ULAŞIMDA GPS KULLANIMLARI ve GPS SİSTEMİNİN TÜRKİYE'DEKİ ALT YAPİSİ * Rahmi Nurhan ÇELİK ÖZET GPS kullanım kolaylığı ve kapsama alanı nedeniyle konum belirleme sistemleri arasında en çok kabul gören sistemler arasındadır. Özellikle ulaşımda ve araç takibinde son derece kullanışlı olan bu sistem araç takibinde ve organizasyonunda büyük gelişmelere neden olmuştur. Bu gelişmeler, ülkemizede yansımıştır ve etkileri yavaş yavaş görülmektedir. Uydu sistemlerinin temel altyapısı genellikle ülkelerin haritalama altyapılarından farklıdır. Bu farkın ortadan kardırılması ise ülke altyapısı ile GPS altyapısı arasındaki ilişkinin kurulmasıyla mümkündür. Bu bildiri genel olarak GPS, DGPS, GPS in ulaşımda kullanımı, GPS ve entegre sistemler ve GPS-GIS ilişkisiyle, bu sistemlerin ülkemizde etkin olarak kullanımının nasıl sağlanacağı konularına parmak basacaktır. Anahtar Sözcükler : GPS, DGPS, Navigasyon, Harita, Altlık, Altyapı 1. GİRİŞ Global Konum Belirleme Sistemi (GPS) son yılların en popüler konum belirleme sistemleri arasına girmiştir. Bunun etkisiyle, 'GPS'in navigasyon amaçlı kullanımı bir çok bilim dalında köklü değişiklik ve gelişmelere neden olmuştur. Bu gelişmeler, sonraları bilimsel uygulamalardan günlük uygulamalara doğru kaymış ve sonunda bireylerin navigasyon hizmetlerini karşılayacak, günlük yaşamını kolaylaştıracak bir çok değişik alandaki uygulamalara altlık oluşturacak konuma gelmiştir. O kadar ki, bugün GPS ve GPS'e ek yardımcı sistemlerle deniz, kara, hava ve demiryolu ulaşımında araçların izlenmesinde, ulaşım güvenliğinin sağlanmasında, bir çok mühendislik alanında, spor ve turizm gibi alanlarda da bu sistemin kullanımı dünya ile birlikte ülkemizde de başlamıştır. Fakat bu uygulamalar ne yazık ki birbirinden bağımsız uygulamalar olarak karşımıza çıkmakta, bir bütünün parçası olması gerekirken bu yaklaşımdan uzak kalmaktadır. Bu da bilinçsiz kullanıma ve gereksiz kaynak israfına neden olmaktadır. GPS alıcısına ve kullanılan yönteme bağlı olarak, GPS sistemi ile milimetre doğruluktan 20-30 metre doğruluğa kadar konum belirlemek olasıdır. Buda gösteriyor ki GPS oldukça geniş bir yelpazede konum doğruluğu sağlamaktadır. Ohalde, hedeflenen amaca uygun olarak GPS alıcısının, yöntemin ve altlığın seçilmesi GPS kullanıcı ve uygulayıcıları için en önemli unsurlardan biridir. Bu bildiride okuyucu, GPS sisteminin ulaşım problemlerinin çözümünde ne şekilde kullanılabileceği, Türkiye'de bu sistemin uygulamada kullanımının hangi koşullarda olabileceği, tek başına sistemin yeterliliği ve diğer sistemlerle integrasyonu, Farklarla GPS (DGPS) in ne ol- * İTÜ İnşaat Fakültesi Jeodezi Anabilim Dalı, Maslak, İstanbul, TÜRKİYE. 84
