etmeden önce veri kalitesinin mutlaka kontrol edilmesi gerekir. Veri setindeki hatalar ve eksiklikler analiz sonuçlarını etkiler ve sistem içerisinde yapılacak veri düzeltmeleri oldukça kaybına neden olur. 3.6 Coğrafi Bilgi Sisteminin Avantajları Oldukça büyük miktarda veriyi işleme yeteneğine sahiptir. Çok geniş çalışma alanlarında kullanılabilir. (gerekirse bütün dünya) Daha detaylı çalışmak için alt çalışma alanları belirlemek mümkündür. Veriler üzerinde sınırsıza yakın miktarda değişiklik ve düzenleme yapma imkanı sunar. Çeşitli yazılımlar sayesinde verilerin güvenliği ve güncelliği sağlanır. 10

21 Hızlı ve etkili bir analiz imkanı sunar. Daha az personele, zamana ve paraya ihtiyaç duyar. 3.7 Coğrafi Bilgi Sisteminin Fonksiyonları CBS genel olarak şu temel işlemleri yapabilme yeteneğine sahiptir; Haritalama ve kartografya: Verileri görselleştirebilir, semboloji ve renkleri değiştirerek ölçekli haritalar üretebilir. Bu haritalara başlık, ölçek çizgisi, kuzey oku gibi özellikleri ekleyebilir. Sorgulama: Girilen öznitelik bilgilerine göre mekansal sorgulamalar yapabilir. Seç: Objeleri ve öznitelik bilgilerini girilen kritere göre seçip işaretleyebilir. Mesafe: Objeler arasındaki mesafeleri hesaplayabilir. Tampon analizi: Objelerin etrafındaki belirli mesafedeki bölgeleride analiz edebilir. Bindirme analizi: Bir bölgeye ait birden fazla veriyi aynı anda üst üste getirmek suretiyle aynı bölgeye ait farklı verilerle çalışma imkanı sunar. Kesme-Bölme: Katmanları istenilen kriter ve ebatlarda kesebilir, sonucu ayrı bir bilgi katmanı olarak yaratabilir. Birleştirme: Farklı katmanları birleştirip tek bir katman üretebilir. Raster analizi: Sınıflandırma, bakı ve eğim analizi, mozaikleme gibi raster verileri analiz etmek için oldukça geniş bir modüle sahiptir. Üç boyut analizi: 3 boyutlu verileri görselleştirebilir yüksek bilgisini istenilen şekilde sunabilir. 3.8 Coğrafi Bilgi Sisteminde Veri Kalitesi CBS birçok özelliği sayesinde birbirinden farklı disiplinlerin bir arada çalışmasına olanak tanır. Buda sisteme birbirinden farklı kaynaklardan verilerin gelmesi ve gelen bu çok sayıda verinin aynı veritabanı altında entegre bir şekilde tutulması anlamına gelmektedir. CBS nin istenilen performanslarda kullanılabilmesi için tüm verilerin 11

