Uydu Kentlerin Tasarımı için Bir Karar Destek Sistemi ve Bilişim Sistemi Modeli Önerisi

Transkript

1 Akademik Bilişim 0 - XII. Akademik Bilişim Konferanı Bildirileri 0-2 Şubat 200 Muğla Üniveritei Uydu Kentlerin Taarımı için Bir Karar Detek Sitemi ve Bilişim Sitemi Modeli Önerii TC Beykent Üniveritei Özet: Türkiye de on yarım yüzyıl içinde köyden kente göçün etkii ile özellikle büyükşehirlerde nüfu patlamaı yaşanmıştır. Kentlerdeki nüfu artışının bir onucu olarak kent merkezinde ve çevreinde çok katlı yapıların ortaya çıkmaı ile kentlerin genel çehreine ve genişlemeine yönelik taarım yaklaşımları değişime uğramış ve bu değişim de çoğunlukla yerel yönetimler tarafından ya düzgün taarlanamamış veya taarım düzgün bir şekilde uygulanamamıştır. Büyükşehirlerin merkezi dışında yapılandırılan uydu kentlerin taarımında da başlangıç planlarında onradan yapılan tadilatlar öncelikli hedeflerin gerçekleştirilmeine engel olmuştur. Bundaki başlıca neden taarımı yapılan bir yapının genelde adece yakın çevrei ile olan etkileşiminin göz önüne alınmaıdır. Bu çalışmada amaç, büyükşehirlerin çevreinde yapılandırılan uydukentlerin düzgün taarlanabilmeine yardımcı olacak bir karar detek itemi ve bu karar detek iteminde kullanılabilecek temel metriklerin tanımlanıp belli jenerik yapı bölgeleri için çalıştırmak ve onuçları irdelemektir. Çalışma ıraında bölgede bulunan her yapının köşelerine göre birbirine olan en yakın uzaklığı göz önüne alınarak Newton un çekim yaaına benzer bir kalar etkileşim büyüklüğü tanımlanmakta ve boğuculuk olarak adlandırılmaktadır. Oluşturulan model İtanbul ili Beylikdüzü ilçei içinde bulunan bir konut alanı içinde çalıştırılmış ve onuçlar irdelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Şehir ve Bölge Planlama, Karar Detek Sitem Eniyileme. A Deciion Support Sytem and an Information Sytem Model for Deigning Satellite Citie Summary: A population exploion ha occured during the lat half century becaue of the migration from village to the metropolie. With the reult of thi population increment deign approache for the general appearence and expanion of the citie ha changed. But thi change could not be deigned or applied by the local adminitration. Outide the metropolitan central area, during the deign of the atellite citie the reviion performed about the initial plan have created obtacle to reach the primary target. The main reaon about thee obtacle i conidering only the interaction of a building with it own neighborhood. However, while deigning a building in an urban area interaction with all other building mut be conidered a well. In thi tudy, the objective i to define fundamental metric in a deciion upport ytem which can aid to deign atellite citie that are contructed around metropolie, to calculate uch metrice in ome generic urban area and to examine the reult. During the analyi a calar magnitude called urban proxemic i calculated. Urban proxemic i proportinal to the volume of the building and cro proportional to the mallet ditance betweenuilding via their contour. The model i run for a collective houing area in Itanbul city, Beylikduzu ditrict and the reult are examined. Keyword: City and Urban Planning, Deciion Support Syte Optimization. 95