duğu, GPS ile konum doğruluğunun nelere bağlı olduğu, Rus'ların sistemi GLONASS ile GPS arasındaki bağlantının ne olduğu, ulaşımda GPS in aktif kullanımı ve GPS-GIS ilişkisi gibi soruların yanıtlarını bulacaktır. 2. GPS ve KONUM BİLGİSİ Konum bilgisi kısaca yer küre üzerinde her hangi bir koordinat sistemine göre bir noktanın sayısal olarak yerinin belirlenmesi olarak tanımlanabilir. Konum bilgisinin kalitesi genellikle konum bilgisinin kullanılma amacına bağlı olarak belirlenir ve kalite bilginin doğruluğu ile ölçülür. Konumu belirlenmek istenen nokta iki halde olabilir: Stabil (Sabit) Haraketli Stabil noktalar genellikle yer yüzünde sabit bulunan objelerin tanımlanmasında kullanılan detay noktaları veya kontrol noktalarıdır; örneğin yol, bina, ağaç, parsel, ada sınırları, nirengi, poligon noktalan gibi. Bununla beraber hareketli noktalar, haraketli objelere ait izleri oluşturan noktaların zamana bağlı dolaşımlarının belirlenmesinde kullanılan noktalardır. Bir noktaya ait konum bilgisi bir çok değişik yöntem ve alet kullanarak elde edilebilir. Bular genel olarak jeodezik aletler, yersel radyo konum belirleme sistemleri, uydu bazlı konum belirleme sistemleri, atalet sistemleri, haritalar, uzaktan algılama sistemleri ve bunlara benzer sistemlerdir. Günümüzde özellikle haraketli objelere ait konum bilgisi uydu bazlı sistemler ve bunların atalet sistemleriyle entegrasyonu ile belirlenmektedir. Uydu bazlı sistemlerin en çok tercih edileni kullanım kolaylığı, kesintisiz servis.olanağı ve kapsama alanının genişliği nedeniyle GPS (Global Konum Belirleme Sistemi), GPS-GLONASS entegrasyonu (Amerikan ve Rus Global Konum Belirleme Sistemleri), DGPS (Farklarla Global Konum Belirleme Sistemi) dir. Ulaşımda son zamanlarda konum bilgisi daha çok uydu bazlı sistemlerin kullanılmasıyla elde edilmeye başlamıştır ve bunun sonucu olarak konum bilgisi zaman boyutunu da içerir. Ulaşımda konum sözkonusu olduğunda hem stabil olan nokta bilgilerinden hemde haraketli nokta bilgilerinden yararlanılır. Haraketli nokta bilgileri ulaşımın bir unsuru olan araçlardan, stabil nokta bilgileri bu araçların çevrelerinde bulunan objelerden elde edilir. Başka bir deyişle, trafikte seyteden araçların izi ve bu izin takip edildiği altlık 'harita' bilgileridir. Özellikle GPS, DGPS ve sonraları GPS-GLONASS entegrasyonlu sistemler araç izlemede son derece gelişmiş navigasyon sistemlerin oluşturulmasını sağlamışlar ve sağlamaktadırlar. Hem GPS hemde GLONASS, konum bilgisini zamana bağlı olarak gök yüzüne görüşün olduğu her durumda kullanıcılara sağlayabilen sistemlerdir. Bu sistemlere ait alıcılar teknolojik gelişmeler doğrultusunda konum bilgisini saniyenin onda birinde hatta yirmide birinde, yani saniyede 10 veya 20 konum bilgisi olarak üretebilmektedir. Günümüzde tek bir GPS alıcısı kullanılarak gerçek zamanda anlık konum bilgisi ancak mutlak anlamda global konum doğruluğu yatayda 100 metre düşeyde 150 metredir; fakat alıcıların bu konumlara ait verdiği konum doğruluk bilgisi 20-30 metrelik bir sınır içindedir (1). İki farklı doğruluk kriterinin oluşma nedeni sistemin SA (Selective Availability) olarak bilinen suni hataları içermesindendir. Düşük konum doğruluğu sistemin ölçme duyarlılığıyla ve tek bir alıcıyla elde edilebilecek konum doğruluğudur. SA kapalı durumda veya aktif durumda olabilir; 85