22 belirli bir standartta olması, aynı güncelliğe sahip olması ve hatalardan arındırılmış olması gerekmektedir. Veri kalitesi olarak adlandırılan bu konu CBS nin analiz doğruluğunu doğrudan etkilediği gibi veritabanında da karmaşaya yol açar. Veri kalitesi, verilerin belirli bir uygulama alanı için kullanılabilirliği konusundaki uygunluğun saptanması ve ayrıca değişik karar seçeneklerinin değerlendirilmesi konularında da kullanıcıya yardımcı olur (Chambers, 1989). CBS için bir veri setinin kalitesinin kontrol edilebilmesi için kullanılmakta olan genel anlamda 6 temel bileşen vardır Konum doğruluğu Objelerin yataydaki ve düşeydeki konum doğruluğunu ifade eder. Coğrafi konum doğruluğu, ortalama konum değerinin gerçek konum değerinden farkının standart sapması olarak tanımlanır. CBS nin diğer bilgi sistemleriyle olan en büyük farkı konumsal bilgi içermesidir. Bu anlamda coğrafi verilerin doğruluğu CBS nin kullanıldığı yada kullanılması planlanan çalışmanın analiz sonuçlarını doğrudan etkiler. Objelerin yatay ve düşeydeki konumsal hatalarının kaynağı genellikle CBS ye altlık olarak yüklenmiş dijital haritalardır. Güncel bir çok CBS yazılım paketi özellikle harita düzenlemeleri için özelleşmiş modüller içermektedirler. Hataların miktarına ve türüne göre objelerin konumsal hataları giderilebilir Detay doğruluğu Detay doğruluğu, CBS ortamında bir bölgeye atanmış detay kodunun gerçekte de o detaya ait olma olasılığıdır. Genellikle sayısallaştırılan pafta ve haritalarda ortaya çıkan bu problemi gidermek için o coğrafi bölgeye ait veri kümelerinden örnekler seçilir ve arazide kontrol edilir Tutarlılık Tutarlılık genel olarak CBS ye yüklenmiş farklı veri setlerinin arasındaki uyumluluğu ifade eder. Detaylar arasındaki uygun topolojik ilişkiler sayısının toplam topolojik ilişkiler sayısına oranı konumsal tutarlılık olarak tanımlanır. Detaylara ait öznitelik verilerinin sisteme daha önce tanımlanmış mantıksal ilişkilerle uyumluluğu ise tanımsal tutarlılık olarak ifade edilir. 12

23 3.8.4 Öznitelik doğruluğu Öznitelik doğruluğu, CBS ortamında grafik verilerle eşlenen sözel verilerin gerçekten grafik veriye ait olma olasılığını ifade eder. Bunun yanı sıra grafik veriye eşlenen öznitelik bilgisinin grafik veri ile mümkün olduğunca aynı güncellikte olmasına dikkat edilmelidir. Öznitelik doğruluğunun kontrol edilebilmesi için sistem içerisinden belirli örnekler seçilir ve sahada kontrol edilir Bütünlük CBS de doğruluğu yüksek sorgulama ve analizlerden söz edebilmek için arazideki tüm detay ve koşulların bilgisayar ortamına eksiksiz aktarılması gerekmektedir. Tamlık olarak ta ifade edilen bu bileşen, CBS nin yeryüzünde modellenmek istenen coğrafi bölge ve objelerin grafik ve sözel verilerle ne doğrulukta temsil ettiğini tanımlar Güncellik Pek çok olay ve nesnede olduğu gibi coğrafi varlıklarda zamanda değişimlere uğrar. Gerek insan faktörüne bağlı gerek doğal nedenlere bağlı değişimler olağandır ve kurulacak CBS de bu etkende dikkate alınmalıdır. Genel anlamda verilerin toplanma zamanı ile CBS de kullanılma zamanı arasında büyük zaman farkları olmamalı, daha önce kurulmuş bir sistemdeki veriler belirli periyotlarda tekrar güncellenmelidir. 3.9 Veri Tabanı Kavramı Coğrafi bilgi sistemi sonuç olarak bir bilgi sistemi olduğu için verilerin saklanma ve yönetilme şekli sistemin etkinliği açısından oldukça önemlidir. Veritabanı çeşitli türlerdeki bilgileri sunmak ve bir amaca yönelik oluşturulmuş aralarında çeşitli ilişkiler kurularak düzenlenmiş veriler kümesidir. Bir başka deyişle CBS gibi çeşitli sistem ve yazılımlar tarafından yönetilebilen, güncellenebilen, taşınabilen ve birbirleri arasında tanımlı ilişkiler kurulabilen bilgiler kümesidir. Veri tabanı sayesinde veriler bir sistem tarafından kontrol edildiği ve düzenli bir şekilde ilişkilendirilerek saklandığı için kullanıcılar verilere daha hızlı ulaşır ve kullanıcılar tarafından veri kontrolü daha kolay yapılır. 13

