ÜÇÜNCÜ BOĞAZ KÖPRÜSÜ VE KUZEY MARMARA ÇEVRE YOLUNUN GÜZERGAH BOYUNCA OLUŞTURACAĞI ARAZİ DEĞİŞİMLERİNİN CBS VE UZAKTAN ALGILAMA YARDIMIYLA ANALİZİ Zeynel Fırat Aydın 1, Muhammed Ali Bayrak 1, Aylin Baskın 1, Mert Güzel 1, Evrim Gülcan Savaş 1, Hüseyin Kurt 1, Hüseyin Arkan 1, Nebiye Musaoğlu 1, Dursun Zafer Şeker 1, Şinasi Kaya 1 1 İTÜ İnşaat Fakültesi Geomatik Müh. Böl. 34469, Maslak İstanbul ÖZET Çalışmada, 1987, 2007 ve 2011 yıllarına ait Fatih Sultan Mehmet köprüsünü kapsayan üç adet Landsat uydu görüntüsü kullanılmıştır. Uydu görüntüleri üzerinde düzenlemeler yapılarak kontrollü sınıflandırma işlemi ardından doğruluk analizi uygulanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda yapay alanların arttığı orman alanlarının azaldığı görsel ve istatistiksel olarak tespit edilmiştir. Benzer genişlikteki tampon bölge Yavuz Sultan Selim Köprüsü güzergahı üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sınıflandırma sonucunda Fatih Sultan Mehmet köprüsü güzergahındaki değişimler baz alınarak yeniden irdelenmiş ve yaklaşık 20 yıl sonra ortaya çıkacak arazi kullanım değişimleri belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda, şehrin kuzeyinde yer alan ormanlık alanların büyük ölçüde kayba uğrayacağı ve Yavuz Sultan Selim köprüsünün doğa ve insan hayatına olumsuz etkiler bırakacağı değerlendirilmiştir Anahtar sözcükler: CBS, Uzaktan Algılama, Yavuz Sultan Selim Köprüsü, Mekansal Analiz ABSTRACT ANALYSIS OF THE LAND USE CHANGES ON THE ROUTE OF THE THIRD BOSPHOROUS BRIDGE (YAVUZ SULTAN SELIM BRIDGE) AND IT S BELTWAY BY MEANS OF REMOTE SENSING AND GIS In this study, 3 Landsat satellite image including Fatih Sultan Mehmet Bridge from 1987, 2007 and 2011 were used. Accuracy assessment is applied making arrangements on satellite images after supervised classification process. As the result of the study it is statistically established that while the artificial surfaces have increased, forests areas have decreased. A similar buffer zone is carried out in the Yavuz Sultan Selim bridge route. Land usage classes which occurred as the result of the classification are studied based on the results of the changes in the Fatih Sultan Mehmet bridge route and land usage changes in 20 years are identified. As a result it is interpreted that the forested area which is considered lung of İstanbul in the north of the city will almost completely destroyed and this will create devastating effects on human life. Key words: GIS, Remote Sensing, Third Bosporus Bridge, Spatial Analysis 1. GİRİŞ Köprüler, insanların karşılarına çıkan akarsuları aşmak için kullandıkları temel ulaşım çözümlerinden biridir. Zaman içerisinde köprülerin yapımında da teknolojik gelişmelere ayak uydurulmuştur. Köprüler kendilerine yüklenen sosyal ve ekonomik görevleri yerine getirmede başarılı oluyorsa köprünün yapım amacına ulaşmış olduğu söylenilebilir. Bilindiği üzere dünya üzerinde içinden deniz geçen tek şehir olma özelliğine sahip İstanbul un iki yakasını bir araya getirmek amacıyla İstanbul Boğazı üzerindeki köprülerden birincisi 1973 yılında, ikincisi 1988 yılında hizmete açılmış ve zaman içerisinde artan nüfus ve trafik baskısı bahane edilerek 29 Mayıs 2013 tarihinde de üçüncüsünün temelleri atılmıştır. Bu süreçte karar vericiler İstanbul un çok hassas bir coğrafyada olduğunu, sürekli artan yapılaşma karşısında tarihi, kültürel ve doğal değerlerini kaybetme riski taşıdığını göz ardı etmişlerdir. Yapılacak her yeni köprünün kente ne gibi etkilerinin olacağının iyi değerlendirilmiş olması gerekmektedir. Uzaktan algılama yöntemi ile uydu görüntüleri kullanılarak mekânsal analizler ve arazi kullanımı üzerine araştırmalar yapmak günümüz teknolojisiyle artık sık rastlanır olmuştur. Bu çalışmada, 3. Köprü ve beraberinde gerçekleştirilecek olan Kuzey Marmara Çevre Yolunun sebep olabileceği arazi kullanım değişimleri ve sonucunda ortaya çıkacak doğal kaynak tahribatının ileriye dönük olarak belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kestirimin yapılabilmesi için 2. Köprü güzergahında zaman içerisinde ortaya çıkan durumun Yavuz Sultan Selim Köprüsü güzergahında da benzerlik göstereceği düşüncesinden hareket edilmiştir. Bu amaçla, farklı tarihli uydu görüntüleri kullanarak ikinci köprünün yapım aşamasında ve sonrasında oluşan su havzalarında, orman arazilerinde, tarım alanlarında ve kentsel yapılaşmada ki değişimler irdelenmiş ve bu veriler sonucunda Yavuz Sultan Selim köprüsünün bu konularda yaratacağı değişimler hakkında analizler yapılmış ve sonuçlar ortaya konulmuştur.