fakat bunu tek alıcı kullanan bir kullanıcı hiçbir zaman bilemeyeceğinde elde ettiği anlık konumun SA etkisi altında olup olmadığını da anlayamaz; bu nedenle konum doğruluğunu da yorumlayamaz. Dolayısıyla tek alıcılı bir sistemle ulaşımda karşılaşılabilecek bir çok proleme çözüm getirilemez, örneğin trafik organizasyonu, boğaz trafiği vb. Bununla beraber anlık konum bilgisinin kalitesi DGPS kullanılmasıyla 0.5-5 metreye kadar yükseltilebilmektedir; çükü DGPS yüksek doğruluklu mutlak konumdan çıkış alan rölatif konum bilgileriyle kullanıcı alıcısındaki mutlak konumu iyişeştirerek belirleyen bir sistemdir (2). Bu bilgilere ek olarak suda bilinmelidir ki farklı yöntemler kullanılmak koşuluyla GPS 1-2 cm. doğruluğa hatta mm doğruluğa kadar konum bilgisi sağlayabilecek kapasite ve özellikte bir sistemdir. 3. GPS ve ALTLIK Ulaşımda uydu bazlı sistemlerin sağlıklı ve doğru kullanılabilmesi için kulanılan atlıkların (haritaların) doğru ve güvenilir olması gereklidir. Bununla beraber kullanılan haritaların konum belirlemek için kullanılan sistemlerle aynı datuma ve aynı koordinat sistemine sahip olması gerekmektedir. Ülkemizde kullanılan haritalatın datumu Europan Datum 1950 - ED50'dir. Bu datuma ait elipsoid ise Hayford elipsoididir. Yatay koordinatlar grid formdadır; başka bir değişle 'Sağa', 'Yukarı' değerler olarak kullanılmaktadır (Bunlar istenirse Hayford elipsoidal veya kartezyen koordinatlara çevrilebilir). Yükseklik sistemimiz deniz seviyesinden olan yükseklikler olup, normal ortometrik yükseklikler, pratik yükseklikler (H) dir (3). GPS ise World Geodetic Sistem 1984 -WGS84 datumunu kullanmaktadır. Bu datumun elipsoidi ise WGS84 elipsoididir. Koordinatlar genellikle elipsoidal enlem 'j' ve elipsoidal boylam T formunda ve yüksekliklerde elipsoidal yükseklikler (h) dir; veya Kartezyen koordinatlar X, Y, Z formundadır. Görüldüğü gibi ülke sistemi ve GPS farklı datum ve koordinat sistemlerine bağlıdır. Bu sistemlerin birlikte kullanımının sağlanabilmesi iki sistem arasındaki dönüşüm parametrelerinin belirlenmesiyle olasıdır. Bu problemin çözümü için gerekli çalışmalar 1997 yılında başlatılmış ve tamamen uydu sistemi bazlı bir jeodezik ağın oluşturulması amaçlanmıştır ve bu ağ Türkiye Ulusal Temel GPS Ağı (TUTGA) olarak adlandırılmıştır (3). Fakat ne varki ülkemizin temel altlığını oluşturacak bu ağın tamalandığında tüm problemlere yanıt vermesi olası gözükmemektedir, bununla beraber navigasyon amaçlı çalışmalara altlık oluşturabilecek özelliktedir. Bu ağın randımanlı ve tüm gereksinimlere yanıt verebilmesinin koşulu sıklaştırılmasına mümkündür (4). Bu ağın sıklaştırılmasına yönelik çalışmalarda genellikle şehir bazında gereksinim duyan belediyelerce yapılmaktadır. Buda tamamlanma sürecinin uzamasına ve yapılan çalışmaların bu ağdan beklene bütünlüğün sağlanamamasına neden olmaktadır ve olacaktır. İzmir, İstanbul, Zonguldak gibi illerde bu sıklaştırma çalışmaları yapılmıştır. Bursa'da da benzer bir sıklaştırma çalışması yapılmıştır! Yapılan bu çalışmaların detayları şehir bazında kalmış bu çalışmaların yalnızca bir kaçı bütünün parçası olarak planlanmıştır. Buna rağmen toparlayıcı, sorumlu bir organizasyonun eksikliği, tamamlanan bu çalışmaların bir bütün oluşturamamasının en önemli nedenidir. 4. ULAŞIMDA KONUM BİLGİSİNİN ÖNEMİ, DOĞRULUĞU VE KULLANIMI Şimdi de geçmişte de kişiler her zaman diğerlerinin nerede olduğu sorusunu birirlerine sormuşlardır. Bir kişinin veya nesnenin arandığı anda nerede olduğu konusu insan oğlu için herzaman bir merak konusu olmuştur. Örneğin, savaşta orduyu yöneten komutanlar için gemile- 86
