TMMOB Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası Ulusal Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi 30 Ekim 0 Kasım 007, KTÜ, Trabzon MEKANSAL VERİNİN KALİTESİ: KONUM VE YÜKSEKLİK DOĞRULUĞU M.T. Özlüdemir 1, R.N. Çelik 1, H. Kutoğlu, R. Deniz 1 1 İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fak., Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Böl., İstanbul, tozlu@itu.edu.tr, celikn@itu.edu.tr, denizr@itu.edu.tr Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Mühendislik Fak., Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Böl., Zonguldak, kutogluh@hotmail.com ÖZET Büük ölçekli/üksek çözünürlüklü mekansal bilginin kalitesinin önemli parametrelerinden biri konum ve ükseklik doğruluğudur. Konum ve ükseklik doğruluğu; verinin üretim malietini doğrudan etkiler ve ugulanabilirliğini belirler. Türkie de büük ölçekli mekansal bilginin üretimi, Büük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliğinin (BÖHHBÜY) asal standartlarına göre apılmaktadır. Bu önetmelikte, farklı doğruluk derecelerinde mekansal bilgilerin üretilmesi için minimum doğruluk sınırları verilmektedir. Ancak bu sınırlardan daha üksek doğruluklarda da üretimlerin apılması olanaklıdır. Yönetmelikteki doğruluklar üretimin gereği olarak hierarşik ağ apısına göre, ani bir üst derece ağa göre verilmektedir. Büük ölçekli mekansal verinin kullanılabilirliği ve analizi için bu verilerin ağ doğruluklarının (mutlak doğruluk, datuma göre doğruluk) belirlenmesi gerekmektedir. Mevcut büük ölçekli mekansal verinin mutlak konum ve ükseklik doğrulukları ve önetmeliğe göre hierarşik apıda üretilen mekansal verinin mutlak konum ve ükseklik doğrulukları nasıl belirlenmelidir? Bunun otomasonu nasıl sağlanabilir? Bu çalışmada, ISO/TC11, Open GIS tarafından verilen ve ABD nin federal kamu organı Federal Coğrafi Veri Komitesi (FDGC) tarafından da ugulanan mutlak konum ve ükseklik doğruluklarının hesaplanmasını ve otomasonunu sağlaacak öntemler önerilmektedir. Önerilen öntemle, BÖHHBÜY e göre üretilen mekansal verinin konum ve ükseklik doğrulukları elde edilerek sonuçlar irdelenmektedir. Anahtar Sözcükler: Coğrafi veri kalitesi, Coğrafi veri standartları. ABSTRACT QUALITY OF SPATIAL DATA: ACCURACIES OF POSITIONS AND HEIGHTS One of the important parameters for the qualit of large scale/high resolution spatial data is the accuracies of position and height. Accuracies of position and height have a direct impact on the production cost of the data and therefore determine its applicabilit. Production of large scale spatial information in Turke is conducted with respect to the legal standards defined in the Regulations for Large Scale Mapping and Spatial Data Production. In these regulations, minimum accurac measures are defined for the production of spatial information at different accurac levels. However it is possible to make spatial data production with higher accuracies. The accuracies in the regulations are given in a network hierarch, i.e. with respect to the upper level network. In terms of the reliabilit and analsis of the large scale spatial data, the accuracies of this data (absolute accurac, datum dependent accurac) should be determined. How should be determined the absolute positional and height