2 Uydu Kentlerin Taarımı için Bir Karar Detek Sitemi ve Bilişim Sitemi Modeli Önerii Giriş Geçen yüzyıl içinde özellikle tıp bilimindeki gelişmeler, üretim araçlarında verimliliğin artmaı, enerjinin daha kolay üretilmei ve iletilmei gibi etmenler nedeniyle inanoğlunun nüfuunda büyük bir artış yaşanmış ve nüfu hareketliliği kıral keimden kentlere doğru hızlanarak üregelmiştir []. Bu nüfu hareketinin onucu olarak kentlerde yığılan inanların barınma ihtiyacını karşılamak üzere çok katlı yapılar birbirlerine çok yakın biçimde inşa edilmiştir. Bu ıkışık yapılaşmanın beraberinde getirdiği orunlar kentlerde yaşayan inanların yaşantıını her geçen gün daha çekilmez hale getirmiştir. Kentlerde inanların barınma ve diğer toplumal ihtiyaçlarını karşılamak üzere inşa edilecek yapıların taarımı görevi tarih içinde öncelikle mimarlara, ardından bu yapıların belli bir bölge içindeki taarımı görevi de şehir ve bölge planlamacılara verilmiştir [2]. Şehir ve bölge planlamacıların kentel taarımda gözönüne aldığı bazı etkin parametreler ve metrikler vardır. Bunlardan bazıları, yapı kat yükekliğ emal, yeşil alan yükekliğ iki yapı araı en az uzaklık, iki parel araında geçecek yolun ve yola ait kaldırımın genişliği gibi büyüklüklerdir. Bu gibi konularda günümüzde bir çok bilgiayar detekli bilişim itemi ile çalışmalar ürdürülmektedir [3]. 96 Ancak, yukarıda bahi geçen parametreler ya bölgenin kendiine ait fizikel özellikleri betimlemekte ya da iki komşu yapı araındaki konumlamayı yönetmekte veya modellemektedir. Bu tür parametrelerle yapılan taarım ve planlama çalışmalarının uygulama afhaına gelindiğinde yakın çevrede oluşturulan diğer yapıların etkii ile problemler yaşanabilmektedir. Örnek olarak baştan planlanmış olan bir bölgede onradan eklenen yeni yapıların bölgenin tamamına ve bölgede bulunan diğer yapılara etkii göterilebilir. Ya da yerleşime açılmış olan bir bölgenin yakın civarında onrada yapımına başlanan bir bölgede oturum başladıktan onra eki bölgede yaşayanları naıl etkileyeceğ veya kendi içindeki yaşantıının naıl olacağı gibi oruların bütünel bir model ile incelenmei gerekmektedir. Bu nedenle bir yerleşim bölgei içinde bulunan her yapının hem kendi bölgeinde bulunan diğer yapılar ile hem de komşu bölgelerdeki yapı veya bölgenin kendii ile etkileşimini göterir bir modele ve bu modeli kullanan karar detek itemine ihtiyaç duyulmaktadır. Bahi geçen etkileşimi betimlemek üzere bu çalışmada boğuculuk olarak adlandırılan bir kavram önerilmekte ve bu kavramın heabına yönelik bir model unulmaktadır. Ardından unulan modeli kullanan bir optimizayon probleminin tanımı yapılmakta ve problemin çözümünde karşılaşılabilecek zorluklar ve olaı çözümler tartışılmaktadır.. Matematikel Model İncelemei yapılacak olan yerleşim alanında Şekil de belirtildiği üzere onlu ayıda bölge (mahalle, ite, kooperatifler birliğ olduğu varayılmaktadır. Her bir bölge içinde de Şekil 2 de betimlendiği üzere yine onlu ayıda yapı (bina) olduğu düşünülmektedir. Her bir yapı da çok kenarlı kapalı bir poligon ile betimlenmektedir. Yapıların taban alanları ve yükekliklerinden yola çıkılarak ya da proje heaplarını kullanarak yapı hacimleri heap edilebilmektedir. Bölgelerin Betimlenmei Bir yerleşim merkezinde çok ayıda bölge vardır. Her bir bölgenin içinde de çok ayıda yapı (bina) bulunmaktadır. Şekil. Yerleşim Birimindeki Bölgeler ve Birbirlerine Göre Konumları