1. ULAŞIM VE TRAFİK KONGRESİ - SERGİSİ rinin, uçaklarının, tanklarının ve adamlarının nerelere dağılmış oldukarını bilmeleri saldırı ve savunma stratejilerini belirleyebilmek açısında önem taşımakta, bir nakliye firması içinde araç filosunun haraketinin belirlenmesi önem taşımakta, hatta bir anne, baba için çocuğunun nerede olduğu önem taşımaktadır. Nerede sorusunun yanıtı da konum bilgisinin bir şekilde tarif edilmesiyle verilmektedir. Yoruma açık olmayan tek konum bilgisi de sistemi belli olan koordinatlarıyla ve istatistiksel doğruluğuyla verilen konum bilgisidir. Uydu bazlı sistemler, bu konum bilgilerini günümüzde en çabuk ve gereksinime en iyi yanıt verebilecek doğrulukta belirleyebilen sistemlerdir. Navigasyon uygulamalarında konum bilgisinin doğruluğu, konum bilgisinin kullanılacağı altlığın doğrulu ile direkt olarak bağlantılıdır. Altlıkların doğruluğunun yanı sıra konum belirleme sistemiyle altlığın oluşturulduğu sistemin birbiriyle olan ilişkisinin doğruluğuda son derece önemlidir. Türkiye'de haritalama için kullanılan sistem ED-50 datumunda ve harita projeksiyonu Gauss Krüger dir. Bununla beraber günümüzde özellikle navigasyon amaçlı kullanılması planlanan ve kullanılmaya başlanan sistem ise GPS dir. GPS ise WGS84 datumundadır ve istenilen projeksiyonda kullanılabilir; dolayısıyla Gauss Krüger seçilebilir. Bu iki sistem arasındaki ilişki değişik doğruluklarda belirlenen dönüşüm parametreleriyle mevcuttur. Harita Genel Komutanlığından tüm Türkiye için geçerli ±1 metre doğruluklu dönüşüm parametreleri sağlanabilmektedir (5). Buna ek olarak yukarıda TUTGA sıklaştırılması yapılmış şehirlerde sıklaştırma sınırı içinde bu dönüşüm parametreleri cm doğrulukta mevcuttur. 5. COĞRAFİ BİLGİ SİSTEMLERİ ve KONUM İLİŞKİSİ Bilgi sistemiyle, Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS veya GIS) arasındaki en önemli fark konum bilgisinin varlığı ve bu temel bilginin diğer bilgilerle olan ilişkisidir. Bilgi sistemlerinde konum bilgisi yoktur; bunula beraber GIS tamamıyla konum bilgisi üzerine kurulmalıdır. Bir başka deyişle toplanan bilginin toplandığı yere, bölgeye ilişkin topoloji bilgisinin varolması ve toploji bilgisi temel altlık olmak üzere diğer bilgilerle ilişki kurulmalıdır. Bunun en önemli nedeni parça parça, örneğin belediye, kadastro, şirket bazında oluşturulan Coğrafi Bilgi Sistemleri ülke ve dünya genelinde bir bütünün parçalarını oluşturmalıdır. Bu bütünleşmeyi sağlayacak olan da ülkenin altlığı, haritalarıdır. Dolayısıyla, bir GIS sisteminin kurulması amaçlandığında ilk olarak varolan konum bilgisinin doğruluğu ve güvenilirliği araştırılmalı ve ülke temel altyapısına olan ilişkisinden emin olunmalıdır. Bu altyapı, teknolojinin ve bigi toplama yöntemlerinin de gelişmesi nedeniyle (hızlı bilgi toplama yqntemleri; GPS, GPS- GLONASS integrasyonu, uydu sistemi yersel sistem entegrasyonu vb.) ülkemiz için TUTGA olmalıdır, çünkü varolan ülke sistemi büyük distorsiyonlar içermektedir ve özellikle III. Derece sıklaştırma noktalarının %50 si tahrip olmuştur (3). 