accuracies of the existing large scale spatial data as well as the absolute positional and height accuracies of the spatial data produced in a hierarchical structure with respect to the regulations? How could this procedure be automated? In this stud, the methodologies introduced for the computation of absolute positional and height accuracies and its automation b Open GIS, and applied b the Federal Geographical Data Committee (FDGC), the federal governmental institution of the US, are suggested. The positional and height accuracies of the spatial data produced with respect to the official regulations have been determined through the suggested method and the results are discussed. Kewords: Geographical data qualit, Geographical data standards. 1. CBS DE STANDARDİZASYON Bugünkü teknolojinin özelliği, bilgi ve enformasonun (ararlı bilgi) bilgi üretimine, bilgi işleme ve iletme agıtlarına ugulanması, enilik ile eniliğin kullanımı arasında ikisinin birbirini beslediği bir çevrim oluşturmasıdır. Bu, ağ toplumunun oluşumuna gidiştir (Castells, 005).
Mekansal Verinin Kalitesi: Konum ve Yükseklik Doğruluğu Enformason teknolojisi saısallaşan bir düna aratıor. Coğrafi bilgi alanı, günümüz teknolojisine uum sağlamada eniliklerin aratılması ve kullanılmasında en önde giden alanlardan biridir ve bu alana apılan atırım miktarı giderek artmaktadır. Geleneksel statik harita ve plan aklaşımından mekansal bilgi ve sistemlerinden ararlanmaa geçiş süreci çok hızlı biçimde tamamlanmaktadır. Bu alandaki enilikler ve eniliklerin kullanılması olula gelişme, öncelikle mekansal bilginin üretiminden kullanımına, tüm aşamalarda ii tanımlanmış standartlara ve uuma bağlıdır. Coğrafi/mekansal bilgi alanı (sektörü) için geliştirilen standartlar; - Resmi standartlar, global, bölgesel vea ulusal çerçevede standardizason kuruluşları tarafından üretilen standartlar. ISO/TC11, Open GIS, IHO vb. görevli kuruluşlarca üretilen standartlar, - Yasal standartlar; ulusal vea uluslar arası kanunlara göre üretilen standartlar; Büük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği kapsamında belirlenmiş standartlar vb., - Fiili (de facto) standartlar (Endüstri Standartları), kurallar, endüstri ve mesleki talimatlar, dokümanlar vb. olarak sınıflandırılabilir. Tüm standardizason çalışmalarında, genel kurallarından biri tüm eni standartların mevcuda ve asal standartlara uumlu olmasıdır. Coğrafi/mekansal bilgi alanındaki standartlar Bilgi Mühendisliğinin Tasarım ve Standart Geliştirme ilkelerine göre geliştirilirler. Bu ilkelere ugun olarak; - veri - süre - organizason - teknoloji kategorisi olmak üzere 4 temel kategoride standart geliştirilir ve bir standart tam olarak bunlardan birini içerir. Bu kategorilerin alt standart grupları vardır. Verinin kullanılabilirlik standardı içinde veri kalitesi, kalitenin değerlendirilmesi, doğruluk ve raporlama standartları geliştirilmiştir (URL 1). Doğruluk standartlarından konum ve ükseklik doğruluğu bu çalışmada incelenecektir.. MEKANSAL BİLGİNİN DOĞRULUĞU Coğrafi/mekansal bilgi, eruvarına göre bir konumla doğrudan vea dolalı olarak ilişkilendirilen nesnelere ve olalara ait bilgi biçiminde genel olarak ifade edilirse, konuma presizonlu olarak bağlı olan coğrafi bilgiler özel mekansal (geospatial, spatial) bilgi