3 Akademik Bilişim 0 - XII. Akademik Bilişim Konferanı Bildirileri 0-2 Şubat 200 Muğla Üniveritei köşe ıraıdır. Aynı şekilde n, incelenen yapıya etki eden yapının bulunduğu bölge, etki eden yapının bölgeindeki yapı ıraı, l ie etki eden yapıdaki köşe ıraıdır. Şekil 2. Bir Yerleşim Bölgei ve içindeki Yapılar Yapıların Betimlenmei: Yapılar, Şekil 3 te göterildiği üzere arz yüzeyini ketikleri poligon boyunca poligonu oluşturan köşeler ile betimlenmektedir. Poligon, arz yüzeyinde aatin teri yönünde ıra numaraı verilen noktalardan oluşmaktadır. Şekil. Yerleşim Birimi içinde iki ayrı yapının köşeleri araındaki uzaklık İki yapı araındaki uzaklığı verren denklemi kullanabilmek için iki ayrı yapının köşeleri araındaki uzaklık heap edilir ve bu uzaklıkların içinde en düşük değerde olan boğuculuk heaplamaında kullanılmak üzere atanır. dx [ x( k) x( n, l) ] () Şekil 3. Bir yapının poligon ile modellenmei Önerilen modelde Newton un çekim yaaına benzer bir etkileşim ile yapıların birbirleri üzerinde boğuculuk olarak adlandırılan bir anal büyüklüğe neden olduğu varayılmaktadır. Burada heaplamada kullanılan iki yapı araındaki uzaklık için Newton un çekim yaaındaki ciimlerin kütle merkezinden farklı olarak elektrikel modellerde geçerli olan Faraday kafei varayımı ile dış yüzeyler araındaki en kıa uzaklık kullanılmaktadır. Heaplamada incelenen yapının bulunduğu bölge, i incelenen yapının bölgedeki yapı ıraı, k ie incelenen yapıdaki uzaklığın ölçüldüğü 97 dy r d min m n i [ y( k) y( n, l) ] ( dx ) l 2 m [ ], i, k r ) j ( l) + ( dy ) l) 2 (2) Boğuculuk Kavramı: Boğuculuk, bir yapıya çevreinde bulunan yapıların etkiini betimleyen bir kavramdır. Ele alınan bir yapının m bölgeindeki i ninci yapı olduğunu varayalım. Bu yapının n ninci bölgedeki j ninci yapı ile araındaki etkileşimden oluşan boğuculuk etkii denklem (3) ile tanımlanabilir:

4 Uydu Kentlerin Taarımı için Bir Karar Detek Sitemi ve Bilişim Sitemi Modeli Önerii B V V i ( d ) t n, j 0 ; t, 2 ; (3) ma ve ıkışıklık ölçülebilir ve aşağıda unulan yöntemle görelleştirilebilir. Şekil Fonkiyonları ile Ayrık Verilerin Süreklileştirilmiş Sunumu Denklem içinde kullanılan V ( ; etki altında olan m ninci bölgedeki i ninci yapının hacmidir. Aynı şekilde etkileyen yapı olarak V (n,, n ninci bölgedeki j ninci yapının hacmini götermektedir. Yalınlaştırma amacı ile yapı hacimleri yapıların taban alanı ile yapı yükekliğinin çarpımı olarak heaplanmıştır. Denklem (3) te 0 alınıra ( yapıına (n, yapıının birim etkii heaplanır. Eğer alınıra yapıların birbirine olan etkii heaplanır. Denklemde bölen kımında bulunan t katayıı ie boğuculuğun heabında uzaklığın etkiinin ne kadar olmaı iteniyora taarımcı tarafından ayarlanabilecek bir parametre olarak tutulmaktadır. Denklem (3) yapının kendii üzerindeki boğuculuğunu heaplarken ürekizlik durumuna düşmektedir. Bu özel durum için ie denklem () kullanılır. Belli bir bölge içinde ayrık noktalarda ölçülmüş veya heaplanmış bir alan değişkeninin ürekli bir formda heaplanmaı ve görelleştirilmei için Sonlu Elemanlar Yöntemi içindeki şekil fonkiyonları kullanılabilir []. Şekil 5 te bu yönteme örnek olmak üzere toplam 2 ayrık nokta ile işaretlenmiş yapılar ile betimlenen 6 adet onlu elemandan oluşan bir bölge göterilmektedir. B( m, i ) 0 () Toplam Boğuculuk Kavramı: Yerleşim alanında bulunan bir yapının bütün bölgelerdeki yapılardan dolayı aldığı boğuculuk, toplam boğuculuk terimi ile tanımlanmakta ve denklem () ile tanımlanmaktadır. T B n _ b lg o e n _ bina( n) B( n, n j () Şekil 5. Toplam 2 yapı ile kurgulanmış örnek bir onlu elemanlar ağı Bu yönteme göre ayrık noktalardan oluşturulan onlu elemanlar öncelikle bir katılık matrii ile tanımlanır. Aşağıda unulan katılık matrii Şekil 5 te verilen onlu elemanlar ağına yönelik olarak örnek teşkil etmei amacı ile hazırlanmıştır. Denklem () te toplama imgeinin üzerinde bulunan n_bolge toplam bölge ayıını, n_ bina(n) ie ilgili bölgedeki toplam yapı ayıını götermektedir. Yukarıda verilen denklemler yardımı ile bir yerleşim alanındaki yapıların içindeki yığış- 98 A