6. UYDU SİSTEMLERİNE KISA BİR BAKIŞ ve ULAŞIMDA KULLANIMLARI Dünyada şu anda kullanılan en yaygın uydu sistemi GPS ve GPS'in bir türevi olan DGPS dir. GPS-GLONASS integrasyonu özellikle navigasyon ve desimetre doğruluklu GIS veri toplamada kullanılmaktadır. GPS: Toplam 21+3 uydudan oluşan ve ABD Savunma bakanlığı tarafından çalıştırılan bir konum belirlem sistemidir. Dünyanın neresinde olursa olsun, 24 saat her türlü hava koşulun- 87
da mutlak konum bilgisi sağlayabilen bir yötemdir. Tek alıcılı uygulamalarda konum doğruluğu 20-30 metre (SA off) ve birden fazla alıcılılı uygulamalarda cm. hatta mm. doğruluklu bir sistemdir; fakat bu doğruluk rölatif doğruluktur. İki taşıyıcı faz (L1 ve L2 fazı) ve iki cod ölçüsü (C/A ve P cod) temel ölçüleridir. P kodu askeri amaçlar için ayrılmış bir kod olup özellikle navigasyon amaçlı sivil alıcılar bunu kullanamaz. Fakat çift frekanslı bir çok alıcı sistemin kodu serbest bıraktığı durumlarda (AS off - Anti spoofing) bu kodu kullanabilmektedir. DGPS: İlk başlarda tamamıyla navigasyon almaçlı kullanımlar için geliştirilmiş (şimdi GIS için bilgi toplama amaçlıda kullanılıyor) bu sistem, mutlak konumu bilinen bir referans istasyonuna kurulmuş tek frekanslı bir GPS alıcısından yayınlanan DGPS düzeltmeleriyle gezici alıcılardaki mutlak konum doğruluklarının bu düzeltmelerle iyileştirilmesi sonucunda konum sağlayan bir sistemdir. DGPS in tipik doğruluğu referanstan olan uzaklığa bağlı olarak 0.5 ile 5 m. arasındadır ve bu doğruluk bir çok navigasyon uygulaması için yeterlidir. GPS-GLONASS Integrasyonu: GLONASS GPS sistemine benzeyen hemen hemen aynı özelliklerde olan bir uydu sistemidir. Temel farkı, her uyduya ait farklı L1 ve l_2 frekans kullanmasıdır ve Rusya tarafından çalıştırılmaktadır. Sovyet Sosyalist Cumhuriyetler Birliğinin dağılmasından sonra Ruslar'ın dünya pazarına açılması sonucunda son bir kaç yıldır GPS-GLO- NASS integre sistemler piyasaya çıkmıştır. Bu iki sistem arasındaki gerekli dönüşümler alıcı tarafından yapılmakta, sonuç koordinat GPS sisteminde kullanıcıya verilmektedir. Bu sistemin en büyük avantajı iki sistemin uydularının aynı anda kullanılması sayesinde gökyüzüne görüşün sınırlı olduğu (örneğin dar sokaklar) durumlarda bile konum sağlayabilmesidir. Bu entegre sistem henüz ülkemizde aktif olarak kullanılmamaktadır. 