grubunu oluştururlar. Her türlü jeodezik ağ noktaları, harita ve planlar bu gruba girerler. Mekansal bilgi; kadastro, imar, mühendislik ugulamaları vb. çalışmaların ve bu alanlarda oluşturulan bilgi sistemlerinin temel altapısını oluşturur. Mekansal bilginin üretiminde doğruluk, malieti de etkileen önemli bir parametredir. Bu nedenle, bu bilginin üretimi için doğruluk standartları belirlenmiştir. Genel olarak mekansal veriler, ulusal asal standartlarda belirlenen doğruluklara göre üretilir. Bu standartlar; - ülkenin jeodezik altapısının durumu, - ülkenin teknoloji ve bilgi düzei, - ülkedeki alet ve donanım parkı, - ülkenin ekonomik olanakları dikkate alınarak belirlenir. Yüksek doğruluklar, çok üksek malietler gerektirdiğinden standartlar, gereksinimlere göre koşulların optimizasonula belirlenir. Türkie de mekansal veri Büük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Standartları na göre üretilmektedir (BÖHHBÜY, 005). Bu önetmelikle, nokta konum ve ükseklik bilgileri jeodezik ağ aklaşımına ugun olarak hierarşik apıda üretilirler. Jeodezik ağ noktalarının konumları, konum doğrulukları, ükseklikleri ve ükseklik doğrulukları bir üst dereceden ağa göre hesaplanır. Diğer detaların konum ve ükseklik doğrulukları ise, ine bağlı olduğu jeodezik kontrol noktalarına göre hesaplanır ve dokümanlaştırılır. Deta noktalarının konumları ve ükseklikleri hesaplanır. İstenirse deta noktalarının konum ve ükseklik doğrulukları da mevcut dokümanlardan kolaca elde edilebilir. Doğruluk, doğrudan, üretilen bilginin kalitesinin bir göstergesidir ve ugulamada da böle algılanır. Yüksek doğruluklu mekansal bilgi daha kaliteli bilgidir ve mühendislik ugulamalarında olurunca üksek dereceden noktaların konum ve üksekliklerinden ararlanmaa özen gösterilir. Ancak doğruluk verisinin Coğrafi Bilgi Sisteminde dikkate alınması konusu henüz gündemde değildir. Türkie Ulusal Mekansal Veri Altapısının oluşturulma aşamasında, doğruluk bilgisinin de dikkate alınması gerekecektir. Çünkü ISO/TC11 ve Open GIS gibi resmi standart üreten kuruluşlar ve ABD Federal Coğrafi Veri
Özlüdemir ve diğ. Komitesi (FGDC-Federal Geographic Data Committee) gibi ulusal kuruluşlar doğruluk standartlarını belirlemişler ve CBS lerde ugulamaa başlamışlardır (URL ; URL 3). 3. KONUM VE YÜKSEKLİK DOĞRULUĞU STANDARTLARI Jeodezik olarak konum ve ükseklik doğrulukları, farklı parametrelerle ifade edilmektedir. Bu amaçla birçok doğruluk ve ölçüt tanımı vardır. Burada, uluslararası standardizason kuruluşlarından ISO/TC11 (URL 4) ve Open GIS (URL 5) tarafından benimsenen tanımlar ve parametreler üzerinde durulacak ve bu uluslararası standartlarla BÖHHBÜY deki standartlar arasındaki uum için çözümler verilecektir. Doğruluk verisinin elde edilmesi durumunda; - veri kullanıcıları, konum ve ükseklik verisile elde ettikleri saısal değerlerin analizini apabilirler; örneğin uzunluk, alan, hacım vb. değerlerinin karesel ortalama hataları da bulunabilir, - mevcut CBS verisile beklenen saısal doğruluklara ulaşılıp ulaşılamaacağının analizini apabilir, mevcut CBS verisinin nasıl kullanılabileceğini değerlendirebilirler. Ancak CBS de tüm değerlendirme ve kontroller elle değil, azılımla otomatik olarak apılmalıdır (URL ). Bazı mühendislik ugulamalarında kısmen dikkate alınan ukarıdaki hususların, tüm mühendislik vb. presizonlu ugulamalara genişletilmesi, CBS ve özellikle büük ölçekli mekansal bilginin kullanımı için bir gerekliliktir. 