24 3.9.1 Veri tabanı kullanımının avantajları Veritabanı sistemlerinin kurulma amacı bilgiyi toplu şekilde tutma ve kontrol etmektir Veri tabanı, veri tabanı yöneticisi tarafından yönetilir ve sistem merkezi olarak güncellenir. Veri tabanlarının avantajlarını kısaca şöyle sıralanabilir; Verilerin tekrarı azalır. Böylece verilerde meydana gelen karışıklıklar önlenmiş olup bellekten tasarruf edilir Yanlışlıklar giderilir. Tutarsız (hatalı) bilgilerin girişi engellenir. Verinin paylaşımı sağlanır. Aynı veri tüm kolaylığıyla diğer kullanıcılar tarafından da kullanılır Bilgilerin standartlaşması sağlanır. Belli standartlar varsa bu standartlara uyulabilir Veri tabanı yapısı Verinin saklanması ve en etkin şekilde sunumu için uzun yıllar çalışılmış ve sonunda birbirinden farklı veri saklama metotları geliştirilmiştir. Hiyerarşik veri tabanı: Bu modelde veriler tablolarda saklanır ve ilişki adı verilen bağlantı tanımları ile birbirlerine bağlıdırlar. Grafik olarak bir ağaç yapısına sahip olan hiyerarşik veritabanında bir veri üstte ve altta çok sayıda veriyle bağlantılıdır. Veriye doğrudan ulaşmak olanaksızdır bu yüzden yapı kurulduktan sonra değiştirmek zordur. Ağ yapıdaki veri tabanı: Ağ verimodelinde veriler kayıtlar halinde tutulmakta ve veriler arasındaki ilişki tanımlı bağlarla sağlanmaktadır. Varlık kümeleri arasında istenilen sayıda bağlantı kurmak mümkündür. Alt veri kümeleri ile üst veri kümeleri arasında bire-bir, bire-çok, çoğa-bir ve çoğa-çok şeklinde ilişkiler kurulabilir. Fazla yoğun olmayan kullanımlar için ideal olan ağ veritabanı yapısı fazla veri ile kullanıldığında ilişki karmaşıklığına yol açabilmektedir. Đlişkisel veri tabanı: Bu model E.F. Codd tarafından geliştirilmiştir. Bu sistemde veriler iki boyutlu tablolar seklinde saklanır ve her bir satır bir varlığın öznitelik bilgisini ifade eder. Fazla veri yükü olmayan sistemlerde veriler bu yöntemle saklanır. 14

25 Nesneye yönelik veritabanı: Geleneksel diğer 3 veritabanı modelinin eksikliklerine göre tasarlanmış güncel bir veri saklama modelidir. Özellikle CBS de yoğun analiz ve sorgulamaların hızını yükseltmek için kullanılmaktadır. Genel anlamda Hiyerarşik veritabanı modeli ve ağ veritabanı modelinin hızlandırılmış bir kombinasyonu olarak tanımlanabilir. Varlıkların etrafındaki verilerle daha esnek bir yapıda ilişkilendirilmesi ve verinin bağımsız objelerin bir serisi şeklinde tanımlanması şeklinde ifade edilebilir Veritabanı yönetim sistemi Veritabanı sistemlerini en etkin şekilde kullanmak için veritabanı yönetim sistemleri kullanılır. Veritabanı yönetim sistemi, yeni bir veritabanı oluşturmak, veri tabanını düzenlemek, geliştirmek ve bakımını yapmak gibi çeşitli karmaşık işlemlerin gerçekleştirildiği birden fazla programdan oluşmuş bir yazılım sistemidir. Veri tabanı yönetim sistemi, kullanıcı ile veri tabanı arasında bir arabirim oluşturmaktadır ve veri tabanına her türlü erişimi sağlar Veri tabanı yönetim sistemi, veri tabanını tanımlama, veri tabanını oluşturma ve üzerinde işlem yapma yeteneği olan bir yazılım sistemidir. Veri tabanının tanımlanması: veri tabanını oluşturan verilerin tip ve uzunluklarının belirlenmesidir. Veri tabanını oluşturulması ise veri için yer belirlemesi ve saklama ortamına verilerin yüklenmesini ifade eder. Veri tabanı üzerinde işlem yapmak; belirli bir veri üzerinde sorgulama yapmak, meydana gelen değişiklikleri yansıtmak için veri tabanının güncellenmesi ve rapor üretilmesi gibi işlemleri temsil eder. Ayrıca veri tabanı yönetim sistemi, verinin geri çağrılmasını sağlar. Veri tabanına yeni kayıt eklemek, eskileri çağırmak ve gerekli düzeltmeleri yapmak yoluyla, verinin bakımını ve sürekliliğini gerçekleştirir, ayrıca kayıtlara yeni veri ekleyerek ve yeni kayıtlar oluşturarak, veri tabanını genişletir Veritabanı yönetim sisteminin bileşenleri Genellikle bir veritabanı yönetim sistemi şu bileşenlerden oluşur; Veri tasarımı için kullanılan arabirim Veri erişimini, veri girişini veri düzenleme ve silinmesine imkan tanıyan arabirim 15