2. VERİ VE YÖNTEM CBS dünya üzerindeki karmaşık sosyal, ekonomik, çevresel vb. Sorunların çözümüne yönelik konuma dayalı karar verme süreçlerinde kullanıcılara yardımcı olmak üzere, geliştirilen donanım, yazılım, personel, coğrafi veri ve yöntem bütünüdür (Bayzan, 2005). 2.1 CBS Destekli Mekansal Analizler Grafik ve sözel bilgilerin belirli bir koordinat sisteminde modellenmesi ve model sonuçlarının irdelenip yorumlanması işlemlerinin tümüdür. Coğrafi bilgi sistemlerinde en çok kullanılan konumsal analizler; 1. Birleştirme Analizleri (Spatial Join) 2. Yakınlık Analizi (Proximity Analysis) 3. Sınır İşlemleri (Boundary Operations) 2.2 Uzaktan Algılama Uzaktan algılama, yeryüzünden belli uzaklıkta, atmosferde veya uzaydaki platformlara yerleştirilmiş ölçüm aletleri aracılığıyla, yeryüzü ve nesneleri hakkında bilgi alma ve bunları analiz etme tekniği, ya da nesnelerle fiziksel temasta bulunmadan herhangi bir uzaklıktan yapılan ölçümlerle nesneler hakkında bilgi edinme bilim ve sanatı olarak ifade edilir.(url-2) 2.3 Kullanılan Veriler ve Yazılımlar Bu çalışmada vektör ve raster veriler kullanılmıştır. Kullanılan vektör veri Kuzey Marmara Otoyolu na ait dxf formatındaki autocad verisidir. Kullanılan raster veriler ise 25 Eylül 1987 tarihli Landsat-TM, 12 Haziran 2007 tarihli Landsat-TM, ve 7 Haziran 2011 tarihli Landsat-TM uydu görüntüleridir. Verilerin işlenmesinde Arcgis 10.1 ve Erdas Imagine 9.1 programlarından faydalanılmıştır. 3. UYGULAMA 3.1 Çalışma Alanı Yavuz Sultan Selim Köprüsünün geçmesi planlanan güzergahta bulunan Garipçe Köyü, Avrupa Yakası nda Sarıyer Belediyesi ne bağlı ve Sarıyer e uzaklığı 6 km olan İstanbul Boğazı nın kuzeyinde kalan küçük bir köydür. Kuzey doğusunda Demirciköy, güney doğusunda Rumeli Kavağı ve kuzeyinde Rumeli Feneri bulunmaktadır. Poyrazköy ise Anadolu yakasında Beykoz Belediyesi ne bağlı bir yerleşkedir. Kuzey doğusunda Anadolu Feneri, doğusunda Kaynarca Gölü, güney doğusunda Akbaba Köyü ve güney batısında Anadolu Kavağı yer almaktadır. Şekil 1: 3. Köprü(Yavuz Sultan Selim) Güzergahı (URL-1)
Araştırma alanımız ise 41 01 K kuzey boylamları ile 28 58 D doğu enlemleri arasında kalan İstanbul ilinin Avrupa yakasında Çatalca, Yassıören, Boyalık, Tayakadın, Arnavutköy, Akpınar, Işıklı, Ağaçlı, Bahçeköy Merkez, Zekeriyaköy, Gümüşdere, Uskumruköy, Demirci, Kumköy, Rumelifeneri; Anadolu yakasında ise Poyraz, Anadolu Feneri, Kaynarca, Alibahadır, Riva, Paşamandıra, Bozhane, Cumhuriyet, İshaklı, Sırapınar, Reşadiye, Ömerli Merkez, Alemdağ, Paşaköy, Sultanbeyli, Emirli, Kurna, Fatih, Şekerpınar, Balçık, Pelitli, Mollafeneri mevkiilerini kapsamaktadır. Aynı zamanda bu çalışma alanı Yavuz Sultan Selim köprüsü güzergâhından aşağı ve yukarı yönde 5 kilometre uzaklıktaki iki bandın arasında bulunmaktadır. Şekil 2: Yavuz Sultan Selim Köprüsü Güzergahı Tampon İşlemi