3.1. Doğruluk tanımları Mutlak doğruluk: Belirli mekansal referans sistemine (datuma) göre bir nokta için belirlenen hatadır. Bu doğruluk, bilinen ve beklenen tüm hataları içerir. Rölatif doğruluk: İki nokta arasındaki uzunluk için belirlenen hata vea bir noktanın diğer noktaa göre doğruluğudur. Eğer mutlak hata iki noktada bilinirse, rölatif hata bu iki noktadaki değerlerden bağıl hata elipsi aklaşımıla hesaplanır. Düşe lineer hata (LE): Bir er noktası için tanımlanan düşe koordinatın (üksekliğin) doğruluğudur. Yata dairesel hata (CE): Bir er noktası için, enlem ve bolam (vea Sağa-Yukarı) ata koordinatları için belirlenen ata konum doğruluğudur. 3 Boutlu küresel hata: Bir er noktasının üç boutlu konumunun hatasıdır ve düşe lineer hata ile ata dairesel hatanın toplamıdır. Bu hata, üç koordinatın da benzer doğrulukta olması durumunda ugundur. Genel olarak düşe lineer hata ve ata dairesel hatalar kullanılır. Hataların hesabında, korelasonsuzluk ve normal dağılım varsaılır. Doğruluk bilgisi, üç bout için x simetrik varans-kovarans matrisile kadedilir. Güven aralığı (Confidence Probabilit) (0.5, 0.687, 0.9 ve 0.95) belirlenir (URL ). Buna göre gösterim, mx mxm mxm z C = mxm m mmz mm x z mm z m z (1) vea korelasonsuzsa, üç boutlu kartezen (dik) koordinatlar için C m x = m m z olur. a da iki boutlu koordinatlar için m x C = m () Fotogrametrik olarak elde edilen konumların ve üksekliklerin doğrulukları, er kontrol noktaları için hesaplanan varans-kovarans matrisleri dikkate alınarak hesaplanır. Monoskopik ve stereoskopik görüntülerden mutlak konum ve ükseklik doğruluklarının elde edilmesi için de standartlar geliştirilmiştir (URL ). 3.. Mutlak doğruluğun elde edilmesi Konum ve üksekliğe ilişkin mutlak doğruluklar (presizon değil), gerçek değerle karşılaştırılarak bulunurlar. Bunun için, herhangi bir dereceden jeodezik noktanın vea deta noktalarının mutlak doğrulukları, seçilen test noktalarının hierarşik seviesinden bir üst derecede konumlarının belirlenmesile hesaplanır (URL 3). Bu değer, test alanı içindeki noktalar için geçerli olur. Mutlak doğruluklar BÖHHBÜY de olduğu gibi kontrol ölçmelerile bulunabilir. Ancak ülkemizde kontrol ölçmelerinin bu anlamda ele alınması ve değerlendirilmesi gerekmektedir.
Mekansal Verinin Kalitesi: Konum ve Yükseklik Doğruluğu Ugulamada, doğrulukların elde edilmediği durumlarda, doğruluğa presizon ile aklaşılmaktadır. Presizon, üretimdeki verilerin değerlendirilmesile, otomatik olarak bulunabilir. Jeodezik ağ noktalarının konum ve ükseklik presizonları bu ağların dengelenmesile doğrudan bulunmaktadır. Buna karşılık deta noktalarının presizonları, alım öntemine bağlı olarak dengelemeden vea hata aılma kanunundan elemanter olarak elde edilebilmektedir. Mutlak doğruluk erine mutlak presizonun tanımı alınırsa, örneğin bir poligon noktasının konum presizonu, Türkie Ulusal Temel GPS Ağı na (TUTGA) göre hesaplanan presizondur. Bunun için poligona kadar tüm dereceden noktalar için apılan gözlemler TUTGA noktalarının konumları değişmez alınarak tümden dengelenmelidir. Ancak BÖHHBÜY e göre her dereceden noktanın konumu ve üksekliği bir üst derece noktaların konumları ve ükseklikleri değişmez alınarak, ani hierarşik ağ apısında hesaplanır. Bu durumda, hierarşik apıda hesaplanan konumların ve üksekliklerin mutlak presizonlarının elde edilmesi probleminin çözülmesi gerekmektedir. 