26 Uygulama geliştiriciler tarafından kullanılacak uygulama-geliştirme arabirimi Sistemlere göre farklılık gösterse de her veritabanı yönetim sistemi bir sorgulama diline sahiptir. Yaygın olarak SQL (Structural Query Language) kullanılır. Kullanıcıların yetki sınırlamalarını düzenleyen güvenlik sistemi Yapılan sorgulamaların sonuçlarının gösterildiği ve sistemin kullanım bilgilerini raporlayan arabirim. 16

27 4. UZAKTAN ALGILAMA Uzaktan algılama yeryüzünün veya yeryüzündeki objelerin arada mekanik bir bağlantı olmadan inceleme, araştırma, görüntü oluşturma ve ölçme tekniğidir. Diğer bir ifade ile havadan ve uzaydan yeryüzündeki objelerin yaydığı doğal yada yapay elektromanyetik dalgaların hava aracına yada uyduya monte edilmiş hassas algılayıcılar tarafından ölçülmesi ve değerlendirilmesidir. Işık kaynağı güneşten yeryüzüne ulaşan ışının dalga uzunluğu aralığı nanometrelerden kilometrelere kadar uzanır. Uzaktan algılamada kullanılan algılayıcılar bu ışınımı belirli dalga uzunluğu aralıklarında algılayarak dedektörler vasıtasıyla elektriksel işaretlere dönüştürerek çok kanallı sayısal görüntülerin oluşmasını sağlarlar. Sayısal görüntülerin işlenmesi aşamasında bu bantlar içerdikleri yansıma değerlerine göre çeşitli işlemlere tabi tutulurlar. Uzaktan algılama verileri ile yeryüzüne ait kaynakların ve insan etkilerinin hızlı ve güncel bir şekilde incelenmesi mümkündür. Yüksek çözünürlüklü görüntülerin yeryüzüne ait geniş alanları kapsaması sonucu objeler ve oluşumlar arasındaki ilişkiler, daha net bir şekilde incelenebilir. Farklı zamanlarda elde edilmiş fakat aynı mekana ait uzaktan algılama verileri sayesinde ise zamansal değişim analizleri gerçekleştirilebilmektedir (Coşkun ve diğ., 2001). Uzaktan algılama teknolojisi oldukça geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Başlıcaları; Ulaşım ağlarının haritalanması Arazi kullanımının belirlenmesi sınırlandırılması Sel, orman yangınları gibi afet ve felaket bölgelerinin kısa zamanlı görüntüler alınarak zamansal takibi ve izlenmesi Bitki örtüsü ve tarım ürünleri ile ilgili uygulamalarda Jeolojik haritaların oluşturulması ve değişim analizlerinde Su havzalarının belirlenmesi gibi hidrolojik uygulamalarda 17