Şekil 3: Yavuz Sultan Selim ve Fatih Sultan Mehmet Köprüsü Tampon Alanları 3.2 Verilerin Hazırlanması Geometrik düzeltme, ham görüntüdeki geometrik bozulma etkilerinin giderilmesi, ve görüntünün yer kontrol noktaları kullanılarak tanımlı bir coğrafi koordinat sistemine oturtulması işlemidir. Düzeltilecek görüntüdeki nokta koordinatları, yer kontrol noktalarının koordinatları ile tanımlanırken (enlem, boylam gibi) yapılan işleme rektifikasyon, bu işlem iki görüntünün aynı noktalarını eşleştirme ya da bir görüntüyü diğerine göre düzeltme şeklinde yapılıyor ise geometrik kayıt denilmektedir.(mısır, 2013) Uydu görüntüleri üzerinde işlem yapılmadan önce geometrik düzeltme yapılmıştır. 3.2.1 Tampon Analizi Yavuz Sultan Selim köprüsü ve kuzey marmara çevre yolunun güzergah boyunca oluşturacağı arazi değişimlerinin belirlenmesi için tampon analizi yapılmıştır. Tampon analizi, özellikler çevresinde verilen mesafe kadar tampon bölgeler olusturmak için kullanilir. Sonuçta olusturulan kapsam her zaman için poligon özelliğine sahiptir(url-4). Mesafe danışman hocalarla yapılan görüşmelerle güzergâh boyunca aşağı ve yukarı yönde 5 km olarak belirlenmiştir. Analiz yapılırken ArcMap 10.1 içinde Arc Toolbox---Analysis Tools -Proximity- Buffer işlem adımı izlenmiştir. Arcgis 10.1 yazılımında hazırlanan tampon analizi edilmiş alanlar.shp formatında kaydedilmiştir. Bu dosyalar Fatih Sultan Mehmet köprüsü ve Yavuz Sultan Selim köprüsü olmak üzere 2 ayrı şekilde düzenlenmiş olup daha sonra sınıflandırma işleminde altlık oluşturacak uydu görüntülerinin kullanılacak bölümlerini kesmek için kullanılmıştır. Uydu görüntülerini kesme işlemi erdas 9.1 yazılımında tamamlanmıştır ve.img formatında kesilmiş uydu görüntüleri elde edilmiştir. Bu işlem sonucunda 4 adet kesilmiş uydu görüntüsü elde edilmiştir. Bu görüntüler sırasıyla 2011 yılına ait uydu görüntüsünün Yavuz Sultan Selim köprüsünü çevreleyen kısmıyla (2011_3_köp.img), Fatih Sultan Mehmet köprüsünü çevreleyen kısmı(2011_2_köp.img), 2007 yılına ait uydu görüntüsünün Fatih Sultan Mehmet köprüsünü çevreleyen kısmı(2007_2_köp.img) ve 1987 yılına ait uydu görüntüsünün Fatih Sultan Mehmet köprüsünü çevreleyen kısmıdır(1987_2_köp.img). 3.3 Sınıflandırma Şekil 4: Kesme İşlemi 1987 2007 ve 2011 yıllarına ait uydu görüntüleri yerleşim, tarım, su, boş arazi, orman adlı 5 sınıf seçilerek kontrollü sınıflandırma yapılmıştır. Yavuz Sultan Selim köprüsü sadece 2011 yılına ait uydu görüntüsü kesilerek sınıflandırılmış olup, Fatih Sultan Mehmet köprüsü ise her uydu görüntüsü için ayrı olmak üzere 3 kez sınıflandırılmıştır.