3.3. Hierarşik apıdaki ağlarda ağ presizonlarının hesabı BÖHHBÜY de C1, C, C3, poligon ve deta noktası olmak üzere 5 doğruluk derecesi ile konum bilgisi üretilmektedir. Bunların her birinin konum ve ükseklik presizonları bir üst dereceden ağ noktalarının konumları değişmez alınarak hesaplanır. En üst dereceden ağ TUTGA temel ağdır ve ağ presizonu, TUTGA a göre presizon anlamındadır. Önceden de ifade edildiği gibi, mekansal verinin ağ presizonu tüm veriler tümden dengelenerek vea bir üst dereceden ağın varans-kovarans değerleri dikkate alınarak bulunabilir. Ancak üretimin eş zamanlı olmaması, farklı zamanlardaki ham verilerin toplanması ve değerlendirilmesine önelik kurumlar arası organizason eksikliği ve aksamaları vb. nedenler bu ugulamaı güçleştirir. Burada, otomasona ugun üretim esnasında ugulanabilir bir aklaşım önerilmektedir. Hierarşik dengeleme sonucu elde edilen varanslar kullanılarak varans alanlarının (örneğin sağa ve ukarı için arı arı) iki değişkenli polinomlarla belirlenmesi ve üst derecelerden noktaların ağ presizonlarına gelecek bileşenlerin entegrasonla elde edilmesidir. Buna göre, i- TUTGA=0, C1 dengeleme değerleri ile C1 alanı ii- TUTGA=0, C1=0, C dengeleme değerleri, C alanı iii- TUTGA=0, C1=0, C=0, C3 dengeleme değerleri, C3 alanı iv- TUTGA=0, C1=0, C=0, C3=0, poligon dengeleme değerleri, poligon alanı otomatik olarak hesaplanabilir. Bir poligon noktasının ağ presizonu poligon dengelemesinden (C1=0, C=0, C3=0 alınarak) hesaplanan varanslar ile C1, C, C3 ağlarından gelecek varans bileşenlerinin toplamından hesaplanabilir. Yani, m m m m Poligon = + + + x x x x m m 1 m C alanından C alanından m C3 alanından Poligon dengelemesi (3) olacaktır. Yükseklik ağ doğruluğu için de, benzer bir aklaşımla, Türkie Ulusal Düşe Kontrol Ağı na (TUDKA) daalı olarak BÖHHBÜY e göre üretilen mekansal verilerin (veri gruplarının) ağ presizonları önetmelikteki hata sınırları ile de bulunabilir. Ancak bilindiği gibi hata sınırları 3m 0 olarak belirlenmektedir ve %95 güven aralığı içindir. Bir saısal karşılaştırma ve irdeleme olanağı sağlamak için bir poligon noktasının konum presizonu, i- tümden dengeleme ile, ii- hierarşik dengeleme sonuçlarından polinomlarla enterpolason ile, iii- önetmelikte verilen hata sınırlarına göre hesaplanmıştır. Tablo 1 de apılan değerlendirme sonucunda elde edilen presizonlar ve BÖHHBÜY de verilen doğruluk sınırları verilmektedir. Çizelge değerleri, İstanbul GPS Nirengi Ağına (İGNA) daalı olarak, GPS tekniği ile Anadolu akası kesiminde gerçekleştirilen, sıklaştırma çalışmaları ile poligon noktalarında gerçekleştirilen ölçmeleri kapsaan bir projede elde edilen sonuçlardan oluşmaktadır.