28 Kıyı ve deniz bilimi uygulamalarında Buzullarla kaplı alanlardaki kar ve buz kütlelerindeki analizlerde Kentlerdeki çevre ve hava kirliliği oranlarının tespit edilmesi ve yönetilmesi çalışmalarında 4.1 Uzaktan Algılamada Çözünürlük En geniş tanımıyla çözünürlük, görüntüdeki piksel olarak adlandırılan görüntü elemanlarının sayısını yada bir pikselin yeryüzündeki karşılığını ifade eder. Uzaktan algılama teknolojilerinde 4 çeşit çözünürlükten bahsetmek mümkündür. Radyometrik çözünürlük, her bir banttaki toplam olabilecek veri değerini ifade eder. Bir uzaktan algılama sisteminin radyometrik çözünürlüğü, onun enerjideki en küçük farklılıkları ayırt edebilme duyarlılığı olarak tanımlanabilir. Spektral çözünürlük, uydu algılayıcısının kaydedebileceği elektromanyetik spektrumun belirli dalga aralığını ifade eder. Algılayıcıların dalga boyu ölçme kapasitelerini tanımlamak için kullanılır. Uzaysal çözünürlük, bir pikselin bir kenarının arazide karşılık geldiği uzaklıktır. Zamansal çözünürlük, bir bölgenin hangi sıklıkla algılanacağını ifade eder. Bu özellik daha çok zamana bağlı değişim analizi uygulamalarında kullanılır. 4.2 Uzaktan Algılamada Sınıflandırma Uzaktan algılama teknolojisi kullanılarak yeryüzündeki cisimler sınıflara ayrılabilmektedir. Genel anlamda yer yüzündeki objelerin yansıttıkları yada yaydıkları ışının elektromanyetik spektrumun farklı bölgelerinde bulunması ilkesine göre benzer objelerin uydu görüntüleri kullanılarak gruplandırılması ilkesine dayanır. Đşlem, uydu görüntülerindeki her bir pikseli yansıma özelliklerine göre yeryüzündeki karşılık geldiği nesnelere göre kümelere ayırmak şeklindedir. Yapılacak sınıflandırmanın kalitesi genel olarak algılayıcı, algılama zamanı ve spektral bantların amaca uygun seçilmesine bağlıdır. 18

29 Sınıflandırma yöntemleri kontrollü sınıflandırma ve kontrolsüz sınıflandırma olarak ikiye ayrılırlar Kontrolsüz sınıflandırma Bu sınıflandırma yönteminde sınıflandırma için temel olan kontrol verilerinin kullanımı yerine görüntüde belirsiz olan görüntü elemanlarını inceleyen ve görüntünün dijital değerlerinde var olan doğal gruplaşmalara veya kümelere dayalı olarak bu elemanları çeşitli sınıflar altında birleştiren algoritmalar kullanılır. Burada önemli olan farklı sınıf tiplerine ait olan verilerin birbirinden ayrılması için belirli bir örtü tipine ait olan dijital değerlerin ölçme uzayında birbirlerine yakın bir konumda bulunmasıdır. Kontrolsüz sınıflandırma genellikle görüntü verisine ait örnekleme bölgelerinin çok az olduğu ya da hiç olmadığı durumlarda kullanılır (Coşkun ve diğ 2006). Kontrolsüz sınıflandırma, görüntünün dijital değerlerindeki doğal gruplaşmalara bağlı olarak yapıldığı için sınıflandırma sonunda spektral sınıflar elde edilir. Oluşturulan bu sınıfların doğal özelliklerinin ne olduğu önceden bilinmemekte ancak yer doğruluklu veriler olarak adlandırılan, o bölgeye ait topografik haritalar, hava fotoğrafları ve var olan bilgiler kullanılarak belirlenebilir Kontrollü sınıflandırma Kontrollü sınıflandırma birbirinden farklı grupları temsil eden kontrol alanları kullanılarak spektral ayrılabilirliğin belirlenmesi yöntemidir. Kontrollü sınıflandırma yönteminde çalışılan bölgeye ait her bir özellik tipi için spektral özelliklerin tanımlandığı sayısal bir yorumlama anahtarı hazırlanır. Daha sonra veri dizisindeki her bir görüntü elemanı hazırlanmış olan bu yorumlama anahtarı ile karşılaştırılır ve en çok benzerlik gösterdikleri kategoriye dahil edilirler. Şayet görüntü elemanı herhangi bir sınıfa dahil olmak için yeterli benzerlik taşımıyorsa belirsiz olarak adlandırılan sınıfa dahil edilir. 19