Uydu görüntüsü üzerinde sınıflandırılması istenilen yerleşim, tarım, su, boş arazi ve orman sınıflarının her biri için 20 ile 30 arasında değişen örnek sınıflar seçilmiştir. Daha sonra seçilen örnek sınıfların ortalamaları alınmıştır. Bu işlem sonucu daha önce elde edilmiş 3 uydu görüntüsüne 4 adet sınıflandırılmış görüntü elde edilmiştir. Sınıflandırma sonrasında her bir sınıfa karşılık gelen alanlar hesaplanmıştır. 3.4 Doğruluk analizi Şekil 5: Erdas ta Sınıflandırma İşlemi Sınıflandırmaların doğruluğunu ölçmek amacıyla yine erdas imagine 9.1 yazılımı kullanılarak doğruluk analizi yapılmıştır Görüntü üzerine rastgele 100 nokta atılmıştır. Altlık olarak doğruluk analizi yapılan görüntünün sınıflandırma yapılmamış orijinal hali açılmıştır. Artık altlık üzerinde belirgin olan noktalar teker teker seçilerek hangi sınıfa dahil olduklarına ekip elemanlarınca dikkatli bir analiz sonucu karar verilmiştir. Doğruluk analizi sonucunda sınıflandırılmış 4 görüntü sırasıyla, 2011_3_köp_sınf.img görüntüsü %73 doğrulukla, 2011_2_köp_sınf.img görüntüsü %81 doğrulukla, 2007_2_köp_sınf.img görüntüsü %88 doğrulukla, 1987_2_köp_sınf.img görüntüsü %77 doğrulukla yönetimden alınan doğruluk sınırları içerisinde çıkmıştır. Şekil 6: Doğruluk Analizi
3.5 Zaman Serisi Analizi, Değişim Analizi, Trend Analizi Değişim analizi, belirlenmiş bir arazi üzerindeki somut değişimlerin gözlenerek arazi üzerindeki (yapılaşma, bitki örtüsü vb) tematik ve topografik değişimlerin sistematik olarak ölçülmesine dayanır. Zaman serisi ise örnek olarak alınmış bir değişkenin belirili bir süre içerisindeki hareketinin ölçülmesidir. Trend analizi değişkenin uzun dönem içerisindeki değişiminin ölçülmesine dayanır, bu dönem içerisinde artmalar ve azalmalar olacağı için, artış veya azalış hızı, değişim oranı gibi fonksiyonel ölçümler elde etmek mümkündür. Tablo 1: Sınıfların Yıllara Göre Alan Değişimi Sınıf 1987 (Hektar) 1987(Yüzde) 2007(Hektar) 2007(Yüzde) 2011(Hektar) 2011(Yüzde) Su 5705.19 5.44% 5633.19 5.37% 6012.36 5.76% Tarım ve arazi 47273.4 45.08% 35537.1 33.89% 40621.5 38.89% Yerleşim 23893.2 22.78% 34738.6 33.13% 35542.3 34.03% Orman 20502.8 19.55% 16430 15.67% 14103.4 13.50% Hatalı veri, 7492.5 7.14% 12529.6 11.95% 8173.62 7.83% Tablo 1 de verilen veriler yardımıyla yerleşim ve orman için trend analizleri yapılmıştır. Çözümlenen herhangi bir serinin t dönemindeki T t bileşenini tahminleyebilmek için, bu serinin gözlem değerine, genellikle, T t = b 0 + b 1.t (1) 0 ve 1 tahminlenecek model parametrelerini göstermektedir. Trend bileşeni T t nin t t tahmini için doğrusal model t t = b 0 + b 1.t (2) eşitliği ile ifade edilir. Burada b 0 ve b 1 sırasıyla 0 ve 1 in tahminlerini gösterirler ve en küçük kareler normal denklemlerinin çözümlenmesiyle hesaplanırlar. Modelin 0 ve 1 parametrelerinin tahminleri b 0 ve b 1, En Küçük Kareler Normal Denklemleri çözülerek elde edilir. Gerekli değerler tablodan elde edilmiştir. Tablo 2 deki değerler normal denklemlerde yerlerine konularak, 55.91 = 2b 0 + 3b 1 denklemi çözüldüğünde, olarak bulunur. t 1 in doğrusal tahmin değeri; 89.04 = 3b 0 + 5b 1 b 0 = 12.43 b 1 = 10,35 12.43 + (1)*10.35 olarak hesaplanır. b 1 = 12.43 değeri pozitif bir değer olduğu için serinin trendi, artan eğilime sahiptir. Bu tahmin değerlerine t için t = 1, 2,3,4 değerleri uygulanarak tahmin değerleri t t hesaplanmıştır.(url-3) Tablo 2: Yerleşim için yapılan trend analizi t' t yt t*t t.yt t t = b 0 + b 1.t 1987 1 22.78% 1 22.78% 22,78 2007 2 33.13% 4 66.26% 33,13 toplam 3 55.91% 5 89.04%