Özlüdemir ve diğ. Ağ derecesi Hierarşik dengeleme Varans alanı modellemesi Tümden dengeleme (mutlak) Hierarşik doğruluklar BÖHHBÜY e göre Mutlak doğruluklar m x m m x m m x m m x m m x m C1 0.60 0.40 0.60 0.40 0.60 0.40 3.0 3.0 3.0 3.0 C 0.60 0.40 0.85 0.57 - - 3.0 3.0 4. 4. C3 0.88 0.57 1. 0.80 0.80 0.60 5.0 5.0 6.6 6.6 C4 (Poligon) 0.61 0.39 1.36 0.89 0.6 0.3 5.7 5.7 8.7 8.7 Tablo 1: Nokta konum presizonları (değerler cm birimindedir) BÖHHBÜY e göre GPS ile nokta sıklaştırması, geleneksel bir ağdan ziade her noktanın tek tek kestirilmesi biçimindedir. Bu nedenle de geleneksel ağlardaki gibi hata birikimi olmamaktadır. Sadece bağlanılan üst dereceden ağın bağlantı noktaları nedenile varanslar değişmektedir. Bunun sonucu, hierarşik ağ noktalarının kendi içlerinde varans-kovarans değerleri birbirlerine çok akın elde edilmektedir. Bir bölge için bunların ortalamaları lokal doğruluk verisi olarak alınabilir. Çizelgedeki değerler bu nedenle test bölgesinin ortalama değerleri olarak verilmektedir. GPS tekniği ile nokta sıklaştırması BÖHHBÜY e ugun gerçekleştirilirse ersel tekniklerle elde edilebilenden çok daha üksek doğruluklara ulaşılabilmektedir. Çizelgede de görüldüğü gibi doğruluk değerleri aklaşık olarak ± 1 cm dolaındadır. BÖHHBÜY e göre her dereceden ağ için verilen hata sınırları %99.7 güven aralığı içindir. Bu nedenle çizelge verilen hesaplanan değerlerin üç katı ile çarpılmalıdır. Buna göre ulaşılabilen doğrulukların sınırların çok altında kaldığı görülmektedir. 4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Yönetmelikteki sınırlar, en düşük doğruluk sınırlarıdır. Daha üksek doğruluklarla da üretim apılabilir. Günümüz veri üretim teknolojileri ile üksek doğrulukla veri üretiminin malieti azalmaktadır. En üksek doğruluklu çalışmalar dahi ekonomik olmaa başlamıştır. Gelecekte bu gelişimin devam edeceği göz önüne alınarak, üksek doğruluklar benimsenmelidir. Tüm dereceden noktaların mutlak doğrulukları, kontrol ölçmelerile elde edilir. Yönetmeliğe ugun kontrol ölçmeleri, mekansal verii üreten kuruluş tarafından apılır ve değerlendirilir. Bulunan sonuçlar mekansal verinin mutlak doğruluğu olarak kullanılabilir. Kontrol ölçmelerine eterince özen gösterilmediği vea bu ölçülerin apılmadığı durumlarda, hierarşik ağ dengelemesi sonuçlarından mutlak presizonlar hesaplanmalıdır ve bu presizonlar mekansal verinin doğruluğu olarak kullanılmalıdır. KAYNAKLAR BÖHHBÜY, 005. Büük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği, 5876 Saılı Resmi Gazete, 15 Temmuz 005. Castells M., 005. Enformason Çağı: Ekonomi, Toplum, Kültür, I. Cilt: Ağ Toplumunun Yükselişi, İstanbul Bilgi Üniversitesi Yaınları, İstanbul, 744 s. URL 1, ABD Federal Coğrafi Veri Komitesi (FGDC) İnternet sitesi, FGDC Standards Reference Model, - Mart 1996, http://www.fgdc.gov/standards/process/fgdc-standards-reference-model, 5 Elül 007. URL, Open GIS Consortium İnternet sitesi, The Open GIS Abstract Specification, Topic 9: Qualit - Mart 1999, http://portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=896, 5 Elül 007. URL 3, ABD Federal Coğrafi Veri Komitesi (FGDC) İnternet sitesi, Geospatial Positioning Accurac Standards 1998/005, http://www.fgdc.gov/standards/standards_publications, 5 Elül 007. URL 4, ISO/TC11 Geographic Information/Geomatics İnternet sitesi, Terms and definitions from the ISO/TC 11 standards and reports - Ekim 006, http://www.isotc11.org/tc11_terminolog_glossar-0060417- Published.xls, 5 Elül 007. URL 5, Open GIS Consortium İnternet sitesi, Glossar of Terms - Maıs 007, http://www.opengeospatial.org/ogc/glossar, 5 Elül 007.