7. SONUÇ ve ÖNERİLER Ulaşımda uydu sistemlerinin kullanımı bir çok problemin çözümü olmaktadır. Uydu sistemlerine dayalı altlığı kurulmuş olan ülkelerde deniz, hava, kara ve demiryolu trafiklerinin düzenlemmesi ve araç takibinde kullanılan bu sistemi, ülkemizde de aşağıda belirtilen temel alanlar da kullanmak mümkündür (6). - Şehir toplu taşıma araçlarının organizasyonunda, - Boğaz güvenliği ve geçişlerinin kontrol ve denitiminde, - Boğazda zaman zaman oluşan sise rağmen boğaz seferlerinin kesintisiz yapılmasında, - Gereksiz yere müşteri bulabilmek için trafiği yoğunlaştıran taksilerin organizasyonunda, - Şehir ve bölge güvenliğinden sorumlu polis ve jandarma ekiplerinin organizasyon ve güvenliğinde, - Kurtarma ve sağlık ekiplerinin olay yerine en çabuk biçimde ulaşmasının sağlamasında, - Otomotik uçak inidirip kaldırma ve uçak navigasyonunda, - Nakliye, kargo ve kurye araçlarının organizasyonunda, - Kişisel araçların navigasyonunda, - Yoğun trafik olan noktaların berlirlenmesi ve trafik akışının düzenlenmesinde, ve daha sayısız bir çok uygulamada kullanılabilir ve bu uygulamalara ilişkin çalışmalar ve girişimler başlamıştır. 88
Yukarıda sayılan tüm bu uygulamaların sorunsuz olarak gerçelleştirilmesi ise ülkemizdeki altlığın korunması, iyileştirilmesi ile olasıdır. Bu altlığın büyük bir kısmı (Güneydoğu hariç) şu anda navigasyon uygulamalarına altlık oluşturabilecek duruma gelmiştir, kalan kısmının bu yıl (1999) da tamamlanması planlanmıştır. Ulaşımda organizasyon bir ülke için önemli ve büyük bir yatırımdır. Bu nedenle bu organizasyonun planlı, programlı ve el birliğiyle yapılması şarttır; fakat oluşturulacak el birliğin bir organizasyon, sorumlu bir kuruluş tarafından ele alınıp, organize edilmesi gerekmektedir. Ülkemizde bu ve benzeri çalışmaları planlayıp, programlayıp, yürütecek bilgi birikimi ve insan gücü vardır. Dolayısıyla dışardan yapılan navigasyon sistemleri ithaliyle bu problemin çözümüne ulaşmak son derece yanlıştır; çünkü bu sistemler kullanıcısıyla birlikte bir bütün oluşturan, yaşayan, büyüyen ve gelişen, sistemlerdir. Bu tür sistemlerin kullanıcı toplumun kültürüne yönelik özgün uygulama biçimleri oluşur. Bu nedenle bu sistemlerin toplum tarafından kabul görmesi toplumun kültürüne uyum göstermesiyle ilişkilidir. Sonuç olarak uygulanacak sistemin sağlıklı çalışması ve sürekliliğinin olması için bu noktalar gözardı edilmemelidir. KAYNAKLAR 1. LEICK, A. 1995 GPS Satellite Surveying, John Wiley&Sons, INC, Newyork, 4. Baskı. 2. ÇELİK, R.N. 1996 Birinci Ulusal Ulaşım Sempozyumu, 6-7 Mayıs, Ayazağa, İstanbul. 3. AKSOY, A., AYAN, T., ÇELİK, R.N., DEMİREL, H., DENİZ, R., GÜRKAN, O., 1999, Güncel Gelişmeler Işığında Mekansal Bilgi sistemleri için Jeodezik Altyapı ve Problemler, Konferans, 28 Mayıs 1999, İTÜ Maçka Sosyal Tesisleri, Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi. 4. ÇELİK, R.N., ŞEKER, D.Z., 1996, CBS 96, Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu, 26-28 Eylül, İstanbul. 5. Teknik Talimat, 1996 Ülke Temel GPS Ağı Teknik Talimatı, MSB Harita Genel Komutanlığı. 6. GÜNEY, C, 1999, Bir OEM Global Konum Belirleme (GPS) alıcısının incelenerek, navigasyon amaçlı kullanımının gerçekleştirilebilmesi için gerekli yazılım ve donanımların tarif edilmesi ve bu donanımlara ve yazılımlara yönelik planların akış diyagramlarının ve kodlarının hazırlanması, İTÜ, İnşaat Fakültesi Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü, 1998-1999 Yaz Yarıyılı Bitirme Tezi. 89