t' t t t = b 0 + b 1.t 2027 3 43,48% 2047 4 53,83% Tablo 3: Orman için yapılan trend analizi t' t yt t*t t.yt t t = b 0 + b 1.t 1987 1 19.55% 1 19.55% 19.55% 2007 2 15.67% 4 31.34% 15.67% t' t t t = b 0 + b 1.t 2027 3 11,79 2047 4 7,91 Fatih Sultan Mehmet köprüsünün geçtiği güzergahın analizleri sonucu elde edilen bu değerler 2011 yılına ait uydu görüntüsünün sınıflandırılması sonucu elde edilen verilere entegre edilerek Yavuz Sultan Selim köprüsü güzergahında 2027 ve 2047 yılında orman ve yerleşim alanlarında meydana gelecek değişimler tahmin edilmiştir. Tablo 4: Yavuz Sultan Selim köprü güzergahı sınıflandırılmış alanlar(2011 uydu görüntüsünde) Sınıflar Alanlar(hektar) Yerleşim 15473 Su 9510,03 Tarım ve arazi 40625.1 Orman 40483,8 Hatalı Veri 10602 Toplam 66700.1 Fatih Sultan Mehmet köprüsü için hesaplanan değerlerin yapılan matematiksel işlemler sonucu Yavuz Sultan Selim köprüsü güzergahına entegrasyonuyla orman ve yerleşim alanlarının yıllara göre tahminleri tablo 5 te gösterilmiştir. Tablo 5: Yavuz Sultan Selim köprüsünün yıllara göre tahmini alan değerleri Yıl Yerleşim Alanı(hektar) Yıl Orman Alanı(hektar) 2011 15473.0 2011 40483.8 2027 18415.9 2027 33056.6 2047 21424.1 2047 25626.2 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Bu çalışmada Yavuz Sultan Selim köprüsü ve Kuzey Marmara çevre yolunun güzergah boyunca oluşturacağı arazi değişimlerinin CBS ve uzaktan algılama yardımıyla analizi yapılmıştır. Sınıflandırma işlemi sonrasında 5 adet sınıf belirlenmiştir. Bunlar; Su, Tarım ve Arazi, Yerleşim, Orman ve Hatalı veri ve boş alanlardır. 1987 ile 2007 yılları arasında Fatih Sultan Mehmet köprüsü çevresinde yerleşimde 10845.4 hektar, 2007 ile 2011 yılları arasında 4772.79 hektar artış belirlenmiştir. 1987 ile 2007 yılları arasında Fatih Sultan Mehmet köprüsü ve çevresinde orman arazilerinde 4162.8 hektar azalma 2007 ile 2011 yılları arasında 560.6 hektar artma belirlenmiştir.. Bu çalışma, CBS nin mekansal analizlerin gerçekleştirilmesinde kullanılabilecek yararlı bir araç olduğunu göstermiştir. Trend analizlerinin belirlenmesinde daha doğru sonuçlar elde edebilmek için daha sık aralıklı uydu görüntüleri kullanılmalıdır. Ancak bu çalışmada 3 farklı zamanla elde edilen uydu görüntülerinden elde edilen sonuçlarla trend
analizi yapılmaya çalışılmıştır. Yapılan analiz sonucunda Yavuz Sultan Selim köprüsünün yapımı sonucunda şehirleşmenin arttığı, orman arazilerinin azaldığı belirlenmiştir. Trend analizi sonucunda Yavuz Sultan Selim köprüsünün bir çözüm olmadığı aksine doğaya ve insan hayatına son derece zarar vereceği öngörülmüştür. Trend analizinde daha doğru sonuçlar elde edebilmek için fazla veriye gereksinim vardır. Örnek sayısı arttırıldığında sonuç kalitesi de orantılı olarak yükselir. Bu çalışmada ise sınırlı sayıda veriler kullanılmıştır. KAYNAKLAR Bayzan, G., 2005. Araç rotalarının en kısa yol algoritmaları kullanılarak belirlenmesi ve C# NET. ortamında simülasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Pamukkale. URL-1 < http://www.alemfrm.net/istanbul-3-kopru-nereye-yapilacak-guzergahi-yeri.html Alındığı Tarih: 06.10.203 URL-2 <http://www.orman.ktu.edu.tr/om/abds/oamenajmani/downloads/uzaktan_algilama/ua_uydu_islemleri_11.pdf. Alındığı Tarih: 25.09.2013 URL-3 <http://web.sakarya.edu.tr/~adurmus/statistik/acikogretim/unite14.pdf, Alındığı Tarih: 06.10.203 URL-4 http://cbsorman.optimalormancilik.com/arcgis%20egitim%20dokumanlari/arcgis%20notlari/arcgis_9_uygula ma_dokumani.pdf, Alındığı Tarih: 04.10.2013