30 4.3 Uzaktan Algılamada Uydu Teknolojisi Uzaktan algılama teknolojisinin en önemli elemanı yeryüzüne veya yeryüzündeki farklı nesnelere ait görüntüleri elde eden hassas algılayıcılara sahip, dünyanın yörüngesinde hareket eden uydulardır. Özellikle diğer hava araçlarına göre sahip oldukları yüksek irtifa ile oldukça geniş alanlara ait görüntüler elde edebilmektedirler. Uydular daha fazla uzaktan algılama verisi elde etmek amacıyla belli bir hızla ve çok sayıda spektral kanala sahip olarak tasarlanmışlardır. Uzaktan algılama çok hızlı gelişen bir teknoloji olduğu için daha uzun ömürlü, daha yüksek kalitede veri sağlayabilen ve bakım masrafları daha düşük uydu sistemleri geliştirilmektedir. Bunun sonucunda ise uzaktan algılama teknolojisi nin kullanım alanı sürekli genişlemektedir. Başlıca uydu sistemleri; Landsat, Spot, Quickbird, Cartosat, Ikonos, Jers ve Radarsat olarak sıralanabilir. 20

31 5. HĐDROELEKTRĐK ENERJĐ Yaşadığımız modern dünyada artan nüfus ve hızla gelişen teknoloji beraberinde ciddi bir enerji talebi doğurmuştur. Toplumlarda üretimin artışı ve teknolojinin belirli bir düzeye ulaşması enerji ihtiyacını artırdığı için yüksek enerji talebinin bir anlamda bir ülkenin refah seviyesiyle de ilgili olduğu söylenebilir. Devletler açısından enerji ve enerji kaynakları günlük hayatın devamlılığını sağlamak ve on yılların kalkınma planlarını hazırlamak için vazgeçilmez bir unsur olmuş, hükümetler bu konuya oldukça büyük miktarlarda bütçeler ayırmışlardır. Enerji, dünyada genellikle petrol, kömür ve doğalgaz dan oluşan fosil yakıtlardan, nükleer tesislerden ve hidroelektrik santrallerden üretilmektedir. Günümüzde devletler uzun vadede enerji kaynaklarını seçerken sadece maliyet e değil güvenilirlik, kullanım süresi ve çevreye olan etkilerini de göz önüne almaktadırlar. Hidroelektrik enerji bir çok özelliği bakımından yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağı olarak ön plana çıkmaktadır (Vandewiele, 1995). Hidroelektrik enerji, suyun akış hızı sayesinde hareket kazanan tribünlerden jeneratörler yardımıyla elektrik elde etme prensibine dayanır. Bir başka değişle suyun potansiyel enerjiden kinetik enerjiye dönüştürülmesiyle elektrik enerjisi elde etme yöntemidir (Rijal, 2000). Hidroelektrik enerjinin belirlenebilmesi için iki ana değişken vardır; suyun debisi ve suyun düşüm yüksekliği. Kimi zaman daha fazla enerji elde edebilmek için cebri borularla düşüm yüksekliğini artıracak düzenekler kullanılır. Fosil yakıtlar ve nükleer tesisler çevreyi tehdit ederken hidroelektrik enerji çevreye zarar vermediği gibi olumlu katkıları da bulunmaktadır. Hidroelektrik santraller için barajlarla meydana getirilen yapay göller buharlaşma vasıtasıyla iklimi değiştirmekte bulundukları bölgede yağış oranını artırmaktadırlar (Balat, 2005). Özellikle termik santraller kaynakları tüketirken hidroelektrik santrallar ın kendi kaynaklarını artırdıkları söylenebilir. Bu anlamda hidroelektrik enerji yenilenebilir kaynağa sahip olmakla beraber çevreye verdiği zarar diğer enerji tesislerine göre minimum düzeydedir. 21

32 Bir hidroelektrik santralin ilk kurulum maliyeti termik santrallare göre yüksek ve etüt çalışmaları daha uzun süreli olsa da uzun vadede daha düşük bakım maliyeti ile ve yaklaşık 1-1,5 yıl içerisinde yapım maliyetini karşılayacak miktarda enerji üretmesi yani kendini finanse etmesi nedeni ile tercih sebebidir. Bölgeye ait yağış miktarları ve kot farkları gibi kriterler göz önüne alınarak planlanmış bir hidroelektrik santral, kuraklık gibi beklenmeyen bir doğal neden dışında yıllarca hizmet verebilir. Hidroelektrik santrallar birkaç saniyede devreye girerken termik santralar birkaç saatte ancak devreye girebilmektedir (Rijal, 2000). 22