5 Akademik Bilişim 0 - XII. Akademik Bilişim Konferanı Bildirileri 0-2 Şubat 200 Muğla Üniveritei Katılık matriinin oluşturulmaının ardından her bir eleman içinde yerel koordinat ekeninde ilerleyerek ayrık noktalardaki alan değişkeni değerlerinin enterpolayonu ile onlu eleman içindeki alan değişkeni değeri heaplanır. Dörtgenlerden oluşan bir onlu elemanlar ağı için denklem (5) ve (6) da tanımlanan şekil fonkiyonları şekil 6 ta göterilen yerel genel koordinat dönüşümü ile kullanılabilir. ( ( + ( + ( x ) ( h ) (5) 2 3 y( x, h ) x x x T ( xb, h ) ) ( h ) ) ( + h ) ) ( + h ) x( x, h ) i ( x, h ) x( (6) i i ( x, h ) y( i i ( x, h ) T ( B i göre en uygun biçimde yönlendirebilen bir eniyileme problemi doğrual programlama çalışmalarındakine benzer bir biçimde tanımlanabilir[5]. Bu çalışmada unulan eniyileme probleminde aşağıdaki öncelikler belirlenmiştir. Amaç Fonkiyonu: Bir yerleşim birimindeki bütün bölgelerde bulunan yapıların toplam boğuculuklarının ortalamaı elden geldiğince az olun. Min Z n _ b l eg o bina( n) mt, i B (7) m i n _ b l eg o bina( n) ) m i Kııtlar: Yerleşim birimindeki bütün yapılarda toplam boğuculuk belirlenmiş bir kritik boğuculuk ınırının altında olun. T T B B (8) kritik Bir yapı, bağlı bulunduğu bölgenin ınırları içinde kalın. Yapý B l eg ö ( m) (9) Bir bölge içindeki bir yapının poligon ile kapattığı bölge bir başka yapının kapattığı bölge ile keişmein. Şekil 6. Yerel Genel Koordinat Dönüşümü Bina Bina( f, i j (0) Toplam Boğuculuk için Eniyileme (Optimizayon) Problemi: Yukarıda verilen teorik model kullanılarak bir bölgenin içindeki yapıların birbirleriyle olan boğuculuk etkileşimini taarımcının önceliklerine 99 İki yapı araındaki uzaklık kritik komşuluk değerinden büyük ya da değere eşit olun. d ( m, i ) YAKIN kritik ()

6 Uydu Kentlerin Taarımı için Bir Karar Detek Sitemi ve Bilişim Sitemi Modeli Önerii Karar Değişkenleri: Bir bölge içindeki yapıların konumu önceden tanımlanmış yapı merkezi koordinatları ve yapı köşe noktalarının yapı merkezine göre konumları ile tanımlanmaktadır. Bu bağlamda her yapı için yapı merkezi koordinatları (xgc i,ygc i ) ve yapının x ekenine göre yaptığı açı α i tanımlanarak yapılara ilişkin amaç fonkiyon değeri ve kııt fonkiyonlarına uyumları yönetilebilir. Buna göre bir yapının köşe noktaının koordinatı: x k xgc i +rr k co(θ k + α i ) (2) y k ygc i +rr k in(θ k + α i ) (3) denklemleri ile heaplanabilir. Denklem (2) ve (3) te x k ve y k m ninci bölgedeki i ninci yapının k ninci köşe noktaının x ve y koordinat değerleridir. Köşe noktaının yapı merkezine olan uzaklığı ie rr k büyüklüğü ile betimlenmektedir. Belirtilen köşe noktaının başlangıç taarımı için yatay ekenle yaptığı açı ie θ k değeri ile belirtilmektedir. Heaplamaya yönelik geometrik betim Şekil 7 de unulmaktadır. boyutlu bir matri ile tanımlanabilir. İlk boyut (n_bolge) yerleşim alanındaki bölge ayııdır. Bölgelere ait yapı ayılarının makimum değeri (yapı_mak) ie karar değişkeni matriinin diğer boyutu olacaktır. XGC YGC a n_bolge,yapi_mak n_bolge,yapi_mak n_bolge,yapi_mak [ ] [ ] [ ] () Kolaylaştırıcı Varayımlar: Heaplama ıraında modele ilişkin ön hazırlıklarda kolaylık ağlamak üzere aşağıdaki varayımlara göre hareket edilmiştir. - Belirlik bir kritik uzaklıktan onra yapıların birbirlerine karşı boğuculuk etkii olmamaktadır. (, ) d UZAKkritik B m i 0 (5) İtanbul örneğinde ele alınacak olura Silivri den Tuzla ya kadar Marmara Denizi kıyı şeridindeki 30 kilometrelik bir yerleşim alanında böylei bir varayıma gerçekten gerekinim duyulmaktadır. - Ağırlık merkezlerinin heabında yapı köşe noktalarında eşdeğer kütle olduğu varayılmaktadır. x y i k g c ( mk, S i k g c x( k) ( mk, S ( mk, S y( k) ( mk, S (6) Şekil 7. Karar Değişkenlerine göre Bir yapının poligon köşelerinin heaplanmaı Denklem (6) da KS(, m ninci bölgede i ninci yapıdaki köşe ayıını götermektedir. Bu heaplama yöntemine göre karar değişkenleri ie XGC, YGC ve α değerleri için iki Yapıların oturduğu arz yüzeyinin bir düzlem olduğu varayılmaktadır.