33 6. UYGULAMA ÇALIŞMASI 6.1 Çalışmanın Amaç Ve Kapsamı Bu uygulama çalışmasının amacı son yıllarda pek çok alanda kullanımı genişleyen CBS ve uzaktan algılama verilerini kullanarak Trabzon/Solaklı havzasında hidroelektrik potansiyeli belirlemektir. Bu amaçla yüksek çözünürlüklü uydu görüntüsü kullanılarak havzaya ait 3 boyutlu SYM ni oluşturmak ve CBS yardımı ile hidroelektrik potansiyel belirlemek için gerekli debi, düşüm yüksekliği gibi parametreleri hesaplamaktır. Kurulması planlanan bu bilgi sistemi sayesinde SYM kullanılarak hidroelektrik potansiyel hesaplama çalışmalarında ve farklı hidrolojik uygulamalarda da kullanılabilecek şekilde çevre, alan, eğim, yükseklik gibi topografik verileri üretmek, konu ile ilgili coğrafi her türlü analize imkan tanıyan bir veritabanı oluşturmaktır. Bu çalışmanın bir diğer amacı ise uzaktan algılama ve coğrafi bilgi sistemi teknolojilerini kullanarak seçilen çalışma alanı gibi nispeten büyük ve ulaşımı zor bölgelerde hidroelektrik planlama uygulamaları için doğruluğu yüksek ve geniş sorgulama uzayına sahip bir veri altlığı oluşturmaktır. 6.2 Çalışma Bölgesi Uygulamanın yapılacağı çalışma bölgesi sahip olduğu alan ve düşüm yükseklikleri ayrıca yağış miktarının Türkiye deki bir çok bölgeye göre daha fazla olması nedeniyle Trabzon ili dahilinde ki Solaklı havzası olarak seçilmiştir. Havzanın en büyük akarsuyu Solaklı deresidir. Dere yüksek bölgelerde bulunan göllerden ve baharda eriyen karlardan beslenir. Yaklaşık 80 km uzunluğa sahiptir ve havza alanı yaklaşık 750 km 2 dir. Solaklı deresini besleyen başlıca akarsu kolları ise; Heneke Deresi, Yayla Deresi, Uzuntarla Deresi, Siron Deresi, Baldi Deresi, Multat Deresi ve Taşlı Gerdik Deresidir. Ayrıca Türkiye nin turistik mekanlarından biri olan Uzun 23

34 Göl de çalışma alanı içerisinde bulunmaktadır. Turistik bir bölge olduğu için çalışmalar için konaklama ve malzeme tedarik etmek için uygundur. Solaklı Havzası Karadeniz bölgesinde olduğu için yıl içerisinde önemli miktarda yağış alır. Solaklı deresi havzasında ortalama yağış miktarı 830 mm/m 3 tür ve yılın büyük bir bölümü kapalı ve parçalı bulutlu bir havaya sahiptir. Neme bağlı olarak havzanın alt kısımlarında geniş yapraklı ağaçlar, daha yukarda iğne yapraklı ağaçlar ve en üst bölümde çayırlık yaylalar bulunmaktadır. Solaklı Havzasının pilot bölge olarak seçilmesinin bir diğer sebebi ise bölgede tamamlanmış ya da inşaatı devam eden herhangi bir hidroelektrik santral olmamasıdır. DSĐ ve özel şirketler tarafından planlanmış bazı tesisler olmasına rağmen konuyla ilgili herhangi bir adım atılmamıştır. Akarsuların Karadeniz e döküldüğü sıfır kotundan havza sınırlarındaki en yüksek nokta arasında ortalama 3370 m kot farkı vardır. Dolayısıyla düşüm yüksekliği fazla olan bir topografyaya sahip olması ve yüksek yağış miktarına sahip olması Solaklı Havzasını hidroelektrik potansiyel belirleme çalışmaları için ideal bir bölge haline getirmektedir. 6.3 Çalışmada Kullanılan Yazılımlar Uygulama çalışmasının sonunda bir CBS kurulumunun tamamlanabilmesi ve çeşitli analizlerin yapılabilmesi için ESRI yazılım firmasının konu ile ilgili CBS yazılımları olan ArcGis9.2, Arcview3.2a programları ve her iki programda da bulunan ArcHydro modülü kullanılmıştır. Bahsi geçen yazılımlar ESRI firması tarafından piyasaya sürülmüş ArcGis olarak adlandırılan CBS yazılım paketine dahil programlardır. Genel olarak ArcGis, yine şirketin bir ürünü olan ArcObjects ortak veri kütüphanesi üzerine kurulmuş entegre bir coğrafi bilgi sistemi teknolojisidir. ArcGis programları, haritalama, analiz, grafikleme, düzenleme, sorgulama ve raporlama temel fonksiyonlarına sahiptir. Yine sahip olduğu ArcSde gibi yazılımlar sayesinde verilerin ortak bir veri kütüphanesinde tutulmasını ve farklı kullanıcıların yetkilerine göre aynı veriye ulaşmasını sağlar. Özel çalışmalar için uygulama geliştirme özelliği sayesinde kullanıcıların yeni modüller üretilmesine olanak tanır. Archydro modül yazılımı ise hidrolojik uygulamalarda sıklıkla kullanılan bir yazılımdır. Arcgis9.2 ve Arcview3.2a da modül şeklinde bulunan ve kullanıcıların 24

35 istekleri doğrultusunda sürekli yenilenen yazılım güncel hidrolojik uygulamalarda kullanmak için idealdir. ArcGis yazılım paketi dünya da en çok kullanılan CBS uygulama programlarıdır. Yukarıda ifade edilen özelliklerinden dolayı bu uygulama çalışmasında Arcgis9.2, Arcview3.2a ve Hydro modülü, CBS kurulumu ve sonrası analizlerde kullanılmak üzere seçilmiştir. Uygulama çalışmasında yöntemi belirlemek adına işlemlerin Solaklı Havza sının bir kısmında yapılması dolayısıyla daha az miktarda veri ile çalışılması amaçlanmıştır. Bunun için ESRI ürünlerinin desteklediği CBS için kişisel veritabanı Microsoft Access (MDB) kullanılmış, ayrı bir veritabanı yönetim sistemi yazılımı kullanılmasına gerek görülmemiştir. Fakat daha sonra çalışmanın genişletilmesi durumunda bu veritabanı sistemi hantallaştırmaya başlayacak ve analiz sürelerini uzatmaya başlayacaktır. Bu durumda bir veritabanı analizi yapılmalı ve uygun veritabanı yönetim sistemi yazılımı kullanılmalıdır. Bu uygulama çalışmasında uydu verilerini incelemek ve analiz etmek için PCI Geomatica Orthoengine yazılımı kullanılmıştır. Eşyağış eğrilerinin belirlenmesi ve regresyon hesapları için ise Surfer 6.2 yazılımı kullanılmıştır. 6.4 Yağış Akış Denklemlerinin Çıkarımı Hidroelektrik potansiyelin belirlenmesinde en önemli parametreler akım ve düşüm yüksekliğidir. Düşüm yüksekliği sayısal yükseklik modelinden CBS yazılımı ile elde edilebilir. Akımın hesaplanması ise ilgili yağış-akış denklemlerinin kullanılmasıyla gerçekleşmektedir. Gerekli yağış- akış denklemlerinin kurulabilmesi amacıyla havza içersindeki yağış ve akış istasyonları kullanılmıştır. Öncelikle havzada bulunan yağış, sıcaklık, nem gibi meteorolojik değerleri ölçen istasyonlar belirlenmiştir. Havza sınırları içerisinde üçü Devlet Meteoroloji Đşleri Müdürlüğüne, biri Devlet Su Đşleri Müdürlüğüne bağlı olmak üzere toplam 4 adet meteoroloji gözlem istasyonu bulunmaktadır. Ayrıca havza içersinden DSĐ Genel Müdürlüğü ne ait 8 adet; Elektrik Đşleri Etüd (EĐE) Đdaresi ne ait 1 adet akım gözlem istasyonu (AGĐ) vardır. Ayrıca Uzungöl de bir adet göl gözlem istasyonu da mevcuttur. Bu istasyonlar aşağıda sıralanmıştır. Çaykara gözlem istasyonu 25