7 Akademik Bilişim 0 - XII. Akademik Bilişim Konferanı Bildirileri 0-2 Şubat 200 Muğla Üniveritei Uygulama Uygulama çalışmaında İtanbul ili Beylikdüzü ilçeinde bulunan Bizimkent toplu konut alanındaki konutlar incelenmiştir. İnceleme tek bir konut bölgei ile ınırlı tutulmuştur. İncelenen alanda 53 adet yapı bulunmaktadır. Bölge, boyutları 80 metre uzunluğunda ve 293 metre genişliğindedir. İnceleme ıraında denklem 3 te zikredilen parametreleri ıraı ile 0 ve t olarak alınmıştır. Sonuçlar kendi içinde incelendiğinden dolayı denklem 7 de verilen bağıntı ile boyutuzlaştırılmıştır. T B T B T B (7) ( m, i ) max min T B T B min Toplam boğuculuk değerlerinin en yükek olduğu bölgede toplu konut alanını çevreleyen yola uyum ağlamak için bazı yapıların birbirine olan uzaklığının azaltılmaı nedeniyle ıkışıklığın meydana geldiğ diğer bölgelerde ie genelde yumuşak bir geçişin olduğu görülmektedir. Sonuç ve Öneriler Şehir ve bölge planlama açıındanyerleşim alanı içinde bulunan bütün yapıların birbiri ile etkileşimini betimleyen boğuculuk adı verilen ayıal bir büyüklük önerilmiştir. Önerilen büyüklüğe bağlı olarak şehir ve bölge planlama için kullanılabileceği düşünülen bir taarım optimizayonu probleminin temel tanımı yapılmıştır. Uygulama aşamaında İtanbul ili Beylikdüzü ilçeinde bulunan bir toplu konut alanının önerilen yönteme göre yapılara yönelik toplam boğuculuk büyüklükleri heaplanmış ve taarım içinde diğer kıımlara göre birbirine daha yakın olan yapı öbekleri aptanmıştır. Önerilen taarım optimizayonu probleminin kümelerle belirtilen koşullarının bilgiayar programına dönüştürülmei için çalışmaların ürdürülmeine ihtiyaç duyulmaktadır. Gelecekte yapılacak çalışmalarda boğuculuğu tanımlayan fizikel büyüklükler için yapı içinde bulunan nüfu ve yapıda bulunan inanların kullandığı taşıt aracı miktarı da kullanılabilir. Teşekkürler Şekil 8. Deney bölgei içindeki yapılarda toplam boğuculuk değerleri Yazar, ilgili çalışmayı yapabilmek için yapıların dijital ortamdaki modelini temin eden TC Beylikdüzü Belediyei ne ve dijital doyalarda gerekli ayıal dönüşümleri gerçekleştiren Sayın M.Serdar GÜNTAŞ a teşekkürü bir borç bilmektedir. Kaynaklar [] id38&ut_id ( ) [2] ( ) Şekil 9. Deney bölgei içindeki yapılara ait toplam boğuculuk değerlerine göre ürekli hale dönüştürülmüş dağılım değerleri 50 [3] Worboy M. F., GIS, A computing Perpective, Taylor & Franci, 200

8 Uydu Kentlerin Taarımı için Bir Karar Detek Sitemi ve Bilişim Sitemi Modeli Önerii [] KUL R.H., Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Sonlu Kanat Etrafında Vikoz Akış Çözümlemei, İTÜ FBE, 988 [5] Taylor B.W., Introduction to Management Science, Prentice Hall,